[發明專利]風力發電機組的變槳系統

無效

• 申請號: 201110261821.7
• 申請日: 2011-09-06
• 公開（公告）號: CN102322392A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 孫志勇;史建軍;張迪
• 申請（專利權）人: 江蘇金風風電設備制造有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00;F03D11/00
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 王兆賡;王青芝

技術領域

本發明涉及一種用于風力發電機組的變槳系統，更具體地講，涉及一種不需要額外的備電設備的風力發電機組的變槳系統。

背景技術

隨著技術的發展，可再生能源的關注和利用程度日益增加，其中，風力發電是一種已經發展相對成熟的能源技術。風力發電要求有較強的環境適應能力，而變槳系統則是風力發電的核心部件之一。目前，風力發電機組的變槳系統從執行硬件角度可以分為電動變槳系統和液壓變槳系統兩大類，其中，電動變槳系統實質上是一種位置跟蹤的傳動系統。

變槳系統的作用主要有兩點：第一、當風速大于額定風速，槳葉轉速無法通過發電機電磁轉矩控制時，通過變槳系統維持風機的功率輸出恒定；第二、當風機發生安全鏈故障時，變槳系統需要立即順槳來保證風機安全。順槳是指不論槳矩角處于什么位置，都將槳葉以固定的速度轉動至某一固定順槳位置，根據槳葉的不同氣動特性，順槳位置將略有差異。

進一步講，當外部安全鏈發生故障時，風力發電機組的控制裝置發出順槳命令以實現風機的順槳。而當內部安全鏈發生故障時，變槳系統需要立即順槳以實現風機的停機。因此，變槳系統所需的能量應來自兩個方面，第一是由機艙柜提供的主電，第二是備電。這樣，當發生內部安全鏈故障導致主電丟失時，可通過備電來提供變槳所需的能量。

現有風力發電機組的變槳系統的備電方式是采用各種儲能裝置，如蓄電池、超級電容等。這種備電方式的特點是：正常情況下，能量從塔底到機艙柜，通過滑環，驅動變槳電機變槳。但是，一旦來自塔底的線路發生斷路，或者滑環故障，即風力發電機發生了主電故障，就將導致電能無法通過上述回路送至變槳電機，變槳驅動器將依靠超級電容中存儲的能量驅動變槳電機順槳。在風力發電機組中，變槳電機通常采用的是低壓電機。圖1是示出現有技術的變槳系統的詳細示圖。

現有的變槳系統的備電方式屬于就地備電，當滑環、機艙、塔底等中的任何一個位置出現故障，即能量通道發生問題時，變槳電機可以從超級電容獲得能量，保證完成順槳。然而，這種備電方式存在以下多個缺點：

第一、故障率高。超級電容或者蓄電池作為電氣設備，其本身存在著故障率問題，而且電氣設備都有一定的使用壽命。從確保風機能安全順槳角度出發，在正常發電過程中，一旦變漿系統的備電設備的充電出現問題，就需要對整個風機進行停機。此外，隨著備電設備使用時間的增加，備電設備自身的備電容量會逐步變小。因此，必須對備電設備進行定期更換。否則，一旦變漿系統的主電發生故障，風機將無法完成順槳，這會導致風機的槳葉無法完全收回，甚至發生如飛車等嚴重的風機事故。

第二、成本較高。如果使用蓄電池，長時間的頻繁更換會導致設備運行維護成本非常高。如果采用超級電容，則其一次性投資過高，而且從理論上來看，超級電容的容量受充放電次數的影響比蓄電池小，但是實際使用時間比較短，是否可以到達預期的10年生命周期還有待時間檢驗。另一方面，使用低壓電機導致發電機組體積較大，電纜直徑較大。

因此，需要一種能夠降低故障率和成本的風力發電機組的變槳系統。

發明內容

因此，本發明的一方面在于提供一種不使用額外備電設備就能提供備用電源的風力發電機組的變槳系統。

根據本發明的一方面，提供了一種風力發電機組的變槳系統，包括機艙柜、滑環、變槳驅動器、變槳電機和變槳減速器，所述風力發電機組的變槳系統還包括通用變頻器和轉換開關，其中，機艙柜從塔底接收電能；通用變頻器連接到發電機組中的定子單元，從發電機組接收電能，并進行頻率轉換；當需要執行變槳操作時，轉換開關選擇性地將來自機艙柜的電能或來自通用變頻器的電能通過滑環提供給變槳驅動器；變槳驅動器使用從轉換開關接收的電能驅動變槳電機；變槳電機再驅動變槳減速器將槳葉轉動到順槳位置。

此外，當需要執行變槳操作時，在正常變槳和非主電缺失故障的情況下，轉換開關將來自機艙柜的電能提供給變槳驅動器；在通過機艙柜提供主電發生故障情況下，轉換開關將來自通用變頻器的電能提供給變槳驅動器。

此外，所述滑環設置在轉換開關和變槳驅動器之間，并配置有兩套電刷，轉換開關選擇性地將來自通用變頻器或來自機艙柜的電能通過滑環上配置的其所相應的所述兩套電刷之中的一個電刷提供給變槳驅動器。

此外，所述滑環上配置的所述兩套電刷為碳刷。

此外，通用變頻器是標準380V三相通用變頻器，變槳電機是380V電機。

此外，變槳驅動器、變槳電機以及變槳減速器設置在風力發電機組的輪轂中。