CN102840108A - 高空塔架嵌入式立式风力发电*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高空塔架嵌入式立式风力发电***，包括高空塔架、GPS授时发电机励磁并网控制***、立式风力发电***。所述立式风力发电***安装在高空塔架上，采用GPS定时励磁并网控制方式，由GPS授时定时器控制励磁并网控制***，由励磁并网控制***分别控制集风***与立式发电机励磁控制***，控制集风板张开的角度调节风力发电机进风量、调节发电机转速与发电机输出电压波形的幅值频率与相位。本发明体积小，易于安装维修，运行性能稳定，抗暴风能力强，发电质量性能优良，适用于高空信号发射塔与高压输电塔架及其他各类高空框架作为立式风力发电机的框架，适于在各种天气及地理环境中发电与应用。

Description

高空塔架嵌入式立式风力发电***

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域的一种立式风力发电***，具体地说，涉及的是一种高空信号发射转播塔架嵌入立式风力发电***。 

背景技术

随着世界能源危机的发生，利用风力动能发电作为新能源已经成为现代社会发展的热点。传统的三浆叶风力发电机的发电机组与增速器均安装在塔筒顶端的高空，长大沉重的风叶斜挂在侧面，并需要重大的配重体。考虑到风叶、增速器，发电机组、配重体再加上沉重的机仓，利用塔筒支持在高空，则风力吹动会产生巨大的翻倒力矩；无法抵抗狂风的吹毁与冰冻的损坏；同时，三浆叶风力发电机需要迎风旋转，转动直径大，无论如何无法装在发射塔上。 

经对现有技术的文献检索发现，申请号为201110062062.1的中国发明专利申请，该专利申请提出“一种手机信号发射塔基站供电***,垂直风力发电机设置于手机信号发射塔的顶端,其电能输出端依次通过整流器和稳流器与氢气发生器连接,同时该电能输出端依次通过逆变器、整流器和稳流器与基站的用电单元连接;氢气发生器的氢气输出端与氢气存储器连接;氢气存储器与氢燃料电池连接;氢燃料电池的电能输出端与基站的用电单元连接。垂直风力发电机产生的电能可以为基站供电,还可用于生产氢气,当垂直风力发电机风力不足或无法正常工作时,由氢燃料电池为基站供电,实现了对基站的不间断供电。”上述专利没有说明垂直风力发电机结构与外形特征，仅简述风能或太阳能发电与氢燃料电池等再生能源发电作为供电源，所述主要内容为风电与氢燃料电池蓄电构成的小容量不间断供电***。 

检索中还发现，申请号为200810061068.5的发明专利申请，该专利申请提出“一种利用风电的手机信号发射塔，包括圆锥筒形的塔架和配备安装的风力发电机组，其特征是，在所述的塔架上安装转台，在转台舱内安装电信设备和电瓶；所述的风力发电机组包括两组H型二翼双层风力发电机，每一组该H型二翼双层风力发电机包括两端盖都伸出轴的发电机和分别通过上、下联轴节连接在该轴的上下两端的上下两层H型风轮，该上下两层H型风轮的二翼叶片的夹角成为互间90°角；在所述的两组H型二翼双层风力发电机的一侧装有一对导流板。”上述专利利用圆锥筒形的塔架安装转台和在转台上安装H型二翼叶片风力 发电机组，H型二翼双层风力发电机，其H型二翼叶片受风面积小，风能利用率低，输出功率小，需要装两台甚至于多台H型叶片发电机才能满足需要。 

