本发明专利技术公开一种菱形多风轮基本单元及以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组，以菱形多风轮基本单元为中心按照一定的排布规则向外围延展构成多风轮风电机组，包括菱形多风轮基本单元、以菱形多风轮基本单元为中心向外围扩展风电机组的布局方法，菱形多风轮结构内部的支撑连接模块、外围新扩展风电机组与菱形结构之间的支撑连接模块、多风轮风电机组整体的支撑结构，以及多风轮风电机组整体的偏航变桨方法。本发明专利技术实现多风轮风电机组的模块化整体布局；通过多风轮风电机组及其控制，面向超大功率风电机组应用场景，实现降低整机和部件尺寸与重量、降低重心、优化载荷、提升制造运输安装便利性等优势。装便利性等优势。装便利性等优势。
【技术实现步骤摘要】
一种菱形多风轮结构以及以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组
[0001]本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种菱形多风轮结构以及以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组。
技术介绍
[0002]近年来风电机组单机容量持续快速增大，海上风电开发速度明显加快，从近海加快向深远海发展。常规风电机组通常采用单机、下风向、三叶片、塔架结构，目前国际上已实现运行的最大风电机组单机容量已达到12MW，叶片长度100米以上，未来随着单机容量的进一步增大，单机重量、尺寸将进一步增大，而容量增大带来的发电量提升则慢于重量的提升，且重心高，在海上稳定运行的难度增大，设计、制造、安装、维护难度大，使得大型化带来的成本优势难以为继。
[0003]文章《multi
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rotors,a solution to 20MW and beyond》(2012年)研究提出了一种20MW多风轮风电机组的排布方式，由45台444kW的风电机组构成，分布在6层支撑结构上，最下面1层包括6台机组，向上依次包括7、8、9、8、7台风电机组。文章《Different options for multi
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rotor wind turbine grid connection》(2018)研究提出了一种21MW多风轮风电机组的排布方式及其并网接入拓扑结构，由7台3MW的风电机组构成，其中6台呈六边形分布，六边形中心处分布另1台风电机组。以上文章面向20MW级场景提出了多风轮风电机组的结构方式，但是布局思路相对简单，且并未体现模块化思路。
[0004]中国专利技术专利CN201110241037公开了一种能自动对风的多转子风力发电系统，可包括风力机为2
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100个，分布在框架结构的多个梁上，框架两侧的梁的长度不相等，较长的梁上设置的风力机的数量比较短的梁上风力机的数量多。这种多风轮风电系统结构存在塔架两侧不对称问题，功率等级相对小情况下可能实现，且并未给出排布的方法。PCT专利CN201780025670公开了一种具有多个转子的风力涡轮机系统，具有安装到支撑结构的若干个风力机模块，具体包括4个转子，2个为一组对称分布在2个横梁上。PCT专利CN201680073884公开了一种风力发电站和多转子风轮机系统，在PCT专利CN201780025670的基础上，进一步以2个转子为一组结合一定的框架结构通过多组拓展至风电站。上述多风轮结构主要以2个小机组为基本单元，主要研究了4叶轮机组的结构。
技术实现思路
[0005]为了解决现有多风轮风电机组技术中叶轮排布方法相对简单、未能充分体现模块化布局思路等问题，本专利技术提出一种菱形多风轮结构以及以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组多风轮风电机组，以菱形多风轮结构为基本单元进行拓展构成以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组，实现了多风轮风电机组的模块化整体布局，通过多风轮风电机组及其控制，可降低整机和部件尺寸与重量、降低重心、优化载荷、提升制造运输安装便利性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种菱形多风轮基本单元，包括呈菱
形的桁架式支撑结构、分布在呈菱形的桁架式支撑结构的四个角的4台风电机组、连接所述桁架式支撑结构与单台所述风电机组的支撑/固定模块；所述支撑/固定模块为单台所述风电机组的机舱底部设置的连接模块，用于不同的单台所述风电机组的所述桁架式支撑结构互相连接，并且对单台所述风电机组形成有效的支撑和固定；所述桁架式支撑结构包括桁架梁。
[0007]进一步地，所述菱形多风轮基本单元的各风电机组功率等级且规格一致；或者功率等级不同，根据实际的空气动力学特性、载荷特性进行优化选择。
[0008]进一步地，所述连接模块由桁架连接单元组成；所述桁架连接单元为角钢和钢板焊接而成矩形的承重单元，所述桁架连接单元之间通过铰链连接；所述连接模块在机舱底部呈十字状固定，十字的中心在机舱重心竖直线上，以更好的对所述风电机组形成整体支撑，并且通过所述铰链可向左右两个方向延展所述桁架式支撑结构。
[0009]进一步地，在所述菱形的节点处，所述桁架梁与单台所述风电机组的连接模块相连接，形成支撑；并且，从上向下连接时，所述桁架梁与单台所述风电机组的机舱间采用螺栓加紧连接；处于菱形的锐角处的不同所述桁架梁的夹角根处设有支撑连接件。
