CN105736238B - 一种发电机阻尼降速装置及其自动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发电机阻尼降速装置及其自动控制方法，风力发电机阻尼降速装置包括塔柱、阻尼轴和风力发电机的电机轴，塔柱为密闭型腔体，塔柱上开设有进水口和出水口；阻尼轴位于所述塔柱腔体内部；阻尼轴和电机轴之间通过离合器连接；阻尼轴上轴向固定有若干阻尼叶轮；自动控制系统包括风力发电机、风力发电机阻尼降速装置、反馈模块以及与所述反馈模块连接的判断模块；自动控制方法分为四个操作步骤；本发明风力发电机阻尼降速装置以阻尼叶轮在尼水中转动形式将多余的风能释放，使其在台风天气能够正常运行；利用本发明的风力发电机阻尼降速装置自动控制系统和控制方法能够实现对风力发电机阻尼降速装置的自动控制，自动化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机控制技术领域，特别涉及一种风力发电机阻尼降速的装置及其自动控制方法。
背景技术
风力发电机在运转中必然会遇到11级风速30m/s以上台风或飓风影响，使发电机风叶损坏，过速过载烧坏电机线圈，甚至损坏塔架。目前大部分风力发电机在遇到台风或飓风时一般都会起动自带的刹车装置，使其风力电机停止运行。中国专利授权公告号为CN201246284Y的实用新型专利公开了一种风力发电机组柔性刹车系统，该系统由电机驱动的油泵的输出端连接安全阀的输入端，油泵的输入端经滤油器接入邮箱，液压油供给系统的油泵的输出端连接蓄能器，该输出端经节流阀连接第一开关阀的输入端，该开关阀的输出端连接另一蓄能器、且通过油管与所述一对液压缸的有杆腔相连接，通过液压缸上的刹车片来实现对风力发电机的平稳刹车，但一遇到台风飓风天气就要停止风力电机的运转，势必会造成风力发电机的空置，使风能的利用率大大降低。
中国专利授权公告号为CN202047936U的实用新型专利公开了一种风力发电机机械减速刹车装置，其中的机械减速装置确保了风机在大风条件下仍能正常工作，但由于采取的减速装置是靠滚轮与刹车盘之间的摩擦来对风机主轴进行减速的，单纯的机械式减速要受到滚轮和刹车盘的承载能力的限制，此外滚动摩擦仍然会造成一定的机械磨损而发生失效的现象。因此，发明一种新型的风力发电机减速装置，确保其在台风或飓风天气下仍能平稳运行，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种发电机阻尼降速装置，实现当遇到台风或飓风时风力发电机可以不用开启刹车装置，电机轴仍能按照需要的转速继续转动，从而实现风力发电机的持续运转，提高风能的利用效率。另外，本发明还提供了一种利用该阻尼降速装置实现对风力发电机进行降速的自动控制方法。
实现本发明目的的技术方案是一种发电机阻尼降速装置，包括塔柱、阻尼轴和风力发电机的电机轴；所述塔柱为密闭型腔体，所述塔柱上开设有进水口和出水口；所述阻尼轴位于所述塔柱腔体内部；所述阻尼轴和所述电机轴之间通过离合器连接；所述阻尼轴上轴向固定有若干阻尼叶轮，所述阻尼叶轮与所述阻尼轴连接为一个整体。
所述阻尼叶轮和所述阻尼轴之间焊接固定。
所述阻尼轴的两端设有上轴承和下轴承，所述上轴承和所述下轴承分别固定在所述塔柱的轴承座内。
所述进水口设在所述塔柱的上部；所述出水口设在所述塔柱的底部。
一种利用上述风力发电机阻尼降速装置进行降速的风力发电机阻尼降速控制方法包括如下步骤：
A：建立风力发电机阻尼降速控制单元，所述风力发电机阻尼降速控制单元包括包括风力发电机、风力发电机阻尼降速装置、实时监控所述风力发电机电力输出参数的反馈模块以及与所述反馈模块连接的判断模块；所述判断模块根据所述反馈模块反馈的风力发电机电力输出参数的大小对所述风力发电机阻尼降速装置的进水口和出水口的开、闭以及所述风力发电机阻尼降速装置的离合器的启、停进行控制；所述风力发电机的电力输出参数可以为所述风力发电机的工作电压，所述判断模块内预存有第一临界电压、第二临界电压和第三临界电压；当所述风力发电机的工作电压大于所述第一临界电压时，所述判断模块触发启动离合器，并触发打开风力发电机阻尼降速装置的进水口；当所述风力发电机的工作电压为第二临界电压时，判断模块触发关闭风力发电机阻尼降速装置的进水口，并继续触发启用离合器