[发明专利]一种风力发电机组非实时变桨控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种风力发电机组非实时变桨控制系统及控制方法，所述系统包括风速传感器、主控制系统、变桨滑环、变桨系统和变桨滑环刷丝控制开关。主控制系统安装于机舱内，分析机舱外风速传感器的风速信息、叶片信息并下达紧急指令、分时段变桨指令。变桨滑环安装于机舱内，用于主控制系统和变桨系统间的电气传输和信息传递。变桨滑环刷丝控制开关安装于机舱内，连接主控制系统和变桨滑环，根据分时段变桨指令来判断开合，控制变桨滑环中滑环与刷丝的接触和分离，继而控制变桨操作的执行和停止，实现非实时变桨操作。本发明可改善滑环磨损、散热等问题，延长滑环寿命，降低风机维护成本，并减少风机变桨驱动能源的浪费。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种风力发电机组变桨控制系统及控制方法。

背景技术

风能作为清洁能源，是新能源重要的发展方向，风力发电技术也成为发展应用较为成熟的能源技术，而其中海上风电的建设前景潜力很大。变桨系统作为风电机组的重要核心部件之一，保证了风电机组能够适应并完成不同工况下的风电能转换。风机的变桨系统主要有两个作用，一是实时调节风力发电机组叶片的桨距角，在保证风机安全工作的同时实现风能的最大限度利用；二是在发生机组故障或紧急情况如大风袭击时，使风电机组调节叶片的桨距角调至最大。

在风机叶片变桨系统中滑环起着举足轻重的作用，变桨滑环的工作原理：滑动触点通过滑环总成里的旋转接口传输电气信号和能量；电刷(或接触电刷)在旋转的滑环上滑动，并在其旋转过程中保持不间断接触。叶片实时变桨以保证准确对风，最大限度的转换风能，为了确保实时变桨时正确无误的电气信号传输，静止的电刷和旋转的滑环之间需要不间断的接触。在这种工作模式下，变桨滑环刷丝的磨损、散热、电弧等问题称为变桨系统的隐患，也导致变桨系统使用寿命有限、维护成本高昂。

关于变桨系统的已授权中国发明专利中，CN 201110451234.4(一种用于海上大功率风电机组的变桨系统及控制方法)、CN 201210140540.0(一种双馈感应风电机组的预报校正变桨控制方法)和CN 201210337850.1(风力发电机组的变桨控制方法、装置和风力发电机组)等，分别从独立变桨控制、双馈感应预报校正控制、动态性能控制与抑制扰动控制的角度出发，给出了不同的变桨系统控制方法，但提出的创新技术方案仍是基于风力发电机组现有的实时变桨模式，即根据风源情况实时调整桨距角。另一方面，关于滑环结构的专利，如中国实用新型专利CN 201220543620.6(纤维束刷式结构风电滑环)提出的纤维束刷式滑环结构，改善了滑环的耐磨性；实用新型专利CN 201420028094.9(风力发电机变桨滑环)，克服变桨滑环真空浇注一体工艺成型的缺陷，提供一种根据使用要求随意组合装配的变桨滑环通道数，已有专利中滑环结构的改善并没有改变变桨系统的实时控制方式，也没有提供非实时变桨的硬件基础。

现实中在风力发电机组正常工作时，风场的风向和风速虽然实时变化，但在风速稳定时，普遍存在风速波动小的情况，该时段风机叶片桨距角小幅波动，此时为了最大限度地利用风能而实时变桨是不需要的。

经过以上分析，可以看出现有风力发电机组的变桨系统控制技术存在以下缺陷：

(1)风力发电机组叶片变桨系统在实时工作时，变桨滑环和刷丝之间不间断接触，由此引发磨损、散热及清理等问题，这也导致变桨滑环使用寿命有限，风电机组维护成本高。

(2)在风力发电机组正常采风过程中，普遍存在某一时段内风速波动变化不大的情况，叶片实时变桨实现的是叶片桨距角的小幅波动，这种变桨操作是不必要的，也是对变桨驱动能源的一种浪费。

发明内容

为了克服现有技术缺陷，本发明提出一种风力发电机组非实时变桨控制系统及控制方法，可以减少滑环电刷引起的磨损、散热情况，延长变桨系统使用寿命，降低风力发电机组的维护成本，并且降低对变桨驱动能源的浪费。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：