Система регулировки угла наклона лопасти ветротурбины, способ управления системой регулировки угла наклона и ветротурбинная система Российский патент 2020 года по МПК F03D1/06 F03D7/02 F03D17/00 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к ветротурбинным системам, а более конкретно - к управляющим системам для регулировки угла наклона лопастей в ветротурбинных системах.

Предпосылки создания изобретения

[0002] Энергию ветра считают одним из самых чистых, самых безвредных для окружающей среды источников энергии, доступных в настоящее время, и поэтому ветротурбинам уделяется повышенное внимание. Современная ветротурбина как правило содержит башню, генератор, коробку передач, гондолу, и одну или несколько роторных лопастей. Роторные лопасти захватывают кинетическую энергию ветра с использованием известных базовых принципов и передают эту кинетическую энергию посредством вращательной энергии вала, соединяющего роторные лопасти, в коробку передач, или, если коробка передач не используется, непосредственно в генератор. Затем генератор преобразует механическую энергию в электроэнергию, которая может быть подана в электросеть.

[0003] Во время работы ветротурбины различные ее компоненты подвергаются различным нагрузкам вследствие аэродинамических ветровых нагрузок, действующих на лопасть. Нагрузка на лопасть зависит от скорости ветра, отношения окружной скорости (TSR, tip speed ratio) и/или угла наклона лопасти. Отношение окружной скорости лопасти (TSR) - это отношение скорости вращающегося конца лопасти к фактической скорости ветра. Может быть желательно регулировать работу ветротурбины на основе сигналов, соответствующих значению TSR (например, различных показаний значения скорости), чтобы регулировать нагрузку лопастей ветротурбины и/или повысить производительность ветротурбины.

[0004] Для снижения нагрузки на роторные лопасти были разработаны различные способы и устройства, позволяющие снимать часть нагрузки с роторных лопастей. Такие способы и устройства предусматривают, например, изменение угла наклона роторных лопастей и/или уменьшение вращающего момента генератора во время работы. Соответственно, многие ветротурбины содержат контроллер ветротурбины, который может управлять ветротурбиной различными способами на основе значений нагрузки турбины и TSR. Например, в различных рабочих условиях ветротурбина может регулировать вращающий момент генератора и/или угол наклона роторных лопастей, чтобы изменить TSR с целью обеспечить желательное заранее заданное значение TSR и увеличить захват мощности ветротурбиной.

[0005] Углом наклона роторной лопасти можно управлять, например, с использованием системы регулировки угла наклона, как описано, например в патенте ЕР 2703642. Система регулировки угла наклона может содержать двигатель, такой как двигатель постоянного тока (DC), приводимый в действие преобразователем DC/DC. В некоторых реализациях система регулировки угла наклона содержит источник постоянного тока (DC), схему управления, преобразовательный мост и/или батарею конденсаторов, связанную с шиной DC и содержащую одно или более конденсаторных устройств.

[0006] Ветротурбина и/или система регулировки угла наклона могут получать энергию из электрической сети. В некоторых случаях выбросы напряжения, вызванные различными событиями в сети, например прохождением высокого напряжения в сети, могут повредить различные компоненты ветротурбинной системы и/или системы регулировки угла наклона, если не принять профилактических мер. Некоторые системы регулировки угла наклона могут содержать устройство динамического торможения, конфигурированное для подавления выбросов напряжения, связанных с событиями в сети.

Краткое описание изобретения

[0007] Аспекты и преимущества вариантов выполнения настоящего изобретения будут частично сформулированы ниже, или могут быть изучены из описания или практического использования вариантов выполнения настоящего изобретения.

[0008] Один пример варианта выполнения настоящего изобретения относится к системе регулировки угла наклона лопасти в ветротурбинной системе. Эта система содержит источник питания, предназначенный для преобразования входного сигнала переменного тока в напряжение постоянного тока. Система дополнительно содержит контроллер, предназначенный для приема сигнала из источника питания и подачи одной или более управляющих команд в двигатель регулировки угла наклона. Кроме того, система содержит устройство для подавления выброса, содержащее переключающий элемент, включенный между источником питания и контроллером. Устройство подавления выброса предназначено для контроля входного напряжения из сети и управления работой переключающего элемента по меньшей мере частично на основе контролируемого входного напряжения, так чтобы переключающий элемент блокировал электрический ток, текущий из переключающего элемента в контроллер, когда контролируемое входное напряжение превышает порог напряжения. Кроме того, согласно изобретению, система регулировки угла наклона лопасти ветротурбины также содержит шунтирующий контактор, соединенный с источником питания, и резистор динамического торможения, конфигурированный для подавления напряжения, поступающего из сети, по меньшей мере частично на основе работы шунтирующего контактора и устройства подавления выброса.

