一種液力變矩無刷同步電勵磁發(fā)電機組的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及電力設備，特別是一種液力變矩無刷同步電勵磁發(fā)電機組。
【背景技術】
[0002] 隨著全球氣候變暖以及不可再生能源短缺形勢的日趨嚴峻，能源供應安全問題正 在逐步影響日常生活和經(jīng)濟生產(chǎn)。與此同時可再生能源以其清潔、安全、永續(xù)的特點越來越 受到人們的關注，同時可再生能源在各國能源戰(zhàn)略中的地位不斷提高。其中風能作為可再 生能源中成本較低、技術較成熟、可靠性較高的新能源，近年來發(fā)展很快并開始在能源供應 中發(fā)揮重要作用。
[0003] 近些年我國大力發(fā)展風電建設，風電基礎設備的建造和研發(fā)水平有了顯著地提高 和進步，其中風電機組相繼出現(xiàn)了很多類型，如恒速恒頻同步風力發(fā)電機組、恒速恒頻鼠籠 型異步風力發(fā)電機組、變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機組、變速恒頻電勵磁同步發(fā)電機組和 變速恒頻永磁同步風力發(fā)電機組等。目前，變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機組市場占有率最 高，變速恒頻永磁同步風力發(fā)電機增長最快，帶齒輪箱的高速、中速永磁同步風力發(fā)電機的 新機型不斷推出。但上述機型經(jīng)過實地運行和檢測后發(fā)現(xiàn)，變速恒頻永磁同步風力發(fā)電機 組的高變速比齒輪箱可靠性差、故障率高，體積龐大，無防護地直接暴露于自然環(huán)境中，對 風沙、雨雪的抵御能力差，特別是在我國北方多風沙、雨雪的地區(qū)，沙塵容易進入發(fā)電機內(nèi) 部，風沙中的鐵磁微粒會吸附于發(fā)電機磁極使發(fā)電機損壞，同時低溫、振動也會加快永磁體 消磁速度，降低機組的可靠性，通過全功率變頻器并網(wǎng)，存在諧波污染；變速恒頻雙饋異步 風力發(fā)電機組固有的低電壓穿越能力弱、無功調(diào)節(jié)性能差，無功調(diào)節(jié)能力有限，定、轉子三 相繞組分別接入獨立的三相對稱電源，定子繞組直接和電網(wǎng)連接，轉子繞組和頻率、幅值、 相位都可以按照要求進行調(diào)節(jié)的變頻器相連，變頻器通過直流環(huán)節(jié)和整流器與電網(wǎng)連接， 控制電機在亞同步和超同步轉速下都保持發(fā)電狀態(tài)并隨著風速的變化調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉速， 進行能量交換，并網(wǎng)同樣存在較大的諧波污染；綜上所述現(xiàn)有的大型風電機組沒有直接和 電網(wǎng)耦合進行發(fā)電的。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型提供一種可靠性高、運行平穩(wěn)、使用壽命長且直接和電網(wǎng)耦合發(fā)電的 液力變矩無刷同步電勵磁發(fā)電機組。
[0005] 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案為：
[0006] 一種液力變矩無刷同步電勵磁發(fā)電機組，包括前機架、主軸、主齒輪箱、無刷同步 電勵磁發(fā)電機和后機架，該后機架上設有機組控制柜和發(fā)電機控制柜，所述主齒輪箱通過 液力變矩器與無刷同步電勵磁發(fā)電機連接，該無刷同步電勵磁發(fā)電機直接耦合到電網(wǎng)。
[0007] 所述液力變矩器內(nèi)設有兩級行星齒輪。
[0008] 所述液力變矩器、主齒輪箱和無刷同步電勵磁發(fā)電機上設有加熱器。
[0009] 本實用新型相對現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：
[0010] 1、機組具有可靠性高的優(yōu)點，使可利用率得以提升。
