CN103835880B - 基于液压有效阻尼的独立变桨系统及变桨方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于液压有效阻尼的独立变桨系统及变桨方法，属于风力发电技术领域。每个叶片均具有独立的变桨装置，所述变桨装置包括变桨控制器、压力检测装置、液压执行机构及液压阻尼器，所述液压执行机构分别连接液压阻尼器和变桨控制器，每个叶片的液压执行机构连接的压力检测装置分别连接三个叶片的变桨控制器，且三个叶片的变桨控制器相互连接，每个叶片的液压执行机构通过阻尼器和蓄能器分别与风力发电机组的液压站连接。本发明通过采集每个叶片上压力检测装置的信号，并进行分析比较，计算出每个桨叶的位置，变桨控制器对三个桨叶发出相应不同的变桨指令，通过液压执行机构进行相应的变桨动作从而提高对风能的利用率，减小桨叶受风的拍打震动。
Description
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种基于液压有效阻尼的独立变桨系统及变桨方法。具体是采用测量压力信号进行液压有效阻尼独立变桨系统及变桨方法。
背景技术
目前的风力发电机组的变桨距控制机构通常是通过电液比例控制系统对风力机三个桨叶进行统一控制，通过执行机构对风力机的三个桨叶实同步调节控制。其存在的技术问题是：首先统一变桨距调节的前提条件是风轮扫平面内的风速是相同的，然而这在实际中是不可能的，当兆瓦级的发电机组运行在额定风速时，风轮扫及面的最高端与最低端风速的不同使得吸收功率相差20%，这使得统一变桨距没有优势。其次由各个桨叶上承受的风速不同，使得桨叶在旋转过程中，桨叶所承受的载荷也不相同，而统一变桨距显然不能对上述问题进行很好的调节，即不能有效地保持电功率和风轮转速稳定的多目标控制。驱动一般都采用电机执行方式，电动机通过主动齿轮带动桨叶轮毂内齿圈，使桨叶节距角发生改变。但变桨距过程桨叶节距角变化只是0到90°，而且变桨距控制最经常出现在10°到20°之间，这样使的主动齿轮和轮毂内齿轮上总是那几个齿轮受力，最后往往是那几个齿轮故障而必须更换整个内齿圈。而使用皮带轮传动将负载分散也会导致皮带经常会出现老化、松软的现象。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种基于液压有效阻尼的独立变桨系统及变桨方法。它能够根据压力信号确定三个桨叶的位置，从而进行独立变桨调节；调节每个桨叶承受的载荷，并增加对风能的吸收。
本发明一种基于液压有效阻尼的独立变桨系统，其每个叶片均具有独立的变桨装置，所述变桨装置包括变桨控制器、压力检测装置、液压执行机构及液压阻尼器，所述液压执行机构分别连接液压阻尼器和变桨控制器，每个叶片的液压执行机构连接的压力检测装置分别连接三个叶片的变桨控制器，且三个叶片的变桨控制器相互连接，每个叶片的液压执行机构分别与风力发电机组的液压站连接。
进一步地，所述每个叶片的液压执行机构上还连接有独立备用蓄能器，各蓄能器间通过冗余连接，液压执行机构通过蓄能器分别连接变桨控制器和液压站。
进一步地，所述液压执行机构通过其上的小齿轮分别与轮毂内各个叶片的齿圈相啮合。
进一步地，所述压力检测装置为压力传感器。
本发明基于液压有效阻尼的独立变桨系统的变桨方法，包括如下步骤：
（1）变桨控制器读取压力检测装置的油压信号，转换为三个桨叶所处空间方位位置的角度修正值；
（2）三个变桨控制器将步骤（1）中三个桨叶的角度修正值角度转换为电压控制信号分别下发给液压阻尼器；
（3）液压阻尼器通过控制液压油压力来控制修正液压执行机构运行速度；当液压执行机构工作时，其上的小齿轮分别与轮毂内各叶片的齿圈相啮合，以此带动叶片运行到目标变桨角度设定值。
进一步地，所述每个叶片的液压执行机构上还连接有独立备用蓄能器，各蓄能器间通过冗余连接，液压执行机构通过蓄能器分别连接变桨控制器和液压站；当其中一个蓄能器出现故障时，由其他蓄能器替代其功能，完成变桨任务；当由力所引起的运动超过允许速度时，液压阻尼器锁定、带载，并将速度限制在闭锁后速度或渗漏率的速度值，同时，液压阻尼器向液压执行机构提供运行时所需阻尼，使执行机构在负载变化时能够稳定输出动力。
本发明的有益效果：
1.本发明采用液压有效阻尼独立变桨系统，是指风力机每支叶片根据自身的控制规律独立地变化桨距角，通过分别动态调节三个叶片的变桨角度，使每个叶片能够获取不同的目标位置，降低动平衡载荷，并对不对称转子载荷补偿，从而调节风机速度进而控制风机的输出功率。独立变桨系统也能够作为刹车使用，通过转动叶片来使桨叶停止运作。
2.本发明由变桨控制器采集每个叶片上的压力检测装置的信号，通过对压力信号进行分析比较，计算出每个桨叶的位置，变桨控制器对三个桨叶发出相应不同的变桨指令，通过液压执行机构进行相应的变桨动作从而提高对风能的利用率。
3.传统变桨控制方式在保持稳定的风轮转速下，不能有效地降低电功率波动。因此本发明通过多变量控制，使风力发电机组在额定风速以上时，其在额定转速下保持稳定的电能输出，同时也减小齿轮箱转矩尖峰。
