一种风力发电机混合制动系统及制动方法技术方案

一种风力发电机混合制动系统及制动方法，涉及一种风力发电机混合制动技术，本发明专利技术的目的是为了解决现有的风力发电机的机械刹车装置和方法不能兼顾刹车力矩和齿轮箱所受扭矩，导致刹车制动效果差的问题，提供一种风力发电机混合制动系统及制动方法，它包括测风速单元、测风向单元、主控制器、偏航控制单元、警报单元、厚度检测单元、转速检测单元、转盘、机械式刹车装置Ⅰ、机械刹车装置Ⅱ和电磁刹车装置。其工作状态稳定，机械刹车装置刹车力矩小，齿轮箱所受扭矩小，控制精度高，可降低刹车轴的受力，延长刹车系统的使用寿命，达到对风力发电机进行紧急制动和安全制动的效果，而且可实时自我修正，适合应用于风力发电机制动。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机混合制动系统及制动方法
本专利技术涉及一种风力发电机混合制动技术。
技术介绍
能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。风力发电清洁无污染，施工周期短，投资灵活，占地面积小，具有较好的经济效益和社会效益。国内对风电技术的研究十分薄弱，对风力发电技术和装备的研究开发日益成为科技领域和业界关注的热点课题项目之一。风力发电机一般是分散分布的，要求在控制上达到无人值守及远程监控。刹车系统是风力发电机中的一个很重要的系统。其逻辑上其重要性应该高于其他系统，这就要求刹车系统具有很高的安全性和可靠性，近年来也引起国内外专家的高度重视，但相关成果却很有限。目前风力发电机的刹车系统多采用机械式刹车或电磁式刹车，机械刹车装置安装在低速轴上时，需要较大刹车力矩，这就需要刹车闸的尺寸较大。机械刹车装置安装在高速轴上时，需要较小刹车力矩，这样刹车闸的尺寸较小，但是齿轮箱所受扭矩就较大。电磁式刹车作为一种非接触可调的、非摩擦式的刹车，刹车力矩大小与刹车转速近似成正比例关系，在紧急刹车情况下这种刹车系统能提供较好的响应速度，但不能真正达到制动效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的风力发电机的机械刹车装置和方法不能兼顾刹车力矩和齿轮箱所受扭矩，导致刹车制动效果差的问题，提供一种风力发电机混合制动系统及制动方法。一种风力发电机混合制动系统，包括测风速单元、测风向单元、主控制器、偏航控制单元、警报单元、厚度检测单元、转速检测单元、转盘、机械式刹车装置Ⅰ、机械刹车装置Ⅱ和电磁刹车装置。测风速单元的风速信号输出端与主控制器的风速信号输入端相连，测风速单元用于检测风速大小并将风速传递至主控制器。测风向单元的风向信号输出端与主控制器的风向信号输入端相连，测风向单元用于检测风向并将风向传递至主控制器。主控制器用于接收信号并对信号处理后输出相应的控制指令。偏航控制单元的偏航控制信号输出端与转盘的偏航控制信号输入端相连，偏航控制单元的偏航控制信号输入端与主控制器的偏航控制信号输出端相连，偏航控制单元用于调整叶片与风向之间的夹角即调整转盘的朝向。厚度检测单元的厚度检测信号输出端与主控制器的厚度检测信号输入端相连，厚度检测单元用于检测刹车片的厚度。转速检测单元的转速信号输入端与转盘转速信号输出端相连，转速检测单元的转速信号输出端与主控制器的转速信号输入端相连，转速检测单元用于检测转盘的角速度大小。机械刹车装置Ⅰ用于对转盘制动。机械刹车装置Ⅱ用于对转盘进行制动。电磁刹车装置用于对转盘进行制动。所述的主控制器将风速划分为三个风速阀值即第一风速阀值、第二风速阀值和第三风速阀值。测风速单元测得风速在第一风速阀值及以下，主控制器不输出控制指令。测风速单元测得风速在第一风速阀值和第二风速阀值之间，主控制器1通过偏航单元控制转盘朝向，调整风力发电机叶片与风向垂直。测风速单元测得风速在第三风速阀值及以上，主控制器通过偏航控制单元控制转盘朝向，调整风力发电机叶片与风向平行，之后主控制器控制机械式刹车装置Ⅰ、机械刹车装置Ⅱ或电磁刹车装置对转盘进行制动。本专利技术的有益效果为：工作状态稳定，机械刹车装置刹车力矩同比减小30％以上，齿轮箱所受扭矩同比减小25％至30％，本专利技术的刹车制动效果好，兼顾了刹车力矩和齿轮箱所受扭矩，控制精度高，可降低刹车轴一半的受力，延长刹车系统的使用寿命，达到对风力发电机进行紧急制动和安全制动的效果，而且可实时自我修正。附图说明图1为本专利技术一种风力发电机混合制动系统及制动方法控制系统的系统框图；图2为本专利技术一种风力发电机混合制动系统及制动方法主控制器控制偏航控制单元的系统框图；具体实施方式具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种风力发电机混合制动系统，它包括测风速单元3、测风向单元2、主控制器1、偏航控制单元6、厚度检测单元4、转速检测单元7、转盘8、机械式刹车装置Ⅰ9、机械刹车装置Ⅱ10和电磁刹车装置11；转盘8经低速轴或高速轴带动转动；所述机械刹车装置Ⅰ和机械刹车装置Ⅱ10均为刹车片；测风速单元3的风速信号输出端与主控制器1的风速信号输入端相连，测风速单元3用于检测风速大小并将风速传递至主控制器1。