阅读说明：本技术 一种紧凑型储能式垂直轴风力发电装置 (Compact energy storage type vertical axis wind power generation device ) 是由 张健 张翼 董昕昕 邱文俊 朱琦文 陈晓仪 于 2020-01-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种紧凑型储能式垂直轴风力发电装置,包括：风轮(F)；单向机械功率传动机构(D),其一端与风轮(F)连接；电机(G),与单向机械功率传动机构(D)另一端连接；双向变频器(B),与电机(G)连接；弹性联轴器(T),其一端与电机(G)连接；旋转储能(C),与弹性联轴器(T)另一端连接。与现有技术相比,本发明解决了风力发电连续性问题,减少风力间歇性影响,提升风力发电双向宽幅功率调节能力等优点。(The invention relates to a compact energy storage type vertical axis wind power generation device, which comprises: a wind wheel (F); one end of the unidirectional mechanical power transmission mechanism (D) is connected with the wind wheel (F); the motor (G) is connected with the other end of the unidirectional mechanical power transmission mechanism (D); the bidirectional frequency converter (B) is connected with the motor (G); one end of the elastic coupling (T) is connected with the motor (G); and the rotary energy storage (C) is connected with the other end of the elastic coupling (T). Compared with the prior art, the wind power generation system has the advantages of solving the problem of continuity of wind power generation, reducing the intermittent influence of wind power, improving the bidirectional wide power regulation capability of wind power generation and the like.)

一种紧凑型储能式垂直轴风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置，尤其是涉及一种紧凑型储能式垂直轴风力发电装置。

背景技术

由于风力发电的随机性、间歇性和波动性等特点，电网收购风电的成本高于水、火电，因此风电竞争力比水、火电差，在争取计划电量指标时处于不利地位，直接影响风电消纳效率；同时，风力发电需要其他电源为其提供调峰服务，但目前这类辅助服务的价格还没有通过市场手段解决，而是由其他电源无偿提供，因此在冬季供热期间调峰容量紧缺时，弃风限电特别严重。

目前，基本以增加电化学储能为主的技术手段达到平抑风电波动、减少弃风、提升调峰调频能力等目的，但电化学储能系统与风电通过电气侧耦合，传输效率不高，同时，储能与风机寿命不匹配，造成投资和维护成本过高，不具备经济性条件。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有风力发电技术存在的缺陷而提供一种紧凑型储能式垂直轴风力发电装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种紧凑型储能式垂直轴风力发电装置，包括：

风轮；

单向机械功率传动机构，其一端与风轮连接；

电机，与单向机械功率传动机构另一端连接；

双向变频器，与电机连接；

弹性联轴器，其一端与电机连接；

旋转储能，与弹性联轴器另一端连接。

优选地，所述的风轮采用垂直轴方式，包括整体结构的叶轮和中心轴，其中中心轴整体延伸向下后与单向机械功率传动机构一端连接。

优选地，所述的单向机械功率传动机构确保风轮的机械转动功率只能单向传递到电机。

优选地，所述的单向机械功率传动机构为单向滑动联轴器或电磁耦合联轴器。

优选地，所述的电机采用异步交流电机结构电机，包括：

转子部分，通过导电回路固定在转轴上实现；

定子部分，通过环绕转轴的同心腔体上的三相线圈绕组构成。

优选地，所述的双向变频器采用“交-直-交”结构双向变频器，连接电机的变频器为机侧变频器，连接电网的变频器为网侧变频器。

优选地，所述的旋转储能采用圆盘或圆柱式低速旋转大质量体作为旋转机械能的储存介质。

优选地，所述的机侧变频器需满足宽范围变频要求，机侧变频器交流电频率为f1，电机转子转动频率为f2，则应存在以下关系：

f1max＞f2max；

0＜f1＜f1max；

0＜f2＜f2max；

其中f1max为机侧变频器交流电频率的最大值，f2max为电机转子转动频率的的最大值。

优选地，当机旋转械能转化为电能输出时，应有关系：

f2＞f1。

优选地，当电能转化为旋转机械能输入时，应有关系：

f1＞f2。

所述的弹性联轴器(T)，解决G部分与C部分转轴柔性连接问题，避免产生机械共振和降低部分间质量中心不对称的危害。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)解决了风力发电连续性问题，减少风力间歇性影响；

2)解决了风力发电功率宽幅调节能力，可双向负荷控制，可参与电网调峰、调频、调压等辅助服务；

3)解决了储能与风机寿命匹配问题和设计一体化问题，降低整体造价，提升整体效益。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的能量流动示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种紧凑型储能式垂直轴风力发电装置，包括：风轮F；单向机械功率传动机构D，其一端与风轮F连接；电机G，与单向机械功率传动机构D另一端连接；双向变频器B，与电机G连接；弹性联轴器T，其一端与电机G连接；旋转储能C，与弹性联轴器T另一端连接。

所述的风轮F采用垂直轴方式，叶轮与中心轴为整体，整体旋转，其中中心轴整体延伸向下后与单向机械功率传动机构D一端连接。

所述的单向机械功率传动机构D为单向滑动联轴器(接触式)或电磁耦合联轴器(非接触式)。所述的单向机械功率传动机构D确保风轮F的机械转动功率只能单向传递到电机G，即风轮F可以带动电机G旋转，而电机G不能带动风轮F旋转。

所述的电机G采用异步交流电机结构电机，有导电回路固定在转轴上，构成电机的转子部分；环绕转轴的同心腔体上有三相线圈绕组，构成电机的定子部分，定子部分可通过三相交流电。

所述的双向变频器B采用“交-直-交”(AC-DC-AC)结构双向变频器，可连接三相交流电网，连接电机G的变频器为机侧变频器，连接电网的变频器为网侧变频器。

所述的双向变频器B解决了电机G与旋转储能C的转轴柔性连接问题，避免产生机械共振和降低部分间质量中心不对称的危害。

所述的弹性联轴器T，解决G部分与C部分转轴柔性连接问题，避免产生机械共振和降低部分间质量中心不对称的危害。

所述的旋转储能C采用圆盘或圆柱式低速旋转大质量体作为旋转机械能的储存介质。

所述的机侧变频器需满足宽范围变频要求，机侧变频器交流电频率为f1，电机G转子转动频率为f2，则应存在以下关系：

f1max＞f2max；

0＜f1＜f1max；

0＜f2＜f2max；

其中f1max为机侧变频器交流电频率的最大值，f2max为电机G转子转动频率的的最大值。

当机旋转械能转化为电能输出时，应有关系：

f2＞f1。

当电能转化为旋转机械能输入时，应有关系：

f1＞f2。

本发明主要技术点：本发明装置通过风轮将风能转化为旋转机械能，且通过异步电机与旋转储能实现旋转机械能与电能可以双向转化的技术方案。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。