【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电，具体涉及一种垂直轴风电机组气动调节装置及控制方法。
技术介绍
1、风力发电是当前全球范围内重要的可再生能源之一，具有清洁、高效、可持续等优点。风力发电机组主要分为水平轴风力发电机组(hawt)和垂直轴风力发电机组(vawt)两大类。相较于水平轴风机，垂直轴风电机组具有以下优势：结构简单、制造成本较低、无需主动对风，适合多变风况环境中的稳定发电。此外，垂直轴风电机组还在深海浮式风电场、低噪声要求的分布式风场等复杂应用场景中展示出较好的适应性和稳定性。
2、垂直轴风电机组在发展过程中面临多项技术瓶颈，尤其在刹车制动、启动困难和控制系统方面的不足。这些问题限制了风机的性能和可靠性。
3、首先，传统的机械刹车系统易导致刹车片磨损严重，需要频繁维护，且在极端天气下容易出现失速飞车风险，缺乏快速有效的控制手段。启动困难同样是一个关键问题，由于垂直轴风机在低风速下难以产生足够的启动扭矩，自主启动能力较弱，尤其在风速变化频繁的情况下表现不佳。虽然电机辅助启动可以在一定程度上解决这一问题，但其高成本和复杂性增加了系统的负担，特别是对于大功率风机，维护和能耗问题更加突出。
4、除了刹车和启动问题，控制系统的不足也显著影响了垂直轴风机的运行性能。相比于水平轴风机，垂直轴风机的气动控制技术和系统尚未成熟。目前的控制策略主要集中于简单的转速控制和被动调节，无法实现对风机运行状态的动态调整和实时优化。这种局限性直接影响了风能的捕获效率，并降低了系统的整体稳定性，尤其在面对复杂风场和极端气候条件时，
5、总体而言，刹车系统的可靠性、启动困难和控制系统的不足成为制约垂直轴风机进一步发展的主要障碍，严重制约了垂直轴风电机组的产业化发展道路。因此，提出有效可靠的垂直轴机组气动调节控制方法及装置，对解决上述问题具有重要价值和意义。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种垂直轴风电机组气动调节装置和控制方法，能辅助机组顺利启动和停止、以及运行阶段平稳。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种垂直轴风电机组气动调节装置，包括：
3、转矩塔，与风电机组的塔筒连接；
4、制动叶片，多个所述制动叶片周向间隔与所述转矩塔上的变桨轴承连接，且所述制动叶片的端部横向向外并逐渐倾斜向上延伸，每个所述制动叶片均能绕着自己的中心轴旋转；
5、驱动系统，与所有的所述制动叶片连接，用于驱动所述制动叶片绕着自己的中心轴旋转；及
6、监测系统，包括位置传感器、载荷传感器和速度传感器，所述位置传感器、载荷传感器、速度传感器与所述驱动系统和所述制动叶片电性连接，用于监控所述制动叶片的桨距角、驱动器状态和载荷变化，并所述驱动系统根据监测数据调整所述制动叶片的旋转。
7、进一步地，所述制动叶片为3个。
8、进一步地所述驱动系统包括旋转动力源、主动齿轮和从动齿轮，所述旋转动力源用于驱动所述主动齿轮旋转，所述主动齿轮与所述从动齿轮连接，所述从动齿轮与所述变桨轴承连接。
9、进一步地所述从动齿轮为内齿轮，所述从动齿轮与所述变桨轴承套接固定。
10、进一步地还包括电源系统，所述电源系统能为所述驱动系统提供电能。
11、一种垂直轴风电机组的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-5所述的垂直轴风电机组气动调节装置，包括：
12、在机组启动阶段，在发电机转速n小于起始转速n1，通过所述驱动系统驱动所述制动叶片的桨距角至90°，发电机转矩保持为0，以辅助风电机组的转速爬升；
13、在机组正常发电阶段，发电机转速未达到额定转速nr之前，通过所述驱动系统驱动所述制动叶片的桨距角至0°并随后保持，利用pi控制器调节发电机转矩使其转速最佳；发电机转速达到到额定转速后，通过所述驱动系统驱动所述制动叶片的桨距角优化微调，使机组转速稳定。
14、在机组停机阶段，通过所述驱动系统驱动的所述制动叶片的桨距角快速调整至90°，大幅增加风轮阻力，使发电机组转速迅速降低，并通过逐步调整发电机转矩和制动叶片的桨距角实现平稳停机。
