一种用于输电电网的具有自动保护功能的风力发电机的制作方法

本实用新型是一种用于输电电网的具有自动保护功能的风力发电机，属于风力发电机领域。

背景技术：

风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般有风轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能，发电机在风轮轴的带动下旋转发电。广义地说，风能也是太阳能，所以也可以说风力发电机，是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发电机，输电是用变压器将发电机发出的电能升压后，再经断路器等控制设备接入输电线路来实现。按结构形式，输电线路分为架空输电线路和电缆线路。

现有技术公开了申请号为：200920234581.X的一种风力发电机。包括发电机、输入轴、输出轴、风叶,输入轴与风叶相连接,输出轴与发电机相连接,其特征在于:所述风叶通过变速箱与发电机相连。它通过改变风叶与发电机之间的传动比,以实现对风能的高效转化。发电机主轴的转速比风叶的转速提高了70多倍,大幅度的提高了发电机主轴的转速,提高了发电机的工作效率，现有技术对于风力发电机的保护手段薄弱，无法快速稳定的断开与电网的连接，综合保护效果差，导致设备的使用寿命低。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种用于输电电网的具有自动保护功能的风力发电机，以解决现有技术对于风力发电机的保护手段薄弱，无法快速稳定的断开与电网的连接，综合保护效果差，导致设备的使用寿命低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种用于输电电网的具有自动保护功能的风力发电机，其结构包括叶片、导流罩、机舱、尾舵、偏航尾翼、塔架、保护装置、地基、固定底盘、输电电箱、低频升压器、十二脉波变频单元、变压器、监控系统、汇流母线，所述机舱为橄榄球状且底端靠近导流罩的位置上与塔架机械连接，所述塔架的为圆柱状且底部与固定底盘固定在一起，所述地基上固定有固定底盘、输电电箱并与塔架相互垂直，所述导流罩与三个叶片螺纹连接，所述尾舵的前端分别通过螺丝与机舱的外表面固定连接，所述尾翼与尾舵的末端机械连接，所述塔架的内部设有保护装置，所述保护装置通过输电电箱与机舱内部电连接，所述机舱内部由转子、偏航电机、级型芯齿轮增速箱、机舱外壳、测风器、直驱发电机、支架、低速轴、轮毂、桨距角电机组成，所述转子与内转子直驱电机电连接，所述转子为圆形状且外端设有定子铁芯并通过两个以上的支架固定，所述级型芯齿轮增速箱与两个偏航电机电连接，所述机舱外壳上端的外表面上安装有测风器，所述低速轴的一端与轮毂嵌套连接，所述低速轴的另一端穿过转子的中心部位与直驱发电机电连接，所述轮毂的三分支分别与叶片螺纹连接，所述轮毂与桨距角电机电连接，所述叶片设有连接头、外螺纹，所述轮毂设有连接孔、内螺纹，所述连接头上设有外螺纹并与连接孔内部的内螺纹相啮合，所述低频升压器、十二脉波变频单元、变压器、监控系统、汇流母线均安装在塔架的内部，所述直驱发电机通过级型芯齿轮增速箱与低频升压器电连接，所述十二脉波变频单元的电路输出端电连接于输电电箱，所述偏航电机、直驱发电机、桨距角电机分别通过变压器与输电电箱电连接，所述监控系统与十二脉波变频单元电连接，所述监控系统的信号输出端电连接于汇流母线，所述保护装置设有CAN网接口、指示灯、主机、显示屏幕、功能按键、以太网接口、PLC电路板，所述CAN网接口与以太网接口均安装在功能按键的下端，所述功能按键的信号输出端与指示灯一一对应，所述主机的前面板安装有显示屏幕，所述PLC电路板安装在主机的内部并分别与CAN网接口、以太网接口电连接。

