專利名稱：多發(fā)電機(jī)柔性組合的兆瓦級變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種多發(fā)電機(jī)柔 性組合的兆瓦級變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
技術(shù)背景近年來，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已成為大型并網(wǎng) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主流機(jī)型。與恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的優(yōu)越性在于低 風(fēng)速時它能夠根據(jù)風(fēng)速變化，在運(yùn)行中始終保持最佳葉尖速比以獲得最大風(fēng)能；高風(fēng)速時 利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化，儲存或釋放部分能量，提高傳動系統(tǒng)的柔性，使功率輸出更加平穩(wěn)。 因而在更大容量上，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將取代恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而成為風(fēng)力發(fā)電的主流機(jī) 型。
目前流行的變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之驅(qū)動系統(tǒng)主要有三種方案 第一種是高速異步發(fā)電機(jī)雙饋系統(tǒng)，它主要由三級增速齒輪箱+繞線式異步發(fā)電 機(jī)+雙向變流器構(gòu)成。其特點(diǎn)是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速可以在同步轉(zhuǎn)速上、下兩個方向變化，轉(zhuǎn)速變化 范圍通常為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的±1/3，相應(yīng)變流器的功率只有發(fā)電機(jī)功率的1/3。該方案必 須使用三級升速齒輪箱，配高速異步發(fā)電機(jī)(通常采用4-6極發(fā)電機(jī))。升速齒輪箱速比 大、負(fù)荷重、隨風(fēng)速變化沖擊波動大，易疲勞損壞，故障率高等是該方案的主要缺點(diǎn)。繞線異 步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組饋送電需要電刷和滑環(huán)，位置測量需要編碼器是本方案的另一個缺點(diǎn)， 影響可靠性、增加維護(hù)工作量。 第二種是低速永磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)，它主要由低速永磁同步發(fā)電機(jī)+全功率 變流器構(gòu)成。它的特點(diǎn)是沒有升速齒輪箱，葉輪直接驅(qū)動低速永磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，消除 了高速異步發(fā)電機(jī)雙饋系統(tǒng)齒輪增速的薄弱環(huán)節(jié)，大大提高了機(jī)組的可靠性，降低維護(hù)工 作量；由于設(shè)備少，布置較緊湊。由于發(fā)電機(jī)定子繞組通過輸入頻率范圍較寬的變流器與 電網(wǎng)相連接，發(fā)電機(jī)額定頻率可以降低，使電機(jī)極對數(shù)減少至合理值。從原理上說同步發(fā)電 機(jī)采用勵磁式和永磁式都可以，但因勵磁式體積較大，效率較低，還需要一套勵磁裝置，所 以較少在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中使用。此外，永磁同步發(fā)電機(jī)沒有電刷和滑環(huán)，也有助于提高可靠 性，減少維護(hù)工作量。低速永磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)的缺點(diǎn)是其低速永磁發(fā)電機(jī)體積大， 變流器要輸送發(fā)電機(jī)全功率，因此它的電機(jī)和變流器價(jià)格都比高速異步發(fā)電機(jī)雙饋系統(tǒng)要 高。 第三種是單級升速+中速永磁同步發(fā)電機(jī)的半直驅(qū)系統(tǒng)，它主要由一級升速齒輪 箱+中速永磁同步發(fā)電機(jī)+全功率變流器構(gòu)成。