CN115143036A - 用于风力发电机组的功率曲线优化装置和方法 - Google Patents

用于风力发电机组的功率曲线优化装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于风力发电机组的功率曲线优化装置和方法，包括：塔架顶部安装有机箱；风机叶片铰接在承套上，该承套套装在叶片转轴上，所述叶片转轴插装在机箱上；驱动套管转动套接在转轴上，并在该驱动套管上转动套装有用于改变风机叶片桨矩角的调节结构；联动部安装在机箱上，用于驱动调节结构与驱动套管相对移动；挡环套装在转轴相对于调节结构的一侧上。本发明通过控制联动部用于驱动调节结构与驱动套管相对移动，改变风机叶片与转轴的倾角，以实现改变风机叶片桨矩角，对发电机组有功功率进行调节，把发电机组调整到最优的工作状态，提高机组的发电量，优化目前机组的功率曲线，尤其适用于定桨距风力发电机组。

Description

用于风力发电机组的功率曲线优化装置和方法
技术领域
本发明涉及风电技术领域，具体为一种用于风力发电机组的功率曲线优化装置和方法。
背景技术
风力发电机组进行发电时，都要保证输出电频率恒定。这无论对于风机并网发电还是风光互补发电都非常必要。目前比较常用的就是风力发电机组的发电机转速随风速变化，通过其它的手段保证输出电能的频率恒定，即变速恒频运行。
然而当风力发电机组的功率达到额定功率之后，当风速持续加大时，风力发电机组会始终以额定功率运行，此时会造成风能资源的浪费。
通过一些技术手段，最大限度的提高发电性能，其中就包括优化叶片安装角等方法。如公开(公告)号CN108223271A提出的一种风机叶片安装角度的调整方法及装置、计算机装置、可读存储介质，通过风力发电机的当前功率曲线的监测，可以判断风力发电机的风机叶片的安装角度是否需要进行及时调整，同时，风力发电机的风机叶片的安装角度可以通过风力发电机的当前功率曲线的监测得到精准的调整，从而避免了对风力发电机的风机叶片的安装角度的盲目调整以及频繁调整。但是，这种方法只适合发电机的风机叶片是可变的情况，即安装了变桨系统，这种控制风机叶片的安装角度自动调节。但是针对与定桨距的风力发电机组显然无法适用。鉴于此，提出一种可以应用于定桨的风力发电机组用于调整功率曲线优化装置和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于风力发电机组的功率曲线优化装置和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于风力发电机组的功率曲线优化装置，包括：
塔架，顶部安装有机箱；
风机叶片，铰接在承套上，该承套套装在叶片转轴上，所述叶片转轴插装在机箱上；
驱动套管，转动套接在转轴上，并在该驱动套管上转动套装有用于改变风机叶片桨矩角的调节结构；
联动部，安装在所述机箱上，用于驱动调节结构与驱动套管相对移动，其包括步进电机以及与该步进电机联动的第一减速齿轮组件，所述第一减速齿轮组件与驱动套管啮合联动；
挡环，套装在转轴相对于调节结构的一侧上。
优选的，所述调节结构包括连接套环以及连杆，所述驱动套管通过第一轴承套装在转轴上，所述连接套环通过第二轴承套装在驱动套管上，所述连杆的一端铰接在连接套环上，连杆的另一端铰接在风机叶片上。
优选的，所述驱动套管的外壁具有外螺纹，所述第二轴承的内圈具有内螺纹，所述外螺纹与内螺纹为螺纹配合。
优选的，所述连接套环和风机叶片上均开设有隐藏槽，在所述隐藏槽内安装有铰座，所述连杆的两端分别对应与铰座铰接。
优选的，所述步进电机的转轴安装用于驱动第一减速齿轮组件的转轮，所述第一减速齿轮组件通过支架安装在机箱上。
