CN102322392A

CN102322392A - 风力发电机组的变桨系统

Info

Publication number: CN102322392A
Application number: CN201110261821A
Authority: CN
Inventors: 孙志勇; 史建军; 张迪
Original assignee: JIANGSU JINFENG WIND POWER EQUIPMENT MANUFACTURE CO Ltd
Current assignee: JIANGSU JINFENG WIND POWER EQUIPMENT MANUFACTURE CO Ltd
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明提供一种风力发电机组的变桨系统。所述风力发电机组的变桨系统包括机舱柜、滑环、变桨驱动器、变桨电机和变桨减速器，所述风力发电机组的变桨系统还包括通用变频器和转换开关，其中，机舱柜从塔底接收电能；通用变频器连接到发电机组中的定子单元，从发电机组接收电能，并进行频率转换；当需要执行变桨操作时，转换开关选择性地将来自机舱柜的电能或来自通用变频器的电能通过滑环提供给变桨驱动器；变桨驱动器使用从转换开关接收的电能驱动变桨电机；变桨电机再驱动变桨减速器将桨叶转动到顺桨位置。所述变桨系统直接利用发电机输出的电能，避免采用额外备电设备，降低了故障率和成本，具有较强的移植性。

Description

风力发电机组的变桨系统

技术领域

本发明涉及一种用于风力发电机组的变桨系统，更具体地讲，涉及一种不需要额外的备电设备的风力发电机组的变桨系统。

背景技术

随着技术的发展，可再生能源的关注和利用程度日益增加，其中，风力发电是一种已经发展相对成熟的能源技术。风力发电要求有较强的环境适应能力，而变桨系统则是风力发电的核心部件之一。目前，风力发电机组的变桨系统从执行硬件角度可以分为电动变桨系统和液压变桨系统两大类，其中，电动变桨系统实质上是一种位置跟踪的传动系统。

变桨系统的作用主要有两点：第一、当风速大于额定风速，桨叶转速无法通过发电机电磁转矩控制时，通过变桨系统维持风机的功率输出恒定；第二、当风机发生安全链故障时，变桨系统需要立即顺桨来保证风机安全。顺桨是指不论桨矩角处于什么位置，都将桨叶以固定的速度转动至某一固定顺桨位置，根据桨叶的不同气动特性，顺桨位置将略有差异。

进一步讲，当外部安全链发生故障时，风力发电机组的控制装置发出顺桨命令以实现风机的顺桨。而当内部安全链发生故障时，变桨系统需要立即顺桨以实现风机的停机。因此，变桨系统所需的能量应来自两个方面，第一是由机舱柜提供的主电，第二是备电。这样，当发生内部安全链故障导致主电丢失时，可通过备电来提供变桨所需的能量。

现有风力发电机组的变桨系统的备电方式是采用各种储能装置，如蓄电池、超级电容等。这种备电方式的特点是：正常情况下，能量从塔底到机舱柜，通过滑环，驱动变桨电机变桨。但是，一旦来自塔底的线路发生断路，或者滑环故障，即风力发电机发生了主电故障，就将导致电能无法通过上述回路送至变桨电机，变桨驱动器将依靠超级电容中存储的能量驱动变桨电机顺桨。在风力发电机组中，变桨电机通常采用的是低压电机。图1是示出现有技术的变桨系统的详细示图。

现有的变桨系统的备电方式属于就地备电，当滑环、机舱、塔底等中的任何一个位置出现故障，即能量通道发生问题时，变桨电机可以从超级电容获得能量，保证完成顺桨。然而，这种备电方式存在以下多个缺点：

第一、故障率高。超级电容或者蓄电池作为电气设备，其本身存在着故障率问题，而且电气设备都有一定的使用寿命。从确保风机能安全顺桨角度出发，在正常发电过程中，一旦变浆系统的备电设备的充电出现问题，就需要对整个风机进行停机。此外，随着备电设备使用时间的增加，备电设备自身的备电容量会逐步变小。因此，必须对备电设备进行定期更换。否则，一旦变浆系统的主电发生故障，风机将无法完成顺桨，这会导致风机的桨叶无法完全收回，甚至发生如飞车等严重的风机事故。

