[发明专利]兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组系统，适合在兆瓦级变速恒频风力发电站使用。

技术背景

变速变桨型风力发电机组由于具有比失速型风力发电机组风能转换率高、机组功率与重量比小、运行噪音小、电能质量好等优点而成为当今风力发电机组的主流技术。目前世界上采用变速变桨技术的大多是双馈式变速恒频机组。

发明内容

本发明采用的是直驱式变速恒频技术，主要特点是采用了风轮与发电机直接耦合的传动方式，发电机采用多级异步发电机，通过全功率的变频装置并网。

本发明提供的兆瓦级直接驱动变速恒频风力发电机组与兆瓦级双馈式变速恒频风力发电机组相比，由于其结构中不含齿轮箱这一部件，因此，具有结构简单、传动效率高、发电效率高、维护成本低等优点。此外，由于采用了永磁多级同步发电机，此种发电机尺寸小、结构紧凑、发电效率高、变速范围宽、无砺磁损耗，有效地提高了整个风力发电机组系统运行的可靠性和寿命。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组主要由图1所示的各部件组成，它们是叶片(1)、轮毂(2)、变桨系统(3)、永磁多级同步发电机(4)、底座(5)、机舱(6)、偏航系统(7)、液压系统(8)、润滑系统(9)、测风系统(10)、塔架及变速恒频控制系统，上述部件共同构成了兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组的主要部件。由叶轮直接驱动永磁多级同步发电机转子转动，永磁多级同步发电机定子并入电网，通过逆变系统将风力发电机组发出的电送入电网，实现风能-机械能-电能的转换。风力发电机组控制采用微处理器，及时准确的获取环境外部所有信息，控制系统根据这些信息，调整风力发电机组运行，保证风力发电机组一直在优化、安全的环境里运行。

其连接方式为：前面三只叶片固定在轮毂上，变桨系统也固定在轮毂上。在轮毂后方，发电机定子固定在底座上，发电机转子与轮毂连接。底座内部安装有液压、润滑系统，底座侧面及底座下部安装有偏航系统。测风系统安装在机舱罩上部，除叶片外，其他零部件都安装在机舱内，机舱由塔架支撑。

下面对各部件详细介绍：

叶片：兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组采用变速变桨型叶片，叶片材料为玻璃纤维增强树脂，叶片安装有雷电感应器，雷电流经发电间隙削减并通过塔架导入基础，不会对机组造成损害。叶轮包括叶片、铸造轮毂和叶片的变桨系统。

变桨系统：如图2所示，兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组变桨系统由以下重要零部件组成：变桨轴承(1)、轮毂(2)、变桨控制柜(3)、变桨盘(4)、变桨驱动支架(5)、变桨电机(6)、变桨驱动齿轮(7)、变桨减速器(8)、齿形带(9)等。整个变桨系统由变桨电机驱动，变桨电机通过键和变桨减速器联结，变桨盘与变桨轴承外圈联结，变桨减速器的驱动轮将驱动力通过齿形带及与齿形带相连的变桨盘最终传递给叶片。当风速超过额定风速时，变桨系统通过调整叶片角将风机的输出功率限制在额定功率，从而防止发电机和逆变系统过载。同时，变桨系统根据运行控制系统记录的风机输出功率情况和叶片的桨距角重新调整桨距角，结合变速控制系统，实现额定功率的恒定输出。这3个独立的变桨机构也是风力发电机组的刹车系统，调整桨距角后，机组的转速下降直到设备停机。

永磁多级同步发电机：兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组发电机为永磁多级同步发电机，永磁励磁方式结构简单，由发电机定子、转子、动定轴和其他附件组成。发电机定子由定子支架、铁芯和绕组以及其他附件组成，定子采用分数槽，能更好的消除发电机的谐波影响，有效降低运行振动及噪声。转子由转子支架和永磁磁极组成，直接与叶轮联结并由叶轮驱动，永磁材料安装在转子内部的磁轭上，由其建立磁场，将叶轮转动的机械动能转换为电能。发电机风冷却系统采用强迫风冷式，冷空气通过风道直接吹到叠片上，采用这种自调节系统而不使用冷却风扇或泵，即使风力发电机组控制系统失效冷却系统依然可以发挥作用

底座：底座对风力发电机组上各零部件起到固定和支撑的作用，机组的重要部件都安装在底座上，底座采用整体铸造而成，具有足够的结构强度性能，能够承受循环交变载荷的作用。

机舱总成：机舱采用玻璃钢材料，具有良好的防腐性能、降噪及保温性能，并且对雷击具有一定的屏蔽作用。偏航系统、润滑，液压系统等都安装在机舱内，机舱内有宽敞的空间，方便运行维护人员操作。同时，还设计了电动提升装置，方便工具及备件的提升