[0009] Другой аспект настоящего изобретения относится к способу управления системой регулировки угла наклона, связанной с ветротурбинной системой. Способ включает прием одного или более сигналов, соответствующих напряжению в электрической сети. Способ дополнительно включает сравнение напряжения, подаваемого электрической сетью, с одним или большим количеством пороговых напряжений. Одно или более пороговых напряжений соответствует сетевым событиям, связанным с электрической сетью. Кроме того, способ включает выработку одного или более управляющих сигналов по меньшей мере частично на основе этого сравнения. Кроме того, способ включает операцию управления устройством подавления выброса по меньшей мере частично на основе одного или более управляющих сигналов. Устройство подавления выброса включено между источником питания, связанным с напряжением, подаваемым электрической сетью, и контроллером, связанным с системой регулировки угла наклона. Устройство подавления выброса предназначено для регулировки электрического тока, текущего через устройство подавления выброса в контроллер, по меньшей мере частично на основе указанного одного или более управляющих сигналов. Согласно изобретению, способ также содержит управление резистором динамического торможения, конфигурированным для подавления напряжения, поступающего из сети, по меньшей мере частично на основе работы шунтирующего контактора, соединенного с источником питания, и устройства подавления выброса.

[0010] Еще один аспект настоящего изобретения относится к ветротурбинной системе. Ветротурбинная система содержит одну или более роторных лопастей. Кроме того, ветротурбинная система содержит одну или более систем регулировки угла наклона лопасти. Каждая система регулировки угла наклона лопасти предназначена для регулировки угла наклона по меньшей мере одной из одной или более роторных лопастей. Каждая система регулировки угла наклона содержит источник питания, предназначенный для преобразования входного сигнала переменного тока в напряжение постоянного тока, контроллер, предназначенный для приема сигнала из источника питания и передачи одной или более управляющих команд в двигатель регулировки угла наклона, и устройство подавления выброса, содержащее переключающий элемент, включенный между источником питания и контроллером. Устройство подавления выброса предназначено для контроля входного напряжения из сети и управление переключающим элементом по меньшей мере частично на основе контролируемого входного напряжения, так чтобы переключающий элемент блокировал электрический ток, текущий через переключающий элемент в контроллер, когда контролируемое входное напряжение превышает порог напряжения. Ветротурбинная система также содержит шунтирующий контактор, соединенный с источником питания, и резистор динамического торможения, конфигурированный для подавления напряжения, поступающего из сети, по меньшей мере частично на основе работы шунтирующего контактора и устройства подавления выброса.

[0011] К этим аспектам, приведенным в качестве примеров выполнения настоящего изобретения, могут быть добавлены вариации и модификации.

[0012] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества различных вариантов выполнения настоящего изобретения станут понятнее из последующего описания и пунктов формулы изобретения. Сопровождающие чертежи, которые включены в настоящее описание и составляют его часть, иллюстрируют варианты выполнения настоящего изобретения и, совместно с описанием, служат для пояснения соответствующих принципов.

Краткое описание чертежей

[0013] Ниже подробно рассмотрены варианты выполнения настоящего изобретения, рассчитанные на обычных специалистов в данной области техники, со ссылками на сопровождающие чертежи, где:

[0014] на фиг.1 показан пример ветротурбинной системы согласно вариантам выполнения настоящего изобретения;

[0015] на фиг.2 показана система регулировки угла наклона лопасти согласно примеру варианта выполнения настоящего изобретения;

[0016] на фиг.3 показано устройство подавления выброса, связанное с системой регулировки угла наклона лопасти, согласно вариантам выполнения настоящего изобретения; и

[0017] на фиг.4 показана последовательность операций в способе управления системой регулировки угла наклона согласно вариантам выполнения настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

[0018] Ниже подробно рассмотрены варианты выполнения настоящего изобретения, примеры которых показаны на чертежах. Каждый пример представлен для пояснения и не ограничивает изобретение. Фактически, специалистам очевидно, что в настоящее изобретение можно внести различные модификации и вариации в объеме изобретения. Например, функции, показанные или описанные как часть одного варианта выполнения настоящего изобретения, могут быть использованы в другом варианте выполнения настоящего изобретения, что может привести к еще одному варианту выполнения настоящего изобретения. Таким образом, предполагается, что данное изобретение охватывает такие модификации и вариации, как изложено в пунктах формулы изобретения и их эквивалентах.

[0019] Следующие примеры аспектов настоящего изобретения относятся к управлению системой регулировки угла наклона, связанной с ветротурбинной системой, на основе по меньшей мере частично напряжения в сети. Например, система регулировки угла наклона может содержать устройство подавления выброса, предназначенное для регулировки электрического тока, текущего в контроллер, связанный с системой регулировки угла наклона. Устройство подавления выброса может содержать переключающий элемент, включенный между контроллером и сетью. Работой переключающего элемента можно управлять по меньшей мере частично на основе напряжения в сети. В частности, устройство подавления выброса может дополнительно содержать схему сравнения, предназначенную для включения источника тока, когда напряжение в сети превышает порог напряжения. Источник тока может управлять работой переключающего элемента. Например, когда источник тока включен, переключающий элемент может блокировать электрический ток, а когда источник тока выключен, переключающий элемент может разрешить протекание электрического тока. При этом устройство подавления выброса может разрешить току течь через устройство подавления выброса в контроллер, когда напряжение в сети меньше, чем порог напряжения.

