專利名稱：一種風輪轉速及槳距角控制系統及具有其的風力發電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及風カ發電機領域，具體涉及ー種風輪轉速及槳距角控制系統及具有其的風カ發電機。
背景技術：
風カ發電機組的效率是風機的關鍵性能指標，相同型號的機組效率提高可提高機組的發電量，如風電機組的設計壽命是20年，以I. 5麗機組為例，姆年滿功率發電時間2000小時，若效率提高1%，則每小時將多發電15KWh，一年將多 發電3萬KWh，20年將多發電60萬KWh。風電機組的效率主要受以下幾方面效率的影響，一是風輪葉片的風能利用系數，ニ是各機械部件的效率損失如齒輪箱、發電機、主軸承和電氣元件的發熱等，三是控制系統的控制策略。風輪葉片由于目前都采用比較成熟的翼型，國內、國外有時都使用相同的廠家的葉片，所以葉片的風能利用系數相差不大而且風能葉片的利用效率極限只有O. 593，而目前兆瓦級機組的葉片風能利用系數已達到O. 49，提升空間只有I %且提升難度較大。各種機械部件、電氣元件國內、國外有時也采用相同的部件，效率差異也很小。因此，從控制系統著手提聞發電效率為主要考慮方向。控制系統中的控制參數是基于理論計算和安裝在風機上的風速風向傳感器中參數共同控制。如圖I所示，傳統風機包括葉片I、輪轂2、機艙3、風向風速傳感器4及塔筒5 ;其中，風向風速傳感器4安裝在機艙3的尾部，受風輪的影響，風向風速傳感器4所測風カ已經通過葉片1，與實際輪轂2高度處的風速有很大的差別，這就導致主控系統(圖未示)發出的指令與葉片I處的實際風速不匹配，風輪的風能利用系數較低。
實用新型內容為了克服現有技術的上述缺陷和不足，本實用新型的第一目的在于提供一種有效利用風能的風輪轉速及槳距角控制系統，包括主控系統、變槳距執行機構、發電機、增速機，風輪轉速及槳距角控制系統還包括脈沖式風向風速儀；脈沖式風向風速儀安裝在風カ發電機靠近葉片迎風面的ー側，用于采集風速信息，并將風速信息傳送至主控系統；主控系統用于根據風速信息生成槳距角控制信息及轉距控制信息，并將槳距角控制信息發送至變槳距執行機構以調整槳距角，以及將轉距控制信息發送至發電機以通過調整發電機的轉矩控制增速機改變風輪轉速。進ー步地，脈沖式風向風速儀安裝在葉片上或輪轂的前段。進ー步地，脈沖式風向風速儀為激光脈沖式風向風速儀或超聲波脈沖式風向風速儀。為了克服現有技術的上述缺陷和不足，本實用新型的第二目的在于提供一種風カ發電機，包括葉片、輪轂及上述任ー種風輪轉速及槳距角控制系統。本實用新型的風輪轉速及槳距角控制系統實施例通過將脈沖式風向風速儀安裝在風カ發電機靠近葉片迎風面的ー側，提前采集將要作用到葉片的風速信息，并提前進行變速或變槳高效率的利用風能，以及減小作用在葉片上的有害載荷。
圖I為傳統風カ發電機的結構示意圖；圖2為本實用新型風輪轉速及槳距角控制系統實施例的結構示意圖；圖3為本實用新型風カ發電機實施例的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。如圖2所示，本實用新型風輪轉速及槳距角控制系統實施例包括主控系統11、變槳距執行機構13、發電機15、增速機17、脈沖式風向風速儀19 ;該脈沖式風向風速儀19安裝在風カ發電機靠近葉片12迎風面的ー側(其中圖2中箭頭所示方向為風向示意)，用于采集風速信息，并將風速信息傳送至主控系統11 ;主控系統11用于根據風速信息生成槳距角控制信息及轉距控制信息，并將槳距角控制信息發送至變槳距執行機構13以調整槳距角，以及將轉距控制信息發送至發電機15以通過調整發電機15的轉矩控制增速機17改變風輪轉速。具體操作時，該脈沖式風向風速儀19安裝在輪轂14的前段(如圖2所示)或葉片12上；脈沖式風向風速儀19可以為激光脈沖式風向風速儀或超聲波脈沖式風向風速儀。