[發明專利]葉片槳距的管理方法和系統

有效

• 申請號: 200910207622.0
• 申請日: 2009-10-16
• 公開（公告）號: CN101737245A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: T·F·弗里克;K·斯坦迪什;K·G·皮爾斯;B·蘭達
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D1/00
• 分類號: F03D1/00;F03D7/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;劉華聯

技術領域

本發明大體上致力于風力渦輪機，更具體地致力于一種用于提高風力渦輪葉片的能量捕獲和控制風力渦輪葉片的葉片槳距的方法。

背景技術

近年來，風力渦輪機作為環保且相對低廉的替代能源而受到日益關注。隨著該增長的興趣，已經做出了可觀的努力來發展可靠且高效的風力渦輪機。

通常，風力渦輪機包括具有多個葉片的轉子。轉子安裝到定位于桁架或管狀塔架的頂部的外殼或外罩上。公用設施級風力渦輪機(即，設計成向公用電網提供電力的風力渦輪機)可以具有大型轉子(例如，30米或更長的長度)。另外，風力渦輪機通常安裝在至少60米高的塔架上。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旋轉扭矩或旋轉力，該發電機可通過傳動箱而可旋轉地聯接到轉子上。傳動箱提升渦輪轉子的原本較低的旋轉速度，以便于發電機高效地將機械能轉換成被供給至共用電網中的電能。

為了提高能量捕獲，風力渦輪葉片的尺寸持續增大。然而，隨著葉片的尺寸增大，控制最佳的能量捕獲逐漸變得更加困難。葉片負荷依賴于風速、頂端速度比(TSR)和/或葉片的槳距設定。TSR是葉片頂端的旋轉速度對風速的比。優化風力渦輪機的運行(包括葉片能量捕獲)以減少所產生的能量的成本是重要的。葉片的槳距設定(即翼形的葉片的攻角)提供了用于風力渦輪機控制的其中一個參數。通常，控制器配置成通過以提供來自風力的增加或減少的能量傳遞的方式調整葉片槳距，從而調整轉子速度(即輪轂的旋轉速度，葉片圍繞輪轂而旋轉)，這相應地被預期用于調整轉子速度。

具備改進的控制系統的風力渦輪機通過主動的葉片槳距控制而保持恒定的速度和功率。如果風力渦輪機的葉片運行于非最佳狀態，那么，風力渦輪機的功率產生受到負面影響。造成機器的亞優化性能的常見的天氣事件是葉片結冰，其中，大量的冰聚集在前緣上或上風的壓力表面上。在風力渦輪葉片上累積的冰降低了來自風力的能量傳遞的效率，并可能由于輪葉表面上的氣流分離而最終導致空氣動力失速。除了結冰之外，還可能發生葉片結垢的其它形式。例如，碎屑或昆蟲可能累積在葉片上并降低葉片的空氣動力效率。另外，低的空氣密度或空氣密度的下降還可能導致從風力至葉片的能量傳遞的損失。

空氣動力失速造成針對風力渦輪葉片的升力下降和阻力系數的增加。失速的發生由風力渦輪機的性能的陡然變化表示，通過輸出功率相對于預期功率的降低而顯得明顯。在空氣動力失速的情況下，來自風力的能量傳遞急劇減少。在控制器預期全功率輸出的額定風力的期間，由于能量傳遞的損失而導致的功率下降是最顯著的。也就是說，控制系統將功率的下降理解為需要增加轉子扭矩。控制系統通過要求葉片槳距的減少而起作用，這增加攻角，以試圖增加來自風力的能量傳遞。發生空氣動力失速的葉片的控制系統增加攻角，這進一步增大了流分離，增強了失速狀況，并進一步減少了來自風力的能量傳遞。因此，目前系統未能解決這些狀況，包括結冰狀況或類似的狀況，例如低密度空氣運行、葉片結垢，或其它對空氣動力失速敏感的葉片狀況。

因此，所需要的是一種用于運行風力渦輪機的方法，該方法通過針對包括結冰狀況的大量各種運行狀況而控制葉片槳距角，從而優化能量捕獲。

發明內容

本公開的一個方面包括一種用于運行風力渦輪機的方法。該方法包括提供一種風力渦輪機，其具有至少一個葉片，該葉片具有可根據運行參數列表進行調整的可調整的槳距角。響應于風速和轉子速度而確定葉片效率參數。響應于葉片效率參數而確定最小槳距角，并將響應于葉片效率參數的至少一個葉片的槳距角保持在等于或大于獨立于運行參數列表的最小槳距角的角度。

本公開的另一方面包括一種風力渦輪設備，其具有風力渦輪機，該風力渦輪機具有至少一個葉片，該葉片具有根據運行參數列表進行調整的可調整的槳距角。風力渦輪機包括能夠響應于風速和轉子速度而確定葉片效率參數的控制器。控制器響應于葉片效率參數而確定最小槳距角，并將響應于葉片效率參數的至少一個葉片的槳距角保持在等于或大于獨立于運行參數列表的最小槳距角的角度。

本公開的又一方面包括一種用于維修風力渦輪機的方法。該方法包括提供一種具有控制器和至少一個葉片的風力渦輪機，該葉片具有根據運行參數列表進行調整的可調整的槳距角。響應于風速和轉子速度而確定葉片效率參數。該方法還包括配置控制器以將響應于葉片效率參數的至少一個葉片的槳距角保持在等于或大于獨立于運行參數列表的最小槳距角的角度。

本公開的優點包括減少或消除由于結冰、低密度空氣運行、葉片結垢而發生的空氣動力失速或其它對空氣動力失速敏感的葉片狀況。