RU2605490C2 - Wind turbine blades angle hydraulic control system - Google Patents

Wind turbine blades angle hydraulic control system Download PDF

Info

Publication number
RU2605490C2
RU2605490C2 RU2015110725/06A RU2015110725A RU2605490C2 RU 2605490 C2 RU2605490 C2 RU 2605490C2 RU 2015110725/06 A RU2015110725/06 A RU 2015110725/06A RU 2015110725 A RU2015110725 A RU 2015110725A RU 2605490 C2 RU2605490 C2 RU 2605490C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shaft
control device
cavities
generator
wind turbine
Prior art date
Application number
RU2015110725/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015110725A (en
Inventor
Виктор Гаврилович Петько
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет"
Priority to RU2015110725/06A priority Critical patent/RU2605490C2/en
Publication of RU2015110725A publication Critical patent/RU2015110725A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2605490C2 publication Critical patent/RU2605490C2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

FIELD: turbines.
SUBSTANCE: invention relates to wind turbine blades angle hydraulic control system. Wind turbine blades angle hydraulic control system with shaft installed horizontally in wind-driven unit head has rod passed through shaft, with one end connected by system of links with fixed on shaft with possibility to turn about axes, perpendicular to shaft, blades, control device. Shaft is kinematically connected to generator, by its second end rod is connected to control element output via thrust bearing, including double action hydraulic cylinder, hydraulic pump, hydraulically connected with hydraulic cylinder first and second cavities and drain tank, and distributor. To first, second and third control device inputs signals are supplied from wind velocity sensor, shaft speed transducer and from upper level control system, and first output is connected to control device first actuator input. First actuator output is connected to control element input, hydraulic cylinder rod is directly control element output and connected to blades angle sensor input. Drain tank is made in form of corrugation isolated from atmosphere, hydraulic pump is of reverse action, which first and second lines are connected directly to hydraulic cylinder first and second cavities outputs and to distributor first and second cavities outputs, made in form of sleeve, divided to first and second cavities by disc arranged into it, communicating through holes in each of two sleeve bottoms central part, overlapping at outer sides with valves, mechanically connected to disc, with drain tank cavity, hydraulic pump shaft is control element input. Control device is equipped with second actuating element, installed between power network and generator windings, and to control device fourth and fifth inputs of blade angle sensor and generator current sensor outputs are connected.
EFFECT: invention is aimed at higher reliability and accuracy of wind turbine blades angle control to maintain wind-driven unit generator current and rotation frequency at preset level, to reduced power consumption for control.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при разработке конструкции ветроагрегатов.The invention relates to wind energy and can be used in the design of wind turbines.

Известна система (Патент SU №1562519, опубл. 07.05.90. Бюл. №17), выбранная за прототип, позволяющая управлять ветроагрегатом изменением угла установки лопастей.A known system (Patent SU No. 1562519, publ. 07.05.90. Bull. No. 17), selected for the prototype, which allows you to control the wind turbine by changing the angle of installation of the blades.

Недостатками известной системы является сложность конструкции, снижающая ее надежность, отсутствие возможности ограничения тока генератора. Кроме того, для функционирования системы требуются постоянно действующий гидронасос с приводом от постороннего источника энергии и источник сжатого воздуха, что снижает энергетическую эффективность использования ветроагрегата.The disadvantages of the known system is the design complexity, reducing its reliability, the inability to limit the generator current. In addition, for the functioning of the system requires a permanent hydraulic pump driven by an external source of energy and a source of compressed air, which reduces the energy efficiency of using the wind turbine.

Задача изобретения заключается в повышении надежности и точности регулирования угла установки лопастей ветротурбины с целью поддержания на заданном уровне тока и частоты вращения генератора ветроагрегата, а также в снижении затрат энергии на регулирование.The objective of the invention is to increase the reliability and accuracy of the angle of installation of the blades of the wind turbine in order to maintain at a given level of current and speed of rotation of the generator of the wind turbine, as well as to reduce energy costs for regulation.