如圖2所示，由于將脈沖式風向風速儀19固定在輪轂14的前段，脈沖式風向風速儀19可以由輪轂供電系統(圖未示)和備用蓄電池(圖未示)兩個供電系統進行供電，脈沖式風向風速儀19的安裝位置便于其提前采集即將吹來的風速信息，如可測量輪轂14高度處前100米范圍的風速，主控系統11能及時地分析處理這些風速信息，并給發電機15發送轉距控制信息，以及給變槳執行機構13發出槳距角控制信息，這樣，整個風輪轉速及槳距角控制系統會在風カ到達葉片12之前對風輪轉速和槳距角進行凋整，以盡可能高的效率利用風能，即風カ發電機組在最優的葉尖速比運行以最大效率利用風能。此外，由于能提前根據風速信息凋整，葉片12也可以通過調整位置來減輕某些過高的風カ荷載。由于，本實用新型中風速采集設備需要安裝在運動部件上，如葉片12及輪轂14，與傳統安裝在靜止設備機艙上的風速采集設備不一樣，為了保證感測精度及效果，采用脈沖式風向風速儀即可。本實用新型風輪轉速及槳距角控制系統通過在輪轂前段或葉片上采用脈沖式風向風速儀以感測風速信息，改變傳統風機采集吹過風輪的風速信息，主控系統根據脈沖式風向風速儀采集的風速信息及時發出各種指令，以在風力到達葉片之前對風輪機轉速和槳距角進行凋整，保證風機始終最高效的利用風能。如圖3所示，本實用新型風カ發電機實施例包括葉片12、輪轂14、機艙16、塔筒18、脈沖式風向風速儀19 ;其中，脈沖式風向風速儀19安裝在輪轂14的前段(其中圖3中箭頭所示方向為風向示意)，當然還可以安裝在葉片12上，葉片12、輪轂14、機艙16、塔筒18的結構及功能與傳統風力發電機一致，不再贅述；可以理解的是，為了配合脈沖式風向風速儀19工作，本實施例也包括圖3未示的主控系統11、變槳距執行機構13、發電機15、增速機17等，也就是說，圖2的所有解釋說明均適用于本實施例。以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.ー種風輪轉速及槳距角控制系統，包括主控系統(11)、變槳距執行機構(13)、發電機(15)、增速機(17)，其特征在于，所述風輪轉速及槳距角控制系統還包括脈沖式風向風速儀(19);所述脈沖式風向風速儀(19)安裝在風カ發電機靠近葉片(12)迎風面的ー側，用于采集風速信息，并將所述風速信息傳送至所述主控系統(11); 所述主控系統(11)用于根據所述風速信息生成槳距角控制信息及轉距控制信息，并將所述槳距角控制信息發送至所述變槳距執行機構(13)以調整槳距角，以及將所述轉距控制信息發送至所述發電機(15)以通過調整所述發電機(15)的轉矩控制所述增速機(17)改變風輪轉速。
2.根據權利要求I所述的風輪轉速及槳距角控制系統，其特征在于，所述脈沖式風向風速儀(19)安裝在所述葉片(12)上或輪轂(14)的前段。
3.根據權利要求I或2所述的風輪轉速及槳距角控制系統，其特征在于，所述脈沖式風向風速儀(19)為激光脈沖式風向風速儀或超聲波脈沖式風向風速儀。
4.ー種風カ發電機，包括葉片(12)、輪轂(14)，其特征在于，還包括如上述權利要求1-3中任一項所述的風輪轉速及槳距角控制系統。
專利摘要本實用新型提出了一種風輪轉速及槳距角控制系統及具有其的風力發電機，其中，該風輪轉速及槳距角控制系統包括主控系統、變槳距執行機構、發電機、增速機、脈沖式風向風速儀；脈沖式風向風速儀安裝在風力發電機靠近葉片迎風面的一側，用于采集風速信息，并將風速信息傳送至主控系統；主控系統用于根據風速信息生成槳距角控制信息及轉距控制信息，并將槳距角控制信息發送至變槳距執行機構以調整槳距角，以及將轉距控制信息發送至發電機以通過調整發電機的轉矩控制增速機改變風輪轉速。本實用新型能提前進行變速或變槳高效率的利用風能并減小作用在葉片上的有害載荷。
文檔編號F03D9/00GK202451364SQ20122001718
公開日2012年9月26日 申請日期2012年1月16日 優先權日2012年1月16日
發明者丁濤, 王千, 趙曉然 申請人:三一電氣有限責任公司