[实用新型]悬吊式垂直轴风力发电机装置

说明书

技术领域

本实用新型属于发电装置技术领域，特别是风能发电装置。

背景技术

能源是经济发展的基础，为了维持经济的高速发展，掠夺性的开采地下资源，随着地球资源日趋紧张其价格成倍增长。人们为了解决能源危机在寻找替代能源，风能作为一种替代能源得到了世界各国的高度重视。近几年随着风电产业的形成和规模发展，通过引进技术，加速风电机组本地化进程以及加强风电场建设和运行管理，我国风电场建设和运行的成本逐步降低，初始投资从1994年的约12000元/kW降低到目前的约9000元/kW。同时风电的上网电价也从超过1.0元/度降低到约0.6元/度。

风力发电有三种运行方式：一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；二是风力发电与其他发电方式(如柴油机发电)相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。

在风力发电系统中两个主要部件是风力机和发电机。风力机向着变浆距调节技术、发电机向着变速恒频发电技术，这是风力发电技术发展的趋势，也是当今风力发电的核心技术。风力机主要结构分为：

1、风力机的变浆距调节

风力机通过叶轮捕获风能，将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。变距调节方式是通过改变叶片迎风面与纵向旋转轴的夹角，从而影响叶片的受力和阻力，限制大风时风机输出功率的增加，保持输出功率恒定。采用变距调节方式，风机功率输出曲线平滑。在额定风速以下时，控制器将叶片攻角置于零度附近，不做变化，近似等同于定浆距调节。在额定风速以上时，变浆距控制结构发生作用，调节叶片攻角，将输出功率控制在额定值附近。变浆距风力机的起动速度较定浆距风力机低，停机时传递冲击应力相对缓和。正常工作时，主要是采用功率控制，在实际应用中，功率与风速的立方成正比。较小的风速变化会造成较大的风能变化。

由于变浆距调节风力机受到的冲击较之其它风力机要小得多，可减少材料使用率，降低整体重量。且变距调节型风力机在低风速时，可使桨叶保持良好的攻角，比失速调节型风力机有更好的能量输出，因此比较适合于平均风速较低的地区安装。

变距调节的另外一个优点是，当风速达到一定值时，失速型风力机必须停机，而变距型风力机可以逐步变化到一个桨叶无负载的全翼展开模式位置，避免停机，增加风力机发电量。

变距调节的缺点是对阵风反应要求灵敏。失速调节型风机由于风的振动引起的功率脉动比较小，而变距调节型风力机则比较大，尤其对于采用变距方式的恒速风力发电机，这种情况更明显，这样不要求风机的变距系统对阵风的响应速度要足够快，才可以减轻此现象。

2、变速恒频风力发电机

变速恒频风力发电机常采用交流励磁双馈型发电机，它的结构类似绕线型感应电机，只是转子绕组上加有滑环和电刷，这样一来，转子的转速与励磁的频率有关，从而，使得双馈型发电机的内部电磁关系既不同于异步发电机又不同于同步发电机，但它却具有异步机和同步机的某些特性。

交流励磁双馈变速恒频风力发电机不仅可以通过控制交流励磁的幅值、相位、频率来实现变速恒频，还可以实现有功、无功功率控制，对电网而言还能起无功补偿的作用。

交流励磁变速恒频双馈发电机系统有如下优点：

1、允许原动机在一定范围内变速运行，简化了调整装置，减少了调速时的机械应力。同时使机组控制更加灵活、方便，提高了机组运行效率。

2、需要变频控制的功率仅是电机额定容量的一部分，使变频装置体积减小，成本降低，投资减少。

3、调节励磁电流幅值，可调节发出的无功功率；调节励磁电流相位，可调节发出的有功功率。应用矢量控制可实现有、无功功率的独立调节。

垂直轴风力发电机是一种圆弧形双叶片的结构(Φ型或称为达里厄)，由于其受风面积小，相应的启动风速较高，一直未得到大力发展，我国也在前几年做了一些尝试，但效果始终不理想。由于H型垂直轴风力发电机的设计需要非常大量的空气洞力学计算以及数字模拟计算，采用人工的方法计算一次至少需要几年的时间，而且不是一次计算就能得到正确的结果，所以在计算机还不是很发达的年代，人们根本无法完成这一设计构思。

由于特殊应用场合的需要，2003年我国开始了这项研究，并且在以后两年的时间里不断对产品进行改进，在2005年初，产品走向成熟，并在海岛以及边疆大量采用以这种新型垂直轴风力发电机为主要设备的风光互补系统。

H型垂直轴风力发电机的技术原理：