一種採用直流輸電的多轉子風力發電系統的製作方法
2023-05-27 06:58:21
專利名稱：一種採用直流輸電的多轉子風力發電系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於風能利用領域，涉及一種採用直流輸電的多轉子風力發電系統。
背景技術：
隨著世界性能源危機和全球環境汙染加劇，許多國家都更加重視潔淨的可再生能源的研究、開發和利用。全球風能理事會指出，風力發電技術相比其它可再生能源技術而言更成熟，其效率也更高，產業前景最好，其開發利用增長率遠高於常規能源，風力發電技術是世界上發展最快的可再生能源技術之一。風輪是風能轉換為機械能的核心部件，因此葉片的性能決定風電機組的性能，葉片在設計壽命期內的安全穩定運行至關重要。水平軸風力發電機的葉片在旋轉過程中，受水平推力、慣性力和重力的綜合作用。受風切變影響，水平推力的大小始終變化，無論對葉片還是傳動系統和塔架都產生大的交變載荷；慣性力的方向隨時變化；重力在葉片根部產生一個與旋轉頻率同頻率的交變載荷。上述三個交變載荷以及由此產生的振動是葉片破壞的主要原因。風力發電機單機功率越做越大，目前國際上比較一致的看法是單機功率越大， 成本越低，其原因是一般認為風力機功率越大，所需的風力機數目越少，需要維修的部件越少，成本越低。實際上，由於受建築物和地面的摩擦作用，隨著高度的增加，風速逐漸增大，這種現象稱之為風切變，葉片在迴轉平面內處於不同位置時，風速會有差異，因而在迴轉平面垂直方向上葉片承受的水平推力和迴轉力矩的大小會不同，導致葉片受到疲勞載荷。同時，重力也會在葉片上產生交變載荷。因此，葉片越長，重量越重，受風切變和重力載荷的影響越大，導致葉片所承受的交變載荷越大，葉片越容易發生破壞。目前，大型風力發電機葉片破壞的報導還不多見，主要是因為安裝時間短，問題還沒有完全暴露，若干年後，也許會大面積爆發。一旦出現問題，風電場由於停機、停電造成經濟損失，再算上維修、吊裝及更換零部件、超限運輸、重複安裝等等花費，加之風機大多安裝在偏遠或者交通不便的地區，吊裝拆卸難度大，最後付出的代價巨大。因此，雖然風電機組的製造成本隨功率增加而降低，但考慮到後期的維修等費用，其總成本反而會上升。另一方面，巨型風電機組其葉片長度將達到 60-70m,陸上運輸、安裝極為困難，安裝用的吊車容量將超過1200-1400t，很多地區不具備這個條件，從而限制了巨型風電機組的使用。對於多個集中布置的風力發電機，如果每個風力機的電能都單獨通過導線輸送， 不僅需要大量的導線，而且由於電壓較低，其輸送損失也較大。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種採用直流輸電的多轉子風力發電系統。本發明的技術方案概述如下
一種採用直流輸電的多轉子風力發電系統，包括下部塔架1、迴轉驅動裝置3和風力機，還包括上部塔架2、梁6，迴轉驅動裝置設置在上部塔架和下部塔架之間，梁設置在上部塔架上，風力機與上部塔架的頂部和梁固定連接，風力機包括風輪5和機艙4，風力機為 2-100個，機艙內設置還有整流器，上部塔架上設置有輸配電櫃8，輸配電櫃內設置有2-100 路直流電路串並聯裝置，風力機發出的電通過導線依次與整流器、直流電路串並聯裝置連接。風力機的功率為0. 5 500kW，優選的是2 lOOkW。本發明的優點和積極效果是(1)葉片壽命長。本發明的上部塔架上安裝多個中、小型風力機，其葉片短，在高度方向上受風切變影響小，短葉片的疲勞載荷小，同時短葉片的製造技術成熟，性能穩定，因而葉片的壽命長。(2)佔地面積小。考慮到尾流的影響，現有技術的普通風電機組在安裝時要相隔一定的距離，而本發明的在一個塔架上的多個風力機僅僅需要考慮風力機側向的相互影響， 大大節省了佔地面積。同時，中、小型機組的尾流影響距離短，在風電場內可以布置更多本發明，有利於提高風電場的總裝機容量，提高風電場的經濟效益。(3)獨特的安裝方式。本發明的上部塔架連接有梁，在正常使用時，作為風力機的安裝結構，在安裝和維修時梁可以作為吊支架，不需要或者僅需要小型起吊機械就可以進行設備安裝與拆裝，有效降低安裝維修成本。(4)維修成本低。