[实用新型]一种用于海上大功率风电机组的变桨系统

说明书

技术领域

本实用新型属于风力发电机组的驱动自动控制技术，特别就一种用于海上大功率风电机组的变桨系统。 

背景技术

风能是可再生能源中技术最成熟、最具有可开发价值的清洁能源。全球各国都在大力发展陆上风电的同时，也在积极稳妥的推进海上风电的开发。变桨系统是变桨距风电机组采用的一种最优启动和限制并稳定机组功率输出的控制系统的驱动机构。 

目前，陆上的风电机组采用的变桨系统从控制方式上可分为集中式变桨系统和独立变桨系统，而海上风电机组主要采用独立变桨系统。无论是陆上还是海上的风电机组，其采用的独立变桨系统从动力源角度来分有两种：液压变桨系统和电动变桨系统，这些独立变桨系统虽然每个叶片都有独立的一套变桨驱动系统，也能够在一定风速下实现所要的桨距角变化，但是三个叶片的变桨驱动器得到来自主控系统的指令使得各桨距角的改变是同步的，即无论在启动过程中、欠功率运行还是额定功率运行时，三个叶片的桨距角始终是相同的，其独立变桨主要体现在两个方面，一是风电机组的某一套变桨系统出现故障而不能变桨时，另外两套变桨系统能够收桨达到气动刹车的效果并使风电机组紧急停机，二是在调试时能够手动独立的对单个变桨系统进行性能测试，但是其不能解决由于风的剪切效应和塔筒的塔影效应造成叶片在旋转的过程中承受周期性的气动力而带来的振动和疲劳问题，尤其是海上风电建设成本高昂、可到达性差、运行和维护费用高等特点，海上风电机组的大型化发展已经是趋势，机组的转子直径越大，这些问题就越突出。所以目前风电市场采用的独立变桨系统只是部分独立变桨系统，不是完全独立变桨系统。 

以海上5mW变桨距风电机组为例，如果采用部分独立变桨系统，叶片在额定风速下，叶片扫掠过程中的最低端和最高端由于垂直高度上风速增加影响，不同位置输出力矩之差也可达20％左右，这种力矩脉动是普通部分独立变桨系 统无法解决的。而完全独立循环变桨系统可以很好解决垂直高度上的风速变化对风机的影响，减轻输出力矩脉动，减少传动系统的故障率，提高系统运行可靠性和稳定性，从而提高机组运行寿命。 

另外，目前部分独立变桨系统采用的液压变桨的系统结构复杂，存在漏油，各种阀芯易卡涩，控制精度在冬季和春季有差别和维护不方便等问题。而采用的电动变桨驱动系统的电机为直流电机和异步电机，直流电动机存在换向装置，高速换向时还可能有火花，转子容易发热，需要定期维护等缺点；异步电机也存在转子发热，控制方法复杂，不容易实现高精度控制等问题。 

综上，目前风电行业普遍采用的部分独立变桨系统存在如下问题： 

1、液压变桨驱动结构复杂、存在漏油，各种阀芯易卡涩，控制精度在冬季和春季有差别和维护不方便等问题。 

2、直流电动机需励磁电流和存在换向装置，高速换向时还可能有火花，转子容易发热，需要定期维护等。 

3、异步电机由于励磁电流的存在使转子发热，控制方法复杂，不容易实现高精度控制等问题。 

4、不能解决叶片在不同位置由于风的剪切效应和塔筒的塔影效应造成的叶片上变化的气动力带来的转子轴线振动和支撑件的疲劳问题。 

对于转子直径非常大的海上风电机组，这些问题越显得突出，而海上风电建设成本高昂、可到达性差、运行和维护费用非常高，必须要避免以上问题。 

发明内容

为了避免上述变桨方案中存在的缺点和不足，本实用新型的目的是要提供一种不仅设计更加合理，结构简单，而且具有节约能源，机组全寿命成本低，工作可靠，维护工作量小，操作安全和使用方便的完全独立循环变桨的用于海上大功率风电机组的变桨系统。 

本实用新型的目的是采用如下的技术方案实现的： 

一种用于海上大功率风电机组的变桨系统，包括每个叶片上独立的变桨驱动系统、变桨控制系统、限位开关、角度编码器和滑环， 

所述的变桨驱动系统安装在机舱前部的轮毂内，其通信和动力是通过与机舱内的主控制系统相连的滑环来实现的；变桨驱动系统包括驱动系统、永磁电动机、减速器、叶根传感器、变桨轴承、旋转编码器和蓄电池，所述的驱动系 统通过电缆与永磁电动机相连，永磁电动机的输出轴与减速器的输入轴相连，减速器的输出小齿轮与变桨轴承的内齿圈相啮合，编码器在永磁电动机的尾部，蓄电池通过电缆与驱动系统和变桨控制系统相连；