[發(fā)明專利]一種風(fēng)力發(fā)電機電能儲備及停機顫振防護系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010510426.7
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111706465B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周經(jīng)緯;張偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F03D9/11
• 分類號: F03D9/11;F03D7/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種風(fēng)力發(fā)電機電能儲備及停機顫振防護系統(tǒng)，其特征在于：由鋰電池、線纜、整流器和變頻器組成；當葉輪在停機狀態(tài)發(fā)生低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，由于轉(zhuǎn)子切割磁感線，在定子繞組中產(chǎn)生交變電壓，從而產(chǎn)生電流，整流器的一端葉輪電機定子繞組相連，收集葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的交流電并將其轉(zhuǎn)化為直流電，另一端與鋰電池相連，鋰電池在充電后通過線纜將直流電輸送至變頻器，變頻器將直流電轉(zhuǎn)化為50Hz的交流電為主控系統(tǒng)供電，至此完成葉輪系統(tǒng)儲能和電能轉(zhuǎn)化的過程；

停機顫振防護系統(tǒng)的功能為監(jiān)測風(fēng)力機在電網(wǎng)掉電情況下，葉片的振動情況，當監(jiān)測到葉片在特定頻段發(fā)生大幅度振動時，停機顫振系統(tǒng)將開啟變槳保護；當風(fēng)速高于15米/秒時，且湍流度高于10%時，通過監(jiān)測風(fēng)力機中機艙加速度的大小，作為是否開啟變槳控制的依據(jù)，當軸向機艙加速度大于閾值時，將90°附近的停機角度，快速開槳到75°，然后再緩慢收回至90度停機角度；通過變槳動作，葉輪獲得了較小的轉(zhuǎn)速，且較小的開槳角度不至于使得葉輪旋轉(zhuǎn)過快，葉輪的方位角也發(fā)生了改變，并偏離失速顫振易發(fā)的葉輪方位角狀態(tài)，從而避免失速顫振的發(fā)生。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機電能儲備及停機顫振防護系統(tǒng)，其特征在于：風(fēng)力發(fā)電機的儲能裝置和停機顫振防護系統(tǒng)通過控制柜及線纜相連，具體連接方式和工作順序為：風(fēng)力發(fā)電機的主控系統(tǒng)位于控制柜中，主控系統(tǒng)工作時，需要從風(fēng)力發(fā)電機中饋電，當電網(wǎng)掉電時，儲能裝置啟動，并為主控系統(tǒng)、偏航電機、變槳電機供電，使得風(fēng)力發(fā)電機的機頭在風(fēng)向改變時，依然保持一定的對風(fēng)角度；機組在停機狀態(tài)下的控制變量分別為偏航電機和變槳電機的位置角度，控制柜中的主控系統(tǒng)為偏航電機和變槳電機發(fā)送指令，在滿足控制判據(jù)的條件下，機組進行偏航動作來控制機頭的朝向，使偏航對風(fēng)角度在設(shè)置范圍內(nèi)，通過控制最小停機角度，來改變?nèi)~輪的方位角。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機電能儲備及停機顫振防護系統(tǒng)，其特征在于：電能儲備裝置運行步驟為，

步驟一：當機組停機掉電后，葉片的槳距角設(shè)定為固定的87°；

步驟二：在步驟一的基礎(chǔ)上，葉輪在風(fēng)的作用下發(fā)生低轉(zhuǎn)速的自由轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)動切割電機定轉(zhuǎn)子之間的磁感線，從而產(chǎn)生電動勢和電流，交變的電流經(jīng)過整流器成為直流電，并儲存在電池中；

步驟三：電池通過逆變器轉(zhuǎn)化為主控系統(tǒng)用頻率的交流電；

步驟四：主控系統(tǒng)在供電后為停機顫振系統(tǒng)提供監(jiān)測和發(fā)送指令的功能。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機電能儲備及停機顫振防護系統(tǒng)，其特征在于：停機顫振防護系統(tǒng)，其運行步驟為：

步驟一：偏航對風(fēng)角度通過傳感器反饋到主控系統(tǒng)中，主控系統(tǒng)判斷當偏航對風(fēng)角度在±15°范圍外時，則啟動偏航系統(tǒng)，將偏航對風(fēng)角度控制在±15°范圍以內(nèi)；

步驟二：在偏航對風(fēng)角度調(diào)節(jié)完畢后，通過機艙加速度x方向的傳感器，監(jiān)測機組的加速度信號，并將獲得的信號在葉片一階擺振頻率±20%范圍內(nèi)進行帶同濾波；

步驟三：將濾波后的信號的有效值與設(shè)定加速度閾值進行比較，若該有效值大于閾值，則表明葉片發(fā)生失速顫振；

步驟四：當葉片發(fā)生失速顫振時，主控系統(tǒng)向變槳系統(tǒng)發(fā)送指令，以最大開槳速度進行變槳，開槳到設(shè)置槳距角時，變槳停止，在次過程中，監(jiān)測機艙加速度，若低于閾值，則葉片的失速顫振得到控制，未發(fā)生持續(xù)時間的破壞性振動；

步驟五：當葉片的顫振得到控制時，此時將速度進行順槳，直到初始的順槳角度，此時葉輪方位角得到改變，不發(fā)生失速顫振。