專利名稱：懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于通信塔架的基于下偏保 護(hù)的懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電是目前普遍應(yīng)用的可再生能源之一，但是風(fēng)力發(fā)電存在難以解決的難 題，(1)自然界中風(fēng)力大小差別很大，大風(fēng)時(shí)高速轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致風(fēng)輪損壞甚至燒毀風(fēng)力發(fā)電 機(jī)；(2)自然界中風(fēng)向飄忽不定，如何根據(jù)風(fēng)向的改變調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的對風(fēng)方向。風(fēng)輪側(cè) 偏是微小型風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中風(fēng)輪超轉(zhuǎn)速保護(hù)的一種形式，歸結(jié)起來主要有側(cè)翼式和偏心式 兩種結(jié)構(gòu)。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN1456804，
公開日2003_11_19 日，記載了一種“小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)尾板側(cè)偏自保裝置”，該技術(shù)的風(fēng)鏟(1)的下端固定連接 曲柄(3)，曲柄(3)通過鉸軸安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)尾桿(2)上，曲柄(3)的另一端連接銷子，銷子(4)插在滑套(5)中，滑套(5)中活動(dòng)套裝有滑桿(6)，滑桿(6)上帶有與銷子(4) 配合使用的銷子槽，滑桿(6)的一端連接彈簧(10)，另一端連接拉線(7)，拉線(7)的另一 端連接拉桿(8)，拉桿(8)固定安裝在活動(dòng)尾板(9)上。上述技術(shù)屬于側(cè)翼式結(jié)構(gòu)，該種保護(hù)方式是依靠彈簧進(jìn)行復(fù)位，而彈簧在用一段 時(shí)間后就容易變形，造成復(fù)位力矩改變，另外彈簧在空氣中很容易銹蝕。即使加以處理，彈 簧機(jī)構(gòu)用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上也不太理想可靠。而另一種偏心式結(jié)構(gòu)的保護(hù)原理是風(fēng)輪偏置安裝，具有一個(gè)偏心距，尾舵系統(tǒng)和 機(jī)座電機(jī)殼體是鉸鏈連接鉸接的，這個(gè)鉸接軸不是垂直于側(cè)偏轉(zhuǎn)軸，而是向后和向側(cè)邊各 傾斜一個(gè)角度，當(dāng)尾舵系統(tǒng)從初始位置轉(zhuǎn)到折尾保護(hù)位置時(shí)，隨著尾舵系統(tǒng)重心位置在風(fēng) 輪側(cè)偏過程中的抬高，就會(huì)產(chǎn)生重力回位力矩。從物理學(xué)中的得知物體只有在能量最小的 位置才能達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)，故尾舵系統(tǒng)重心的抬高，就打破了他原有的平衡，在新的位置 上由于重力的作用，它就要建立一種新的平衡，那么它只有在和風(fēng)輪側(cè)偏時(shí)產(chǎn)生的力矩相 等，才能產(chǎn)生一種穩(wěn)定的平衡。由于這種機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)涉及的參數(shù)較多，不容易準(zhǔn)確解決參數(shù)之間各個(gè)量的關(guān) 系，風(fēng)輪的氣動(dòng)力在側(cè)偏時(shí)，還缺少準(zhǔn)確的計(jì)算，另外由于風(fēng)的大小和風(fēng)向的變化都是隨機(jī) 的，它們時(shí)時(shí)刻刻都在變，在很短的時(shí)間內(nèi)可產(chǎn)生很大幅度的變化，風(fēng)輪受力情況極為復(fù) 雜，所以該種方式的設(shè)計(jì)，不能只停留在理論計(jì)算上，還需試驗(yàn)測試，但牽引臺牽引試驗(yàn)以 及風(fēng)洞試驗(yàn)都不能完全正確描述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，能 夠懸掛在通信塔架上以免去安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔架成本，節(jié)約空間，又能為通信基站設(shè) 備提供綠色、清潔的能源，節(jié)能減排。