[发明专利]一种用于在紧急情况下制动风力机的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机领域，具体涉及一种用于在紧急情况系制动风力机的方法和装置。 

本发明涉及到风力发电机的轮毂和与旋转轴承相连的桨叶。通过电力、风力或液压的执行驱动器，每一片桨叶都能绕着自身长轴被转动，并通过安装在执行驱动器上的制动器停在预定的位置。对于执行驱动器，必须至少有一个传动机构，使其在旋转轴承上转动。旋转轴承由内环和外环构成，其中一个环用螺母固定在轮毂上，另外一个环固定在桨叶末端。转动套接桨叶的环，使桨叶绕自身长轴转动。此环可以为轴承的内环或者外环。为了限制在紧急情况下由风力产生的功率，减少发电量，桨叶将被转动至特定位置（逆桨），以减少风力对转子的作用。为了使每片桨叶在电力供应中断的情况下仍能转动，其执行驱动器需要配备一个或多个备用电源使桨叶能被转动和制动。 

背景技术

风机的变桨是为了实现转速控制（功率控制），使风机在额定输出功率范围内工作并且能利用风力制动。因此每一片桨叶配备一台或多台执行驱动器。变桨系统则控制桨叶在顺桨位置和逆桨位置之间转动，而主动失速系统则控制桨叶向逆桨方向转动。在风机故障的情况下，风机桨叶应尽可能向着逆桨位置转动，以降低转子转速（功率输出）。现有的变桨系统包括一套或多套电机模块和制动模块，使每一片桨叶能独立被转动和制动。由于桨叶的驱动器和制动器组合安装，当制动器对驱动器转轴作用时，风机的制动过程可能将会被中断，因为桨叶没有在适当位置被停止；特别是在驱动器失去转矩的情况下，而桨叶仍处于顺桨的位置。以上情况对于无需供电的机械制动机构，则存在弊端，即在失去对驱动器和制动器的控制时，桨叶难以被固定。 

对变桨驱动器（变桨电机）的误操作很可能导致风机损毁，特别是当风机转速超过安全范围时，将会对附近人员的生命安全构成极大威胁。 

根据技术指标，变桨驱动器须配有这样的制动机构：制动衬块固定于驱动器 外壳，制动盘随驱动器转轴转动。当制动器闭合时，驱动器转轴连同传动机构和桨叶将同时被制动。制动器也可被安装在电机与传动机构之间或与桨叶相连的齿带传动的变桨机构中。 

文档WO 99/23384描述了有关可变桨距角风机的信息，并概述了此技术的特点。桨叶的角度调整也可用于风机发电机转子的制动，只要将桨叶转动到逆桨的位置，风机就能通过风力进行制动。为了保证风机在供电故障时仍能通过桨距角调整进行制动，需要在桨叶上联接一种装置，这个装置能阻止桨叶向顺桨位置转动。而这个装置在风机正常运行时，将不对风机作用，使桨叶能在指定范围内任意转动，并停止在指定位置。 

文档EP1763126B1描述了有关变桨控制装置的信息，并详细介绍了以下装置：变桨控制系统和变压器，直流电容器回路，交流电源和备用电池（当电网故障时）。缺陷在于，当需要对电机在某一方向制动时，系统需要额外的联结器或后备电源。当变桨电机失灵或者是制动器无法打开时，桨距角便无法调整，因此此系统无法提供“冗余”的安全性。 

发明内容

本发明的目的在于提供为了向每一片桨叶提供“冗余”的安全性，针对由于变桨系统故障而无法调整桨距角，导致无法限制输出功率的情况，提供以下解决方案：一旦桨叶受到逆桨方向的转矩时，则让每一个制动器打开或者保持松开的状态；当桨叶受到顺桨方向转矩时，则马上闭合制动器。每片桨叶在设定范围内都能通过空气阻力让风机发电机转子减速。在主动失速系统中，桨叶将向逆桨方向转动。而此方案对风机的正常运作不产生任何影响，也不会大幅度地增加风机成本。即：一旦作用于桨叶纵轴的转矩试图使桨叶向降低转子驱动转矩的方向旋转时，则让每一个制动器打开或者保持松开的状态；在试图移动桨叶至最大工作位置（顺桨位置）的转矩情况下，这种旋转运动应该在最开始就被停止；无论如何，对于其相对应的桨叶，应该将其调整至空气动力学制动位置（叶片位置，vane position），又称为逆桨位置。当执行机构被用于主动失速系统时，进行转子的空气动力学制动时的每个桨叶的旋转是向失速方向（即：逆桨方向）移动。 

在一个或多个桨叶的紧急制动调节出现故障的情况下，上述功能通过本发明中所述的方法及装置来实现，通过旋转桨叶来实现的必要的空气动力学制动时通 过位置制动装置的受控下的开启和关闭来得到的，这取决于所述桨叶纵轴的转矩产生的方向。以这项技术为依据，桨叶桨距角在系统故障（供电）的情况下仍能被调整，利用风力使风机发电机转子减速。而制动器则依据桨叶转动的方向动作（打开或闭合）。