[发明专利]电磁式风力发电机叶轮不平衡补偿装置及方法

说明书

本发明涉及一种电磁式风力发电机叶轮不平衡补偿装置及方法，该不平衡补偿装置包括控制模块、导轨模块和滑动质量模块；控制模块包括：用于接收叶轮不平衡状况信息的信号接收模块、用于计算补偿所需的滑动质量模块的滑动方向及距离的处理模块以及用于控制输入导轨模块中的电流状态的输出模块；导轨模块包括：用于形成产生安培力所需磁场的永磁导轨模块、用于为滑动质量模块供电以在其上产生安培力的通电导轨模块以及固定底板；滑动质量模块包括：质量块基体、用于在通电后产生安培力以带动滑动质量模块滑动的驱动模块以及刹车模块。该装置及方法可以快速、有效地补偿叶轮不平衡状态，减小不平衡状况对风机结构及发电功率的不良影响。

技术领域

本发明涉及风力发电机叶轮异常状况补偿技术领域，具体涉及一种电磁式风力发电机叶轮不平衡补偿装置及方法。

背景技术

叶轮作为风力发电机俘获风能最为重要的组成结构，其直接暴露在复杂的风况条件下，极易被风切变、塔影效应以及湍流等风况的不平衡因素所影响，从而加剧发电功率的波动与损失。与此同时，现代风机大型化的趋势导致风机叶片的几何尺寸和质量不断增大，叶轮在复杂条件下也更容易发生结构运行异常状况，如由于叶片重心偏移导致的叶轮质量不平衡和独立变桨故障引起的叶轮气动力不平衡等情况。这种叶轮结构的不平衡不仅加剧了发电功率的波动和损失，还会加重传动系统的疲劳载荷，增加发生机械故障的风险，严重缩短风机的使用寿命。无论是叶轮遭遇风况不平衡还是自身结构不平衡，如果能在探查到发生不平衡状况时快速进行补偿以恢复平衡状态，削弱甚至消除不平衡状况造成的影响，对于提高风机发电质量、维持健康运行以及延长使用寿命等都具有重大意义。

目前，风机叶轮在受到不平衡风速载荷时，大多通过独立变桨技术以调整各叶片气动力的方式进行平衡补偿。但这种方式会极大增加变桨系统的负担，尤其是当过风速（风速大于额定功率）等阶段需通过复杂的变桨策略来保持额定功率时，往往会忽略这种补偿以简化变桨机构运行。对由于叶片内部填充材料分布不均或表面覆冰等引起的叶轮质量不平衡，主要通过调整机头轮毂处的动平衡质量块来进行平衡补偿。但由于轮毂处距离叶轮中心点较近，需要较大质量的质量块来补偿，因此这种方式会显著增加叶轮的整体质量，从而在一定程度上降低风机的风能利用系数。此外，目前对于变桨误差或故障引起的叶片气动力不平衡状况，还没有切实可行的技术方法进行补偿。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁式风力发电机叶轮不平衡补偿装置及方法，该装置及方法可以快速、有效地补偿叶轮不平衡状态，减小不平衡状况对风机结构及发电功率的不良影响。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电磁式风力发电机叶轮不平衡补偿装置，包括控制模块以及安装固定于风力发电机叶片内部的导轨模块和滑动质量模块；

所述控制模块包括：

信号接收模块，与风力发电机监测及控制系统连接，以接收叶轮不平衡状况信息；

处理模块，用于根据接收到的叶轮不平衡状况信息，计算补偿所需的滑动质量模块的滑动方向及距离，并换算为所需安培力的大小及方向；以及

输出模块，用于控制输入所述导轨模块中的电流大小及方向；

所述导轨模块包括：

永磁导轨模块，用于约束所述滑动质量模块的滑动方向，并形成在其上产生安培力所需的磁场；

通电导轨模块，用于约束所述滑动质量模块的滑动方向，并为其供电，以在其上产生安培力；以及

固定底板，用于安装永磁导轨模块和通电导轨模块，并将导轨模块整体固定于风力发动机叶片上；

所述滑动质量模块设于所述导轨模块形成的滑动空间内，包括：

质量块基体，用于提供不平衡补偿所需的质量；

驱动模块，与所述通电导轨模块导电接触，以在通电后产生安培力，带动整个滑动质量模块滑动；以及