[發明專利]一種風力發電機組非實時變槳控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201610003515.6
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105604786B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 王敏慶;盛美萍;吳晴晴
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種風力發電機組非實時變槳控制系統及控制方法，所述系統包括風速傳感器、主控制系統、變槳滑環、變槳系統和變槳滑環刷絲控制開關。主控制系統安裝于機艙內，分析機艙外風速傳感器的風速信息、葉片信息并下達緊急指令、分時段變槳指令。變槳滑環安裝于機艙內，用于主控制系統和變槳系統間的電氣傳輸和信息傳遞。變槳滑環刷絲控制開關安裝于機艙內，連接主控制系統和變槳滑環，根據分時段變槳指令來判斷開合，控制變槳滑環中滑環與刷絲的接觸和分離，繼而控制變槳操作的執行和停止，實現非實時變槳操作。本發明可改善滑環磨損、散熱等問題，延長滑環壽命，降低風機維護成本，并減少風機變槳驅動能源的浪費。

技術領域

本發明涉及風力發電領域，具體涉及一種風力發電機組變槳控制系統及控制方法。

背景技術

風能作為清潔能源，是新能源重要的發展方向，風力發電技術也成為發展應用較為成熟的能源技術，而其中海上風電的建設前景潛力很大。變槳系統作為風電機組的重要核心部件之一，保證了風電機組能夠適應并完成不同工況下的風電能轉換。風機的變槳系統主要有兩個作用，一是實時調節風力發電機組葉片的槳距角，在保證風機安全工作的同時實現風能的最大限度利用；二是在發生機組故障或緊急情況如大風襲擊時，使風電機組調節葉片的槳距角調至最大。

在風機葉片變槳系統中滑環起著舉足輕重的作用，變槳滑環的工作原理：滑動觸點通過滑環總成里的旋轉接口傳輸電氣信號和能量；電刷(或接觸電刷)在旋轉的滑環上滑動，并在其旋轉過程中保持不間斷接觸。葉片實時變槳以保證準確對風，最大限度的轉換風能，為了確保實時變槳時正確無誤的電氣信號傳輸，靜止的電刷和旋轉的滑環之間需要不間斷的接觸。在這種工作模式下，變槳滑環刷絲的磨損、散熱、電弧等問題稱為變槳系統的隱患，也導致變槳系統使用壽命有限、維護成本高昂。

關于變槳系統的已授權中國發明專利中，CN 201110451234.4(一種用于海上大功率風電機組的變槳系統及控制方法)、CN 201210140540.0(一種雙饋感應風電機組的預報校正變槳控制方法)和CN 201210337850.1(風力發電機組的變槳控制方法、裝置和風力發電機組)等，分別從獨立變槳控制、雙饋感應預報校正控制、動態性能控制與抑制擾動控制的角度出發，給出了不同的變槳系統控制方法，但提出的創新技術方案仍是基于風力發電機組現有的實時變槳模式，即根據風源情況實時調整槳距角。另一方面，關于滑環結構的專利，如中國實用新型專利CN 201220543620.6(纖維束刷式結構風電滑環)提出的纖維束刷式滑環結構，改善了滑環的耐磨性；實用新型專利CN 201420028094.9(風力發電機變槳滑環)，克服變槳滑環真空澆注一體工藝成型的缺陷，提供一種根據使用要求隨意組合裝配的變槳滑環通道數，已有專利中滑環結構的改善并沒有改變變槳系統的實時控制方式，也沒有提供非實時變槳的硬件基礎。

現實中在風力發電機組正常工作時，風場的風向和風速雖然實時變化，但在風速穩定時，普遍存在風速波動小的情況，該時段風機葉片槳距角小幅波動，此時為了最大限度地利用風能而實時變槳是不需要的。

經過以上分析，可以看出現有風力發電機組的變槳系統控制技術存在以下缺陷：

(1)風力發電機組葉片變槳系統在實時工作時，變槳滑環和刷絲之間不間斷接觸，由此引發磨損、散熱及清理等問題，這也導致變槳滑環使用壽命有限，風電機組維護成本高。

(2)在風力發電機組正常采風過程中，普遍存在某一時段內風速波動變化不大的情況，葉片實時變槳實現的是葉片槳距角的小幅波動，這種變槳操作是不必要的，也是對變槳驅動能源的一種浪費。

發明內容

為了克服現有技術缺陷，本發明提出一種風力發電機組非實時變槳控制系統及控制方法，可以減少滑環電刷引起的磨損、散熱情況，延長變槳系統使用壽命，降低風力發電機組的維護成本，并且降低對變槳驅動能源的浪費。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：