它是介于高速異步發(fā)電機(jī)雙饋系統(tǒng)和低速 永磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)之間的折衷方案，利用一級齒輪升速，把電機(jī)額定轉(zhuǎn)速升到一較 高值，使其極對數(shù)減少，大大減少了永磁同步發(fā)電機(jī)的體積和造價(jià)，而齒輪箱又較簡單、體 積小、可靠、維護(hù)方便。該方案機(jī)艙較小，布置非常緊湊。它的變頻器也是全功率變頻器，需 要輸送發(fā)電機(jī)的全功率。 以上三種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)中，第三種驅(qū)動系統(tǒng)在大功率機(jī)型中是最有發(fā)展 潛力的一個。但由于以上三種驅(qū)動系統(tǒng)都采用單一發(fā)電機(jī)，很難調(diào)節(jié)其在低風(fēng)速下的運(yùn)行， 低風(fēng)速時風(fēng)能利用系數(shù)和驅(qū)動系統(tǒng)的效率都會顯著降低。同時，由于采用單一發(fā)電機(jī)，其配 套的變流器和齒輪箱的大小都要跟發(fā)電機(jī)的功率大小匹配，對于5麗及以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言，其發(fā)電機(jī)、變流器和齒輪箱的研發(fā)、制造、運(yùn)輸、安裝、維護(hù)成本都將大大提高，一定 程度上限制了這三種驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展。 為了解決這些問題，有人提出了多發(fā)電機(jī)組合發(fā)電的變速驅(qū)動系統(tǒng)。 現(xiàn)有的變速驅(qū)動系統(tǒng)采用的方案是在上述三種驅(qū)動系統(tǒng)中選擇一種作為結(jié)構(gòu)基
礎(chǔ)，增加一臺或多臺同速旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動系統(tǒng)，其采用大功率發(fā)電機(jī)和小功率發(fā)電
機(jī)組合發(fā)電的形式，發(fā)電機(jī)大多通過變流裝置并網(wǎng)，在不同風(fēng)速時在多臺發(fā)電機(jī)之間進(jìn)行
切換以提高各風(fēng)速段的風(fēng)能利用率和發(fā)電效率。 例如:中國專利號ZL200820110240. 7，授權(quán)公開號CN201260146Y，授權(quán)公告日 2009年6月17日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為混合型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，該發(fā)明公開了一種同軸雙發(fā)電 機(jī)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其驅(qū)動系統(tǒng)是在高速異步發(fā)電機(jī)雙饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了一個 小功率發(fā)電機(jī)和與其配套的變流器，其特點(diǎn)是雙饋發(fā)電機(jī)與小功率發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸連 接后經(jīng)齒輪箱與輪轂連接，雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)連接有變流器，小功率發(fā)電機(jī)的定子側(cè)連
接有變流器，兩臺發(fā)電機(jī)通過兩個變流器分別獨(dú)立與電網(wǎng)連接。其優(yōu)點(diǎn)是在低風(fēng)速時，通
過切換至小功率發(fā)電機(jī)和對應(yīng)的小變流器，使傳動鏈效率保持較高水平；當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定
風(fēng)速時，葉片一定程度上能保持最佳葉尖速比，風(fēng)能利用系數(shù)在大部分情況下保持最佳。其
不足之處為升速齒輪箱速比大、負(fù)荷重、隨風(fēng)速變化波動大且頻繁，造價(jià)高、易疲勞損壞；
設(shè)備多、機(jī)艙大，布置不緊湊；繞線異步電機(jī)有電刷和滑環(huán)，影響可靠性、增加維護(hù)工作量；
雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速上、下兩個方向變化，變化范圍有限制，雖然可以減小變流器的
容量，但在進(jìn)行小功率發(fā)電機(jī)與雙饋發(fā)電機(jī)的切換時，雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩?zé)o法從零開始變