第二、成本较高。如果使用蓄电池，长时间的频繁更换会导致设备运行维护成本非常高。如果采用超级电容，则其一次性投资过高，而且从理论上来看，超级电容的容量受充放电次数的影响比蓄电池小，但是实际使用时间比较短，是否可以到达预期的10年生命周期还有待时间检验。另一方面，使用低压电机导致发电机组体积较大，电缆直径较大。

因此，需要一种能够降低故障率和成本的风力发电机组的变桨系统。

发明内容

因此，本发明的一方面在于提供一种不使用额外备电设备就能提供备用电源的风力发电机组的变桨系统。

根据本发明的一方面，提供了一种风力发电机组的变桨系统，包括机舱柜、滑环、变桨驱动器、变桨电机和变桨减速器，所述风力发电机组的变桨系统还包括通用变频器和转换开关，其中，机舱柜从塔底接收电能；通用变频器连接到发电机组中的定子单元，从发电机组接收电能，并进行频率转换；当需要执行变桨操作时，转换开关选择性地将来自机舱柜的电能或来自通用变频器的电能通过滑环提供给变桨驱动器；变桨驱动器使用从转换开关接收的电能驱动变桨电机；变桨电机再驱动变桨减速器将桨叶转动到顺桨位置。

此外，当需要执行变桨操作时，在正常变桨和非主电缺失故障的情况下，转换开关将来自机舱柜的电能提供给变桨驱动器；在通过机舱柜提供主电发生故障情况下，转换开关将来自通用变频器的电能提供给变桨驱动器。

此外，所述滑环设置在转换开关和变桨驱动器之间，并配置有两套电刷，转换开关选择性地将来自通用变频器或来自机舱柜的电能通过滑环上配置的其所相应的所述两套电刷之中的一个电刷提供给变桨驱动器。

此外，所述滑环上配置的所述两套电刷为碳刷。

此外，通用变频器是标准380V三相通用变频器，变桨电机是380V电机。

此外，变桨驱动器、变桨电机以及变桨减速器设置在风力发电机组的轮毂中。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括如上所述的变桨系统的风力发电机组。

根据本发明的风力发电机组的变桨系统直接利用发电机输出的电能，避免采用额外备电设备(例如，超级电容、蓄电池等)，通过变频器为变桨驱动部分提供给稳定的电源，降低了故障率和成本。同时，该变桨系统将现有技术的变桨系统使用的低压电机驱动器改为标准380V通用变频器，并将原29V低压电机改为380V电机，从而减小了驱动电缆的线径和电机的尺寸，降低了成本。此外，备电直接从发电机侧取出，协助卸荷电路抑制直流侧的泵生电压，保护发电机变流器直流侧电容。此外，根据本发明的变桨系统仅针对备电方式修改，其他信号电路都不变化，因此具有较强的移植性。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：

图1是示出现有技术的变桨系统的详细示图；

图2是示出根据本发明实施例的风力发电机组的变桨系统的示意性框图；

图3是示出根据本发明实施例的风力发电机组的变桨系统的详细示图。

具体实施方式

现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。

图2是示出根据本发明实施例的风力发电机组的变桨系统的示意性框图。

参照图2，根据本发明实施例的风力发电机组的变桨系统包括：通用变频器10、机舱柜20、转换开关30、变桨驱动器40和变桨电机50、变浆减速器60。

具体地讲，通用变频器10连接到发电机组中的定子单元，从发电机组接收电能，并进行频率转换，从而将接收到的电能转换为适用于驱动变桨驱动器40的电能。这里，通用变频器10可以是标准380V三相通用变频器，从而可提高变桨电机的电压等级。然而，本发明不限于此，还可使用其他类型的变频器，只要该变频器能够提供用于变桨驱动器40的电能即可。通用变频器10所提供的电能用作变桨系统的备用电源(备电)。

机舱柜20从塔底接收电能，作为变桨系统的主电。

在不需要执行变桨操作的情况下，转换开关30可处于开路状态。而在需要执行变桨操作的情况下，转换开关30选择性地将来自通用变频器10的电能或来自机舱柜20的电能提供给变桨驱动器40。具体地讲，在正常变桨和非主电缺失故障的情况下，转换开关30打到主电位置，变桨系统使用来自机舱柜20的电能。当主电发生故障时，转换开关30将切换到通用变频器10，变桨系统使用来自通用变频器10的电能。此时，变桨系统利用风轮旋转的能量将桨叶旋转至顺桨位置。