Технический результат достигается за счет того, что в гидравлической системе регулирования угла установки лопастей ветротурбины с установленным горизонтально в головке ветроагрегата валом, содержащей пропущенную через вал штангу, одним концом системой тяг связанную с закрепленными на валу с возможностью поворота вокруг осей, перпендикулярных валу, лопастями, а также содержащей устройство управления, вал кинематически связан с генератором, штанга вторым концом через упорный подшипник связана с выходом регулирующего органа, включающего гидроцилиндр двухстороннего действия, гидронасос, гидравлически связанный с первой и второй полостями гидроцилиндра и сливной емкостью, и распределитель, на первый, второй и третий входы устройства управления поступают сигналы соответственно от датчика скорости ветра, датчика частоты вращения вала и от системы управления верхнего уровня, а первый выход соединен с входом первого исполнительного органа устройства управления, при этом выход первого исполнительного органа соединен с входом регулирующего органа, шток гидроцилиндра является непосредственно выходом регулирующего органа и соединен с входом датчика угла установки лопастей, сливная емкость выполнена в форме изолированного от атмосферы гофра, гидронасос реверсивного действия, первая и вторая магистрали которого присоединены непосредственно к выводам соответственно первой и второй полостей гидроцилиндра и к выводам первой и второй полостей распределителя, выполненного в виде гильзы, разделенной помещенным в нее диском на первую и вторую полости, сообщающиеся через отверстия в центральной части каждого из двух днищ гильзы, перекрываемые с внешних сторон клапанами, механически связанными с диском, с полостью сливной емкости, вал гидронасоса является входом регулирующего органа, устройство управления снабжено вторым исполнительным органом, установленным между электрической сетью и обмотками генератора, а к четвертому и пятому входам устройства управления подключены соответственно выходы датчика угла установки лопастей и датчика тока генератора.The technical result is achieved due to the fact that in the hydraulic system for adjusting the angle of installation of the blades of the wind turbine with a shaft installed horizontally in the head of the wind turbine unit, containing a rod passed through the shaft, at one end of the link system connected with the blades mounted on the shaft with the possibility of rotation around axes perpendicular to the shaft, as well as containing a control device, the shaft is kinematically connected with the generator, the rod the second end through the thrust bearing is connected to the output of the regulatory body, including the double-acting hydraulic cylinder, a hydraulic pump hydraulically connected to the first and second cavities of the hydraulic cylinder and the drain tank, and a distributor, to the first, second and third inputs of the control device, signals are received respectively from the wind speed sensor, the shaft speed sensor and the upper level control system, and the first output is connected to the input of the first executive body of the control device, while the output of the first executive body is connected to the input of the regulatory body, the rod of the hydraulic cylinder is is directly connected to the output of the regulator and connected to the input of the blade angle sensor, the drain tank is made in the form of a corrugation isolated from the atmosphere, a reversible hydraulic pump, the first and second lines of which are connected directly to the conclusions of the first and second cavities of the hydraulic cylinder and to the conclusions of the first and second cavities a distributor made in the form of a sleeve divided by a disc placed in it into the first and second cavities communicating through openings in the central part of each of the two bottoms of the sleeve, blocked from the outside by valves mechanically connected to the disk, with a cavity of the drain tank, the hydraulic pump shaft is the input of the regulatory body, the control device is equipped with a second actuator installed between the electric network and the windings of the generator, and to the fourth and fifth inputs of the device control connected respectively the outputs of the angle sensor of the blades and the current sensor of the generator.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом.The essence of the invention is illustrated in the drawing.

Объектом регулирования является ветроагрегат с установленным горизонтально валом 1 в корпусе редуктора 2, являющегося составной частью головки 3 ветроагрегата. Вал 1 является одновременно первичным валом редуктора 2, к выходу которого присоединен генератор 4. В систему входит пропущенная через вал штанга 5 с возможностью перемещения ее в осевом направлении. Один из концов штанги системой тяг 6 связан с закрепленными на валу 1 лопастями 7, которые могут поворачиваться вокруг осей 8, перпендикулярных валу 1. На втором конце штанги установлен упорный подшипник 9 двухстороннего действия. Через подшипник 9 штанга связана со штоком 10 гидроцилиндра 11, который вместе с реверсивным гидронасосом 12, сливной емкостью 13, выполненной в форме изолированного от атмосферы гофра, и распределителем 14, составляют регулирующий орган гидравлической системы регулирования угла установки лопастей ветротурбины. Шток 10 является выходом регулирующего органа. Все его перечисленные элементы жестко привязаны к корпусу редуктора 2. Распределитель 14, размещенный для наглядности при данном конкретном выполнении системы непосредственно в сливной емкости 13, выполнен в виде гильзы 15, разделенной помещенным в нее подвижным диском 16 на первую 17 и вторую 18 полости. Полости сообщаются через отверстия в центральной части каждого из двух днищ гильзы с полостью сливной емкости 13. Отверстия в днищах гильзы 15, перекрываются с внешних сторон гильзы клапанами 19 и 20, механически связанными через отверстия в днищах гильзы с диском 16.The object of regulation is a wind turbine with a horizontal shaft 1 installed in the gear case 2, which is an integral part of the head of the wind turbine 3. The shaft 1 is simultaneously the primary shaft of the gearbox 2, to the output of which a generator 4 is connected. The system includes a rod 5 passed through the shaft with the possibility of moving it in the axial direction. One of the ends of the rod by the linkage system 6 is connected with blades 7 fixed to the shaft 1, which can rotate around the axes 8 perpendicular to the shaft 1. A double-acting thrust bearing 9 is installed at the second end of the rod. Through the bearing 9, the rod is connected to the rod 10 of the hydraulic cylinder 11, which, together with a reversible hydraulic pump 12, a drain tank 13, made in the form of a corrugation isolated from the atmosphere, and a distributor 14, make up the regulatory body of the hydraulic system for controlling the angle of installation of the blades of the wind turbine. Stem 10 is the output of the regulatory body. All of its listed elements are rigidly attached to the gear housing 2. The distributor 14, placed for clarity in this particular embodiment of the system directly in the drain tank 13, is made in the form of a sleeve 15, divided by a movable disk 16 placed into it into the first 17 and second 18 cavities. The cavities communicate through the openings in the central part of each of the two bottoms of the liner with the cavity of the drain tank 13. The openings in the bottoms of the liners 15 are blocked from the outside of the liners by valves 19 and 20, mechanically connected through the holes in the bottoms of the liner with a disk 16.

