CN113217283A - 一种风电机组叶片净空控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种风电机组叶片净空控制系统及方法，系统包括绕组线圈、运动底座、环形轨道、铁磁叶尖以及电源，绕组线圈设置在运动底座上，运动底座滑动地设置在环形轨道上，环形轨道沿水平方向设置在塔筒上，运动底座上设置驱动机构，电源为运动底座的驱动机构供电，绕组线圈通过电缆接入高频交流电源；本发明根据同性磁极互相排斥的原理，利用绕组线圈产生的高频磁场与铁磁叶尖之间的洛伦兹力作用，控制叶片净空距离始终处于安全范围，可以实现绕组线圈随机舱同步偏航、同方向对风，用无接触式方法控制叶片净空，系统抗干扰能力强、可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风电机组叶片净空控制系统及方法。
背景技术
风电机组叶片净空是指机组运行过程中叶片叶尖到塔筒表面的最小几何距离。随着风电机组叶片长度的增加，叶片刚度减小，在较高风速下的叶片变形量较大，在极端风况如极端风速、风向变化，极端风剪切等下可能出现叶尖扫塔等事故，严重影响风电机组运行安全性。目前，常规的叶片净空监测方法包括图像识别、激光测距、毫米波雷达等。在监测到叶片净空值较小时，一般是通过变桨和降低功率等方式，增加叶片净空以保证机组运行安全；当叶片净空值极小时，只能采用紧急停机的方式来保证机组安全。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种风电机组叶片净空控制系统及方法，利用同性磁极互相排斥的原理改变叶片净空，在保证机组运行安全的前提下减小降功率或停机带来的发电损失。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种风电机组叶片净空控制系统，包括绕组线圈、运动底座、环形轨道、铁磁叶尖以及电源，绕组线圈设置在运动底座上，运动底座滑动地设置在环形轨道上，环形轨道沿水平方向设置在塔筒上，运动底座上设置驱动机构，电源为运动底座的驱动机构供电，绕组线圈通过电缆接入高频交流电源。
驱动机构的控制信号输入端连接风电机组主控系统的输出端。
环形轨道采用铁路轨道的形式，靠近塔筒侧的轨道通过焊接的形式固定于塔筒上。
运动底座在远离塔筒的外侧设置C型卡箍。
所述C型卡箍与环形轨道之间设置缓冲弹簧或缓冲垫
高频交流电源的控制信号输入端连接风电机组主控系统的输出端。
环形轨道采用截面为H型钢或工字钢单轨，驱动机构包括驱动电机及滚轮，所述滚轮设置在环形轨道的上表面，驱动机构与环形轨道两侧设置限位柱，限位柱上设置轴承。
所述电源包括风力发电机提供的电源以及蓄电池，蓄电池的电能输入端连接风力发电机电能输出端以及太阳能电池板的输出端。
基于本发明所述系统的风电机组叶片净空控制方法，绕组线圈通以高频交流电，产生高频电磁场，同时绕组线圈沿着环形轨道随机舱偏航；
风电机组运行过程中，当叶片的铁磁叶尖掠过塔筒时，绕组线圈的高频电磁场在铁磁叶尖表面产生高频涡流，使叶片受到远离塔筒方向的洛伦兹力的作用，从而实现对风电机组叶片净空的控制。
对加载于绕组线圈的高频交流电的功率大小进行调节，当监测发现叶片净空值较小，或者风电机组无净空监测装置但其监测得到的风速较大时，通过增大绕组线圈高频交流电的功率，从而保证叶片净空距离始终处于安全范围。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明根据同性磁极互相排斥的原理，利用绕组线圈产生的高频磁场与铁磁叶尖之间的洛伦兹力作用，控制叶片净空距离始终处于安全范围；可以实现绕组线圈随机舱同步偏航、同方向对风；采用无接触式方法控制叶片净空，系统抗干扰能力强、可靠性高。
进一步的，运动底座能够接收风电机组主控信息，得到机舱实时偏航角度，保证绕组线圈与机舱同步偏航以及同方向对风。
进一步的，高频交流电源的控制信号输入端连接风电机组主控系统的输出端，高频交流电源的功率根据风速及叶片净空值具体调节。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的环形轨道的结构示意图。
图3为本发明的运动底座的结构示意图。
其中各附图标记的含义如下：1、绕组线圈；2、运动底座；3、环形轨道；4、铁磁叶尖；5、C型卡箍。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作更详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种风电机组叶片净空控制系统，包括绕组线圈1、运动底座2、环形轨道3、铁磁叶尖4以及电源，绕组线圈1设置在运动底座2上，运动底座2滑动地设置在环形轨道3上，环形轨道3沿水平方向设置在塔筒上，运动底座2上设置驱动机构，电源为运动底座2的驱动机构供电，绕组线圈1通过电缆接入高频交流电源。