化，兩發(fā)電機(jī)的總轉(zhuǎn)矩在切換時必然會有跳躍，不能實(shí)現(xiàn)風(fēng)能利用系數(shù)恒定最佳。 又如中國專利公開號CN101257214A，
公開日2008年9月3日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為
大型變速永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該專利的驅(qū)動系統(tǒng)是在單級升速+中速永磁同步發(fā)電機(jī)的半
直驅(qū)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了一個小功率永磁同步發(fā)電機(jī)，其特點(diǎn)是兩發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子同
軸連接后經(jīng)齒輪箱與輪轂連接，只配置了與小功率發(fā)電機(jī)相匹配的逆變器。其不足之處為
在進(jìn)行小功率發(fā)電機(jī)與大功率發(fā)電機(jī)之間的切換時，只有一個與小功率發(fā)電機(jī)相匹配的逆
變器，只能調(diào)節(jié)一臺發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，且大功率發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩不能任意調(diào)節(jié)，故必然存在轉(zhuǎn)矩
在切換時的跳躍，降低了風(fēng)能利用系數(shù)和驅(qū)動系統(tǒng)的效率。而且，由風(fēng)力驅(qū)動、僅靠機(jī)械變
槳調(diào)節(jié)的永磁同步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)基本是不可實(shí)現(xiàn)的。 以上兩種驅(qū)動系統(tǒng)存在的共同問題為1、兩臺發(fā)電機(jī)都通過齒輪箱與輪轂連接， 而齒輪箱是高故障率部件，當(dāng)齒輪箱故障時發(fā)電機(jī)組必須停止工作進(jìn)行檢修；2、在進(jìn)行小 功率發(fā)電機(jī)與大功率發(fā)電機(jī)的切換時，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩?zé)o法實(shí)現(xiàn)從零開始連續(xù)變化，兩發(fā)電 機(jī)的總轉(zhuǎn)矩在切換時總會有跳躍，不能實(shí)現(xiàn)風(fēng)能利用系數(shù)最佳化，且會對主軸和電網(wǎng)造成 沖擊。
發(fā)明內(nèi)容 實(shí)用新型目的本實(shí)用新型提供一種多發(fā)電機(jī)柔性組合的兆瓦級變速風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組，其目的是解決以下問題1、以往的單一發(fā)電機(jī)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在低風(fēng)速時風(fēng)能利用 系數(shù)和效率降低的問題；2、以往的單一發(fā)電機(jī)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，對于5麗及以上的風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組，其發(fā)電機(jī)、變流器和齒輪箱的研發(fā)、制造、運(yùn)輸、安裝、維護(hù)成本大大提高的問題；3、以往的多發(fā)電機(jī)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其兩臺發(fā)電機(jī)都通過齒輪箱與輪轂連接，當(dāng)齒輪箱 故障時發(fā)電機(jī)組必須停機(jī)檢修的問題；4、以往的多發(fā)電機(jī)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在進(jìn)行發(fā)電 機(jī)之間的切換時，發(fā)電機(jī)的總轉(zhuǎn)矩總會有跳躍，不能實(shí)現(xiàn)風(fēng)能利用系數(shù)最佳化，且會對主軸 和電網(wǎng)造成沖擊的問題。 