Первая 21 и вторая 22 магистрали гидронасоса 12 присоединены непосредственно к выходам соответственно первой 23 и второй 24 полостей гидроцилиндра 11, разделенных поршнем 25, и к выходам первой 17 и второй 18 полостей распределителя 14.The first 21 and second 22 lines of the hydraulic pump 12 are connected directly to the outputs of the first 23 and second 24 cavities of the hydraulic cylinder 11, separated by the piston 25, and to the outputs of the first 17 and second 18 cavities of the distributor 14.

Вал гидронасоса 12, являющийся входом регулирующего органа, соединен с выходом первого исполнительного органа 26 устройства управления 27. На входы устройства управления 27 поступают сигналы от датчиков: скорости ветра (1вх), частоты вращения вала генератора, а следовательно, и вала 1 ветроагрегата (2вх), тока генератора (5вх), а также выходной сигнал от датчика 28 угла установки лопастей (4вх). На третий вход устройства управления поступает сигнал на запуск или отключение ветроагрегата от системы управления верхнего уровня.The shaft of the hydraulic pump 12, which is the input of the regulatory body, is connected to the output of the first executive body 26 of the control device 27. The inputs of the control device 27 receive signals from the sensors: wind speed (1 in), speed of the generator shaft, and therefore shaft 1 of the wind turbine (2 in ), the generator current (5VX), as well as the output signal from the sensor 28 of the angle of installation of the blades (4VX). The third input of the control device receives a signal to start or disconnect the wind turbine from the upper level control system.

Второй выход устройства управления 27 соединен с входом второго исполнительного органа 29, включенного между электрической сетью и обмотками генератора 4.The second output of the control device 27 is connected to the input of the second executive body 29 connected between the electric network and the windings of the generator 4.

Исполнительный орган 26 устройства управления 27 в данном конкретном варианте системы представлен электродвигателем постоянного тока с якорным управлением, обмотка которого присоединена к первому выходу устройства управления. Функцию второго исполнительного органа 29 выполняет магнитный пускатель. В качестве датчика 28 положения лопастей принят потенциометр, движок которого имеет жесткую механическую связь со штоком 10. Устройство управления 27 выполнено на базе микроконтроллера с биполярным усилителем постоянного тока (на первом выходе) и с релейным усилителем (на втором выходе). Гидронасос - шестеренчатого типа.The actuator 26 of the control device 27 in this particular embodiment of the system is represented by an anchor controlled DC motor, the winding of which is connected to the first output of the control device. The function of the second Executive body 29 performs a magnetic starter. A potentiometer is adopted as the blade position sensor 28, the engine of which has a rigid mechanical connection with the rod 10. The control device 27 is based on a microcontroller with a bipolar DC amplifier (at the first output) and with a relay amplifier (at the second output). Hydraulic pump - gear type.

Заявляемая гидравлическая система регулирования угла установки лопастей ветротурбины работает следующим образом.The inventive hydraulic system for adjusting the angle of installation of the blades of a wind turbine operates as follows.

Если от устройства управления 27 на обмотку якоря электродвигателя 26 напряжение не поступает, движения жидкости в системе не происходит, а следовательно, не происходит перемещения поршня 25 и штока 10. Угол установки лопастей 7 остается постоянным. Вращение вала 1 при наличии ветра, как показано на чертеже, если смотреть со стороны ветра, происходит по часовой стрелке.If no voltage is supplied from the control device 27 to the winding of the armature of the motor 26, liquid does not move in the system, and therefore, the piston 25 and the rod 10 do not move. The angle of installation of the blades 7 remains constant. The rotation of the shaft 1 in the presence of wind, as shown in the drawing, when viewed from the side of the wind, occurs clockwise.