[0020] Более конкретно, устройство подавления выброса может содержать источник питания постоянного тока (DC), схему сравнения и источник тока. Источник питания DC может содержать выпрямительную схему, предназначенную для преобразования входного сигнала переменного тока (АС) в изолированное напряжение постоянного тока. Изолированное напряжение может использоваться для управления работой переключающего элемента. В еще одном варианте переключающий элемент может быть полевым (МОП) транзистором с изолированным затвором (MOSFET). Схема сравнения может контролировать входное напряжение из сети и вырабатывать выходной сигнал по меньшей мере частично на основе этого входного напряжения. Например, схема сравнения может вырабатывать сигнал логической единицы, когда входное напряжение больше, чем верхний порог, и выводить сигнал логического нуля, когда входное напряжение меньше, чем нижний порог. В некоторых вариантах верхний порог и нижний порог могут быть различными величинами. Например, верхний порог может составлять приблизительно 157 вольт, а нижний порог может составлять приблизительно 154 В. В таком варианте схема сравнения может быть выполнена с использованием гистерезиса. В контексте настоящего описания термин «приблизительно», используемый совместно с численным значением, предполагает отклонение в пределах 40% от этого численного значения.

[0021] Верхний и нижний пороги могут соответствовать одному или большему количеству сетевых событий, связанных с электрической сетью. Например, сетевое событие может быть прохождением высокого напряжения (HVRT, high voltage ride-through).

[0022] Выходной сигнал схемы сравнения может управлять источником тока. Например, когда выходной сигнал равен логической единице, источник тока может включаться, и когда выходной сигнал - логический нуль, источник тока может выключаться. Источник тока может быть соединен с переключающим элементом. Например, в варианте, в котором переключающий элемент - MOSFET, источник тока может быть соединен с затвором переключающего элемента. При этом работой переключающего элемента можно управлять по меньшей мере частично на основе источника тока. Например, когда источник тока включен, затвор MOSFET можно соединить с землей, таким образом выключая MOSFET. Когда источник тока выключен, MOSFET можно включить.

[0023] При этом ток в контроллер системы регулировки угла наклона можно подавать через устройство подавления выброса (например, через переключающий элемент), когда входное напряжение меньше, чем нижний порог. Когда входное напряжение больше, чем верхний порог, устройство подавления выброса может заблокировать или уменьшить электрический ток, текущий в контроллер через устройство подавления выброса. Когда устройство подавления выброса блокирует ток в контроллер, энергию в контроллер можно подавать через шунтирующий диод, включенный между шиной DC и управляющей схемой. В частности, система регулировки угла наклона лопастей ветротурбины может дополнительно содержать батарею конденсаторов, содержащих одно или более конденсаторных устройств. Батарея конденсаторов может запасать энергию и выдавать ее в контроллер через шунтирующий диод, когда переключающий элемент устройства подавления выброса выключен.

[0024] В еще одном варианте выполнения схема сравнения устройства подавления выброса может осуществлять процесс сброса, в течение которого схема сравнения выдает логическую единицу. Например, процесс сброса может быть осуществлен, когда схема сравнения получает питание, и может продолжаться в течение приблизительно 20 миллисекунд. Например, процесс сброса может быть осуществлен для устранения или уменьшения дребезга контактора, связанного со схемой сравнения, в то время, пока схема сравнения включается. В таком варианте источник тока может быть включен во время процесса сброса, а MOSFET может быть выключен на время процесса сброса.

[0025] В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения система регулировки угла наклона может дополнительно содержать шунтирующий контактор, соединенный с шиной DC. Работой шунтирующего контактора можно управлять по меньшей мере частично на основе процесса инициализации системы. В одном из вариантов процесс инициализации системы может включать процесс предварительного заряда батареи конденсаторов. В частности, во время процесса инициализации системы шунтирующий контактор может быть разомкнут, так что ток не может течь через него. Когда процесс инициализации системы завершен, шунтирующий контактор может быть замкнут, таким образом, позволяя току течь через шунтирующий контактор.

[0026] В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения с шунтирующим контактором может быть соединен резистор динамического торможения. Когда шунтирующий контактор замкнут, резистор динамического торможения может подавлять выбросы напряжения, связанные с различными сетевыми событиями (например, прохождением высокого напряжения (HVRT)). В таком варианте элемент MOSFET в устройстве подавления выброса может не выключаться в то время, когда шунтирующий контактор замкнут.