进一步地，所述固定底盘设有螺孔、固定挡板、地钉。

进一步地，所述固定底盘上设有两个螺孔，所述螺孔与地钉的末端相啮合，所述塔架底部的左右端分别通过固定挡板固定。

进一步地，所述指示灯、功能按键设有两个以上。

进一步地，所述输电电箱的箱体外表面设有警示标签，用以提醒人们谨防触电。

进一步地，所述固定底盘通过地钉固定在地基上。

进一步地，所述机舱与导流罩为一体结构。

进一步地，所述显示屏幕为液晶显示屏，具有真实高效的显示效果。

进一步地，所述保护装置型号为W650，配备一个内置的功能强大的虚拟PLC电路板，此PLC电路板可根据IEC61131-3语言依照功能框图来完成编程。

进一步地，所述叶片采用烤漆的工艺手段制作，防止叶片生锈。

进一步地，所述级型芯齿轮增速箱的设计，使直驱发电机的体积减小，降低系统维护和故障率。

进一步地，所述低频升压器设有低频线路，所述十二脉波变频单元包括AC/DC变频器、交流器，所述低频升压器通过低频线路与AC/DC变频器、交流器电连接，所述AC/DC变频器、交流器的信号通过谐波抑制设备输送到汇流母线，所述AC/DC变频器与监控系统电连接。

进一步地，所述偏航电机、直驱发电机、桨距角电机统称为电机组。

本实用新型的有益效果：改进的W650保护装置，性能可靠结构坚实，可工作于海岸边风力较大的农场，即便低负荷并有谐波存在时也可以确保测量精度，从而提供功率有功、无功控制水平，多重高速保护段可快速稳定地断开与电网的联接，综合保护，提高设备的使用寿命。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一种用于输电电网的具有自动保护功能的风力发电机的结构示意图。

图2为本实用新型一种用于输电电网的具有自动保护功能的风力发电机的机舱内部结构示意图。

图3为本实用新型一种用于输电电网的具有自动保护功能的风力发电机的叶片与机舱内部的分解结构示意图。

图4为本实用新型一种用于输电电网的具有自动保护功能的风力发电机的固定底盘的安装结构示意图。

图5为本实用新型一种用于输电电网的具有自动保护功能的风力发电机的保护装置结构示意图。

图6为本实用新型一种用于输电电网的具有自动保护功能的风力发电机的工作系统框图。

图7为本实用新型一种用于输电电网的具有自动保护功能的风力发电机的十二脉波变频单元接入系统结构图。

图8为本实用新型中图3的镜像示意图。

图9为本实用新型轮毂的放大图。

图10为本实用新型中图3的西南向的结构示意图。

图中：叶片-1、导流罩-2、机舱-3、尾舵-4、偏航尾翼-5、塔架-6、保护装置-7、地基-8、固定底盘-9、输电电箱-10、低频升压器-11、十二脉波变频单元-12、变压器-13、监控系统-14、汇流母线-15、转子-301、偏航电机-302、1级型芯齿轮增速箱-303、机舱外壳-304、测风器-305、直驱发电机-306、支架-307、低速轴-308、轮毂-309、桨距角电机-310、连接头-101、外螺纹-102、连接孔-3091、内螺纹-3092、CAN网接口-701、指示灯-702、主机-703、显示屏幕-704、功能按键-705、以太网接口-706、PLC电路板、螺孔-901、固定挡板-902、地钉-903、低频线路-1101、AC/DC变频器-1201、交流器-1202。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

