一种风电机组应急自发电系统及应急自发电方法与流程

本发明涉及风电机组应急发电技术领域，特别是涉及一种风电机组应急自发电系统及应急自发电方法。

背景技术：

随着风电行业对风电机组可靠性要求的不断提高，风电机组在外部供电线路中断后的自我维持能力，逐步成为风电机组设计要求的不可或缺项。风电机组在非发电状态下，一方面需要通过环境调控装置(如加热器、散热系统、除湿装置、通风过滤装置等)对风电机组内环境进行调控，另一方面风电机组主控系统及各种智能监控装置需要对外进行通讯，数据和指令交换等，均需要电能来维持。

目前的风电机组应对以上问题，常用的方法有两种：1)增加机组自备蓄电装置，提升蓄电能力，以延长机组在外部电源切断后的自持时间。但这种方法仅采用增加机组自备蓄电装置并扩容的技术手段，不仅需要大量空间存放蓄能装置及相关保护设备，还增加了维护难度，造成机组成本大幅增加。更重要的是，以目前的风电行业技术水平，只能维持不超过3天的机组自持时间。2)在风电机组外部另外设置小型发电装置(如太阳能发电板、小型风力发电机)，为风电机组蓄电装置补充电能，以增强机组自持能力。这种方法虽然能在理论上大幅提升机组自持时间，但由于主要发电部件位于机舱外部，容易受到外部环境影响而降低效率或失效。尤其在高寒积雪环境，位于机舱外的小型风力发电机叶轮容易结冰或整体被冰冻，太阳能发电板容易被积雪覆盖或灰尘污染，从而失去发电功能。

由此可见，现有技术存在的缺陷极大影响了机组的自持时间，当机组自备电源耗尽无法自持时，内部部件由于环境影响，容易造成寿命降低、功能损伤甚至报废。本申请在此基础上，创设一种风电机组应急自发电系统及应急自发电方法，使其科学合理、安全可靠的实现风电机组应急自发电，大大增强风电机组断电工况下的自持能力。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种风电机组应急自发电系统，使其科学合理、安全可靠的实现风电机组应急自发电，大大增强风电机组断电工况下的自持能力，从而克服现有的风电机组自持能力的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风电机组应急自发电系统，包括微型发电机和与其电连接的变频模块，以及固定在风电机组高速轴上的传动套，

所述微型发电机通过弹性支架连接在机组机架上，且所述弹性支架与电磁开关连接，所述微型发电机的伸出转轴上固定传动盘，所述弹性支架在所述电磁开关的通断情况下，带动所述微型发电机远离或朝向所述高速轴方向移动，进而带动所述传动盘与所述传动套的分离与紧密接触，以实现所述传动盘与传动套紧密接触时，所述传动盘随高速轴的旋转而旋转，实现所述微型发电机的发电；

所述变频模块接收所述微型发电机发出的电能，传输给风电机组的自用电线路，并接收风电机组主控系统的指令，控制所述电磁开关的通断。

进一步改进，所述微型发电机采用永磁发电机或鼠笼发电机。

进一步改进，所述传动盘和传动套的外圆周表面均设置为粗糙面。

进一步改进，所述变频模块包括与所述微型发电机连接的功率单元，和与风电机组主控系统连接的控制单元，

所述功率单元还通过投切开关与风电机组自用电线路连接；

所述控制单元还与所述投切开关和电磁开关连接，用于根据风电机组主控系统指令，控制所述投切开关和电磁开关的通断。

进一步改进，所述投切开关采用接触器或断路器。

进一步改进，所述弹性支架包括支架主体和恒压弹簧，所述支架主体一端与所述微型发电机固定连接，所述支架主体另一端与所述电磁开关的行程驱动端连接，还与所述恒压弹簧的一端连接，所述恒压弹簧的另一端与机组机架固定连接。