[0011] 風電機組故障中，變流器電子元器件故障占總故障29%。據(jù)統(tǒng)計，變流器的平均無 故障間隔期小于2年，而液力變矩的平均無故障間隔期可長達39年，采用液力變矩取代變 流器，使這部分故障因素大大減小，由于采用液力變矩，機組間傳動變?yōu)槿嵝哉{(diào)速，與風輪 的柔性變化特性相一致，同時液力調(diào)速自身具有的動態(tài)響應速度快的特性，使得液力變矩 在機組傳動鏈中起到"振動吸收器"的作用，不但減小了風電機組對電網(wǎng)的沖擊，同時也提 高了機組自身的可靠性。機組可靠性的大幅提高，必然帶來機組可利用率的有效提高。國 家標準要求機組可利用率多95%，本實用新型提供的發(fā)電機組可利用率超過98%。
[0012] 2、電能高品質(zhì)、入網(wǎng)效果顯著。
[0013] 幾種機組諧波畸變率比較：
[0014]
[0015] 本實用新型發(fā)電機組性能測試結果見下表：
[0016]
[0017] 根據(jù)實際測試結果說明：本實用新型諧波畸變率值0. 5%，小于其它風電機組的諧 波畸變率。
[0018] 本實用新型采用同步發(fā)電機直接耦合到電網(wǎng)，發(fā)電機與電網(wǎng)間無變流器，輸入電 網(wǎng)的電流波形好、諧波小，對電網(wǎng)無污染，新型機組可保證做到<〇. 5%。而其它機組采用變 流器接入電網(wǎng)的風電機組，由于變流器的工作特性，仍然存在各次電流諧波中，幅值最大的 5次諧波，目前僅可做到< 5%。
[0019] 3、具有強大的無功功率輸出能力，無需風場增設電容補償設備。
[0020] 幾種機組功率因數(shù)比較：
[0021]
[0022] 雙饋風力發(fā)電機組與本實用新型發(fā)電機組的功率因數(shù)比較：
[0023]
[0024] 比較說明本實用新型具有無功功率輸出的能力，風場不需要增設電容補償設備， 而雙饋風力發(fā)電機組必須有電容補償才有無功功率的輸出。
[0025] 本實用新型采用的是無刷電勵磁同步發(fā)電機，具有高的短路電流維持能力和強大 的無功功率輸出能力。在電網(wǎng)故障時能起到"支撐電網(wǎng)"的作用，同時也適合于弱電網(wǎng)末端 等需要輸出大量無功功率的地區(qū)和場合。
[0026] 4、本實用新型在防風沙、耐低溫方面，適用于西北地區(qū)氣候條件。
[0027] 本實用新型根據(jù)我國西北地區(qū)風沙大、年溫差和日溫差均很大、夏季氣溫高、冬季 氣溫極低等特點設計的。主傳動鏈上的齒輪箱、液力變矩、發(fā)電機等主要部件配有加熱器， 冷卻介質(zhì)經(jīng)過嚴格過濾，機艙罩、導流罩、塔筒等與外界的通道都進行了嚴密的密封，可確 保機艙內(nèi)部潔凈。
[0028] 5、本實用新型具備完善的防護系統(tǒng)并增設載人電梯，人性化的設計
[0029] 本實用新型采用了防雷系統(tǒng)設計，塔筒內(nèi)配備有防跌落裝置和完善的防護系統(tǒng)， 隨著機組單機容量的增大和塔筒高度的增加，安裝維護人員上、下機艙的勞動強度及人身 安全等因素，增設了載人電梯，人身安全得以保障，勞動強度減輕，工作效率提高。
[0030] 6、維護費用低，使用壽命長
[0031] 安裝費用比同功率現(xiàn)有發(fā)電機組低30%，可以實現(xiàn)無極變速，可以隔離扭振，防止 過載。平均無故障運行時間可以達到20萬小時以上(超過標準規(guī)定的風力機使用壽命不低 于175200小時)。成本較低、維修方便，比現(xiàn)有風力發(fā)電機總成本降低25%，維修費低55%， 大修周期由原先的4年提高到6-8年。同時沒有強烈的電磁輻射，對操作人員健康沒有潛 在的危險，降低了營運成本，沒有了變頻器的電子元器件，不需每年更換，沒有了廢棄電子 部件和二次污染，變頻器的電子元器件每年花在污染處理的費用約為該設備費用的7%左 右，沒有污染處理可進一步節(jié)省費用。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0033] 圖中：1、主軸，2、主軸承，3、主齒輪箱，4、聯(lián)軸器，5、液力變矩器，6、無刷同步電勵 磁發(fā)電機，7、機組控制柜，8、發(fā)電機控制柜，9、后機架，10、前機架。
