[发明专利]三维矩阵布置的风力发电系统及其构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及发电系统，特别是涉及将风能转换为电能的风力发电系统。

背景技术

现有技术风力发电系统由多组风车式发电单元组成。所述风车式发电单元包括支撑杆、支撑杆顶部的发电机、以及联结在所述发电机转子上的风叶，所述风叶沿转子径向延伸。虽然所述风力发电系统合理利用可再生能源并将其转换为电能，是一种绿色环保的发电系统，但是，现有风力发电系统还是存在以下的缺陷和不足：

1.为了获得较大的风力压头，现有技术风力发电单元的风叶需要被制成沿转子径向长度很长的结构，致使现有风力发电单元必须安装在高达十几米甚至几十米的高度，令现有技术风力发电系统的选址受到限制，必须有足够的空间安装布设风力发电单元；因此，现有技术风力发电系统大都设置在海边、戈壁滩、宽广的平原上，而在风力资源丰富的山区，很难有条件构建现有技术风力发电系统；

2.同样为了获得较大的风力压头，现有风力发电系统还需要根据当地自然气象规律定期调整风力发电单元的迎风面，或者设计相应的机构调整风力发电单元的迎风面，增加了现有技术风力发电系统的运行和维护成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种不受地域环境限制、不需定期调整迎风面的风力发电系统及其构建方法。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、制造一种三维矩阵方式布置发电单元的风力发电系统，包括X×Y×Z组发电单元。所述发电单元包括发电机和电机固定杆。所述电机固定杆用于可拆卸地安装和联结各发电机，使所述各该发电机的转子轴线沿竖直方向设置。所述发电机的转子联结有M个沿竖直方向延伸的风动翼片，使气流经过时能够对该风动翼片产生沿转子切向的作用力；其中X、Y、Z、M都是自然数；所述各发电单元布设在X个竖直平面上，并在各竖直平面上形成Y列、Z行的矩阵安装；或者所述各发电单元布设在Y个竖直平面内，并在各竖直平面内按X列、Z行的矩阵安装。

作为一种具有更高机械稳定性的方案，所述风力发电系统还包括沿水平方向设置的支撑杆。在同一水平面上，所述各支撑杆平行和交叉设置，在不同水平面内，所述各支撑杆分别互相平行。所述各发电单元借助电机固定杆被牢固地联结在位于同一竖直面上的各互相平行的相邻支撑杆之间。

为使所述风力发电系统作为整体对外输出电力，所述风力发电系统还包括电力变换单元，所述各发电单元都电连接所述电力变换单元，该电力变换单元通过电力变换将来自各发电单元的电能汇集整合后输出。

关于发电机，所述发电单元中的发电机可以是外转子发电机，包括固定轴和转动外壳。所述固定轴的端部与电机固定杆的端部对接并牢固联结在一起。所述风动翼片与转动外壳固定联结。

作为外转子发电机的具体联结方案，所述外转子发电机的固定轴端部加工有外螺纹，所述电机固定杆的端部设置有加工有内螺纹的螺母套管，借助旋紧在固定轴上的螺母套管，所述外转子发电机的固定轴的端部与电机固定杆的端部对接并牢固的联结在一起。还可以采用另一具体联结方案，所述外转子发电机的固定轴端部加工有凹槽，所述电机固定杆的端部中央设置有凸出的平板状舌板，所述舌板插入凹槽内并通过紧固件固定，从而令所述外转子发电机的固定轴的端部与电机固定杆的端部对接并牢固的联结在一起。

涉及发电机的另一方案，所述发电单元中的发电机还可以是内转子发电机，包括转轴和固定外壳。所述固定外壳。与电机固定杆的端部牢固联结在一起。所述风动翼片与转轴固定联结。

作为内转子发电机的具体联结方案，所述内转子发电机的固定外壳端部设置有加工有外螺纹的凸杆，与所述凸杆同侧的所述电机固定杆的端部设置有加工有内螺纹的螺母套管，与所述转轴同侧的所述电机固定杆端部设置有轴承，借助旋紧在固定外壳端部凸杆上的螺母套管和套在所述转轴端部的轴承，所述内转子发电机的固定外壳与电机固定杆的端部牢固的联结在一起。

关于风动翼片，所述风动翼片包括翼片和至少一根连接杆，所述翼片呈柱体状，而且该翼片的横截面呈翼型。所述连接杆将所述翼片的后缘固定联结在所述发电机的转子上。

更进一步地，所述在每组发电单元中，设置在所述发电机转子上的风动翼片数量M是奇数。

为了解决发电机体积给发电系统安装场地造成的限制，使发电系统能够应用在更多的环境中，所述发电机是单级式永磁盘式发电机和串级式永磁盘式发电机。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

实施一种用阵列矩阵方式布置发电单元以构建风力发电系统的方法，包括如下步骤：