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括懸吊機(jī)構(gòu)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪系 統(tǒng)、尾舵系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其中懸吊機(jī)構(gòu)固定設(shè)置于通信塔架的外側(cè)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與懸吊 機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的前端與風(fēng)輪系統(tǒng)固定連接，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的尾端與尾舵系統(tǒng)固 定連接，控制系統(tǒng)設(shè)置于通信塔架的底部并與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端相連接，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與 尾舵系統(tǒng)在初始狀態(tài)下均為水平安置。所述的懸吊機(jī)構(gòu)包括支撐臂、懸吊桿、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和限位保護(hù)機(jī)構(gòu)，其 中支撐臂固定設(shè)置于通信塔架的外部，懸吊桿的上端與支撐臂固定連接并保持自然下垂 的角度，下端與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過限位保護(hù)機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)固定連接，擺動(dòng) 機(jī)構(gòu)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連。所述的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為水平軸承結(jié)構(gòu)，所述的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)為豎直軸承結(jié)構(gòu)；所述的限位保護(hù)機(jī)構(gòu)為具有凹槽的半圓柱體外殼，該凹槽的尺寸與風(fēng)力發(fā)電機(jī)外 殼的尺寸相對應(yīng)，以限制電機(jī)下偏保護(hù)的角度并連接回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述的控制系統(tǒng)包括整流單元、極端保護(hù)模塊、功率控制模塊、防反充單元、整合 模塊、負(fù)載控制單元、中央控制單元，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端依次連接整流單元、極端保護(hù) 模塊、功率控制模塊、防反充單元和整合模塊，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的三相電源整流為直流電 信號后由整合模塊輸出至蓄電池進(jìn)行充電，整合模塊的輸出端與負(fù)載控制單元相連，負(fù)載 控制單元的輸出端與負(fù)載接入端相連，中央控制單元的輸出端分別與極端保護(hù)模塊、功率 控制模塊以及負(fù)載控制單元相連以輸出控制指令。所述的整流單元的輸入端上設(shè)有具有接地保護(hù)的三相防雷單元，防止由于雷電擊 中導(dǎo)致的電路損壞；所述的整流單元的輸入端上設(shè)有與中央控制單元相連接的頻率檢測單元，由中央 控制單元進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出頻率的監(jiān)測并相應(yīng)輸出控制指令至負(fù)載控制單元；所述的極端保護(hù)模塊包括極端保護(hù)單元、電壓檢測單元和比較單元，其中極端 保護(hù)單元和電壓檢測單元分別與整流單元的輸出端相并聯(lián)，電壓檢測單元的輸出端分別與 比較單元和中央控制單元相連接以傳輸控制器實(shí)時(shí)母線電壓信息，極端保護(hù)單元的控制端 分別與比較單元和中央控制單元相連接以傳輸實(shí)時(shí)的控制信號。所述的功率控制模塊包括功率控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元和狀態(tài)檢測單元，其中 功率控制單元的輸入端與極端保護(hù)模塊的輸出端相連接，功率驅(qū)動(dòng)單元的輸入端和輸出端 分別與中央控制單元和功率控制單元相連接以接收中央控制單元給出的邏輯信號并進(jìn)行 功率放大輸出驅(qū)動(dòng)信息，狀態(tài)檢測單元的輸入端和輸出端分別與功率控制單元和中央控制 單元相連接以接收功率控制單元實(shí)時(shí)反饋的錯(cuò)誤信號并進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換輸出給中央控制單兀。所述的整合模塊上分別設(shè)有整合單元、電壓監(jiān)測單元和電流監(jiān)測單元，其中電壓 監(jiān)測單元的輸入端和輸出端分別與蓄電池輸入端和中央控制單元相連接以接收蓄電池實(shí) 時(shí)電壓并輸出AD碼，電流監(jiān)測單元的兩個(gè)輸入端和輸出端分別與整合單元的輸入端、整合 單元的負(fù)載輸出端和中央控制單元相連接以接收蓄電池以及負(fù)載的實(shí)時(shí)電流信號并輸出 AD碼。本發(fā)明具有以下主要優(yōu)點(diǎn)傳統(tǒng)的側(cè)偏方式，對風(fēng)和保護(hù)的功能都由尾舵系統(tǒng)來 完成，尾舵系統(tǒng)的側(cè)偏是靠重力產(chǎn)生的回位力矩和風(fēng)力產(chǎn)生的氣動(dòng)力矩共同作用而形成