技術(shù)方案本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 —種多發(fā)電機(jī)柔性組合的兆瓦級變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述發(fā)電機(jī)組 主要包括塔架、底座、低速永磁同步發(fā)電機(jī)、中速永磁同步發(fā)電機(jī)、變流器、偏航系統(tǒng)、變槳 系統(tǒng)和帶有葉片的輪轂；所述帶有葉片的輪轂與低速永磁同步發(fā)電機(jī)連接，低速永磁同步 發(fā)電機(jī)通過一級升速齒輪箱與中速永磁同步發(fā)電機(jī)連接；低速永磁同步發(fā)電機(jī)、一級升速 齒輪箱和中速永磁同步發(fā)電機(jī)設(shè)置在底座上，底座設(shè)置在塔架上；所述低速永磁同步發(fā)電 機(jī)和中速永磁同步發(fā)電機(jī)分別通過各自獨(dú)立的變流器接入電網(wǎng)。 所述低速永磁同步發(fā)電機(jī)的輸出端通過可斷開的聯(lián)軸器與一級升速齒輪箱連接。 所述發(fā)電機(jī)組的整機(jī)設(shè)計(jì)容量范圍為不小于5麗。 優(yōu)點(diǎn)及效果本實(shí)用新型提供一種多發(fā)電機(jī)柔性組合的兆瓦級變速風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組，所述發(fā)電機(jī)組主要包括塔架、底座、低速永磁同步發(fā)電機(jī)、中速永磁同步發(fā)電機(jī)、變流 器、和帶有葉片的輪轂；所述帶有葉片的輪轂與低速永磁同步發(fā)電機(jī)連接，低速永磁同步發(fā) 電機(jī)通過一級升速齒輪箱與中速永磁同步發(fā)電機(jī)連接；低速永磁同步發(fā)電機(jī)、一級升速齒 輪箱和中速永磁同步發(fā)電機(jī)設(shè)置在底座上，底座設(shè)置在塔架上；所述低速永磁同步發(fā)電機(jī) 和中速永磁同步發(fā)電機(jī)在使用時分別通過各自獨(dú)立的變流器接入電網(wǎng)。 采用上述技術(shù)方案的有益效果是 1、采用多發(fā)電機(jī)變速方案，在低風(fēng)速時風(fēng)能利用系數(shù)和發(fā)電機(jī)效率顯著提高； 2、使用多發(fā)電機(jī)，使單個發(fā)電機(jī)容量減小，對于5麗以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其 發(fā)電機(jī)、變頻器和齒輪箱的研發(fā)、制造、運(yùn)輸、安裝、維護(hù)成本顯著降低； 3、齒輪箱設(shè)在低速永磁同步發(fā)電機(jī)和中速永磁同步發(fā)電機(jī)之間，且低速永磁同步 發(fā)電機(jī)的輸出軸通過可斷開的聯(lián)軸器與一級升速齒輪箱連接，在齒輪箱故障時可斷開其與 低速永磁同步發(fā)電機(jī)的連接，保證風(fēng)力機(jī)在齒輪箱故障時仍可發(fā)電； 4、低速永磁同步發(fā)電機(jī)和中速永磁同步發(fā)電機(jī)分別通過各自獨(dú)立的全功率變流 器與電網(wǎng)連接，兩臺發(fā)電機(jī)之間的切換通過全功率變流器合理分配轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)柔性切換，使 發(fā)電機(jī)的總轉(zhuǎn)矩在運(yùn)行風(fēng)速范圍內(nèi)滿足設(shè)定曲線的規(guī)律，結(jié)合變槳系統(tǒng)對槳距角的控制， 實(shí)現(xiàn)風(fēng)能利用系數(shù)最佳化，且不會對主軸和電網(wǎng)造成沖擊。 5、驅(qū)動系統(tǒng)采取低速永磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)和單級升速+中速永磁同步發(fā)電 機(jī)的半直驅(qū)系統(tǒng)組合的方式，集合了兩種方案的優(yōu)點(diǎn)其發(fā)電機(jī)都是永磁同步電機(jī)，沒有電 刷和滑環(huán)，有助于提高可靠性，減少維護(hù)工作量。利用一級齒輪升速，把電機(jī)額定轉(zhuǎn)速升到 一較高值，使其極對數(shù)減少，大大減少了中速永磁同步發(fā)電機(jī)的體積和造價(jià)，而齒輪箱又較 簡單、體積小、可靠、維護(hù)方便。同時，低速永磁同步發(fā)電機(jī)為小功率發(fā)電機(jī)，取整機(jī)容量的 1/5至1/3，從而減小了發(fā)電機(jī)的直徑，避免了低速永磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)的缺點(diǎn)。此種 布置方式使機(jī)艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常緊湊，提高了機(jī)艙空間利用利率，且重心位置合理，增加了機(jī) 艙的穩(wěn)定性。 該實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡潔合理，實(shí)用性強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率高，比較利于大范圍的推廣應(yīng)用。