实施例1

请参阅图1-图4，本实用新型提供一种用于输电电网的具有自动保护功能的风力发电机：其结构包括叶片1、导流罩2、机舱3、尾舵4、偏航尾翼5、塔架6、保护装置7、地基8、固定底盘9、输电电箱10、低频升压器11、十二脉波变频单元12、变压器13、监控系统14、汇流母线15，所述机舱3为橄榄球状且底端靠近导流罩2的位置上与塔架6机械连接，所述塔架6的为圆柱状且底部与固定底盘9固定在一起，所述地基8上固定有固定底盘9、输电电箱10并与塔架6相互垂直，所述导流罩2与三个叶片1螺纹连接，所述尾舵4的前端分别通过螺丝与机舱3的外表面固定连接，所述尾翼5与尾舵4的末端机械连接，所述塔架6的内部设有保护装置7，所述保护装置7通过输电电箱10与机舱3内部电连接，所述机舱3内部由转子301、偏航电机302、1级型芯齿轮增速箱303、机舱外壳304、测风器305、直驱发电机306、支架307、低速轴308、轮毂309、桨距角电机310组成，所述转子301与内转子直驱电机306电连接，所述转子301为圆形状且外端设有定子铁芯并通过两个以上的支架307固定，所述1级型芯齿轮增速箱303与两个偏航电机302电连接，所述机舱外壳304上端的外表面上安装有测风器305，所述低速轴308的一端与轮毂309嵌套连接，所述低速轴308的另一端穿过转子301的中心部位与直驱发电机306电连接，所述轮毂309的三分支分别与叶片1螺纹连接，所述轮毂309与桨距角电机310电连接，所述叶片1设有连接头101、外螺纹102，所述轮毂309设有连接孔3091、内螺纹3092，所述连接头101上设有外螺纹102并与连接孔3091内部的内螺纹3092相啮合，所述低频升压器11、十二脉波变频单元12、变压器13、监控系统14、汇流母线15均安装在塔架6的内部，所述直驱发电机306通过1级型芯齿轮增速箱303与低频升压器11电连接，所述十二脉波变频单元12的电路输出端电连接于输电电箱10，所述偏航电机302、直驱发电机306、桨距角电机310分别通过变压器13与输电电箱10电连接，所述监控系统14与十二脉波变频单元12电连接，所述监控系统14的信号输出端电连接于汇流母线15，所述保护装置7设有CAN网接口701、指示灯702、主机703、显示屏幕704、功能按键705、以太网接口706、PLC电路板，所述CAN网接口701与以太网接口706均安装在功能按键705的下端，所述功能按键705的信号输出端与指示灯702一一对应，所述主机703的前面板安装有显示屏幕704，所述PLC电路板安装在主机703的内部并分别与CAN网接口701、以太网接口706电连接，所述固定底盘9设有螺孔901、固定挡板902、地钉903，所述固定底盘9上设有两个螺孔901，所述螺孔901与地钉903的末端相啮合，所述塔架6底部的左右端分别通过固定挡板902固定，所述输电电箱10的箱体外表面设有警示标签，用以提醒人们谨防触电，所述固定底盘9通过地钉903固定在地基8上，所述机舱3与导流罩2为一体结构，所述叶片1采用烤漆的工艺手段制作，防止叶片1生锈，所述1级型芯齿轮增速箱303的设计，使直驱发电机的体积减小，降低系统维护和故障率，所述偏航电机302、直驱发电机306、桨距角电机310统称为电机组。

以上结构构成本实用新型的基本结构。

本实用新型的工作原理为：通过叶片1在风力的作用下旋转，把风的动能转变为轮毂的机械能，直驱发电机306在轮毂的带动下旋转发电，在通过1级型芯齿轮增速箱303将旋转的速度提升，来促使直驱发电机306高效发电，该直驱发电机306将电能传输至输电电箱10，输电电箱10的电网接口通过外接的控制器，将该电能连接到各种用电设备上。

