一种无滑环结构风力机电动变桨系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无滑环结构风力机电动变桨系统及其控制方法，系统包括变桨电机系统，桨距角传感器，变压变流装置，控制器，轮毂无线通讯设备，储能电池，变压器，永磁同步电机，变量马达，变量泵，主轴，机舱无线通信设备和机舱总控制器。本方法取消了变桨系统传输电能和信号的滑环部件，直接在旋转的轮毂内产生电能并向轮毂内的控制器和变桨系统及储能蓄电池供电，变桨系统与机舱之间的控制信号传递依靠无线通信设备完成，该变桨系统不需要外部供电，能充分利用风机启动、停止过程中风轮吸收的能量，取消了变桨风力机中的滑环结构，适用于直驱型风力发电机，在大型化风力机开发的背景下具有良好的转化应用前景。

An electric pitch control system of wind turbine without slip ring structure and its control method

The invention discloses an electric propeller converter system of a wind turbine without slip ring structure and its control method. The system comprises a propeller converter motor system, a pitch angle sensor, a voltage converter, a controller, a hub wireless communication device, an energy storage battery, a transformer, a permanent magnet synchronous motor, a variable motor, a variable pump, a spindle, and a cabin wireless. Communication equipment and engine room master controller. This method eliminates the slip ring components of the pitch system which transmit electric energy and signals, directly generates electric energy in the rotating hub and supplies power to the controller and the pitch system and the energy storage battery in the hub. The control signal transmission between the pitch system and the engine room is completed by the wireless communication equipment. The pitch system does not need external power supply. It can make full use of the energy absorbed by the wind wheel during the start and stop of the fan, and cancel the sliding ring structure of the variable-pitch wind turbine. It is suitable for the direct-drive wind turbine. It has a good application prospect in the development of large-scale wind turbine.

【技术实现步骤摘要】
一种无滑环结构风力机电动变桨系统及其控制方法
本专利技术涉及超大型风力发电机，特别是一种无滑环结构风力机电动变桨系统及其控制方法，属于风力发电领域。
技术介绍
目前几乎所有大型并网可变桨风力机都使用滑环来向风力机旋转轮毂内的变桨系统传输电力和控制信号，目前市场上的大部分风机滑环采用复合金属电刷或单线贵金属电刷。复合金属电刷在运行中一般会产生纯机械磨损和在电流作用下的电气磨损和机械磨损，另外这种电刷材料对湿度较为敏感，超出一定湿度范围容易造成磨损不均，因此复合金属型滑环需要定期维护。单线贵金属电刷相对较小的尺寸导致其载流能力有限，贵金属的触点始终保持充分润滑十分困难。另外，目前并网型风力机在风力机叶轮开始旋转到风力机达到切入风速开始发电，和风力机低于切入风速一直到停止运动，这两个风力机低速旋转运行但不并网发电工况风机吸收的能量没有得到利用。面对风力机不断大型化的趋势，风力机启动和停机过程中的能量也会越来越可观。