一種風力發電機組的變槳系統的制作方法
【專利摘要】一種風力發電機組的變槳系統，屬于風力發電【技術領域】。包括風機主控柜、三個葉片及其葉片驅動器、變槳電機，每一葉片驅動器分別連接一臺變槳電機；在所述每個葉片驅動器上均分別連接有存儲能源的超級電容模組。本實用新型將超級電容充電器應用于風電變槳電機備用超級電容電池充電，可以保證槳葉在斷電等突發事故中能短時間工作，使槳葉受力最小，保證槳葉的安全。如果此時外部供電及電機抱閘失效，變槳系統存在安全鎖保護系統，根據電機剎車的單向制動原理，葉片會自動被風吹到順槳位置，能夠有效降低風機在故障后對風能的吸收。
【專利說明】—種風力發電機組的變槳系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于風電行業【技術領域】，具體是涉及一種風力發電機組的變槳系統。
【背景技術】
[0002]現有技術中，風電變槳電機一般連接外部電源作為后備電源，但由于風機運行環境惡劣，時有斷電情況發生。
[0003]目前風力發電行業變槳系統主要采用電池作為備用電源，而且普遍采用荷鉛酸蓄電池，這種電池屬于酸性液體電池，在惡劣的風場運行條件是不合適的，其體積重量較大，搬運不方便，使用命短，一般只有2?3年左右，增加維護成本。并且，在惡劣的風場運行環境下，風機運行存在很多未知因素，很多極端情況都有可能發生，假如外部電網掉電，備用電源系統亦失效，此時變槳系統內3個槳葉電機制動為被動剎車，很可能因電源失效而出現抱死現象，這樣就容易出現飛車甚至機毀等重大事故。
[0004]
【發明內容】
[0005]針對上述存在的技術問題，本發明提供一種風力發電機組變槳系統。它能夠保證槳葉在斷電等突發事故中能短時間工作，使槳葉受力最小，保證槳葉的安全。
[0006]本發明采用的技術方案是:
[0007]本發明一種風力發電機組的變槳系統，包括風機主控柜、三個葉片及其葉片驅動器、變槳電機，每一葉片驅動器分別連接一臺變槳電機；在所述每個葉片驅動器上均分別連接有存儲能源的超級電容模組。
[0008]進一步地，所述變槳電機為管狀電機，在每一變槳電機的電機軸上還分別設置有在失電后電機單方向制動，使葉片自動回到順槳位置的單向剎車裝置。
[0009]進一步地，所述單向剎車裝置包括外套、底座、限位組件、彈簧件，所述底座套裝在管狀電機軸上，所述外套的內徑與底座的外徑相配合，底座可在外套中自由轉動，外套內壁設有至少兩個與限位組件配合的凹槽，限位組件至少為兩個，對稱設置，底座上設有相應的彈簧件與限位組件接觸，限位組件在彈簧件的彈力作用下，其端部卡在凹槽內；限位組件受外力往一個方向轉動時，限位組件向底座中心靠攏，從凹槽中退出。
[0010]進一步地，所述限位組件由限位塊體和固定柱連接構成，在底座上沿圓周設置有與固定柱配合的盲孔，連接時，所述固定柱一端置于盲孔內。
[0011]本發明的有益效果:
[0012]1.本發明將超級電容充電器應用于風電變槳電機備用超級電容電池充電，可以保證槳葉在斷電等突發事故中能短時間工作，使槳葉受力最小，保證槳葉的安全。如果此時外部供電及電機抱閘失效，變槳系統存在安全鎖保護系統，根據電機剎車的單向制動原理，葉片會自動被風吹到順槳位置，能夠有效降低風機在故障后對風能的吸收。
[0013]2.本發明在變槳電機上采用單向制動剎車系統，當運行過程中變槳系統出現故障使葉片停留在某一工作位置時，電機剎車也同時吸合，但電機剎車為單向制動，它會阻止葉片向工作位置移動。當外力足夠大時，葉片會自動回到順槳位置，以保護風機安全。
[0014]3.本發明變槳系統采用的超級電容模組是高效元件。即使電流很高，其庫侖效率(定義為放出總電荷+用以補充放出電荷的充入總電荷)仍然大于99%，這意味著對超級電容充放電時電荷幾乎沒有損耗。由于該超級電容中搭配的等效串聯電阻(ESR)很低，因此往返效率也很高。以5秒速度運行時，往返效率高于70%。以10秒速度運行時，往返效率大于80%。如此一來，不僅能量能夠得到更有效的利用，而且熱度也不會太高，因此可能減少冷卻能量儲存系統的日常負載。5秒內放電到0.5伏，充電也以同樣的速度，直至超級電容充滿為止。
