[發明專利]風力渦輪機的失速控制器以及觸發條件的控制裝置

無效

• 申請號: 200680051383.9
• 申請日: 2006-07-17
• 公開（公告）號: CN101600882A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 大衛·卡萊
• 申請（專利權）人: 西南風力公司
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00
• 代理公司: 北京萬慧達知識產權代理有限公司
• 代理人: 葛 強;張一軍

本申請主張申請人共同待決的美國臨時專利申請的優先權，該臨時專利 申請的申請序列號為60/760,407、申請日為2006年1月20日、名稱為“STALL CONTROLLER?AND?BACKUP?FOR?A?WIND?TURBINE”，該臨時申請以引 用的方式整體并入本文中。

發明背景

技術領域

本發明總體上涉及風力渦輪機的失速控制裝置，該失速控制裝置能夠通 過交流發電機而改變扭矩，以引起或導致耦接的風力渦輪機葉片的氣動失 速。特別而言，本發明的風力渦輪機控制器包括失速控制裝置，該失速控制 裝置能夠在正常情況和特定的觸發條件發生時產生失速扭矩，以使得在交流 發電機的繞組或者連接至該繞組的連接器發生故障的情況下，在交流發電機 中保持足夠的可用扭矩來控制風力渦輪機。

背景技術

本領域中已經熟知，提供小型的風力渦輪機來進行商用或者住宅使用。 現有的渦輪機的問題包括(但不僅限于)：控制能量的需求，尤其在低風和 大風的情況下，提供符合規章和其它要求的參數的需求，以及在特定觸發條 件下阻止或減緩渦輪機葉片轉動的需求，例如在大風情況下并伴有控制系統 發生故障和/或交流發電機繞組的至少某些部分發生故障。

為了滿足控制能量輸出的需求，熟知的方式是，通過使用控制電子裝置 來提供失速控制，該控制電子裝置在不同的風力情況下調節交流發電機的扭 矩。這種控制電子裝置及其工作進一步記錄在申請人的專利號為6,703,718、 名稱為“WIND?TURBINE?CONTROLLER”的美國專利中，該美國專利以引 用的方式整體并入本文中。

現有技術中，對于在緊急情況下停止渦輪機葉片轉動的問題的解決方案 包括：使用葉片卷攏來減少葉片在極大風下的轉動速度，以及使用機械制動 或者在控制系統發生故障以及其它緊急情況下工作的其它用途的機械備用 裝置。

在這種情況下，現有的用于停止或降低葉片轉速的機械方法的問題包 括：噪音增加(例如，由于葉片“擺動”或使用卷攏時過度的噪音)、以及 這種裝置和系統的復雜度和成本不斷增加。這些裝置的復雜度不斷增加，而 可靠性卻在降低。此外，本領域中需要這樣一種系統、方法和裝置，即在滿 足規章和其它需求和要求的觸發條件下工作，卻將噪音最小化且未明顯增加 復雜度、未明顯增加可靠性損失、或者未明顯增加風力渦輪機成本的系統、 方法和裝置。進一步地，還需要滿足這種觸發條件需求的風力渦輪機，并且 該風力渦輪機還包括在一定的風力范圍內允許高效工作的裝置。

發明內容

本發明的風力渦輪機的控制裝置允許在全范圍的風速下對渦輪機進行 控制，并且允許在觸發條件下減緩或停止渦輪機轉動，所述觸發條件包括： 風力渦輪機的扭矩產生發電機/交流發電機的多極故障以及因此導致的電子 控制器的多極故障，而沒有現有技術中的諸如與卷攏相關的噪音、成本或可 靠性問題，振動調節，或氣動彈性扭曲調節。本發明的這些控制裝置通過控 制電子裝置而實現，所述控制電子裝置對具有多個繞組的交流發電機或其它 電輸出產生裝置產生的扭矩進行調節。在正常風的情形下，調節扭矩來達到 最優化氣動性能和/或風力渦輪機的最大輸出。在大于選定風力的風當中，控 制電路將扭矩調節至較低氣動性能，如保持期望的功率級所需的。在觸發條 件下，例如一個或多個控制電路發生故障、電輸出產生裝置的部分繞組的損 壞、或極端的風力情況的存在下，通過對繞組進行短路或者對繞組的基于電 流的扭矩(例如，脈寬調制或PMW)進行增大(總體來說下文還可替換地 稱作“短路”)，來增大電輸出產生裝置產生的扭矩，從而實現風力渦輪機的 控制(例如，減緩或者停止風力渦輪機的葉片)，以促使電輸出產生裝置充 當渦輪機葉片轉動的制動器或者以其它方式促使電輸出產生裝置的渦輪機 葉片的轉動減速。在一個實施例當中，如果主控制發生故障，輔助控制對交 流發電機/發電機中的電流進行短路或以其它方式增大該電流，以引起葉片失 速，從而將風力渦輪機速度減慢或者將其停止。