申请人于2010年曾经提出过申请号为201010272913.0的中国发明专利，该专利提供“一种集风立式风力发电***,包括风动力***、立式增速器与发电机，并网控制***,风动力***通过链式联轴器与增速器和发电机连接,发电机由励磁并网控制***控制;风动力***为箱体框架结构,包含风叶***和集风与保护***,上棚顶、下棚板和集风板连接形成风洞式箱式集风与保护***。”本发明在该专利的基础上进一步改善创新，将其与塔架（比如微波信号发射塔、无线信号转播塔、高压电输电塔架等）进行配合，构成新式立式风力发电***，为信号发射转播塔提供稳定不间断的供电电源。也可以利用高空信号发射塔架或高压输电铁塔安装立式风力发电机，可以有效的利用高空塔架的风力资源，又可以省去原有立式风力发电机的框架，节约大量的钢材。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种安装在现有高空塔架上的高空塔架嵌入式立式风力发电***，利用信号发射转播塔架作为立式风力发电机的框架，把风力发电机的安装在信号发射转播塔架内，或把立式风力发电机的框架作为信号发射塔的一部分嵌入到信号发射塔中，构成高空塔架式立式风力发电***，为信号发射转播塔上的用电装置提供不间断的供电电源。本***结构稳固、运行性能稳定，风力利用率高，输出功率大，便于组装维护，从而克服了现有技术中的不足。 

为实现上述发明目的，本发明所述的塔架立式风力发电***，包括高空塔架、GPS授时发电机励磁并网控制***与立式风力发电***；所述立式风力发电***安装在高空塔架上，所述GPS授时发电机励磁并网控制***采用GPS授时控制所述立式风力发电***，实现发电机与电网在同步同频率同相位过零点时并网与切除，实现对电网无冲击；所述立式风力发电***安装在高空塔架上，其安装方式为以下中的任一种： 

第一，所述立式风力发电***的框架安装在高空塔架的内部，利用高空塔架的立柱与横梁，把风力发电机的框架与横梁连接固定在一起。 

第二，所述立式风力发电***的框架作为所述塔架的一段嵌入到高空塔架中；利用高空塔架的立柱与横梁，把风力发电机的框架与横梁连接固定在一起，把高空塔架与风力发电机框架连接固定为一个整体； 

第三，所述高空塔架直接作为所述立式风力发电***的框架；利用高空塔架的框架与横梁作为风力发电机的框架与横梁，把风力发电机的机轴横梁安装在高空塔架的横梁上。 

本发明利用高空塔架作为立式风力发电机的框架构成风力发电***，可以满足大功率信号发射转播塔与无线转播塔等的交直流供电用，也可以利用高压输电塔架或其他类高空框架为作为立式风力发电机的框架，以此构成风力发电***，为各种用电装置提供不间断供电***。 

在无电网供电***的偏远地区，为了使发电机或由逆变器产生的正玄波电压电流波形与电网的频率与相位完全一致，本发明励磁控制***采用GPS同步授时励磁并网控制***，通过GPS同步授时严格控制发电机励磁***与交流逆变器，使发电机与逆变器***产生的正玄波电压电流波形与电网的频率与相位相一致。 

本发明由GPS同步授时控制励磁并网控制***、逆变器***，并分别控制集风保护***与发电机***，控制集风板张开角度调节风力发电机进风量、以此调节发电机转速与发电机输出电压波形的幅值频率与相位。同时，本发明由GPS同步授时***控制整流蓄电装置、稳压变流装置与逆变器***，使整流与稳压***输出稳定的直流电压，使交流逆变器输出与电网电压相一致的电压电流波形及幅值频率与相位。 

所述立式风力发电***包括风动力***，集风与保护***，联轴器，增速器，立式发电机，整流蓄电装置，稳压交流逆变装置，其中所述整流蓄电装置和稳压交流逆变装置连接GPS同步授时励磁并网控制***，以此为信号发射转播塔等提供大功率交直流稳压供电***。 

所述风动力***包括风叶机轴与风叶***，风叶***安装固定在风叶机轴上。 

所述风叶***包括风叶框、风叶叶体、折射导风板、固定支架以及风叶与机轴法兰盘，风叶框与风叶叶体内部钢带网焊接在一起构成风叶骨架，风叶骨架外部覆有光滑的碳纤维或玻璃钢，或者利用铝合金板与型材制成风叶整体，折射导风板与风叶框成60度角固定在风叶框上，折射导风板中部利用固定支架连接固定，每个风叶之间成120度角由机轴法兰盘连接固定在风叶机轴上，所述风叶机轴上沿轴向连接固定多层风叶。风叶机轴由联轴器与增速器连接，发电机与增速器直接装配在一起，风吹风叶推动机轴沿水平旋转驱动发电机旋转发电。 

