[发明专利]基于电动有效阻尼的独立变桨系统及变桨方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种基于电动有效阻尼的独立变桨方法及变桨系统。

背景技术

目前的风力发电机组的变桨距控制机构通常是通过电磁扭矩控制系统对风力机三个桨叶进行统一控制，即桨叶节距角变化一致。但由于在整个风轮扫及面上风速并不均匀，由此会产生桨叶扭矩的波动并影响到风力机传动机构的机械应力及其疲劳寿命。显然对三个桨叶进行单独控制更为合理。采用传统统一控制的变桨距控制方式不能有效地保持电功率和风轮转速稳定的多目标控制。

目前现有技术存在的问题：1、传统变桨控制方式在保持稳定的风轮转速下，不能有效地降低电功率波动。2、统一变桨的风机所有桨叶由一个控制机构控制，进行相同的桨距角变化，因此一个变桨控制执行机构故障，必须停机维修。3、目前的独立变桨技术中常见的方案是，桨距角计算通常通过在轮毂内外装额外的位置传感器或在机舱内的主控安装应变传感器测量桨叶的位置，从而得到桨叶位置，进而分别计算每个桨叶的角度设定值。这种测量方法需要增加传感器及额外的硬件设备，而且需要连接传感器或测量设备，增加了风机内部的电缆连接，降低了风机整体运行的可靠性，且传感器测量时也容易造成信号干扰。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种基于电动有效阻尼的独立变桨方法及变桨系统。

本发明采用电动有效阻尼独立变桨控制，根据其在风机的水平轴垂直平面内旋转时所处的不同位置，通过变桨控制器计算和控制每个桨叶各自的桨距角，从而独立地变化桨距角，同时驱动器带动变桨电机分别动态调节三个叶片的变桨角度，对变桨角度进行独立修正。

本发明包括置于轮毂内的三套独立的电动变桨装置，通过电动阻尼器检测每个驱动器的电流确定三个桨叶所处空间位置，根据算法计算3个桨叶目标独立变桨角度设定值，从而对变桨角度进行独立修正。

本发明一种基于电动有效阻尼的独立变桨系统，即：所述每个叶片均具有独立的变桨装置，所述变桨装置包括变桨控制器、变桨驱动器、电动阻尼器及变桨电机，所述变桨驱动器分别连接变桨电机和电动阻尼器，变桨控制器连接变桨驱动器，三个变桨控制器分别连接风机主控控制器；通过风机主控控制器分别控制三个变桨控制器。

本发明的变桨方法：所述风机每一桨叶根据其在风机的水平轴垂直平面内旋转时所处的不同位置，通过变桨控制器计算和控制每个桨叶各自的桨距角，独立地变化桨距角；通过电动阻尼器检测每个桨叶变桨驱动器的电流，确定三个桨叶所处的空间位置，同时变桨驱动器带动变桨电机分别动态调节三个叶片的变桨角度，对变桨角度进行独立修正。

进一步地，其变桨方法，具体包括如下步骤：

（1）风机主控控制器下发给三个变桨控制器的桨叶角度控制命令，即桨叶角度设定值；

（2）变桨控制器接收风机主控控制器下发的统一变桨的桨叶角度设定值；

（3）变桨控制器读取变桨驱动器当前的电压信号和电动阻尼器检测到的变桨电机电流信号，得到三个桨叶所处空间方位位置；

（4）变桨控制器根据三个桨叶所处空间方位位置，计算三个桨叶目标独立变桨角度设定值；

（5）三个变桨控制器将上述目标独立变桨角度设定值命令转换为电压控制信号分别下发给变桨驱动器和电动阻尼器；

（6）变桨驱动器和电动阻尼器收到来自变桨控制器的电压控制信号命令后，通过输出电流和频率信号控制变桨电机，使其带动桨叶运行到目标角度值；

（7）变桨电机执行成功后会跳转到第（2）步骤；如果执行不成功或则退出程序。

进一步地，上述第（4）步中计算三个桨叶的目标独立变桨角度设定值，其计算方法包括如下步骤：

（1）变桨控制器获取到三个桨叶所处空间方位位置θ_Bi；

（2）根据桨叶位置方位角θ_Bi计算独立变桨加权值K_i：