При поданном от устройства управления на якорь электродвигателя напряжении положительной полярности электродвигатель и приводимый им во вращение гидронасос 12 вращаются, если смотреть сверху, против часовой стрелки. При данном направлении вращения вала гидронасоса давление в магистрали 22 больше, чем в магистрали 21, поэтому разностью давлений диск 16 распределителя 14 смещен влево, клапан 20 закрыт, а клапан 19 открыт, обеспечивая надежное сообщение первых полостей 17 и 23 соответственно распределителя 14 и гидроцилиндра 11. Через гидронасос 12 жидкость протекает слева направо, заполняя полость 24 гидроцилиндра 11. Поршень 22 перемещается справа налево, угол установки лопастей 7 увеличивается, а жидкость из полости 23 перекачивается гидронасосом 8 в полость 24, при этом недостаток или излишек ее компенсируется за счет сообщения полости 23 с полостью сливной емкости 14. Когда поршень 22 достигает крайнего левого положения, что соответствует флюгерному положению лопастей, по сигналу датчика 28 устройство управления 27 блокирует подачу положительного напряжения на обмотку якоря электродвигателя 26. Перемещение поршня и поворот лопастей прекращаются.When a voltage of positive polarity is applied to the armature of the electric motor from the control device, the electric motor and the hydraulic pump 12 driven by it rotate counterclockwise when viewed from above. With this direction of rotation of the hydraulic pump shaft, the pressure in the line 22 is greater than in the line 21, therefore, the pressure difference of the valve 16 of the distributor 14 is shifted to the left, the valve 20 is closed, and the valve 19 is open, providing reliable communication of the first cavities 17 and 23 of the distributor 14 and hydraulic cylinder 11, respectively . Through the hydraulic pump 12, the fluid flows from left to right, filling the cavity 24 of the hydraulic cylinder 11. The piston 22 moves from right to left, the angle of installation of the blades 7 increases, and the fluid from the cavity 23 is pumped by the hydraulic pump 8 into the cavity 24, at The lack or excess of it is compensated by the communication of the cavity 23 with the cavity of the drain tank 14. When the piston 22 reaches the extreme left position, which corresponds to the vane position of the blades, the signal from the control unit 28 blocks the supply of positive voltage to the motor armature winding 26. The piston moves and the rotation of the blades ceases.

Если на обмотку якоря электродвигателя 26 подано напряжение отрицательной полярности, все процессы в системе протекают в обратном порядке.If the voltage of negative polarity is applied to the winding of the armature of the motor 26, all processes in the system proceed in the reverse order.

Электродвигатель и приводимый им во вращение гидронасос 12 вращаются, если смотреть сверху, по часовой стрелке. При данном направлении вращения вала гидронасоса давление в магистрали 21 больше, чем в магистрали 22, поэтому разностью давлений диск 16 распределителя 14 смещен вправо, клапан 19 закрыт, а клапан 20 открыт, обеспечивая надежное сообщение вторых полостей 18 и 24 соответственно распределителя 14 и гидроцилиндра 11. Через гидронасос 12 жидкость протекает справа налево, заполняя полость 23 гидроцилиндра 11. Поршень 22 перемещается слева направо, угол установки лопастей 7 уменьшается, а жидкость из полости 24 перекачивается гидронасосом 8 в полость 23, при этом недостаток или излишек ее компенсируется за счет сообщения данной полости с полостью сливной емкости 14. Когда поршень 22 достигает крайнего правого положения, что соответствует номинальному (расчетному) положению лопастей, по сигналу датчика 28 устройство управления 27 блокирует подачу отрицательного напряжения на обмотку якоря электродвигателя 26. Перемещение поршня и поворот лопастей прекращаются.The electric motor and the hydraulic pump 12 driven by it rotate, when viewed from above, clockwise. With this direction of rotation of the hydraulic pump shaft, the pressure in the line 21 is greater than in the line 22, therefore, the pressure difference of the valve 16 of the distributor 14 is shifted to the right, the valve 19 is closed, and the valve 20 is open, providing reliable communication of the second cavities 18 and 24, respectively, of the distributor 14 and hydraulic cylinder 11 The fluid flows from the hydraulic pump 12 from right to left, filling the cavity 23 of the hydraulic cylinder 11. The piston 22 moves from left to right, the angle of installation of the blades 7 decreases, and the fluid from the cavity 24 is pumped by the hydraulic pump 8 into the cavity 23, at ohm, the deficiency or its excess is compensated by the communication of this cavity with the cavity of the drain tank 14. When the piston 22 reaches the extreme right position, which corresponds to the nominal (calculated) position of the blades, the signal from the control unit 28 blocks the supply of negative voltage to the motor armature winding 26 The movement of the piston and the rotation of the blades cease.