进一步改进，所述弹性支架包括两个恒压弹簧，两个所述恒压弹簧分别设置在所述支架主体的两侧，实现所述支架主体与机组机架的平稳连接。

本发明还提供一种应用上述的风电机组应急自发电系统的风电机组应急自发电方法，所述风电机组应急自发电系统启动时，风电机组主控系统首先控制风电叶片处于小幅度开桨状态，使风电机组高速轴在叶轮带动下转动；同时风电机组主控系统向所述变频模块发送指令，控制所述电磁开关断开电源，所述弹性支架在回弹力作用下带动所述微型发电机向所述高速轴移动，使所述传动盘与传动套压紧，所述传动盘随所述高速轴的旋转而旋转，实现所述微型发电机的发电；然后所述变频模块接收所述微型发电机发出的电能，传输给风电机组的自用电线路，实现风电机组的应急自发电。

进一步改进，所述变频模块包括与所述微型发电机连接的功率单元，和与风电机组主控系统连接的控制单元，所述功率单元通过投切开关与风电机组自用电线路连接；所述控制单元与所述投切开关和电磁开关连接，用于根据风电机组主控系统指令，控制所述投切开关和电磁开关的通断。

进一步改进，所述风电机组应急自发电方法应用于采用异步发电机的大兆瓦风电机组。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1.本发明通过在机组机舱内部的传动链高速轴附近设置能随高速轴的旋转而发电的微型发电机，充分利用了风电机组叶片轻微偏转所吸收的能量，将其转化成电能，并通过变频模块将其调整成机组自持功能部件所需的电能，提高机组在断电工况下的自持能力。

2.还通过电磁开关和弹性支架的设置，灵活巧妙的将微型发电机设置成可移动部件，利用电磁开关的行程驱动和弹性支架的回弹力，实现微型发电机上传动盘与高速轴上传动套的接触与分离，接触时实现应急发电，分离时避免机械摩擦和损耗，提高了该应急自发电系统的可靠性和使用寿命。

3.还通过将该风电机组应急自发电系统设置在机舱内部，避免了现有技术中在机舱外部设置小型发电机系统的弊端，提高了该风电机组应急自发电系统的可靠性，同时降低了成本。

4.本发明风电机组应急自发电方法充分利用采用异步发电机的风电机组传动链特点，利用机组叶轮吸收风能，采用内置在机舱内的应急自发电系统，为机组自发电线路持续提供电能，方法简单，成本低，可靠性高。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明风电机组应急自发电系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明风电机组应急自发电系统是针对设置异步发电机(双馈式、鼠笼式)的大兆瓦风电机组进行的改进，在其机舱内部设置该应急自发电系统，使其在机组断电或其它需要启动该自发电系统时，利用机组叶片的轻微偏转，将叶片所吸收的能量转化成电能，为机组自持电设备提供电能。其具体的实施例如下。

参照附图1所示，本实施例风电机组应急自发电系统，包括微型发电机1和与其电连接的变频模块2，以及固定在风电机组高速轴3上的传动套4。

该微型发电机1通过弹性支架连接在机组机架上，且弹性支架与电磁开关5连接，该微型发电机1的伸出转轴上固定传动盘6。该弹性支架在该电磁开关5的通断情况下，带动该微型发电机1远离或朝向该高速轴3方向移动，进而带动该传动盘6与该传动套4的分离与紧密接触，以实现该传动盘6与传动套4紧密接触时，该传动盘6随高速轴3的旋转而旋转，实现该微型发电机1的发电。

具体的，该微型发电机1采用永磁发电机，也可采用鼠笼发电机。该永磁发电机在传动盘6随高速轴3的旋转带动下，能实现发电功能。该传动盘6采用圆柱形滚轮，固定在永磁发电机的转轴上。该滚轮外圆周表面采用增加粗糙度的工艺设置，以保证传动盘6与传动套4之间有足够的接触摩擦力，即利用传动套4传递的能量带动微型发电机转轴发电。

该传动套4为环形结构圆套，固定安装在机组的高速轴3上，其外圆周表面同样采用增加粗糙度的工艺设置，进一步保证传动盘与传动套之间有足够的接触摩擦力，保证微型发电机的发电功率。

