一种风力发电机组预测型恒速箱系统及恒速控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风力发电机组预测型恒速箱系统及恒速控制方法，系统包括行星轮系、控制齿轮、动力源、风速计、控制器，行星轮系中齿圈的外圆周设为齿轮面与控制齿轮啮合，行星轮系的行星架、太阳轮分别与风力发电机组的风轮轴、发电机主轴固接，动力源与控制齿轮传动连接，控制器与动力源控制连接，风速计设置于风力发电机组工作环境中，风速计与控制器信号传递连接。本发明专利技术方法由控制器根据风速计数据预测得到风轮轴转速，再通过动力源控制控制齿轮的转速，使发电机主轴转速保持恒定为设定目标值。本发明专利技术在外界条件发生变化时，通过主动式的控制能够得到更稳定的输出结果，更好地利用风能发电。用风能发电。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组预测型恒速箱系统及恒速控制方法


[0001]本专利技术涉及风力发电机组恒速控制系统领域，具体是一种风力发电机组预测型恒速箱系统及恒速控制方法。

技术介绍

[0002]风力发电机组进行发电时，风带动叶轮旋转形成机械转矩，然后通过主轴传动链，经齿轮箱增速到异步发电机的主轴所需要的转速，通过发电机形成发电。常用的齿轮箱是定速比的，所以在风速发生变化时，叶轮的转速即会发生变化，致使齿轮箱增速后的发电机主轴的转速发生变化，发电机发出的电能频率就会波动，导致发出的电能降低或直接失去实际应用价值，只能独立使用，难以并入主流电网。
[0003]目前风力发电机组采用定速比的齿轮箱机构对叶轮转速进行增速，现有技术对于风速的变化导致的发电机主轴速度变化的解决措施采用一定的调速机构来解决，以控制发电机的输出稳定，常用的解决措施是控制叶轮的转矩输出，采用叶轮偏向、改变气动阻力、加装桨矩调整等措施设置调速机构。但这些调速结构不是针对对传动系统的齿轮箱部分进行的，而是调整叶轮的方向或改变风叶的角度或是改变风叶的桨矩等。采用上述解决措施不仅增加机械结构的复杂程度，发电机组的叶轮等关键部件的强度也会受到影响，失效概率增加，维护变得更加困难，同时，还降低了风能的利用效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种风力发电机组预测型恒速箱系统及恒速控制方法，以解决现有技术风力发电机组在风速变化时存在的输出电能的频率不稳定的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：/>[0006]一种风力发电机组预测型恒速箱系统，其特征在于：包括行星轮系、控制齿轮、动力源、风速计、控制器，所述行星轮系包括齿圈、太阳轮、行星轮、行星架，所述齿圈的外圆周设为齿轮面，行星轮系的行星架与风力发电机组的风轮轴固接，行星轮系的太阳轮与风力发电机组的发电机主轴固接，所述控制齿轮与行星轮系中齿圈外圆周的齿轮面啮合，所述动力源与控制齿轮传动连接，所述控制器与动力源控制连接，所述风速计设置于风力发电机组工作环境中，风速计与控制器信号传递连接，由风速计采集风力发电机组工作环境风速数据并传送至所述控制器。
[0007]所述的一种风力发电机组预测型恒速箱系统，其特征在于：所述控制器电连接有风轮转速传感器，所述风轮转速传感器工作配合于风力发电机组的风轮轴，由风轮转速传感器感测风力发电机组中风轮轴转速并将转速数据送入控制器。
[0008]所述的一种风力发电机组预测型恒速箱系统，其特征在于：所述控制器电连接有主轴转速传感器，所述主轴转速传感器工作配合于风力发电机组的发电机主轴，由主轴转速传感器感测风力发电机组中发电机主轴实际转速并将转速数据送入控制器。
[0009]一种基于预测型恒速箱系统的风力发电机组恒速控制方法，其特征在于：由控制
器根据所述风速计测量得到的风速数据，预测得到当前风速下所述风力发电机组中风轮轴转速变化量，再结合所述齿圈与太阳轮的齿数比、齿圈与控制齿轮的齿数比，通过动力源控制所述控制齿轮的转速，进而控制所述齿圈转速，使所述风力发电机组中发电机主轴转速保持恒定为设定目标值。
[0010]所述的风力发电机组恒速控制方法，其特征在于：所述控制器基于控制公式控制所述控制齿轮的转速，使所述风力发电机组中发电机主轴转速保持恒定为设定目标值，控制公式如下：
[0011]n4＝b((1+a)(n
3+
Δn3)
‑
n1)/a，
[0012]其中：a为行星轮系中齿圈与太阳轮的齿数比；b为齿圈与控制齿轮的齿数比；
[0013]n1为行星轮系中太阳轮的转速，由于太阳轮与风力发电机组的发电机主轴固接，故n1即为风力发电机组的发电机主轴需要保持恒定的设定目标值；
[0014]n3为行星轮系中行星架的当前转速，由于行星架与风力发电机组的风轮轴固接，故n3即为风轮转速传感器测得的风力发电机组中风轮轴转速；
[0015]Δn3为行星架转速的变化量，由于行星架与风力发电机组的风轮轴固接，故Δn3即为控制器根据所述风速计测量数据预测得到的风轮轴转速变化量，Δn3初始值为0；
