[发明专利]一种大功率水平垂直轴风电机组及其控制方法

说明书

本发明一种大功率水平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、机舱部分、风速风向仪、塔架、垂直主轴、联轴器、发电机、变流器系统、主控系统；风轮部分包括轮毂和叶片；机舱部分包括水平主轴、锥齿轮、偏航系统等。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，轮毂带动水平主轴旋转，水平主轴带动锥齿轮的主动轮绕水平轴旋转，锥齿轮的从动轮则带动垂直主轴旋转，垂直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。本发明结构巧妙，安装运维简便、成本低，无需解缆，风能利用率高。

技术领域

本发明涉及一种风电机组，尤其是一种大功率水平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。但现有水平轴风力发电机存在机舱大而重、偏航时间长、需要解缆、安装不便、安装及运维成本高等固有缺陷，影响其健康发展。

与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机具有结构简单、地面安装、无需解缆、运行维护费用低、寿命长等优势，但存在捕获功率小、桨距角调节困难、风能利用率低等缺陷，目前多用于中小功率等级。

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，集水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机各自优势，提供一种结构巧妙、安装简便、无需解缆、风能利用率高的大功率水平垂直轴风力发电机组及其控制方法。

为了达到以上目的，本发明一种大功率水平垂直轴风电机组，包括：风轮部分、机舱部分、风速风向仪、塔架、垂直主轴、联轴器、发电机、变流器系统、主控系统。

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

所述机舱部分包括水平主轴、锥齿轮、偏航系统、机舱外壳；所述水平主轴与所述轮毂固定；所述锥齿轮包括主动轮和从动轮，所述主动轮套装在所述水平主轴的外圈并与之固定，所述从动轮与所述垂直主轴的一端连接固定。

所述垂直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。

所述垂直主轴、联轴器、发电机、变流器系统均安装于所述塔架内，所述发电机及所述变流器系统均安装于所述塔架底部。

所述风速风向仪固定在所述机舱外壳上；所述主控系统安装于机舱内。

上述一种大功率水平垂直轴风电机组，其控制方法包括如下步骤：

步骤1，当所述风速风向仪检测到风速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，带动所述轮毂旋转；由于所述水平主轴与所述轮毂固定，因而所述轮毂带动所述水平主轴旋转；所述锥齿轮的主动轮跟随所述水平主轴绕水平轴旋转，与此同时，所述锥齿轮的从动轮绕垂直轴旋转，实现了转矩换向传递。

步骤2，由于所述锥齿轮的从动轮与所述垂直主轴固定，从而所述从动轮带动所述垂直主轴旋转。

步骤3，所述垂直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。