所述集风与保护***包括分布在箱体框架四个侧面处的多个集风板，集风板的液压或电器驱动***，上聚风板与下聚风板和多个固定集风板，形成风洞式的箱式集风***。 

所述集风与保护***包含集风板与驱动电机（或液压驱动***），集风板通过支臂与滑道与风机框架连接与驱动，驱动集风板张开与闭合。集风板张开为集风状态，闭合为保护状态。调节集风板张开的角度，可以调节风动力机的进风量与增速器发电机的转速。 

所述风叶机轴采用多段组合式机轴，包括上轴端、上轴管、上轴连接盘、中轴管、法兰盘、轴心定位销、下轴连接盘、下轴管、下轴端，所述下轴端与下轴管以及所述上轴端与上轴管均采用强配合焊接连接，下轴管与中轴管及上轴管通过法兰盘连接，风叶机轴整体采用轴定位销中心定位。 

所述立式发电机可采用多绕组变极异步发电机组，或采用直流发电机，或采用永磁式发电机，也可以采用同步发电机。 

所述多绕组变极异步发电机组结构，其接线方式为2绕组异步变极方式、3绕组异步变极方式及多绕组异步变极方式，通过调整绕组的组合来改变发电机极对数，以适应风速与发电机的配合。 

所述塔架为现有技术中的高空塔架，如微波信号发射塔、无线转播塔、高压输电塔架等，也可利用其他高空塔架，只要具有一定的高度与风力强度，即可利用上述的安装方式实现风力发电。 

概言之，本发明成功地解决了传统螺旋桨式风力发电机组设备不能用于高空信号发射转播塔和大型化和产业化的技术难题；与现有技术相比，本发明的集风立式风力发电***具有非常大的优势： 

1、风机采用风叶水平旋转具有自动控制集风***，与传统的三桨叶式风力发电***与上述垂直轴H形风叶相比，风力利用率提高多倍； 

2、与同功率风力发电***相比，体积缩小50%以上； 

3、与传统的三桨叶式风电***相比总造价成本降低30%以上； 

4、风叶***呈水平旋转式，平衡稳定性好，可以安装在高空塔架上或城乡楼顶上，具有重要的推广价值； 

5、整个风力发电***可以并网运行，也可以离网单独运行； 

6.***采用智能控制模式，做到并网零切入，对电网无冲击。； 

7.在离网单独运行时，采用GPS同步授时***定时控制，使发电机与逆变器***产生的正玄波电压电流波形与电网的频率与相位完全一致； 

8.本发明由GPS授时定时器控制整流稳压***与交流逆变器***，使整流与稳压***输出稳定的直流电压，使交流逆变器输出与电网电压相一致的电压波形幅值频率与相位； 