优选的，所述承套呈“工”字形，且内具有多个隔断块，相邻的隔断块之间形成安装风机叶片底部的槽体，且在隔断块上具有螺栓孔。
优选的，所述承套的一侧上开设有在风机叶片的桨矩角改变时避让风机叶片的斜缺口。
优选的，所述机箱内安装有风力机、第二减速齿轮组件以及发电机组，所述机箱上安装有气体密度计，所述风力机受叶片转轴驱动，所述风力机通过第二减速齿轮组件驱动发电机组，所述气体密度计、风力机以及发电机组与SCADA系统连接。
为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：
一种用于风力发电机组的功率曲线优化方法，包括：
根据SCADA系统反馈的发电机组有功功率，当有功功率在一段时间内持续低于同期或设定值，则控制联动部用于驱动调节结构与驱动套管相对移动，从而改变风机叶片与转轴的倾角，以实现改变风机叶片桨矩角，从而对发电机组有功功率进行调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过控制联动部用于驱动调节结构与驱动套管相对移动，从而改变风机叶片与转轴的倾角，以实现改变风机叶片桨矩角，从而对发电机组有功功率进行调节，把发电机组调整到最优的工作状态，开发机组最大的发电出力能力，提高机组的发电量，优化目前机组的功率曲线，尤其适用于定桨距风力发电机组。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明调整风机叶片的桨矩角改变示意图；
图3为本发明图1中沿A-A方向剖视示意图；
图4为本发明图2中A处放大示意图；
图5为本发明调节结构等分解示意图。
图中：1塔架、2机箱、3风机叶片、4转轴、5挡环、6调节结构、7步进电机、8驱动套管、9承套、10第一轴承、11第二轴承、12连接套环、13连杆、14外螺纹、15转轮、16第一减速齿轮组件、17支架、18内螺纹、19斜缺口、20隐藏槽、21气体密度计、22风力机、23第二减速齿轮组件、24发电机组、25联动部、26隔断块、27槽体、28轴孔、29铰座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：
一种用于风力发电机组的功率曲线优化装置，包括：
塔架1，顶部安装有机箱2；
风机叶片3，铰接在承套9上，该承套9套装在叶片转轴4上，所述叶片转轴4插装在机箱2上；
驱动套管8，转动套接在转轴4上，并在该驱动套管8上转动套装有用于改变风机叶片3桨矩角的调节结构6；
联动部25，安装在所述机箱2上，用于驱动调节结构6与驱动套管8相对移动，其包括步进电机7以及与该步进电机7联动的第一减速齿轮组件16，所述第一减速齿轮组件16与驱动套管8啮合联动；
挡环5，套装在转轴4相对于调节结构6的一侧上。
具体的，所述调节结构6包括连接套环12以及连杆13，所述驱动套管8通过第一轴承10套装在转轴4上，所述连接套环12通过第二轴承11套装在驱动套管8上，所述连杆13的一端铰接在连接套环12上，连杆13的另一端铰接在风机叶片3上。所述驱动套管8的外壁具有外螺纹14，所述第二轴承11的内圈具有内螺纹18，所述外螺纹14与内螺纹18为螺纹配合。所述连接套环12和风机叶片3上均开设有隐藏槽20，在所述隐藏槽20内安装有铰座29，所述连杆13的两端分别对应与铰座29铰接。
具体的，所述步进电机7的转轴安装用于驱动第一减速齿轮组件16的转轮15，所述第一减速齿轮组件16通过支架17安装在机箱2上。所述承套9呈“工”字形，且内具有多个隔断块26，相邻的隔断块26之间形成安装风机叶片3底部的槽体27，且在隔断块26上具有轴孔28。所述承套9的一侧上开设有在风机叶片3的桨矩角改变时避让风机叶片3的斜缺口19。
