[發(fā)明專利]一種超大型風(fēng)力機的控制方法

有效

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• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113175413B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫振業(yè);陶秋晗;朱衛(wèi)軍;李小川;曹九發(fā);陳東陽;李迺路;楊華
• 申請（專利權(quán)）人: 揚州大學(xué)
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 韓紅莉

本發(fā)明公開了一種超大型風(fēng)力機的控制方法，其特征在于，包括實現(xiàn)風(fēng)力機從迎風(fēng)狀態(tài)調(diào)整到背風(fēng)狀態(tài)的迎背風(fēng)切換控制策略。迎背風(fēng)切換策略通過對風(fēng)力機偏航運動和變槳運動的控制可以實現(xiàn)風(fēng)力機從迎風(fēng)狀態(tài)切換到背風(fēng)狀態(tài)。從而允許風(fēng)力機以背風(fēng)狀態(tài)運行，增大葉片與塔筒間隙，提高運行的工作區(qū)間，在大風(fēng)下實現(xiàn)卸載，適應(yīng)極端氣候。因此，風(fēng)力機可以采用更輕、更柔的葉片，降低了風(fēng)輪及整機質(zhì)量，降低了度電成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超大型風(fēng)力機的控制方法，屬于具有特殊控制策略的風(fēng)力機技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著科技的進(jìn)步風(fēng)能已經(jīng)成為世界的主要能源之一。在國家政策的推動下，中國也逐漸成為風(fēng)能利用的大國，各地都不約而同地開始了風(fēng)力機的建造和利用，國內(nèi)的風(fēng)力機安裝量漸漸飽和，因此由于風(fēng)力機在國內(nèi)的發(fā)展在安裝量上已基本達(dá)飽和，所以為了繼續(xù)發(fā)展風(fēng)力機提高風(fēng)能的利用率以及為了環(huán)保做出貢獻(xiàn)，必須從風(fēng)力機的優(yōu)化上面著手。目前想要最大限度地提高風(fēng)能地利用率，最有效地方法就是增加葉輪的直徑，葉輪直徑越大可以捕獲的風(fēng)能往往就越多。

然而風(fēng)力機葉輪的直徑越大，其質(zhì)量增加的幅度更是夸張基本，接近長度增加的三次方量。因此一臺20MW的風(fēng)力機的質(zhì)量很有可能會超過75000kg，在這么大的質(zhì)量下，風(fēng)力機的一些其他的部件也會有更高的要求，比如對塔筒的強度和剛度的需求，對變速箱齒輪的需求，因此會導(dǎo)致整個風(fēng)力機成本指數(shù)級地增加。正是因為這個原因抑制風(fēng)力機質(zhì)量地增長成了降低度電成本的一種重要手段。而如何減小風(fēng)力機的質(zhì)量這個問題，國內(nèi)外各種學(xué)者給出了許多的方案，比如在葉片內(nèi)部可以通過優(yōu)化風(fēng)力機內(nèi)部結(jié)構(gòu)、采用新材料等，在風(fēng)力機整體方面可以優(yōu)化翼形優(yōu)化風(fēng)力機的氣動性能，也可以改進(jìn)葉尖至塔筒的間隙的閾值等方法。但是這樣的方法對于風(fēng)力機的減重來說也是杯水車薪，新材料的運用可能使成本不減反增，對于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也是治標(biāo)不治本。同時更大地質(zhì)量也會帶來更多的安全問題，由于葉片長度的增加葉片的柔性也是注定增加的，因此在迎風(fēng)型風(fēng)力機中，這樣的葉片會更容易打到塔筒釀成安全事故，而背風(fēng)型風(fēng)力機雖然沒有這樣的安全問題，但是由于塔筒和機艙的干擾會使效率有所下降，因此必須有一種創(chuàng)新的技術(shù)，將迎風(fēng)型風(fēng)力機的優(yōu)點和背風(fēng)型風(fēng)力機的優(yōu)點結(jié)合起來。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種超大型風(fēng)力機的控制方法，包括迎背風(fēng)切換控制策略，迎背風(fēng)切換控制策略控制風(fēng)力機進(jìn)行偏航運動，運行迎背風(fēng)切換控制策略后風(fēng)力機的偏航角度與運行迎背風(fēng)切換控制策略前風(fēng)力機的偏航角度之差為A；迎背風(fēng)切換控制策略控制風(fēng)力機進(jìn)行變槳運動，運行迎背風(fēng)切換控制策略后風(fēng)力機的變槳角度與運行迎背風(fēng)切換控制策略前風(fēng)力機的變槳角度之差為B，將風(fēng)力機從迎風(fēng)狀態(tài)切換到背風(fēng)狀態(tài)。

優(yōu)先地，偏航角度A的絕對值范圍為150°至210°，變槳角度B的絕對值范圍為150°至210°。

優(yōu)先地，在運行迎背風(fēng)切換控制策略前風(fēng)力機處于迎風(fēng)狀態(tài)；在運行迎背風(fēng)切換控制策略后，風(fēng)力機以偏航角度A進(jìn)行偏航運動，風(fēng)力機以變槳角度B進(jìn)行變槳運動，最終完成迎背風(fēng)切換動作，使風(fēng)力機處于背風(fēng)狀態(tài)。

優(yōu)先地，從運行迎背風(fēng)切換控制策略前到運行迎背風(fēng)切換控制策略后，偏航機構(gòu)進(jìn)行動作，偏航電機通過齒輪傳動驅(qū)動偏航軸承齒圈轉(zhuǎn)動，偏航軸承齒圈轉(zhuǎn)動傳動控制風(fēng)力機完成偏航角度為A的偏航運動；變槳機構(gòu)進(jìn)行動作，變槳機構(gòu)包括若干個變槳電機和若干個變槳軸承，變槳電機通過齒輪傳動驅(qū)動變槳軸承齒圈轉(zhuǎn)動，變槳軸承齒圈轉(zhuǎn)動傳動控制風(fēng)力機完成以變槳角度B進(jìn)行的變槳運動，同時每個葉片都可以完成獨立的變槳。

優(yōu)先地，在迎背風(fēng)切換動作開始前發(fā)電機的轉(zhuǎn)子相對于發(fā)電機的定子的旋轉(zhuǎn)方向與迎背風(fēng)切換動作完成后發(fā)電機的轉(zhuǎn)子相對于發(fā)電機的定子的旋轉(zhuǎn)方向相反。

優(yōu)先地，在迎背風(fēng)切換動作開始前齒輪箱的傳動軸與在迎背風(fēng)切換動作完成后齒輪箱的傳動軸相對于齒輪箱的殼體的旋轉(zhuǎn)方向相反。

優(yōu)先地，風(fēng)力機處于迎風(fēng)狀態(tài)時風(fēng)輪相對于機艙的旋轉(zhuǎn)方向與風(fēng)力機處于背風(fēng)狀態(tài)時風(fēng)輪相對于機艙的旋轉(zhuǎn)方向相反。