9、***采用积木式结构，可实现多层组合，在高空塔架上实现风力发电机组***； 

10、本发明具有集风与保护***，可以工作在3～43米/S风速，具有抗强台风和暴风雪能力。 

附图说明

图1为本发明内置式信号发射塔立式风力发电***的结构示意图； 

图2为具有集风与保护***的内置式信号发射塔立式风力发电***结构示意图； 

图3为嵌入式信号发射塔立式风力发电***的结构示意图； 

图4为具有集风与保护***的信号发射塔嵌入式立式风力发电机结构示意图； 

图5为利用信号发射塔作为框架的信号发射塔立式风力发电机结构示意图； 

图6为利用高压输电塔构成具有集风与保护***的立式风力发电机结构示意图； 

图7为具有集风与保护***的风力发电机框架结构示意图； 

图8为信号发射塔为风机框架交叉横梁立式风力发电机结构示意图； 

图9为信号发射塔为风机框架平行机轴横梁立式风力发电机结构示意图； 

图10为组合机轴的结构示意图； 

图11为风叶***的结构示意图； 

图12为机轴与风叶构成的风动力***示意图； 

图13为圆筒式风叶面的机轴与圆筒风叶构成的风动力***示意图； 

图14为圆筒式风叶面的机轴与圆筒风叶构成的风动力***顶视图； 

图15为具有集风与保护***的本发明运行集风状态示意图； 

图16为本发明运行在保护状态的示意图； 

图17为联轴器***的剖面结构示意图； 

图18为联轴器***的俯视图； 

上述图中，各附图标记所指示之元件分别为：1塔架，2发电机框架；3风叶机轴；4风叶，5风叶导风板，6集风板；7集风板支持驱动臂，8集风***液压（或电机）驱动装置；9联轴器，10升速器；11发电机；12GPS定时励磁并网控制***；13机轴轴承固定座，14上聚风板，15下聚风板。 

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的解释，但是以下的内容不用于限定本发明的保护范围。 

高空塔架式集风立式风力发电***结构如图1所示，本***由高空塔架作为立式风力发电机的框架，包括风动力***，集风与保护***，增速器，发电机，GPS同步定时监测控制装置，整流蓄电稳压电源，交流逆变装置，励磁并网控制装置。图1中所示1塔架，2 风力发电机的框架（可以是四边形框架，五边形框架，N边形框架或圆形框架），本***以四边形框架为例介绍本***的结构。3多段组合型风叶机轴；4风叶，5风叶折射板，3个风叶为一组，分别成120度角分布；6为集风板，框架四面各设一个集风板6,7为集风板支持驱动臂，8为液压（或电机）驱动装置；9为链式联轴器；10为升速器；11为发电机组；12为GPS同步定时励磁并网控制***；13为轴承座；14上聚风板、15下聚风板。 

1．信号发射塔架与风力发电机框架结构 

所述信号发射塔风力发电***的框架，可以把风力发电机的框架设置在微波发射塔的内，如图1所示；也可以把风力发电机的框架作为信号发射塔架的一段嵌入到微波发射塔架中，如图3所示；也可以把微波信号发射塔架作为风力发电机的框架，如图5所示；也可以把立式风力发电机安装在高压电输电塔架上，如图6所示，或安置在其他高空框架上或房顶楼房之上，利用高空的风能进行发电。 

所述信号发射塔风力发电***的框架，该箱体框架结构中还设置有上、下聚风板13与14，即该上下聚风板即具有聚风功能，又可以减少风沙与雨雪侵袭，避免冰冻对风力发电***的损坏。 

1.1信号发射塔内置式立式风力发电*** 

所述信号发射塔内置式集风立式风力发电***，是把风力发电机的框架设置在信号发射塔的内部，如图2所示；1为信号发射塔框架，2立式风力发电机的框架，3风叶机轴；4为风叶，5为风叶导风板，6集风板；7为集风板支持驱动臂，8集风驱动装置；9链式联轴器，10升速器；11发电机；12为GPS定时励磁并网控制***；13机轴轴承固定座，14上聚风顶板，15下聚风板。 

1.2信号发射塔嵌入式立式风力发电*** 

所述信号发射塔嵌入式立式风力发电***，是把立式风力发电***的框架嵌入到微波信号发射塔架中部,把立式风力发电机框架作为微波发射塔架中的一节,构成发射塔的整体，如图3所示；。图3中1为信号发射塔框架，2立式风力发电机的框架，3为风叶机轴；4为风叶，5为风叶导风板，6集风板；7为集风板支持驱动臂，8集风保护驱动装置；9为链式联轴器，10为升速器；11发电机；12为GPS定时励磁并网控制***；13机轴轴承固定座，14上聚风顶板，15下聚风板。 

1.3信号发射塔架式立式风力发电*** 

所述信号发射塔立式风力发电***，是把信号发射塔的框架作为风力发电机的框架，即把风力发电机设置在微波发射塔的内部，如图1所示；1为微波发射塔框架，3为风叶 机轴；4为风叶，5为风叶导风板，9为链式联轴器，10为升速器；11发电机；12为GPS定时励磁并网控制***；13机轴轴承固定座，14上聚风顶板，15下聚风板。 

