CN103352799A - 桨距角自动控制装置 - Google Patents

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李义新
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    • Y02E10/70—Wind energy
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Abstract

本发明提出一种桨距角自动控制装置，包括：扭矩测量模块，测量风机低速轴的扭矩；转速测量模块，测量风机低速轴的转速；吸收功率模块，和所述扭矩测量模块、所述转速测量模块相连；输出功率测量模块，测量风机输出功率的大小；比较模块，和所述吸收功率模块、所述输出功率测量模块相连；伺服驱动模块，和所述比较模块相连；变桨机构，和所述伺服驱动模块相连。本发明桨距角自动控制装置根据低速轴上测得的风机扭矩和转速，得到风机的吸收功率，结合风机的输出功率，进而对风机的桨距角进行自动控制，使风机的输出功率稳定。

Description

桨距角自动控制装置
技术领域
本发明涉及自动控制的技术领域，特别涉及一种桨距角自动控制装置。
背景技术
目前风电机组的变桨方式可分为液压变桨（如丹麦的VESTAS）和电动变桨（如美国GE）两种。液压变桨系统是以液体压力驱动执行机构，电动变桨系统是以伺服电机驱动齿轮实现变距调节功能。
液压变桨系统根据当前风速，通过预先编制的算法给出电信号，该信号经液压系统进行功率放大，液压油驱动液压缸活塞运动，从而推动推杆、同步盘运动，同步盘通过短转轴、连杆、长转轴推动偏心盘转动，偏心盘带动叶片进行变桨。
电动变桨系统可以实现3个叶片独立变桨距。其中主控制器与轮毂内的轴控制盒通过现场总线通信，达到独立控制3个独立变桨装置的目的。主控制器根据风速、发电机功率和转速等，把指令信号发送至电动变桨系统；电动变桨系统把实际值和运行状况反馈至主控制器。单个叶片的变桨装置一般包括控制器、伺服驱动器、伺服电机、减速机、变距轴承、传感器、角度限位开关、蓄电池、变压器等。其中伺服驱动器用于驱动伺服电机，实现变距角度的精确控制。传感器可以是电机编码器和叶片编码器，电机编码器测量电机的转速，叶片编码器测量当前的桨距角，与电机编码器实现冗余控制。蓄电池组是出于系统安全考虑的备用电源。
电机执行机构原每个桨叶分别采用一个带位移反馈的伺服电机进行单独调节。位移传感器采用光电编码器，安装在电动机输出轴上，采集电机转动角度。由于桨距角的变化速度都很慢，一般不超过每秒15°，而一般的伺服电机额定转速都为每分钟几千转，因此需要一个减速机构。伺服电机连接行星减速箱，通过主动齿轮与桨叶轮毂内齿圈相连，带动桨叶进行转动，实现对桨叶节距角的直接控制。在轮毂内齿圈的边上又安装了一个非接触式位移传感器，直接检测内齿圈转动的角度,即桨叶节距角变化。当内齿圈转过一个齿，非接触式位移传感器输出一个脉冲信号。变桨距控制依据光电编码器所测的位移值进行控制。非接触传感器作为冗余控制的参考值，它直接反映桨叶节距角的变化。当发电机输出轴、联轴器或光电编码器出现故障时，即光电编码器与非接触位移传感器所测数字不一致时，控制器便可知道系统出现故障。在轮毂内齿圈边上还装有一个接近开关，起限位作用(0°和90°)。控制器安放在电气板上，便于散热。如果系统出现故障，控制电源断电时，电机由UPS供电，60秒内将桨叶调节为顺桨位置。在UPS电量耗尽时，继电器断路，原来由电磁力吸合的制动齿轮弹出，制动桨叶，保持桨叶处于顺桨位置。在风电机组正常工作时，继电器得电，电磁铁吸合制动齿轮，不起制动作用。
发明内容
为了克服已有技术中存在的至少一个问题，本发明提出一种使得风机输出功率稳定的桨距角自动控制装置。
为了实现上述目的，本发明提出一种桨距角自动控制装置，包括：扭矩测量模块，测量风机低速轴的扭矩；转速测量模块，测量风机低速轴的转速；吸收功率模块，和所述扭矩测量模块、所述转速测量模块相连；输出功率测量模块，测量风机输出功率的大小；比较模块，和所述吸收功率模块、所述输出功率测量模块相连；伺服驱动模块，和所述比较模块相连；变浆机构，和所述伺服驱动模块相连。
可选的，所述吸收功率模块输出端和一A/D转换器相连后，再和所述比较模块相连。
可选的，所述输出功率测量模块输出端和一A/D转换器相连后，再和所述比较模块相连。
可选的，在所述比较模块和所述伺服驱动模块之间还设有一信号输出模块。
本发明桨距角自动控制装置的有益效果主要表现在：本发明桨距角自动控制装置根据低速轴上测得的风机扭矩和转速，得到风机的吸收功率，结合风机的输出功率，进而对风机的桨距角进行自动控制，使风机的输出功率稳定。
附图说明
图1为本发明桨距角自动控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图1对本发明作进一步的描述。
本发明提出一种桨距角自动控制装置，包括：扭矩测量模块，测量风机低速轴的扭矩；转速测量模块，测量风机低速轴的转速；吸收功率模块，和所述扭矩测量模块、所述转速测量模块相连；输出功率测量模块，测量风机输出功率的大小；比较模块，和所述吸收功率模块、所述输出功率测量模块相连；伺服驱动模块，和所述比较模块相连；变浆机构，和所述伺服驱动模块相连。其中吸收功率模块输出端和一A/D转换器相连后，再和所述比较模块相连，所述输出功率测量模块输出端和一A/D转换器相连后，再和所述比较模块相连，在所述比较模块和所述伺服驱动模块之间还设有一信号输出模块。
实际操作过程中，扭矩测量模块、转速测量模块和输出功率测量模块分别测出风机低速轴的扭矩，低速轴的转速和风机输出功率的大小，通过低速轴的扭矩和转速可以得出风机的吸收功率
Figure BDA00003529789100031
(式中P为风机吸收功率，单位kw；n为风机叶轮转速，单位r/min；Mk为风机低速轴扭矩，Nm)，通过信号转换装置将测得的信号转换为标准信号，在比较模块里，将风机的吸收功率和输出功率进行比较，若风机的吸收功率大于输出功率，则输出高电平，反之，则输出低电平。信号输出模块接收高低电平，收到高电平时，发出降低桨距角β的信号；反之，则发出增加桨距角β的信号。伺服驱动模块根据接收到的增加或降低桨距角β的信号，驱动伺服电机，带动桨叶转动，增大或减小桨距角。图1中箭头表示信号传输的方向。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (4)

1.一种桨距角自动控制装置，其特征在于，包括：
扭矩测量模块，测量风机低速轴的扭矩；
转速测量模块，测量风机低速轴的转速；
吸收功率模块，和所述扭矩测量模块、所述转速测量模块相连；
输出功率测量模块，测量风机输出功率的大小；
比较模块，和所述吸收功率模块、所述输出功率测量模块相连；
伺服驱动模块，和所述比较模块相连；
变浆机构，和所述伺服驱动模块相连。
2.根据权利要求1所述的桨距角自动控制装置，其特征在于：所述吸收功率模块输出端和一A/D转换器相连后，再和所述比较模块相连。
3.根据权利要求1所述的桨距角自动控制装置，其特征在于：所述输出功率测量模块输出端和一A/D转换器相连后，再和所述比较模块相连。
4.根据权利要求1所述的桨距角自动控制装置，其特征在于：在所述比较模块和所述伺服驱动模块之间还设有一信号输出模块。
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