專利名稱：定槳距直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種定槳距直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)技術(shù)，涉及風(fēng)力發(fā)電及電機(jī)應(yīng)用 的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著全社會對能源和環(huán)境問題的持續(xù)關(guān)注，可再生能源的開發(fā)利用正呈現(xiàn)出加速 發(fā)展的趨勢。風(fēng)能在地球上廣泛存在并是目前為人們所掌握的最為成熟的可再生能源之 一。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，是將原動力與輸出電能 相連接的工具，它不僅直接影響到輸出電能的質(zhì)量和效率，也影響到整個(gè)風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的 性能和裝置的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要分為兩種從20世紀(jì)80年代中期，以定槳距(失速型)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為主導(dǎo)機(jī)型，容量已經(jīng) 從數(shù)十千瓦增大到兆瓦級。定槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是槳葉與輪轂的連接是 固定的，即當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角不能隨之變化。當(dāng)風(fēng)速大于槳葉設(shè)計(jì)的額定風(fēng)速 時(shí)，槳葉自動進(jìn)入失速狀態(tài)，將功率限制在額定值附近。當(dāng)風(fēng)速過大或者負(fù)載突降的情況 下，利用葉尖擾流器增加槳葉的阻力使其安全停機(jī)。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡單，性能可 靠，但是當(dāng)風(fēng)速接近于額定點(diǎn)，風(fēng)能利用系數(shù)開始大幅下降。因?yàn)檫@時(shí)隨著風(fēng)速的升高，功 率上升已趨緩，而過了額定點(diǎn)后，槳葉已經(jīng)開始失速，風(fēng)速升高，功率反而有所下降。另一種是變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相 比，具有額定功率點(diǎn)以上功率平穩(wěn)的特點(diǎn)，機(jī)組的功率調(diào)節(jié)不完全依靠葉片的氣動性能，當(dāng) 功率超過額定功率時(shí)，變槳距機(jī)構(gòu)開始工作，調(diào)整葉片節(jié)距角，將發(fā)電機(jī)的輸出功率限制在 額定值附近。且對于變槳矩風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，由于槳葉節(jié)距可以控制，無需擔(dān)心風(fēng)速超過額定 點(diǎn)后的功率點(diǎn)控制問題，可以使得額定功率點(diǎn)仍然具有較高的功率系數(shù)。但是由于槳葉的 控制增加了控制系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的復(fù)雜性也對機(jī)組的成本和可靠性提出了新的挑戰(zhàn)。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們迫切需要風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)既能夠結(jié)構(gòu)簡單，性能 可靠，又需要輸入到發(fā)電機(jī)的功率可以控制，實(shí)現(xiàn)功率超過額定功率以上時(shí)機(jī)組輸入功率 穩(wěn)定，且能有較高的功率系數(shù)。因此，研究出能夠結(jié)合定槳距和變槳矩兩個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的 優(yōu)點(diǎn)的新型發(fā)電機(jī)組就成為風(fēng)電工作者義不容辭的一個(gè)關(guān)鍵任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種定槳距直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電裝置，采用 定槳距風(fēng)機(jī)，在風(fēng)速較低時(shí)具有比變槳矩風(fēng)力發(fā)電機(jī)組更高的功率系數(shù)，而且在風(fēng)速超過 額定風(fēng)速以后，利用帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)超過額定功率后的功 率輸出穩(wěn)定問題。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為一種定槳距直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電裝置，該裝置包括定槳距風(fēng)機(jī)、與該定漿距風(fēng)機(jī)相連的 帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)、與帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)連接的電機(jī)側(cè)整
3流器、與電網(wǎng)相連的網(wǎng)側(cè)逆變器，連接在電機(jī)側(cè)整流器與網(wǎng)側(cè)逆變器之間的直流母線，和連 接到直流母線上的直流儲能裝置。優(yōu)選的，所述帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)從外向里依次包括發(fā)電機(jī)定子， 設(shè)有軸承的發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子和設(shè)有輸入輸出軸的發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子，發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子和定 漿距風(fēng)機(jī)相連，發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子通過軸承連接到發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子輸入輸出軸上。優(yōu)選的，所述帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)從里向外依次包括發(fā)電機(jī)定子， 設(shè)有軸承的發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子和設(shè)有輸入輸出軸的發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子，發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子和定 漿距風(fēng)機(jī)相連，發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子通過軸承連接到發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子輸入輸出軸上。優(yōu)選的，所述發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子包括支撐鐵環(huán)，鑲嵌于支撐鐵環(huán)外表面的外永磁， 鑲嵌于支撐鐵環(huán)內(nèi)表面的內(nèi)永磁。有益效果由于采用了定槳距風(fēng)機(jī)，在低風(fēng)速時(shí)，系統(tǒng)具有比變槳矩風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高的功率 系數(shù)，且結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠。而且由于采用了具有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)，當(dāng)風(fēng)速 超過額定風(fēng)速時(shí)，能夠維持輸出功率穩(wěn)定，且具有較高的功率系數(shù)。由于轉(zhuǎn)子永磁和內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁磁鏈屬于串聯(lián)結(jié)構(gòu)，增加的內(nèi)轉(zhuǎn)子并不會顯著增加電 機(jī)本體的體積。


