[發明專利]一種用于海上大功率風電機組的變槳系統及控制方法

有效

• 申請號: 201110451234.4
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102418663A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 方濤;宋清玉;黃維學;高德忠
• 申請（專利權）人: 一重集團大連設計研究院有限公司;中國第一重型機械股份公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

1.一種用于海上大功率風電機組的變槳系統，其特征在于：包括每個葉片上獨立的變槳驅動系統(2)、變槳控制系統(1)、限位開關(5)、角度編碼器(11)和滑環(10)，所述的變槳驅動系統(2)安裝在機艙前部的輪轂內，其通信和動力是通過與機艙內的主控制系統相連的滑環(10)來實現的；變槳驅動系統包括驅動系統(2)、永磁電動機(3)、減速器(4)、葉根傳感器(6)、變槳軸承(7)、旋轉編碼器(8)和蓄電池(9)，所述的驅動系統(2)通過電纜與永磁電動機(3)相連，永磁電動機(3)的輸出軸與減速器(4)的輸入軸相連，減速器(4)的輸出小齒輪與變槳軸承(7)的內齒圈相嚙合，編碼器(8)在永磁電動機(3)的尾部，蓄電池(9)通過電纜與驅動系統(2)和變槳控制系統(1)相連；所述的變槳控制系統(1)安裝在輪轂內，其作用是將來自機艙內主控制系統的指令分發給各驅動器，并將角度編碼器(11)檢測到的葉片槳距角、旋轉編碼器(8)檢測到的永磁電動機的轉速、限位開關(5)檢測到的信號和葉根傳感器(6)檢測到的葉片受力加速度實時反饋給主控制系統；驅動系統(2)用于驅動永磁電動機(3)，實現葉片槳距角的精確控制；永磁電動機(3)是調整葉片槳距角的動力源；減速器(4)通過端部法蘭固定在輪轂上，用于將永磁電動機(3)輸出的高速度降至葉片變槳所需要的速度；變槳軸承(7)的外圈通過螺栓與輪轂相連，內圈通過螺栓與葉片根部相連，其作用是傳遞葉片載荷的同時能夠提供葉片和輪轂的相對旋轉，即變槳；旋轉編碼器(8)測量永磁電動機(3)的轉速；角度編碼器(11)的小齒輪與變槳軸承內齒圈相嚙合用于測量葉片旋轉的角度；葉根傳感器(6)測量葉片根部的受力加速度情況；角度限位開關(5)用于限制葉片轉過的極限角度；蓄電池(9)是出于系統安全考慮的備用電源。

2.一種用于海上大功率風電機組的變槳系統的控制方法，其特征在于：包括欠功率運行時的控制方法和額定功率運行時的控制方法，具體步驟如下：

A、欠功率運行時的控制方法包括以下步驟：由于此時風速低于額定風速，為了最大限度的捕獲風能，葉片的槳距角保持在稍大于0度，追蹤最佳功率曲線，使風能利用系數Cp保持最大值以獲得最大輸出功率；

B、額定功率運行時的控制方法包括以下步驟：由于這時風速高于機組的額定風速，根據機組實際運行時的輸出功率與額定功率的偏差值，以偏差變化率Δe作為變槳控制系統(1)的偏差輸入量，通過計算得出葉片的槳距角，將該槳距角作為三個葉片的統一輸入值，然后根據每個葉根傳感器(6)檢測到的葉片受力加速度的值作為加權系數重新計算出每個葉片的槳距角，如果葉片葉根受力加速度變大，則增大葉片的槳距角，如果葉片葉根受力加速度變小，則減小葉片的槳距角，從而減小轉子上的非對稱載荷，達到減小葉片轉子的軸向顫振的目的；

所述的通過計算得出葉片的槳距角的步驟如下：

在實際運行時，機艙內的主控制系統根據采集來的風速計算每個葉片需要調節的槳距角，由主控制系統發出槳葉調節命令，變槳控制系統(1)給出統一的槳距角信號，如果在額定風速以上額定功率運行階段，現場運行中的槳距角變化值Δβ_c，通過葉根傳感器(6)得到葉根受力加速度變化值Δa，假設修正權系數為l_i，i＝1、2、3，將集中變槳的槳距角修正為每個葉片實際運行需要的變化槳距角Δβ₁、Δβ₂和Δβ₃，其中：

Δβ1=l1ΔβcΔβ2=l2ΔβcΔβ3=l3Δβc]]>

保證獨立變槳距控制輸出的功率能穩定在額定功率附近；

其中修正權系數l_i為：

在額定風速以上時，葉片的槳距角越大，葉片受到的軸向推力就越小，上式的修正權系數能夠保證受力大的葉片有更大的槳距角指令，從而減小了其軸向受力。