1.4高压输电塔嵌入式立式风力发电*** 

所述高压输电塔（或其他高空塔架）嵌入式立式风力发电***，是把立式风力发电机的框架嵌入到高压输电塔架内部,或把立式风力发电机框架作为高压输电塔架中的一节,如图6所示；构成高压输电塔的整体。图6中1为高压输电塔框架，2立式风力发电机的框架，3为风叶机轴；4为风叶，5为风叶导风板，6集风板；7为集风板支持驱动臂，8集风***驱动装置；9为链式联轴器，10为升速器；11发电机；12为GPS定时励磁并网控制***；13机轴轴承固定座，14上聚风顶板，15下聚风板。 

2.立式风力发电*** 

2．1框架立式风力发电机 

所述风力发电***结构如图7所示，图8-9中2为立式风力发电机的框架，3为风叶机轴；4为风叶，5为风叶导风板，6集风板；7为集风板支持驱动臂，8集风***液压装置；9为链式联轴器，10为升速器；11发电机；12为GPS定时励磁并网控制***；13机轴轴承固定座，14上聚风顶板，15下聚风板。 

2．2塔架立式风力发电机 

所述塔架式风力发电***结构如图8-9所示，本发明利用信号发射塔架作为风力发电机的框架，图8-9中1为信号塔架，3为风叶机轴；4为风叶，5为风叶导风板，9为链式联轴器，10为升速器；11发电机；12为GPS定时励磁并网控制***；13机轴轴承固定座，14上聚风顶板，15下聚风板。16为风叶机轴支承交叉横梁，17为风叶机轴横梁斜支承角钢架（斜支承角钢架），一端与塔架立柱角钢连接固定在一起，一端与轴承座方板13相连接固定。 

本发明由机轴轴承座13，风叶机轴对角横梁16，风叶机轴斜支角钢架17构成风叶机轴的承重支撑***。 

图9中所示风叶机轴支承横梁16的另一种设计安装方法如图9中所示，风叶机轴支承横梁16采用两个平行角钢机轴横梁，机轴轴承座13安装固定在机轴横梁16上，机轴轴承座13与机轴横梁16的下面由斜支承角钢架17加强支承固定，机轴横梁16的两端连接固定在塔架四面的框架横梁角钢上。本发明由机轴轴承座13，风叶机轴横梁16，风叶机轴轴承座的斜支承角纲架17构成风叶机轴的承重支撑***。 

3．风叶机轴 

风叶机轴采用大型组合机轴如图10所示，所述大型组合机轴即方便了加工和运输，可以利用较小的加工机械，完成大型超长轴类的加工。此发明不仅适用于大型风力发电机组合机轴，也适用于其他类型的机轴类。 

本实施例采用的多段组合式风力发电机的机轴结构，把一根长风力发电机的机轴，分解为几段，采用组合式结构，可以任意组合改变风叶角度，消除风叶死角，保持风叶旋转力矩的连续性，减小了机轴的形变与振动；并把实心轴结构改为空心式结构，便于加工，节约了大量的钢材，增加了机轴的强度与旋转扭力矩，便于组装与运输，增加旋转扭力矩。 

本发明风叶机轴采用多段组合式机轴，并根据实际需要通过增减中段机轴组合成型。如图10所示，风叶机轴包括下轴端18与上轴端19，下轴管与上轴管20，上中下风叶固定法兰盘21，下轴连接盘与上轴连接盘22，轴心定位销23，固定螺栓与螺帽24。 

本发明中将风叶4通过风叶固定法兰盘21与风叶机轴3进行连接固定，可以任意组合改变风叶角度，消除风叶死角，保持风力力矩的连续性，减小了机轴的形变与振动。同时，本发明的风叶机轴系采用空心式结构替换原有实心轴结构，重量轻，便于加工，节约大量的钢材，增加机轴的强度与旋转扭力矩，并便于组装与运输。 

