專利名稱：一種下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組概念設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)能是目前最具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的可再生能源，根據(jù)中國(guó)國(guó)家發(fā)改委能源研究所發(fā)布《中國(guó)風(fēng)電發(fā)展路線圖2050》，中國(guó)風(fēng)電未來(lái)40年的發(fā)展目標(biāo):到2020年、2030年和2050年，風(fēng)電裝機(jī)容量將分別達(dá)到2億、4億和10億千瓦，到2050年，風(fēng)電將滿足17%的國(guó)內(nèi)電力需求。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)成為風(fēng)能利用的主要設(shè)備，上風(fēng)向變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)型。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)風(fēng)輪吸收風(fēng)能，利用傳動(dòng)系統(tǒng)將吸收風(fēng)能傳遞到發(fā)電機(jī)軸端，通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。目前廣泛使 用的上風(fēng)向變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要存在以下問(wèn)題:
1、由于存在變流器，致使并網(wǎng)電能諧波含量較高電能質(zhì)量較差，同時(shí)成本也相對(duì)較
聞;
2、由于轉(zhuǎn)速范圍限制，在低于額定風(fēng)速情況下很難確保全局范圍最大功率跟蹤控制；
3、當(dāng)風(fēng)速過(guò)大時(shí)，風(fēng)輪掃風(fēng)平面承受的推力載荷相對(duì)較大，容易產(chǎn)生安全事故；
4、風(fēng)輪葉片在受風(fēng)時(shí)容易產(chǎn)生順風(fēng)方向的彎曲形變，容易導(dǎo)致葉片掃風(fēng)過(guò)程中葉片碰撞塔筒事故；
5、風(fēng)力機(jī)機(jī)械環(huán)節(jié)載荷水平隨著風(fēng)速增大而增大，在高風(fēng)速情況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性相對(duì)較差；
6、風(fēng)力機(jī)偏航角度很難精確對(duì)風(fēng)，存在對(duì)風(fēng)資源的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前廣泛使用的上風(fēng)向變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種如圖1所示下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要包括以下環(huán)節(jié):
1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用下風(fēng)向捕風(fēng)方式；
2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳葉調(diào)整裝置具有雙重調(diào)節(jié)功能，通過(guò)軸向調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)葉片槳距角度調(diào)節(jié)；通過(guò)垂直于豎直平面調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)葉片與豎直平面的夾角；
3、傳動(dòng)系統(tǒng)采用可控變比齒輪箱方案；
4、發(fā)電機(jī)采用異步電機(jī)方案；
5、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要包括塔基、塔筒、機(jī)艙、整流罩、輪轂、葉片、槳葉調(diào)節(jié)裝置、可控變比傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)裝置、塔基控制系統(tǒng)和機(jī)艙控制系統(tǒng)；
6、當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速，槳距角度保持最小，同時(shí)葉片與豎直平面的夾角保持最??；
7、當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，通過(guò)槳葉調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)葉片與豎直平面的夾角，配合調(diào)節(jié)葉片槳距角度，確保葉片穩(wěn)定吸收風(fēng)能；
8、當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速，通過(guò)調(diào)節(jié)可控變比傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪的最優(yōu)轉(zhuǎn)速控制同時(shí)確保異步發(fā)電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速附近；
9、當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí),風(fēng)輪轉(zhuǎn)速高于額定轉(zhuǎn)速,通過(guò)調(diào)節(jié)可控變比傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)異步發(fā)電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速附近；
10、當(dāng)風(fēng)速超過(guò)切出風(fēng)速時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)葉片與豎直平面的夾角或者通過(guò)調(diào)節(jié)葉片槳距角度實(shí)現(xiàn)安全停機(jī)；
11、偏航控制采取被動(dòng)偏航方式，偏航系統(tǒng)只起到增加偏航裝置阻尼以及解纜作用；
12、在一定情況下，可以設(shè)計(jì)為定槳葉片即在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中槳距角度保持不變實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)方案。本發(fā)明與目前廣泛使用的上風(fēng)向變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比具有優(yōu)點(diǎn)在于:
1、采用異步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)，去除了變流器環(huán)節(jié)，提高并網(wǎng)電能質(zhì)量和系統(tǒng)可靠性；
2、采用可控變比傳動(dòng)系統(tǒng)在低于額定風(fēng)速情況下可以進(jìn)行更大范圍的最大功率追蹤控制，獲取更多的風(fēng)能；