[0010]本专利技术还提供一种以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组，其由多组所述菱形多风轮基本单元构成；由多组所述菱形多风轮基本单元按照以1组所述菱形多风轮基本单元为中心向外围扩展风电机组的布局规则构成所述以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组；不同的所述菱形多风轮基本单元的单台风电机组之间采用抗弯强的桁架梁连接以形成连接支撑结构；当所述菱形多风轮基本单元超过一个时，设置加固整体支撑结构；所述加固整体支撑结构整体呈三角形，顶端两侧的桁架梁的上部均与所述塔架处中心的单台风电机组通过所述连接模块相连接，下部分别与左右两侧的单台风电机组通过所述连接模块连接，并且底端水平横梁与所述塔架的偏航支撑模块和左右两侧的单台风电机组相连接；所述偏航支撑模块固定于塔架基础下方，由回转轴承和回转支撑连接件组成。
[0011]进一步地，以1组所述菱形多风轮基本单元为中心向外围扩展风电机组的布局规则包括：由所述菱形多风轮基本单元的4台单台风电机组构成1台多风轮风电机组；或者以1台所述多风轮风电机组为中心，在4条所述桁架梁延长线方向上扩展风电机组，首先在左下方的2条桁架梁延长线上分别扩展1台风电机组，新增的2台风电风电机组与所述1台所述多风轮风电机组之间以及新增的2台风电机组之间分别通过桁架梁连接，同样地，在右下方的2条桁架梁延长线上分别扩展1台风电机组，从而在1台所述多风轮风电机组的基础上扩展4台风电机组构成以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组。
[0012]进一步地，在1台所述多风轮风电机组左上方和右上方桁架梁延长线方向上扩展4台风电机组；在所述的菱形多风轮基本单元的以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组外围新增的风电机组构成的桁架梁延长线交叉点的位置分别扩展1台风电机组。
[0013]进一步地，结合整体结构布局、重心、平衡和支撑连接，以左右对称的方式对所述的菱形多风轮基本单元的以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组进行扩展。
[0014]进一步地，所述桁架梁与所连接的单台风电机组之间通过支撑/固定模块连接；所述多风轮风电机组整体通过塔架支撑，所述塔架与所述菱形多风轮基本单元最下方的单台风电机组通过连接模块实现固定和支撑。
[0015]进一步地，所述以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组进行整体偏航，在所述
塔架与所述菱形多风轮基本单元最下方的单台风电机组之间设计偏航模块；各单台所述风电机组单独变桨；所述整体偏航功能通过左右两侧不同的单台风电机组之间的功率配合辅助实现。
[0016]本专利技术至少具有以下有益效果：
[0017](1)本专利技术以菱形多风轮结构为基本单元的多风轮风电机组模块化为排布思路本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种菱形多风轮基本单元，其特征在于：包括呈菱形的桁架式支撑结构、分布在呈菱形的桁架式支撑结构的四个角的4台风电机组、连接所述桁架式支撑结构与单台所述风电机组的支撑/固定模块；所述支撑/固定模块为单台所述风电机组的机舱底部设置的连接模块，用于不同的单台所述风电机组的所述桁架式支撑结构互相连接，并且对单台所述风电机组形成有效的支撑和固定；所述桁架式支撑结构包括桁架梁。2.根据权利要求1所述的菱形多风轮基本单元，其特征在于：所述菱形多风轮基本单元的各风电机组功率等级且规格一致；或者功率等级不同，根据实际的空气动力学特性、载荷特性进行优化选择。3.根据权利要求1所述的菱形多风轮基本单元，其特征在于：所述连接模块由桁架连接单元组成；所述桁架连接单元为角钢和钢板焊接而成矩形的承重单元，所述桁架连接单元之间通过铰链连接；所述连接模块在机舱底部呈十字状固定，十字的中心在机舱重心竖直线上，以更好的对所述风电机组形成整体支撑，并且通过所述铰链可向左右两个方向延展所述桁架式支撑结构。4.根据权利要求1所述的菱形多风轮基本单元，其特征在于：在所述菱形的节点处，所述桁架梁与单台所述风电机组的连接模块相连接，形成支撑；并且，从上向下连接时，所述桁架梁与单台所述风电机组的机舱间采用螺栓加紧连接；处于菱形的锐角处的不同所述桁架梁的夹角根处设有支撑连接件。5.一种利用权利要求1
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4之一的所述的菱形多风轮基本单元的以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组，其特征在于：所述以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组由多组所述菱形多风轮基本单元构成；由多组所述菱形多风轮基本单元按照以1组所述菱形多风轮基本单元为中心向外围扩展风电机组的布局规则构成所述以菱形结构为中心延展的多风轮风电机组；不同的所述菱形多风轮基本单元的单台风电机组之间采用抗弯强的桁架梁连接以形成连接支撑结构；当所述菱形多风轮基本单元超过一个时，设置加固整体支撑结构；所述加固整体支撑结构整体呈三角形，顶端两侧的桁架梁的上部均与所述塔架处中心的单台风电机组通过所述连接模块相连接，下部分别与左右两侧的单台风电机组通过所述连接模块...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡书举，宋斌，冯帅，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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