*CN102359434A*
(10)申请公布号 CN 102359434 A(43)申请公布日 2012.02.22
(12)发明专利申请
(21)申请号 201110280675.2(22)申请日 2011.09.21
(71)申请人南车株洲电力机车研究所有限公司
地址412001 湖南省株洲市石峰区田心北门
时代路169号(72)发明人熊维军 凡增辉 许雄伟 谷小辉(74)专利代理机构上海硕力知识产权代理事务
所 31251
代理人王法男(51)Int.Cl.
F03D 7/00(2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页
(54)发明名称
一种海上风电机组的偏航系统及其运行方法(57)摘要
一种海上风电机组的偏航系统及其运行方法，包括风向传感器，偏航控制器，偏航变频器，偏航减速电机，偏航回转支撑，偏航制动器，其特征在于：采用分散式的偏航变频器结构，由一个偏航控制器控制多个偏航变频器，再由每个偏航变频器驱动一到多个偏航减速电机来实现偏航运动；偏航控制器通过风速风向仪得到控制信号。本发明采用采用分散式的偏航变频器结构，由一个偏航控制器控制多个偏航变频器，再由每个偏航变频器驱动一到多个偏航减速电机来实现偏航运动，可以在一部分风电机组出现故障时，只需要关停出现故障部分的偏航变频器，则仍可以让风电机组在偏航故障模式下根据控制继续发电，提高可利用率。CN 102359434 ACN 102359434 ACN 102359450 A
权 利 要 求 书
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1.一种海上风电机组的偏航系统，包括风向传感器，偏航控制器，偏航变频器，偏航减速电机，偏航回转支撑，偏航制动器，其特征在于：采用分散式的偏航变频器结构，由一个偏航控制器控制多个偏航变频器，再由每个偏航变频器驱动一到多个偏航减速电机来实现偏航运动；偏航控制器通过风速风向仪得到控制信号。
2.按照权利要求1的海上风电机组的偏航系统，其特征在于：所述的偏航减速电机和偏航回转支承通过齿轮啮合，偏航回转支撑和偏航制动盘通过螺栓和塔筒上法兰连接固定，偏航制动器和偏航制动器调整块通过螺栓和主框架固定，偏航制动器和偏航制动盘盘形成一对摩擦副。
3.按照权利要求2的海上风电机组的偏航系统，其特征在于：偏航制动器的液压站通过液压管为偏航制动器提供正压力产生偏航摩擦力。
4.按照权利要求3的海上风电机组的偏航系统，其特征在于：一个偏航控制器控制多个偏航变频器的数量为2-6个。
5.按照权利要求3的海上风电机组的偏航系统，其特征在于：偏航减速电机固定在主框架上，偏航回转支撑的内圈也固定在主框架上，偏航回转支撑的外圈有齿，和偏航减速电机的输出小齿轮啮合。
6.按照权利要求5的海上风电机组的偏航系统，其特征在于：偏航回转支撑的外圈和偏航制动盘和塔筒上法兰用螺栓联结；主框架和偏航制动器调整块与偏航制动器用螺栓联结；偏航制动器和偏航制动盘形成一对摩擦副。
7. 一种按照权利要求1所述的海上风电机组的偏航系统的运行方法，其特征在于：采用一个偏航控制器控制多个偏航变频器，再由每个偏航变频器驱动一到多个偏航减速电机来实现偏航运动的运行方法；偏航控制器从风速风向仪得到信号，与内部设定的值做比较如有偏差，则偏航控制器则对偏航变频器发出信号，不同功率等级的偏航变频器带动一个到多个偏航减速电机。
8. 按照权利要求7所述的海上风电机组的偏航系统运行方法，其特征在于：如遇到有偏航变频器损坏，则偏航控制器1会得到一个偏航变频器损坏的信号，那么偏航控制器判断是哪个偏航变频器发生了故障，则偏航控制器试着再次偏航运行，如偏航变频器反馈的功率够偏航控制器设定额定值，则能够偏航运行，就执行偏航命令，纠正偏航误差，风电机组则继续发电。
9. 按照权利要求7所述的海上风电机组的偏航系统运行方法，其特征在于：如果有偏航减速电机损坏，偏航控制器会发现偏航变频器的功率超出正常范围，这时偏航控制器根据风速风向仪来判断是偏航减速电机出现故障还是风速超出正常范围；如是偏航变频器的功率大于正常范围值，则认为是偏航减速电机的输出小齿轮出现故障，如果偏航变频器的功率小于正常范围值，则认为是偏航减速电机的电机出现了问题，则认为可以继续偏航。
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说 明 书
一种海上风电机组的偏航系统及其运行方法
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技术领域
