[發明專利]具有被布置為減小其部件上的縮短壽命的負荷的槳距控制的風力渦輪機

有效

• 申請號: 200880017852.4
• 申請日: 2008-03-28
• 公開（公告）號: CN101720387A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: L·里薩格;R·斯文德森;E·C·米蘭達
• 申請（專利權）人: 維斯塔斯風力系統有限公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D7/04
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 楊曉光;郭曉華

技術領域

本發明涉及一種具有槳距(pitch)控制的風力渦輪機，該槳距控制被 布置為減小風力渦輪機部件上的縮短壽命的負荷。

背景技術

來自現代風力渦輪機的功率輸出可借助用于對轉子葉片的槳距角進行 調節的控制系統進行控制。風力渦輪機的轉子旋轉速度和功率輸出由此可 得到初始控制，例如在通過電力轉換裝置傳送到市電網之前。這種控制的 優點在于保護轉子在高風速時免于以過大的速度旋轉，并保護轉子葉片免 遭過大的負荷。

特別是對于大的轉子直徑，風入流曲線(wind?inflow?profile)的分布 可在轉子面積上不均勻，導致作為一個完整旋轉的函數的、對于各個轉子 葉片的不均勻的負荷，以及對于風力渦輪機傳動系的不對稱面外(out?of plane)加載。轉子面上來自風的不對稱負荷導致轉子被變化的傾斜力矩和 偏航力矩加載。對于自由風入流(free?wind?inflow)情況，風切變分布近 似是線性的，且作為旋轉的函數的所述負荷具有接近正弦的特性，其頻率 等于轉子旋轉頻率。為了在轉子葉片上保持更為恒定的負荷，已經將槳距 控制功能應用到風力渦輪機槳距控制器，其中，具有與轉子旋轉相等頻率 的轉子周期校正已被添加到個體轉子葉片的整體槳距角設置。

風力渦輪機的特定上風距離內的任何障礙物對于風力渦輪機產生尾流 (wake)，并因此消除了自由風入流情況。障礙物的實例可能是其他的風 力渦輪機，因為風力渦輪機總是在下風方向投射尾流。

在風力渦輪機技術領域中已經知道，提供用于轉子葉片的槳距控制裝 置的裝置，即出于減小極值負荷以及導致葉片——特別是葉片根部上—— 以及轉子和變送器(transmission)的其它部件的疲勞的負荷變化的目的， 將各個葉片繞縱向軸旋轉到預定角位置以便獲得與風力渦輪機轉子的其它 葉片的槳距角不同的葉片槳距角的裝置。槳距控制可對各個葉片是獨立的， 使得在個體葉片的槳距角之間不存在依賴性，或者，槳距控制可為周期型 的，也就是說，轉子葉片的瞬時槳距角依賴于轉子葉片的瞬時方位角的函 數，該函數對于轉子的所有葉片至少基本上相同，由此，在整個旋轉中， 依賴于個體葉片的方位角，所有葉片經歷基本相同的槳距角序列。

Caselitz等人的“Reduction?of?fatigue?loads?on?wind?energy?converters by?advanced?control?methods”(歐洲風能大會，1997年10月，都柏林城 堡，愛爾蘭)公開了一種減小疲勞負荷的方法，該方法通過分析轉子上的 不對稱負荷來確定空氣動力地感應的傾斜(tilt)以及偏航(yaw)力矩， 并通過轉子葉片的槳距來對之進行補償，以便減小風力渦輪機的葉片以及 其它部件上的變化的負荷，特別是拍擊式的彎曲力矩變化，即在導致疲勞 的葉片上的使葉片從轉子盤的平面彎曲的力矩。

E.A.Bossanyi的“Individual?Blade?Pitch?Control?For?Load?Reduction” (Wind?Energy?2003，Vol.6)討論了個體葉片槳距控制對于減小由于風切 變、塔架遮蔽、偏航失調以及湍流引起的轉子盤上的風速變化所導致的不 對稱空氣動力負荷的應用。對以葉片的一次回轉為周期的葉片負荷變化進 行分析，對個體葉片的槳距進行調節，以便補償不對稱負荷，由此減小引 起疲勞的負荷變化。

在EP?0995904中公開了一種風力渦輪機，其具有有著可調節迎角的 葉片以及這樣的變換器：該變換器提供測量參數，該參數給出對風力渦輪 機結構的元件上的當前負荷的量度。葉片角度依賴于測量參數受到調節， 其表示結構元件的加速或變形并給出力或轉矩的量度。轉子葉片可個體地 受到調節，并且，進行調節，以便減小風力渦輪機軸承上的沖擊力，并減 小負荷中的變化，從而消除風力渦輪機元件的疲勞。在WO?2004/074681 中，公開了用于控制風力渦輪機的空氣動力負荷的類似的方法。

風力渦輪機轉子的尺寸不斷增大，因此，風力渦輪機的產出不斷增大， 這也作為副效應地在風力渦輪機的所有部件上產生增大的負荷，特別是在 包括葉片、發電機、軸承、可能的齒輪箱等的傳動系上，常常導致所涉及 部件的短的壽命，除非采取措施來減小導致壽命縮短的負荷。風力渦輪機 部件上的空氣動力負荷至少可在某種程度上受到變槳距控制的控制，本發 明的目的在于提供一種通過操作槳距控制對風力渦輪機部件上減少其壽命 的負荷的改進控制。

發明內容