5的。側(cè)偏時(shí)風(fēng)輪和尾舵系統(tǒng)的受力非常復(fù)雜，理論計(jì)算不能完全擬合出實(shí)際工作時(shí)的工況， 還需反復(fù)試驗(yàn)測試去修正計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)過程非常繁瑣。尾舵系統(tǒng)僅僅是起到對風(fēng)的作用，而大風(fēng)時(shí)的超轉(zhuǎn)速保護(hù)功能是風(fēng)能對風(fēng)輪的推 力矩實(shí)現(xiàn)的，推力僅僅和風(fēng)輪的尺寸、風(fēng)速、空氣密度相關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)過程簡便清晰，計(jì)算受力 時(shí)無需相互迭代，可以精密的計(jì)算出風(fēng)力發(fā)電機(jī)的起始保護(hù)點(diǎn)，離散性很小；和傳統(tǒng)的安裝 方式相比，該安裝形式受力好，以往安裝在通信塔架上水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都是采用支撐 結(jié)構(gòu)且不具有保護(hù)功能，本發(fā)明采用懸吊機(jī)構(gòu)，受力與振動(dòng)都較以往方式有改善，且在風(fēng)速 過大時(shí)自動(dòng)下偏，限制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身；本發(fā)明安裝在通信塔架 上，和一般的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏組件等相比，不占用多余空間，免去了使用部門征地和地 基施工等龐雜費(fèi)用；通信塔架分布范圍廣、高度高、內(nèi)部空間大，本發(fā)明可直接安裝在通信 塔架上，省略一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的塔架部分，節(jié)省了塔架生產(chǎn)和運(yùn)輸兩方面的成本；解決 無電地區(qū)通信設(shè)施的供電問題。由于我國幅員遼闊，相當(dāng)一部分通信基站都建立在海拔較 高，人煙稀少，交通運(yùn)輸不便的地方，使得通信設(shè)施的供電成為一個(gè)難題。配合安裝在通信 塔架上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，既能節(jié)約安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的成本，又能解決通信設(shè)施的供電問 題，同時(shí)還能節(jié)能減排。風(fēng)機(jī)控制器配有極端保護(hù)單元，在風(fēng)機(jī)輸出電壓異常升高時(shí)限制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸 出功率，保護(hù)控制器本體和負(fù)載，同時(shí)配有功率限制單元用來調(diào)節(jié)控制器的輸出功率，同時(shí) 還可以通過控制風(fēng)力機(jī)輸出功率來達(dá)到控制風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，負(fù)載控制單元控制負(fù)載是 否接通負(fù)載輸出，在特殊保護(hù)功能中將關(guān)閉負(fù)載輸出，保護(hù)控制器和蓄電池。極端保護(hù)單元的控制邏輯由兩部分共同完成。電壓監(jiān)測實(shí)時(shí)采集母線電壓，當(dāng)采 集到但前母線電壓過高時(shí)，電壓監(jiān)測單元同時(shí)傳遞信號給比較單元和控制單元，由控制單 元驅(qū)動(dòng)極端保護(hù)單元，限制母線電壓升高。由于極端保護(hù)單元是在系統(tǒng)極端情況下進(jìn)行保 護(hù)，故而在控制上同時(shí)也可由比較單元進(jìn)行控制驅(qū)動(dòng)，兩者之間體現(xiàn)“或”的關(guān)系，即比較單 元和控制單元任意一端都可以驅(qū)動(dòng)極端保護(hù)單元進(jìn)行工作，增加了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，比 較單元和控制單元是從系統(tǒng)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上取電的，控制單元是從蓄電池端取電，該端電壓 穩(wěn)定。而當(dāng)異常情況下，如蓄電池虛接時(shí)，則有比較單元直接從風(fēng)機(jī)輸入端取電，一旦風(fēng)力 發(fā)電機(jī)輸出電壓，比較單元就可上電工作。兩控制部分進(jìn)行互補(bǔ)，使得控制器能在無需蓄電 池正常保護(hù)系統(tǒng)。功率控制單元可調(diào)節(jié)控制控制器的輸出功率。當(dāng)蓄電池接近于充滿狀態(tài)時(shí)，功率 控制單元限制輸出大小，對蓄電池進(jìn)行浮充；當(dāng)蓄電池處于虧電狀態(tài)時(shí)，功率控制單元不再 限制輸出，對蓄電池進(jìn)行充電；當(dāng)蓄電池的充電電流大于蓄電池可以承受的最大充電電流 時(shí)，功率控制單元限制輸出大??