桨距控制系统 |
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| 申请号 | CN201480057337.4 | 申请日 | 2014-10-16 | 公开(公告)号 | CN105765217A | 公开(公告)日 | 2016-07-13 |
| 申请人 | 米塔科技有限公司; | 发明人 | 托本·延森; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种主要用于 风 力 涡轮 机 叶片 的电动桨距控制系统，该系统包括至少一个第一电动 发动机 ，该发动机电连接至第一 电子 控制装置，该电子控制装置控制发动机的运行，该发动机穿过 离合器 来驱动 齿轮 机构，该齿轮机构具有驱动齿圈的齿轮，该齿圈机械地固定至 风力 涡轮机 叶片的根部以进行桨距调节。本发明的目的在于提高电动桨距控制系统的可靠性。这个目的可以由以下系统实现，该系统包括至少一个第二发动机，该第二发动机电连接至第二电子控制装置，该第二电子控制装置连接至 电网 ，该第二电子控制装置控制第二发动机的运行，该第二发动机包括轴，该轴穿过第二离合器来驱动第二齿轮机构，该第二齿轮机构包括至少一个第二齿轮，该第二齿轮驱动齿圈。 | ||||||
| 权利要求 | 1.电动桨距控制系统(2)，所述系统包括至少一个第一电动发动机(4)，所述第一发动机(4)电连接至第一电子控制装置(6)，所述第一电子控制装置(6)连接至电网(8)，并连接至公共通信网络(81)，所述第一电子控制装置(6)控制所述第一发动机(4)的运行，所述第一发动机(4)包括第一轴，所述第一轴穿过第一制动器(11)和第一离合器(12)驱动第一齿轮机构(14)，所述第一齿轮机构(14)包括至少一个第一齿轮(16)，所述第一齿轮(16)驱动齿圈(18)，所述齿圈(18)机械地固定至风力涡轮机叶片(22)的根部(20)以进行桨距调节，其特征在于，所述系统包括至少一个第二发动机(24)，所述第二发动机(24)电连接至第二电子控制装置(26)，所述第二电子控制装置(26)连接至所述电网(8)，并连接至所述公共通信网络(81)，所述第二电子控制装置(26)控制所述第二发动机(24)的运行，所述第二发动机(24)包括第二轴，所述第二轴穿过至少一个第二制动器(31)和第二离合器(32)驱动第二齿轮机构(34)，所述第二齿轮机构(34)包括至少一个第二齿轮(36)，所述第二齿轮(36)驱动所述齿圈(18)。 |
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| 说明书全文 | 桨距控制系统技术领域[0001] 本发明涉及一种主要用于风力涡轮机叶片的电动桨距控制系统，该系统包括至少一个第一电动发动机，该发动机电连接至第一电子控制装置，并连接至电网，该电子控制装置控制发动机的运行，该发动机包括轴，该轴穿过制动器和离合器来驱动齿轮机构，该齿轮机构包括至少一个齿轮，该齿轮驱动齿圈，该齿圈机械地固定至风力涡轮机叶片的根部以进行桨距调节。 背景技术[0002] 风力涡轮机叶片的桨距控制已经被使用了很多年。液压伺服系统和电动伺服系统都已被用于桨距控制。 [0003] 发明目的 [0004] 本发明的目的在于提高电动桨距控制系统的可靠性。 发明内容[0005] 该发明的目的可以由一种系统实现，该系统如起始段所公开，并修改为该系统包括至少一个第二发动机，该第二发动机电连接至第二电子控制装置，该第二电子控制装置连接至电网，并连接至公共通信网络，该第二电子控制装置控制第二发动机的运行，该第二发动机包括轴，该轴穿过制动器和第二离合器来驱动第二齿轮机构，该第二齿轮机构包括至少一个第二齿轮，该第二齿轮驱动齿圈。 [0006] 由此可实现两个并行运行的电动发动机驱动同一齿圈以对风力涡轮机叶片进行桨距控制。因为两个并行系统运行，动力可通过仅运行一个电动机产生。但是可靠性极其高，因为该系统的一部分的故障虽然可能使得另一系统以更慢的速度运行，但是仍然是完全运行的。增加的可靠性在离岸风电场中非常重要，在离岸风电场中，检修困难并且不可能在短时间内实施，所以桨距控制系统的故障可导致风力涡轮机停转，可能长达数周。