[發(fā)明專利]減小風(fēng)力渦輪機的傳動系中的扭轉(zhuǎn)振蕩的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980117274.6
• 申請日: 2009-05-12
• 公開（公告）號: CN102027233A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·卡斯特利馬丁內(nèi)斯;C·卡薩諾瓦斯貝爾梅霍
• 申請（專利權(quán)）人: 埃科泰克尼亞可再生能源有限公司
• 主分類號: F03D11/02
• 分類號: F03D11/02;F03D7/02
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 蔣旭榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種控制風(fēng)力渦輪機的方法。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及一種在電網(wǎng)缺失(grid?loss)情況下的控制風(fēng)力渦輪機的方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機通常用來將電力供給到電網(wǎng)中。這種種類的風(fēng)力渦輪機通常包括具有多個葉片的轉(zhuǎn)子。具有葉片的轉(zhuǎn)子在風(fēng)對于葉片的影響下進(jìn)行轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動直接驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子(“直接驅(qū)動”)，或者通過齒輪箱的使用驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子。

在正常操作期間，風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)速由作用在發(fā)電機上的磁性力矩和作用在轉(zhuǎn)子上的空氣動力學(xué)力矩控制。另外，通常預(yù)見到具有制動系統(tǒng)。

用于控制作用在風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子上的空氣動力學(xué)力矩的各種途徑是已知的。在“槳距-調(diào)節(jié)的”風(fēng)力渦輪機中，轉(zhuǎn)子葉片可繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動，以控制風(fēng)對于葉片的攻角。在“被動-失速”調(diào)節(jié)的風(fēng)力渦輪機中，當(dāng)風(fēng)速增大到預(yù)定風(fēng)速以上時，失速在葉片上自動地發(fā)生。空氣動力學(xué)力矩由此受到限制。

制動系統(tǒng)通常機械地作用在低速軸上，或者作用在高速軸上。電氣作用在發(fā)電機上的制動系統(tǒng)也是已知的。在槳距-調(diào)節(jié)的風(fēng)力渦輪機中，葉片相對于其順槳位置的俯仰(pitching)用來使風(fēng)力渦輪機減速。(機械)制動器僅用來達(dá)到風(fēng)力渦輪機的完全停止，或者將渦輪機保持在其停置-位置中。

如以前提到的那樣，在正常操作期間，風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)速尤其由作用在發(fā)電機上的磁性力矩控制。傳動系的元件(轉(zhuǎn)子軸或低速軸、齒輪箱、高速軸、發(fā)電機)在作用在轉(zhuǎn)子上的空氣動力學(xué)力矩和作用在發(fā)電機上的磁性力矩的影響下彈性地變形。勢能以這種彈性變形的方式存儲。當(dāng)電網(wǎng)缺失發(fā)生時，在發(fā)電機處的磁性力矩非常突然地失去，并且傳動系的勢能轉(zhuǎn)化成動能。因此，傳動系經(jīng)受扭轉(zhuǎn)振蕩。這些振蕩特別是對于齒輪箱可能非常有害，并且可能顯著地降低其壽命。

在現(xiàn)有技術(shù)中，處理電網(wǎng)缺失的和減小扭轉(zhuǎn)振蕩的各種方法是已知的。WO?2007/082642描述了一種通過減小轉(zhuǎn)子葉片的槳距角、隨后將機械制動器施加在高速軸上而處理電網(wǎng)缺失的方法。WO2004/098968描述了一種在電網(wǎng)失效情況下的制動方法。制動裝置作用在高速軸上。控制制動器的液壓壓力，直到風(fēng)力渦輪機達(dá)到完全停止。所述裝置和其控制方法特別適于用在“失速-調(diào)節(jié)的”風(fēng)力渦輪機中。WO?03/040556描述了一種使風(fēng)力渦輪機減速的方法，該方法的目的在于避免扭轉(zhuǎn)振蕩。在該方法中，基于風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的自然頻率，按預(yù)定的時間順序調(diào)節(jié)制動器的減速力矩。US?6,254,197描述了一種可選擇的液壓制動系統(tǒng)和一種控制它的方法。描述的具體方法規(guī)定，首先施加空氣動力學(xué)制動器(葉片的可動末端)和在15秒的時段之后施加機械制動器。

現(xiàn)有技術(shù)方法復(fù)雜并因此是昂貴的。此外，它們還不能始終產(chǎn)生滿意的結(jié)果。所以，存在對一種在電網(wǎng)缺失情況下改進(jìn)的控制風(fēng)力渦輪機的方法的需要，該方法能可靠和容易地應(yīng)用于現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目標(biāo)在于實現(xiàn)這個目的。該目的由根據(jù)權(quán)利要求1的方法實現(xiàn)。另外的有利的實施例在從屬權(quán)利要求中描述。

在電網(wǎng)缺失的情況下，制動力矩在一個時間段期間施加到傳動系上，所述時間段根據(jù)傳動系的扭轉(zhuǎn)諧振頻率來確定。風(fēng)力渦輪機的傳動系具有對于每個傳動系并因而對于每種類型的風(fēng)力渦輪機是唯一的扭轉(zhuǎn)諧振頻率。在電網(wǎng)缺失時，發(fā)電機的磁性力矩消失，并且傳動系將以是其扭轉(zhuǎn)諧振頻率的頻率開始振蕩。因此在確定制動時段時應(yīng)該考慮這個頻率。因而將本發(fā)明投入實施的途徑是：確定傳動系的諧振頻率；根據(jù)該諧振頻率確定(計算)所需的制動時段；以及在電網(wǎng)缺失之后，在確定的制動時段期間施加制動器。

優(yōu)選地，所述時間段也根據(jù)在電網(wǎng)缺失的瞬時與施加制動力矩的瞬時之間發(fā)生的延遲來確定。為了得到減小的扭轉(zhuǎn)振蕩的最佳結(jié)果，制動器只應(yīng)該在緊隨電網(wǎng)缺失的時段中(在該時段中低速軸的力矩正在減小，即在其中傳動系正在“退繞”的時段中)被致動。在低速軸中的力矩正在增大時施加制動器，可能導(dǎo)致增大扭轉(zhuǎn)振蕩的后果。因此，也優(yōu)選考慮在電網(wǎng)缺失的瞬時與施加制動力矩的瞬時之間發(fā)生的延遲來確定制動時段。因此根據(jù)這種優(yōu)選方法，將本發(fā)明投入實施的途徑是：確定傳動系的諧振頻率；確定在電網(wǎng)缺失的瞬時與施加制動力矩的瞬時之間發(fā)生的延遲；然后根據(jù)這兩個參數(shù)來確定(計算)所需的制動時段；以及在電網(wǎng)缺失之后，在確定的制動時段期間施加制動器。

優(yōu)選地，基本上在探測到電網(wǎng)缺失之后立即致動制動器。

任何制動系統(tǒng)都可以用在根據(jù)本發(fā)明的方法中，并且每個制動系統(tǒng)將具有固有最小反應(yīng)時間。制動系統(tǒng)對于電網(wǎng)缺失的反應(yīng)越快，在傳動系仍在退繞時制動力矩可施加的時間越長。