本实施例中该变频模块2用于接收微型发电机1发出的电能，传输给风电机组的自用电线路7，还用于接收风电机组主控系统8的指令，控制该电磁开关5的通断。

具体的，该变频模块2包括控制单元21、功率单元22和投切开关23。

该控制单元21与风电机组主控系统8连接，还与投切开关23和电磁开关5连接，用于接收风电机组主控系统8的指令，并控制投切开关23和电磁开关5的连通和断开。

该功率单元22与微型发电机1连接，还通过投切开关23与风电机组自用电线路7连接。该功率单元22具有一般变频发电系统变频器功率模块的通用功能，可将微型发电机1发出的电能调整成机组自用电所需的频率和电压，并通过投切开关23将电能输送到机组自用电线路7。

本实施例中该投切开关23采用接触器或断路器，实现功率单元22与机组自用电线路7的通断控制。

还有，本实施例中该弹性支架包括支架主体9和恒压弹簧10。该支架主体9的一端与微型发电机1固定连接。该支架主体9的另一端与电磁开关5的行程驱动端连接，还与恒压弹簧10的一端连接，该恒压弹簧10的另一端与机组机架固定连接。并且，本实施例中该弹性支架包括两个分设在支架主体9两侧的恒压弹簧10，两个恒压弹簧10能实现该支架主体9与机组机架的平稳连接，保证该微型发电机1的平稳移动。

该恒压弹簧10采用拉伸式弹簧，该支架主体9为可移动的固定架，当应急发电系统不工作时，电磁开关5得电闭合，电磁开关处于吸合状态，支架主体9受电磁开关5闭合带来的向上拉力，将与支架主体9连接的微型发电机1一同向上提起，使微型发电机1上的传动盘6与高速轴3上的传动套4分离，减少机械摩擦及损耗，该状态下，恒压弹簧10处于拉伸状态。当应急发电系统启动开始工作时，电磁开关5断电，恒压弹簧10提供回弹复位力，带动支架主体9向下移动，进而带动微型发电机1和传动盘6向高速轴3方向移动，不仅能使传动盘6与传动套4接触，还为传动盘6和传动套4之间的紧密接触提供压力，以便产生足够的静摩擦力，满足微型发电机发电所需的力矩需求。

上述的风电机组应急自发电系统的应急自发电方法为：在需要应急发电时，风电机组主控系统8首先控制风电叶片处于小幅度开桨状态，使风电机组高速轴3在叶轮带动下转动；同时风电机组主控系统8向该变频模块2的控制单元21发送指令，由控制单元21控制该电磁开关5断开电源，以及投切开关23闭合。这样该弹性支架9在回弹力作用下带动该微型发电机1向高速轴3移动，使传动盘6与传动套4压紧，该传动盘6随该高速轴3的旋转而旋转，实现该微型发电机1的发电；同时该变频模块2中的功率单元22接收该微型发电机1发出的电能，传输给风电机组的自用电线路7，为风电机组的自用电设备供电，实现风电机组的应急自发电。

上述风电机组应急自发电系统在不需要启动时，风电机组主控系统8控制投切开关23打开，以及电磁开关5处于吸合状态，微型发电机1的传动盘6与高速轴3的传动套4分离，即应急发电系统传动盘与动力源解离，避免机械摩擦和损耗，延长该系统使用寿命。

本发明风电机组应急自发电方法应用于采用异步发电机的大兆瓦风电机组，尤其适合用于采用异步发电机的海上型风电机组。本发明风电机组应急自发电系统与现有技术相比，无需单独在机舱外部装设小型发电机系统，也无需通过扩容机组蓄电装置来实现机组自持，避免了现有技术存在的不足。该方法充分利用采用异步发电机的风电机组传动链特点，利用机组叶轮吸收风能，采用内置在机舱内传动链高速轴附近的滚轮式微型发电机发电，为机组自发电线路持续提供电能，具有高可靠性，同时降低了同类系统的成本，增强了机组断电工况下的自持能力。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。