CN101915209A - 风力发电机组及其变桨距控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于风力发电机组的变桨距控制系统，所述风力发电机组包括变速箱(22)和第一发电机(23)，所述变桨距控制系统包括变桨距驱动系统(24)和变桨机构(25)，所述变速箱(22)包括第一输出轴和第二输出轴，所述第一输出轴与所述第一发电机(23)的输入轴连接，所述第二输出轴与所述变桨距驱动系统(24)连接，所述变桨距驱动系统(24)与所述变桨机构(25)连接。本发明所提供的风力发电机组无需附加电源或其他动力源就可以实现叶片的变桨需要，从而降低了风力发电机组的成本，减少了故障点的数目。本发明还公开了一种包括上述变桨距控制系统的风力发电机组。

Description

风力发电机组及其变桨距控制系统
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种用于风力发电机组的变桨距控制系统。本发明还涉及一种包括上述变桨距控制系统的风力发电机组。
背景技术
随着石油资源、煤炭资源价格的日益上涨，以及人们对低碳、环保要求的日益提高，清洁能源的优势日益突出，因此，风力发电作为一种绿色能源越来越受到世界各国的重视，并得到可广泛的开发和利用。
风力发电就是把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能的一种发电方式，为了提高发电效率，风力发电场一般建在风力资源比较丰富的室外，并利用风力发电装置-风力发电机组实现风能向电能的转换。
请参考图1，图1为现有技术中一种典型的风力发电机组的结构示意图。
如图1所示，现有技术中的风力发电机组包括风轮13、发电机12和塔筒11，工作过程中，风作用在风轮13的叶片131上，产生气动扭矩，叶片131的根部将扭矩传递给轮毂，进而带动主轴、变速箱内的齿轮以及发电机的旋转轴旋转，产生电能，塔筒11主要用于支撑风力发电机组的风轮13和发电机12。
工作过程中，由于自然界的风的风速是在不断地变化的，如果风力发电机组的叶片的状态始终不变，必然会使输入的转速不断变化，进而影响所发电能的质量；为了保证风作用到叶片上的作用力基本不变，进而保证输入的转速基本恒定，就需要根据风速的大小改变风力发电机组的叶片131的迎风角，变桨距系统就是为了实现上述目标而设置的；同时变桨距系统还能在出现故障时，快速收缰，保证风力发电机组的安全。
当风速发生变化时，变桨轴承132的轴承内圈22在变桨距系统的作用下转动，带动叶片131转动，实现叶片131的迎风角的改变，保证转速的恒定输入，提高风力发电机组所发电能的稳定性。
现有技术中，大型风力发电机的变桨距系统包括外设电源(蓄电池或者电网)，当需要进行叶片的变桨时，外设电源的电能经过液压系统或者电气系统的转化，转变为驱动叶片变桨机构的动能，使叶片变桨机构进入工作状态，调整叶片的迎风角。
然而，外设电源的设置不仅增加了风力发电机组的零件数量，增加了风力发电机组的成本和重量，而且还引入了潜在的故障点。
因此，如何在不设置外设电源的基础上，满足风力发电机组的叶片的变桨需要，以达到降低风力发电机组的成本和减少故障点的目的，就成为本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种变桨距控制系统，该变桨距控制系统无需附加电源或其他动力源就可以实现叶片的变桨需要，从而降低了风力发电机组的成本，减少了故障点的数目。本发明的另一目的是提供一种包括上述变桨距控制系统的风力发电机组。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于风力发电机组的变桨距控制系统，所述风力发电机组包括变速箱和第一发电机，所述变桨距控制系统包括变桨距驱动系统和变桨机构，所述变速箱包括第一输出轴和第二输出轴，所述第一输出轴与所述第一发电机的输入轴连接，所述第二输出轴与所述变桨距驱动系统连接，所述变桨距驱动系统与所述变桨机构连接。
优选地，所述变桨距驱动系统为液压系统。
优选地，所述液压系统包括液压泵、伺服阀和液压油缸，所述第二输出轴与所述液压泵的输入端连接，所述液压泵输出的液压介质在所述伺服阀的控制下驱动所述液压油缸，所述液压油缸驱动所述变桨机构。
优选地，所述变桨距驱动系统为电气系统。
优选地，所述电气系统包括第二发电机、伺服驱动器和电动机，所述第二输出轴与所述第二发电机的输入轴连接，所述第二发电机通过所述伺服驱动器向所述电动机提供电能，所述电动机驱动所述变桨机构。
优选地，所述电气系统还包括减速器，所述电动机输出轴与所述减速器的输入轴连接，所述减速器的输出轴驱动所述变桨机构。
优选地，所述伺服驱动器、所述电动机和所述减速器的数目均与所述风力发电机组的叶片的数目相同。
优选地，所述电动机为伺服电动机。