圖1為本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的局部剖視圖； 圖3為本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的運(yùn)行原理框圖； 圖4為本實(shí)用新型的功率曲線圖。 圖中1.輪轂，2.變槳系統(tǒng)，3.葉片，4.低速永磁同步發(fā)電機(jī)，5.底座，6.齒輪箱， 7.齒輪箱的減震裝置，8.偏航系統(tǒng)，9.中速永磁同步發(fā)電機(jī)，IO.塔架，ll.全功率變流器， 12.全功率變流器，13.電網(wǎng)，14.低速永磁同步發(fā)電機(jī)的中軸，15.低速永磁同步發(fā)電機(jī)的 定子，16.中速永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，17.可斷開聯(lián)軸器，18.聯(lián)軸器，19.中速永磁同步發(fā) 電機(jī)的減震裝置。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明 如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種多發(fā)電機(jī)柔性組合的兆瓦級變速風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組，所述發(fā)電機(jī)組主要包括塔架10、底座5、低速永磁同步發(fā)電機(jī)4、中速永磁同步發(fā)電機(jī)9、 變流器、和帶有葉片3的輪轂1 ;所述帶有葉片3的輪轂1與低速永磁同步發(fā)電機(jī)4連接， 低速永磁同步發(fā)電機(jī)4通過一級升速齒輪箱6與中速永磁同步發(fā)電機(jī)9連接；低速永磁同 步發(fā)電機(jī)4、一級升速齒輪箱6和中速永磁同步發(fā)電機(jī)9設(shè)置在底座5上，底座5設(shè)置在塔 架10上；所述低速永磁同步發(fā)電機(jī)4和中速永磁同步發(fā)電機(jī)9在使用時分別通過各自獨(dú)立 的全功率變流器11、12接入電網(wǎng)13 ;兩臺發(fā)電機(jī)之間通過全功率變流器11、12合理分配轉(zhuǎn) 矩實(shí)現(xiàn)柔性切換。所述底座5通過偏航系統(tǒng)8設(shè)置在底座5上；在所述輪轂1中還設(shè)置有 變槳系統(tǒng)2。所述低速永磁同步發(fā)電機(jī)4的輸出端通過可斷開的聯(lián)軸器17與一級升速齒 輪箱6連接。所述發(fā)電機(jī)組的整機(jī)設(shè)計(jì)容量范圍為不小于5麗。所述低速永磁同步發(fā)電機(jī) 4為小功率發(fā)電機(jī)，取為整機(jī)容量的1/5至1/3，所述中速永磁同步發(fā)電機(jī)9為大功率發(fā)電 機(jī)，取為整機(jī)容量2/3至4/5。 更具體一點(diǎn)的說，低速永磁同步發(fā)電機(jī)4固定安裝在底座5的前端，低速永磁同步 發(fā)電機(jī)4的中軸14的前端與輪轂1同軸固定連接，其中低速永磁同步發(fā)電機(jī)4的中軸14的 中段與低速永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子16同軸固定連接，低速永磁同步發(fā)電機(jī)4的中軸14后 端通過可斷開聯(lián)軸器17與齒輪箱6的輸入軸同軸連接；齒輪箱6通過齒輪箱的減震裝置7 支撐安裝在底座5上，所述齒輪箱的減震裝置7安裝在底座5的側(cè)壁上；所述齒輪箱6的輸 出軸與中速永磁同步發(fā)電機(jī)9的輸入軸固定連接；中速永磁同步發(fā)電機(jī)9通過中速永磁同 步發(fā)電機(jī)的減震裝置19支撐安裝在底座5的上，所述永磁同步發(fā)電機(jī)的減震裝置19也設(shè) 置在底座5的側(cè)壁上；所述中速永磁同步發(fā)電機(jī)9的輸入軸與齒輪箱6的輸出軸通過聯(lián)軸 器18連接。 在所述底座5與塔架10之間還設(shè)置有偏航系統(tǒng)8。也就是說偏航系統(tǒng)8安裝于底 座5下部，塔架10的頂部；偏航系統(tǒng)8之上的部分也就是底座5和設(shè)置在底座5上的所有 構(gòu)件通過偏航系統(tǒng)8的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，就會繞塔架10旋轉(zhuǎn)。 