本发明涉及一种海上风电机组的部件结构及运行方法，特别是海上风电机组的偏航运动系统及其运行方法。
[0001]
技术背景
海上风机在运行过程中，可能会因为多种原因出现故障，现在的风电机组在有故
障时一般是停运风电机组自动重启，如果在自检时还有故障则风电机组停运，进行检修；但海上风电机组既远离岸边又在80米左右的高空，检修和维护都特别不易，维护成本比陆上的维护成本提高，受海上天气多变的原因，检修人员到达风电机组进行巡检的风险高、难度大、风电机组一旦发生故障，维修周期加长，将导致风电机组的可利用率降低。所以对风电机组的可靠性提出了更高的要求。
[0003] 风电机组一般出现机械故障的部件大部分有偏航系统，偏航系统的制动器，偏航系统的液压单元，风轮制动器等大部分跟传动有关的部件。所以设计一种特别的偏航系统对海上风电机组的可利用率有很重要的现实意义（如风电机组在有故障时，如何保证风电机组能够在安全的状态下，风电机组以故障诊断模式，能够降功率运行）。[0004] 风电机组的传统的偏航系统中， 一般包含风向传感器，偏航控制器，偏航变频器，偏航减速电机，偏航回转支撑，偏航制动器等组成。而且一般是一个偏航变频器带动几个偏航减速电机同步运动；那么在偏航变频器有故障，或者一个偏航减速电机出现故障时，则不能实现偏航功能，那么控制系统会要求整个风电机组停机，这样就降低风电机组的可利用率。ZL200710191682.9公开了一种用PID和模糊控制结合的偏航控制系统；ZL200810023185.2公开了一种用减速机驱动偏航回转支撑的偏航结构；ZL200710059567.6公开一种用halbach磁体结构永磁电机驱动偏航运动的一种偏航装置；但上述这些专利都没有考虑，如何在偏航系统中的一个部件出现问题时（如含偏航电机的偏航驱动或偏航变频器的损坏），风电机组如何继续投入到运行，提高海上风电机组的可利用率。
[0002]
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种海上风电机组，特别是海上风电机组上偏航系统及其运行方法，该偏航系统能在风电机组出现部分故障时，风电机组仍能在偏航故障模式下根据控制继续发电，提高可利用率。
[0006] 本发明的技术方案是通过下述技术方案实现的：一种海上风电机组的偏航系统，包括风向传感器，偏航控制器，偏航变频器，偏航减速电机，偏航回转支撑，偏航制动器，采用分散式的偏航变频器结构，由一个偏航控制器控制多个偏航变频器，再由每个偏航变频器驱动一到多个偏航减速电机来实现偏航运动；偏航控制器通过风速风向仪得到控制信号。
[0007] 作为本发明的进一步改进，所述的偏航减速电机和偏航回转支承通过齿轮啮合，
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说 明 书
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偏航回转支撑和偏航制动盘通过螺栓和塔筒上法兰连接固定，偏航制动器和偏航制动器调整块通过螺栓和主框架固定，偏航制动器和偏航制动盘盘形成一对摩擦副。[0008] 作为本发明的进一步改进，偏航制动器的液压站通过液压管为偏航制动器提供正压力产生偏航摩擦力。
[0009] 一种根据上述海上风电机组的偏航系统的运行方法，采用一个偏航控制器控制多个偏航变频器，再由每个偏航变频器驱动一到多个偏航减速电机来实现偏航运动的运行方法；偏航控制器从风速风向仪得到信号，与内部设定的值做比较如有偏差，则偏航控制器则对偏航变频器发出信号，不同功率等级的偏航变频器带动一个到多个偏航减速电机。[0010] 如遇到有偏航变频器损坏，则偏航控制器1会得到一个偏航变频器损坏的信号，那么偏航控制器判断是哪个偏航变频器发生了故障，则偏航控制器试着再次偏航运行，如偏航变频器反馈的功率够偏航控制器设定额定值，则能够偏航运行，就执行偏航命令，纠正偏航误差，风电机组则继续发电。[0011] 如果有偏航减速电机损坏，偏航控制器会发现偏航变频器的功率超出正常范围，这时偏航控制器根据风速风向仪来判断是偏航减速电机出现故障还是风速超出正常范围。如是偏航变频器的功率大于正常范围值，则认为是偏航减速电机的输出小齿轮出现故障，如果偏航变频器的功率小于正常范围值，则认为是偏航减速电机的电机出现了问题，则认为可以继续偏航。