本发明所提供的用于风力发电机组的变桨距控制系统，风力发电机组包括变速箱和第一发电机，变桨距控制系统包括变桨距驱动系统和变桨机构，变速箱包括第一输出轴和第二输出轴，第一输出轴与第一发电机的输入轴连接，第二输出轴与变桨距驱动系统连接，变桨距驱动系统与变桨机构连接。这样，工作过程中，叶片在风的作用下转动，通过主轴将动能传递至变速箱，经过升速后通过第一输出轴和第二输出轴输出，由于第一输出轴与第一发电机的输入轴连接，第二输出轴与变浆距驱动系统连接，从而将叶片所得到的动能分为两部分输出，一部分通过第一发电机发电，另一部分则用于通过变桨距驱动系统驱动变桨机构调整叶片的迎风角，保证叶片在不同的风速下，所受到的风的作用力基本不变，保证输入的转速基本恒定，进而保证所发电能的功率的稳定性。可以看出，本发明所提供的变桨距控制系统利用叶片所吸收的动能调整叶片的迎风角，无需额外设置独立的电源装置，从而不仅降低了风力发电机组的成本和重量，而且减少了由于配备独立电源所引入的潜在的故障点。
在一种优选实施方式中，本发明所提供的用于风力发电机组的变桨距控制系统的液压系统包括液压泵、伺服阀和液压油缸，第二输出轴与液压泵的输入端连接，液压泵输出的液压介质在伺服阀的控制下驱动液压油缸，液压油缸驱动变桨机构。液压系统将通过第二输出轴输出的机械能转变为液压能，并通过伺服阀控制继续传递并作用于变桨机构的液压能，从而保证变桨机构能够准确快速地带动叶片旋转，使叶片能够准确快速地改变迎风角，保证第一发电机的发电功率的稳定。
本发明所提供的风力发电机组的有益效果与变桨距控制系统的有益效果类似，在此不再赘述。
附图说明
图1为现有技术中一种典型的风力发电机组的结构示意图；
图2为本发明一种具体实施方式所提供的变桨距控制系统的结构示意图；
图3为本发明第二种具体实施方式所提供的变桨距控制系统的结构示意图；
图4为本发明第三种具体实施方式所提供的变桨距控制系统的结构示意图；
图5为本发明第四种具体实施方式所提供的变桨距控制系统的结构示意图；
图6为本发明第五种具体实施方式所提供的变桨距控制系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种变桨距控制系统，该变桨距控制系统无需附加电源或其他动力源就可以实现叶片的变桨需要，从而降低了风力发电机组的成本，减少了故障点的数目。本发明的另一核心是提供一种包括上述变桨距控制系统的风力发电机组。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图2，图2为本发明一种具体实施方式所提供的变桨距控制系统的结构示意图。
在一种具体实施方式中，本发明所提供的用于风力发电机组的变桨距控制系统，风力发电机组包括变速箱22和第一发电机23，变桨距控制系统包括变桨距驱动系统24和变桨机构25，其中变速箱22包括第一输出轴和第二输出轴，第一输出轴与第一发电机23的输入轴连接，第二输出轴与变桨距驱动系统24连接，变桨距驱动系统24与变桨机构25连接。
这样，工作过程中，叶片21在风的作用下转动，通过主轴将动能传递至变速箱22，经过升速后通过第一输出轴和第二输出轴输出，由于第一输出轴与第一发电机23的输入轴连接，第二输出轴与变浆距驱动系统24连接，从而将叶片21所得到的动能分为两部分输出，一部分通过第一发电机23发电，另一部分则用于通过变桨距驱动系统24驱动变桨机构25调整叶片的迎风角，保证叶片在不同的风速下，所受到的风的作用力基本不变，输入的转速基本恒定，进而保证所发电能的功率的稳定性。
可以看出，本发明所提供的变桨距控制系统利用叶片21所吸收的动能调整叶片21的迎风角，无需额外设置独立的电源装置，从而不仅降低了风力发电机组的成本和重量，而且减少了由于配备独立电源所引入的潜在的故障点。
请参考图3，图3为本发明第二种具体实施方式所提供的变桨距控制系统的结构示意图。
如图3所示，上述变浆距驱动系统24可以为液压系统241，液压系统241能够把通过第二输出轴输出的机械能变为液压能，进而对液压能进行控制后，最终将经过控制的液压能转化为机械能，驱动变桨机构，将可控性差的机械能变为可控性好的液压能进行控制，方便地保证了作用于变桨机构25的作用力，使叶片21准确地达到所需要的迎风角。
请参考图4，图4为本发明第三种具体实施方式所提供的变桨距控制系统的结构示意图。
具体地，本发明所提供的变桨距控制系统的液压系统241可以包括液压泵2411、伺服阀2412和液压油缸2413，第二输出轴与液压泵2411的输入端连接，液压泵2411输出的液压介质在伺服阀2412的控制下驱动液压油缸2413，液压油缸2413驱动变桨机构25。
液压泵2411将通过第二输出轴输出的机械能转变为液压能，伺服阀2412在伺服阀控制系统控制下改变开度，控制继续传递并作用于变桨机构25的液压能，液压油缸2413将经过控制的液压能再次转变为机械能作用于变桨机构25，从而保证了变桨机构25能够准确快速地带动叶片21旋转，使叶片21能够准确快速地改变迎风角，保证第一发电机的发电功率的稳定。其中，伺服阀控制系统的结构与现有技术相同，本文不再赘述。