[0027] Ниже со ссылками на сопровождающие чертежи подробно рассмотрены примеры реализации настоящего изобретения. Например, на фиг.1 показан вид в перспективе одного варианта выполнения ветротурбины 10. Как показано на чертеже, ветротурбина 10 в общем случае содержит башню 12, идущую от поверхности 14 основания, гондолу 16, установленную на башне 12, и ротор 18, соединенный с гондолой 16. Ротор 18 содержит вращающуюся ступицу 20 и по меньшей мере одну роторную лопасть 22, соединенную со ступицей 20 и идущую от нее наружу. Например, в показанном варианте выполнения настоящего изобретения ротор 18 содержит три роторные лопасти 22. Однако в альтернативном варианте выполнения настоящего изобретения ротор 18 может содержать больше или меньше, чем три роторные лопасти 22. Роторные лопасти 22 могут быть пространственно распределены вокруг ступицы 20 для облегчения вращения ротора 18 и преобразования кинетической энергии ветра в полезную механическую энергию и, впоследствии, в электроэнергию. Например, ступица 20 может быть соединена и совместно вращаться с электрическим генератором, расположенным в пределах гондолы 16 и вырабатывающим электроэнергию.

[0028] Ветротурбина 10 может также содержать систему управления турбиной, содержащей контроллер 26 турбины, установленный в пределах гондолы 16 или в другом месте, связанном с ветротурбиной 10. В общем случае контроллер 26 турбины может содержать одно или более процессорных устройств. Таким образом, в нескольких вариантах выполнения настоящего изобретения контроллер 26 турбины может содержать подходящие считываемые компьютером инструкции, которые, при выполнении их одним или большим количеством процессорных устройств, заставляют контроллер 26 выполнять всевозможные функции, такие как прием, передача и/или выполнение управляющих сигналов ветротурбины. Кроме того, контроллер 26 турбины в общем случае может управлять различными режимами работы (например, пусковыми или остановочными последовательностями) и/или компонентами ветротурбины 10.

[0029] Например, контроллер 26 может управлять углом наклона каждой из роторных лопастей 22 (например, углом, который определяет проекцию роторных лопастей 22 относительно направления 28 ветра), управлять нагрузкой роторных лопастей 22, регулируя угловое положение по меньшей мере одной роторной лопасти 22 относительно ветра. Например, контроллер 26 турбины может управлять углом наклона роторных лопастей 22 или индивидуально, или одновременно, передавая соответствующие сигналы/команды управления в различные приводные устройства или механизмы регулировки лопастей, такие как двигатель 32 регулировки угла наклона (фиг.2) лопасти ветротурбины 10. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения каждым двигателем 32 регулировки угла наклона может управлять независимая система регулировки угла наклона, такая как система 100 регулировки угла наклона на фиг.2. Более конкретно, роторные лопасти 22 могут быть установлены в ступице 20 с возможностью вращения посредством одного или нескольких подшипников (не показаны), так чтобы угол наклона можно было отрегулировать путем поворота роторных лопастей 22 относительно их поперечных осей 34 с использования двигателей 32 регулировки угла наклона.

[0030] В частности, углом наклона роторных лопастей 22 можно управлять и/или изменять его по меньшей мере частично на основе направления 28 ветра. Например, контроллер 26 турбины и/или контроллер регулировки угла наклона, такой как контроллер 106 на фиг.2, может передавать управляющий сигнал/команду в каждый двигатель 32 регулировки угла наклона, так что один или более приводных механизмов (не показаны) двигателя 32 регулировки угла наклона могут быть использованы для поворота лопастей 22 относительно ступицы 20.

[0031] Кроме того, когда направление 28 ветра меняется, контроллер 26 турбины может управлять направлением «рыскания» гондолы 16 относительно оси 36 рыскания, чтобы установить роторные лопасти 22 относительно направления 28 ветра и, тем самым, управлять нагрузками, действующими на ветротурбину 10. Например, контроллер 26 турбины может передавать сигналы/команды управления в приводные механизмы угла рыскания ветротурбины 10 так, чтобы гондола 16 поворачивалась относительно оси 30 рыскания.

[0032] Кроме того, контроллер 26 турбины может управлять вращающим моментом генератора. Например, контроллер 26 турбины может передавать сигналы/команды управления в генератор для модулирования магнитного потока, создаваемого в генераторе, таким образом регулируя потребляемый вращающий момент в генераторе. Такое временное отклонение параметров генератора может снизить угловую скорость роторных лопастей, таким образом уменьшая аэродинамические загрузки, действующие на лопасти 22, и нагрузки реакции, действующие на различные другие компоненты ветротурбины 10.

[0033] На фиг.2 показана упрощенная блок-схема системы 100 регулировки угла наклона согласно примеру варианта выполнения настоящего изобретения. Как показано на чертеже, система 100 регулировки угла наклона связана с источником 102 питания DC. Источник 102 питания может содержать выпрямитель, предназначенный для приема трехфазного сигнала переменного тока (АС) из электрической сети и преобразования сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока (DC). Источник 102 питания может передавать сигнал DC в систему 100 через шину 112 DC. Система 100 может дополнительно содержать устройство 104 подавления выброса и контроллер 106. Контроллер 106 может принимать сигналы от контроллера турбины, такого как контроллер 26 турбины, и выдавать управляющие команды в двигатель 36 регулировки угла наклона. Как будет более подробно описано в отношении фиг.3, устройство 104 подавления выброса может содержать переключающий элемент, предназначенный для регулировки электрического тока, текущего в контроллер 106.