15、进一步地，当发电机转速位于起始转速与不同控制区间之间的过渡转速之间时：
16、将制动叶片的桨距角调整至0°，保证最大风能捕获，参考转速为起始转速，pi控制器调节发电机转矩，通过转矩调节保证发电机组逐步达到最优转速。
17、进一步地，当发电机转速位于不同控制区间之间的过渡转速和额定转速时：
18、继续保持制动叶片的桨距角为0°，利用pi控制器调节发电机转矩，参考转速为额定转速，以实现最佳转矩调整。
19、进一步地，当发电机转速达到额定值nr时，引入基于pi控制器与自适应动态优化算法的组合控制方法。对桨距角进行优化调节，以抵御瞬时风速变化，维持转速稳定在额定值nr；
20、发电机转矩保持恒定输出转矩，优化算法根据实时风速变化对桨距角进行微调，减少转速波动对输出功率的影响。
21、本专利技术的有益效果：
22、上述垂直轴风电机组气动调节装置，包括转矩塔、制动叶片、驱动系统和监测系统。
23、转矩塔与风电机组的塔筒连接。制动叶片有多个，多个制动叶片周向间隔与转矩塔上的变桨轴承连接，且制动叶片的端部横向向外并逐渐倾斜向上延伸，每个制动叶片均能绕着自己的中心轴旋转。驱动系统与所有的制动叶片连接，用于驱动制动叶片绕着自己的中心轴旋转，使制动叶片的桨距角发生变化。监测系统包括位置传感器、载荷传感器和速度传感器。位置传感器、载荷传感器、速度传感器与驱动系统和制动叶片电性连接，用于监控制动叶片的桨距角、驱动器状态和载荷变化，并驱动系统根据监测数据调整制动叶片的旋转。
24、垂直轴风电机组气动控制方法通过本专利技术提出的气动调节装置，结合转速-转矩-制动叶片变桨角度的协同控制策略，实现风电机组启动阶段的辅助启动、运行阶段的功率增加、停机阶段的气动刹车-转矩保持的协同安全停机。该方法的提出将有效解决垂直轴机组在启动、停机、控制方面遇到的难题，推动垂直轴风电机组技术的发展。
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1.一种垂直轴风电机组气动调节装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的垂直轴风电机组气动调节装置，其特征在于，所述制动叶片为3个。
3.根据权利要求1所述的垂直轴风电机组气动调节装置，其特征在于，所述驱动系统包括旋转动力源、主动齿轮和从动齿轮，所述旋转动力源用于驱动所述主动齿轮旋转，所述主动齿轮与所述从动齿轮连接，所述从动齿轮与所述变桨轴承连接。
4.根据权利要求3所述的垂直轴风电机组气动调节装置，其特征在于，所述从动齿轮为内齿轮，所述从动齿轮与所述变桨轴承套接固定。
5.根据权利要求1所述的垂直轴风电机组气动调节装置，其特征在于，还包括电源系统，所述电源系统能为所述驱动系统提供电能。
6.一种垂直轴风电机组的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-5所述的垂直轴风电机组气动调节装置，包括：
7.根据权利要求6所述的垂直轴风电机组的控制方法，其特征在于，
8.根据权利要求6所述的垂直轴风电机组的控制方法，其特征在于，
9.根据权利要求6所述的垂直轴风电机组的控制方法，其特征在
...【技术特征摘要】
1.一种垂直轴风电机组气动调节装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的垂直轴风电机组气动调节装置，其特征在于，所述制动叶片为3个。
3.根据权利要求1所述的垂直轴风电机组气动调节装置，其特征在于，所述驱动系统包括旋转动力源、主动齿轮和从动齿轮，所述旋转动力源用于驱动所述主动齿轮旋转，所述主动齿轮与所述从动齿轮连接，所述从动齿轮与所述变桨轴承连接。
4.根据权利要求3所述的垂直轴风电机组气动调节装置，其特征在于，所述从动齿轮为内齿轮，所述从动齿轮与所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭涛，沙漫地，侯承宇，文责丞，张浩，文茂诗，张凯，杨微，
申请(专利权)人：中船海装风电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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