4.本发明液压有效阻尼独立变桨控制系统，可以应付自然界中风力在风轮平面上分布不均的问题，提高风能利用率，减小桨叶受风的拍打震动，降低传动链应力冲击。还能够降低风机构件上的疲劳负载。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明液压执行机构和轮毂叶片的连接结构示意图。
图中：1.压力检测装置，2.液压执行机构，3.蓄能器，4.液压阻尼器，5.变桨控制器，6.液压站，7.叶片齿圈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体描述本发明。
实施例：如图1所示，每个叶片均具有独立的变桨装置，所述变桨装置包括变桨控制器5、压力检测装置1、液压执行机构2及液压阻尼器4，所述液压执行机构2的小齿轮位于轮毂内叶片的齿圈上，液压执行机构2分别连接液压阻尼器4和变桨控制器5，每个叶片的液压执行机构2设置的压力检测装置1分别连接三个叶片的变桨控制器5，每个叶片的液压执行机构2通过液压阻尼器4和蓄能器3分别与风力发电机组的液压站6连接，液压执行机构2分别连接变桨控制器5。
所述每个叶片的液压执行机构2上连接的独立备用蓄能器3，各备用蓄能器间通过冗余连接，当其中一个出现故障时，其余的蓄能器可以替代其功能。
如图2所示，本发明所述液压执行机构2为一个液油缸，型号：V60N-090，所述液压执行机构通过其上的小齿轮2分别与轮毂内各个叶片齿圈7相啮合；通过液压油压驱动液压缸活塞往复运动，以带动桨叶转动。
所述压力检测装置1为压力传感器。
本发明的变桨方法，包括如下步骤：
（1）变桨控制器5读取压力检测装置1的油压信号，转换为三个桨叶所处空间方位位置的角度修正值；
（2）三个变桨控制器5将步骤（1）中三个桨叶的角度修正值角度转换为电压控制信号分别下发给液压阻尼器4；
（3）液压阻尼器4通过控制液压油压力来控制修正液压执行机构2运行速度；当液压执行机构2工作时，其上的小齿轮分别与轮毂内各叶片齿圈7相啮合，以此带动叶片运行到目标变桨角度设定值。
本发明在风力发电机正常运转时，连接在机舱液压站6的蓄能器3通过液压阻尼器4向三个液压执行机构2提供液压动力。在叶片扫风过程中，叶片位置不同，叶片所受到的风的压力也不同，因此，通过安装在三个叶片的油压检测装置1，可以检测到三个桨叶所处的空间方位位置的角度修正度，然后变桨控制器5将三个桨叶的角度修正值转换为电压控制信号下发给液压阻尼器4，通过液压阻尼器4控制液压动力来改变液压执行机构2的运行速度，修正调节桨叶到达不同的角度。每一个变桨单元设有的备用蓄能器3，且互相冗余连接，在机舱液压站6或各自桨叶的蓄能器3发生故障时也能完成变桨任务。同时当由力所引起的运动超过允许速度时，液压阻尼器4将锁定、带载，并将速度限制在闭锁后速度或渗漏率的速度值，与此同时，液压阻尼器4向液压执行机构2提供运行时所需阻尼，使液压执行机构2在负载变化时能够稳定输出动力。
Claims (6)
1.一种基于液压有效阻尼的独立变桨系统，其特征在于：每个叶片均具有独立的变桨装置，所述变桨装置包括变桨控制器、压力检测装置、液压执行机构及液压阻尼器，所述液压执行机构分别连接液压阻尼器和变桨控制器，每个叶片的液压执行机构连接的压力检测装置分别连接三个叶片的变桨控制器，且三个叶片的变桨控制器相互连接，每个叶片的液压执行机构分别与风力发电机组的液压站连接。
2.根据权利要求1所述的基于液压有效阻尼的独立变桨系统，其特征在于：所述每个叶片的液压执行机构上还连接有独立备用蓄能器，各蓄能器间通过冗余连接，液压执行机构通过蓄能器分别连接变桨控制器和液压站。
3.根据权利要求1所述的基于液压有效阻尼的独立变桨系统，其特征在于：所述液压执行机构通过其上的小齿轮分别与轮毂内各个叶片的齿圈相啮合。
4.根据权利要求1所述的基于液压有效阻尼的独立变桨系统，其特征在于：所述压力检测装置为压力传感器。
5.如权利要求1所述基于液压有效阻尼的独立变桨系统的变桨方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）变桨控制器读取压力检测装置的油压信号，转换为三个桨叶所处空间方位位置的角度修正值；
（2）三个变桨控制器将步骤（1）中三个桨叶的角度修正值角度转换为电压控制信号分别下发给液压阻尼器；
（3）液压阻尼器通过控制液压油压力来控制修正液压执行机构运行速度；当液压执行机构工作时，其上的小齿轮分别与轮毂内各叶片的齿圈相啮合，以此带动叶片运行到目标变桨角度设定值。
6.如权利要求5所述基于液压有效阻尼的独立变桨系统的变桨方法，其特征在于：所述每个叶片的液压执行机构上还连接有独立备用蓄能器，各蓄能器间通过冗余连接，液压执行机构通过蓄能器分别连接变桨控制器和液压站；当其中一个蓄能器出现故障时，由其他蓄能器替代其功能，完成变桨任务；当由力所引起的运动超过允许速度时，液压阻尼器锁定、带载，并将速度限制在闭锁后速度或渗漏率的速度值，同时，液压阻尼器向液压执行机构提供运行时所需阻尼，使执行机构在负载变化时能够稳定输出动力。
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