多發(fā)電機(jī)柔性組合的兆瓦級變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方法，的具體步驟如下( 一 )、功率增加的控制步驟[0037] a、當(dāng)風(fēng)速高于所述發(fā)電機(jī)組的切入風(fēng)速時，將低速永磁同步發(fā)電機(jī)4并入電網(wǎng) 13，通過與低速永磁同步發(fā)電機(jī)4配套的變流器11控制其轉(zhuǎn)速，使葉片3始終保持最佳葉 尖速比，讓風(fēng)能利用系數(shù)保持最佳； b、隨著風(fēng)速繼續(xù)增大，當(dāng)?shù)退儆来磐桨l(fā)電機(jī)4功率達(dá)到其自身的額定功率時， 將中速永磁同步發(fā)電機(jī)9并入電網(wǎng)13 ，低速永磁同步發(fā)電機(jī)4轉(zhuǎn)矩逐漸降低直到退出并網(wǎng)， 中速永磁同步發(fā)電機(jī)9轉(zhuǎn)矩逐漸增加直到達(dá)到自身的額定功率運(yùn)行，此過程中，分別通過 與低速永磁同步發(fā)電機(jī)4和中速永磁同步發(fā)電機(jī)9各自配套的變流器控制其轉(zhuǎn)矩，使總的 轉(zhuǎn)矩按照設(shè)定的曲線變化； c、當(dāng)中速永磁同步發(fā)電機(jī)9的功率達(dá)到額定功率時，將低速永磁同步發(fā)電機(jī)4再 次并入電網(wǎng)，低速永磁同步發(fā)電機(jī)4轉(zhuǎn)矩不斷上升直到額定轉(zhuǎn)矩，中速永磁同步發(fā)電機(jī)9轉(zhuǎn) 矩逐步降低直到額定轉(zhuǎn)矩，此后兩發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速同步增加，此過程中，其總的轉(zhuǎn)矩始終按照設(shè) 定曲線變化； d、當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之后，通過變槳系統(tǒng)2調(diào)節(jié)槳距角，保持 轉(zhuǎn)速恒定不變，功率不斷增加； e、當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)的總功率高于額定功率時，通過變槳系統(tǒng)2調(diào)節(jié)槳距角實(shí)行功率
控制，保持功率不變； ( 二 )、功率減小的控制步驟 a、當(dāng)風(fēng)速降低時，通過變槳系統(tǒng)2調(diào)節(jié)槳距角，保持轉(zhuǎn)速恒定不變，功率不斷減 小； b、當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)的總功率低于額定功率時，控制兩個發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速同步降低，功 率不斷減?。?c、低速永磁同步發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)矩不斷降低直到退出并網(wǎng)，中速永磁同步發(fā)電機(jī)9 轉(zhuǎn)矩逐步增大直到中速永磁同步發(fā)電機(jī)9達(dá)到額定功率，總轉(zhuǎn)矩沿設(shè)定曲線變化；這時，中 速永磁同步發(fā)電機(jī)9單獨(dú)運(yùn)行； d、隨著風(fēng)速繼續(xù)減小，當(dāng)風(fēng)輪功率降低至低速永磁同步發(fā)電機(jī)4的功率時，將低 速永磁同步發(fā)電機(jī)4并入電網(wǎng)13，低速永磁同步發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)矩逐漸增加，中速永磁同步發(fā) 電機(jī)9轉(zhuǎn)矩逐漸降低直到退出并網(wǎng)，使總的轉(zhuǎn)矩按照設(shè)定的曲線變化。 e、中速永磁同步發(fā)電機(jī)9退出電網(wǎng)后，低速永磁同步發(fā)電機(jī)4單獨(dú)運(yùn)行，隨著風(fēng)速 降低，轉(zhuǎn)矩隨之減小，使風(fēng)能利用系數(shù)保持最佳。 以上所述的設(shè)定的曲線是指實(shí)現(xiàn)風(fēng)能利用系數(shù)最佳狀態(tài)，保證最佳葉尖速比的曲 線。
實(shí)施例1 : 下面是本實(shí)用新型的一個具體例子，以便更加詳細(xì)的說明其原理。 設(shè)整機(jī)額定功率為5麗，切入風(fēng)速為2. 5m/s，額定轉(zhuǎn)速13rpm，葉片長度61m，風(fēng)輪
直徑為124m，塔架高度為106m ;低速永磁同步發(fā)電機(jī)，額定功率為2麗，額定風(fēng)速為10m/s，