；而當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速過高時(shí)，功率控制單元可增加輸出大小以實(shí) 現(xiàn)限制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為雙回轉(zhuǎn)及限位保護(hù)機(jī)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明超速保護(hù)示意圖。圖4為風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。如圖1所示，本實(shí)施例包括懸吊機(jī)構(gòu)1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)3、風(fēng)輪系統(tǒng)2、尾舵系統(tǒng)4和 控制系統(tǒng)5，其中懸吊機(jī)構(gòu)1固定設(shè)置于通信塔架6的外側(cè)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)3與懸吊機(jī)構(gòu)1轉(zhuǎn) 動(dòng)連接，風(fēng)力發(fā)電機(jī)3的前端與風(fēng)輪系統(tǒng)2固定連接，風(fēng)力發(fā)電機(jī)3的尾端與尾舵系統(tǒng)4固 定連接，控制系統(tǒng)5設(shè)置于通信塔架6的底部并與風(fēng)力發(fā)電機(jī)3的輸出端相連接，風(fēng)力發(fā)電 機(jī)3與尾舵系統(tǒng)4在初始狀態(tài)下均為水平安置。如圖2所示，所述的懸吊機(jī)構(gòu)1包括支撐臂7、懸吊桿8、限位保護(hù)機(jī)構(gòu)9、回轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)10和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)11，其中支撐臂7固定設(shè)置于通信塔架6的外部，懸吊桿8的上端與支 撐臂7固定連接并保持自然下垂的角度，下端與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)10轉(zhuǎn)動(dòng)連接，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)10通過限 位保護(hù)機(jī)構(gòu)9和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)11固定連接，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)11與風(fēng)力發(fā)電機(jī)3相連。所述的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)10為水平軸承結(jié)構(gòu)，所述的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)11為豎直軸承結(jié)構(gòu)；所述的限位保護(hù)機(jī)構(gòu)9為具有凹槽的半圓柱體外殼，凹槽的尺寸與風(fēng)力發(fā)電機(jī)外 殼的尺寸相對應(yīng)。限位保護(hù)機(jī)構(gòu)9用來限制電機(jī)下偏保護(hù)的角度，并起到連接水平轉(zhuǎn)軸和 豎直轉(zhuǎn)軸的作用。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)向下擺動(dòng)時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的外殼與限位保護(hù)機(jī)構(gòu)9的凹槽 部分接觸，限位保護(hù)機(jī)構(gòu)9給風(fēng)力發(fā)電機(jī)一個(gè)應(yīng)力，限制風(fēng)力發(fā)電機(jī)繼續(xù)擺動(dòng)。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電 機(jī)不再受風(fēng)推力時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在重力作用向反方向擺動(dòng)，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)殼接觸到限位保 護(hù)機(jī)構(gòu)9時(shí)，再由限位保護(hù)機(jī)構(gòu)9給風(fēng)力發(fā)電機(jī)一個(gè)應(yīng)力，限制風(fēng)力發(fā)電機(jī)繼續(xù)擺動(dòng)。所述的風(fēng)輪系統(tǒng)3包括葉片固定盤12、葉片13和導(dǎo)流罩14，葉片13置于葉片固 定盤12上，使用多個(gè)螺栓依次穿過葉片13和葉片固定盤12將葉片夾緊固定，導(dǎo)流罩14固 定在葉片固定盤12上。所述的尾舵系統(tǒng)5包括尾舵板15和尾梁16，尾舵板15和尾梁16，尾舵板15使 用螺栓固定在尾梁16的端部。如圖3所示，所述的控制系統(tǒng)6包括整流單元18、極端保護(hù)模塊、功率控制模塊、 防反充單元21、整合模塊、負(fù)載控制單元23、中央控制單元32，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端依 次連接整流單元18、極端保護(hù)模塊、功率控制模塊、防反充單元21和整合模塊，將風(fēng)力發(fā)電 機(jī)輸出的三相電源整流為直流電信號后由整合模塊輸出至蓄電池進(jìn)行充電，整合模塊的輸 出端分別與負(fù)載控制單元23、蓄電池接入端相連，負(fù)載控制單元23的輸出端與負(fù)載接入端 相連，中央控制單元32的輸出端分別與極端保護(hù)模塊、功率控制模塊以及負(fù)載控制單元23 相連以輸出控制指令。