一种用于风力发电机的叶片复位控制系统和方法 技术领域 本发明涉及风力发电技术领域， 尤其涉及一种用于风力发电机的叶片复位控制系 统和方法。
背景技术 近年来， 随着风力发电技术的发展， 在大型风力发电机组中大多采用变桨距控制， 可有效地稳定功率， 改善风力受力情况。但是， 由于风速的瞬息变化， 变桨系统也是容易出 现故障的部分。
当风力发电机出现紧急情况， 例如超速、 发电机等构件的故障， 或者连接电网出现 故障时， 需要风力涡轮机快速停机， 以防止损坏涡轮机。 停机操作前重要的一步是使转子叶 片的桨距角到达顺桨位置， 及时对叶片进行复位操作， 此时如果变桨的电力供应出现问题， 或者变桨装置出现问题， 即当变桨控制系统失效时， 叶片无法复位收回， 强行进行停机操作 将会对风力涡轮机造成较大的损坏。
现有技术中， 在公用电网出现故障的情况下， 使用风力发电机旋转的惯性和重力 等来使叶片复位， 使其达到顺桨位置并制动风力涡轮机。 然而， 这种方法对风力发电机的叶 片有较高的要求， 并且在叶片复位过程中产生的附加载荷对风力发电机的损害较大。 此外， 在变桨装置失效的情况下， 有时风力发电机的惯性和重力较小， 不足以提供足够的变桨力 矩使叶片回到顺桨位置， 此时若停机， 就不可避免地对风力涡轮机造成的较大的损坏。
有鉴于此， 亟待针对上述技术问题， 设计一种叶片复位控制系统和方法， 使其在叶 片变桨控制系统发生故障时， 为叶片提供主动力矩使其复位， 达到顺桨位置， 以避免风力涡 轮机停机操作时受到较大的损坏， 增强风力发电机的稳定性和可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题为提供一种用于风力发电机的叶片复位控制系统， 其能 在叶片变桨控制系统发生故障时， 为叶片提供主动力矩使其达到顺桨位置， 以避免风力涡 轮机停机操作时受到较大的损坏， 增强风力发电机的稳定性和可靠性。本发明要解决的另 一个技术问题为提供一种用于风力发电机的叶片复位控制方法。
为解决上述技术问题， 本发明提供一种用于风力发电机的叶片复位控制方法， 用 于当所述风力发电机的变桨系统失效时对叶片的复位操作 ； 包括如下步骤 ：
1) 接收复位启动信号 ；
2) 控制所述叶片， 使其处于通电且松闸状态 ；
3) 复位动力装置产生主动力矩， 将所述叶片调节到顺桨位置 ；
4) 将所述叶片进行抱闸操作， 复位动作完成。
优选地， 所述复位动力装置包括环形滑道， 所述环形滑道周向外围设有多个所述 励磁绕组， 所述环形滑道内设有滑块 ； 所述复位动力装置通过对多个所述励磁绕组依次通 电， 带动所述滑块沿所述环形滑道自由滑动， 从而产生主动力矩， 将所述叶片调节到顺桨位置。 优选地， 所述复位动力装置包括环形架和设于所述环形架外侧的多对所述励磁绕 组， 每对所述励磁绕组位于所述环形架直径的两端， 所述环形架的中心设有转轴和套装于 所述转轴外侧的转齿 ； 所述复位动力装置通过对多对所述励磁绕组依次通电， 带动转齿和 转轴自由转动， 从而产生主动力矩， 将所述叶片调节到顺桨位置。
优选地， 所述步骤 2) 具体为 ：
21) 判断所述叶片是否断电， 若是， 则启动备用电源， 进行步骤 22) ； 若不是则直接 进行步骤 22) ；
22) 判断所述叶片是否处于抱闸状态， 若是， 则控制所述叶片使其处于松闸状态 ； 若不是则保持当前状态。
优选地， 所述步骤 4) 后还包括步骤 ：
5) 将所述叶片已复位且抱闸的信息反馈给所述控制器。
本发明所提供的用于风力发电机的叶片复位控制方法， 主要包括如下步骤 ： 首先， 接收复位启动信号和叶片当前信息 ； 其次， 控制所述叶片， 使其处于通电且松闸状态 ； 然 后， 复位动力装置产生主动力矩， 将所述叶片调节到顺桨位置 ； 最后， 将所述叶片进行抱闸 操作， 复位动作完成。
采用这种方法， 当风力发电机出现紧急情况， 叶片的变桨系统出现故障收桨失败 时， 风力发电机的控制系统发出复位启动信号和叶片当前信息后， 控制器接收该信号和叶 片当前信息， 根据叶片当前信息控制叶片， 使叶片处于通电且松闸状态， 然后输出启动信号 至复位动力装置 ； 复位动力装置接收该启动信号， 产生主动力矩， 带动叶片转动至顺桨位 置， 实现叶片复位的目的。