[0016]n4为控制齿轮的受控转速。
[0017]所述的风力发电机组恒速控制方法，其特征在于：由控制器获取主轴转速传感器感测得到的风力发电机组中发电机主轴实际转速，并结合风力发电机组中发电机主轴转速需要保持恒定的设定目标值，得到修正系数，然后通过修正系数对所述控制齿轮的受控转速进行修正，使风力发电机组中发电机主轴转速保持恒定为设定目标值。
[0018]所述的风力发电机组恒速控制方法，其特征在于：设修正系数为c，当发电机主轴的实际转速大于需要保持恒定的设定目标值时，使所述控制齿轮的受控转速修正为：(1+c)*修正前控制齿轮的受控转速；
[0019]当发电机主轴的实际转速小于需要保持恒定的设定目标值时，使所述控制齿轮的受控转速修正为：(1
‑
c)*修正前控制齿轮的受控转速。
[0020]针对风力发电机组的工作环境中风速不受控制的客观环境，本专利技术系统通过行星轮系构建风轮轴和发电机组主轴之间的传动机构，同时构建控制齿轮用于对行星轮系中的齿圈进行控速，进而实现控制发电机组主轴转速的目的。本专利技术方法利用风速计测量环境风速用于预测风轮轴风速数据，根据风速计测量的风速数据，预测得到风轮轴在当前风速下能够达到的转速，根据预测得到的风轮轴的转速，通过控制齿轮实现对行星轮系的控制，进而实现使发电机主轴转速保持恒定为设定目标值。通过上述方式，最终得到频率稳定的发电机电能输出。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优点为：
[0022]本专利技术在风速变化时，可以使发电机组主轴输出稳定的转速，使发电机组能输出频率稳定的电能。本专利技术无需改变叶轮的整体性或对叶轮的偏向、风叶的安装角度或桨矩等进行调整或改变，降低了风力发电机组的复杂程度，增加了可靠性，提高风能的利用效率。
[0023]本专利技术简化了风力发电机组的机械结构，应用电子控制技术能更快地主动响应外界条件的变化，在外界条件发生变化时，通过主动式的控制能够得到更稳定的输出结果，更
好地利用风能发电。
附图说明
[0024]图1是本专利技术系统结构原理图；
[0025]图2是本专利技术系统中行星轮架部分结构原理图；
[0026]图3是本专利技术方法流程图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0028]如图1、图2所示，本专利技术风力发电机预测型恒速箱系统由齿轮箱装置和电子控制系统组成，其中齿轮箱装置包括太阳轮4、行星轮5、行星架6、齿圈7构成的行星轮系，以及风轮轴1、控制齿轮8、发电机主轴13。
[0029]本专利技术中，行星轮系为太阳轮4、行星架6、齿圈7、控制齿轮8构成的四元件不定传动比的行星轮系，行星轮系中的太阳轮4、行星架6、齿圈7全部可以转动。风力发电机组中风轮轴1与行星架6在回转轴线上同轴固接，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组预测型恒速箱系统，其特征在于：包括行星轮系、控制齿轮、动力源、风速计、控制器，所述行星轮系包括齿圈、太阳轮、行星轮、行星架，所述齿圈的外圆周设为齿轮面，行星轮系的行星架与风力发电机组的风轮轴固接，行星轮系的太阳轮与风力发电机组的发电机主轴固接，所述控制齿轮与行星轮系中齿圈外圆周的齿轮面啮合，所述动力源与控制齿轮传动连接，所述控制器与动力源控制连接，所述风速计设置于风力发电机组工作环境中，风速计与控制器信号传递连接，由风速计采集风力发电机组工作环境风速数据并传送至所述控制器。2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组预测型恒速箱系统，其特征在于：所述控制器电连接有风轮转速传感器，所述风轮转速传感器工作配合于风力发电机组的风轮轴，由风轮转速传感器感测风力发电机组中风轮轴转速并将转速数据送入控制器。3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组预测型恒速箱系统，其特征在于：所述控制器电连接有主轴转速传感器，所述主轴转速传感器工作配合于风力发电机组的发电机主轴，由主轴转速传感器感测风力发电机组中发电机主轴实际转速并将转速数据送入控制器。4.一种基于权利要求1
‑
3中任意一项所述预测型恒速箱系统的风力发电机组恒速控制方法，其特征在于：由控制器根据所述风速计测量得到的风速数据，预测得到当前风速下所述风力发电机组中风轮轴转速变化量，再结合所述齿圈与太阳轮的齿数比、齿圈与控制齿轮的齿数比，通过动力源控制所述控制齿轮的转速，进而控制所述齿圈转速，使所述风力发电机组中发电机主轴转速保持恒定为设定目标值。5.根据权利要求4所述的风力发电机组恒速控制方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵迎生，邵金均，刘智强，卢国东，王利利，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：