Таким образом, увеличение угла установки лопастей производится устройством управления путем формирования на его первом выходе напряжения положительной полярности, а уменьшение - напряжения отрицательной полярности.Thus, an increase in the angle of installation of the blades is performed by the control device by forming a voltage of positive polarity at its first output, and a decrease in voltage of negative polarity.

В обоих случаях исполнительный орган 26 (электродвигатель) приводит во вращение гидронасос и, в конечном итоге, изменяет угол установки лопастей 7 со скоростью, соответствующей величине поданного на его якорь напряжения. Это при заложенной в устройство управления алгоритме формирования напряжения на его первом выходе, пропорционального отклонению угла установки лопастей от заданного значения, ускоряет ликвидацию этого отклонения.In both cases, the actuator 26 (electric motor) drives the hydraulic pump and, ultimately, changes the angle of installation of the blades 7 at a speed corresponding to the value of the voltage applied to its armature. This, with the algorithm for generating the voltage at its first output, which is embedded in the control device, is proportional to the deviation of the blade angle from the set value, accelerates the elimination of this deviation.

Предположим, что в исходном состоянии поршень 25 находится в крайнем левом положении, что соответствует флюгерному положению лопастей, и вал 1 ветроагрегата не вращается. Запуск ветроагрегата осуществляется по команде «Пуск», поступающей на вход 3 устройства управления 27 от системы управления верхнего уровня или от оператора.Suppose that in the initial state, the piston 25 is in the extreme left position, which corresponds to the vane position of the blades, and the shaft 1 of the wind turbine does not rotate. The start-up of the wind turbine is carried out by the “Start” command, which is input to input 3 of the control device 27 from the top-level control system or from the operator.

Входящий в устройство управления 27 микроконтроллер по заложенной в него программе обработки входных сигналов от датчиков скорости V ветра и частоты вращения n вала 1 формирует сигнал, направленный на поворот лопастей на угол установки β, при котором при данной скорости ветра и частоте вращения вала 1 на нем создается максимальный вращающий момент. Сигнал поступает с выхода микроконтроллера через биполярный усилитель на первый выход устройства управления 27 и далее на исполнительный орган 26 (якорь электродвигателя), на регулирующий орган (гидронасос, гидроцилиндр, распределитель, сливная емкость), штангу и лопасти. Требуемый угол установки лопастей контролируется устройством управления 27 по сигналу обратной связи, поступающему на его четвертый вход с выхода датчика 28 угла установки лопастей. При наличии ветра вал 1 набирает обороты Устройство управления 27 по мере увеличения частоты вращения вала 1 ветроагрегата (контроль ее осуществляет подсоединенный ко второму входу устройства управления датчик частоты вращения вала 1) угол установки непрерывно корректирует. Цель корректировки - поддержание (в соответствии с характеристикой ветроагрегата M=f(V,n, β)) развиваемого момента на максимальном для достигнутой частоты вращения и существующей скорости ветра уровне.The microcontroller included in the control device 27, according to the program for processing input signals from the wind speed V and rotational speed sensors of the shaft 1, is formed in it and generates a signal directed to rotate the blades by the installation angle β, at which at a given wind speed and shaft speed 1 maximum torque is created. The signal comes from the output of the microcontroller through a bipolar amplifier to the first output of the control device 27 and then to the actuator 26 (motor armature), to the regulator (hydraulic pump, hydraulic cylinder, distributor, drain tank), rod and blades. The required blade angle is controlled by the control device 27 by the feedback signal received at its fourth input from the output of the blade angle sensor 28. In the presence of wind, the shaft 1 gains speed. The control device 27 as the speed of the shaft 1 of the wind turbine increases (it is monitored by the shaft speed sensor 1 connected to the second input of the control device), the installation angle is continuously adjusted. The purpose of the adjustment is to maintain (in accordance with the characteristic of the windmill M = f (V, n, β)) the developed moment at the maximum level for the achieved rotational speed and existing wind speed.