实施例2

请参阅图1-图10，其结构包括叶片1、导流罩2、机舱3、尾舵4、偏航尾翼5、塔架6、保护装置7、地基8、固定底盘9、输电电箱10、低频升压器11、十二脉波变频单元12、变压器13、监控系统14、汇流母线15，所述机舱3为橄榄球状且底端靠近导流罩2的位置上与塔架6机械连接，所述塔架6的为圆柱状且底部与固定底盘9固定在一起，所述地基8上固定有固定底盘9、输电电箱10并与塔架6相互垂直，所述导流罩2与三个叶片1螺纹连接，所述尾舵4的前端分别通过螺丝与机舱3的外表面固定连接，所述尾翼5与尾舵4的末端机械连接，所述塔架6的内部设有保护装置7，所述保护装置7通过输电电箱10与机舱3内部电连接，所述机舱3内部由转子301、偏航电机302、1级型芯齿轮增速箱303、机舱外壳304、测风器305、直驱发电机306、支架307、低速轴308、轮毂309、桨距角电机310组成，所述转子301与内转子直驱电机306电连接，所述转子301为圆形状且外端设有定子铁芯并通过两个以上的支架307固定，所述1级型芯齿轮增速箱303与两个偏航电机302电连接，所述机舱外壳304上端的外表面上安装有测风器305，所述低速轴308的一端与轮毂309嵌套连接，所述低速轴308的另一端穿过转子301的中心部位与直驱发电机306电连接，所述轮毂309的三分支分别与叶片1螺纹连接，所述轮毂309与桨距角电机310电连接，所述叶片1设有连接头101、外螺纹102，所述轮毂309设有连接孔3091、内螺纹3092，所述连接头101上设有外螺纹102并与连接孔3091内部的内螺纹3092相啮合，所述低频升压器11、十二脉波变频单元12、变压器13、监控系统14、汇流母线15均安装在塔架6的内部，所述直驱发电机306通过1级型芯齿轮增速箱303与低频升压器11电连接，所述十二脉波变频单元12的电路输出端电连接于输电电箱10，所述偏航电机302、直驱发电机306、桨距角电机310分别通过变压器13与输电电箱10电连接，所述监控系统14与十二脉波变频单元12电连接，所述监控系统14的信号输出端电连接于汇流母线15，所述保护装置7设有CAN网接口701、指示灯702、主机703、显示屏幕704、功能按键705、以太网接口706、PLC电路板，所述CAN网接口701与以太网接口706均安装在功能按键705的下端，所述功能按键705的信号输出端与指示灯702一一对应，所述主机703的前面板安装有显示屏幕704，所述PLC电路板安装在主机703的内部并分别与CAN网接口701、以太网接口706电连接，所述固定底盘9设有螺孔901、固定挡板902、地钉903，所述固定底盘9上设有两个螺孔901，所述螺孔901与地钉903的末端相啮合，所述塔架6底部的左右端分别通过固定挡板902固定，所述指示灯702、功能按键705设有两个以上，所述输电电箱10的箱体外表面设有警示标签，用以提醒人们谨防触电，所述固定底盘9通过地钉903固定在地基8上，所述机舱3与导流罩2为一体结构，所述显示屏幕704为液晶显示屏，具有真实高效的显示效果，所述保护装置7型号为W650，配备一个内置的功能强大的虚拟PLC电路板，此PLC电路板可根据IEC61131-3语言依照功能框图来完成编程，所述叶片1采用烤漆的工艺手段制作，防止叶片1生锈，所述1级型芯齿轮增速箱303的设计，使直驱发电机的体积减小，降低系统维护和故障率，所述低频升压器11设有低频线路1101，所述十二脉波变频单元12包括AC/DC变频器1201、交流器1202，所述低频升压器11通过低频线路1101与AC/DC变频器1201、交流器1202电连接，所述AC/DC变频器1201、交流器1202的信号通过谐波抑制设备输送到汇流母线15，所述AC/DC变频器1201与监控系统14电连接，所述偏航电机302、直驱发电机306、桨距角电机310统称为电机组。

在实施例1的基础上再另行设计了保护装置7与十二脉波变频单元12。

保护装置7的瞬时和延时过流功能可用于相、中性点、接地、灵敏接地及负序过流保护；方向功能可用于相、中性点、接地及灵敏接地电流保护，中性点方向元件通过编程可以在零序电压、极化电流或双极化条件下操作运行，而且通过设有的PLC电路板可通过导入的编程可实现双方向保护方案。

采用了十二脉波变频单元12用以将风场经输电线路输送的电能反馈入电力系统，实现了分频输电的方式，分频输电方式的实质就是通过降低输电频率，从而降低线路阻抗以达到大幅度提高线路输送容量的目的。

假设以同样电压相同距离送电，采用美国先进的交流灵活输电方式，也只能提高线路30-40％的送电容量；而以分频输电方式即送电频率由50赫兹降为50/3赫兹时，理论上线路送电容量可达前者的三倍，由此能大大减少输电回路数和占地走廊。

通过保护装置7与十二脉波变频单元12的相结合，实现风力发电机的多种保护手段，提高设备的使用寿命，且12脉冲的分频输电的方式比传统的6脉冲分频输电所用的无功补偿和滤波器容量低，可实现风力发电的变频变速运行，从而达到整个风场风能的最大利用。由此可知，采用实施例2的技术方案最佳。

