电系统在一侧风机（图7中示 例性地示出为右侧风机）的输出轴上安装换向齿轮，与双转子对转发电机轴上的齿轮配合 形成换向齿轮副，这两个齿轮的模数、齿数均相同；通过选择合理的模数和最小的齿数，可 以获得最小的齿轮直径，这样只要将两侧风叶错开与齿轮直径等同的距离即可实现同向对 转；根据本发明实施例的风力发电系统的另一侧风机（图7中示例性地示出为左侧风机） 的输出轴通过联轴器与双转子对转发电机轴相连。根据本发明实施例的风力发电系统解决 了现有的同轴对转方案中风叶需要反向布置的以下问题：当两侧风叶反向布置时，虽然结 构上两侧风机轴与发电机同轴，但此时两侧风叶的受风面分别处于上下两侧；为了确保二 者都能有效接收风能，两侧风机就需要超过前方遮蔽物的高度，这就导致难以布置导风板 等措施，而且同一高度上有一半的面积浪费在风叶的逆风侧，无法实现对高度方向上风能 的充分利用。
[0062] 增速方案
[0063] 当对发电机价格较为敏感时，可采用增速方案，此时根据本发明实施例的风力发 电系统主要包括大直径风机、增速机、发电机、和转动式承载设备等部件。采用增速方案的 风力发电系统采用大直径风机来增加扫掠面积，并采用增速机来解决给定风速条件下，风 机直径增大带来的转速缓慢问题，其对风动作采用电机驱动转动式承载设备旋转来实现。
[0064] 在6m/s风速条件下，如果根据本发明实施例的风力发电系统采用直径超过2. 25 米的塞内加尔型叶片结构，其转速将不足36rpm，即使采用对转方案也难以将转速提高至可 利用范围，需采用增速机将风机输出的转速进行提升，以确保发电机获得适当的输入转速 和扭矩。
[0065] 为降低大直径风机在强度保障、制造及安装上的难度，根据本发明实施例的风力 发电系统中的大直径风机采用框架构成主体结构，同时采用风叶部件与主轴部件独立制 作，螺栓组装的方式。图8是根据本发明实施例的风力发电系统采用框架构成主体结构时 的构造示意图。框架式结构与主轴构成了稳固的笼式骨架，大大降低了主轴的挠曲变形风 险；部件组装构成整机的安装方式解决了运输、安装的困难；采用主轴法兰和端面盖板形 成侧方支撑，对风叶负压区范围进行留空处理，不仅有利于气流顺畅排出，还减少了风机用 料及重量，进一步降低了主轴、支架和转盘等部件的设计难度。风叶部件由方管和半圆弧零 件焊接形成风叶框架，半圆风叶和直板风叶的薄板焊接在风叶框架上，风叶框架上焊接有 连接件，用于后续的组装连接。
[0066] 经测试，同等风速条件下，4米直径的风机增速方案所发电量与两套2米直径紧凑 布置对转方案所发电量基本一致；支架材料基本无闲置，材料利用更为充分。
[0067] 在根据本发明实施例的风力发电系统中，两套风机均放置在转动式承载设备上， 前后相邻布置，且两套风机的旋转轴高度差约等于后方风机的半径，可以在给定区域内紧 凑的布置多套风机。根据本发明实施例的风力发电系统利用前方风机遮挡后方风机的下半 部分，从而降低后方风机的旋转阻力，同时实现高度方向上风能资源的最大化利用；与布置 一台相同功率，但直径增加一倍的风机相比，根据本发明实施例的风力发电系统的用材、重 量、制造和安装难度等都大大降低（用材和重量减少50%以上）。
[0068] 另外，在根据本发明实施例的风力发电系统采用卧式布置的塞内加尔型叶片结构 的风机时，可以将从风机旋转轴线到风机上边缘这一高度范围内的风能进行利用，而极少 扰动相邻高度的空气流动，这就给后方的风机利用风能提供了条件，同时后方风机下侧的 风叶所受气流是前方风机所排出的尾流，该气流已经都被前方风机大大削弱，这就降低了 后方风机下侧风叶所受的阻力，有利于增加风机出力。
[0069] 另外，根据本发明实施例的风力发电系统还可以包括：控制模块；以及电机，其 中，控制模块根据该风力发电系统周围的风力信息拟定调整策略或者从外部接收调整策略 并驱动电机动作，使得转动式承载设备水平转动从而实现对至少两套阻力型风机的位置的 调整。
[0070] 进一步地，根据本发明实施例的风力发电系统还可以包括：自检模块；以及通讯 模块，其中，自检模块检测该风力发电系统周围的风力信息，通讯模块通过有线和/或无线 的方式向上级控制中心发送风力信息并且从上级控制中心接收调整策略。具体地，自检模 块可以在检测到风力信息后，将风力信息发送到通讯模块，以通过通讯模块将风力信息发 送给上级控制中心（例如，云控制平台）；上级控制中心可以对风力信息进行存储和分析并 根据风力信息拟定调整策略；然后，上级控制中心可以将调整策略发送给通讯模块，以通过 通讯模块将调整策略发送到控制模块。
[0071] 进一步地，根据本发明实施例的风力发电系统还可以包括至少一套电子设备，用 于将该风力发电系统输出的电能控制在其它设备需要的电能要求范围内。
