[發(fā)明專利]電動變槳控制系統(tǒng)和用于操作至少一個轉子葉片的方法以及使用所述系統(tǒng)來執(zhí)行所述方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780017752.0
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN109072873B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設計）人: J·湯姆森
• 申請（專利權）人: 丹控有限公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權代理有限公司 11283
• 代理人: 肖冰濱;王曉曉

一種用于風力渦輪機的至少一個轉子葉片(17)的變槳控制系統(tǒng)(1)，所述風力渦輪機(14)包括位于塔架(18)頂部的機艙(16)以及輪轂(15)以及至少一個轉子葉片(17)。所述系統(tǒng)包括至少一個電動變槳驅(qū)動系統(tǒng)(3)，每一個驅(qū)動系統(tǒng)(3)都連接到轉子葉片(17)以及電動變槳電動機(2)。所述一個或多個電動變槳驅(qū)動系統(tǒng)(3)被適配成與包含所述一個或多個電動機(2)的單元進行通信，以便根據(jù)從第一傳感器和第二傳感器(20)記錄的輸入來對其附著的轉子葉片(17)進行變槳操作。每一個電動變槳驅(qū)動系統(tǒng)(3)都包括陀螺儀(22)，所述陀螺儀(22)被適配成記錄所述轉子葉片(17)的縱軸相對于地球重力的角度值。處理器被適配成基于所述值來計算所述轉子葉片(17)的位置。

本發(fā)明涉及一種用于控制風力渦輪機的至少一個轉子葉片的電動變槳控制系統(tǒng)，所述風力渦輪機包括位于塔架頂部的機艙(nacelle)以及輪轂(hub)，所述輪轂被適配成圍繞軸旋轉，并且至少一個轉子葉片被可樞轉地安裝在該輪轂上，所述系統(tǒng)包括至少一個電動變槳驅(qū)動系統(tǒng)，每一個驅(qū)動系統(tǒng)都連接到轉子葉片以及電動變槳電動機；一個或多個電動變槳驅(qū)動系統(tǒng)以及一個或多個電動機被置于輪轂之中，所述一個或多個電動變槳驅(qū)動系統(tǒng)被適配成與包含一個或多個電動機的單元進行通信以便根據(jù)從第一傳感器和第二傳感器記錄的輸入來對其附著的轉子葉片進行變槳操作(pitching)，以及所述電動變槳控制系統(tǒng)進一步包括至少一個陀螺儀。

本發(fā)明還涉及一種用于操作風力渦輪機的至少一個轉子葉片的方法，所述風力渦輪機包括位于塔架頂部的電動變槳控制系統(tǒng)、機艙以及輪轂，所述輪轂圍繞軸旋轉，并且至少一個轉子葉片被可樞轉地安裝在該輪轂上，所述電動變槳控制系統(tǒng)包括至少一個電動變槳驅(qū)動系統(tǒng)，每一個電動變槳驅(qū)動系統(tǒng)都連接到轉子葉片以及電動變槳電動機；其中一個或多個電動變槳驅(qū)動系統(tǒng)以及一個或多個電動機被置于輪轂之中，所述一個或多個電動變槳驅(qū)動系統(tǒng)控制所述一個或多個電動機以便根據(jù)從第一傳感器和第二傳感器記錄的輸入來對轉子葉片進行變槳操作，以及所述電動變槳控制系統(tǒng)還包括至少一個陀螺儀。

本發(fā)明還涉及使用所述電動變槳控制系統(tǒng)來執(zhí)行所述方法。

風力渦輪機的轉子葉片是由電動變槳系統(tǒng)操作的，這種操作也被稱為變槳操作。電動機是移動每一個單獨的葉片的致動器。典型的風力渦輪機具有三個轉子葉片，而被單獨操作的電動機的數(shù)量是三個。電動變槳系統(tǒng)還與機艙電氣系統(tǒng)對接，它從那里接收用于進行變槳的多個設定點以及用于操作電動機/葉片的電力。

變槳系統(tǒng)具有兩個主要特征，一個是正常操作，其中會通過使用變槳來優(yōu)化轉子葉片在所有風況下的升力(lift)，另一個是風力渦輪機的主制動器。該制動功能非常簡單，因為轉子葉片會從工作點(0°到30°，取決于實際的平均風速)移動到風向標(vane)位置，該位置是90°。

由于變槳系統(tǒng)是風力渦輪機的唯一制動器，因此必須單獨地以彼此獨立的方式控制三個電動機。這種設置形成了“三取二的冗余系統(tǒng)”，其因為風力渦輪機的設計規(guī)范而是得到允許的。

風力渦輪機的供電中斷的情形被稱為斷電(black out)，或者對于較短的斷電而言，如果電網(wǎng)會快速恢復(小于1秒)，那么這種情形被稱為限電(brownout)，此類情形對于電動變槳系統(tǒng)而言是至關重要的。為了防止變槳系統(tǒng)在電網(wǎng)切斷期間停止，在變槳系統(tǒng)中放置了備用電源。通常，這種電源可以基于鉛酸電池、鋰電池或最新的技術：超級電容(UltraCaps)。

變槳系統(tǒng)對于性能等級的要求(ISO 13849)是很高的。驅(qū)動器不但需要極高等級的內(nèi)部監(jiān)控，而且還需要在三個驅(qū)動器之間進行內(nèi)部通信，其原因在于不允許出現(xiàn)休眠差錯。如果三個變槳子系統(tǒng)中有一個出現(xiàn)差錯，那么兩個子系統(tǒng)必須移動電動機，直至葉片到達風向標位置。這種冗余度是依照的是ISO 13849，其被稱為三取二。

對于這三個變槳驅(qū)動器中的每一個來說，變槳角是以冗余方式測量的。在已知技術中，該處理是通過電動機軸上的旋轉變壓器(resolver)/編碼器(即所述及的第二傳感器)以及包含齒輪的葉片桿上的編碼器(即所述的第一傳感器)來完成的。