4.风叶*** 

本发明采用立式水平旋转式风叶***，如图11所示，其包括风叶4、折射导风板5、固定支架15。折射导风板5与风叶框成60度角固定。折射导风板下端部固定在风叶框上，折射导风板中部与固定支架固定连接。风叶4由法兰盘21固定在机轴3上，便于组装，维修与运输。其中，风叶框与风叶叶体内部的钢带焊接在一起构成风叶网架，外部覆玻璃钢或碳纤维，构成表面光滑的流线型风叶，风阻小，风叶横截面呈机翼流线型曲线，风叶正面受风面积大，风叶后面风阻小。纵截面呈突起拱型曲线，当风力推动风叶转动，风力线运动轨迹呈直线状，不产生涡流，风力射线运动轨迹呈最佳状态，风吹到风叶上产生最大的旋转力矩。使风叶沿水平方向旋转，因此风叶***动平衡特性好，转速高，稳定性好，受风面积大，风能利用率高。 

如图12所示，本发明所述风叶有两层，上下层风叶相错60度角，每层风叶有三个，三个风叶各相错120度角，三个风叶互补，产生平衡的旋转力矩，无启动死角与换向死角，产生最佳的动平衡特性，采用N层风叶结构时，每层风叶相错120度/N，这样的结构方式使得风叶旋转平稳。 

为了适应信号塔架细高的特点，风叶也可以采用如图13所示圆筒形风叶面，风叶面可以做的很长，旋转半径小，以适应信号发射塔身细高的特点。 

本发明风叶半径小，旋转速度高，风力利用率高，平衡性好，无噪音，非常适用于高空塔架风能发电的特点，作为各种仪器设备的供电电源。 

5.集风与保护*** 

集风与保护***如图7所示。集风与保护***由集风板4，集风板支持驱动臂5，液压（或电机）驱动***6，框架上棚板14、下棚板15等与集风板4共同构成风箱式集风***，减少风力泄漏，增加集风量。同时上棚板减少风沙与雨雪侵袭，减小冰冻对风力发电机风叶的损坏。 

本发明的立式风力发电***中设置集风与保护***，通过调节各集风板张开的角度控制风动力***进风量，调节发电机的转速，且当风速过大或台风时，通过闭合集风板，可起到保护发电机***的作用，集风与保护***采用电动机驱动。 

本发明的风力发电***在增加集风与保护***后，风力利用率高，风动力***平衡性好，转速高，风动力***启动风速为2.5m/s到最大工作风速43m/s，当风速超过43m/s时，通过调节集风板来改变风动力***的受风量，调节风力发电机的转速。当风速超过43m/s时，集风板完全闭合，且留1/4的进风口，风力发电机仍可正常工作，可完全在43m/s以下的历史风速全天候运行。 

图15所示集风与保护***工作在集风状态示意图。集风板张开角由0度到46度之间。 

图16所示集风与保护***工作在保护状态示意图。 

如图16所示，当风速超过43米／秒或台风时，集风板闭合后，进风口还保留1／4，发电机仍保持在正常工作转速。 

6.增速器*** 

增速器如图7中的9所示。本发明中增速器***9采用立式增速器，增速比大，齿轮与齿圈咬合齿数多，咬合面积大，传动力矩大，传动效率高，驱动力矩大。 

7.立式发电机 

发电机如图7中的10所示。本发明中发电机***采用多绕组变极立式异步发电机，或同步发电机，或永磁式发电机，或直流发电机。发电机的容量由用电设备所决定。安装和维修方便，成本低，小容量机型1KW～15KW可以适用于各种信号发射塔架，20KW～500KW城市的楼房顶上。500KW～2MW大型机组可以适用于各种风力发电场，可以安装在陆地，山上与海上。 

8.链式联轴器 

链式联轴器如图17-18所示。本发明还提供了一种大型风力发电机机轴的连接件，即 链式联轴器，此链式联轴器传动力矩大，可以解决具有较大不同心度情况下，具有较大自由度机轴的连接，加工方便，便于组装，可以产生最大的传动扭矩与旋转扭矩。 