[0034] Система 100 может дополнительно содержать преобразователь 108. Преобразователем 108 может быть преобразователь с Н-мостом. Преобразователь 108 может дополнительно содержать систему предварительного заряда для батареи 110 конденсаторов, соединенной с шиной 112 DC. Батарея 110 конденсаторов может содержать одно или более конденсаторных устройств. Преобразователь 108 может дополнительно содержать устройство динамического торможения, такое как резистор динамического торможения. Резистор динамического торможения может снижать напряжение в системе 100 во время сетевого события (например, события HVRT). При этом выброс напряжения электрической сети не повреждает систему 100.

[0035] Система 100 дополнительно содержит шунтирующий контактор 114, связанный с шиной 112 DC. Шунтирующий контактор 114 может регулировать электрический ток, текущий в преобразователь 108 и батарею 110 конденсаторов. При этом, когда шунтирующий контактор 114 замкнут, сигнал DC из источника 102 питания может течь через шунтирующий контактор 114 в преобразователь 108 и батарею 110 конденсаторов. При этом во время сетевого события, когда шунтирующий контактор 114 замкнут, резистор динамического торможения может подавить выброс напряжения из электрической сети.

[0036] Когда шунтирующий контактор 114 разомкнут, через шунтирующий контактор 114 ток не течет, и резистор динамического торможения не будет подавлять импульсное напряжение, вызванное сетевым явлением. В таких случаях устройство 104 подавления выброса может обнаружить сигнал DC из источника 102 питания и регулировать электрический ток, текущий в контроллер 106, по меньшей мере частично на основе обнаруженного сигнала. В частности, устройство 104 подавления выброса может содержать переключающий элемент, включенный между источником 102 питания и контроллером 106. Работой переключающего элемента можно управлять по меньшей мере частично на основе сигнала DC из источника 102 питания. Например, переключающий элемент может разрешить протекание электрического тока, когда обнаруженный сигнал напряжения больше, чем пороговое напряжение. В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения переключающий элемент может блокировать электрический ток, когда обнаруженный сигнал напряжения меньше, чем пороговое напряжение. В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения пороговое напряжение может быть пороговым диапазоном. Например, переключающий элемент может размыкаться, когда обнаруженное напряжение превышает самое высокое значение в пороговом диапазоне, и замыкаться, когда обнаруженное напряжение - меньше, чем самое низкое значение в пороговом диапазоне.

[0037] Система 100 дополнительно содержит шунтирующий диод 116, включенный между шиной 112 DC и контроллером 108. Диод 116 может подавать энергию в контроллер 106, когда устройство 104 подавления выброса разомкнуто и, таким образом, блокирует подачу электрического тока в контроллер 106. В такие моменты батарея конденсаторов 110 может подавать энергию в контроллер 106 через диод 116. При этом контроллер 106 может все еще принимать энергию во время сетевого события, в то время как шунтирующий контактор 114 разомкнут.

[0038] В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения работой шунтирующего контактора 114 можно управлять по меньшей мере частично на основе процесса инициализации системы. Например, в некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения процесс инициализации системы может соответствовать процессу «включения питания» системы 100. Во время такого процесса инициализации системы можно держать шунтирующий контактор 114 в разомкнутом состоянии. Затем шунтирующий контактор 114 можно замкнуть в ответ на завершение процесса инициализации системы.

[0039] На фиг.3 упрощенно показана блок-схема устройства 104 подавления выброса согласно примеру выполнения настоящего изобретения. Устройство 104 подавления выброса содержит источник 202 питания, переключающий элемент 204, схему 206 сравнения и источник 208 тока. Источник 202 питания может быть источником питания с понижением напряжения. Источник 202 питания содержит конденсаторы переменного тока (AC-caps) и выпрямитель. Выпрямитель может быть двухполупериодным выпрямителем. Кроме того, источник 202 питания содержит резисторы R1, R2, диод D4 и конденсатор С1. В частности, источник 202 питания может генерировать изолированный сигнал DC (IP15). В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения изолированный сигнал DC может составлять приблизительно 15 вольт.

[0040] Схема 206 сравнения содержит схему U1 сравнения, резисторы R5, R6 и R8 и конденсатор С3. Как показано на чертеже, схема 206 сравнения может принимать входной сигнал (например, V_in) и выдавать выходной сигнал по меньшей мере частично на основе этого входного сигнала. Например, схема 206 сравнения может выдать сигнал логической единицы, когда V_in больше, чем порог (например, приблизительно 157 вольт) и выдать сигнал логического нуля, когда V_in меньше, чем порог (например, приблизительно 154 вольта). В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения для определения выходного сигнала схема U1 сравнения может сравнивать входное напряжение с опорным напряжением (V_ref).

