[实用新型]比例阀控液压马达独立变桨距系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及变桨距风力发电领域，特别涉及一种用于控制风力机桨叶桨距角的变桨距控制系统。

背景技术

当代各大公司新设计的大功率风力机都在采用变桨距控制方式进行风轮控制。在不同的风速、风轮转速的情况下，风力机对风能的吸收都是不同的，当风速变化时，理论上桨叶桨距角必须做出相应的变化，使得气流对叶片的攻角能够保持最佳，才能使得风力机对风能的利用达到最佳，并在超过额定风速的时候达到减小风能捕获的效果。当风速小于切入风速时，风力机不产生电能，桨距角保持在90°；当风速高于切入风速时，桨距角转到0°，风力机开始并网发电，并通过不断改变桨距角来控制风轮转速，使风能利用系数保持最大，从而捕获最大风能；当风速超过额定值后，变桨距机构开始动作，增大桨距角，减小风轮的风能捕获，使发电机的输出功率稳定在额定值；当风速大于切出风速时，风力机刹车停机，桨距角变到90°以保护风力机不被大风损坏。大型的风力机的变桨距机构主要有两种实施方案，分别是电气伺服变桨距控制和液压伺服变桨距控制。

电气伺服变桨距控制系统由伺服电机、减速器和齿轮副组成。该系统由驱动电机输出转矩，经过传动轴和减速器，最后传动到桨叶轮毂的内齿圈上从而实现桨距角的调节。这种变桨距系统的动态特性较差，并且该结构需要的变桨扭矩大，控制策略复杂，电气布线困难，成本高。由于电动机、减速器、齿轮等部件均在轮毂内，增加了风轮重量和轮毂制造的难度，而且维护也不方便。

液压伺服变桨距系统有两种方式，一种是由直线型液压缸驱动，另一种由回转型液压缸驱动。直线型液压缸驱动的变桨距系统由直线液压缸和曲柄滑块机构组成，该系统通过曲柄滑块机构将液压缸的直线运动转换为旋转运动来实现变桨距控制；另一种是采用回转型液压缸的变桨距系统，该系统取消了曲柄滑块机构，具有传动力矩大、刚度大、定位精确、动态响应快的特点，但是其最大回转角度小。当前风力发电机组所采用的液压伺服变桨距系统由于其频响快、输出力大，变距机构可以做得很紧凑，但传动结构相对复杂，存在非线性，泄漏、卡涩现象。

目前大型的风力机的变桨距控制方式可以分为两种：统一变桨距方式和独立变桨距方式。

统一变桨距方式下，变桨距系统采用同一套变桨距机构来同步推动每个桨叶进行桨距角调节，这种结构电气布线方便，维护比较方便，但该结构要求传动机构的强度和刚度比较高，在刹车制动和准确调桨上不易控制，对桨叶和并网冲击较大，并且需要较大扭矩，而且处在不同高度上的桨叶由于受到的外部载荷不同会对风机主轴产生偏载，降低了主轴的寿命。

独立变桨距方式是通过各个轮毂内独立的变桨距机构来分别驱动各个桨叶，这种方案变桨距力矩大，能够比较灵敏的实现变桨操作，在准确变桨和减少桨叶震动方面都优于统一变桨距机构，并且对风电机组并网冲击小。但是由于采用了独立变桨距，所以存在各个变桨距机构同步控制难、电气布线复杂、轮毂制造难度加大、维护不便等问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新的风力机液压变桨距控制系统，该系统具备液压变桨距系统和独立变桨距的全部优点，同时避免了现有的独立变桨距系统的控制机构复杂和可维护性差等缺点。

本实用新型的目的是这样实现的，比例阀控液压马达独立变桨距系统，包括：检测单元，用以检测桨叶桨距角、风轮转速和发电机转子转速；独立变桨距控制单元，用以根据检测单元检测到的桨叶桨距角和风轮转速和发电机转子转速信号，判断风速与切入风速关系，并根据各桨叶的叶根载荷，获得各个桨叶所需的桨距角，并输出相应的控制信号；以及变桨距执行单元，根据独立变桨距控制单元输出的控制信号，分别独立调节各桨叶的桨距角。

进一步，所述变桨距执行单元包括比例阀控液压系统，每一风轮对应的一套比例阀控液压系统，通过控制比例阀控液压系统中的液压马达的输出转矩和转角来驱动桨叶轮毂内齿圈转动，带动桨叶旋转达到所需的桨距角。

进一步，所述检测单元，包括风速仪，用于检测风速信号；角速度传感器，用于检测发电机转子转速与风轮转速；旋转编码器，用于检测比例阀控液压系统中液压马达的主轴转角；以及扭矩传感器，用于检测发电机主轴的扭矩。

进一步，当独立变桨距控制单元判知风速小于切入风速时，向变桨距执行单元发出不开启指令，使桨距角保持在90度位置。

进一步，当独立变桨距控制单元判知风速大于切入风速但小于额定风速时，向变桨距执行单元发出启动指令，控制桨距角到0度位置。