具体的，所述机箱2内安装有风力机22、第二减速齿轮组件23以及发电机组24，所述机箱2上安装有气体密度计21，所述风力机22受叶片转轴4驱动，所述风力机22通过第二减速齿轮组件23驱动发电机组24，所述气体密度计21、风力机22以及发电机组24与SCADA系统连接。
本发明中，采用SCADA系统监控显示，根据历史最优的发电机组的功率曲线或者发电机组额定有功功率曲线，对发电机组进行检测。当发电机组的有功功率在一段时间内持续低于同期或设定值，此时SCADA系统需要控制步进电机7转动，步进电机7转动从而将角度转动转换成直线位移：步进电机7的转轴通过转轮15驱动第一减速齿轮组件16，第一减速齿轮组件16从而对驱动套管8进行转动，由于采用驱动套管8通过第一轴承10套装在叶片转轴4上，所以驱动套管8可以相对于叶片转轴4进行转动，而又由于第二轴承11套装在驱动套管8上，二者采用外螺纹14和内螺纹18相互螺纹，所以第二轴承11在可以沿着驱动套管8上移动的同时还能保持驱动套管8上套装的连接套环12可以随着风机叶片3的转动。而又因连杆13的两端通过铰座29分别与连接套环12和风机叶片3连接，所以可以对风机叶片3进行拉动，以改变风机叶片3与风机叶片3转动平面的夹角，从而能够实现风机叶片3桨矩角在一定比如3°至6°范围内调节，从而可以在风机叶片3保持转动的同时能够增加最小桨矩角，这样即可在风速高于额定风速时从而减少叶轮输入功率，使发电机输出功率稳定在额定功率，也可以克服定桨距/被动失速调节，而且可以在风机叶片3停下检修后再次启动获得比较大的启动扭矩，来使风机叶片3克服驱动系统的空载阻力矩。
本发明中，第一轴承10和第二轴承11优选采用滚珠轴承。第一减速齿轮组件16和第二减速齿轮组件23的目的是用来降低转速和增大转矩，以使通过步进电机7对驱动套管8驱动转动以及风力机22驱动发电机组24更加平稳，采用合适型号即可。在连接套环12和风机叶片3上均开设有隐藏槽20目的是安装铰座29，然后便于连杆13的铰接安装。可以不影响在通过连接套环12带动连杆13驱动风机叶片3产生倾角时的工作。挡环5是随着转轴4转动，安装挡环5的目的是在风机叶片3如图1时转动，可以对风机叶片3进行抵挡防护。
本发明中，风机叶片3安装有3片，如图5所示，风机叶片3底部位于承套9的槽体27内，然后通过底部销轴通过轴孔28实现风机叶片3铰接在承套9上，为了在连接套环12通过连杆13拉动风机叶片3与转轴4倾斜，从而增加最小桨矩角，所以在承套9的一侧设置了斜缺口19，在风机叶片3倾斜时可以用于避让风机叶片3。
本发明中，气体密度计21可以对发电机组所处区域空气密度进行检测，对于不同空气密度采用不同的额定转速，风场空气密度比较低的季节可以将转速提高。但为了克服当现场空气密度比较低时，风轮叶片在高风速段进入失速状态的问题，可以通过增加最小桨矩角来克服，有利于把风电机组调整到最优的工作状态，开发机组最大的发电出力能力，提高机组的发电量。
本发明的用于风力发电机组的功率曲线优化方法，包括：
根据SCADA系统反馈的发电机组24有功功率，当有功功率在一段时间内持续低于同期或设定值，则控制联动部25用于驱动调节结构6与驱动套管8相对移动，从而改变风机叶片3与转轴4的倾角，以实现改变风机叶片3桨矩角，从而对发电机组24有功功率进行调节，把发电机组调整到最优的工作状态，开发机组最大的发电出力能力，提高机组的发电量，优化目前机组的功率曲线。
本发明机箱2内安装有风力机22、第二减速齿轮组件23以及发电机组24，可以基于风力机22和发电机组24增加其他部件比如变流器等构成双馈式发电机组，也可以变风机叶片3带动转轴4直接驱动发电机组24，即构成直驱式发电机组。本实施例优选构成双馈式发电机组，这样可以通过SCADA系统实时检测发电机组24角速度，依据Popt(功率-转速)曲线计算出最佳功率。系统以为直接控制目标来控制电机的电磁阻转矩，从而间接控制发电机组的转速，使风力机22运行在最佳转速上，实现最大风能捕获控制。