[0041] Выходной сигнал схемы 206 сравнения может приводить в действие источник 208 тока. Источник 208 тока может содержать транзистор Q3, резисторы R7, R9, R10 и диоды D6. В частности, работой транзистора Q3 по меньшей мере частично может управлять выходной сигнал из схемы 206 сравнения. При этом транзистор Q3 может включаться, когда схема 206 сравнения выдает сигнал логической единицы, таким образом заставляя источник 208 тока вырабатывать ток. Например, в еще одном варианте выполнения настоящего изобретения источник 208 тока может выдавать ток приблизительно 1 миллиампер. Транзистор Q3 может выключаться, когда схема 206 сравнения выдает сигнал логического нуля. В это время источник 208 тока не производит никакого тока.

[0042] Переключающий элемент 204 может регулировать электрический ток, текущий через устройство 104 подавления выброса, например, в контроллер, такой как контроллер 106. Как показано на чертеже, переключающий элемент 204 может быть устройством MOSFET. В частности, источник 208 тока может использоваться, чтобы соединить затвор переключающего элемента 204 с землей, таким образом, выключая переключающий элемент 204. Например, когда источник 208 тока производит ток, переключающий элемент 204 может выключиться, таким образом блокируя электрический ток через переключающий элемент 204. Когда источник 208 тока не производит ток, работой переключающего элемента 204 может управлять источник 202 питания и транзистор Q2. В частности, когда источник 208 тока производит ток, напряжение между базой и эмиттером транзистора Q2 может представлять собой отрицательное смещение, таким образом, выключая транзистор Q2. Переключающий элемент 204 может иметь отрицательное смещение через диод D5, что, таким образом, выключает переключающий элемент 204. Когда источник 208 тока не производит ток, транзистор Q2 может быть включен источником 202 питания, таким образом, включая переключающий элемент 204.

[0043] Как описано выше, устройство 104 подавления выброса может быть соединено с контроллером 106. Соответственно, когда переключающий элемент 204 включен, ток может течь через переключающий элемент 204 в контроллер 106. Когда переключающий элемент 204 выключен, переключающий элемент 204 может блокировать протекание электрического тока в контроллер 106. В такие моменты энергия может подаваться в контроллер 106 батареей конденсаторов, такой как батарея 110 конденсаторов, через шунтирующий диод 116. При этом энергия может все еще подаваться в контроллер 106, даже когда переключающий элемент 204 выключен.

[0044] Очевидно, что конфигурация устройства подавления выброса, изображенного на фиг.3, дана только для иллюстрации. В частности, очевидно, что могут использоваться различные другие подходящие конфигурации схемы без отхода от объема настоящего изобретения. Например, устройство 104 подавления выброса может содержать различные другие компоненты, устройства, или части без отхода от объема настоящего изобретения.

[0045] На фиг.4 показана последовательность операций для примера способа (300) управления работой системы регулировки угла наклона согласно вариантам выполнения настоящего изобретения. Например, в одном из вариантов способ (300) может быть осуществлен одним или большим количеством устройств, показанных на фиг.2 и/или фиг.3. Кроме того, на фиг.4 для целей иллюстрации и пояснения показаны шаги в конкретной последовательности. Обычные специалисты в данной области техники из приведенного описания поймут, что различные шаги любого из способов, раскрытых здесь, могут быть опущены, переставлены, расширены и/или адаптированы различными способами без отхода от объема настоящего изобретения.

[0046] На шаге 302 способ (300) может включать прием одного или более сигналов, соответствующих напряжению в электрической сети. Например, электрическая сеть может выдавать напряжение в систему регулировки угла наклона, связанную с ветротурбинной системой. Как сказано выше, система регулировки угла наклона может содержать устройство подавления выброса, контроллер, преобразовательное устройство (например, преобразователь DC/DC) и батарею конденсаторов. Система регулировки угла наклона может выдавать управляющие команды в двигатель регулировки угла наклона.

[0047] На шаге 304 способ (300) может включать сравнение напряжения, выдаваемого электрической сетью, с одним или большим количеством пороговых напряжений. В частности, это одно или более пороговых напряжений может отражать сетевые события, связанные с электрической сетью, такие как сетевое событие HVRT. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения это одно или более пороговых напряжений могут включать верхний порог (например, приблизительно 157 вольт) и нижний порог (например, приблизительно 154 вольта). Эти один или более порогов могут соответствовать работе переключающего элемента (устройство MOSFET), связанного с устройством подавления выброса. Как показано, переключающее устройство может быть включено между источником питания и контроллером системы регулировки угла наклона.

[0048] На шаге 306 способ (300) может включать выработку управляющего сигнала по меньшей мере частично на основе указанного сравнения. Например, управляющий сигнал может быть сигналом логической единицы или сигналом логического нуля. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения управляющий сигнал может быть сигналом логической единицы, когда напряжение, выдаваемое электрической сетью, больше, чем верхний порог. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения управляющий сигнал может быть сигналом логического нуля, когда напряжение, выдаваемое электрической сетью, меньше, чем нижний порог.