由此可见， 采用这种复位控制方法， 能够在叶片变桨系统出现故障时给叶片提供 主动力矩， 使其转动至顺桨位置， 从而避免涡轮机停机时受到较大的损坏， 提高了风力发电 机的稳定性和可靠性。
本发明还提供一种用于风力发电机的叶片复位控制系统， 用于当所述风力发电机 的变桨系统失效时对叶片的复位操作 ； 包括检测装置、 控制器和复位动力装置，
检测装置用于检测叶片的当前信息 ；
控制器用于接收复位启动信号和叶片当前信息， 并控制所述叶片， 使其处于通电 且松闸状态 ；
复位动力装置， 与所述控制器的输出端连接， 用于产生主动力矩， 将所述叶片调节 到顺桨位置。
优选地， 所述复位动力装置包括环形滑道， 所述环形滑道周向外围设有多个所述 励磁绕组， 多个所述励磁绕组依次通电， 所述环形滑道内设有随所述励磁绕组依次通电而 沿所述环形滑道自由滑动的滑块。
优选地， 所述复位动力装置包括环形架， 所述环形架周向外侧设有多对所述励磁 绕组， 每对所述励磁绕组位于所述环形架直径的两端， 且多对所述励磁绕组依次通电， 所述 环形架中心处还设有转轴， 所述转轴外侧套装有随所述励磁绕组通电而带动所述转轴自由 转动的转齿。
优选地， 还包括备用电源， 用于当所述叶片处于断电状态时为所述叶片供电。
优选地， 还包括反馈单元， 用于将所述叶片已复位且抱闸的信息反馈给所述风力 发电机的控制系统。
由于复位控制方法具有上述技术效果， 因此， 与上述复位控制方法对应的复位控 制系统也应当具有相同的技术效果， 在此不再赘述。 附图说明
图 1 为本发明所提供叶片复位控制方法的一种具体实施方式的流程框图 ； 图 2 为图 1 所示方法中使用的复位动力装置的一种具体实施方式的结构示意图 ； 图 3 为图 1 所示方法中使用的复位动力装置的另一种具体实施方式的结构示意图； 图 4 为本发明所提供叶片复位控制方法的另一种具体实施方式的流程框图 ；
图 5 为本发明所提供叶片复位控制方法的第三种具体实施方式的流程框图 ；
图 6 为本发明所提供叶片复位控制系统的一种具体实施方式的工作原理图。
其中， 图 1 至图 6 中的附图标记与部件名称之间的对应关系为 ： 21 环形滑道 ； 22 励 磁绕组 ； 23 滑块 ； 24 环形架 ； 25 转轴 ； 26 转齿。
具体实施方式 本发明的核心为提供一种用于风力发电机的叶片复位控制系统， 其能在叶片变桨 控制系统发生故障时， 为叶片提供主动力矩使其达到顺桨位置， 以避免风力涡轮机停机操 作时受到较大的损坏， 增强风力发电机的稳定性和可靠性。本发明的另一个核心为提供一 种用于风力发电机的叶片复位控制方法。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案， 下面结合附图和具体实 施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图 1， 图 1 为本发明所提供叶片复位控制方法的一种具体实施方式的流程 框图。
在一种具体实施方式中， 如图 1 所示， 本发明提供一种用于风力发电机的叶片复 位控制方法， 用于当风力发电机的变桨系统失效时对叶片的复位操作 ； 包括如下步骤 ：
S11 ： 接收复位启动信号 ；
S12 ： 控制叶片， 使其处于通电且松闸状态 ；
S13 ： 复位动力装置产生主动力矩， 将叶片调节到顺桨位置 ；
S14 ： 将叶片进行抱闸操作， 复位动作完成。
采用这种方法， 当风力发电机出现紧急情况， 叶片的变桨系统出现故障收桨失败 时， 风力发电机的控制系统向控制器发出复位启动信号和叶片当前信息， 控制器接收该信 号和叶片当前信息， 根据叶片当前信息控制叶片， 使叶片处于通电且松闸状态， 然后输出启 动信号至复位动力装置 ； 复位动力装置接收该启动信号， 产生主动力矩， 带动叶片转动至顺 桨位置， 实现叶片复位的目的。
由此可见， 采用这种复位控制方法， 能够在叶片变桨系统出现故障时给叶片提供 主动力矩， 使其转动至顺桨位置， 从而避免涡轮机停机时受到较大的损坏， 提高了风力发电 机的稳定性和可靠性。