本发明，其余未叙述部分均可与现有技术相同、或为公知技术或可采用现有技术加以实现，此处不再详述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于风力发电机组的功率曲线优化装置，其特征在于，包括：
塔架(1)，顶部安装有机箱(2)；
风机叶片(3)，铰接在承套(9)上，该承套(9)套装在叶片转轴(4)上，所述叶片转轴(4)插装在机箱(2)上；
驱动套管(8)，转动套接在转轴(4)上，并在该驱动套管(8)上转动套装有用于改变风机叶片(3)桨矩角的调节结构(6)；
联动部(25)，安装在所述机箱(2)上，用于驱动调节结构(6)与驱动套管(8)相对移动，其包括步进电机(7)以及与该步进电机(7)联动的第一减速齿轮组件(16)，所述第一减速齿轮组件(16)与驱动套管(8)啮合联动；
挡环(5)，套装在转轴(4)相对于调节结构(6)的一侧上。
2.根据权利要求1所述的一种用于风力发电机组的功率曲线优化装置，其特征在于，所述调节结构(6)包括连接套环(12)以及连杆(13)，所述驱动套管(8)通过第一轴承(10)套装在转轴(4)上，所述连接套环(12)通过第二轴承(11)套装在驱动套管(8)上，所述连杆(13)的一端铰接在连接套环(12)上，连杆(13)的另一端铰接在风机叶片(3)上。
3.根据权利要求2所述的一种用于风力发电机组的功率曲线优化装置，其特征在于，所述驱动套管(8)的外壁具有外螺纹(14)，所述第二轴承(11)的内圈具有内螺纹(18)，所述外螺纹(14)与内螺纹(18)为螺纹配合。
4.根据权利要求2所述的一种用于风力发电机组的功率曲线优化装置，其特征在于，所述连接套环(12)和风机叶片(3)上均开设有隐藏槽(20)，在所述隐藏槽(20)内安装有铰座(29)，所述连杆(13)的两端分别对应与铰座(29)铰接。
5.根据权利要求1所述的一种用于风力发电机组的功率曲线优化装置，其特征在于，所述步进电机(7)的转轴安装用于驱动第一减速齿轮组件(16)的转轮(15)，所述第一减速齿轮组件(16)通过支架(17)安装在机箱(2)上。
6.根据权利要求1所述的一种用于风力发电机组的功率曲线优化装置，其特征在于，所述承套(9)呈“工”字形，且内具有多个隔断块(26)，相邻的隔断块(26)之间形成安装风机叶片(3)底部的槽体(27)，且在隔断块(26)上具有轴孔(28)。
7.根据权利要求6所述的一种用于风力发电机组的功率曲线优化装置，其特征在于，所述承套(9)的一侧上开设有在风机叶片(3)的桨矩角改变时避让风机叶片(3)的斜缺口(19)。
8.根据权利要求1所述的一种用于风力发电机组的功率曲线优化装置，其特征在于，所述机箱(2)内安装有风力机(22)、第二减速齿轮组件(23)以及发电机组(24)，所述机箱(2)上安装有气体密度计(21)，所述风力机(22)受叶片转轴(4)驱动，所述风力机(22)通过第二减速齿轮组件(23)驱动发电机组(24)，所述气体密度计(21)、风力机(22)以及发电机组(24)与SCADA系统连接。
9.一种用于风力发电机组的功率曲线优化方法，其特征在于，包括：
根据SCADA系统反馈的发电机组(24)有功功率，当有功功率在一段时间内持续低于同期或设定值，则控制联动部(25)用于驱动调节结构(6)与驱动套管(8)相对移动，从而改变风机叶片(3)与转轴(4)的倾角，以实现改变风机叶片(3)桨矩角，从而对发电机组(24)有功功率进行调节。
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