所述的整流單元18的輸入端上設(shè)有具有接地保護(hù)的17三相防雷單元，防止由于 雷電擊中導(dǎo)致的電路損壞；所述的整流單元18的輸入端上設(shè)有與中央控制單元相連接的頻率檢測單元24， 由中央控制單元32進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出頻率的監(jiān)測并相應(yīng)輸出控制指令至功率控制單元 20 ；所述的極端保護(hù)模塊包括極端保護(hù)單元19、電壓監(jiān)測單元25和比較單元26，其
7中極端保護(hù)單元19和電壓監(jiān)測單元25分別與整流單元18的輸出端相并聯(lián)，電壓監(jiān)測單 元25的輸出端分別與比較單元26和中央控制單元32相連接以傳輸控制器實(shí)時(shí)母線電壓 信息，極端保護(hù)單元19的控制端分別與比較單元26和中央控制單元32相連接以傳輸實(shí)時(shí) 的控制信號。所述的功率控制模塊包括功率控制單元20、功率驅(qū)動(dòng)單元27和狀態(tài)檢測單元 28，其中功率控制單元20的輸入端與極端保護(hù)模塊的輸出端相連接，功率驅(qū)動(dòng)單元20的 輸入端和輸出端分別與中央控制單元32和功率控制單元20相連接以接收中央控制單元32 給出的邏輯信號并進(jìn)行功率放大輸出驅(qū)動(dòng)信息，狀態(tài)檢測單元28的輸入端和輸出端分別 與功率控制單元20和中央控制單元32相連接以接收功率控制單元實(shí)時(shí)反饋的錯(cuò)誤信號并 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換輸出給中央控制單元。所述的整合模塊上分別設(shè)有整合單元22、電壓監(jiān)測單元30和電流監(jiān)測單元29，其 中電壓監(jiān)測單元30的輸入端和輸出端分別與蓄電池輸入端和中央控制單元32相連接以 接收蓄電池實(shí)時(shí)電壓并輸出AD碼，電流監(jiān)測單元29的兩個(gè)輸入端和輸出端分別與整合單 元的輸入端、整合單元的負(fù)載輸出端和中央控制單元32相連接以接收蓄電池以及負(fù)載的 實(shí)時(shí)電流信號并輸出AD碼。當(dāng)蓄電池處于嚴(yán)重虧電狀態(tài)時(shí)，中央控制單元32可發(fā)出命令，使得驅(qū)動(dòng)單元31停 止驅(qū)動(dòng)負(fù)載控制單元23，負(fù)載斷電?？刂破鬏敵鐾耆淙胄铍姵?，使得蓄電池容量快速恢復(fù) 正常水平。當(dāng)蓄電池電量恢復(fù)正常水平后，再由中央控制單元32向驅(qū)動(dòng)單元31恢復(fù)驅(qū)動(dòng) 負(fù)載控制單元23，恢復(fù)負(fù)載的供電。同時(shí)，當(dāng)電流監(jiān)測單元29檢測到負(fù)載端電流較大或接 近短路電流并將信號傳遞給中央控制單元32時(shí)，中央控制單元32將同樣斷開負(fù)載輸出，保 護(hù)控制器本體和蓄電池，并發(fā)出報(bào)警信號，通知檢修人員對負(fù)載進(jìn)行檢修，當(dāng)檢修人員確認(rèn) 負(fù)載恢復(fù)正常后將控制器斷電后重啟，中央控制單元32將重新打開負(fù)載輸出。如圖4所示，在風(fēng)輪系統(tǒng)的迎風(fēng)方向與實(shí)際風(fēng)向不同時(shí)。尾舵系統(tǒng)受到風(fēng)的推力， 受力后風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過轉(zhuǎn)動(dòng)方向，直至尾舵系統(tǒng)受力平衡，即風(fēng)輪系統(tǒng)的迎風(fēng)方向與實(shí)際 風(fēng)向相同。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪系統(tǒng)受到風(fēng)的水平推力F時(shí)，推動(dòng)風(fēng)輪系統(tǒng)向下擺動(dòng)，此 時(shí)風(fēng)輪系統(tǒng)的掃風(fēng)面積減小，吸收的風(fēng)能也就進(jìn)一步減小，從而實(shí)現(xiàn)超轉(zhuǎn)速保護(hù)的功能，這 種超轉(zhuǎn)速保護(hù)方式即為本實(shí)施例特有下偏保護(hù)方式。當(dāng)風(fēng)力減小時(shí)，風(fēng)輪系統(tǒng)所受的推力 F也減小，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在機(jī)體的重力作用下回位。當(dāng)風(fēng)速小于初始下偏風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在重力G的作用下有上偏的趨勢，如圖2 所示即風(fēng)力發(fā)電機(jī)繞擺動(dòng)點(diǎn)0順時(shí)針擺動(dòng)，此時(shí)限位保護(hù)裝置給風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供一個(gè)反方 向的力矩，限制其上偏(順時(shí)針擺動(dòng))，避免風(fēng)輪系統(tǒng)與懸吊桿進(jìn)行干涉。