[發明專利]用于控制風力渦輪機的方法

有效

• 申請號: 201210560912.5
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103174589B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: M.H.比約格;P.埃格達爾;G.赫格;R.克里什納;H.勞爾伯
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 成城

技術領域

本發明涉及用于控制風力渦輪機的方法。本發明進一步涉及用于控制風力渦輪機的控制單元以及風力渦輪機。

背景技術

在許多情況下，極限負載是塔設計中的設計驅使因素。為了提高渦輪機動力輸出，必須增加渦輪機的旋轉速度，從而既減少齒輪負載又提高空氣動力學效率。不過，增加的旋轉速度會導致較高的極限負載。本發明將提出用于處理這個難題的方法。

現今，渦輪機具有固定的最大速度。在這個速度時，極限負載是已知的并且用于設計渦輪機。渦輪機控制器將持續地關注于保持該速度，特別是在大風速時。

發現當俯仰角（pitch angle）處于最佳時渦輪機控制器在極限負載下具有最大問題，其中該俯仰角是優化動力提取的角。這是由于如下因素導致的，即：轉子上的推力在其工作點附近是最大的。

發明內容

本發明的第一目標是提供用于控制風力渦輪機的有利方法。第二目標是提供具有相同優點的用于控制風力渦輪機的控制單元以及風力渦輪機。

第一目標是通過根據權利要求1所述的用于控制風力渦輪機的方法來解決的。第二目標是通過根據權利要求13所述的用于控制風力渦輪機的控制單元以及根據權利要求14所述的風力渦輪機來解決的。從屬權利要求限定了本發明的進一步改進。

用于控制風力渦輪機的創造性方法涉及包括至少一個轉子葉片和發電機的風力渦輪機。用于控制風力渦輪機的創造性方法的特征在于，調節轉子葉片的俯仰角θ并且基于被調節的俯仰角θ來確定輸入值的限制，其中所述輸入值包括關于渦輪機旋轉速度的信息。

輸入值可以是風力渦輪機旋轉速度或者與風力渦輪機旋轉速度相關的值或量。例如，輸入值可以是功率，例如標稱功率。

當渦輪機具有不同于最佳值的俯仰角時，可能的是在不超出設計的給定極限負載的情況下增加旋轉速度。本發明是基于如下事實，即如果發生導致緊急停機的事件則不同于最佳值的俯仰位置會減少極限負載。

這種原理允許增加渦輪機旋轉速度，在緊急停機的情況下這會導致較高的極限負載。通過僅允許相比于固定速度增加旋轉速度且同時俯仰角偏離最佳值，在緊急停機期間極限負載的增加能夠被最小化或者可以被完全消除。

有利地，轉子葉片的最佳俯仰角θ_opt能夠被確定，并且當輸入值（例如風力渦輪機旋轉速度）到達預定值（例如預定旋轉速度）時俯仰角θ（θ> θ_opt）能夠被調節成高于最佳俯仰角θ_opt。優選地，俯仰角θ能夠被調節成使得被調節的俯仰角θ+Δθ的進一步增加Δθ與最佳俯仰角θ_opt+Δθ的相同增加Δθ相比導致與推力ΔC_t相關的量（例如推力ΔC_t）的較小改變。這減少了進一步控制操作期間的推力改變并且減小了極限負載。

此外，渦輪機旋轉速度限制能夠被確定成基于被調節的俯仰角θ的旋轉速度限制和通過控制器獲得的旋轉速度設定點中的最小值。例如，能夠基于被調節的俯仰角θ獲得或計算或確定基于被調節的俯仰角θ的旋轉速度限制。能夠通過控制器計算或確定旋轉速度設定點。

此外，能夠改變（有利地增加）旋轉速度。例如，能夠根據被調節的俯仰角θ和/或根據環境風速v來改變旋轉速度。優選地，能夠逐步地改變（例如增加）旋轉速度。能夠根據被調節的俯仰角θ和/或根據環境風速v來逐步地改變發電機的旋轉速度。例如，能夠根據被調節的俯仰角θ和/或根據環境風速v來增加旋轉速度。

此外，當旋轉速度到達預定值時，能夠增加，優選地連續地增加俯仰角θ。

在風力渦輪機能夠以轉子葉片的被調節的俯仰角θ運轉時能夠限定最大風速值。能夠設定小于最大風速值的第一風速值v_A，且之后當環境風速v達到第一風速值v_A時能夠增加轉子葉片的俯仰角θ。此外，能夠設定第二風速值v_C，其小于最大風速值。之后，當環境風速達到第二風速值v_C時，發電機的旋轉速度ω能夠被設定成特定值ω_C。此外，能夠設定小于第二風速值v_C且大于第一風速值v_A的第三風速值v_B。之后，當環境風速達到第三風速值v_B時能夠根據俯仰角θ來改變，優選地增加發電機的旋轉速度ω。

此外，當俯仰角達到預定值θ_B時，能夠根據俯仰角θ來增加發電機的旋轉速度ω。