一种风力发电机变桨距驱动装置的制作方法

文档序号:15579087发布日期:2018-09-29 06:23

本发明涉及风力发电技术领域,特别是涉及一种风力发电机变桨距驱动装置。



背景技术:

目前,大型风力发电机组具有广阔的应用前景,在高原、沿海等地均可以被大量使用。但是由于风力具有明显的随机性和不连续性,风速在短时间内就可能发生急剧变化。为优化风轮出力,消除风速变化对风力发电机输出功率的影响,通常在中大型风机上均设置有变桨距装置。采用该装置的风力发电机具有机组启动性能好、功率输出稳定、风机结构受力小、停机安全等优点。另外在机组出现故障和极端风速等工况下,风机通过收桨操作来降低叶片上承受的推力,降低塔架上承受的最高载荷,还可以在制动工况下极大的减少作用在传动系统中的制动力矩。通常风机通过市电执行变桨距操作,但是为保证在电网断电的意外情况下桨叶以顺利收桨,必须为变桨距驱动装置提供可靠的备用电源。该备用电源还需有足够的电池容量冗余,以便风机叶片顺利收桨,保证机组安全。

目前变桨距驱动装置备用电源多数仍以免维护的铅酸蓄电池为主,但铅酸蓄电池也有不容忽视的缺点:能量密度低、循环寿命短、可靠性差,长时间浮充经常会产生漏液,而且铅酸电池没有管理系统,无法对电池的实时状态进行监控和显示,备用电源整体可靠性较低。



技术实现要素:

有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种具有可靠性极大增强的备用电源、且使风机运行安全性显著提高的风力发电机变桨距驱动装置。

为达到上述目的,本发明提供一种风力发电机变桨距驱动装置,其包括电池模块、电池控制模块、主控制器、变频驱动装置、变桨电机及减速箱,其中所述电池控制模块连接市电,所述电池控制模块通过动力线连接所述电池模块,所述电池模块通过另一动力线及数据线连接所述电池控制模块,所述电池控制模块通过动力线连接所述变频驱动装置,该变频驱动装置通过动力线连接所述变桨电机,该变桨电机通过减速箱驱动桨叶,该变桨电机设置有编码器,该编码器通过反馈信号线连接所述主控制器,用于使所述主控制器采集所述桨叶的位置信息和速度信息,并且所述主控制器通过数据线连接所述变频驱动装置并通过所述变频驱动装置控制所述变桨电机。

所述主控制器内部装载有运行模式模块与安全控制策略模块,分别具有完善的运行模式和安全控制策略。

所述减速箱为多级行星齿轮减速箱。

所述编码器包括安装于所述变桨电机尾部的第一编码器及安装于所述变桨电机中的叶片变桨轴承处的第二编码器,所述第一编码器与所述第二编码器分别将桨叶的位置信息和速度信息通过所述反馈信号线反馈至所述主控制器处。

所述电池控制模块连接有通讯模块,该通讯模块另一端连接控制中心,该通讯模块实现所述电池控制模块与所述控制中心的通讯。

所述主控制器与所述桨叶之间连接有多个限位开关,用于变桨距的限位保护。

所述电池模块为锂电池、镍氢电池、电容型电池或超级电容。

与现有技术相比,本发明变桨距驱动系统具有以下优点:

1、主控制器程序将风机运行模式进行详细划分,使风机运行可靠性大为提升;安全控制策略在主控制器内部独立于其他程序运行,且具有最高的优先级。

2、变桨距驱动系统备用电源增加了电池管理系统和信号采集系统,控制中心可以实时查询备用电源各项参数,备用电源可靠性大为增强,风机运行安全性也显著提高。

3、变桨距驱动系统备用电源采用能量密度更高的锂电池、镍氢电池、电容型电池、超级电容,具有能量密度高、带电量大、体积小、重量轻、循环寿命长、绿色环保可靠性高等优点。电池控制模块可以实现电池组实时数据监控和远程操作,可靠性更高。

附图说明

图1为本发明风力发电机变桨距驱动装置的结构原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,本发明的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示,本发明的变桨距驱动装置,包括电池模块1(即备用电源)、电池控制模块2、主控制器3、变频驱动装置4、变桨电机5及减速箱6。其中电池控制模块2连接市电,电池控制模块2通过动力线a1连接电池模块1,电池模块1通过另一动力线a2及数据线d1连接电池控制模块2,电池控制模块2通过动力线a3连接变频驱动装置4,该变频驱动装置4通过动力线a4连接变桨电机5。该变桨电机5通过减速箱6驱动桨叶7,该变桨电机5设置有编码器,编码器通过反馈信号线连接主控制器3,用于使主控制器3采集桨叶7的位置信息和速度信息,并且主控制器3通过数据线d2连接变频驱动装置4,该主控制器3通过变频驱动装置4控制桨叶7的桨距角。

