本發(fā)明涉及一種功率控制方法，特別涉及一種葉尖轉動風力機的功率控制方法。

背景技術：

1、風能是一種重要的可再生能源。自19世紀70年代起，風力機裝機數(shù)量迅速增加。風力機的尺寸顯著增大。低風速風力機的顯著特點之一是擁有較長的葉片以增加掃掠面積。同時海上風電也在迅猛發(fā)展，降低海上風能度電成本cost?of?energy,?coe的迫切需求驅使風力機葉片長度不斷增加。上述兩個場景是風力機風輪直徑不斷增加的行業(yè)需求之縮影。風力機單機功率有望達到10-20?mw級別，風輪直徑增至150-250?m范圍。

2、隨著近海和遠海風力機的全面發(fā)展，以及風力機的大型化趨勢，風力機對臺風的適應性問題逐漸成為阻礙風能發(fā)展的重大問題。臺風這樣等級的風對于風力機來說是毀滅性的。根據(jù)大型風機的性能指標以及我國現(xiàn)行的臺風預報規(guī)定，一般可將登陸我國的臺風劃分為效益型、防御型和破壞型3類:（1）效益型：受臺風外圍影響,最大風力在10級以下；（2）防御型：受臺風外圍影響,最大風力在10~11級；（3）破壞型：受臺風外圍影響,最大風力在12級以上。而讓對風力機造成傷害的一般都是破壞型的臺風，通過統(tǒng)計臺風對風力機造成的傷害主要有3種分別為整體傾覆、塔筒失效和葉片破壞。在葉片破壞中葉尖的損壞尤為嚴重，在大型的臺風下，風力機就算進行了變槳卸載葉尖處依然有很大的力，對葉尖進行損害。現(xiàn)在已經有許多方法對于臺風下的葉尖有所保護，但這些設計在風力機達到大型化的情況下仍然存在問題，因此必須要進行創(chuàng)新型設計，同時由于葉片的大型化，在額定功率以上的風速時，實時的變槳也會對風力機造成一些損害。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術缺陷，提供一種葉尖轉動風力機的功率控制方法，通過控制葉尖收束機構的收束變換多種模式去適應不同氣候；將風力機葉片分為折疊葉尖段和葉片段兩端，在臺風天氣等極端天氣下，通過控制使葉尖向葉片方向收束，以此來達到在臺風下保護葉尖的目的，同時由于折疊葉尖段和葉片段的分離，風力機可以通過控制手段對葉片段和折疊葉尖段的迎風策略進行分別的控制，以達到功率控制的目的。

2、本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種葉尖轉動風力機的功率控制方法，風力機通過控制葉尖收束機構的收束變換多種模式去適應不同氣候；具體包括：

3、當風速傳感器檢測到風速超過額定風速時，風力機進入臺風模式，風力機控制器驅動可伸縮收束桿收縮，使折疊葉尖段向葉片段收束；隨后執(zhí)行全葉片90°順槳；折疊葉尖段與葉片段所形成的夾角為a；

4、當風速介于額定風速與切出風速之間時，風力機進入功率調節(jié)模式，風力機的控制器根據(jù)功率誤差信號動態(tài)調節(jié)葉尖收束機構的可伸縮收束桿行程，風力機通過控制角度a對風力機的功率進行控制，使夾角a在一定范圍內變化，通過改變折疊葉尖段的有效掃風面積穩(wěn)定輸出功率；

5、當風速降至安全閾值后，即達到切出風速，風力機進入復位模式，葉尖收束機構的可伸縮收束桿伸展至最大行程，鎖定裝置鎖定葉片初識夾角a，恢復葉片連續(xù)氣動外形。

6、作為本發(fā)明的進一步限定，所述葉尖收束機構包括葉上收束支座（1）、可伸縮收束桿、葉尖收束支座、折疊鉸鏈、葉片段、折疊葉尖段；所述葉上收束支座的一端與葉片段固定，另一端與可伸縮收束桿的一端鉸接；所述可伸縮收束桿的另一端與葉尖收束支座鉸接，所述葉尖收束支座固定于折疊葉尖段；所述葉片段與折疊葉尖段通過折疊鉸鏈連接；所述折疊葉尖段長度為葉片總長的15%~25%，折疊葉尖段內部預埋光纖應變傳感器，實時監(jiān)測應力分布；所述折疊鉸鏈內置電磁阻尼器，用于抑制收束過程中的顫振。

7、作為本發(fā)明的進一步限定，當風速傳感器檢測到持續(xù)風速≥25?m/s時，風力機進入臺風模式，葉尖收束機構通過液壓機構或電機驅動機構驅動可伸縮收束桿進而調整夾角a，使折疊葉尖段向葉片段收束至夾角a≤45°，然后，再執(zhí)行90°變槳動作，使得葉片進入順槳狀態(tài)。

8、作為本發(fā)明的進一步限定，風力機進入功率調節(jié)模式，風力機的控制器根據(jù)功率誤差信號動態(tài)調節(jié)葉尖收束機構的可伸縮收束桿行程，風力機通過控制角度a對風力機的功率進行控制，使夾角a在60°至120°范圍內變化。