具体而言，该链式联轴器如图17-18所示，图中31为上联轮、32为下联轮、33为链轴、34为上下链片、35为上键，36为下键。上联轮31与上轴连接，上联轮31套在风叶机轴下端部，由键35固定。下联轮32与变速器轴连接，下联轮32套在变速器轴部，由键36固定。上联轮31与下联轮32的连接由连接链轴与链片34连接。连接链由链轴33与上链片34构成。 

所述上联轮31与下联轮32和连接链承受传输整个机轴旋转扭矩。 

这种链轮式联轴器重量轻，抗形变特性与扭力矩大，允许不同心度与自由度大，加工方便，经过在大型风力发电机的试用验证，得到优良的效果，可以应用于10MW以下各类型的风力发电机***，并可以适用各类动力机械传动***。 

4.GPS定时励磁并网控制*** 

GPS授时定时励磁并网控制***包括卫星授时信号接受装置、发电机输出频率相位励磁控制装置、智能并网控制装置；其中：卫星授时信号接受装置接收卫星授时信号，由卫星授时信号控制发电机的励磁***，并通过发电机输出频率相位励磁控制装置控制调节发电机输出电压与电流的输出频率相位，使风力发电机的输出频率相位与电网电压相一致；同时卫星授时信号控制智能并网控制装置，在发电机输出电压与电网一致时实现并网或使发电机与电网同时过零点时并网，使发电机并网与切除时对电网无冲击；由于大部分信号发射塔地处边远与高山之上远离电网，利用GPS授时时标信号，作为发电机励磁控制的频率与相位的同步时标信号，使风力发电机输出电压的频率与相位与电网信号高度统一，由此保持信号发射塔供电源与电网同步一致。 

目前，传统的风力发电机，如螺旋桨式风力动力机与其他类型的风力动力机的转数随风力与风速的变化而变化，因此发电机的输出电压，频率和输出功率都相错极大。本***为了解决风力发电机与电网的同步性，尤其风力发电机工作在离网工作状态时，利用GPS授时***控制风力发电机输出电压的频率相位与电网的同步性非常重要，解决了风力发电机工作在离网工作状态时输出电压的频率相位与幅值同电网的同步一致性的方法与技术。 

本发明为了适应风力发电***的工作特点，采用了GPS授时***控制励磁并网控制***，以励磁并网控制***可对风力发电机的转速进行控制。即，一是控制集风板张开角度来调节风动力机的受风量，达到调节发电机的转速；另一方面控制发电机组的励磁***， 使风力发电机输出的电压电流波形不随风速变化，使发电机组输出电压频率、相位恒定，控制风力发电机在与电网同相位时并网，减少发电机在并网瞬间对电网的冲击。本发明风力发电***的工作风力范围最低风速3m/s，最高风速43m/s的全天气运行。 

本发明体积小，易于安装维修，运行性能稳定，抗暴风能力强，发电质量性能优良，适用于高空信号发射塔与高压输电塔架及其他各类高空框架作为立式风力发电机的框架，适于在各种天气及地理环境中发电与应用。 

以上实施例仅用于说明本发明的内容，除此之外，本发明还有其它实施方式。但是，凡采用等同替换或等效变形方式形成的技术方案均落在本发明的保护范围内。 

Claims (9)

1.一种高空塔架嵌入式立式风力发电***，其特征在于包括高空塔架、GPS授时发电机励磁并网控制***与立式风力发电***；所述立式风力发电***安装在高空塔架上，所述GPS授时发电机励磁并网控制***采用GPS授时控制所述立式风力发电***，实现发电机与电网在同步同频率同相位过零点时并网与切除，实现对电网无冲击；其中：

所述立式风力发电***安装在高空塔架上，其安装方式为以下中的任一种：

第一，所述立式风力发电***的框架安装在高空塔架的内部，利用高空塔架的立柱与横梁，把风力发电机的框架与横梁连接固定在一起；

第二，所述立式风力发电***的框架作为所述塔架的一段嵌入到高空塔架中,利用高空塔架的立柱与横梁，把风力发电机的框架与横梁连接固定在一起，把高空塔架与风力发电机框架连接固定为一个整体；