【具體實施方式】
[0034] 如圖1所示，一種液力變矩無刷同步電勵磁發(fā)電機組，包括前機架10、主軸1、主齒 輪箱3、無刷同步電勵磁發(fā)電機6和后機架9,所述前機架10上安裝有主軸1、主軸承2和主 齒輪箱3,所述主齒輪箱3通過液力變矩器5與無刷同步電勵磁發(fā)電機6連接；液力變矩器 5 -端與主齒輪箱3之間通過聯(lián)軸器4連接，另一端通過法蘭和無刷同步電勵磁發(fā)電機6連 接成一整體，原有8個底腳支撐，經(jīng)過連接組合成四個底腳軟聯(lián)結支撐，該無刷同步電勵磁 發(fā)電機6直接耦合到電網(wǎng)。所述液力變矩器5內(nèi)設有兩級行星齒輪。所述后機架9上設有 機組控制柜7和發(fā)電機控制柜8,機組控制柜7和發(fā)電機控制柜8用于控制發(fā)電機和機組運 行情況。此外液力變矩器5、主齒輪箱3和無刷同步電勵磁發(fā)電機6上設有加熱器。
[0035] 使用時，風力帶動葉片和主軸一起轉動，主軸1經(jīng)過主齒輪箱3變速后，將動力輸 送到液力變矩器5,液力變矩器5采用兩級行星齒輪驅(qū)動，利用功率分流的原理實現(xiàn)風力機 轉速恒定輸入到同步發(fā)電機，保證發(fā)電機輸出電壓與頻率的穩(wěn)定，不用配裝其他大功率的 逆變裝置，液力變矩器5與風力機同屬葉片式流體機械，其輸出特性可以和風力機達到良 好的匹配。同步發(fā)電機從液力變矩器獲得穩(wěn)定的轉速，輸入高品質(zhì)電能。液力變矩器起到 能量緩存的作用，減小系統(tǒng)力矩的動態(tài)波動，在較寬的速度范圍內(nèi)獲得大功率輸出，通過輸 入輸出側的動態(tài)離合，使峰值負載荷以均衡。由于傳動系統(tǒng)中能夠臨時儲存能量，避開了扭 轉振動，吸收減緩機組的振動，可以在輸入轉速變動的情況下輸出恒定的轉速到同步發(fā)電 機，免除了使用變頻器連接發(fā)電機和電網(wǎng)，電廠所承擔的大量無功負荷補償?shù)却蠓档?，還 能滿足低壓穿越的要求。
【主權項】
1. 一種液力變矩無刷同步電勵磁發(fā)電機組，包括前機架、主軸、主齒輪箱、無刷同步電 勵磁發(fā)電機和后機架，該后機架上設有機組控制柜和發(fā)電機控制柜，其特征在于：所述主齒 輪箱（3)通過液力變矩器（5)與無刷同步電勵磁發(fā)電機（6)連接，該無刷同步電勵磁發(fā)電 機（6)直接耦合到電網(wǎng)。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種液力變矩無刷同步電勵磁發(fā)電機組，其特征在于：所述 液力變矩器（5)內(nèi)設有兩級行星齒輪。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種液力變矩無刷同步電勵磁發(fā)電機組，其特征在于：所述 液力變矩器（5 )、主齒輪箱（3 )和無刷同步電勵磁發(fā)電機（6 )上設有加熱器。
【專利摘要】本實用新型公開了一種液力變矩無刷同步電勵磁發(fā)電機組，其包括前機架、主軸、主齒輪箱、無刷同步電勵磁發(fā)電機和后機架，該后機架上設有機組控制柜和發(fā)電機控制柜，所述主齒輪箱通過液力變矩器與無刷同步電勵磁發(fā)電機連接,該無刷同步電勵磁發(fā)電機直接耦合到電網(wǎng)。本實用新型具有以下特點1、機組具有可靠性高的優(yōu)點，使可利用率得以提升。2、電能高品質(zhì)、入網(wǎng)效果顯著。3、具有強大的無功功率輸出能力，無需風場增設電容補償設備。4、本實用新型在防風沙、耐低溫方面，適用于西北地區(qū)氣候條件。5、調(diào)速范圍寬，使用維護費用低，使用壽命長。
【IPC分類】H02K7/18, H02K7/116, F03D9/00, H02J3/38
【公開號】CN204615569
【申請?zhí)枴緾N201520250769
【發(fā)明人】曹立新, 馬永和, 楊建秋, 栗俊, 高軍強, 王德海, 王志杰, 張國全
【申請人】蘭州電機股份有限公司
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年4月23日