通过两个电子控制装置和发动机的并行控制，在系统的一部分发生故障的情况下，整个桨距调节控制系统将会改变。当然，在一些系统中，必须使桨距快速调零，如果控制系统的一部分不运行了，运行方面将会有限制。因此，如果桨距调节系统的一部分不运行了，风力涡轮机的运行必须要接受一些限制。可能风力涡轮机将不能以最大风速运行，但是相对于两个桨距系统都工作的正常运行，停机的限制更低。 [0007] 在本发明的优选实施方式中，第一电子控制装置可控制第二离合器，第二电子控制装置控制第一离合器。通过离合器控制的交叉连接，该系统的第一部分能够与另一系统的离合器通信。并且系统的第二部分能够与第一系统的离合器通信。由此，电子控制装置可以获得关于状况的信息，并由此获得关于另一侧离合器的状态信息。在其中一个控制系统中或其中一个发动机中的故障系统中，运行的电子控制装置可切开另一侧的离合器，并且以这种方式接管全部指挥权并用一个电子控制装置和一个发动机进行传统的调节。由此，系统的整体可靠性进一步提高。 [0008] 在本发明的又一优选实施方式中，第一电子控制装置和第二电子控制装置可以通过公共通信网络进行通信。通过电子控制装置之间的通信系统，系统可几乎同步运行，这对于使两个不同的发动机驱动同一齿圈是相当重要的。如果没有同步，来自其中一个发动机的动力将可能用于驱使另一发动机至不必要的较高速度，由此这完全是动力的浪费，而不是达到并行运行。公共通信还使故障信息能够在两个电子控制装置之间通信成为可能。还是以这种方式，其中一个电子控制装置可以与对面通信，接管指挥权并由其自身进行控制。 [0009] 在本发明的又一优选实施方式中，系统可包括第三发动机，第三电子控制装置连接至电网并控制第三发动机的运行，其中第三发动机包括第三轴，该轴连接至制动器，并穿过第三离合器来驱动第三齿轮机构，该第三齿轮机构包括至少一个第二齿轮，该第二齿轮驱动齿圈。并非将该系统增加为两倍，还可将该系统增加为三倍或者更多倍。通过增加发动机和电子控制装置的数量，可将桨距控制分布在更多的更小电子装置上，该更小电子装置控制更小的发动机。以这种方式，可建立一种能用于不同尺寸的风力涡轮机的标准电子桨距控制系统，其中并行连接的系统的数量取决于桨距控制所需的动力。以这种方式，可完成相对便宜、可靠度高的控制。 [0010] 在本发明的又一优选实施方式中，第三电子控制装置可以控制第一或第二离合器，第一或第二电子控制装置控制第三离合器。如前文所述，不同的系统能够控制其他的离合器。 [0011] 在本发明的又一优选实施方式中，第一电子控制装置、第二电子控制装置和第三电子控制装置可以通过公共通信线路进行通信。通信线路当然也将连接至第三、第四、第五或多个并行运行的系统。 [0012] 在本发明的又一优选实施方式中，各个发动机可连接至编码器，其中编码器与相关的电子控制装置通信。编码器至少对于不同发动机的同步是必要的，以使发动机相对于彼此同步运行。对于电子控制装置也是必要的，为了控制必须用于驱动发动机的功率，编码信号很重要。 [0013] 在本发明的又一优选实施方式中，各个电子控制装置可连接至紧急储能器，该紧急储能器可以并行接。由此只要有来自电网的电力供应，就可以实现对紧急储能器的持续充电。在例如电网故障的情况下，，电子控制装置仍在工作，并通过发动机、离合器和齿轮将风力涡轮机叶片的桨距转至零位置，这时风力涡轮机叶片必须置于完全断电的情况。优选地，直接连接至电子控制装置的储能器也并行连接，这样在紧急情况下，例如其中一个电子控制装置或其中一个发动机由于故障不能运行，这些储能器能够共同供能。在这种情况下，很正面的是：系统的现存部分也能够利用这些已储存在其中一个额外的储能器中的能量而运行。可以使用很多不同类型的电池，但是在将来，电容储能器将可能是充分储存能量的最有效类型。在本发明的一个优选实施方式中，储能器可为任何液体或气体压力存储器，从该能量存储器可获得用于桨距控制的紧急停机的能量。 [0014] 在本发明的又一优选实施方式中，可将离合器置于齿轮和齿圈之间。离合器可具有多个不同的结构，但是一种非常简单的离合器为致动器将齿轮与齿圈松开，并以这种方式断开齿轮和齿圈之间的连接。在很多紧急情况下，这时连接至其中一个发动机的其中一个部件出现故障，这种简单的离合器是足够的。这些部件可以是电子控制装置、发动机或者可能是制动器。