直接與輪轂連接，級數(shù)為160 ;中速永磁同步發(fā)電機(jī)，額定功率為3麗，額定風(fēng)速為12m/s，一
級增速齒輪箱增速比為1 :25，發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為325rpm，級數(shù)為18。 其運(yùn)行過程示意圖如圖3所示( — )、功率增加的控制步驟[0054] 當(dāng)風(fēng)速高于切入風(fēng)速2. 5m/s時，將低速永磁同步發(fā)電機(jī)4并入電網(wǎng)，通過與低速 永磁同步發(fā)電機(jī)4配套的變流器11控制其轉(zhuǎn)速，使葉片始終保持最佳葉尖速比，風(fēng)能利用 系數(shù)保持最佳； 隨著風(fēng)速繼續(xù)增大，當(dāng)?shù)退儆来磐桨l(fā)電機(jī)4功率達(dá)到額定功率2麗時，將中速永 磁同步發(fā)電機(jī)9并入電網(wǎng)，低速永磁同步發(fā)電機(jī)4轉(zhuǎn)矩逐漸降低直到退出并網(wǎng)，中速永磁同 步發(fā)電機(jī)9轉(zhuǎn)矩逐漸增加直到額定功率運(yùn)行，此過程中，分別通過與兩臺發(fā)電機(jī)各自配套 的變流器控制其轉(zhuǎn)矩，使總的轉(zhuǎn)矩按照設(shè)定的曲線變化，以保持最佳葉尖速比，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能利 用系數(shù)始終保持最佳。 當(dāng)中速永磁同步發(fā)電機(jī)9的功率達(dá)到額定功率3麗時，將低速永磁同步發(fā)電機(jī)4 再次并入電網(wǎng)，低速永磁同步發(fā)電機(jī)4轉(zhuǎn)矩不斷上升直到額定轉(zhuǎn)矩，中速永磁同步發(fā)電機(jī)9 轉(zhuǎn)矩逐步降低直到額定轉(zhuǎn)矩，此后兩發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速同步增加，此過程中，其總的轉(zhuǎn)矩始終按照 如圖3所示的設(shè)定曲線變化，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)能利用系數(shù)最佳。 當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之后，通過變槳系統(tǒng)2調(diào)節(jié)槳距角，保持轉(zhuǎn) 速恒定不變；功率不斷增加； 當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)的總功率高于額定功率時，通過變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)槳距角實(shí)行功率控 制，保持功率不變； ( 二 )、功率減小的控制步驟其功率降低的過程同上述過程相反，如圖3 : 當(dāng)風(fēng)速降低時，通過變槳系統(tǒng)2調(diào)節(jié)槳距角，保持轉(zhuǎn)速恒定不變，功率不斷減??； 當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)的總功率低于額定功率時，控制兩個發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速同步降低，功率 不斷減?。?低速永磁同步發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)矩不斷降低直到退出并網(wǎng)，中速永磁同步發(fā)電機(jī)9轉(zhuǎn) 矩逐步增大直到中速永磁同步發(fā)電機(jī)9達(dá)到額定功率，總轉(zhuǎn)矩沿設(shè)定曲線變化；這時，中速 永磁同步發(fā)電機(jī)9單獨(dú)運(yùn)行； 隨著風(fēng)速繼續(xù)減小，當(dāng)風(fēng)輪功率降低至低速永磁同步發(fā)電機(jī)4的功率時，將低速 永磁同步發(fā)電機(jī)4并入電網(wǎng)13 ，低速永磁同步發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)矩逐漸增加，中速永磁同步發(fā)電 機(jī)9轉(zhuǎn)矩逐漸降低直到退出并網(wǎng)，使總的轉(zhuǎn)矩按照設(shè)定的曲線變化。 中速永磁同步發(fā)電機(jī)9退出電網(wǎng)后，低速永磁同步發(fā)電機(jī)4單獨(dú)運(yùn)行，隨著風(fēng)速降 低，轉(zhuǎn)矩隨之減小，使風(fēng)能利用系數(shù)保持最佳。 