测风向单元2的风向信号输出端与主控制器1的风向信号输入端相连，测风向单元2用于检测风向并将风向传递至主控制器1；厚度检测单元4用于检测刹车片的厚度，所述厚度检测单元4的厚度检测信号输出端与主控制器1的厚度检测信号输入端相连；偏航控制单元6的偏航控制信号输出端与转盘8的偏航控制信号输入端相连，偏航控制单元6的偏航控制信号输入端与主控制器1的偏航控制信号输出端相连，偏航控制单元6用于调整叶片与风向之间的夹角即对转盘的朝向进行调整。转速检测单元7的转速信号输入端与转盘8转速信号输出端相连，转速检测单元7的转速信号输出端与主控制器1的转速信号输入端相连，转速检测单元7用于检测转盘8的角速度大小。机械刹车装置Ⅰ的刹车信号输入端与主控制器1的第一个刹车信号输出端相连，所述机械刹车装置Ⅰ安装在转盘8的低速轴上；机械刹车装置Ⅱ10的刹车信号输入端端与主控制器1的第二个刹车信号输出端相连，所述机械刹车装置Ⅱ10安装在转盘8的高速轴上；电磁刹车装置11的刹车信号输入端端与主控制器1的第三个刹车信号输出端相连，所述电磁刹车装置11也安装在转盘8的高速轴上；具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风力发电机混合制动系统进一步限定，在本实施方式中，它还包括警报单元5，所述警报单元5的开关量控制信号输入端与主控制器1的开关量控制信号输出端相连；具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风力发电机混合制动系统进一步限定，在本实施方式中，测风速单元3内的风速感应装置为热式风速仪。热式风速仪内的风速探头是一敏感部件，当一恒定电流通过其加热线圈时，其内测量元件热电偶产生相应的热电势，并被传送到测量指示系统，此热电势与电路中产生之基准反电势相互抵消，使输出信号为零。若风速探头端部的热敏感部件暴露于外部空气流中时，由于进行热交换，此时将引起热电偶热电势变化，并与基准反电势比较后产生微弱差值信号，此信号经过主控制器1处理后得出风速数值。具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风力发电机混合制动系统进一步限定，在本实施方式中，测风向单元2为风向标，风向标安装在风力发电机机舱的尾部。具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风力发电机混合制动系统进一步限定，在本实施方式中，厚度检测单元4采用非接触式位移传感器对刹车片厚度进行检测并实时输出检测信号至主控制器1，当厚度达到主控制器1的设定值，主控制器1控制机械式刹车装置Ⅰ9、机械刹车装置Ⅱ10和电磁刹车装置11对转盘8进行制动，同时警报单元5报警提示。转盘8频繁启动，刹车片收到很大的磨损，而磨损会造成刹车效果逐渐降低，为了防止失效，在主控制器1内设置有磨损最大限度值即刹车片最小厚度值，当达到这个厚度时，转盘8停转，维修人员检测到相关情况后更换刹车片。具体实施方式六、结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种风力发电机混合制动系统进一步限定，在本实施方式中，所述主控制器1包括单片机12和模糊神经元控制器13，所述单片机(12)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机混合制动系统，其特征是：它包括测风速单元(3)、测风向单元(2)、主控制器(1)、偏航控制单元(6)、厚度检测单元(4)、转速检测单元(7)、转盘(8)、机械刹车装置Ⅰ(9)、机械刹车装置Ⅱ(10)和电磁刹车装置(11)；转盘(8)经低速轴或高速轴带动转动；所述机械刹车装置Ⅰ(9)和机械刹车装置Ⅱ(10)均为刹车片；测风速单元(3)的风速信号输出端与主控制器(1)的风速信号输入端相连；测风向单元(2)的风向信号输出端与主控制器(1)的风向信号输入端相连；厚度检测单元(4)用于检测机械刹车装置Ⅰ(9)和机械刹车装置Ⅱ(10)的刹车片厚度，所述厚度检测单元(4)的厚度检测信号输出端与主控制器(1)的厚度检测信号输入端相连；偏航控制单元(6)的偏航控制信号输出端与转盘(8)的偏航控制信号输入端相连，偏航控制单元(6)的偏航控制信号输入端与主控制器(1)的偏航控制信号输出端相连；偏航控制单元(6)用于对转盘(8)的朝向进行调整；转速检测单元(7)用于检测转盘(8)的转速，所述转速检测单元(7)的转速信号输出端与主控制器(1)的转速信号输入端相连；机械刹车装置Ⅰ(9)的刹车信号输入端与主控制器(1)的第一刹车信号输出端相连，所述机械刹车装置Ⅰ(9)安装在转盘(8)的低速轴上；机械刹车装置Ⅱ(10)的刹车信号输入端端与主控制器(1)的第二刹车信号输出端相连，所述机械刹车装置Ⅱ(10)安装在转盘(8)的高速轴上；电磁刹车装置(11)的刹车信号输入端端与主控制器(1)的第三刹车信号输出端相连，所述电磁刹车装置(11)也安装在转盘(8)的高速轴上。...