[0012] 本发明的特点在于：采用采用分散式的偏航变频器结构，由一个偏航控制器控制多个偏航变频器，再由每个偏航变频器驱动一到多个偏航减速电机来实现偏航运动，可以在一部分风电机组出现故障时，只需要关停出现故障部分的偏航变频器，则仍可以让风电机组在偏航故障模式下根据控制继续发电，提高可利用率。且由于海上风电机组由于功率大，机舱的空间满足放置多个偏航变频器，并且由于变频器的成本与变频器一般是按照功率等级成比例关系，所以把原来的一个偏航变频器分成几个小的变频器，成本基本没有增加。
附图说明
[0013] 图1 是本发明的控制结构简图。[0014] 图2 是本发明的透视图。[0015] 图3 是本发明的局部剖视图。[0016] 图4 是本发明的液压结构图。[0017] 图中1.偏航控制器，2.偏航变频器，3.偏航减速电机，4.偏航回转支撑，5.偏航制动盘，6.偏航制动器，7.偏航制动器调整块，8.主框架，9.塔筒上法兰，10.偏航液压站，11.风向传感器，12. 液压管。[0018] 具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。[0019] 如附图所示，本发明涉及一种海上风电机组的偏航系统，包括风向传感器11，偏航控制器1，偏航变频器2，偏航减速电机3，偏航回转支撑4，偏航制动器6，采用采用分散式的偏航变频器结构，由一个偏航控制器1控制多个偏航变频器2，再由每个偏航变频器2驱动一到多个偏航减速电机3来实现偏航运动；偏航控制器1通过风向传感器11得到控制信
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说 明 书
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号。
作为本发明的进一步改进，所述的偏航减速电机3和偏航回转支承4通过齿轮啮合，偏航回转支撑4和偏航制动盘5通过螺栓和塔筒上法兰9连接固定，偏航制动器6和偏航制动器调整块7通过螺栓和主框架8固定，偏航制动器6和偏航制动盘盘5形成一对摩擦副。
[0020]
作为本发明的进一步改进，偏航制动器的液压站10通过液压管12为偏航制动器
6提供正压力产生偏航摩擦力。
[0022] 作为本发明的进一步改进，一个偏航控制器1控制多个偏航变频器2的数量为2-6个。
[0023] 一种根据上述海上风电机组的偏航系统的运行方法：
采用一个偏航控制器1控制多个偏航变频器2，再由每个偏航变频器2驱动一到多个偏航减速电机3来实现偏航运动的运行方法；偏航控制器1从风向传感器11得到控制信号；从风向传感器11为风速风向仪；偏航控制器1将从风向传感器11得到的控制信号与内部设定的值做比较，如有偏差，则偏航控制器1则对偏航变频器2发出信号，不同功率等级的偏航变频器带动一个到多个偏航减速电机3。[0024] 如遇到有偏航变频器2损坏，则偏航控制器1会得到一个偏航变频器2损坏的信号，那么偏航控制器1判断是哪个偏航变频器2发生了故障，则偏航控制器1试着再次偏航运行，如偏航变频器2反馈的功率够偏航控制器1设定额定值，则能够偏航运行，就执行偏航命令，纠正偏航误差，风电机组则继续发电。[0025] 如果有偏航减速电机3损坏，偏航控制器1会发现偏航变频器2的功率超出正常范围，这时偏航控制器1根据风向传感器11来判断是偏航减速电机3出现故障还是风速超出正常范围。如是偏航变频器的功率大于正常范围值，则认为是偏航减速电机3的输出小齿轮出现故障，如果偏航变频器的功率小于正常范围值，则认为是偏航减速电机3的电机出现了问题，则认为可以继续偏航。
[0026] 偏航减速电机3固定在主框架8上，偏航回转支撑4的内圈也固定在主框架8上，偏航回转支撑4的外圈有齿，和偏航减速电机3的输出小齿轮啮合。偏航回转支撑4的外圈和偏航制动盘5和塔筒上法兰用螺栓联结；主框架8和偏航制动器调整块7与偏航制动器6用螺栓联结；偏航制动器6和偏航制动盘形成一对摩擦副。偏航时，偏航变频器2驱动偏航减速电机3旋转，偏航减速电机3带动自己的偏航小齿轮旋转，由于偏航减速电机3的输出小齿轮与偏航回转支撑的外齿啮合，带动主框架旋转，一起带动偏航制动器6旋转与偏航制动盘5旋转，实现主框架8和塔筒上法兰之间的相对位置的变化，实现偏航功能的实现。
[0021]
偏航时，一般有偏航液压站10提供偏航制动器6一个较小的压力，偏航制动器6
和偏航制动盘5产生偏航阻尼，已让机舱动作平稳，并减轻风载的变化对偏航减速电机3的影响。
[0028] 不偏航时，靠偏航液压站10提供偏航制动器6一个比较大的压力，偏航制动器6和偏航制动盘5产生一个静摩擦力，克服风载对机舱的扰动。
[0027]
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