[發明專利]風力渦輪機和相關的控制方法

有效

• 申請號: 201210139667.0
• 申請日: 2012-05-07
• 公開（公告）號: CN102777322A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: A·V·雷布斯多夫;M·弗里德里希
• 申請（專利權）人: 遠景能源（丹麥）有限公司
• 主分類號: F03D7/06
• 分類號: F03D7/06;F03D3/06
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 羅毅萍

技術領域

本發明涉及一種風力渦輪機和一種控制該風力渦輪機的方法，特別地，涉及一種控制風力渦輪機以減小該風力渦輪機在極端風力條件下經受的最大載荷的方法。

背景技術

風力渦輪機通常可位于具有相對可預料的風力模式的區域，例如，風速在約15-25m/s之間變化。然而，在暴風雨條件下，風速通常可達到能夠損壞風力渦輪機結構的極端水平。例如，離岸風力渦輪機設施可能經受臺風或颶風條件，其中，陣風中的風速可超過70m/s。高風速意味著，用于設立在容易受極端風力條件影響的場所的風力渦輪機必須用堅固材料和/或額外地加強件來建造，以抵御在該種區域內的可能的高風力的影響，并且恰當地設計以用于談及的位置上。進一步，陣風中的高風速可導致風力渦輪機結構組件中的明顯的疲勞載荷，該疲勞載荷可導致風力渦輪機結構上的額外的磨損。因此，有益的是，找到降低極端風力條件對風力渦輪機影響的方法。

公開號No.0709571的歐洲專利申請描述了一種雙葉片部分變槳風力渦輪機，其降低極端風力條件的影響。該渦輪機包括具有內葉片段和外葉片段的第一和第二轉子葉片，外葉片段可相對于內葉片段俯仰。高風力中，轉子葉片大致水平對齊停置，并且俯仰第一葉片的外葉片段，以與第一葉片的內葉片段成90度的角度，而第二葉片的外葉片段未俯仰。釋放方位角和偏航制動，并且當包括第一和第二轉子葉片的轉子結構暴露于高風力時，其用作風向標。因此，轉子繞偏航軸移動，使得第一轉子葉片的尖端直接指向迎面而來的風，從而呈現出減小的表面區域，風作用在對著該表面區域上。在高風力條件下，該減小的表面區域導致渦輪機上的減小的力，并且導致風力渦輪機結構中的減小的載荷。

然而，該方案中存在若干問題。例如，在相對小的風力渦輪機或精確平衡的風力渦輪機的情況下，由于渦輪機處的風向的微小變化，隨著轉子葉片不斷地旋轉運動，偏航系統中可能有過多的磨損。這種不斷地旋轉可磨損風力渦輪機偏航系統中的齒輪等等，需要及早維修和/或更換。

可選擇地，相對大的風力渦輪機情形下，也就是，渦輪機的偏航的轉動慣量相對大，風向標（也就是轉子葉片）將不會轉動，直至風力超過足以克服轉子葉片的偏航慣量的風速。因此，極端風力條件下，風力在一段時期可進入平穩期，該平穩期內，風速降低至需要偏航轉子葉片的水平以下。如果風向在平穩期內變化，并且風力水平隨后急劇上升，例如，以陣風的形式，極端風力的全部的力可影響轉子葉片大部分的表面區域，導致風力渦輪機結構經受最大的載荷。

同樣，美國專利文獻US?2009/0081041A1描述了一種方案，其中，在葉片調整設備的故障期中，風力渦輪機轉子位于休止位置。該休止位置優選地與風向成90度，并且通過激活風力渦輪機的方位驅動器，機艙位置可根據風向的變化調整。然而，該文獻未公開任何用于決定何時調整機艙位置的方法，而是對風向的每個小變化進行機艙位置的完全矯正，這會導致如上所述的偏航系統中的過多的磨損。

本發明的目的是，提供一種風力渦輪機和相關的控制方法，其在導致了極端載荷的高風速下提供了改進的性能，并且其克服了以上問題。

發明內容

因此，提供一種控制方法，用于減小雙葉片風力渦輪機在極端風力條件下經受的最大載荷，該風力渦輪機包括塔架、位于所述塔架頂部的機艙、可轉動的安裝于所述機艙處的轉子輪轂、通過轉軸聯接于所述轉子輪轂的發電機、一對設于所述轉子輪轂上的至少35米長的風力渦輪機葉片以及聯接于所述機艙的偏航系統，該方法包括以下步驟：

在極端風力條件的情況下，使得所述轉子葉片大致水平對齊；

對齊所述轉子葉片，使得一個所述轉子葉片的尖端面向風，以減小所述轉子葉片經受的極端風力載荷，其中，所述對齊步驟包括通過啟動所述偏航系統，主動偏航所述機艙和所述轉子輪轂；

探測所述渦輪機處的風向，其中，所述對齊步驟基于所述探測的風向；

探測所述轉子葉片的所述尖端的當前方向，其中，當所述探測的尖端方向和所述探測的風向之間的差值超出臨界誤差值時，執行所述對齊步驟；

其特征在于，所述方法包括探測渦輪機處的當前風速的步驟，其中，所述臨界誤差值基于所述風力渦輪機處的探測的風速而選擇。

由于轉子葉片與風向對齊，使得轉子葉片的一個尖端面向迎面而來的風，這減小了極端風力作用的表面區域，從而減小了渦輪機結構經受的極端載荷的大小。通過主動偏航轉子葉片至風中，使得在這種極端風力條件下，提供了對風力渦輪機更大的控制，允許轉子葉片對齊和偏航基于風力渦輪機處的當前條件操縱。這種主動偏航確保了用于所有尺寸的風力渦輪機的風力渦輪機葉片的精確對齊。