请参考图5和图6，图5为本发明第四种具体实施方式所提供的变桨距控制系统的结构示意图；图6为本发明第五种具体实施方式所提供的变桨距控制系统的结构示意图。
在另一种具体实施方式中，本发明所提供的变桨距控制系统的变桨距驱动系统24也可以为电气系统242。电气系统242把通过第二输出轴输出的机械能变为电能，并对电能进行控制后再转化为机械能，驱动变桨机构25，将可控性差的机械能变为可控性好的电能进行控制，也可以很方便地保证作用于变桨机构25的作用力，使叶片21准确快速地达到所需要的迎风角。
具体地，如图6所示，电气系统242可以包括第二发电机2421、伺服驱动器2422和电动机2423，第二输出轴与第二发电机2421的输入轴连接，第二发电机2421通过伺服驱动器2422向电动机2423提供电能，电动机2423驱动变桨机构调整叶片21的迎风角。
第二发电机2421将通过第二输出轴输出的机械能转变为电能，伺服驱动器2422在其控制系统控制下控制传递至电动机2423的电能，电动机2423将经控制的电能再次转变为机械能作用于变桨机构25，也可以保证变桨机构25准确快速地带动叶片21旋转，使叶片21准确快速地改变迎风角，保证第一发电机23的发电功率的稳定。
然而，由于现有技术中的电动机2423的输出轴的转速一般较高，无法直接驱动变桨机构25，因此，本发明所提供的风力发电机组的电气系统还可以包括减速器2424，其中，电动机2423的输出轴与减速器2424的输入轴连接，减速器2424的输出轴驱动变桨机构25。
当然，如果电动机2423的输出轴的转速较低，则可以直接利用电动机2423的输出轴驱动变桨机构25。
进一步地，由于电动机2423的功率一般较小，为了保证对叶片21的迎风角控制的可靠性，可以设置多个电动机2423，具体可以使伺服驱动器2422、电动机2423和减速器2424的数目均与风力发电机组的叶片21的数目相同。
由于伺服电动机的精度较高，性能较好，因此，上述电动机2423可以具体为伺服电动机，当然，电动机2423也可以为步进电机或者普通电机。
另外，本发明还提供一种包括上述变桨距控制系统的风力发电机组，风力发电机组的其他技术请参考现有技术，本文不再赘述。
以上对本发明所提供的风力发电机组及其变桨距控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于风力发电机组的变桨距控制系统，所述风力发电机组包括变速箱(22)和第一发电机(23)，所述变桨距控制系统包括变桨距驱动系统(24)和变桨机构(25)，其特征在于，所述变速箱(22)包括第一输出轴和第二输出轴，所述第一输出轴与所述第一发电机(23)的输入轴连接，所述第二输出轴与所述变桨距驱动系统(24)连接，所述变桨距驱动系统(24)与所述变桨机构(25)连接。
2.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的变桨距控制系统，其特征在于，所述变桨距驱动系统(24)为液压系统(241)。
3.根据权利要求2所述的用于风力发电机组的变桨距控制系统，其特征在于，所述液压系统(241)包括液压泵(2411)、伺服阀(2412)和液压油缸(2413)，所述第二输出轴与所述液压泵(2411)的输入端连接，所述液压泵(2411)输出的液压介质在所述伺服阀(2412)的控制下驱动所述液压油缸(2413)，所述液压油缸(2413)驱动所述变桨机构(25)。
4.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的变桨距控制系统，其特征在于，所述变桨距驱动系统(24)为电气系统(242)。
5.根据权利要求4所述的用于风力发电机组的变桨距控制系统，其特征在于，所述电气系统(242)包括第二发电机(2421)、伺服驱动器(2422)和电动机(2423)，所述第二输出轴与所述第二发电机(2421)的输入轴连接，所述第二发电机(2421)通过所述伺服驱动器(2422)向所述电动机(2423)提供电能，所述电动机(2423)驱动所述变桨机构(25)。
6.根据权利要求5所述的用于风力发电机组的变桨距控制系统，其特征在于，所述电气系统(242)还包括减速器(2424)，所述电动机(2423)输出轴与所述减速器(2424)的输入轴连接，所述减速器(2424)的输出轴驱动所述变桨机构(25)。
7.根据权利要求6所述的用于风力发电机组的变桨距控制系统，其特征在于，所述伺服驱动器(2422)、所述电动机(2423)和所述减速器(2424)的数目均与所述风力发电机组的叶片(21)的数目相同。 
8.根据权利要求5至7任一项所述的用于风力发电机组的变桨距控制系统，其特征在于，所述电动机(2423)为伺服电动机。
9.一种风力发电机组，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的变桨距控制系统。 
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