兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组制造技术

本发明专利技术涉及一种兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组，其结构由叶片、轮毂、变桨系统、永磁多级同步发电机、底座、机舱、偏航系统、液压系统、润滑系统，测风系统、塔架及变速恒频控制系统等各部件组成。由叶轮直接驱动永磁多级同步发电机转子转动，永磁同步发电机定子通过逆变系统将风力发电机组输出的电能送入电网，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。同时，也可以实现风力发电机组在不同风速段运行，使风能利用系数＞０．４７，更好的提高风力发电机组的性价比。

【技术实现步骤摘要】

本发吗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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的技术方案是这样实现的本专利技术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(l)、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)、测风系统柳、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 —机械能一电能的转换。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 统由以下童要零部件组成变桨轴承(l)、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^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l^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^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液压系统由于液压泵站、电磁元件、蓄能器、联结管路线等组成。用于 为偏航刹车4系统及转子刹车系统提供动力源。润滑系统润滑系统由润滑泵、油分配器、润滑小齿轮、润滑管路线等组 成。主要用于偏航轴承滚道及齿面的润滑。塔架塔架采用圆锥形塔筒，支撑着机舱和叶轮，动态稳定可靠。塔架内 部装有爬梯、安全绳和工作平台。兆瓦级直驱式变速变桨恒频风电机组有不同高度的塔架可供不同风区选择。控制系统兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组配备的控制系统以可 编程控制器为核心，控制电路是由PLC中心控制器及其功能扩展模块组成。主 要实现风力发电机正常运行控制、机组的安全保护、故障检测及处理、运行参 数的设定、数据记录显示以及人工操作，配备有多种通讯接口，能够实现就地 通讯和远程通讯。正常运行控制包括机组自动启动，变流器并网，主要零部件除湿加热，机 舱自动跟踪i风向，液压系统开停，散热器开停，机舱扭缆和自动解缆，电容补 偿和电容滤波投切以及低于切入风速时自动停机。监测系统主要监测电网的电压、频率，发电机输出电流、功率、功率因数， 风速，风向，叶轮转速，发电机转速，液压系统状况，偏航系统状况，风力发 电机组关键设备的温度及户外温度等，控制器根据传感器提供的信号控制风力 机组的可靠运行。安全保护系统分三层结构计算机系统(控制器)，独立于控制器的紧急停 机链和个体硬件保护措施。微机保护涉及到风力机组整机及零部件的各个方面， 紧急停机链保护用于整机严重故障及人为需要时，个体硬件保护则主要用于发 电机和各电气负载的保护。电控系统的设计和实施结果能够满足风力发电机组无人值守、自动运行、 状态控制及监测的要求。 '兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组发电系统通过变流装置和变压器 接入电网，其中变流系统主电路采用交一直一交结构，将永磁同步风力发电机 发出的能量通过变压器送入电网，本专利技术的优点兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组采用永磁多级同步发电机，由叶轮直接驱动，机组可在不同的转速段上运行，使发电机始终以最优的转速运行，叶片最优的吸收风能。使风能利用系数〉0.47，更好的提高 风力发电机组的性价比。同时，采用3个独立的电动变桨机构，变桨作用的力 通过齿形带的免维护系统传递，有效控制叶轮转速和风能吸收效率。附图说明图1为兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组总体结构图 图2为兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组变桨系统示意图 图3为兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组控制系统原理图 具体实施例方式本专利技术的风电机组采用了直驱永磁同步发电机和由PLC中心控制器及其功 能扩展模块构成，实现风电机组变速运行状态下最优化能量输出，风电机组发 电量的大小除了平均风速和风轮面积的影响以外，主要因素取决于其在不同风 速条件下的效率水平。根据空气动力学原理，只有面对风轮叶片翼形的迎角符 本文档来自技高网...

【技术保护点】
兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组，包括叶片（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（１１）及变速恒频控制系统等各部件。其特征在于：永磁多级同步发电机可由叶轮直接驱动，风力发电机组可以在不同的风速段上运行。其联结是：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，永磁多级同步发电机定子固定在底座上，永磁多级同步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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛锋，宁巧珍，尉艳梅，唐鑫，李岩，
申请(专利权)人：新疆金风科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：65[中国|新疆]