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是风力机启动、停机过程中吸收的风能不能充分有效利用，提供一种新型风力机变桨系统替代现有滑环供电和传输信号的方案。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种无滑环结构风力机电动变桨系统，包括轮毂舱、机舱和风轮，所述机舱包括主轴、机舱无线通信设备、机舱总控制器，所述轮毂舱包括变量泵、变量马达、永磁同步发电机、轮毂内控制器、变压变流装置、桨距角传感器、变桨电机系统、储能蓄电池、轮毂无线通信设备，所述主轴与变量泵连接，变量泵的液压油路与变量马达的液压油路连接，变量马达的机械输出端连接永磁同步发电机的输入端，永磁同步发电机输出端与变压变流装置相连接，变压变流装置与储能蓄电池充电端连接，变压变流装置与变桨电机系统连接，变桨电机系统与储能蓄电池连接，轮毂内控制器分别与变量泵、变量马达、变压变流装置、桨距角传感器、变桨电机系统、储能蓄电池、轮毂无线通信设备相连接，机舱无线通信设备与机舱总控制器连接，机舱无线通信设备与轮毂无线通信设备无线通信，风轮连接变桨电机系统。作为进一步的优选方案，所述主轴为固定的，变量泵固定安装在所述主轴上。作为进一步的优选方案，所述变量泵包括油路、泵体和泵轴，所述油路和泵体随整个轮毂旋转部件旋转，所述泵轴固定连接在主轴上。作为进一步的优选方案，所述轮毂旋转部件上具有测风设备和风轮转速传感器，测风设备连接风轮转速传感器，风轮转速传感器连接机舱总控制器。一种无滑环结构风力机电动变桨系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1：由测风设备得到风速信号，风轮转速传感器将风轮转速信号输入机舱总控制器，同时，桨距角传感器生成桨距角信号，通过轮毂内控制器、轮毂无线通信设备、机舱无线通信设备输入到机舱总控制器；步骤2：机舱总控制器对储能蓄电池电量、温度信号，桨距角信号和风机实时的风轮转速，风速，偏航角度数据进行处理，发出相应变桨信号，变桨信号通过机舱无线通信设备发射到轮毂无线通信设备，轮毂无线通信设备再传输到轮毂内控制器；步骤3：轮毂内控制器根据收到的目标桨距角信号，同时综合当前桨距角信号和储能蓄电池状态信号，调节变量泵和变量马达控制输出总能量，变量泵和变量马达构成的液压系统产生的能量通过永磁同步发电机转化为电能；步骤4：上述电能输出到变压变流装置，经过变压变流装置，根据轮毂内控制器发来的控制信号，决定是向变桨电机系统供电还是向储能蓄电池充电，也可按照一定比例分别供电；步骤5：变桨电机系统根据轮毂控制信号，由储能蓄电池或变压变流装置获得电力，驱动变桨电机系统，完成控制信号所需变桨动作；步骤6：完成变桨动作时桨距角信号更新，重新向机舱总控制器反馈，完成闭环控制。与现有技术相比，本方法的一种无滑环结构风力机电动变桨系统及其控制方法，取消了变桨系统传输电能和信号的滑环部件，直接在旋转的轮毂内产生电能并向轮毂内的控制器和变桨系统及储能蓄电池供电，变桨系统与机舱之间的控制信号传递依靠无线通信设备完成，该变桨系统不需要外部供电，能充分利用风机启动、停止过程中风轮吸收的能量，取消了变桨风力机中的滑环结构，适用于直驱型风力发电机，在大型化风力机开发的背景下具有良好的转化应用前景。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的控制方法流程图；其中，1-主轴，2-变量泵，3-变量马达，4-永磁同步发电机，5-轮毂内控制器，6-变压变流装置，7-桨距角传感器，8-变桨电机系统，9-储能蓄电池，10-轮毂无线通信设备，11-机舱无线通信设备，12-机舱总控制器，13-轮毂舱，14-机舱，15-风轮。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的优选技术方案。如图1所示，本专利技术的一种无滑环结构风力机电动变桨系统，本专利技术基于液压系统和电气装置，使得风力机不需要滑环结构传递电能和信号，并且能充分利用风力机启动和停机过程中风力机吸收的风能，实现风力机总体效率的提升，系统主要包括轮毂舱13、机舱14和风轮15，所述机舱14包括主轴1、机舱无线通信设备11、机舱总控制器12，所述轮毂舱13包括变量泵2、变量马达3、永磁同步发电机4、轮毂内控制器5、变压变流装置6、桨距角传感器7、变桨电机系统8、储能蓄电池9、轮毂无线通信设备10，所述主轴1与变量泵2连接，变量泵2的液压油路与变量马达3的液压油路连接，变量马达3的机械输出端连接永磁同步发电机4的输入端，永磁同步发电机4输出端与变压变流装置6相连接，变压变流装置6与储能蓄电池9充电端连接，变压变流装置6与变桨电机系统8连接，变桨电机系统8与储能蓄电池9连接，轮毂内控制器5分别与变量泵2、变量马达3、变压变流装置6、桨距角传感器7、变桨电机系统8、储能蓄电池9、轮毂无线通信设备10相连接，机舱无线通信设备11与机舱总控制器12连接，机舱无线通信设备11与轮毂无线通信设备10无线通信，风轮15叶片内部连接变桨电机系统8，风轮15外部与轮毂舱13连接；整个变桨系统的动力来源于轮毂内的变量泵2和变量马达3构成的液压系统，轮毂旋转部件内的控制信号与机舱内的控制信号传递依靠轮毂无线通信设备10与机舱无线通信设备11完成，取代传统风力机变桨系统依靠滑环传输变桨系统所需电力和控制信号，实现变桨系统能量无需外部供电，并能充分利用风力机启动与切入风速之间风力机产生的能量。