[發明專利]在電網電力失效和變化風況時控制風輪機的系統和方法

有效

• 申請號: 200910178786.5
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN101713375A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: L·C·卡默;C·S·梅亨達爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 薛峰

技術領域

本發明一般涉及風輪機，更特別地涉及用于在電網電力失效和風況變化時(特別是在暴風下)有效控制風輪機的系統和方法，從而使轉子速度維持基本恒定的值，以保持不間斷電源(UPS)處于工作狀態。?

背景技術

近來，風輪機作為一種環境安全和相對便宜的可替代能源已日益受到關注。由于這種增長的關注，已進行了大量努力以開發可靠、有效的風輪機。?

通常，風輪機包括具有多個葉片的轉子。轉子安裝在位于桁架或管狀塔架頂部上的殼體或機艙內。公用級風輪機(即，被設計為向公用電網提供電力的風輪機)可具有大的轉子(例如，直徑80米或更大)。這些轉子上的葉片將風能轉化為旋轉扭矩或力，以驅動通過齒輪箱旋轉聯接到轉子的一個或多個發電機。齒輪箱可用于為發動機將輪機轉子固有的低轉速逐步提高，從而將機械能有效轉變為電能，所述電能被供應輸入公用電網中。一些輪機采用不使用齒輪箱而直接聯接到轉子的發電機。?

風輪機的葉片和塔架的設計經常根據在出現暴風且電網失效時產生的極限載荷進行尺寸設置。盡管輪機葉片固定為接近90度的角度，由于缺乏電網電力導致風輪機不能朝向風向偏擺，這些葉片無法真正地處于順槳位置(feathered?position)。葉片和塔架的極限載荷產生于沖擊葉片的大表面積的強烈暴風的力(側向偏擺方向)。通過提供諸如柴油發電機之類的二次電源以使輪機朝向入風偏擺，可以減小暴風載荷。例如，一種該方法使轉子旋轉平面保持基本垂直于風向。轉子葉片的葉片角被調節至接近90度的最小工作角度，用于旋轉轉子和發電機以產生必要動力，從而轉動轉子并在暴風載荷中保持轉子朝向入風。不過，由于采用獨立備用發電機而導致的額外成本和復雜性，希望減小對該獨立備用發電機的需要。?

此外，風輪機為保持轉子垂直于風向而偏擺，在風向改變時可能導致不希望出現的纜線扭曲。因此，存在對于風輪機可偏擺量的限制，通常為每個方向最多大約三個全程旋轉。此外，由于輪機結構的載荷局限，輪機偏擺僅可很慢地進行(大約0.5度/秒)。因此，如果風向快速改變，將不能保持轉子垂直于風向，用于傳統風輪機的策略將無法得到所希望的結果。因此，希望減小暴風載荷而無需使輪機朝向入風偏擺。?

發明內容

簡而言之，本發明涉及一種用于控制風輪機的方法，所述風輪機具有機艙和轉子和多個葉片，每個葉片具有葉片角，所述方法包括：在電網電力失效時相對于偏擺偏移(yaw?offset)和轉子方位角連續調節每個葉片的葉片角，而同時保持風輪機機艙的取向基本恒定。?

在另一方案中，本發明涉及一種風輪機包括：轉子，機艙，多個葉片，每個葉片具有葉片角，所述風輪機還包括：被設置為測量每個葉片俯仰(pitch)角的控制系統和用于移動葉片角的葉片俯仰驅動器，其中，控制系統在電網電力失效時相對于偏擺偏移和轉子方位角連續調節每個葉片的葉片角，而同時保持風輪機機艙的取向基本恒定。?

在又一方案中，本發明涉及一種用于控制風輪機的方法，所述風輪機具有多個葉片，所述方法包括：在電網電力失效時連續改變每個葉片的葉片角，使得轉子的轉速保持基本恒定的值，其特征在于，根據以下公式相對于偏擺偏移和轉子方位角連續調節葉片角：?其中，θ是葉片角，?是轉子方位角，V_d是相對于機艙取向的風向，在本文件中也被稱為偏擺偏移。

附圖說明

通過參照附圖而閱讀以下詳細描述，本發明的這些和其它特征、方案和優點將變得更易于理解，整個附圖中相同的附圖標記表示相同的部件，其中：?

圖1是風輪機的示例性結構圖。?

圖2是圖1所示的示例性風輪機結構的機艙的切開的立體圖。?

圖3是用于圖1所示風輪機結構的控制系統的示例性結構框圖。?

圖4A和4B分別是葉片角隨時間變化的圖形表示和轉子速度隨時間變化的圖形表示，其中偏擺偏移約為60度。?

圖5A和5B分別是葉片角隨時間變化的圖形表示和轉子速度隨時間變化的圖形表示，其中偏擺偏移約為-60度。?

圖6A和6B分別是葉片角隨時間變化的圖形表示和轉子速度隨時間變化的圖形表示，其中偏擺偏移約為75度。?

圖7A和7B分別是葉片角隨時間變化的圖形表示和轉子速度隨時間變化的圖形表示，其中偏擺偏移約為-75度。?

圖8A和8B分別是葉片角隨時間變化的圖形表示和轉子速度隨時間變化的圖形表示，其中偏擺偏移約為120度。?