[0072] 本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施 例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的 实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非 上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在 本发明的范围之中。
【主权项】
1?一种风力发电系统，包括： 发电机； 至少两套阻力型风机；以及 转动式承载设备， 其中，所述至少两套阻力型风机前后相邻地卧式放置于所述转动式承载设备上，并且 带动所述发电机切割磁力线从而产生电能。2. 如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述转动式承载设备为安装于地 面的转动式圆盘、或单轴转动式承载设备。3. 如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述至少两套阻力型风机在高度 方向上成高低布置。4. 如权利要求3所述的风力发电系统，其特征在于，所述至少两套阻力型风机的直径 相等，并且所述至少两套阻力型风机中位于上风向的风机与位于下风向的风机之间的旋转 轴线高度差与它们的半径相等。5. 如权利要求3所述的风力发电系统，其特征在于，所述至少两套阻力型风机的直径 不相等，并且所述至少两套阻力型风机中位于上风向的风机的最高处与位于下风向的风机 的旋转轴线高度相等。6. 如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述至少两套阻力型风机采用直 驱方式、双转子对转方式、增速方式中的任意一种或多种与所述发电机连接。7. 如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，还包括： 控制模块；以及 电机， 其中，所述控制模块根据所述风力发电系统周围的风力信息拟定调整策略或者从外部 接收所述调整策略并驱动所述电机动作，使得所述转动式承载设备水平转动从而实现对所 述至少两套阻力型风机的位置的调整。8. 如权利要求7所述的风力发电系统，其特征在于，还包括： 自检模块；以及 通讯模块， 其中，所述自检模块检测所述风力信息，所述通讯模块通过有线和/或无线的方式向 上级控制中心发送所述风力信息并且从所述上级控制中心接收所述调整策略。9. 如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述发电机为双转子对转发电机， 所述双转子对转发电机的两侧分别设置有阻力型风机，并且所述双转子对转发电机两侧设 置的阻力型风机的迎风方向一致，旋转方向相同。10. 如权利要求9所述的风力发电系统，其特征在于，所述双转子对转发电机一侧的发 电机轴与该侧的阻力型风机的轴线重合连接，另一侧的发电机轴与该另一侧的阻力型风机 轴通过换向部件传递扭矩。11. 如权利要求6所述的风力发电系统，其特征在于，当所述至少两套阻力型风机采用 增速方式与所述发电机连接时，所述至少两套阻力型风机的主体结构为框架形式，其上连 接金属板形成风叶及侧板部件。12. 如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述转动式承载设备的驱动装置 采用外部供电。13.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，还包括： 至少一套电子设备，用于将所述风力发电系统输出的电能控制在其它设备需要的电能 要求范围内。
【专利摘要】提供了一种风力发电系统，包括：发电机；至少两套阻力型风机；以及转动式承载设备，其中，至少两套阻力型风机前后相邻地卧式放置于转动式承载设备上，并且带动发电机切割磁力线从而产生电能。根据本发明实施例的风力发电系统通过卧式放置阻力型风机，实现了低高度、低风速条件下的风力发电，大大拓展了风力发电的选址范围，可以最大限度地拉近发电与用电环节，并可与其他新能源发电方案有机结合，提高单位面积上的新能源发电总量。
【IPC分类】F03D17/00, F03D7/06, F03D9/00, F03D3/06
【公开号】CN105221338
【申请号】CN201510654852
【发明人】南寅, 王立昌, 耿存杰, 朱超
【申请人】首瑞（北京）投资管理集团有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月10日