專利名稱：風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)，更具體地講，涉及一種不需要額外的備電設備的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)。
背景技術：
隨著技術的發(fā)展，可再生能源的關注和利用程度日益增加，其中，風力發(fā)電是一種已經(jīng)發(fā)展相對成熟的能源技術。風力發(fā)電要求有較強的環(huán)境適應能力，而變槳系統(tǒng)則是風力發(fā)電的核心部件之一。目前，風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)從執(zhí)行硬件角度可以分為電動變槳系統(tǒng)和液壓變槳系統(tǒng)兩大類，其中，電動變槳系統(tǒng)實質上是一種位置跟蹤的傳動系統(tǒng)。變槳系統(tǒng)的作用主要有兩點第一、當風速大于額定風速，槳葉轉速無法通過發(fā)電機電磁轉矩控制時，通過變槳系統(tǒng)維持風機的功率輸出恒定；第二、當風機發(fā)生安全鏈故障時，變槳系統(tǒng)需要立即順槳來保證風機安全。順槳是指不論槳矩角處于什么位置，都將槳葉以固定的速度轉動至某一固定順槳位置，根據(jù)槳葉的不同氣動特性，順槳位置將略有差異。進一步講，當外部安全鏈發(fā)生故障時，風力發(fā)電機組的控制裝置發(fā)出順槳命令以實現(xiàn)風機的順槳。而當內部安全鏈發(fā)生故障時，變槳系統(tǒng)需要立即順槳以實現(xiàn)風機的停機。 因此，變槳系統(tǒng)所需的能量應來自兩個方面，第一是由機艙柜提供的主電，第二是備電。這樣，當發(fā)生內部安全鏈故障導致主電丟失時，可通過備電來提供變槳所需的能量?，F(xiàn)有風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)的備電方式是采用各種儲能裝置，如蓄電池、超級電容等。這種備電方式的特點是正常情況下，能量從塔底到機艙柜，通過滑環(huán)，驅動變槳電機變槳。但是，一旦來自塔底的線路發(fā)生斷路，或者滑環(huán)故障，即風力發(fā)電機發(fā)生了主電故障，就將導致電能無法通過上述回路送至變槳電機，變槳驅動器將依靠超級電容中存儲的能量驅動變槳電機順槳。在風力發(fā)電機組中，變槳電機通常采用的是低壓電機。圖1是示出現(xiàn)有技術的變槳系統(tǒng)的詳細示圖?，F(xiàn)有的變槳系統(tǒng)的備電方式屬于就地備電，當滑環(huán)、機艙、塔底等中的任何一個位置出現(xiàn)故障，即能量通道發(fā)生問題時，變槳電機可以從超級電容獲得能量，保證完成順槳。 然而，這種備電方式存在以下多個缺點第一、故障率高。超級電容或者蓄電池作為電氣設備，其本身存在著故障率問題， 而且電氣設備都有一定的使用壽命。從確保風機能安全順槳角度出發(fā)，在正常發(fā)電過程中， 一旦變漿系統(tǒng)的備電設備的充電出現(xiàn)問題，就需要對整個風機進行停機。此外，隨著備電設備使用時間的增加，備電設備自身的備電容量會逐步變小。因此，必須對備電設備進行定期更換。否則，一旦變漿系統(tǒng)的主電發(fā)生故障，風機將無法完成順槳，這會導致風機的槳葉無法完全收回，甚至發(fā)生如飛車等嚴重的風機事故。第二、成本較高。如果使用蓄電池，長時間的頻繁更換會導致設備運行維護成本非常高。如果采用超級電容，則其一次性投資過高，而且從理論上來看，超級電容的容量受充放電次數(shù)的影響比蓄電池小，但是實際使用時間比較短，是否可以到達預期的10年生命周期還有待時間檢驗。另一方面，使用低壓電機導致發(fā)電機組體積較大，電纜直徑較大。
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因此，需要一種能夠降低故障率和成本的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一方面在于提供一種不使用額外備電設備就能提供備用電源的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)，包括機艙柜、滑環(huán)、 變槳驅動器、變槳電機和變槳減速器，所述風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)還包括通用變頻器和轉換開關，其中，機艙柜從塔底接收電能；通用變頻器連接到發(fā)電機組中的定子單元，從發(fā)電機組接收電能，并進行頻率轉換；當需要執(zhí)行變槳操作時，轉換開關選擇性地將來自機艙柜的電能或來自通用變頻器的電能通過滑環(huán)提供給變槳驅動器；變槳驅動器使用從轉換開關接收的電能驅動變槳電機；變槳電機再驅動變槳減速器將槳葉轉動到順槳位置。此外，當需要執(zhí)行變槳操作時，在正常變槳和非主電缺失故障的情況下，轉換開關將來自機艙柜的電能提供給變槳驅動器；在通過機艙柜提供主電發(fā)生故障情況下，轉換開關將來自通用變頻器的電能提供給變槳驅動器。