主要體現在以下幾個方面一是由於採用中、小型風力機，其葉片不僅短而且重量輕，運輸方便和更換簡便；二是規模化效益高，利於集成化和模塊化和規模化，降低生產成本，提高經濟效益；三是中、小型風力機技術成熟，零部件價格便宜。( 系統的可靠性好。本發明由於採用的是在一個塔架上布置多個風力機的方式， 當單個或某幾個風力機發生故障，不會對其他風力機產生影響，系統仍然能夠基本保持正常運轉。風電場的風力機數目更多，單個風力機發生故障對系統和電網的影響微乎其微。(6)應用範圍廣。與大型和巨型風電機組相比，本發明由於採用中、小型風力機，無論是對風場條件、地理位置還是佔地面積的要求要低的多，大大拓展了本系統的應用範圍。(7)取消了機艙內的迴轉軸承或迴轉驅動系統。由於在上部塔架和下部塔架中間布置了迴轉驅動系統，實現了上部塔架、梁和風力機的整體迴轉，因此不需要在單個風力機的機艙內設置迴轉軸承或迴轉驅動系統。(8)直流串並聯輸電。對於多個集中布置的風力發電機，採用整流後串聯或並聯輸電方式，簡化調頻調相步驟，降低輸送損失，同時減少電纜使用量。
圖1為一種採用直流輸電的多轉子風力發電系統的示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施做進一步詳述，以下詳述只是描述性的，不是限定性的，不能限定本發明專利的保護範圍。一種採用直流輸電的多轉子風力發電系統，包括下部塔架1、迴轉驅動裝置3和風力機，還包括上部塔架2、梁6，迴轉驅動裝置設置在上部塔架和下部塔架之間，用於實現對上部塔架2、梁6和風力機的整體迴轉，梁設置在上部塔架上，風力機與上部塔架的頂部或/ 和梁固定連接，風力機包括風輪5和機艙4，風力機為2-100個，機艙內還設置有整流器，上部塔架上設置有輸配電櫃8，輸配電櫃內設置有2-100路直流電路串並聯裝置，風力機發出的電通過導線依次與整流器、直流電路串並聯裝置連接。風力機的功率為0. 5 500kW，優選的是2 lOOkW。本發明專利的工作原理為當風速達到風力機的啟動風速時，風力機開始轉動工作，從2-100個風力機產生的電能通過交流變直流裝置轉變為直流電，多路直流電共同接入到布置在輸配電櫃內的 2-100路直流電路串並聯裝置上，按照一定的組合方式進行串聯或並聯後的直流電往外供電，用於併網發電或輸送到蓄能系統進行儲能。
權利要求
1.一種採用直流輸電的多轉子風力發電系統，包括下部塔架(1)、迴轉驅動裝置(3)和風力機，其特徵是還包括上部塔架( 和梁(6)，所述迴轉驅動裝置設置在所述上部塔架和所述下部塔架之間，所述梁設置在上部塔架上，所述風力機與所述上部塔架的頂部或/和所述梁固定連接，所述風力機包括風輪( 和機艙G)，所述風力機為2-100個，所述機艙內還設置有整流器，所述上部塔架上設置有輸配電櫃(8)，所述輸配電櫃內設置有2-100路直流電路串並聯裝置，風力機發出的電通過導線依次與所述整流器、直流電路串並聯裝置連接。
2.根據權利要求1所述的一種採用直流輸電的多轉子風力發電系統，其特徵是所述風力機的功率為0. 5 500kW。
3.根據權利要求2所述的一種採用直流輸電的多轉子風力發電系統，其特徵是所述風力機的功率為2 lOOkW。
全文摘要
本發明公開了一種採用直流輸電的多轉子風力發電系統，包括下部塔架1、迴轉驅動裝置3和風力機，還包括上部塔架2、梁6，迴轉驅動裝置設置在上部塔架和下部塔架之間，梁設置在上部塔架上，風力機與上部塔架的頂部或/和梁固定連接，風力機包括風輪5和機艙4，風力機為2-100個，機艙內設置還有整流器，上部塔架上設置有輸配電櫃8，輸配電櫃內設置有2-100路直流電路串並聯裝置，風力機發出的電通過導線依次與整流器、直流電路串並聯裝置連接。本發明的優點和積極效果是葉片壽命長。佔地面積小。有效降低安裝維修成本。維修成本低。可靠性好。應用範圍廣。取消了機艙內的迴轉軸承或迴轉驅動裝置。直流串並聯輸電。
文檔編號F03D9/00GK102269116SQ201110241038
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月19日 優先權日2011年8月19日
發明者朱麗, 王一平, 黃群武 申請人:天津大學