[發明專利]風力渦輪機入流角監測和控制系統

無效

• 申請號: 200910149388.0
• 申請日: 2009-06-12
• 公開（公告）號: CN101603504A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: K·G·皮爾斯;S·赫爾;R·M·勒克萊爾;C·J·溫斯洛
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D1/00;F03D11/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 朱鐵宏;曹 若

技術領域

[0001]本發明大體上涉及風力發電，且更具體地涉及一種用于通過使用葉片入流角來改善風力設備的能量生成和控制的方法及系統。

相關申請

[0002]本申請涉及與本申請同一天提交的題為“Wind?TurbineBlade?Flow?Condition?Measurement?and?Control”、代理人卷號為227-414，以及與本申請同一天提交的題為“Wind?Turbine?BladeMounted?Composite?Sensor?Support”、代理人卷號為232-749的共同未決專利申請，兩個相關申請均通過引用而整體并入到本公開內容中。

背景技術

[0003]近年來，風力渦輪機作為一種對環境安全且相對便宜的替代能源，受到了日益增加的關注。隨著對其關注的增長，人們已做出了相當大的努力來研制可靠且高效的風力渦輪機。

[0004]通常，風力渦輪機包括通過漿轂聯接到轉子上的多個葉片。轉子安裝在外殼或機艙內，該外殼或機艙位于管狀塔架或基座的頂部。公用級風力渦輪機(即，設計成用來將電力提供到公用電網上的風力渦輪機)可具有大型轉子(例如，直徑為三十米或更大)。這些轉子上的葉片將風能轉換成驅動一個或多個發電機的轉子的轉動轉矩或轉動力，發電機可旋轉地聯接到轉子上。轉子由塔架通過軸承來支承，軸承包括聯接到可旋轉部分上的固定部分。軸承經受多種負載，包括轉子的重量、自軸承而懸臂伸出的轉子的力矩負載、諸如水平負載和剪切負載的非對稱負載、偏航，以及自然湍流。

[0005]此外，風力渦輪機具有控制器，其調整葉片的傾斜角以優化低于額定風量的能量捕獲以及調節高于額定風量的功率。控制器可在變速區域中利用固定的精細傾斜角，并且根據渦輪機的功率輸出和轉速來調整在高于額定風速下的傾斜。輸入到控制器中用于精細傾斜控制的預置傾斜角基于2D風洞空氣動力系數。在野外，風力渦輪機葉片經受來自于轉子的感應以及具有湍流的3D流場狀態，該湍流并未在預測模型中得到證明。野外數據表明，實際空氣動力性能和聲學性能可明顯不同于當前預測模型和2D穩態風洞數據預測。通過對與迎角相關聯的入流角進行實際測量，更為有效地控制了渦輪機的葉片傾斜，并且提高了能量轉換效率和避免了葉片失速。需要時，還可基于該測量結果來調整聲學性能以容許低噪音工作。

[0006]風力渦輪機行業中的一些研究機構已經在嘗試描述風力渦輪機葉片的入流角和迎角的特征，然而，還未研制出使用當前水平的技術用于壓力測量的系統，其利用數字溫度補償，消除對渦輪機上的跨距校準系統的需求。此外，沒有其它系統為了最佳性能而使用壓力測量來用于葉片傾斜角的閉環控制，或使用葉片流參數。

[0007]因此，所需的是一種用于測量與葉片的迎角相關聯的實際入流角的方法和系統。

發明內容

[0008]本發明的目的在于提供一種測量與迎角相關聯的空氣動力學入流角的風力渦輪機葉片測量系統，以便可使用閉環控制來以最佳角度控制葉片傾斜。

[0009]根據本發明的第一實施例，公開了一種風力渦輪機控制系統，其包括具有翼型部的風力渦輪機葉片。翼型部包括壓力側、吸力側、前緣、后緣，以及根緣與尖端之間的長度。風力渦輪機控制系統還包括附接到風力渦輪機葉片上的探測器支承結構、在距前緣的預定位置處附接到探測器支承結構上的壓力探測器，以及構造用以接收來自于壓力探測器的傳感器輸入的控制系統。控制系統構造成用以處理傳感器輸入，以控制風力渦輪機葉片的葉片傾斜。

[0010]根據本發明的第二實施例，公開了一種風力渦輪機，其包括具有翼型部的風力渦輪機葉片，該翼型部包括壓力側、吸力側、前緣、后緣，以及根緣與尖端之間的長度。風力渦輪機還包括附接到風力渦輪機葉片上的探測器支承結構、在距前緣的預定位置處附接到探測器支承結構上的壓力探測器，以及構造用以接收來自于壓力探測器的傳感器輸入的控制系統。控制系統構造成用以處理傳感器輸入，以控制風力渦輪機葉片的葉片傾斜。

[0011]根據本發明的第三實施例，公開了一種控制具有至少一個風力渦輪機葉片的風力渦輪機的方法，其包括距該至少一個風力渦輪機葉片上的固定位置處測量氣壓，以及響應于測得的氣壓調整該至少一個風力渦輪機葉片的傾斜角。

[0012]本公開內容公開了該方法及系統的更多的方面。本領域的技術人員可通過如下詳細說明及附圖來認識和理解本發明的上述特征以及其它特征和優點。

附圖說明