[发明专利]一种兆瓦级风力发电机组变桨系统及其变桨控制方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种兆瓦级风力发电机组变桨系统及其变桨控制方法。

背景技术

为了提高兆瓦级风力发电机组的市场竞争力，既要提高风机质量、减少运行维护成本，也要尽量降低风机的生产成本。变桨系统是兆瓦级风力发电机组的关键子系统之一，若变桨系统时常发生故障或经常需要停机维护，必然导致兆瓦级风力发电机组运行维护成本的升高。随着滨海型或海上型风力发电机组越来越受到政策支持和市场关注，其高额的维护成本要求子其系统具备更高的可靠性和免维护性。变桨系统作为风力发电机组的关键子系统之一，其可靠性和免维护性在实际应用中显得尤为重要。

目前兆瓦级风力发电机组的变桨系统一般采用铅酸蓄电池作为后备电源。铅酸蓄电池由于成本低在变桨系统中应用最早，市场占有率较高，但其充电时间长、不耐低温且维护周期短。兆瓦级风力发电机组的变桨系统在使用铅酸蓄电池作为后备电源的模式下，为保证风机安全，必须经常对铅酸蓄电池的容量进行检测。以普通风电用蓄电池为例，在风机运行的前六个月，每个月必须检测一次；在第六到十二个月，每两个星期必须检测一次；在第十二到十八个月，每个星期必须检测一次；风机运行满十八个月，所有铅酸蓄电池必须全部更换。而且，为保证检测结果准确，在检测前必须充电满4个小时。因此，铅酸蓄电池在使用过程中会占用大量的维护时间，而经常定期更换也使得物料成本居高不下，使风机运行维护的人力成本与物料成本大大升高。另外，由于在低温时铅酸蓄电池活性会大大降低，变桨系统必须时刻维持电池柜的温度在一个适宜的范围内，在增加了系统复杂性的同时降低了系统可靠性。

现有技术中，申请号为201010220250.8的中国发明专利一种风力发电机组电动变桨系统,包括第一轴伺服驱动器、第二轴伺服驱动器以及第三轴伺服驱动器三个轴伺服驱动器;第一轴伺服驱动器与第一执行单元相连,第二轴伺服驱动器与第二执行单元相连,第三轴伺服驱动器与第三执行单元相连;所述第一轴伺服驱动器或第二轴伺服驱动器或第三轴伺服驱动器作为主伺服驱动器与主控控制器相通讯;所述主伺服驱动器与作为辅伺服启动器的其他两个轴伺服驱动器相通讯;或,所述第一轴伺服驱动器、第二轴伺服驱动器和第三轴伺服驱动器与所述主控控制器均相通讯。本发明提供了一种风力发电机组电动变桨系统,用于实现减少通讯节点,降低通讯故障率。申请号为201010258521.9中国发明专利公开了一种用于风力发电机组的变桨系统,包括变桨轴承,还包括相互配合的第一锁定件和第二锁定件,所述第一锁定件与所述变桨轴承的轴承内圈固定连接,所述第二锁定件与所述风力发电机组的轮毂固定连接,所述第一锁定件和所述第二锁定件可选择地在锁定动力部件的作用下锁紧。本发明所提供的变桨系统改善了变桨轴承的工作环境和受力状态,延长了变桨轴承的使用寿命,降低了变桨轴承卡死可能性,进而提高了变桨系统的可靠性。申请号为201110261821.7的中国发明专利申请一种风力发电机组的变桨系统包括机舱柜、滑环、变桨驱动器、变桨电机和变桨减速器,所述风力发电机组的变桨系统还包括通用变频器和转换开关,其中,机舱柜从塔底接收电能;通用变频器连接到发电机组中的定子单元,从发电机组接收电能,并进行频率转换;当需要执行变桨操作时,转换开关选择性地将来自机舱柜的电能或来自通用变频器的电能通过滑环提供给变桨驱动器;变桨驱动器使用从转换开关接收的电能驱动变桨电机;变桨电机再驱动变桨减速器将桨叶转动到顺桨位置。所述变桨系统直接利用发电机输出的电能,避免采用额外备电设备,降低了故障率和成本,具有较强的移植性。上述现有技术均没有很好地解决前述技术问题，有待进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种兆瓦级风力发电机组变桨系统，其能适应低温环境、大大降低维护工作量、降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：所述兆瓦级风力发电机组变桨系统，包括充电机、直流24伏电源模块、直流母线、变桨控制器、现场通讯总线、变桨驱动器、变桨电机以及用于电网失电或发生故障时作为后备电源给变桨驱动器提供能量的超级电容，所述充电机、直流母线和直流24伏电源模块用于为兆瓦级风力发电机组变桨系统提供电源，所述超级电容直接挂在直流母线上，为减少超级电容模块的数量，直流母线的电压为低电压；所述变桨驱动器是低压变频器；所述兆瓦级风力发电机组变桨系统通过现场通讯总线与风力发电机组主控制器相连；所述主控制器将指令发送给变桨控制器，变桨控制器根据接收到的主控制器的指令来控制低压变频器，低压变频器驱动变桨电机，从而控制风力发电机组叶片到达相应位置。