圖1為本發(fā)明提供的定槳距直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)圖；其中有定槳距風(fēng)機(jī)1，帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)2，電機(jī)側(cè)整流器3，儲 能裝置4，網(wǎng)側(cè)逆變器5，直流母線6，發(fā)電機(jī)定子2. 1，發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子2. 2，發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn) 子 2. 3。圖2為圖1中帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)2兩個(gè)永磁轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)圖；其中有發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子2. 2包括三個(gè)部分，外永磁2. 2. 1，支撐鐵環(huán)2. 2. 2，內(nèi) 永磁2. 2. 3，發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子2. 3。內(nèi)轉(zhuǎn)子內(nèi)外兩層永磁2. 2. 1與2. 2. 2和永磁轉(zhuǎn)子永磁 2. 3. 1三部分永磁均采用表面貼裝式結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。參見圖1，本發(fā)明提供的定槳距直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電裝置，該裝置包括定槳距風(fēng)機(jī)1、與 該定漿距風(fēng)機(jī)1相連的帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)2、與帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永 磁發(fā)電機(jī)2連接的電機(jī)側(cè)整流器3、與電網(wǎng)相連的網(wǎng)側(cè)逆變器5，連接在電機(jī)側(cè)整流器3與 網(wǎng)側(cè)逆變器5之間的直流母線6，和連接到直流母線上的直流儲能裝置4。帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)2從外向里依次包括發(fā)電機(jī)定子2. 1，設(shè)有軸 承的發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子2. 2和設(shè)有輸入輸出軸的發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子2. 3，發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子2. 3 和定漿距風(fēng)機(jī)1相連，發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子2. 2通過軸承連接到發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子2. 3輸入輸 出軸上。帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)2從里向外依次包括發(fā)電機(jī)定子2. 1，設(shè)有軸 承的發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子2. 2和設(shè)有輸入輸出軸的發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子2. 3，發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子2. 3和定漿距風(fēng)機(jī)1相連，發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子2. 2通過軸承連接到發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子2. 3輸入輸 出軸上。 發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子2. 2包括支撐鐵環(huán)2. 2. 2，鑲嵌于支撐鐵環(huán)2. 2. 2外表面的外永 磁2. 2. 1，鑲嵌于支撐鐵環(huán)2. 2. 2內(nèi)表面的內(nèi)永磁2. 2.
權(quán)利要求
一種定槳距直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于該裝置包括定槳距風(fēng)機(jī)(1)、與該定漿距風(fēng)機(jī)(1)相連的帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)(2)、與帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)(2)連接的電機(jī)側(cè)整流器(3)、與電網(wǎng)相連的網(wǎng)側(cè)逆變器(5)，連接在電機(jī)側(cè)整流器(3)與網(wǎng)側(cè)逆變器(5)之間的直流母線(6)，和連接到直流母線上的直流儲能裝置(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定漿距風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙 轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)(2)從外向里依次包括發(fā)電機(jī)定子(2. 1)，設(shè)有軸承的發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子 (2. 2)和設(shè)有輸入輸出軸的發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子(2. 3)，發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子(2. 3)和定漿距風(fēng)機(jī) ⑴相連，發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子(2. 2)通過軸承連接到發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子(2. 3)輸入輸出軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定漿距風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙 轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)(2)從里向外依次包括發(fā)電機(jī)定子(2. 1)，設(shè)有軸承的發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子 (2. 2)和設(shè)有輸入輸出軸的發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子(2. 3)，發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子(2. 3)和定漿距風(fēng)機(jī) ⑴相連，發(fā)電機(jī)永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子(2. 2)通過軸承連接到發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子(2. 3)輸入輸出軸上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的定漿距風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述發(fā)電機(jī)永磁內(nèi) 轉(zhuǎn)子(2. 2)包括支撐鐵環(huán)(2. 2. 2)，鑲嵌于支撐鐵環(huán)(2. 2. 2)外表面的外永磁(2. 2. 1)，鑲 嵌于支撐鐵環(huán)(2. 2. 2)內(nèi)表面的內(nèi)永磁(2. 2. 3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種定槳距直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于該裝置包括定槳距風(fēng)機(jī)(1)、與該定漿距風(fēng)機(jī)(1)相連的帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)(2)、與帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)(2)連接的電機(jī)側(cè)整流器(3)、與電網(wǎng)相連的網(wǎng)側(cè)逆變器(5)，連接在電機(jī)側(cè)整流器(3)與網(wǎng)側(cè)逆變器(5)之間的直流母線(6)，和連接到直流母線上的直流儲能裝置(4)。采用定槳距風(fēng)機(jī)，在風(fēng)速較低時(shí)具有比變槳矩風(fēng)力發(fā)電機(jī)組更高的功率系數(shù)，而且在風(fēng)速超過額定風(fēng)速以后，利用帶有轉(zhuǎn)矩限幅的雙轉(zhuǎn)子永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)超過額定功率后的功率輸出穩(wěn)定問題。
文檔編號H02K16/02GK101858309SQ20101015836
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者孫西凱, 程明 申請人:東南大學(xué)