9、作為本發(fā)明的進一步限定，所述葉上收束支座和葉尖收束支座均為旋轉鉸支座，內部設有軸承結構。

10、作為本發(fā)明的進一步限定，所述可伸縮收束桿在風力機葉片處于收束完成狀態(tài)時伸縮桿為壓縮最小值，此時液壓插銷式鎖定裝置或電磁制動器啟動以固定伸縮桿；風力機葉片處于未收束狀態(tài)時伸縮桿不完全固定有一定的動作余量，通過控制折疊鉸鏈調節(jié)夾角a實現(xiàn)功率控制。

11、本發(fā)明采用以上技術方案，與現(xiàn)有技術相比，有益效果為：將風力機的葉片分為葉片段和折疊葉尖段，并控制折疊葉尖段進行收束的方法控制功率以及使風力機適應臺風氣候；在臺風來臨時葉尖收束機構會將折疊葉尖段向葉片段收束，并通過葉片的變槳功能實現(xiàn)對風力機葉尖位置的全面保護。在葉尖收束的情況下臺風對與風輪的損害會降低到最小。同時由于折疊葉尖段和葉片段的分離，使得風力機在額定風速下也可以實現(xiàn)葉片段和折疊葉尖段的迎風控制分離，實現(xiàn)整個風力機在額定功率后通過只控制較小的折疊葉片段就可以穩(wěn)定功率，在正常工作狀態(tài)下也可以使得葉尖處受到的損傷最小化，并且也可以獲得更大的效率。

技術特征：

1.一種葉尖轉動風力機的功率控制方法，風力機通過控制葉尖收束機構的收束變換多種模式去適應不同氣候，其特征在于，具體包括：

2.根據(jù)權利要求?1所述的一種葉尖轉動風力機的功率控制方法，其特征在于，所述葉尖收束機構包括葉上收束支座（1）、可伸縮收束桿（2）、葉尖收束支座（3）、折疊鉸鏈（4）、葉片段（5）、折疊葉尖段（6）；所述葉上收束支座（1）的一端與葉片段（5）固定，另一端與可伸縮收束桿（2）的一端鉸接；所述可伸縮收束桿（2）的另一端與葉尖收束支座（3）鉸接，所述葉尖收束支座（3）固定于折疊葉尖段（6）；所述葉片段（5）與折疊葉尖段（6）通過折疊鉸鏈（4）連接；所述折疊葉尖段（6）長度為葉片總長的15%~25%，折疊葉尖段（6）內部預埋光纖應變傳感器，實時監(jiān)測應力分布；所述折疊鉸鏈（4）內置電磁阻尼器，用于抑制收束過程中的顫振。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種葉尖轉動風力機的功率控制方法，其特征在于，當風速傳感器檢測到持續(xù)風速≥25?m/s時，風力機進入臺風模式，葉尖收束機構通過液壓機構或電機驅動機構驅動可伸縮收束桿（2）進而調整夾角a，使折疊葉尖段（6）向葉片段（5）收束至夾角a≤45°，然后，再執(zhí)行90°變槳動作，使得葉片進入順槳狀態(tài)。

4.根據(jù)權利要求2所述的一種葉尖轉動風力機的功率控制方法，其特征在于，風力機進入功率調節(jié)模式，風力機的控制器根據(jù)功率誤差信號動態(tài)調節(jié)葉尖收束機構的可伸縮收束桿（2）行程，風力機通過控制角度a對風力機的功率進行控制，使夾角a在60°至120°范圍內變化。

5.根據(jù)權利要求2所述的一種葉尖轉動風力機的功率控制方法，其特征在于，所述葉上收束支座（1）和葉尖收束支座（3）均為旋轉鉸支座，內部設有軸承結構。

6.根據(jù)權利要求2所述的一種葉尖轉動風力機的功率控制方法，其特征在于，所述可伸縮收束桿（2）在風力機葉片處于收束完成狀態(tài)時伸縮桿為壓縮最小值，此時液壓插銷式鎖定裝置或電磁制動器啟動以固定伸縮桿；風力機葉片處于未收束狀態(tài)時伸縮桿不完全固定有一定的動作余量，通過控制折疊鉸鏈（4）調節(jié)夾角a實現(xiàn)功率控制。

技術總結
本發(fā)明公開了一種葉尖轉動風力機的功率控制方法，風力機通過控制葉尖收束機構的收束變換多種模式去適應不同氣候，當風速傳感器檢測到風速超過額定風速時，風力機進入臺風模式，風力機控制器驅動可伸縮收束桿收縮，使折疊葉尖段向葉片段收束；當風速介于額定風速與切出風速之間時，風力機進入功率調節(jié)模式，風力機的控制器根據(jù)功率誤差信號動態(tài)調節(jié)葉尖收束機構的可伸縮收束桿行程；通過改變折疊葉尖段的有效掃風面積穩(wěn)定輸出功率；當風速降至安全閾值后，風力機進入復位模式，葉尖收束機構的可伸縮收束桿伸展至最大行程，恢復葉片連續(xù)氣動外形；本發(fā)明通過控制手段對葉片段和折疊葉尖段的迎風策略進行分別的控制，以達到功率控制的目的。

技術研發(fā)人員：孫振業(yè),伊斯蘭·穆罕默德·賈希杜爾,沈文忠,朱衛(wèi)軍,歐蘇宇,祁浩天,馬超
受保護的技術使用者：揚州大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/8