变桨驱动器40从通用变频器10或机舱柜20接收电能，从而使用接收的电能驱动变桨电机50。

变桨电机50在变桨驱动器40的驱动下将桨叶转动到顺桨位置。这里，变桨电机50可以是380V电机。然而，本发明不限于此，可使用任何能够将桨叶转动到顺桨位置的电机。由于风速的随机性，可能会出现短时间桨叶不能到达顺桨位置，但是风速一旦增大，叶轮旋转，发电机组就会输出电能，通用变频器10就通过转换开关30将电能提供给变桨驱动器40，从而变桨电机50就能将桨叶收回。因此，不会因为变桨系统结构变化导致飞车事故的发生。

参照图2和图3，在转换开关10和变桨驱动器40之间可设置滑环，用于在转换开关10和变桨驱动器40之间输送电能。具体地，滑环上配置有两套电刷，转换开关10将来自通用变频器或来自机舱柜的电能通过其所相应的两套电刷之中的一个电刷提供给变桨驱动器40，其中，所述两套电刷可以是碳刷。另外，滑环可以在主电切换到备电时(即，在转换开关将切换到通用变频器10时)向可编程控制器PLC报警。另一方面，变桨电机50通过变桨减速器60连接到桨叶，以实现平稳的顺桨操作。根据本发明实施例，变桨驱动器40、变桨电机50以及变桨减速器60可以设置在风力发电机组的轮毂中。

根据本发明实施例，提供了一种不需要额外的备电设备的风力发电机组的变桨系统，该变桨系统直接利用发电机输出的电能，避免采用额外备电设备(例如，超级电容、蓄电池等)，通过变频器为变桨驱动部分提供稳定的电源，降低了故障率和成本。同时，该变桨系统将现有技术的变桨系统使用的低压电机驱动器改为标准380V通用变频器，并将原29V低压电机改为380V电机，从而减小了驱动电缆的线径和电机的尺寸，降低了成本。此外，备电直接从发电机侧取出，协助卸荷电路抑制直流侧的泵生电压，保护发电机变流器直流侧电容。此外，根据本发明实施例的变桨系统仅针对备电方式修改，其他信号电路都不变化，因此具有较强的移植性。

虽然已经描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对描述的实施例进行修改，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种风力发电机组的变桨系统，包括机舱柜、滑环、变桨驱动器、变桨电机和变桨减速器，其特征在于：

所述风力发电机组的变桨系统还包括通用变频器和转换开关，

其中，机舱柜从塔底接收电能；通用变频器连接到发电机组中的定子单元，从发电机组接收电能，并进行频率转换；当需要执行变桨操作时，转换开关选择性地将来自机舱柜的电能或来自通用变频器的电能通过滑环提供给变桨驱动器；变桨驱动器使用从转换开关接收的电能驱动变桨电机；变桨电机再驱动变桨减速器将桨叶转动到顺桨位置。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组的变桨系统，其特征在于：当需要执行变桨操作时，在正常变桨和非主电缺失故障的情况下，转换开关将来自机舱柜的电能提供给变桨驱动器；在通过机舱柜提供主电发生故障情况下，转换开关将来自通用变频器的电能提供给变桨驱动器。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组的变桨系统，其特征在于，所述滑环设置在转换开关和变桨驱动器之间，并配置有两套电刷，转换开关选择性地将来自通用变频器或来自机舱柜的电能通过滑环上配置的所述电刷提供给变桨驱动器。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组的变桨系统，其特征在于，所述滑环上配置的所述两套电刷为碳刷。

5.根据权利要求1至4中任意一项权利要求所述的风力发电机组的变桨系统，其特征在于，通用变频器是标准380V三相通用变频器，变桨电机是380V电机。

6.根据权利要求5所述的风力发电机组的变桨系统，其特征在于，变桨驱动器、变桨电机以及变桨减速器设置在风力发电机组的轮毂中。

7.一种包括权利要求1至6中任意一项权利要求所述的风力发电机组的变桨系统的风力发电机组。