在所有这些或多或少机械或可能电力的紧急情况中，发动机的转动可能将受阻，由该齿圈带来的该发动机的转动将至少造成非必要的能量消耗。因此，离合器以某种方式断开与发动机单元的任何连接是非常重要的。附图说明 [0015] 图1公开了本发明的一个可能的实施方式。 [0016] 图2示出了本发明的又一可能的实施方式。 具体实施方式[0017] 图1示出了风力涡轮机叶片的桨距调节的系统2。该系统示出了一个第一发动机4，该发动机连接至电子控制装置6，该装置电连接至电网8。该第一发动机4穿过制动器11并进一步穿过离合器12来驱动齿轮机构14。该齿轮机构14驱动齿轮16，该齿轮16连接至齿圈18，该齿圈18固定至风力涡轮机叶片的根部22。此外，图1示出了第二发动机24，该发动机24通过连接线90连接至电子控制装置26。该电子控制装置6进一步由电网8供电，并输出至公共风力涡轮机通信网络81。发动机24连接至离合器32并接入齿轮机构34。该齿轮机构驱动齿轮36，该齿轮36连接至齿圈18。此外，图1指示出了编码器60，这些编码器60连接至电子控制装置6或26。还指示出了连接至电子动力装置6和26的紧急储能器68。此外，电子控制装置6和电子控制装置26通过通信线路80连接。86指示了电子控制装置6和发动机4之间的电源连接。88指示了控制线，其用于执行控制信息从电子控制装置6到离合器12的通信。此外，线路92从电子控制装置26连接至离合器32。此外，离合器通信是从电子控制装置6通过线路92到离合器32而进行。此外，通信线路84连接第二电子控制装置26与第一离合器12。 [0018] 在运行中，发动机4和发动机24都能转动齿圈18。这意味着该系统的不同部分是完全并行运行，这当然会增加能传递至齿圈18的总动力，但是本发明的主要优势在于在紧急或故障情况时，例如发动机4或24的其中一个出现故障或电子控制装置6或26的其中一个出现故障。此外，制动器11、31或61的其中一个可能发生故障使得制动器受阻。那么离合器位于制动器之后使得离合器能够断开制动器故障的整个部分，这是很重要的。否则制动器将能够停止任何桨距控制。因此，离合器与制动器相连的可能性使得总体机械脱接成为可能。这样，引发了对桨距控制系统可靠性的进一步改进。 [0019] 在这种情况下，其他仍然运行的电子控制装置将开始控制另一发动机的离合器，并切开该离合器以使不起作用的发动机或电子控制装置不影响齿圈18。在这种情况下，即使在故障模式下，系统也能继续运行。唯一地限制在于总动力会受到限制。在故障情况下，例如电网发生了故障，风力涡轮机被迫中断电源，即使是在电网发生整体故障后，储能器68将为电子控制装置6和26提供能量以使其仍能控制电动机4、24，并且由此关停风力涡轮机。在电子控制装置6或26的其中一个发生故障或者电动机4、24的其中一个发生故障的情况下，储能器68可并行连接以使得在系统的一个部件由于故障不能运行的情况下，储存在储能器中的能量依然能够用于仍在运行的装置。 [0020] 图2大体上示出了与图1相同的部件，但主要区别在于图2中的系统包括三个并行系统。 [0021] 图2示出了第三发动机54，该发动机由电子控制装置56驱动，该发动机连接至离合器62并接入齿轮结构64。此外，指明在齿圈18后的齿轮66连接至该齿圈18，并且也能使得齿圈18转动。从电子控制装置56引出的通信线路94连接至离合器12。此外，通信线路93从电子控制装置26连接至离合器62。 [0022] 在桨距控制系统是三倍组成的情况下，可能有更多的失效保护操作。三个并行运行的发动机和电力控制装置将使该系统具有非常高的可靠性。这对于离岸风力涡轮机非常重要，在离岸风力涡轮机中，检修是很危险的，而且只能在有船或者直升机可用并且当天气允许检修时才可进行。因此，桨距控制系统的可靠性极其重要。在一些系统中，甚至可能设置多于三个表明连接至同一转动圈18的发动机。如果例如八个单元并行运行的情况下，甚至可以使用更小的发动机系统，其可靠性极高。例如其中四个主要运行以进行正常的运行，但是只要其中两个在运行，仍可进行一些桨距控制，但是风力涡轮机的运行会受到一些限制。 |
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