[0015]4.本發明中的超級電容模組中由于搭配一個很低的等效串聯電阻(ESR)，因此電容能夠發送以及吸收很高的電流。低等效串聯電阻能夠使電容迅速充電，因此電容很適合產生制動應用產品和其他快速充電的情況。電容本身的特點允許電容以同樣的速度充放電，這是電池做不到的。如果希望迅速為儲電裝置充電，可以在基于單程電阻加熱的合理限制內，以系統允許的速度為超級電容充電。在以電池供電的系統中，充電速度只能以電池接受的電量為準，系統因此受到限制，只能低速或中速充電，而且還有可能限制充電的頻率，這在順槳時電機制動系統中是非常重要的問題。另外，電池自身不能限制充電速度，在某些情況下，也許需要比電池所供電能還多的能量。本發明采用的超級電容模組是把超級電容和電池結合使用，利用二者的長處最佳化系統設計。
[0016]5.在設計能量強勁的電池系統中，確定電池的荷電狀態(S0C)和健康狀態(S0H)是一個非常重要的因素，需要復雜的資料擷取、復雜的運算法則和長時間的資料整合。比較來說，確定超級電容的荷電狀態和健康狀態則很簡單。由于在電容內儲存能量只是電容和電壓的功能，而且電容相對較為恒定，因此單程開放電路電壓測量就可以確定電荷狀態。由于電容相對穩定，因此電壓本身就能夠有效地確定電荷狀態。因為電容和等效串聯電阻的變化相對緩慢，偶爾也可以透過計算電容和等效串聯電阻確定健康狀態。對任何恒定電流進行短時間(2-10秒)放電，可以為計算電容和等效串聯電阻提供足夠的資料。由于這些數值變化緩慢，因此，當與荷電狀態開放電路電壓測量結合起來時，這個健康狀態資料點會提供確定超級電容工作狀況所需的所有資訊。
[0017]6.現有技術中像電池、專業發動機以及燃料電池這類能源在瞬態情況下表現不是很好。對一些元件來說，瞬態過程會極大縮短元件的使用壽命。本發明結合超級電容和這些能源的使用，可從主要的能源中空載很多此類瞬態值。這樣使得所需的主要能源變小，因此壽命會更長。超級電容-電池系統中的電池的壽命周期成本，比只使用電池的系統中的電池壽命周期成本低得多。
[0018]7.因為超級電容能夠完全放電后儲存。回圈使用以及工作壽命長，使超級電容成為很多應用產品的終生元件。由于更換電池這種正常的日常維護，費時費錢。大部分情況下，在系統中安裝超級電容可以滿足系統終生使用的需要。超級電容基本上不需要保養，沒有儲存效能，不存在放電過量的情況，能夠在任何額定電壓或低于額定電壓的情況下工作。如果始終在其很寬的工作電壓和溫度范圍內工作，超級電容則不需要維護保養。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明結構框圖。
[0020]圖2為圖1中單向剎車裝置示意圖。
[0021]圖3為圖2的立體結構示意圖。
[0022]圖4為圖2中限位組件結構示意圖。
[0023]圖中:1.主控柜，2.滑環，31、32、33.葉片驅動器，41、42、43.超級電容模組，51、52,53.變槳電機，54.電機軸，6.單向剎車裝置，61.外套，611.凹槽，62.底座，621.盲孔，63.限位組件，631.固定柱，632.限位塊體，64.彈簧件。
[0024]【具體實施方式】:
[0025]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細描述:
[0026]實施例:如圖1所示，本發明包括風機主控柜1、三個葉片及其葉片驅動器、3、變槳電機5，每一葉片驅動器3分別連接一臺變槳電機5 ;在所述每個葉片驅動器3上均分別連接有存儲能源的超級電容模組4 ;其中風機主控柜1作為主電源，通過滑環2與葉片驅動器3分別連接，超級電容模組4作為備用電源。