[0049] На шаге 308 способ (300) может включать операцию управления переключающим элементом по меньшей мере частично на основе управляющего сигнала. Например, когда управляющий сигнал представляет собой сигнал логического нуля, переключающий элемент может разрешить протекание электрического тока через переключающий элемент (например, путем включения). Когда управляющий сигнал представляет собой сигнал логической единицы, переключающий элемент может блокировать электрический ток через переключающий элемент. При этом электрический ток, текущий через переключающий элемент в контроллер, можно регулировать по меньшей мере частично на основе напряжения, выдаваемого электрической сетью.

[0050] На шаге 310 способ (300) может включать определение, выключено ли переключающее устройство. Если переключающее устройство выключено, способ (300) может включать подачу (312) энергии в контроллер через шунтирующий диод. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения энергию можно подавать из предварительно заряженной батареи конденсаторов, связанной с системой регулировки угла наклона. Например, батарея конденсаторов может запасать энергию и выдавать по меньшей мере часть запасенной энергии в контроллер, когда переключающий элемент выключен. При этом энергия может все еще подаваться в контроллер, даже когда электрический ток в контроллер заблокирован устройством подавления выброса. Возвращаясь назад к шагу 310, если переключающее устройство не выключено, способ (300) может возвратиться на шаг 302.

[0051] Хотя конкретные признаки различных вариантов выполнения настоящего изобретения были показаны на одних чертежах, но не на других, это сделано только для удобства. Согласно принципам настоящего изобретения, любой признак на чертеже может быть заявлен в формуле изобретения и/или и на него можно ссылаться в комбинации с любым признаком на другом чертеже.

[0052] В данном описании использованы примеры, чтобы раскрыть изобретение, включая предпочтительный вариант его использования, а также чтобы позволить любому специалисту в данной области техники использовать его на практике, включая создание и использование любых устройств или систем и выполнение любых объединенных способов. Объем изобретения определен пунктами формулы изобретения и может содержать другие примеры, которые очевидны специалистам. Предполагается, что все подобные примеры находятся в рамках формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, которые не отличаются буквально от пунктов формулы изобретения, или если они содержат эквивалентные конструктивные элементы с несущественными отличиями от пунктов формулы изобретения.

Группа изобретений относится к системе регулирования угла наклона лопасти ветротурбины, к способу её управления и ветротурбинной системе. Система 100 содержит источник питания 102, контроллер 106, предназначенный для приема сигнала из источника 102 и подачи управляющих команд в двигатель 32 регулировки угла наклона, и устройство подавления выброса 104, содержащее переключающий элемент, предназначенное для контроля входного напряжения, поступающего из сети, и управления работой переключающего элемента, по меньшей мере частично на основе контролируемого входного напряжения, так, чтобы переключающий элемент блокировал электрический ток, текущий через него в контроллер 106, когда контролируемое входное напряжение превышает порог напряжения. Система также содержит шунтирующий контактор 114, соединенный с источником 102, и резистор динамического торможения, конфигурированный для подавления напряжения, поступающего из сети, по меньшей мере частично на основе работы контактора 114 и устройства 104. Группа изобретений направлена на обеспечение управления системой регулировки угла наклона лопасти ветротурбины. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система регулировки угла наклона лопасти ветротурбины, связанная с ветротурбинной системой и содержащая:

источник питания, предназначенный для преобразования входного сигнала переменного тока в напряжение постоянного тока;

контроллер, предназначенный для приема сигнала из источника питания и подачи одной или более управляющих команд в двигатель регулировки угла наклона; и

устройство подавления выброса, содержащее переключающий элемент, включенный между источником питания и контроллером, и предназначенное для контроля входного напряжения, поступающего из сети, и управления работой переключающего элемента, по меньшей мере частично на основе контролируемого входного напряжения, так, чтобы переключающий элемент блокировал электрический ток, текущий через переключающий элемент в контроллер, когда контролируемое входное напряжение превышает порог напряжения,

отличающаяся тем, что система регулировки угла наклона лопасти ветротурбины также содержит:

шунтирующий контактор, соединенный с источником питания, и

резистор динамического торможения, конфигурированный для подавления напряжения, поступающего из сети, по меньшей мере частично на основе работы шунтирующего контактора и устройства подавления выброса.

2. Система по п. 1, в которой порог напряжения соответствует сетевому событию прохождения высокого напряжения.

3. Система по п. 1, в которой устройство подавления выброса дополнительно содержит схему сравнения, предназначенную для сравнения контролируемого входного напряжения с опорным напряжением и выработки выходного сигнала сравнения, по меньшей мере частично на основе этого сравнения.

4. Система по п. 3, в которой устройство подавления выброса дополнительно содержит источник тока, при этом работой источника тока управляют по меньшей мере частично на основе выходного сигнала сравнения.

5. Система по п. 4, в которой источник тока включен, когда выходной сигнал сравнения представляет собой сигнал логической единицы, и выключен, когда выходной сигнал сравнения представляет собой сигнал логического нуля.