其具体工作原理为：在进行风力发电的同时，塔架6内部的保护装置7设有的CAN网接口701和以太网接口706可实现保护装置7的通讯功能，显示屏幕704信号可在就地显示，通过以太网通讯方式也可在远方访问，当电机组并网时，监控系统14给出接入指令，AC/DC变频器1201检测并网点两侧电压的相位、幅值和相角，当二者符合并网的条件时，发出触发脉冲，AC/DC变频器1201投入运行，风能则通过AC/DC变频器1201与交流器1202接入输电电网。

本实用新型所述的保护装置7作为一种具有综合保护和控制功能的发电机控制装置，尤其适用于风轮发电机的保护和控制。依托650系列产品的先进技术，W650采用32位处理器平台提供完整的解决方案，该解决方案不仅可以满足现有系统的需要，而且，它的诸多保护与控制功能也可以满足未来系统的要求。W650使用的是数字傅立叶变换算法，该算法不受谐波和暂态的影响可以执行精确测量。W650集保护、测量、控制及记录功能于一体，所以使用W650可以简化风轮发电机的系统设计。由于W650采用模块化设计结构所以维护更加方便快捷，无论是中型发电机还是大型发电机使用W650均可以按实际需要选择增减配置保护和控制功能，从而实现具有优良性能价格比的解决方案。从通讯角度而言，W650与现有的解决方案相比有很大的不同。装置最多可配置3个通讯端口，可同时使用。前部的RS232端口可通过标准电缆与笔记本电脑连接，借助于笔记本电脑可以进行调试和维护。后部的CAN端口可连接至上层控制，例如连接至PLC，这样PLC就可使其与开放的CAN装置相兼容，后部还可以配置一个RS485端口可选，该端口与就地计算机配合使用可以实现完善的记录功能，所有W650装置都配备一个10/100BaseTX以太网端口，通过该端口可访问大量的信息，如录波、数据记录等等信息，光纤端口可选择配置，既可以选择单配置也可以选择冗余配置，如果应用场合根据环境要求例如，在海边的工作环境中，对装置的可靠性要求极高，使用W650可节省总的使用成本需要高性能，则应当选择冗余配置。

本实用新型的叶片1、导流罩2、机舱3、尾舵4、偏航尾翼5、塔架6、保护装置7、地基8、固定底盘9、输电电箱10、低频升压器11、十二脉波变频单元12、变压器13、监控系统14、汇流母线15、转子301、偏航电机302、1级型芯齿轮增速箱303、机舱外壳304、测风器305、直驱发电机306、支架307、低速轴308、轮毂309、桨距角电机310、连接头101、外螺纹102、连接孔3091、内螺纹3092、CAN网接口701、指示灯702、主机703、显示屏幕704、功能按键705、以太网接口706、PLC电路板、螺孔901、固定挡板902、地钉903、低频线路1101、AC/DC变频器1201、交流器1202，部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知，本实用新型解决的问题是现有技术对于风力发电机的保护手段薄弱，无法快速稳定的断开与电网的连接，综合保护效果差，导致设备的使用寿命低，本实用新型通过上述部件的互相组合，本实用新型的有益效果：改进的W650保护装置，性能可靠结构坚实，可工作于海岸边风力较大的农场，即便低负荷并有谐波存在时也可以确保测量精度，从而提供功率有功、无功控制水平，多重高速保护段可快速稳定地断开与电网的联接，综合保护，提高设备的使用寿命，具体如下所述：

所述CAN网接口701与以太网接口706均安装在功能按键705的下端，所述功能按键705的信号输出端与指示灯702一一对应，所述主机703的前面板安装有显示屏幕704，所述PLC电路板安装在主机703的内部并分别与CAN网接口701、以太网接口706电连接，所述低频升压器11通过低频线路1101与AC/DC变频器1201、交流器1202电连接，所述AC/DC变频器1201、交流器1202的信号通过谐波抑制设备输送到汇流母线15，所述AC/DC变频器1201与监控系统14电连接。

图9为本实用新型轮毂的放大图中可以看出本实用新型结构紧凑耐用，部件与部件连接关系稳定。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。