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机混合制动方法，该方法是基于一种风力发电机混合制动系统实现的，该风力发电机混合制动系统包括测风速单元(3)、测风向单元(2)、主控制器(1)、偏航控制单元(6)、厚度检测单元(4)、转速检测单元(7)、转盘(8)、机械刹车装置Ⅰ(9)、机械刹车装置Ⅱ(10)和电磁刹车装置(11)；转盘(8)经低速轴或高速轴带动转动；所述机械刹车装置Ⅰ(9)和机械刹车装置Ⅱ(10)均为刹车片；测风速单元(3)的风速信号输出端与主控制器(1)的风速信号输入端相连；测风向单元(2)的风向信号输出端与主控制器(1)的风向信号输入端相连；厚度检测单元(4)用于检测机械刹车装置Ⅰ(9)和机械刹车装置Ⅱ(10)的刹车片厚度，所述厚度检测单元(4)的厚度检测信号输出端与主控制器(1)的厚度检测信号输入端相连；偏航控制单元(6)的偏航控制信号输出端与转盘(8)的偏航控制信号输入端相连，偏航控制单元(6)的偏航控制信号输入端与主控制器(1)的偏航控制信号输出端相连；偏航控制单元(6)用于对转盘(8)的朝向进行调整；转速检测单元(7)用于检测转盘(8)的转速，所述转速检测单元(7)的转速信号输出端与主控制器(1)的转速信号输入端相连；机械刹车装置Ⅰ(9)的刹车信号输入端与主控制器(1)的第一刹车信号输出端相连，所述机械刹车装置Ⅰ(9)安装在转盘(8)的低速轴上；机械刹车装置Ⅱ(10)的刹车信号输入端与主控制器(1)的第二刹车信号输出端相连，所述机械刹车装置Ⅱ(10)安装在转盘(8)的高速轴上；电磁刹车装置(11)的刹车信号输入端与主控制器(1)的第三刹车信号输出端相连，所述电磁刹车装置(11)也安装在转盘(8)的高速轴上；其特征在于，该方法由以下步骤实现：步骤一、所述主控制器(1)将风速预先划分三个风速阈值，即：第一风速阈值、第二风速阈值和第三风速阈值；所述第一风速阀值小于第二风速阀值，第二风速阀值小于第三风速阀值；测风向单元(2)实时将测得的风向信号输送给主控制器(1)；测风速单元(3)测得风速，得到风速数据，测风速单元(3)将风速数据输送给主控制器(1)；步骤二、主控制器(1)对测得的当前风速信号与三个风速阈值进行比较，如果测风速单元(3)测得风速不大于第一风速阈值，主控制器(1)不输出控制指令；如果测风速单元(3)测得风速数据大于第一风速阈值且小于第二风速阀值，主控制器(1)结合风向信号对偏航控制单元(6)发出控制指令，偏航控制单元(6)接收到控制指令后驱动转盘(8)执行控制指令，调整风力发电机叶片与风向垂直；如果测风速数据不小于第三风速阀值，主控制器(1)控制结合风向信号对偏航控制单元(6)发出控制指令，偏航控制单元(6)接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：于海洋，徐冰亮，董尔佳，郭袅，祖光鑫，徐明宇，张明江，姜鹏，崔佳鹏，
申请(专利权)人：国家电网公司，黑龙江省电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11