Если генератор 4 ветроагрегата предназначен для работы параллельно с централизованной электрической сетью, то устройство управления 27 в тот момент, когда частота вращения вала генератора достигает (при достаточной скорости ветра) синхронной частоты вращения, со второго выхода выдает сигнал на вход второго исполнительного органа 29 (в данном конкретном случае магнитного пускателя) на подключение генератора к электрической сети. С этого момента нарастание частоты вращения вала генератора 4 прекращается. Она становится равной синхронной частоте вращения, если используется синхронный генератор, или близкой к синхронной, если используется асинхронный генератор. Неизменной остается, следовательно, и частота вращения вала 1 ветроагрегата.If the generator 4 of the wind turbine is designed to operate in parallel with a centralized electrical network, the control device 27 at the moment when the rotational speed of the generator shaft reaches (at a sufficient wind speed) a synchronous rotational speed, from the second output gives a signal to the input of the second actuator 29 (in in this particular case of a magnetic starter) to connect the generator to the electrical network. From this moment, the increase in the frequency of rotation of the shaft of the generator 4 stops. It becomes equal to the synchronous speed if a synchronous generator is used, or close to synchronous if an asynchronous generator is used. Consequently, the rotation frequency of the shaft 1 of the wind turbine remains unchanged.

В то же время ток генератора с увеличением скорости ветра увеличивается и достигает допустимой для данного генератора величины (как правило, при расчетной для ветроагрегата скорости ветра). Если скорость ветра превышает расчетную, то устройство управления 27 в диапазоне скоростей выше расчетной переходит на другой закон регулирования угла установки лопастей. В этом диапазоне микроконтроллер поддерживает ток генератора на допустимом уровне теперь уже по сигналу о величине тока генератора, поступающему на пятый вход устройства управления от датчика тока. Поддержание осуществляется путем увода угла установки лопастей от оптимального значения (в сторону увеличения, если ток генератора становится несколько больше допустимого, или в сторону уменьшения, если ток генератора становится несколько меньше допустимой величины).At the same time, the current of the generator increases with increasing wind speed and reaches a value acceptable for a given generator (as a rule, when the wind speed is calculated for a wind turbine). If the wind speed exceeds the calculated one, then the control device 27 in the speed range above the calculated one switches to another law of regulation of the angle of the blades. In this range, the microcontroller maintains the generator current at an acceptable level now by the signal about the generator current supplied to the fifth input of the control device from the current sensor. Maintenance is carried out by moving the blade angle from the optimal value (upward, if the generator current becomes slightly more than acceptable, or downward, if the generator current becomes slightly less than the acceptable value).

Следовательно, при параллельной работе генератора ветроагрегата с электрической сетью в нормальном рабочем режиме система осуществляет ограничение тока генератора.Therefore, in parallel operation of the generator of a wind turbine with an electric network in normal operating mode, the system limits the current of the generator.

При нарушении рабочего режима (неисправность генератора, обрыв линии связи генератора с электрической сетью и др.) система переходит в режим ограничения частоты вращения. В этом случае, когда частота вращения генератора становится несколько выше синхронной, устройство управления 27, как и при ограничении тока, по сигналу от датчика частоты вращения выдает сигнал на увеличение угла установки лопастей. Нарастание частоты вращения из-за отклонения, как было показано выше, угла установки лопастей от оптимального значения прекращается.In case of violation of the operating mode (generator malfunction, breakage of the generator communication line with the electric network, etc.), the system switches to the speed limit mode. In this case, when the generator rotational speed becomes slightly higher than the synchronous one, the control device 27, as in the case of current limitation, gives a signal to increase the blade installation angle by a signal from the rotational speed sensor. The increase in speed due to deviation, as shown above, the angle of installation of the blades from the optimal value stops.

Если генератор используется для питания электрической нагрузки, в автономном режиме, то устройство управления 27 описанным выше способом ограничивает частоту вращения генератора на уровне синхронной частоты вращения. Ток генератора при этом не зависит от скорости ветра, а зависит только от количества и мощности подключенных к нему потребителей. Ограничение тока в этом случае осуществляется системой управления верхнего уровня или оператором. Это достигается путем отключения от генератора, как правило, потребителей 3-й группы по надежности электроснабжения.If the generator is used to power an electric load, in standalone mode, the control device 27 as described above limits the speed of the generator to the level of the synchronous speed. The generator current does not depend on wind speed, but depends only on the number and power of consumers connected to it. Current limitation in this case is carried out by the upper level control system or by the operator. This is achieved by disconnecting from the generator, as a rule, consumers of the 3rd group in terms of reliability of power supply.

