一种混合驱动型双风轮风力发电机组的制作方法

1.本发明涉及发电技术领域，特别涉及一种混合驱动型双风轮风力发电机组。


背景技术：

2.随着风力发电技术的发展，已有风力发电机组的风轮直径越来越大，机组容量也越来越大，这样一来，风力发电技术的开发难度也大幅增加，特别地，更大容量的风电机组的发展受到了更多的限制。
3.然而，相关技术中，尚没有完善的双风轮风力发电机组设计以冲破上述限制。因此，如何大幅度提升双风轮风电机组容量，并提高双风轮风力发电机组的发电量，已成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种混合驱动型双风轮风力发电机组，可以在不增加风力发电机组风轮直径的情况下，增加机组功率，同时减小了后风轮发电机的体积，降低了风力发电机组度电成本，提高了风能的利用率，使机组整体效率达到较高水平。
5.根据本技术的第一方面，提供了一种混合驱动型双风轮风力发电机组，包括：双转子发电机、塔筒、转轴、驱动方式不一致的前风轮和后风轮，以及与所述后风轮连接的齿轮箱；其中，所述前风轮和所述后风轮通过所述转轴与所述双转子发电机连接；所述前风轮和后风轮通过所述转轴安装于所述塔筒上，且所述转轴与所述双转子发电机安装于所述机舱内，其中，所述前风轮和所述后风轮之间的连接方式为串列式，所述前风轮的旋转方向与所述后风轮的旋转方向相同或者相反。
6.另外，根据本技术上述实施例的一种混合驱动型双风轮风力发电机组，还可以具有如下附加的技术特征：
7.根据本技术的一个实施例，所述前风轮的驱动方式为直接驱动，所述后风轮的驱动方式为半直接驱动。
8.根据本技术的一个实施例，所述双转子发电机包括外转子和内转子，所述转轴包括前主轴和后主轴；其中，所述前风轮通过所述前主轴与所述双转子发电机的所述外转子连接，所述后风轮通过所述后主轴与所述双转子发电机的所述内转子连接。
9.根据本技术的一个实施例，所述前主轴通过前主轴承固定于前主轴承座上，所述后主轴通过后主轴承固定于后主轴承座上。
10.根据本技术的一个实施例，所述齿轮箱分别与所述后风轮和所述双转子发电机的所述内转子连接。
11.根据本技术的一个实施例，所述齿轮箱，包括：低速齿和高速齿；其中，所述后风轮通过所述后主轴与所述齿轮箱的所述低速齿连接，所述齿轮箱的所述高速齿与所述双转子发电机的所述内转子连接。
12.根据本技术的一个实施例，所述双转子发电机，还包括：外定子、内定子和隔磁套。
13.根据本技术的一个实施例，所述外转子对应的发电系统与所述内转子对应的发电系统通过所述隔磁套隔离。
14.根据本技术的一个实施例，所述前风轮和所述后风轮共用机组的偏航系统，所述前风轮单独使用第一变桨系统，所述后风轮单独使用第二变桨系统。
15.根据本技术的一个实施例，所述混合驱动型双风轮风力发电机组，还包括：风向仪；其中，所述风向仪安装于所述机舱上的目标区域内。
16.根据本技术的一个实施例，所述目标区域为所述机舱的上侧的中心位置。
17.根据本技术的一个实施例，所述目标区域根据所述混合驱动型双风轮风力发电机组的属性信息确定。
18.根据本技术的第二方面，还提供了一种发电并网系统，包括第一方面所述的混合驱动型双风轮风力发电机组、第一变流单元和第二变流单元；其中，所述第一变流单元与所述混合驱动型双风轮风力发电机组的双转子发电机连接，所述第二变流单元与所述混合驱动型双风轮风力发电机组的所述双转子发电机连接；其中，所述第一变流单元和所述第二变流单元为两个独立并网变流器；或者，所述第一变流单元和所述第二变流单元为双输入端口的并网变流器，其中，所述双输入端口的并网变流器具有单输出端口；或者，所述双输入端口的并网变流器具有双输出端口。
19.另外，根据本技术上述实施例的一种发电并网系统，还可以具有如下附加的技术特征：
20.根据本技术的一个实施例，所述发电并网系统，还包括：升压变压器；其中，所述发电并网系统的输出端与所述升压变压器的输入端连接，所述升压变压器的输出端与电网系统连接；其中，所述升压变压器为双分裂变压器或三相变压器。
21.本技术实施例提供的技术方案至少包括如下有益效果：