；当所述风力发电机的工作电压低于第三临界电压时，判断模块触发停用离合器，并触发打开阻尼降速装置的出水口；所述风力发电机的电力输出参数可以为所述风力发电机的工作电流，所述判断模块内预存有第一临界电流、第二临界电流和第三临界电流；当所述风力发电机的工作电流大于所述第一临界电流时，所述判断模块触发启动离合器，并触发打开风力发电机阻尼降速装置的进水口；当所述风力发电机的工作电流降低到第二临界电流时，判断模块触发关闭风力发电机阻尼降速装置的进水口，并继续触发启用离合器；当所述风力发电机的工作电流低于第三临界电流时，判断模块触发停用离合器，并触发打开阻尼降速装置的出水口。
B：判断风力发电机的电力输出参数是否大于第一临界值；如果所述风力发电机的电力输出参数大于第一临界值，则执行步骤B；如果所述风力发电机的电力输出参数没有超过所述第一临界值，则继续执行步骤A。
C：启用所述阻尼降速装置的注水口开关，开启离合器，风力发电机阻尼降速装置开始降速；所述风力发电机的电力输出参数值相应开始降低，当所述风力发电机的电力输出参数降到第二临界值时进入步骤 C。
D：关闭所述阻尼降速装置的注水开关，并保持离合器开启，继续观测所述风力发电机的电力输出参数值，若所述风力发电机的电力输出参数大于第一临界值时，进入步骤B；若所述风力发电机的电力输出参数小于第三临界值，则进入步骤D。
E：打开所述阻尼降速装置的出水口开关并关闭离合器，阻尼降速装置停止工作。
上述步骤中，所述风力发电机的电力输出参数为风力发电机的工作电压或工作电流；所述第一临界值为第一临界电压或第一临界电流；所述第二临界值为第二临界电压或第二临界电流；所述第三临界值为第三临界电压或第三临界电流。
本发明的有益效果：（1）台风天气时，通过本发明的风力发电机阻尼降速装置将额外的风能吸收，以阻尼叶轮在阻尼水中转动形式将多余的风能释放，降低了风力发电机电机轴的转速，保护了风力发电机，使其在台风天气仍然能够正常运行，提高了风能的利用效率。（2）利用本发明的风力发电机阻尼降速装置的自动控制方法能够实现对风力发电机阻尼降速装置的自动控制，针对不同的风速控制系统能够自动开启关闭降速模式，自动化程度高。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的风力发电机阻尼降速装置的结构示意图。
图2为本发明的风力发电机阻尼降速装置中用到的自动控制单元的模块图。
图3为本发明的风力发电机阻尼降速装置自动控制方法流程图。
图中，1 塔柱，2 阻尼叶轮，3 阻尼轴，4 上轴承，5 离合器，6 电机轴，7 风力发电机，8 出水口，9 下轴承，10 进水口，11 风力发电机阻尼降速装置，12 反馈模块，13 判断模块。
具体实施方式
如图1所示，一种发电机阻尼降速装置，包括塔柱1、阻尼轴3和风力发电机的电机轴6，其中塔柱1为密闭型腔体，塔柱1上开设有进水口10和出水口8；阻尼轴3位于塔柱1腔体内部，阻尼轴3和电机轴6之间设有离合器5， 离合器5用来控制电机轴6和阻尼轴3之间扭矩的传递；阻尼轴3上轴向固定有若干阻尼叶轮2，阻尼叶轮2焊接在阻尼轴3上，阻尼叶轮2能够随阻尼轴3一起随电机轴6整体转动。
为保证阻尼轴3与电机轴6同步转动时的平稳性和受力均匀性，在阻尼轴3的两端设有上轴承4和下轴承9，上轴承4和下轴承9分别固定在塔柱1的轴承座内。
台风到来时，电机轴6的转速开始逐步增大，当电机轴6的转速达到风力发电机7能够承受的预定转速时，进水口10开始向塔柱1内快速注入阻尼水，同时开启离合器5，阻尼轴3和电机轴6一起开始同步转动，浸入阻尼水中的阻尼叶轮2在随阻尼轴3一起转动时受到塔柱1内阻尼水的阻力影响，阻尼叶轮2带动阻尼轴3整体降速，由于阻尼轴3通过离合器5和电机轴6连接，电机轴6也随之开始降速。即：本发明通过向塔柱1内注入阻尼水来控制浸入阻尼水中的阻尼叶轮2的数量，利用阻尼水中的阻尼叶轮2数量不同转动时受到的阻力合力也不同的原理来实现对电机轴6的转速的间接控制，确保风力发电机7在台风到来时也能按照预定的速度平稳运行。
台风过后不需要阻尼降速装置时，只需将离合器5断开，电机轴6和阻尼轴3脱离，电机轴6单独带动风力发电机7转动发电，此时将塔柱1内的阻尼水排出塔柱即可。为保证进水口10能够快速将阻尼水送入塔柱1内，进水口10设在塔柱1的上端，以便在送水过程中克服塔柱1内已有阻尼水的重力的影响；为方便出水口8能快速将塔柱1内的阻尼水排出，出水口8设在塔柱1的底部，在排水时可以借助塔柱内水自身的重力更方便快速的将阻尼水排出塔外。
