CN202451364U - 一种风轮转速及桨距角控制系统及具有其的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种风轮转速及桨距角控制系统及具有其的风力发电机，其中，该风轮转速及桨距角控制系统包括：主控系统、变桨距执行机构、发电机、增速机、脉冲式风向风速仪；脉冲式风向风速仪安装在风力发电机靠近叶片迎风面的一侧，用于采集风速信息，并将风速信息传送至主控系统；主控系统用于根据风速信息生成桨距角控制信息及转距控制信息，并将桨距角控制信息发送至变桨距执行机构以调整桨距角，以及将转距控制信息发送至发电机以通过调整发电机的转矩控制增速机改变风轮转速。本实用新型能提前进行变速或变桨高效率的利用风能并减小作用在叶片上的有害载荷。

Description

一种风轮转速及桨距角控制系统及具有其的风力发电机

技术领域

本实用新型涉及风力发电机领域，具体涉及一种风轮转速及桨距角控制系统及具有其的风力发电机。

背景技术

风力发电机组的效率是风机的关键性能指标，相同型号的机组效率提高可提高机组的发电量，如：风电机组的设计寿命是20年，以1.5MW机组为例，每年满功率发电时间2000小时，若效率提高1％，则每小时将多发电15KWh，一年将多发电3万KWh，20年将多发电60万KWh。

风电机组的效率主要受以下几方面效率的影响，一是风轮叶片的风能利用系数，二是各机械部件的效率损失如齿轮箱、发电机、主轴承和电气元件的发热等，三是控制系统的控制策略。风轮叶片由于目前都采用比较成熟的翼型，国内、国外有时都使用相同的厂家的叶片，所以叶片的风能利用系数相差不大而且风能叶片的利用效率极限只有0.593，而目前兆瓦级机组的叶片风能利用系数已达到0.49，提升空间只有1％且提升难度较大。各种机械部件、电气元件国内、国外有时也采用相同的部件，效率差异也很小。因此，从控制系统着手提高发电效率为主要考虑方向。

控制系统中的控制参数是基于理论计算和安装在风机上的风速风向传感器中参数共同控制。如图1所示，传统风机包括：叶片1、轮毂2、机舱3、风向风速传感器4及塔筒5；其中，风向风速传感器4安装在机舱3的尾部，受风轮的影响，风向风速传感器4所测风力已经通过叶片1，与实际轮毂2高度处的风速有很大的差别，这就导致主控系统(图未示)发出的指令与叶片1处的实际风速不匹配，风轮的风能利用系数较低。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷和不足，本实用新型的第一目的在于提供一种有效利用风能的风轮转速及桨距角控制系统，包括：主控系统、变桨距执行机构、发电机、增速机，风轮转速及桨距角控制系统还包括脉冲式风向风速仪；脉冲式风向风速仪安装在风力发电机靠近叶片迎风面的一侧，用于采集风速信息，并将风速信息传送至主控系统；主控系统用于根据风速信息生成桨距角控制信息及转距控制信息，并将桨距角控制信息发送至变桨距执行机构以调整桨距角，以及将转距控制信息发送至发电机以通过调整发电机的转矩控制增速机改变风轮转速。

进一步地，脉冲式风向风速仪安装在叶片上或轮毂的前段。

进一步地，脉冲式风向风速仪为激光脉冲式风向风速仪或超声波脉冲式风向风速仪。

为了克服现有技术的上述缺陷和不足，本实用新型的第二目的在于提供一种风力发电机，包括：叶片、轮毂及上述任一种风轮转速及桨距角控制系统。

本实用新型的风轮转速及桨距角控制系统实施例通过将脉冲式风向风速仪安装在风力发电机靠近叶片迎风面的一侧，提前采集将要作用到叶片的风速信息，并提前进行变速或变桨高效率的利用风能，以及减小作用在叶片上的有害载荷。