3、采用可控變比傳動(dòng)系統(tǒng)在高于額定風(fēng)速情況下，可以通過(guò)提高風(fēng)輪轉(zhuǎn)速降低機(jī)械系統(tǒng)載荷同時(shí)保證發(fā)電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速；
4、通過(guò)槳葉調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)葉片與豎直平面的夾角，可以有效降低在風(fēng)速較大時(shí)風(fēng)機(jī)相關(guān)機(jī)械環(huán)節(jié)載荷水平，提高機(jī)組可靠性；
5、不會(huì)產(chǎn)生葉片掃風(fēng)過(guò)程中葉片碰撞塔筒事故；
6、風(fēng)力機(jī)采用被動(dòng)偏 航技術(shù)可以有效的進(jìn)行偏航對(duì)風(fēng)動(dòng)作，避免風(fēng)資源的浪費(fèi)


圖1下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組示意圖
具體實(shí)施例方式如圖1所示，風(fēng)力機(jī)整流罩安裝在機(jī)艙迎風(fēng)方向前部，而輪轂安裝在機(jī)艙后部，葉片安裝輪轂上，葉片根部與葉片調(diào)整裝置連接，風(fēng)輪可以設(shè)計(jì)為兩葉片、三葉片以及多葉片形式；
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳葉調(diào)整裝置可以采用液壓方案或者電機(jī)控制方案；可以采用各葉片獨(dú)立調(diào)整技術(shù)也可以采用風(fēng)輪統(tǒng)一調(diào)整技術(shù)；
可變比齒輪箱可以采用機(jī)械式可變比齒輪箱方案；
偏航驅(qū)動(dòng)方案可以液壓方案或者電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案。
權(quán)利要求
1.下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組方案，其特征是如圖1所示下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，主要包括以下環(huán)節(jié): 1)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用下風(fēng)向捕風(fēng)方式； 2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳葉調(diào)整裝置具有雙重調(diào)節(jié)功能，通過(guò)軸向調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)葉片槳距角度調(diào)節(jié)；通過(guò)垂直于豎直平面調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)葉片與豎直平面的夾角； 3)可控變比傳動(dòng)系統(tǒng)采用可控變比齒輪箱方案； 4)發(fā)電機(jī)采用異步電機(jī)方案； 5)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要包括塔基、塔筒、機(jī)艙、整流罩、輪轂、葉片、槳葉調(diào)節(jié)裝置、可控變比傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)裝置、塔基控制系統(tǒng)和機(jī)艙控制系統(tǒng)； 6)當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速，槳距角度保持最小，同時(shí)葉片與豎直平面的夾角保持最?。? 7)當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，通過(guò)槳葉調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)葉片與豎直平面的夾角，配合調(diào)節(jié)葉片槳距角度，確保葉片穩(wěn)定吸收風(fēng)能； 8)當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速，通過(guò)調(diào)節(jié)可控變比傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪的最優(yōu)轉(zhuǎn)速控制同時(shí)確保異步發(fā)電機(jī)工作在 額定轉(zhuǎn)速附近； 9)當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速高于額定轉(zhuǎn)速，通過(guò)調(diào)節(jié)可控變比傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)異步發(fā)電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速附近； 10)當(dāng)風(fēng)速超過(guò)切出風(fēng)速時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)葉片與豎直平面的夾角或者通過(guò)調(diào)節(jié)葉片槳距角度實(shí)現(xiàn)安全停機(jī)； 11)偏航控制采取被動(dòng)偏航方式，偏航系統(tǒng)只起到增加偏航裝置阻尼以及解纜作用； 12)在一定情況下，可以設(shè)計(jì)為定槳葉片即在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中槳距角度保持不變實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)方案。
全文摘要
本發(fā)明公開一種下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組方案。相比與傳統(tǒng)的上風(fēng)向變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，本發(fā)明通過(guò)采用下風(fēng)向捕風(fēng)方式消除了上風(fēng)向風(fēng)機(jī)存在葉片與塔筒碰撞的隱患；通過(guò)設(shè)計(jì)雙重功能槳葉調(diào)整裝置降低了風(fēng)機(jī)在大風(fēng)情況下的機(jī)械載荷；通過(guò)可控變比齒輪箱設(shè)計(jì)方案提高了風(fēng)機(jī)在低于額定風(fēng)速的風(fēng)能利用率；通過(guò)異步電機(jī)方案去除了變流器環(huán)節(jié)引起的電能質(zhì)量諧波問(wèn)題；通過(guò)采用被動(dòng)偏航技術(shù)，更準(zhǔn)去的實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)偏航對(duì)風(fēng)，提高了風(fēng)能利用效率。本發(fā)明的提出為相關(guān)下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)依據(jù)。
文檔編號(hào)F03D7/04GK103225587SQ201210021419
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2012年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者賈利民, 劉展, 雷濤 申請(qǐng)人:北京能高自動(dòng)化技術(shù)股份有限公司