驱动机构的控制信号输入端连接风电机组主控系统的输出端。
环形轨道3采用铁路轨道的形式，靠近塔筒侧的轨道通过焊接的形式固定于塔筒上。
运动底座2在远离塔筒的外侧设置C型卡箍；所述运动底座在远离塔筒的外侧加装C型卡箍，用来避免极端风速下运动底座发生侧翻。
可选的，所述C型卡箍与环形轨道之间设置缓冲弹簧或缓冲垫，避免出现极端天气时能将外力缓冲，避免绕组线圈1与运动底座2受过大瞬间应力。
高频交流电源的控制信号输入端连接风电机组主控系统的输出端。
作为可选的实施例，环形轨道3采用截面为H型钢或工字钢单轨，驱动机构包括驱动电机及滚轮，所述滚轮设置在环形轨道3的上表面，驱动机构与环形轨道3两侧设置限位柱，限位柱上设置轴承。
所述电源包括风力发电机提供的电源以及蓄电池，蓄电池的电能输入端连接风力发电机电能输出端以及太阳能电池板的输出端。
基于本发明所述系统的风电机组叶片净空控制方法，绕组线圈1通以高频交流电，产生高频电磁场，同时绕组线圈1沿着环形轨道3随机舱偏航；
风电机组运行过程中，当叶片的铁磁叶尖掠过塔筒时，绕组线圈1的高频电磁场在铁磁叶尖表面产生高频涡流，使叶片受到远离塔筒方向的洛伦兹力的作用，从而实现对风电机组叶片净空的控制。
所述运动底座配备运动控制系统，能够接收风电机组主控信息，得到机舱实时偏航角度，保证绕组线圈与机舱同步偏航以及同方向对风。
所述绕组线圈通过电缆通以高频交流电，高频交流电的功率根据风速及叶片净空值具体调节；所述电缆吊挂于环形轨道外侧下方。
进一步的，本发明所述风电机组叶片净空控制方法，过程如下：
对绕组线圈通以高频交流电，产生高频电磁场，同时绕组线圈随机舱同步偏航；
风电机组运行过程中，当叶片的铁磁叶尖掠过塔筒时，绕组线圈的高频电磁场在铁磁叶尖表面产生一高频涡流，使叶片受到远离塔筒方向的洛伦兹力的作用。
绕组线圈高频交流电的功率大小可调，当常规的叶片净空监测装置监测发现叶片净空值较小，或者风电机组无净空监测装置但其主控系统测量得到的风速较大时，通过增大绕组线圈高频交流电的功率，从而保证叶片净空距离始终处于安全范围。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (10)
1.一种风电机组叶片净空控制系统，其特征在于，包括绕组线圈(1)、运动底座(2)、环形轨道(3)、铁磁叶尖(4)以及电源，绕组线圈(1)设置在运动底座(2)上，运动底座(2)滑动地设置在环形轨道(3)上，环形轨道(3)沿水平方向设置在塔筒上，运动底座(2)上设置驱动机构，电源为运动底座(2)的驱动机构供电，绕组线圈(1)通过电缆接入高频交流电源。
2.根据权利要求1所述的风电机组叶片净空控制系统，其特征在于，驱动机构的控制信号输入端连接风电机组主控系统的输出端。
3.根据权利要求1所述的风电机组叶片净空控制系统，其特征在于，环形轨道(3)采用铁路轨道的形式，靠近塔筒侧的轨道通过焊接的形式固定于塔筒上。
4.根据权利要求1所述的风电机组叶片净空控制系统，其特征在于，运动底座(2)在远离塔筒的外侧设置C型卡箍。
5.根据权利要求4所述的风电机组叶片净空控制系统，其特征在于，所述C型卡箍与环形轨道之间设置缓冲弹簧或缓冲垫。
6.根据权利要求1所述的风电机组叶片净空控制系统，其特征在于，高频交流电源的控制信号输入端连接风电机组主控系统的输出端。
7.根据权利要求1所述的风电机组叶片净空控制系统，其特征在于，环形轨道(3)采用截面为H型钢或工字钢单轨，驱动机构包括驱动电机及滚轮，所述滚轮设置在环形轨道(3)的上表面，驱动机构与环形轨道(3)两侧设置限位柱，限位柱上设置轴承。
8.根据权利要求1所述的风电机组叶片净空控制系统，其特征在于，所述电源包括风力发电机提供的电源以及蓄电池，蓄电池的电能输入端连接风力发电机电能输出端以及太阳能电池板的输出端。
9.基于权利要求1-8任一项所述系统的风电机组叶片净空控制方法，其特征在于，绕组线圈(1)通以高频交流电，产生高频电磁场，同时绕组线圈(1)沿着环形轨道(3)随机舱偏航；
风电机组运行过程中，当叶片的铁磁叶尖掠过塔筒时，绕组线圈(1)的高频电磁场在铁磁叶尖表面产生高频涡流，使叶片受到远离塔筒方向的洛伦兹力的作用，从而实现对风电机组叶片净空的控制。
10.根据权利要求9所述的风电机组叶片净空控制方法，其特征在于，对加载于绕组线圈(1)的高频交流电的功率大小进行调节，当监测发现叶片净空值较小，或者风电机组无净空监测装置但其监测得到的风速较大时，通过增大绕组线圈高频交流电的功率，从而保证叶片净空距离始终处于安全范围。
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