Таким образом, система регулирования угла установки лопастей ветротурбины, согласно предполагаемому изобретению, по сравнению с прототипом имеет меньшее количество составляющих ее элементов, следовательно, более надежна в эксплуатации. Кроме того, за счет введения датчика угла установки лопастей становится возможной организация отрицательной обратной связи, позволяющей устройству управления вести статическое или, при необходимости, пропорционально интегрально дифференциальное (ПИД) регулирование. При этом повышается устойчивость системы, исключается возможное качание лопастей и перерегулирование, что в конечном итоге повышает точность регулирования параметров. Снижаются также затраты энергии на привод гидронасосаThus, the angle control system of the blades of the wind turbine, according to the proposed invention, in comparison with the prototype has a smaller number of its constituent elements, therefore, is more reliable in operation. In addition, by introducing a blade angle sensor, it becomes possible to organize negative feedback, which allows the control device to conduct static or, if necessary, proportionally integral differential (PID) control. This increases the stability of the system, eliminates the possible swing of the blades and overshoot, which ultimately increases the accuracy of the control parameters. Energy costs for the hydraulic pump drive are also reduced.

Все это в совокупности и составляет положительный эффект предлагаемого изобретения.All of this in combination constitutes the positive effect of the invention.

Источник информацииThe source of information

Патент SU №1562519, опубл. 07.05.90. Бюл. №17.Patent SU No. 1562519, publ. 05/07/90. Bull. Number 17.

Claims (1)

Гидравлическая система регулирования угла установки лопастей ветротурбины с установленным горизонтально в головке ветроагрегата валом, содержащая пропущенную через вал штангу, одним концом системой тяг связанную с закрепленными на валу с возможностью поворота вокруг осей, перпендикулярных валу, лопастями, а также содержащая устройство управления, отличающаяся тем, что вал кинематически связан с генератором, штанга вторым концом через упорный подшипник связана с выходом регулирующего органа, включающего гидроцилиндр двухстороннего действия, гидронасос, гидравлически связанный с первой и второй полостями гидроцилиндра и сливной емкостью, и распределитель, на первый, второй и третий входы устройства управления поступают сигналы соответственно от датчика скорости ветра, датчика частоты вращения вала и от системы управления верхнего уровня, а первый выход соединен с входом первого исполнительного органа устройства управления, при этом выход первого исполнительного органа соединен с входом регулирующего органа, шток гидроцилиндра является непосредственно выходом регулирующего органа и соединен с входом датчика угла установки лопастей, сливная емкость выполнена в форме изолированного от атмосферы гофра, гидронасос реверсивного действия, первая и вторая магистрали которого присоединены непосредственно к выводам соответственно первой и второй полостей гидроцилиндра и к выводам первой и второй полостей распределителя, выполненного в виде гильзы, разделенной помещенным в нее диском на первую и вторую полости, сообщающиеся через отверстия в центральной части каждого из двух днищ гильзы, перекрываемые с внешних сторон клапанами, механически связанными с диском, с полостью сливной емкости, вал гидронасоса является входом регулирующего органа, устройство управления снабжено вторым исполнительным органом, установленным между электрической сетью и обмотками генератора, а к четвертому и пятому входам устройства управления подключены соответственно выходы датчика угла установки лопастей и датчика тока генератора. A hydraulic system for adjusting the angle of installation of the blades of a wind turbine with a shaft installed horizontally in the head of the wind turbine unit, containing a rod passed through the shaft, at one end of the link system connected to the blades mounted on the shaft and rotatable around axes perpendicular to the shaft, and also containing a control device, characterized in that the shaft is kinematically connected with the generator, the rod the second end through the thrust bearing is connected to the output of the regulatory body, including a double-sided hydraulic cylinder actions, a hydraulic pump hydraulically connected to the first and second cavities of the hydraulic cylinder and a drain tank, and a distributor, to the first, second and third inputs of the control device, signals are received respectively from the wind speed sensor, the shaft speed sensor and from the upper level control system, and the first output connected to the input of the first executive body of the control device, while the output of the first executive body is connected to the input of the regulatory body, the hydraulic cylinder rod is directly the output p of the regulating body and connected to the input of the blade angle sensor, the drain tank is made in the form of a corrugation isolated from the atmosphere, a reversible hydraulic pump, the first and second lines of which are connected directly to the conclusions of the first and second cavities of the hydraulic cylinder and to the conclusions of the first and second cavities of the distributor, made in the form of a sleeve, divided by a disc placed in it into the first and second cavities, communicating through openings in the central part of each of the two bottoms of the sleeve, overlap They are connected externally by valves mechanically connected to the disk and the drain tank cavity, the hydraulic pump shaft is the input of the regulator, the control device is equipped with a second actuator installed between the electric network and the generator windings, and the sensor outputs are connected respectively to the fourth and fifth inputs of the control device angle of installation of the blades and generator current sensor.
RU2015110725/06A 2015-03-25 2015-03-25 Wind turbine blades angle hydraulic control system RU2605490C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015110725/06A RU2605490C2 (en) 2015-03-25 2015-03-25 Wind turbine blades angle hydraulic control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015110725/06A RU2605490C2 (en) 2015-03-25 2015-03-25 Wind turbine blades angle hydraulic control system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015110725A RU2015110725A (en) 2016-10-20
RU2605490C2 true RU2605490C2 (en) 2016-12-20