需要说明的是， 上述具体实施方式并未限定控制器控制叶片使其处于通电且松闸 的具体过程， 也并未限定复位动力装置提供主动力矩的具体方式， 事实上， 凡是包括复位动 力装置， 能够在变桨系统失效时提供主动力矩给叶片， 使其转动至顺桨位置的叶片复位控 制方法均应当属于本发明的保护范围内。
请参考图 2， 图 2 为图 1 所示方法中使用的复位动力装置的一种具体实施方式的结 构示意图。
在另一种具体实施方式中， 复位动力装置包括环形滑道 21， 环形滑道 21 周向外围 设有多个励磁绕组 22， 环形滑道 21 内设有滑块 23 ； 复位动力装置通过对多个励磁绕组 22 依次通电， 带动滑块 23 沿环形滑道 21 自由滑动， 从而产生主动力矩， 将叶片调节到顺桨位 置。
采用这种结构形式， 如图 2 所示， A、 B、 C、 D、 E、 F 为励磁绕阻， 如 A 相通电， 其他相 不通电时， 由于磁场作用， 滑块 23 与 A 对齐。下一时刻 B 相通电， 其他相不通电时， 滑块 23 运动到 B 位置， 然后 C 相通电， 滑块 23 运动到 C， 以此类推， 如果不断地按 A， B， C， D， E， F， A， B...... 通电， 滑块 23 就会顺时针旋转， 由此产生主动力矩， 驱动叶片转动至顺桨位置。
在进一步的方案中， 上述复位动力装置可以设于叶片内部， 且环形滑道 21 的径向 平面平行于叶片的横截面， 且环形滑道 21 与叶片连接。采用这种结构形式， 当滑块 23 随不 同励磁绕组 22 通电而在滑道中转动时， 即产生了角动量， 根据角动量守恒原理， 与叶片固 定连接的环形滑道 21 应当有一个反向转动的角动量， 这个角动量驱使叶片转动。 由此可见， 上述结构的复位动力装置能够产生角动量， 并通过角动量守恒原理为 叶片提供主动力矩， 从而实现叶片复位。此外， 将复位动力装置设于叶片内部， 还具有结构 紧凑、 节省空间的特点。
当然， 上述复位动力装置的结构并不仅限于上述六个励磁绕组 22， 还可以为其他 数目的励磁绕组 22， 上述多个励磁绕组 22 可以均布于环形滑道 21 的周向外围， 也可以间隔 不同地设置于环形滑道 21 外围。
此外， 这里对复位动力装置的数量也并未限定， 可以在每个叶片中仅设置一个复 位动力装置， 即仅设置一组复位动力装置， 也可以沿叶片的长度方向间隔设置多组复位动 力装置， 在系统工作时同步启动多组复位动力装置， 这样能够为叶片提供更大的主动力矩， 这种结构更适用于大型风力发电机。上述复位动力装置也并不限于设置在叶片内部， 还可 以设置在其他位置。
请参考图 3， 图 3 为图 1 所示方法中使用的复位动力装置的另一种具体实施方式的 结构示意图。
在另一种具体实施方式中， 如图 3 所示， 复位动力装置包括环形架 24 和设于环形 架 24 外侧的多对励磁绕组 22， 每对励磁绕组 22 位于环形架 24 直径的两端， 环形架 24 的中 心设有转轴 25 和套装于转轴 25 外侧的转齿 26 ； 复位动力装置通过对多对励磁绕组 22 依 次通电， 带动转齿 26 和转轴 25 自由转动， 从而产生主动力矩， 将叶片调节到顺桨位置。
采用这种结构形式， A、 B、 C 为励磁绕阻， 如 A 相通电， B， C 相不通电时， 由于磁场作 用， 转齿 D 与 A 对齐， ( 转轴 25 不受任何外力， 以下相同 )。如 B 相通电， A， C 相不通电时， 转齿 D 与 B 对齐， 此时转轴 25 顺时针转动， 如 C 相通电， A， B 相不通电， 转齿 D 应与 C 对齐， 此时转轴 25 继续顺时针转动， 以此类推， 如果不断地按 A， B， C， A， B， C， A...... 通电， 转轴
25 就以步进的形式顺时针转动， 由此产生主动力矩， 驱动叶片转动至顺桨位置。
进一步的方案中， 上述复位动力装置设于风力发电机的叶片轮毂上， 叶片转轴与 叶片连接。这样， 复位动力装置的转轴 25 转动后可直接带动叶片转动至顺桨位置， 实现复 位操作， 这种安装方式还具有结构简单、 安装和拆卸过程方便的特点。
