【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及風力發電，具體涉及一種垂直軸風電機組氣動調節裝置及控制方法。
技術介紹
1、風力發電是當前全球范圍內重要的可再生能源之一，具有清潔、高效、可持續等優點。風力發電機組主要分為水平軸風力發電機組(hawt)和垂直軸風力發電機組(vawt)兩大類。相較于水平軸風機，垂直軸風電機組具有以下優勢：結構簡單、制造成本較低、無需主動對風，適合多變風況環境中的穩定發電。此外，垂直軸風電機組還在深海浮式風電場、低噪聲要求的分布式風場等復雜應用場景中展示出較好的適應性和穩定性。
2、垂直軸風電機組在發展過程中面臨多項技術瓶頸，尤其在剎車制動、啟動困難和控制系統方面的不足。這些問題限制了風機的性能和可靠性。
3、首先，傳統的機械剎車系統易導致剎車片磨損嚴重，需要頻繁維護，且在極端天氣下容易出現失速飛車風險，缺乏快速有效的控制手段。啟動困難同樣是一個關鍵問題，由于垂直軸風機在低風速下難以產生足夠的啟動扭矩，自主啟動能力較弱，尤其在風速變化頻繁的情況下表現不佳。雖然電機輔助啟動可以在一定程度上解決這一問題，但其高成本和復雜性增加了系統的負擔，特別是對于大功率風機，維護和能耗問題更加突出。
4、除了剎車和啟動問題，控制系統的不足也顯著影響了垂直軸風機的運行性能。相比于水平軸風機，垂直軸風機的氣動控制技術和系統尚未成熟。目前的控制策略主要集中于簡單的轉速控制和被動調節，無法實現對風機運行狀態的動態調整和實時優化。這種局限性直接影響了風能的捕獲效率，并降低了系統的整體穩定性，尤其在面對復雜風場和極端氣候條件時，
5、總體而言，剎車系統的可靠性、啟動困難和控制系統的不足成為制約垂直軸風機進一步發展的主要障礙，嚴重制約了垂直軸風電機組的產業化發展道路。因此，提出有效可靠的垂直軸機組氣動調節控制方法及裝置，對解決上述問題具有重要價值和意義。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足，本專利技術要解決的技術問題是提供一種垂直軸風電機組氣動調節裝置和控制方法，能輔助機組順利啟動和停止、以及運行階段平穩。
2、為了實現上述目的，本專利技術是通過如下的技術方案來實現：一種垂直軸風電機組氣動調節裝置，包括：
3、轉矩塔，與風電機組的塔筒連接；
4、制動葉片，多個所述制動葉片周向間隔與所述轉矩塔上的變槳軸承連接，且所述制動葉片的端部橫向向外并逐漸傾斜向上延伸，每個所述制動葉片均能繞著自己的中心軸旋轉；
5、驅動系統，與所有的所述制動葉片連接，用于驅動所述制動葉片繞著自己的中心軸旋轉；及
6、監測系統，包括位置傳感器、載荷傳感器和速度傳感器，所述位置傳感器、載荷傳感器、速度傳感器與所述驅動系統和所述制動葉片電性連接，用于監控所述制動葉片的槳距角、驅動器狀態和載荷變化，并所述驅動系統根據監測數據調整所述制動葉片的旋轉。
7、進一步地，所述制動葉片為3個。
8、進一步地所述驅動系統包括旋轉動力源、主動齒輪和從動齒輪，所述旋轉動力源用于驅動所述主動齒輪旋轉，所述主動齒輪與所述從動齒輪連接，所述從動齒輪與所述變槳軸承連接。
9、進一步地所述從動齒輪為內齒輪，所述從動齒輪與所述變槳軸承套接固定。
10、進一步地還包括電源系統，所述電源系統能為所述驅動系統提供電能。
11、一種垂直軸風電機組的控制方法，其特征在于，采用如權利要求1-5所述的垂直軸風電機組氣動調節裝置，包括：
12、在機組啟動階段，在發電機轉速n小于起始轉速n1，通過所述驅動系統驅動所述制動葉片的槳距角至90°，發電機轉矩保持為0，以輔助風電機組的轉速爬升；
13、在機組正常發電階段，發電機轉速未達到額定轉速nr之前，通過所述驅動系統驅動所述制動葉片的槳距角至0°并隨后保持，利用pi控制器調節發電機轉矩使其轉速最佳；發電機轉速達到到額定轉速后，通過所述驅動系統驅動所述制動葉片的槳距角優化微調，使機組轉速穩定。
14、在機組停機階段，通過所述驅動系統驅動的所述制動葉片的槳距角快速調整至90°，大幅增加風輪阻力，使發電機組轉速迅速降低，并通過逐步調整發電機轉矩和制動葉片的槳距角實現平穩停機。