此外，所述滑環(huán)設置在轉換開關和變槳驅動器之間，并配置有兩套電刷，轉換開關選擇性地將來自通用變頻器或來自機艙柜的電能通過滑環(huán)上配置的其所相應的所述兩套電刷之中的一個電刷提供給變槳驅動器。此外，所述滑環(huán)上配置的所述兩套電刷為碳刷。此外，通用變頻器是標準380V三相通用變頻器，變槳電機是380V電機。此外，變槳驅動器、變槳電機以及變槳減速器設置在風力發(fā)電機組的輪轂中。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括如上所述的變槳系統(tǒng)的風力發(fā)電機組。根據(jù)本發(fā)明的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)直接利用發(fā)電機輸出的電能，避免采用額外備電設備(例如，超級電容、蓄電池等)，通過變頻器為變槳驅動部分提供給穩(wěn)定的電源， 降低了故障率和成本。同時，該變槳系統(tǒng)將現(xiàn)有技術的變槳系統(tǒng)使用的低壓電機驅動器改為標準380V通用變頻器，并將原29V低壓電機改為380V電機，從而減小了驅動電纜的線徑和電機的尺寸，降低了成本。此外，備電直接從發(fā)電機側取出，協(xié)助卸荷電路抑制直流側的泵生電壓，保護發(fā)電機變流器直流側電容。此外，根據(jù)本發(fā)明的變槳系統(tǒng)僅針對備電方式修改，其他信號電路都不變化，因此具有較強的移植性。


通過下面結合附圖對實施例進行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點將會變得清楚和更易于理解，其中圖1是示出現(xiàn)有技術的變槳系統(tǒng)的詳細示圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)的示意性框圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)的詳細示圖。
具體實施例方式現(xiàn)在對本發(fā)明實施例進行詳細的描述，其示例表示在附圖中，其中，相同的標號始終表示相同的部件。下面通過參照附圖對實施例進行描述以解釋本發(fā)明。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)的示意性框圖。參照圖2，根據(jù)本發(fā)明實施例的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)包括通用變頻器10、機艙柜20、轉換開關30、變槳驅動器40和變槳電機50、變漿減速器60。具體地講，通用變頻器10連接到發(fā)電機組中的定子單元，從發(fā)電機組接收電能， 并進行頻率轉換，從而將接收到的電能轉換為適用于驅動變槳驅動器40的電能。這里，通用變頻器10可以是標準380V三相通用變頻器，從而可提高變槳電機的電壓等級。然而，本發(fā)明不限于此，還可使用其他類型的變頻器，只要該變頻器能夠提供用于變槳驅動器40的電能即可。通用變頻器10所提供的電能用作變槳系統(tǒng)的備用電源(備電)。機艙柜20從塔底接收電能，作為變槳系統(tǒng)的主電。在不需要執(zhí)行變槳操作的情況下，轉換開關30可處于開路狀態(tài)。而在需要執(zhí)行變槳操作的情況下，轉換開關30選擇性地將來自通用變頻器10的電能或來自機艙柜20的電能提供給變槳驅動器40。具體地講，在正常變槳和非主電缺失故障的情況下，轉換開關30 打到主電位置，變槳系統(tǒng)使用來自機艙柜20的電能。當主電發(fā)生故障時，轉換開關30將切換到通用變頻器10，變槳系統(tǒng)使用來自通用變頻器10的電能。此時，變槳系統(tǒng)利用風輪旋轉的能量將槳葉旋轉至順槳位置。變槳驅動器40從通用變頻器10或機艙柜20接收電能，從而使用接收的電能驅動變槳電機50。變槳電機50在變槳驅動器40的驅動下將槳葉轉動到順槳位置。這里，變槳電機 50可以是380V電機。然而，本發(fā)明不限于此，可使用任何能夠將槳葉轉動到順槳位置的電機。由于風速的隨機性，可能會出現(xiàn)短時間槳葉不能到達順槳位置，但是風速一旦增大，葉輪旋轉，發(fā)電機組就會輸出電能，通用變頻器10就通過轉換開關30將電能提供給變槳驅動器40，從而變槳電機50就能將槳葉收回。因此，不會因為變槳系統(tǒng)結構變化導致飛車事故的發(fā)生。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)的詳細示圖。參照圖2和圖3，在轉換開關10和變槳驅動器40之間可設置滑環(huán)，用于在轉換開關10和變槳驅動器40之間輸送電能。具體地，滑環(huán)上配置有兩套電刷，轉換開關10將來自通用變頻器或來自機艙柜的電能通過其所相應的兩套電刷之中的一個電刷提供給變槳驅動器40，其中，所述兩套電刷可以是碳刷。另外，滑環(huán)可以在主電切換到備電時(即，在轉換開關將切換到通用變頻器10時)向可編程控制器PLC報警。另一方面，變槳電機50通過變槳減速器60連接到槳葉，以實現(xiàn)平穩(wěn)的順槳操作。根據(jù)本發(fā)明實施例，變槳驅動器40、 變槳電機50以及變槳減速器60可以設置在風力發(fā)電機組的輪轂中。