如图2所示，一种利用上述风力发电机阻尼降速装置进行降速的阻尼控制单元，利用该阻尼单元能够实现当风力发电机的电机轴转速过快时，阻尼控制系统自动开启风力发电机阻尼降速装置来降低风力发电机的电机轴转速，从而避免了因电机轴转速过高而烧毁电机。本风力发电机阻尼降速控制系统采取的技术方案为：一种风力发电机阻尼降速控制系统，包括风力发电机7、阻尼降速装置11、反馈模块12以及判断模块13；所述风力发电机阻尼降速装置11与风力发电机7连接，用来降低风力发电机7的电机轴转动的速度；所述反馈模块12实时监控所述风力发电机7的电力输出参数，所述判断模块13根据所述反馈模块12的风力发电机电力输出参数的大小情况对所述阻尼降速装置11上的进水口10和出水口8的开、闭以及离合器5的启、停进行控制。本实施方式中，所述电力输出参数包括所述风力发电机7的工作电压或工作电流，所述工作电压或工作电流的大小对应于所述电机轴6的转速以及当前的风速大小，当风速较高时，电机轴6的转速也高，风力发电机7的工作电压或工作电流也较高，反之，风速较低时，电机轴6的转速、风力发电机7的工作电压或工作电流也较低；所述反馈模块12将获取的工作电压或工作电流反馈至所述判断模块13，所述判断模块13用于首先判断所述风力发电机7的工作电压或工作电流是否大于第一临界电压或第一临界电流，当所述风力发电机7的工作电压或电流大于所述第一临界电压或第一临界电流时，说明当前风速过高，所述判断模块13发出指令启动离合器5，并打开阻尼降速装置11的进水口10，电机轴6开始降速；当所述风力发电机7的工作电压或电流降低到第二临界电压或第二临界电流时，判断模块13发出指令，关闭阻尼降速装置11的进水口10，并令离合器5继续保持启用，风力发电机7在阻尼降速装置11的保护下继续以安全的功率工作；台风停止后，当反馈模块检测到所述风力发电机7的工作电压或电流低于第三临界电压或第三临界电流时，判断模块13将发出指令让离合器5停止工作，并打开阻尼降速装置11的出水口8，此时阻尼降速装置停止工作，塔柱1内的阻尼水被排出腔外，完成阻尼降速装置的一个工作周期。
现结合图3的风力发电机阻尼降速控制系统的控制流程图，对本风力发电机阻尼降速控制系统的降速控制方法进行详细说明如下（以下步骤的电力输出参数可为所述风力发电机的工作电压或工作电流）：
A：所述判断模块13通过所述反馈模块12接收所述风力发电机7的输出电压，并判断所述风力发电机7的电力输出电压是否大于第一临界电压，如果所述风力发电机7的电力输出电压大于第一临界电压，则执行步骤B；如果所述风力发电机2的电力输出电压没有超过所述第一临界电压，则继续执行步骤A。
B：判断模块13发出指令打开所述阻尼降速装置11的注水口开关，开启离合器5，阻尼降速装置11开始对风力发电机的电机轴进行降速；判断模块13持续通过所述反馈模块12接收所述风力发电机7的电力输出电压，判断所述风力发电机7的电力输出电压是否达到第二临界电压，如果所述风力发电机7的电力输出电压达到第二临界电压，则进入步骤C；
C：判断模块13发出指令关闭所述阻尼降速装置11的注水开关，并保持离合器5开启，风力发电机的电机主轴6在安全转速范围内继续带动风力发电机7工作，判断模块13持续通过所述反馈模块12接收所述风力发电机7的电力输出电压，当所述风力发电机7的电力输出电压大于第一临界电压时，则执行步骤B；当所述风力发电机7的电力输出电压低于第三临界电压时，则执行步骤D；
D：判断模块13发出指令打开所述阻尼降速装置11的出水口开关并关闭离合器5，塔柱1内的阻尼水由出水口排出腔外，阻尼降速装置完成一个降速周期，进入步骤A开始下一周期。