22.本技术提供了混合驱动型双风轮风力发电机组，通过将前、后两个驱动方式不同的风轮串列式安装于塔筒上，并将齿轮箱设置于双转子发电机与后风轮连接位置，以通过支持后风轮的内转子嵌入至前风轮外转子中的设计，减小后风轮发电机的体积和重量，进而在不增加风力发电机组风轮直径的情况下，增加了机组功率，降低了风力发电机组度电成本，提高了风能的利用率，使机组整体效率达到较高水平。
23.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
24.附图用于更好地理解本方案，不构成对本技术的限定。其中：
25.图1为本技术实施例提供的一种混合驱动型双风轮风力发电机组的示意图；
26.图2为本技术实施例提供的另一种混合驱动型双风轮风力发电机组的示意图；
27.图3为本技术实施例提供的一种发电并网系统的示意图；
28.图4为本技术实施例提供的另一种发电并网系统的示意图；
29.图5为本技术实施例提供的另一种发电并网系统的示意图。
具体实施方式
30.以下结合附图对本技术的示范性实施例做出说明，其中包括本技术实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本技术的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
31.下面采用实施例对本技术的混合驱动型双风轮风力发电机组和发电并网系统进行详细说明。
32.需要说明的是，相关技术中，双风轮风力发电机组均采用前后相同的双直接驱动型或双半直接驱动型，对于当前的双半直接驱动双风轮风力发电机组，由于增加了前后风轮齿轮箱，不仅降低了机组效率，而且使得机舱体积较大，增加了机组维护难度和维护成本，而对于双直接驱动型式的双风轮风力发电机组，存在双转子发电机体积过大，加工制造难度大，安装运输装配不方便，散热困难等不足。
33.由此，本技术提出一种混合驱动型串列双风轮风电机组，在不增加机组风轮直径的情况下增加机组功率，降低风力发电机组度电成本，并且可以在结构、电磁、控制上实现完全解耦，从而实现前、后风轮转速协同控制，提高风能利用率，使机组整体效率达到较高水平。
34.图1为本技术实施例提供的混合驱动型双风轮风力发电机组的结构示意图。
35.如图1所示，本实施例中的混合驱动型双风轮风力发电机组1000，包括：双转子发电机100、塔筒200、转轴300、机舱700、驱动方式不一致的前风轮400和后风轮500以及与后风轮连接的齿轮箱600。
36.其中，前风轮400和后风轮500分别通过转轴300与双转子发电机100连接，前风轮400和后风轮500通过转轴300安装于塔筒200上，且转轴300与双转子发电机100安装于机舱700内，其中，前风轮400和后风轮500之间的连接方式为串列式。
37.其中，驱动方式，指的是驱动机器的方式，例如，可以为直接驱动(direct drive，简称直驱)、半直接驱动(简称半直驱)等方式。
38.需要说明的是，本技术提出的混合驱动型双风轮风力发电机组，前风轮和后风轮的驱动方式不一致。
39.可选地，可以设定前风轮的驱动方式为直接驱动，后风轮的驱动方式为半直接驱动。
40.其中，直接驱动，指的是新型的电机直接和运动执行部分结合，即电机直接驱动机器运转，没有中间的机械传动环节的驱动方式。
41.其中，半直接驱动，指的是风轮带动齿轮箱来驱动电机发电的驱动方式。
42.需要说明的是，本技术中对前风轮400和后风轮500的划分方式不作限定，可以根据实际情况进行选取。
43.作为一种可能的实现方式，可以根据风向对前风轮400和后风轮500进行划分。可选地，可以将上风向对应的风轮划分为前风轮400、将下风向对应的风轮划分为后风轮500。
44.其中，风先吹到的地方位于上风向，后吹到的位于下风向。
45.其中，前风轮400和后风轮500分别通过转轴300与双转子发电机100连接。
46.需要说明的是，本技术对于混合驱动型双风轮风力发电机组1000的前风轮400和
后风轮500的旋转方式不作限定，可以根据实际情况进行设定。
47.可选地，可以设定前风轮与后风轮的旋转方式为同方向；可选地，也可以设定前风轮与后风轮的旋转方式为反方向。
48.需要说明的是，本技术中，前风轮400和后风轮500分别通过转轴300与双转子发电机100连接，从而确保前风轮和后风轮同轴运行。