当然， 上述叶片复位控制方法中的复位动力装置并不仅限于采用励磁绕组产生磁 场， 带动转子运转从而产生主动力矩的方式， 还可以采用液压装置， 利用油液的压力来改变 叶片的转角 ； 还可以采用附加的电动机 - 驱动马达来带动叶片转动至顺桨位置。 总而言之， 凡是设于风力发电机的变桨系统之外、 能为叶片提供主动力矩使其转至顺桨位置的复位动 力装置均应当属于本发明的保护范围内。
请参考图 4， 图 4 为本发明所提供叶片复位控制方法的另一种具体实施方式的流 程框图。
在另一种具体实施方式中， 如图 4 所示， 上述复位控制方法可以包括如下步骤 ：
S21 ： 接收复位启动信号 ；
S22 ： 判断叶片是否断电， 若是， 则启动备用电源， 进行步骤 S23 ； 若不是则直接进 行步骤 S23 ； S23 ： 判断叶片是否处于抱闸状态， 若是， 则控制叶片使其处于松闸状态 ； 若不是 则保持当前状态 ；
S24 ： 复位动力装置产生主动力矩， 将叶片调节到顺桨位置 ；
S25 ： 将叶片进行抱闸操作， 复位动作完成。
采用这种方法， 即通过设置备用电源的方式在叶片断电时提供电能， 保证了复位 控制方法的稳定性和可靠性。
请参考图 5， 图 5 为本发明所提供叶片复位控制方法的第三种具体实施方式的流 程框图。
在第三种具体实施方式中， 如图 5 所示， 上述复位控制系统可以包括如下操作步 骤：
S31 ： 接收复位启动信号 ；
S32 ： 控制叶片， 使其处于通电且松闸状态 ；
S33 ： 复位动力装置产生主动力矩， 将叶片调节到顺桨位置 ；
S34 ： 将叶片进行抱闸操作， 复位动作完成 ；
S35 ： 将复位完成信息反馈给控制器。
这样， 能够使复位控制系统与风力发电机的控制系统形成一个闭环的反馈系统， 使得风力发电机的控制系统 ( 图中未示出 ) 在接收该复位完成信息后， 将该信息传递给控 制器， 便于控制器实时掌握叶片的当前状态， 以便更好地实现叶片的复位操作， 增强叶片复 位的准确性和及时性。
请参考图 6， 图 6 为本发明所提供叶片复位控制系统的一种具体实施方式的工作 原理图。
如图 6 所示， 本发明还提供一种用于风力发电机的叶片复位控制系统， 包括检测 装置、 控制器和复位动力装置， 检测装置用于检测叶片的当前信息， 控制器用于接收复位启 动信号和叶片当前信息， 并控制叶片， 使其处于通电且松闸状态 ； 复位动力装置， 与控制器
的输出端连接， 用于产生主动力矩， 将叶片调节到顺桨位置。
具体的方案中， 复位动力装置包括环形滑道 21， 环形滑道 21 周向外围设有多个励 磁绕组 22， 多个励磁绕组 22 依次通电， 环形滑道 21 内设有随励磁绕组 22 依次通电而沿环 形滑道 21 自由滑动的滑块 23。
另一种具体的方案中， 复位动力装置包括环形架 24， 环形架 24 周向外侧设有多对 励磁绕组 22， 每对励磁绕组 22 位于环形架 24 直径的两端， 且多对励磁绕组 22 依次通电， 环 形架 24 中心处还设有转轴 25， 转轴 25 外侧套装有随励磁绕组 22 通电而带动转轴 25 自由 转动的转齿 26。
另一种具体实施方式中， 上述叶片复位控制系统还可以包括备用电源， 用于当叶 片处于断电状态时为叶片供电。
此外， 上述叶片复位控制系统还可以包括反馈单元， 用于将叶片已复位且抱闸的 信息反馈给风力发电机的控制系统。
由于上述叶片复位方法具有上述技术效果， 因此， 与该叶片复位方法对应的叶片 复位系统也应当具有相同的技术效果， 在此不再赘述。
以上对本发明所提供的一种用于风力发电机的叶片复位控制系统及方法进行了 详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的 说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出， 对于本技术领域的普通技 术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以对本发明进行若干改进和修饰， 这些改 进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。