值得说明的是，以上的四个步骤中也可以将风力发电机7的输出电流作为判断模块13的判断比较对象，相应的将上述步骤中的第一临界电压、第二临界电压和第三临界电压改为第一临界电流、第二临界电流和第三临界电流即可。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种风力发电机阻尼降速装置的控制方法，其特征在于包括风力发电机阻尼降速装置(11)，所述风力发电机阻尼降速装置(11)包括塔柱(1)、阻尼轴(3)和风力发电机的电机轴(6)；所述塔柱(1)为密闭型腔体，所述塔柱(1)上开设有进水口(10)和出水口(8)；所述阻尼轴(3)位于所述塔柱(1)腔体内部；所述阻尼轴(3)和所述电机轴(6)之间通过离合器(5)连接；所述阻尼轴(3)上轴向固定有若干阻尼叶轮(2)，所述阻尼叶轮(2)与所述阻尼轴(3)连接为一个整体；所述阻尼轴(3)的两端设有上轴承(4)和下轴承(9)，所述上轴承(4)和所述下轴承(9)分别固定在所述塔柱(1)的轴承座内；所述进水口(10)设在所述塔柱(1)的上部；所述出水口(8)设在所述塔柱(1)的底部；其控制步骤如下：建立风力发电机阻尼降速控制单元，所述风力发电机阻尼降速控制单元包括风力发电机(7)、风力发电机阻尼降速装置(11)、实时监控所述风力发电机(7)电力输出参数的反馈模块(12)以及与所述反馈模块(12)连接的判断模块(13)；所述判断模块(13)根据所述反馈模块(12)反馈的风力发电机电力输出参数的大小对所述风力发电机阻尼降速装置(11)的进水口(18)和出水口(8)的开、闭以及所述风力发电机阻尼降速装置(11)的离合器(5)的启、停进行控制；所述风力发电机(7)的电力输出参数包括所述风力发电机(7)的工作电压，所述判断模块(13)内预存有第一临界电压、第二临界电压和第三临界电压；当所述风力发电机(7)的工作电压大于所述第一临界电压，所述判断模块(13)触发启动离合器(5)，并触发打开风力发电机阻尼降速装置(11)的进水口(10)；当所述风力发电机(7)的工作电压降低到第二临界电压时，判断模块(13)触发关闭风力发电机阻尼降速装置(11)的进水口(10)，并继续触发启用离合器(5)；当所述风力发电机(7)的工作电压低于第三临界电压时，判断模块(13)触发停用离合器(5)，并触发打开阻尼降速装置(11)的出水口(8)；所述风力发电机(7)的电力输出参数包括所述风力发电机(7)的工作电流，所述判断模块(13)内预存有第一临界电流、第二临界电流和第三临界电流；当所述风力发电机(7)的工作电流大于所述第一临界电流时，所述判断模块(13)触发启动离合器(5)，并触发打开风力发电机阻尼降速装置(11)的进水口(10)；当所述风力发电机(7)的工作电流降低到第二临界电流时，判断模块(13)触发关闭风力发电机阻尼降速装置(11)的进水口(10)，并继续触发启用离合器(5)；当所述风力发电机(7)的工作电流低于第三临界电流时，判断模块(13)触发停用离合器(5)，并触发打开阻尼降速装置(11)的出水口(8)；
A：所述判断模块(13)通过所述反馈模块(12)接收所述风力发电机(7)的输出电压，并判断所述风力发电机(7)的电力输出电压是否大于第一临界电压，如果所述风力发电机(7)的电力输出电压大于第一临界电压，则执行步骤B；如果所述风力发电机(7)的电力输出电压没有超过所述第一临界电压，则继续执行步骤A；
B：判断模块(13)发出指令打开所述阻尼降速装置(11)的注水口开关，开启离合器(5)，阻尼降速装置(11)开始对风力发电机的电机轴进行降速；判断模块(13)持续通过所述反馈模块(12)接收所述风力发电机(7)的电力输出电压，判断所述风力发电机(7)的电力输出电压是否达到第二临界电压，如果所述风力发电机(7)的电力输出电压达到第二临界电压，则进入步骤C；
C：判断模块(13)发出指令关闭所述阻尼降速装置(11)的注水开关，并保持离合器(5)开启，风力发电机的电机轴(6)在安全转速范围内继续带动风力发电机(7)工作，判断模块(13)持续通过所述反馈模块(12)接收所述风力发电机(7)的电力输出电压，当所述风力发电机(7)的电力输出电压大于第一临界电压时，则执行步骤B；当所述风力发电机(7)的电力输出电压低于第三临界电压时，则执行步骤D；
D：判断模块(13)发出指令打开所述阻尼降速装置(11)的出水口开关并关闭离合器(5)，塔柱(1)内的阻尼水由出水口排出腔外，阻尼降速装置完成一个降速周期，进入步骤A开始下一周期；
E打开所述阻尼降速装置的出水口开关并关闭离合器，阻尼降速装置停止工作。
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