49.其中，齿轮箱600，可以为将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速的机械部件。
50.需要说明的是，本技术对于齿轮箱600的类型不作限定，可以根据实际情况进行选取。
51.可选地，齿轮箱600可以为增速齿轮箱，进一步地，本技术中对于增速齿轮箱的多级齿轮的具体选型不作限定，例如，可以设定齿轮箱600为包括一级行星齿轮和二级平行齿轮的增速齿轮箱。
52.其中，双转子发电机100，指的是由内、外两个电机组成的复合电机，可以减小设备的体积和重量，增加功率密度，提高工作效率，能很好的满足节能和调速的要求。
53.需要说明的是，本技术中，前风轮400通过转轴300与双转子发电机100的外转子相连接，省去了齿轮箱，降低了维护难度和维护成本，提高了机组发电效率。
54.进一步地，后风轮500通过齿轮箱600与双转子发电机100相连接。需要说明的是，将齿轮箱600设置于与后风轮500连接位置，可以缩小后风轮500的内转子的体积，使得可以将后风轮500的内转子嵌入至后风轮500的外转子中，以减小后风轮500的体积，从而提高了双转子发电机100的转速，也减小了双转子发电机100的体积。
55.本技术提供了一种混合驱动型双风轮风力发电机组，双转子发电机、塔筒、转轴、驱动方式不一致的前风轮和后风轮，以及与后风轮连接的齿轮箱，其中，前风轮和后风轮通过转轴安装于塔筒上，前风轮和后风轮之间的连接方式为串列式，前风轮和后风轮分别通过转轴与双转子发电机连接。由此，本技术通过将前、后两个驱动方式不同的对转风轮串列式安装于塔筒上，并将齿轮箱设置于与后风轮连接位置，以通过支持后风轮的内转子嵌入至前风轮外转子中的设计，减小后风轮发电机的体积，进而在不增加风力发电机组风轮直径的情况下，增加了机组功率，降低了风力发电机组度电成本，提高了风能的利用率，使机组整体效率达到较高水平。
56.需要说明的是，本技术中对前风轮400和后风轮500的具体驱动方式不作限定，可以在限制前风轮400和后风轮500的驱动方式不一致的基础上，根据实际情况选取具体方式。
57.在一些实施例中，可以设定前风轮的驱动方式为直接驱动，后风轮的驱动方式为半直接驱动。
58.需要说明的是，本技术中，将齿轮箱600设置于与后风轮500连接处，即言，齿轮箱与半直接驱动方式的后风轮连接，以起到增加后风轮500的转速，降低内转子发电机体积的目的。
59.在一些实施例中，如图2所示，双转子发电机100包括外转子和内转子，转轴300包括前主轴301和后主轴302。
60.其中，前风轮400通过前主轴301与双转子发电机的外转子连接，后风轮500通过后
主轴302与双转子发电机的内转子连接。
61.在一些实施例中，如图2所示，前主轴301可以包括前主轴承301-1和前主轴承座301-2，后主轴302可以包括后主轴承302-1和后主轴承座302-2。
62.其中，前主轴301通过前主轴承301-1固定于前主轴承座301-2上，后主轴302通过后主轴承302-1固定于后主轴承座302-2上。
63.在一些实施例中，齿轮箱600分别与后风轮500和双转子发电机100的内转子连接。
64.在一些实施例中，如图2所示，齿轮箱600，包括：低速齿和高速齿；其中，后风轮500通过后主轴302与齿轮箱600的低速齿连接，齿轮箱600的高速齿与双转子发电机100的内转子连接。
65.其中，低速齿，指的是齿轮箱600的齿中扭矩最小的齿；高速齿，指的是齿轮箱600的齿中扭矩最大的齿。
66.本技术实施例中，前风轮400通过前主轴301与双转子发电机100的外转子相连接，前风轮400转动带动双转子发电机100的外转子，后风轮500通过主轴300与齿轮箱600的低速齿连接，齿轮箱600的高速齿与双转子发电机100的内转子相连接。
67.在一些实施例中，本技术中，双转子发电机100，还包括：外定子、内定子和隔磁套。
68.也就是说，本技术实施例中，双转子发电机100采用外转子、外定子、隔磁套、内定子、内转子的结构型式。
69.进一步地，在一些实施例中，外转子对应的发电系统与内转子对应的发电系统通过隔磁套隔离。
70.在本技术实施例中，外转子对应的发电系统与内转子对应的发电系统通过隔磁套相互隔离，从而不产生电磁联系，可以在结构、电磁、控制上实现完全解耦，从而实现前风轮400和后风轮500转速的协同控制。