當(dāng)風(fēng)速大于初始下偏風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)下偏，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)繞擺動(dòng)點(diǎn)0逆時(shí)針 擺動(dòng)，當(dāng)下偏角度到達(dá)最大設(shè)計(jì)擺動(dòng)幅度時(shí)，限位保護(hù)裝置給風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供一個(gè)反方向 的力矩，限制其繼續(xù)下偏擺動(dòng)(逆時(shí)針擺動(dòng))，避免尾舵系統(tǒng)與懸吊桿進(jìn)行干涉。本實(shí)施例通過以下方式進(jìn)行工作1)當(dāng)機(jī)體未下偏時(shí)，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的擺動(dòng)中心的力矩平衡條件為Mf+Me+MB = 0 ；其中Mf為風(fēng)作用在風(fēng)輪上的水平推力F對擺動(dòng)中心0的力矩，Me為機(jī)體的重力G 對擺動(dòng)中心0的力矩，Mb為支撐力B對擺動(dòng)中心0的力矩；2)當(dāng)機(jī)體在臨界下偏狀態(tài)和下偏調(diào)速過程中，支撐力矩Mb = 0，在此條件下機(jī)體力矩平衡條件為MF+Me+Mf = 0 ；其中Mf為偏轉(zhuǎn)中心0的摩擦力矩。3)當(dāng)風(fēng)速超過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的調(diào)速風(fēng)速時(shí)，Mf > MG+Mf,使機(jī)體向下偏轉(zhuǎn)，繼而使 風(fēng)輪受到的推力Mf轉(zhuǎn)速相對減小，同時(shí)力矩Mf和Me的力臂也會(huì)相應(yīng)的改變，當(dāng)風(fēng)力推力Mf 減小時(shí)，機(jī)體在Me的作用下復(fù)位。
權(quán)利要求
一種懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括懸吊機(jī)構(gòu)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪系統(tǒng)、尾舵系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于懸吊機(jī)構(gòu)固定設(shè)置于通信塔架的外側(cè)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與懸吊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的前端與風(fēng)輪系統(tǒng)固定連接，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的尾端與尾舵系統(tǒng)固定連接，控制系統(tǒng)設(shè)置于通信塔架的底部并與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端相連接，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與尾舵系統(tǒng)在初始狀態(tài)下均為水平安置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征是，所述的懸吊機(jī)構(gòu)包 括支撐臂、懸吊桿、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和限位保護(hù)機(jī)構(gòu)，其中支撐臂固定設(shè)置于通信塔 架的外部，懸吊桿的上端與支撐臂固定連接并保持自然下垂的角度，下端與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng) 連接，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過限位保護(hù)機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)固定連接，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征是，所述的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為 水平軸承結(jié)構(gòu)，所述的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)為豎直軸承結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征是，所述的限位保護(hù)機(jī) 構(gòu)為具有凹槽的半圓柱體外殼，該凹槽的尺寸與風(fēng)力發(fā)電機(jī)外殼的尺寸相對應(yīng)，以限制電 機(jī)下偏保護(hù)的角度并連接回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征是，所述的控制系統(tǒng)包 括整流單元、極端保護(hù)模塊、功率控制模塊、防反充單元、整合模塊、負(fù)載控制單元、中央控 