第三，所述高空塔架直接作为所述立式风力发电***的框架,利用高空塔架的框架与横梁作为风力发电机的框架与横梁，把风力发电机的机轴横梁安装在高空塔架的横梁上。

2.如权利要求1所述的高空塔架嵌入式立式风力发电***，其特征在于：所述GPS授时定时励磁并网控制***包括卫星授时信号接受装置、发电机输出频率相位励磁控制装置、智能并网控制装置；其中：卫星授时信号接受装置接收卫星授时信号，由卫星授时信号控制发电机的励磁***，并通过发电机输出频率相位励磁控制装置控制调节发电机输出电压与电流的输出频率相位，使风力发电机的输出频率相位与电网电压相一致；同时卫星授时信号控制智能并网控制装置，在发电机输出电压与电网一致时实现并网或使发电机与电网同时过零点时并网，使发电机并网与切除时对电网无冲击；由于大部分信号发射塔地处边远与高山之上远离电网，利用GPS授时时标信号，作为发电机励磁控制的频率与相位的同步时标信号，使风力发电机输出电压的频率与相位与电网信号高度统一，由此保持信号发射塔供电源与电网同步一致。

3.如权利要求2所述的高空塔架嵌入式立式风力发电***，其特征在于：所述卫星授时信号接受装置接收卫星授时信号，分别控制集风保护***与发电机励磁***，即：控制集风板张开角度调节风力发电机进风量、调节发电机转速与发电机输出电压波形的幅值频率与相位；同时控制立式风力发电***中整流蓄电稳压电源与逆变交流供电***，使逆变交流供电***与电网同步。

4.如权利要求1-3所述的高空塔架嵌入式立式风力发电***，其特征在于：所述立式风力发电***包含风动力***和集风与保护***，所述风动力***采用箱体框架结构，所述集风与保护***为风洞式的箱式集风***。

5.如权利要求4所述的高空塔架嵌入式立式风力发电***，其特征在于：所述风动力***包括风叶机轴与风叶***；所述风叶***包括风叶框、风叶叶体、折射导风板、固定支架以及风叶与机轴法兰盘，风叶框与风叶叶体内部钢带网焊接在一起构成风叶骨架，风叶骨架外部覆有光滑的碳纤维或玻璃钢，或者利用铝合金板与型材制成风叶整体，折射导风板与风叶框成60度角固定在风叶框上，折射导风板中部利用固定支架连接固定，每个风叶之间成120度角由机轴法兰盘连接固定在风叶机轴上，所述风叶机轴上沿轴向连接固定多层风叶。

6.如权利要求4或5所述的高空塔架嵌入式立式风力发电***，其特征在于：所述集风与保护***包含集风板与驱动电机或液压驱动***，集风板通过支臂与滑道与风机框架连接与驱动，驱动集风板张开与闭合；集风板张开为集风状态，闭合为保护状态，调节集风板张开的角度，可以调节风动力机的进风量与增速器发电机的转速。

7.如权利要求5所述的高空塔架嵌入式立式风力发电***，其特征在于：所述风叶机轴采用多段组合式机轴，包括上轴端、上轴管、上轴连接盘、中轴管、法兰盘、轴心定位销、下轴连接盘、下轴管、下轴端，所述下轴端与下轴管以及所述上轴端与上轴管均采用强配合焊接连接，下轴管与中轴管及上轴管通过法兰盘连接，风叶机轴整体采用轴定位销中心定位。

8.如权利要求1-3任一项所述的高空塔架嵌入式立式风力发电***，其特征在于：所述立式风力发电***，其中立式发电机采用多绕组变极异步发电机组，或采用直流发电机，或采用永磁式发电机，或采用同步发电机。

9.如权利要求8所述的高空塔架嵌入式立式风力发电***，其特征在于：所述多绕组变极异步发电机组结构，其接线方式为2绕组异步变极方式、3绕组异步变极方式及多绕组异步变极方式，通过调整绕组的组合来改变发电机极对数，以适应风速与发电机的配合。

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