71.进一步地，本技术实施例中，前后风轮共用机组偏航系统，分别具备各自独立的变桨系统。
72.在一些实施例中，前风轮和后风轮共用机组的偏航系统，前风轮单独使用第一变桨系统，后风轮单独使用第二变桨系统。
73.在一些实施例中，混合驱动型双风轮风力发电机组1000，还包括：风向仪800；其中，风向仪800安装于机舱700上的目标区域内。
74.需要说明的是，本技术对于目标区域的设置不作限定，可以根据实际情况进行选取。
75.可选地，目标区域可以设定为机舱的上侧的中心位置。
76.可选地，目标区域可以根据混合驱动型双风轮风力发电机组1000的属性信息确定。其中，属性信息可以根据实际情况进行设定。例如，可以设定属性信息至少包括混合驱动型双风轮风力发电机组1000中任一部件的体积、重量、形状等信息。
77.本技术提供了一种混合驱动型双风轮风力发电机组，双转子发电机采用外转子、外定子、隔磁套、内定子、内转子的结构型式，外转子对应的发电系统与内转子对应的发电系统通过隔磁套相互隔离，进而不产生电磁联系，可以在结构、电磁、控制上实现完全解耦，从而实现前风轮和后风轮转速的协同控制。
78.图3为本技术实施例提供的发电并网系统的结构示意图。
79.如图3所示，本实施例中的发电并网系统2000，包括：混合驱动型双风轮风力发电机组1000、第一变流单元201和第二变流单元202。
80.其中，第一变流单元201与混合驱动型双风轮风力发电机组1000的双转子发电机100连接，第二变流单元202与混合驱动型双风轮风力发电机组1000的双转子发电机100连接。
81.也就是说，本技术中，第一变流单元201和第二变流单元202分别与双转子发电机100的内、外定子连接。
82.其中，第一变流单元201和第二变流单元202为两个独立并网变流器；或者，第一变流单201和第二变流单元202为双输入端口的并网变流器，其中，双输入端口的并网变流器具有单输出端口；或者，双输入端口的并网变流器具有双输出端口。
83.其中，变流器，指的是使电源系统的电压、频率和其他电气信号或特性发生变化的电器设备。
84.由此，本技术提供了一种发电并网系统，包括混合驱动型双风轮风力发电机组、第一变流单元和第二变流单元，其中，第一变流单元与混合驱动型双风轮风力发电机组的双转子发电机的外定子连接，第二变流单元与混合驱动型双风轮风力发电机组的双转子发电机的内定子连接，从而通过风能利用率及机组整体效率更高的混合驱动型双风轮风力发电机组，提高了发电并网系统运行过程中的稳定性和可靠性。
85.在一些实施例中，如图4～5所示，发电并网系统2000，还包括：升压变压器900。
86.其中，发电并网系统2000的输出端与升压变压器900的输入端连接，升压变压器900的输出端与电网系统连接；其中，升压变压器900可以为双分裂变压器或三相变压器。
87.其中，升压变压器900，指的是将低交流电压、大电流相应变换为高交流电压、小电流的设备。
88.其中，双分裂变压器，指的是由两个低压绕组的分裂变压器组成的变压器。
89.其中，三相变压器，指的是三个相同容量的单相变压器的组合。
90.本技术提供了一种发电并网系统，还包括升压变压器，可选地，风电变流器的输出端与升压变压器的输入端连接，升压变压器的输出端与电网系统连接，从而在不增加风力发电机组风轮直径的情况下，增加了机组功率，降低了风力发电机组度电成本，并且可以在结构、电磁、控制上实现完全解耦，从而实现两风轮转速协同控制，提高了风能的利用率，使机组整体效率达到最高，并提高了发电并网系统运行过程中的稳定性和可靠性。
91.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本技术公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
92.上述具体实施方式，并不构成对本技术保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本技术开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术保护范围之内。