制單元，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端依次連接整流單元、極端保護(hù)模塊、功率控制模塊、防反充 單元和整合模塊，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的三相電源整流為直流電信號后由整合模塊輸出至蓄 電池進(jìn)行充電，整合模塊的輸出端與負(fù)載控制單元相連，負(fù)載控制單元的輸出端與負(fù)載接 入端相連，中央控制單元的輸出端分別與極端保護(hù)模塊、功率控制模塊以及負(fù)載控制單元 相連以輸出控制指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征是，所述的整流單元的 輸入端上設(shè)有具有接地保護(hù)的三相防雷單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征是，所述的整流單元的 輸入端上設(shè)有與中央控制單元相連接的頻率檢測單元，由中央控制單元進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸 出頻率的監(jiān)測并相應(yīng)輸出控制指令至負(fù)載控制單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征是，所述的極端保護(hù)模 塊包括極端保護(hù)單元、電壓檢測單元和比較單元，其中極端保護(hù)單元和電壓檢測單元分 別與整流單元的輸出端相并聯(lián)，電壓檢測單元的輸出端分別與比較單元和中央控制單元相 連接以傳輸控制器實(shí)時(shí)母線電壓信息，極端保護(hù)單元的控制端分別與比較單元和中央控制 單元相連接以傳輸實(shí)時(shí)的控制信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征是，所述的功率控制模 塊包括功率控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元和狀態(tài)檢測單元，其中功率控制單元的輸入端與極 端保護(hù)模塊的輸出端相連接，功率驅(qū)動(dòng)單元的輸入端和輸出端分別與中央控制單元和功率 控制單元相連接以接收中央控制單元給出的邏輯信號并進(jìn)行功率放大輸出驅(qū)動(dòng)信息，狀態(tài) 檢測單元的輸入端和輸出端分別與功率控制單元和中央控制單元相連接以接收功率控制 單元實(shí)時(shí)反饋的錯(cuò)誤信號并進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換輸出給中央控制單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征是，所述的整合模塊上 分別設(shè)有整合單元、電壓監(jiān)測單元和電流監(jiān)測單元，其中電壓監(jiān)測單元的輸入端和輸出端分別與蓄電池輸入端和中央控制單元相連接以接收蓄電池實(shí)時(shí)電壓并輸出AD碼，電流監(jiān) 測單元的兩個(gè)輸入端和輸出端分別與整合單元的輸入端、整合單元的負(fù)載輸出端和中央控 制單元相連接以接收蓄電池以及負(fù)載的實(shí)時(shí)電流信號并輸出AD碼。
全文摘要
一種風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的用于通信塔架的基于下偏保護(hù)的懸掛式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括懸吊機(jī)構(gòu)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪系統(tǒng)、尾舵系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，懸吊機(jī)構(gòu)固定設(shè)置于通信塔架的外側(cè)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與懸吊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的前端與風(fēng)輪系統(tǒng)固定連接，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的尾端與尾舵系統(tǒng)固定連接，控制系統(tǒng)設(shè)置于通信塔架的底部并與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端相連接，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與尾舵系統(tǒng)在初始狀態(tài)下均為水平安置。本發(fā)明能夠懸掛在通信塔架上以免去安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔架成本，節(jié)約空間，又能為通信基站設(shè)備提供綠色、清潔的能源，節(jié)能減排。
文檔編號F03D9/00GK101943125SQ201010268040
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者何雪松, 俞衛(wèi), 劉金鵬, 葉余勝, 李鋒, 魏愛萍 申請人:上海致遠(yuǎn)綠色能源有限公司