[發明專利]風力發電系統

有效

• 申請號: 201210067476.8
• 申請日: 2012-03-12
• 公開（公告）號: CN103184975A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 桂人杰;張永源
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國;尚群

技術領域

本發明涉及一種風力發電系統，特別是一種具有分散式控制功能與備援能力的風力發電系統。

背景技術

近年來，為了達到節能減碳與能源自主的目標，可再生能源的運用已成為備受關注的焦點，而風力發電也是其中之一。以風力資源的含量進行比較，海上風力資源較豐富，反之陸域風力資源較少，且使用限制條件較多，因此許多擁有海岸線的工業化國家已大力投入離岸風能的開發，除了在離岸建造大型風力發電機之外，也持續針對大型風力發電機進行改良研究。

大型風力發電機的運轉有兩種主要的控制手段，分別為調整發電機的轉速以及調整葉片角度。前者用以在額定風速以下對風能進行最佳功率追蹤，后者用以在額定風速以上對風能進行功率限制。另外，葉片角度的調節方式包括被動失速(passive?stall)、主動失速(active?stall)以及變槳調節(pitch?regulation)等方式，其中變槳調節的控制方式可依據風速來調整葉片槳距(pitch?angle)，且搭配變速發電機所組合而成的風力控制系統具有最高的可控性，因此已普遍應用在大型風力發電機中，而此類風力發電機又可稱為可變速可變槳距(Variable-Speed?Pitch-Regulated，VSPR)風力發電機。

當大型風力發電機運作時，葉片(blade)與輪轂(hub)均會產生轉動。當風力發電機運轉時，中央控制器(central?controller)執行速度控制與槳距控制的計算后，產生變換器命令(converter?command)與變槳距命令(pitch?command)，并分別輸出給電力變換器(power?converter)以及輪轂控制器(hub?controller)，以達成變速與調節變槳的目的。由于中央控制器與變換器可設置在機艙(nacelle)，兩者之間的信號傳遞并無太大困難。相對地，輪轂控制器設置在輪轂內，且輪轂與機艙以直接或間接的方式耦合。當風力發電機運作時，產生轉動的輪轂無法以固定的導線連接至機艙。據此，機艙與輪轂之間可設置滑環(slip-ring)裝置，用以在轉動的輪轂與固定的機艙之間進行變槳距命令的信號傳輸。待輪轂控制器接收到變槳距命令并傳遞至槳距控制系統，槳距控制系統可控制葉片旋轉至指定角度。

由此可知，輪轂控制器傳遞至槳距控制系統的變槳距命令僅來自中央控制器，也即輪轂控制器只能傳遞變槳距命令，不能自行產生變槳距命令。此外，在中央控制器與輪轂控制器的連結中扮演重要角色的滑環裝置，容易因磨耗或物理環境的污染等問題而產生損毀，此時輪轂控制器將因為無法接收來自中央控制器的變槳距命令而失去運作能力。另外，此類大型風力發電機多設置于離岸地區，一旦發生故障，可能面臨維修所需的人力物力運輸不易或成本較高等問題，延遲搶修的機會。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種風力發電系統，用以提供風力發電機獨立運作與備援(redundancy)的功能。

為了實現上述目的，本發明提供了一種風力發電系統，包括一機艙、一發電機、一中央控制模塊、一葉輪、一傳動模塊、一轉速感測模塊、至少一變槳驅動模塊以及一輪轂控制器。發電機設置于機艙內。中央控制模塊也設置于機艙內，用以接收發電機的一第一轉速信號，并且輸出相應的一第一變槳距命令。葉輪具有一輪轂以及連接輪轂的至少一葉片。每一葉片分別連接至少一變槳驅動模塊中的一或多個。傳動模塊連接于發電機與葉輪之間。轉速感測模塊系設置于輪轂內以感測輪轂的轉速，并輸出相應的一第二轉速信號。輪轂控制器設置于輪轂內，并耦接至輪轂內的轉速感測模塊以及變槳驅動模塊。輪轂控制器適于接收第一變槳距命令，并且依據通信協議(communication?protocol)判斷第一變槳距命令是否正常，其中若第一變槳距命令正常，則輪轂控制器傳遞第一變槳距命令至變槳驅動模塊，以供變槳驅動模塊控制至少一葉片的槳距，而若第一變槳距命令不正常，則輪轂控制器依據第二轉速信號計算出相應的一第二變槳距命令，并將第二變槳距命令輸出至變槳驅動模塊，以供變槳驅動模塊控制至少一葉片的槳距。

上述的風力發電系統，該中央控制模塊包括一中央控制器以及一電力變換器，且電力變換器耦接于發電機與中央控制器之間。

上述的風力發電系統，該傳動模塊包括一齒輪箱。

上述的風力發電系統，該風力發電系統還包括一滑環裝置，連接于中央控制模塊與輪轂控制器，用以傳遞第一變槳距命令至輪轂控制器。