15、進一步地，當發電機轉速位于起始轉速與不同控制區間之間的過渡轉速之間時：
16、將制動葉片的槳距角調整至0°，保證最大風能捕獲，參考轉速為起始轉速，pi控制器調節發電機轉矩，通過轉矩調節保證發電機組逐步達到最優轉速。
17、進一步地，當發電機轉速位于不同控制區間之間的過渡轉速和額定轉速時：
18、繼續保持制動葉片的槳距角為0°，利用pi控制器調節發電機轉矩，參考轉速為額定轉速，以實現最佳轉矩調整。
19、進一步地，當發電機轉速達到額定值nr時，引入基于pi控制器與自適應動態優化算法的組合控制方法。對槳距角進行優化調節，以抵御瞬時風速變化，維持轉速穩定在額定值nr；
20、發電機轉矩保持恒定輸出轉矩，優化算法根據實時風速變化對槳距角進行微調，減少轉速波動對輸出功率的影響。
21、本專利技術的有益效果：
22、上述垂直軸風電機組氣動調節裝置，包括轉矩塔、制動葉片、驅動系統和監測系統。
23、轉矩塔與風電機組的塔筒連接。制動葉片有多個，多個制動葉片周向間隔與轉矩塔上的變槳軸承連接，且制動葉片的端部橫向向外并逐漸傾斜向上延伸，每個制動葉片均能繞著自己的中心軸旋轉。驅動系統與所有的制動葉片連接，用于驅動制動葉片繞著自己的中心軸旋轉，使制動葉片的槳距角發生變化。監測系統包括位置傳感器、載荷傳感器和速度傳感器。位置傳感器、載荷傳感器、速度傳感器與驅動系統和制動葉片電性連接，用于監控制動葉片的槳距角、驅動器狀態和載荷變化，并驅動系統根據監測數據調整制動葉片的旋轉。
24、垂直軸風電機組氣動控制方法通過本專利技術提出的氣動調節裝置，結合轉速-轉矩-制動葉片變槳角度的協同控制策略，實現風電機組啟動階段的輔助啟動、運行階段的功率增加、停機階段的氣動剎車-轉矩保持的協同安全停機。該方法的提出將有效解決垂直軸機組在啟動、停機、控制方面遇到的難題，推動垂直軸風電機組技術的發展。
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1.一種垂直軸風電機組氣動調節裝置，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的垂直軸風電機組氣動調節裝置，其特征在于，所述制動葉片為3個。
3.根據權利要求1所述的垂直軸風電機組氣動調節裝置，其特征在于，所述驅動系統包括旋轉動力源、主動齒輪和從動齒輪，所述旋轉動力源用于驅動所述主動齒輪旋轉，所述主動齒輪與所述從動齒輪連接，所述從動齒輪與所述變槳軸承連接。
4.根據權利要求3所述的垂直軸風電機組氣動調節裝置，其特征在于，所述從動齒輪為內齒輪，所述從動齒輪與所述變槳軸承套接固定。
5.根據權利要求1所述的垂直軸風電機組氣動調節裝置，其特征在于，還包括電源系統，所述電源系統能為所述驅動系統提供電能。
6.一種垂直軸風電機組的控制方法，其特征在于，采用如權利要求1-5所述的垂直軸風電機組氣動調節裝置，包括：
7.根據權利要求6所述的垂直軸風電機組的控制方法，其特征在于，
8.根據權利要求6所述的垂直軸風電機組的控制方法，其特征在于，
9.根據權利要求6所述的垂直軸風電機組的控制方法，其特征在
...【技術特征摘要】
1.一種垂直軸風電機組氣動調節裝置，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的垂直軸風電機組氣動調節裝置，其特征在于，所述制動葉片為3個。
3.根據權利要求1所述的垂直軸風電機組氣動調節裝置，其特征在于，所述驅動系統包括旋轉動力源、主動齒輪和從動齒輪，所述旋轉動力源用于驅動所述主動齒輪旋轉，所述主動齒輪與所述從動齒輪連接，所述從動齒輪與所述變槳軸承連接。
4.根據權利要求3所述的垂直軸風電機組氣動調節裝置，其特征在于，所述從動齒輪為內齒輪，所述從動齒輪與所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭濤，沙漫地，侯承宇，文責丞，張浩，文茂詩，張凱，楊微，
申請(專利權)人：中船海裝風電有限公司，
類型：發明
國別省市：
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