附图说明

图1为传统风力发电机的结构示意图；

图2为本实用新型风轮转速及桨距角控制系统实施例的结构示意图；

图3为本实用新型风力发电机实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2所示，本实用新型风轮转速及桨距角控制系统实施例包括：主控系统11、变桨距执行机构13、发电机15、增速机17、脉冲式风向风速仪19；该脉冲式风向风速仪19安装在风力发电机靠近叶片12迎风面的一侧(其中图2中箭头所示方向为风向示意)，用于采集风速信息，并将风速信息传送至主控系统11；主控系统11用于根据风速信息生成桨距角控制信息及转距控制信息，并将桨距角控制信息发送至变桨距执行机构13以调整桨距角，以及将转距控制信息发送至发电机15以通过调整发电机15的转矩控制增速机17改变风轮转速。

具体操作时，该脉冲式风向风速仪19安装在轮毂14的前段(如图2所示)或叶片12上；脉冲式风向风速仪19可以为激光脉冲式风向风速仪或超声波脉冲式风向风速仪。

如图2所示，由于将脉冲式风向风速仪19固定在轮毂14的前段，脉冲式风向风速仪19可以由轮毂供电系统(图未示)和备用蓄电池(图未示)两个供电系统进行供电，脉冲式风向风速仪19的安装位置便于其提前采集即将吹来的风速信息，如可测量轮毂14高度处前100米范围的风速，主控系统11能及时地分析处理这些风速信息，并给发电机15发送转距控制信息，以及给变桨执行机构13发出桨距角控制信息，这样，整个风轮转速及桨距角控制系统会在风力到达叶片12之前对风轮转速和桨距角进行凋整，以尽可能高的效率利用风能，即风力发电机组在最优的叶尖速比运行以最大效率利用风能。此外，由于能提前根据风速信息凋整，叶片12也可以通过调整位置来减轻某些过高的风力荷载。由于，本实用新型中风速采集设备需要安装在运动部件上，如叶片12及轮毂14，与传统安装在静止设备机舱上的风速采集设备不一样，为了保证感测精度及效果，采用脉冲式风向风速仪即可。

本实用新型风轮转速及桨距角控制系统通过在轮毂前段或叶片上采用脉冲式风向风速仪以感测风速信息，改变传统风机采集吹过风轮的风速信息，主控系统根据脉冲式风向风速仪采集的风速信息及时发出各种指令，以在风力到达叶片之前对风轮机转速和桨距角进行凋整，保证风机始终最高效的利用风能。

如图3所示，本实用新型风力发电机实施例包括：叶片12、轮毂14、机舱16、塔筒18、脉冲式风向风速仪19；其中，脉冲式风向风速仪19安装在轮毂14的前段(其中图3中箭头所示方向为风向示意)，当然还可以安装在叶片12上，叶片12、轮毂14、机舱16、塔筒18的结构及功能与传统风力发电机一致，不再赘述；可以理解的是，为了配合脉冲式风向风速仪19工作，本实施例也包括图3未示的主控系统11、变桨距执行机构13、发电机15、增速机17等，也就是说，图2的所有解释说明均适用于本实施例。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种风轮转速及桨距角控制系统，包括：主控系统(11)、变桨距执行机构(13)、发电机(15)、增速机(17)，其特征在于，所述风轮转速及桨距角控制系统还包括：脉冲式风向风速仪(19)；所述脉冲式风向风速仪(19)安装在风力发电机靠近叶片(12)迎风面的一侧，用于采集风速信息，并将所述风速信息传送至所述主控系统(11)；

所述主控系统(11)用于根据所述风速信息生成桨距角控制信息及转距控制信息，并将所述桨距角控制信息发送至所述变桨距执行机构(13)以调整桨距角，以及将所述转距控制信息发送至所述发电机(15)以通过调整所述发电机(15)的转矩控制所述增速机(17)改变风轮转速。

2.根据权利要求1所述的风轮转速及桨距角控制系统，其特征在于，所述脉冲式风向风速仪(19)安装在所述叶片(12)上或轮毂(14)的前段。

3.根据权利要求1或2所述的风轮转速及桨距角控制系统，其特征在于，所述脉冲式风向风速仪(19)为激光脉冲式风向风速仪或超声波脉冲式风向风速仪。

4.一种风力发电机，包括：叶片(12)、轮毂(14)，其特征在于，还包括如上述权利要求1-3中任一项所述的风轮转速及桨距角控制系统。

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