[0027]本發明中所述超級電容模組4的型號為:SCPM900965遼寧百納電氣
[0028]本發明所述變槳電機5為管狀電機，在每一變槳電機5的電機軸54上還分別設置有在失電后電機單方向制動，使葉片自動回到順槳位置的單向剎車裝置6。
[0029]如圖2-圖4所示，所述單向剎車裝置6包括外套61、底座62、限位組件63、彈簧件64，所述底座62套裝在管狀電機軸54上，所述外套1的內徑與底座62的外徑相配合，底座62可在外套61中自由轉動，所述外套61內壁沿圓周均勻設有至少兩個與限位組件63配合的凹槽611，本例設置5個凹槽，底座62上設有彈簧件64與限位組件63接觸，所述限位組件63至少為兩個，本例設置兩個，由限位塊體632和固定柱631連接構成，限位塊體632通過固定柱631固定在底座62上。限位組件63在彈簧件64的彈力作用下，其端部卡在凹槽611內；限位組件63受外力往一個方向轉動時，限位組件63向底座62中心靠攏,從凹槽611中退出。當底座62轉動時，外套61也未受到外力影響時，限位塊體632卡在外套61內壁的凹槽611中，帶動外套61轉動，當外套61受到外力停止轉動或向反方向轉動時，底座62相對于外套61轉動，此時限位塊體632也會發生轉動，當限位塊體632的轉動方向是向底座62中心靠攏時，彈簧件64受到壓力，限位塊體632從凹槽611中脫離開來，從而電機可以繼續轉動，防止了由于受到外力使驅動快即電機抱閘停止轉動而導致的電機異常制動的情況發生。
[0030]在底座62上沿圓周還設置有盲孔621，所述固定柱631可以插入盲孔621內，使得限位塊體632的一端可以鉸接在底座62上。
[0031]本發明中的單向剎車裝置6相當于變槳系統的一個安全鎖保護系統，當運行過程中變槳系統出現故障使葉片停留在某一工作位置時，或者電網外部電源失效，備用電源系統即超級電容也失效，電機單向剎車裝置也同時吸合抱死，失去電源后它能夠單方向制動，會阻止葉片向工作位置移動。同時葉片受到空氣動力和重力受力的影響，葉片會自動被風吹到順槳位置，這是風機的一種保護機制，目的是降低風機在故障后對風能的吸收。
[0032]綜上所述，本發明可以保證槳葉在斷電等突發事故中能短時間工作，保證槳葉的安全。
【權利要求】
1.一種風力發電機組的變槳系統，包括風機主控柜、三個葉片及其葉片驅動器、變槳電機，每一葉片驅動器分別連接一臺變槳電機；其特征在于:在所述每個葉片驅動器上均分別連接有存儲能源的超級電容模組。
2.如權利要求1所述風力發電機組的變槳系統，其特征在于:所述變槳電機為管狀電機，在每一變槳電機的電機軸上還分別設置有在失電后電機單方向制動，使葉片自動回到順槳位置的單向剎車裝置。
3.如權利要求2所述風力發電機組的變槳系統，其特征在于:所述單向剎車裝置包括外套、底座、限位組件、彈簧件，所述底座套裝在管狀電機軸上，所述外套的內徑與底座的外徑相配合，底座可在外套中自由轉動，外套內壁設有至少兩個與限位組件配合的凹槽，限位組件至少為兩個，對稱設置，底座上設有相應的彈簧件與限位組件接觸，限位組件在彈簧件的彈力作用下，其端部卡在凹槽內；限位組件受外力往一個方向轉動時，限位組件向底座中心靠攏,從凹槽中退出。
4.如權利要求3所述風力發電機組的變槳系統，其特征在于:所述限位組件由限位塊體和固定柱連接構成，在底座上沿圓周設置有與固定柱配合的盲孔，連接時，所述固定柱一端置于盲孔內。
【文檔編號】F03D7/00GK204099125SQ201420673247
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】徐向宇, 蔡曉峰, 劉衍選, 胡明清, 高偉, 徐健 申請人:沈陽華創風能有限公司, 青島華創風能有限公司, 通遼華創風能有限公司, 寧夏華創風能有限公司