6. Система по п. 5, в которой источник тока предназначен для управления работой переключающего элемента так, чтобы, когда источник тока выключен, току разрешалось течь через переключающий элемент.

7. Система по п. 1, в которой устройство подавления выброса дополнительно содержит второй переключающий элемент, включенный между источником питания и упомянутым переключающим элементом.

8. Система по п. 1, в которой источник питания содержит выпрямитель, предназначенный для приема входного сигнала переменного тока и выработки изолированного напряжения постоянного тока.

9. Система по п. 1, в которой работой шунтирующего контактора управляют по меньшей мере частично на основе процесса инициализации системы, связанного с системой регулировки угла наклона лопасти ветротурбины.

10. Система по п. 9, в которой шунтирующим контактором управляют так, что после процесса инициализации системы току разрешают течь через шунтирующий контактор.

11. Система по п. 10, в которой резистор динамического торможения конфигурирован для подавления напряжения, поступающего из сети, во время сетевого события прохождения высокого напряжения.

12. Система по п. 1, дополнительно содержащая батарею конденсаторов, содержащую один или более конденсаторов, предназначенных для запасания энергии.

13. Система по п. 12, дополнительно содержащая шунтирующий диод, включенный между источником питания и контроллером, так что энергия поступает из батареи конденсаторов в контроллер через шунтирующий диод, когда устройство подавления выброса выключено.

14. Способ управления системой регулировки угла наклона, связанной с ветротурбинной системой, включающий:

прием одного или более сигналов, указывающих напряжение в электрической сети;

сравнение напряжения, подаваемого электрической сетью, с одним или более пороговых напряжений, связанных с сетевым событием, связанным с электрической сетью;

выработку одного или более управляющих сигналов, по меньшей мере частично на основе этого сравнения; и

управление работой устройства подавления выброса, по меньшей мере частично на основе одного или более управляющих сигналов, при этом устройство подавления выброса включено между источником питания, связанным с напряжением, подаваемым электрической сетью, и контроллером, связанным с системой регулировки угла наклона, и предназначено для регулировки электрического тока, текущего через устройство подавления выброса в контроллер, по меньшей мере частично на основе указанного одного или более управляющих сигналов,

отличающийся тем, что способ также содержит управление резистором динамического торможения, конфигурированным для подавления напряжения, поступающего из сети, по меньшей мере частично на основе работы шунтирующего контактора, соединенного с источником питания, и устройства подавления выброса.

15. Способ по п. 14, в котором управление работой устройства подавления выброса включает управление работой переключающего элемента, связанного с устройством подавления выброса, при этом указанный способ дополнительно включает:

определение, выключен ли переключающий элемент; и

когда переключающий элемент выключен, подачу энергии в контроллер через шунтирующий диод, соединенный с контроллером.

16. Способ по п. 14, дополнительно включающий:

определение, замкнут ли шунтирующий контактор, связанный с системой регулировки угла наклона; и

когда шунтирующий контактор замкнут, управление работой устройства динамического торможения, по меньшей мере частично на основе напряжения, подаваемого электрической сетью.

17. Ветротурбинная система, содержащая:

одну или более роторных лопастей; и

одну или более систем регулировки угла наклона лопасти, при этом каждая система регулировки угла наклона лопасти предназначена для регулировки угла наклона по меньшей мере одной из одной или более роторных лопастей, и каждая система регулировки угла наклона лопасти содержит:

источник питания, предназначенный для преобразования входного сигнала переменного тока в напряжение постоянного тока;

контроллер, предназначенный для приема сигнала из источника питания и подачи одной или более управляющих команд в двигатель регулировки угла наклона; и

устройство подавления выброса, содержащее переключающий элемент, включенный между источником питания и контроллером, при этом устройство подавления выброса предназначено для контроля входного напряжения, поступающего из сети, и управление переключающим элементом, по меньшей мере частично на основе контролируемого входного напряжения, так чтобы переключающий элемент блокировал электрический ток, текущий через переключающий элемент в контроллер, когда контролируемое входное напряжение превышает порог напряжения,

отличающаяся тем, что ветротурбинная система также содержит:

шунтирующий контактор, соединенный с источником питания, и

резистор динамического торможения, конфигурированный для подавления напряжения, поступающего из сети, по меньшей мере частично на основе работы шунтирующего контактора и устройства подавления выброса.

18. Ветротурбинная система по п. 17, в которой устройство подавления выброса дополнительно содержит схему сравнения, предназначенную для сравнения контролируемого входного напряжения с опорным напряжением и выработки выходного сигнала сравнения, по меньшей мере частично на основе этого сравнения.

19. Ветротурбинная система по п. 18, в которой устройство подавления выброса дополнительно содержит источник тока, при этом работой источника тока управляют по меньшей мере частично на основе выходного сигнала сравнения.

20. Ветротурбинная система по п. 19, в которой источник тока включен, когда выходной сигнал сравнения представляет собой сигнал логической единицы, и выключен, когда выходной сигнал сравнения представляет собой сигнал логического нуля.