一种风力发电机组独立变桨系统的制作方法

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组独立变桨系统。

技术背景

变桨系统属于风力发电机组控制系统的核心部分之一。目前变桨距控制有统一变桨距和独立变桨距两种形式。在风机技术发展的初期，由于控制简单，行业内常用的变桨距系统为统一变桨距系统。但是，由于风轮扫平面内的风速不相同，且各个桨叶上承受的风速不一致，导致风轮扫及面最高端与最低端的吸收功率相差很大，各个桨叶承受的载荷也不相同。同时，我国新投入的陆上风电场多为山地风场，受湍流等影响，这种吸收功率差别和桨叶受载不平衡更加显著。独立变桨距可以减小吸收功率差和桨叶受载不平衡，减轻输出力矩的波动，提高风机的工作效率。但现有的独立变桨距存在控制系统复杂、稳定性不高的缺点。

技术实现要素：

为了解决现有变桨距系统存在的上述技术问题，本发明提供一种结构较简单、可靠性高的风力发电机组独立变桨系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种风力发电机组独立变桨系统，包括主控plc、叶轮方位角测量装置；以及第一变桨驱动器、第一信号处理单元、第一变桨电机、第一光纤压力传感器以及第一桨距角测量装置，安装于第一叶片上的第一光纤压力传感器将第一叶片的压力信号经第一信号处理单元处理后送到第一变桨驱动器，第一桨距角测量装置测量第一变桨电机的桨距角送到第一变桨驱动器、叶轮方位角测量装置测量叶轮方位角送到第一变桨驱动器，主控plc的输出接第一变桨驱动器，第一变桨驱动器的输出接第一变桨电机；

以及第二变桨驱动器、第二信号处理单元、第二变桨电机、第二光纤压力传感器以及第二桨距角测量装置，安装于第二叶片上的第二光纤压力传感器将第二叶片的压力信号经第二信号处理单元处理后送到第二变桨驱动器，第二桨距角测量装置测量第二变桨电机的桨距角送到第二变桨驱动器、叶轮方位角测量装置测量叶轮方位角送到第二变桨驱动器，主控plc的输出接第二变桨驱动器，第二变桨驱动器的输出接第二变桨电机；

以及第三变桨驱动器、第三信号处理单元、第三变桨电机、第三光纤压力传感器以及第三桨距角测量装置，安装于第三叶片上的第三光纤压力传感器将第三叶片的压力信号经第三信号处理单元处理后送到第三变桨驱动器，第三桨距角测量装置测量第三变桨电机的桨距角送到第三变桨驱动器、叶轮方位角测量装置测量叶轮方位角送到第三变桨驱动器，主控plc的输出接第三变桨驱动器，第三变桨驱动器的输出接第三变桨电机。

上述的风力发电机组独立变桨系统中，所述的第一桨距角测量装置、第二桨距角测量装置以及第三桨距角测量装置均为旋转变压器，旋转变压器测量变桨电机的旋转角度，变桨驱动器根据变桨电机的旋转角度计算各叶片桨距角。

本发明的技术效果在于：本发明采用光纤压力传感器采集叶片表面的压力信号，并且将传感器信号发送至变桨驱动器，变桨驱动器通过叶片压力、桨距角、叶轮方位角以及主控plc的变桨速度信号，单独算出每个变桨电机的转速，并控制各变桨电机动作，实现独立变桨。采用光纤压力传感器测量叶片表面压力，相比其他电信号的压力传感器，光纤压力传感器及其信号传输采用非金属介质，不影响叶片本身的雷电防护设计，并且信号的传输不受空间磁场和叶片引下线的影响。采用变桨驱动器进行变桨距叠加计算可以减少数据传输接口，提高独立变桨控制回路的可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中的变桨驱动器独立变桨过程流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，图1为一台三叶片风力发电机组独立变桨的结构示意图。其中，包括三套对称的独立变桨控制装置，每套独立变桨控制装置包括变桨驱动器31/32/33、变桨电机51/52/53、桨距角测量装置61/62/63、光纤压力传感器81/82/83以及信号处理单元41/42/43，同时整个独立变桨系统还包括主控plc和叶轮方位角测量装置2。

本发明中，叶片表面压力信号是通过叶片71/72/73表面布置的一个或多个光纤压力传感器81/82/83采集的，通过传感器的信号处理单元41/42/43接收并转换，再发送给变桨驱动器31/32/33，作为独立变桨中电机转速计算和变桨过程判断的输入之一。叶轮方位角θ的测量通过轮毂内的叶轮方位角测量装置2测量并发送给变桨驱动器31，再通过驱动器之间的通讯发送给变桨驱动器32和变桨驱动器33。三支叶片桨距角β的获得，通过变桨电机51/52/53尾端的旋转变压器测量电机的旋转角度，并发送给变桨驱动器31/32/33，变桨驱动器再根据预设的机械参数，计算各桨距角β。变桨驱动器31/32/33通过叶片压力、桨距角、叶轮方位角以及主控plc的变桨速度信号，单独算出每个变桨电机的转速，并控制各变桨电机动作，实现独立变桨。

图2示出了独立变桨系统流程图。结合原理图，整个过程可描述为：主控plc1通过传感器采集的风速信号和发电机转速信号，计算出变桨速度v，并将变桨速度v的指令输出给变桨驱动器31/32/33，变桨驱动器31/32/33再通过采集到的叶轮方位角θ、叶片压力和桨距角β进行叠加计算，并将电机转速n+δ信号输出给变桨电机51/52/53，控制叶片71/72/73进行变桨动作。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种风力发电机组独立变桨系统，它包括一个主控PLC、叶轮方位角测量装置和三个独立的变桨控制装置，每个独立的变桨控制装置包括变桨驱动器、信号处理单元、变桨电机、光纤压力传感器以及桨距角测量装置，变桨驱动器根据主控PLC给出的变桨速度信号、光纤压力传感器信号、桨距角以及叶轮方位角控制变桨电机实现独立变桨。本发明采用光纤压力传感器测量叶片表面压力，其信号传输采用非金属介质，不影响叶片本身的雷电防护设计，并且信号的传输不受空间磁场和叶片引下线的影响。

技术研发人员：黄正;黄歆雅;黄凌翔;张硕望
受保护的技术使用者：湘电风能有限公司;湘潭电机股份有限公司
技术研发日：2019.06.28
技术公布日：2019.09.17