以上所述的設(shè)定的曲線是指保證最佳葉尖速比，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)能利用系數(shù)最佳狀態(tài)的 曲線。 圖4是本實(shí)用新型的功率曲線圖，圖中所示的各個符號的表示意義為Vc :低速永 磁同步發(fā)電機(jī)切入風(fēng)速；V1 :中速永磁同步發(fā)電機(jī)切入風(fēng)速；V2 :低速永磁同步發(fā)電機(jī)切出 風(fēng)速；V3 :低速永磁同步發(fā)電機(jī)再次切入風(fēng)速；V4 :兩發(fā)電機(jī)同步增速區(qū)起始風(fēng)速；Vp :風(fēng) 力機(jī)額定風(fēng)速。 圖4中，2麗的低速永磁同步發(fā)電機(jī)的功率曲線和3麗的中速永磁同步發(fā)電機(jī)的功 率曲線疊加后即是總體的功率曲線，可以看出，由于采用了柔性切換，5麗的功率曲線連續(xù) 平滑，即整機(jī)功率變化平穩(wěn)，不會對主軸和電網(wǎng)造成沖擊。 該實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡潔合理，實(shí)用性強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率高，比較利于 大范圍的推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求一種多發(fā)電機(jī)柔性組合的兆瓦級變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述發(fā)電機(jī)組主要包括塔架(10)、底座(5)、低速永磁同步發(fā)電機(jī)(4)、中速永磁同步發(fā)電機(jī)(9)、變流器、偏航系統(tǒng)(8)、變槳系統(tǒng)(2)和帶有葉片(3)的輪轂(1)；所述帶有葉片(3)的輪轂(1)與低速永磁同步發(fā)電機(jī)(4)連接，低速永磁同步發(fā)電機(jī)(4)通過一級升速齒輪箱(6)與中速永磁同步發(fā)電機(jī)(9)連接；低速永磁同步發(fā)電機(jī)(4)、一級升速齒輪箱(6)和中速永磁同步發(fā)電機(jī)(9)設(shè)置在底座(5)上，底座(5)設(shè)置在塔架(10)上；所述低速永磁同步發(fā)電機(jī)(4)和中速永磁同步發(fā)電機(jī)(9)分別通過各自獨(dú)立的變流器接入電網(wǎng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多發(fā)電機(jī)柔性組合的兆瓦級變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征 在于所述低速永磁同步發(fā)電機(jī)(4)的輸出端通過可斷開的聯(lián)軸器(17)與一級升速齒輪箱 (6)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多發(fā)電機(jī)柔性組合的兆瓦級變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征 在于所述發(fā)電機(jī)組的整機(jī)設(shè)計(jì)容量范圍為不小于5麗。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種多發(fā)電機(jī)柔性組合的兆瓦級變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，所述發(fā)電機(jī)組主要包括塔架、底座、低速永磁同步發(fā)電機(jī)、中速永磁同步發(fā)電機(jī)、變流器、和帶有葉片的輪轂；所述帶有葉片的輪轂與低速永磁同步發(fā)電機(jī)連接，低速永磁同步發(fā)電機(jī)通過一級升速齒輪箱與中速永磁同步發(fā)電機(jī)連接；低速永磁同步發(fā)電機(jī)、一級升速齒輪箱和中速永磁同步發(fā)電機(jī)設(shè)置在底座上，底座設(shè)置在塔架上；所述低速永磁同步發(fā)電機(jī)和中速永磁同步發(fā)電機(jī)在使用時分別通過各自獨(dú)立的變流器接入電網(wǎng)。該實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡潔合理，實(shí)用性強(qiáng)，穩(wěn)定高效，比較利于大范圍的推廣應(yīng)用。
文檔編號H02J3/38GK201526421SQ200920272218
公開日2010年7月14日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者劉穎明, 姚興佳, 楊磊, 王曉東, 馬達(dá)龍 申請人:沈陽華人風(fēng)電科技有限公司