所述主轴1为固定的，只起到支撑作用，变量泵2固定安装在所述主轴1上。所述变量泵2包括油路、泵体和泵轴，所述油路和泵体随整个轮毂旋转部件旋转，所述泵轴固定连接在主轴1上。所述轮毂旋转部件上具有测风设备和风轮转速传感器，测风设备连接风轮转速传感器，风轮转速传感器连接机舱总控制器12。一种无滑环结构风力机电动变桨系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1：由测风设备得到风速信号，风轮转速传感器将风轮转速信号输入机舱总控制器12，同时，桨距角传感器7生成桨距角信号（间隔一定时间生成一次桨距角信号，具体时间由不同的控制策略决定），通过轮毂内控制器5、轮毂无线通信设备10、机舱无线通信设备11输入到机舱总控制器12；步骤2：机舱总控制器（12）对储能蓄电池电量、温度信号，桨距角信号和风机实时的风轮转速，风速，偏航角度数据进行处理，发出相应变桨信号，变桨信号通过机舱无线通信设备11发射到轮毂无线通信设备10，轮毂无线通信设备1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无滑环结构风力机电动变桨系统，其特征在于：包括轮毂舱（13）、机舱（14）和风轮（15），所述机舱（14）包括主轴（1）、机舱无线通信设备（11）、机舱总控制器（12），所述轮毂舱（13）包括变量泵（2）、变量马达（3）、永磁同步发电机（4）、轮毂内控制器（5）、变压变流装置（6）、桨距角传感器（7）、变桨电机系统（8）、储能蓄电池（9）、轮毂无线通信设备（10），所述主轴（1）与变量泵（2）连接，变量泵（2）的液压油路与变量马达（3）的液压油路连接，变量马达（3）的机械输出端连接永磁同步发电机（4）的输入端，永磁同步发电机（4）输出端与变压变流装置（6）相连接，变压变流装置（6）与储能蓄电池（9）充电端连接，变压变流装置（6）与变桨电机系统（8）连接，变桨电机系统（8）与储能蓄电池（9）连接，轮毂内控制器（5）分别与变量泵（2）、变量马达（3）、变压变流装置（6）、桨距角传感器（7）、变桨电机系统（8）、储能蓄电池（9）、轮毂无线通信设备(10)相连接，机舱无线通信设备（11）与机舱总控制器（12）连接，机舱无线通信设备（11）与轮毂无线通信设备（10）无线通信，风轮（15）连接变桨电机系统（8）。...

【技术特征摘要】
1.一种无滑环结构风力机电动变桨系统，其特征在于：包括轮毂舱（13）、机舱（14）和风轮（15），所述机舱（14）包括主轴（1）、机舱无线通信设备（11）、机舱总控制器（12），所述轮毂舱（13）包括变量泵（2）、变量马达（3）、永磁同步发电机（4）、轮毂内控制器（5）、变压变流装置（6）、桨距角传感器（7）、变桨电机系统（8）、储能蓄电池（9）、轮毂无线通信设备（10），所述主轴（1）与变量泵（2）连接，变量泵（2）的液压油路与变量马达（3）的液压油路连接，变量马达（3）的机械输出端连接永磁同步发电机（4）的输入端，永磁同步发电机（4）输出端与变压变流装置（6）相连接，变压变流装置（6）与储能蓄电池（9）充电端连接，变压变流装置（6）与变桨电机系统（8）连接，变桨电机系统（8）与储能蓄电池（9）连接，轮毂内控制器（5）分别与变量泵（2）、变量马达（3）、变压变流装置（6）、桨距角传感器（7）、变桨电机系统（8）、储能蓄电池（9）、轮毂无线通信设备(10)相连接，机舱无线通信设备（11）与机舱总控制器（12）连接，机舱无线通信设备（11）与轮毂无线通信设备（10）无线通信，风轮（15）连接变桨电机系统（8）。2.根据权利要求1所述的一种无滑环结构风力机电动变桨系统，其特征在于：所述主轴（1）为固定的，变量泵（2）固定安装在所述主轴（1）上。3.根据权利要求2所述的一种无滑环结构风力机电动变桨系统，其特征在于：所述变量泵（2）包括油路、泵体和泵轴，所述油路和泵体随整个轮毂旋转部件旋转，所述泵轴固定连接在主轴（1）上。4.根据权利要求1所述的一种无滑环结构风力机电动变桨系统，其特征在于：所述轮毂旋转部件上具有测风设备和风轮转速传感器，测风设备连接风轮转速传感器，风轮转速传感器连接机舱总控制器（12）。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张远，蔡新，郭兴文，高强，边赛贤，常鹏举，胡莉，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32