根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種不需要額外的備電設備的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)，該變槳系統(tǒng)直接利用發(fā)電機輸出的電能，避免采用額外備電設備(例如，超級電容、蓄電池等)，通過變頻器為變槳驅動部分提供穩(wěn)定的電源，降低了故障率和成本。同時，該變槳系統(tǒng)將現(xiàn)有技術的變槳系統(tǒng)使用的低壓電機驅動器改為標準380V通用變頻器，并將原29V 低壓電機改為380V電機，從而減小了驅動電纜的線徑和電機的尺寸，降低了成本。此外，備電直接從發(fā)電機側取出，協(xié)助卸荷電路抑制直流側的泵生電壓，保護發(fā)電機變流器直流側電容。此外，根據(jù)本發(fā)明實施例的變槳系統(tǒng)僅針對備電方式修改，其他信號電路都不變化， 因此具有較強的移植性。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，但是本領域技術人員應該理解，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對描述的實施例進行修改，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)，包括機艙柜、滑環(huán)、變槳驅動器、變槳電機和變槳減速器，其特征在于所述風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)還包括通用變頻器和轉換開關，其中，機艙柜從塔底接收電能；通用變頻器連接到發(fā)電機組中的定子單元，從發(fā)電機組接收電能，并進行頻率轉換；當需要執(zhí)行變槳操作時，轉換開關選擇性地將來自機艙柜的電能或來自通用變頻器的電能通過滑環(huán)提供給變槳驅動器；變槳驅動器使用從轉換開關接收的電能驅動變槳電機；變槳電機再驅動變槳減速器將槳葉轉動到順槳位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)，其特征在于當需要執(zhí)行變槳操作時，在正常變槳和非主電缺失故障的情況下，轉換開關將來自機艙柜的電能提供給變槳驅動器；在通過機艙柜提供主電發(fā)生故障情況下，轉換開關將來自通用變頻器的電能提供給變槳驅動器。
3.根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)，其特征在于，所述滑環(huán)設置在轉換開關和變槳驅動器之間，并配置有兩套電刷，轉換開關選擇性地將來自通用變頻器或來自機艙柜的電能通過滑環(huán)上配置的所述電刷提供給變槳驅動器。
4.根據(jù)權利要求3所述的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)，其特征在于，所述滑環(huán)上配置的所述兩套電刷為碳刷。
5.根據(jù)權利要求1至4中任意一項權利要求所述的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)，其特征在于，通用變頻器是標準380V三相通用變頻器，變槳電機是380V電機。
6.根據(jù)權利要求5所述的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)，其特征在于，變槳驅動器、變槳電機以及變槳減速器設置在風力發(fā)電機組的輪轂中。
7.一種包括權利要求1至6中任意一項權利要求所述的風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)的風力發(fā)電機組。
全文摘要
本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)。所述風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)包括機艙柜、滑環(huán)、變槳驅動器、變槳電機和變槳減速器，所述風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)還包括通用變頻器和轉換開關，其中，機艙柜從塔底接收電能；通用變頻器連接到發(fā)電機組中的定子單元，從發(fā)電機組接收電能，并進行頻率轉換；當需要執(zhí)行變槳操作時，轉換開關選擇性地將來自機艙柜的電能或來自通用變頻器的電能通過滑環(huán)提供給變槳驅動器；變槳驅動器使用從轉換開關接收的電能驅動變槳電機；變槳電機再驅動變槳減速器將槳葉轉動到順槳位置。所述變槳系統(tǒng)直接利用發(fā)電機輸出的電能，避免采用額外備電設備，降低了故障率和成本，具有較強的移植性。
文檔編號F03D7/00GK102322392SQ20111026182
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權日2011年9月6日
發(fā)明者史建軍, 孫志勇, 張迪 申請人:江蘇金風風電設備制造有限公司