Family

ID=57138240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015110725/06A RU2605490C2 (en) 2015-03-25 2015-03-25 Wind turbine blades angle hydraulic control system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2605490C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758992C2 (en) * 2020-04-07 2021-11-08 Юрий Николаевич Шуваев Wind engine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1325188A1 (en) * 1985-06-11 1987-07-23 Конструкторское бюро "Шторм" при Киевском политехническом институте им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции Hydraulic control system for wind-driven unit
US4815936A (en) * 1988-07-05 1989-03-28 United Technologies Corporation Wind turbine shutdown system
SU1562519A1 (en) * 1988-06-14 1990-05-07 Институт Электродинамики Ан Усср Hydraulic system for controlling wind motor unit
US5178518A (en) * 1990-05-14 1993-01-12 Carter Sr J Warne Free-yaw, free-pitch wind-driven electric generator apparatus
CN102797635A (en) * 2012-01-30 2012-11-28 新泰市风龙王设备有限公司 Hydraulic automatic variable-pitch wind turbine
RU2523706C1 (en) * 2013-04-24 2014-07-20 Владимир Николаевич Абрамов Wind-driven power plant

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1325188A1 (en) * 1985-06-11 1987-07-23 Конструкторское бюро "Шторм" при Киевском политехническом институте им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции Hydraulic control system for wind-driven unit
SU1562519A1 (en) * 1988-06-14 1990-05-07 Институт Электродинамики Ан Усср Hydraulic system for controlling wind motor unit
US4815936A (en) * 1988-07-05 1989-03-28 United Technologies Corporation Wind turbine shutdown system
US5178518A (en) * 1990-05-14 1993-01-12 Carter Sr J Warne Free-yaw, free-pitch wind-driven electric generator apparatus
CN102797635A (en) * 2012-01-30 2012-11-28 新泰市风龙王设备有限公司 Hydraulic automatic variable-pitch wind turbine
RU2523706C1 (en) * 2013-04-24 2014-07-20 Владимир Николаевич Абрамов Wind-driven power plant

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758992C2 (en) * 2020-04-07 2021-11-08 Юрий Николаевич Шуваев Wind engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015110725A (en) 2016-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220025910A1 (en) Self-contained energy efficient hydraulic actuator system
JP5270685B2 (en) Electro-hydraulic actuator for controlling the pitch of wind turbine blades
EP2414672B1 (en) Method and apparatus for extracting energy from a fluctuating energy flow from a renewable energy source
EP2486273B1 (en) Renewable energy extraction device such as a wind turbine with hydraulic transmission
US20120117958A1 (en) Method and apparatus for extracting energy from a fluctuating energy flow from a renewable energy source
US20110142596A1 (en) Method for monitoring a component in a hydraulic circuit, monitoring device and fluid turbine
WO2013113317A1 (en) Hydraulic system primarily for pitch control
CA2730677A1 (en) Blade pitch controller, wind turbine generator, and method of controlling blade pitch
US20170051676A1 (en) Turbine combustion chamber pressure assisted control valve
EP3126664A1 (en) Method and system for tuning a turbine using a hydraulic valve
US10954969B2 (en) Servo governor by PWM
RU2605490C2 (en) Wind turbine blades angle hydraulic control system
US10962032B2 (en) Apparatus for controlling a hydraulic machine
CN102403944B (en) Variable speed constant frequency method for wind power generation and device thereof
CN109667714B (en) Hydrostatic variable-pitch system and control method thereof
Goyal et al. A novel technique proposed for automatic control of small hydro power plants
US10717517B2 (en) Hydraulic actuation system
JP2012193642A (en) Wind power generation apparatus
RU2643885C2 (en) Hydraulic system for limiting wind-power unit capacity and rotation rate
RU2587022C1 (en) Rotation frequency and power limitation system of wind-driven unit
JPH08284792A (en) Flowing water controller for waterwheel
CN103267162A (en) Ultra-supercritical rapidly-closed butterfly valve hydraulic control device
CN202560335U (en) Adjusting and protecting device of steam turbine
JPH0742663A (en) Windmill
CA2034609A1 (en) Electro-hydraulic actuator with mechanical memory

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180326