本发明中的主控制器3内部装载有运行模式模块与安全控制策略模块,分别具有完善的运行模式和安全控制策略。通过对运行模式的详细划分,使风机运行可靠性大为提升。安全控制策略在主控制器内部独立于其他程序运行,且具有最高的优先级。在安全控制策略中,传感器断路触点以串联方式连接,所包含的触点有:1)塔基急停;2)机舱急停;3)轮毂急停;4)风轮超速;5)扭缆限制;6)振动超限;7)主控制器监视;8)风场控制中心介入。如果触发上述触点的一个或多个,安全控制策略就会断开,从而触发空气动力学制动,即叶片收桨。

本发明中市电可通过电池控制模块2、动力线a3、变频驱动装置4及动力线a4为变桨电机5供电,同时电池控制模块2具有电池充放电管理功能,可控制市电通过动力线a1为电池模块1充电,电池控制模块2可控制电池模块1通过动力线a2、电池控制模块2、动力线a3、变频驱动装置4及动力线a4为变桨电机5供电,因此电池控制模块2可以实现为变桨电机市电供电和电池模块供电之间的切换。

风机在停机位置时,桨距角处于90°的位置,这时风力对叶片不产生推力;当风机由停机状态变为运行状态时,桨距角由90°以一定速度(α°/s)减小到待机角度(β°);若风速可以达到并网风速,桨距角继续减少到运行角度γ°(桨距角在γ°时具有最佳的风能吸收系数);风机并网发电后,当风速小于额定风速时,使桨距角保持在γ°不变;当风速高于额定风速时,根据变桨电机5经由反馈信号线反馈至主控制器3的功率反馈信号,主控制器3输出变桨距控制信号,变频驱动装置4接收到该信号(电压信号υ),经内部控制板和驱动板处理后将其转变为变桨电机驱动信号(电压信号U)给变桨电机5,实现变桨电机5的调速和转向,驱动变桨电机5带动减速箱6以特定的转速转过既定的转角,完成收桨。减速箱6为多级行星齿轮减速箱,通过降速增扭来带动桨叶转动,最终实现变桨距功能。当风机出现故障或风场控制中心有停机指令时,主控制器3中的安全控制策略模块判断属于哪一种安全控制策略,并触发其中一种或几种传感器断路触点,主控制器3将输出迅速收桨命令,使风机能在几秒内停机。

本发明中的编码器包括第一编码器A与第二编码器B,第一编码器A安装于变桨电机5的尾部,第二编码器B安装于变桨电机5中的叶片变桨轴承处,两编码器分别将桨叶的位置信息和速度信息通过反馈信号线反馈至主控制器3处,形成闭环控制回路,主控制器3对桨叶的位置信息和速度信息进行数据计算并控制桨叶的桨距角。主控制器3与桨叶7之间连接有多个限位开关,用于变桨距的限位保护,起到多级限位的作用。本发明中的变桨电机为三相交流感应电机,变桨距过程中可以通过编码器和限位开关准确反馈变桨距角度、速度和桨叶最终位置。变桨距电机要求能在较大温宽范围内运行。

本发明中的电池控制模块可连接有通讯模块8,通讯模块8另一端连接控制中心9,通讯模块8可以实现电池控制模块2与控制中心9的通讯,电池控制模块2具有电流电压采集、显示、远程操作、实时报警等功能,电池控制模块2通过数据线d1采集电池模块1的各项参数,并将各项参数通过通讯模块8传回控制中心9。

本发明中的电池模块1可为锂电池、镍氢电池、电容型电池或超级电容,各类型电池分别通过串并联组成电池模块。

一台大型风力发电机通常有两个或两个以上的桨叶,各桨叶分别对应一组变桨距驱动装置,每组变桨距驱动装置采用并联形式。

本发明具有如下优点和积极效果:

1、主控制器程序将风机运行模式进行详细划分,使风机运行可靠性大为提升;安全控制策略在主控制器内部独立于其他程序运行,且具有最高的优先级;

2、变桨距驱动装置备用电源增加了电池控制模块和信号采集功能,控制中心可以实时查询备用电源各项参数,备用电源可靠性大为增强,风机运行安全性也显著提高;

3、变桨距驱动装置备用电源采用能量密度更高的锂电池、镍氢电池、电容型电池或超级电容,具有带电量大、体积小、重量轻、循环寿命长、绿色环保、可靠性高等优点。

以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。

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