[发明专利]风力发电装置

说明书

本申请是“风力发电装置”（申请号：201110171837.9，申请日;2011年6月24日）的分案申请。

技术领域

本发明涉及风力发电设备，特别涉及风力发电系统中实现变风速输入恒频率输出的设备。

背景技术

随着全社会对能源和环境问题的关注，可再生能源的开发和利用正呈现出加速发展的趋势，风能是世界上广泛存在并为人们所掌握的技术最为成熟的可再生能源之一。目前主流的风力发电系统为双馈电机和直驱系统，双馈发电系统的定子直接与电网相连，通过调节转子绕组中的滑差功率实现调速，因此转子绕组需要一套大功率的逆变器供电，同时转子上的滑环和电刷可靠性与寿命不高，需要定期维护；直驱系统取消了风力机到发电机的升速齿轮，但是直驱发电机工作转速低，发电机需要采用较大的定转子直径和较多的极对数，给发电机的设计和制造增加了难度。同时由于风能具有随机性，忽大忽小，当风速小于额定风速时，风轮可以最大限度地吸收风能，而当风速高于某一限值时，为了保持发电机输出频率恒定，采用调节风叶桨距使风轮失速，致使风能不能被充分利用。为了解决上述问题，专利200710019236.X、200720033191.7、200810100747.9、200820116054.4提出了电气无级变速的风力发电机组，通过双机械端口电机将速度变化的风能转化为电能和恒频率输出的机械能。但是这种电机结构复杂、加工制造困难，同时也存在电刷和滑环的维护问题。因此高效、可靠、控制简单的变速恒频率风力发电装置是该领域技术人员长期的追求，专利200910089259.7虽然实现了变速恒频，但是当风能很大或者很小的时候，调速电机的容量比较大，造成系统体积、成本难以下降。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种将变速输入的能量转化为恒速输出的风力发电装置。

本发明的风力发电装置包括有源无级调速装置、风力机和发电机。

本发明的有源无级调速装置至少包括：第一行星齿轮、第二行星齿轮、第一调速电机、第二调速电机、第一功率变换器、第二功率变换器、一个锁止器和一个离合器，其中行星齿轮包括行星架、外齿圈和太阳轮，调速电机包括定子和转子两部分，功率变换器将电网的电能变换为变压变频的交流电给调速电机供电。第一行星齿轮的行星架通过有源无级调速装置一轴和第二行星齿轮的行星架刚性连接，第一调速电机的转子与第一行星齿轮的太阳轮刚性连接，第二调速电机的转子与第二行星齿轮的太阳轮刚性连接，第一行星齿轮的外齿圈与机壳之间有锁止器，锁止器闭合可以使外齿圈固定不转，第一行星齿轮的外齿圈与第二行星齿轮的太阳轮之间有离合器，离合器闭合可以使第一行星齿轮的外齿圈与第二行星齿轮的太阳轮同步旋转，第二行星齿轮的外齿圈作为有源无级调速装置的二轴。通过控制调速电机来调节第一行星齿轮的太阳轮和第二行星齿轮的太阳轮转速，达到有源无级调速装置一轴转速变化时，有源无级调速装置的二轴保持在设定的转速运行，实现无级变速功能。

同时，当有源无级调速装置一轴的转速小于设定转速时，锁止器闭合，离合器打开，有源无级调速装置工作在模式一；当有源无级调速装置一轴的转速大于设定转速时，锁止器打开，离合器闭合，有源无级调速装置工作在模式二；当有源无级调速装置一轴的转速等于设定转速时，进行锁止器和离合器开关变化，即模式一和模式二的切换；这样可以保证有源无级调速装置的二轴总是工作在固定的转速，同时保证调速电机容量较小。

模式一到模式二的切换发生在第二调速电机的转子转速为零时，即当有源无级调速装置一轴的转速小于设定转速时，锁止器闭合，离合器打开，有源无级调速装置工作在模式一，第二调速电机的转速为负值；随着有源无级调速装置一轴的转速增加，当有源无级调速装置一轴的转速等于设定转速时，第二调速电机的转速逐渐减小为零，此时闭合离合器，打开锁止器；有源无级调速装置一轴的转速继续增加，当有源无级调速装置一轴的转速大于设定转速时，有源无级调速装置工作在模式二。

本发明通过连续的控制调速电机转速，实现无级调速，而且由于调速电机可以对此装置输入或者输出能量，因此，系统是有源的无级调速装置。