[发明专利]一种大功率垂直轴风电机组及其控制方法

说明书

本发明一种大功率垂直轴风电机组及其控制方法，属于风电领域。该风电机组包括风轮部分、主轴、主轴连接法兰、主轴轴承、联轴器、发电机、风速仪、塔架、变流器系统、主控系统；风轮部分包括轮毂、变桨系统、导流罩、叶片和叶片支架，叶片支架与轮毂连接固定；主轴分别与轮毂、联轴器固定；联轴器与发电机的转轴固定。风速小于额定风速时，主控系统控制风电机组启动，变流器系统实施MPPT控制，叶片在风力作用下，带动轮毂旋转，轮毂带动主轴旋转，主轴通过联轴器带动发电机旋转，驱动发电机发电。风速大于额定风速小于切出风速时，变流器系统实施恒功率控制，变桨系统实施桨距角控制。本发明结构巧妙，安装运维简便、成本低，风能利用率高。

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组，尤其是一种大功率垂直轴风电机组及其控制方法，属于风电领域。

背景技术

目前大功率风力发电机以水平轴风力发电机为主流产品。但水平轴风力发电机存在需要偏航对风、控制复杂困难、安装维修不便、成本高等固有缺陷，影响其健康发展。

垂直轴风电机组的发电机可安装在地面，具有无需偏航装置、无需解缆、安装简便、运行维护成本低、投资小等优势，已在中小功率等级风力发电机中得以应用。但也存在功率小、叶片桨距角调节困难、风能利用率低等缺陷。随着风电的发展，急需研发大功率垂直轴风电机组。

发明内容

本发明的主要目的在于：针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种功率大、叶片桨距角易于调节、风能利用率高的垂直轴风电机组。

为了达到以上目的，本发明一种大功率垂直轴风电机组，包括：风轮部分、主轴、主轴连接法兰、主轴轴承、联轴器、发电机、风速仪、塔架、变流器系统、主控系统。

所述风轮部分包括轮毂、变桨系统、导流罩、叶片和叶片支架；所述变桨系统包括变桨电机、变桨减速器和变桨轴承，均安装在所述轮毂内；所述叶片支架与所述轮毂连接，通过所述变桨轴承与所述变桨减速器连接固定；所述叶片与所述叶片支架固定。

所述主轴通过所述主轴连接法兰与所述轮毂固定，所述主轴轴承套装在所述主轴外侧，确保主轴不偏离其旋转轴线；所述主轴的另一端与所述联轴器固定；所述联轴器的另一端与所述发电机的转轴固定。

所述主轴、联轴器、发电机、变流器系统、主控系统均安装于所述塔架内，所述发电机、所述变流器系统及所述主控系统均安装于所述塔架底部。

所述风速仪固定在所述导流罩上。

上述大功率垂直轴风电机组，其控制方法包括如下步骤：

步骤1，当所述风速仪检测到风速V_w处于切入风速V_in和额定风速V_N之间时，即：V_inV_w≤V_N，所述主控系统控制风电机组启动，所述变流器系统控制所述发电机的转速，实施最大功率点跟踪控制；所述叶片在风力作用下，通过所述叶片支架带动所述轮毂旋转；由于所述主轴与所述轮毂固定，因而所述轮毂带动所述主轴旋转；

步骤2，所述主轴通过联轴器带动所述发电机的转轴旋转，驱动所述发电机发电。

步骤3，当所述风速风向仪检测到风速V_w大于额定风速V_N，但小于切出风速V_out时，即：V_NV_wV_out，则所述变流器系统控制所述发电机的转速，实施恒功率控制；此外，所述主控系统控制所述变桨系统实行桨距角调节，使所述发电机输出功率维持在其额定功率。

步骤4，当所述风速仪检测到风速V_w大于切出风速V_out时，即：V_wV_out，则所述主控系统控制所述变桨系统实行顺桨，同时刹车、停机，确保整个风电机组安全。