[發明專利]用于在超速狀況下制動風力渦輪機轉子的系統和方法

有效

• 申請號: 201310359216.2
• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN103670923B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: T.F.珀利;B.S.格伯;A.亞布羅
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

本發明提供用于制動風力渦輪機的系統和方法，該系統和方法包括監測風力渦輪機發電機轉子的旋轉。在第一設定點轉速下施加制動轉矩以降低轉子的轉速。制動轉矩隨著轉子轉速增大超過第一檢測設定點轉速而成比例地增大達到最大制動轉矩。

技術領域

本主題總體涉及風力渦輪機，并且更具體地涉及用于在感測到的超速狀況下可控地制動風力渦輪機轉子的系統和方法。

背景技術

風能被認為是目前可獲得的最清潔、最具環境友善性的能源之一，并且風力渦輪機在這方面已不斷獲得關注。現代的風力渦輪機典型地包括塔架、發電機、齒輪箱、機艙、以及一個或多個轉子葉片。轉子葉片利用已知的翼型原理捕獲風的動能并且對旋轉能量形式的動能進行傳遞以使軸轉動，該軸將轉子葉片聯接至齒輪箱，或者如果未使用齒輪箱，則將轉子葉片直接聯接至發電機。發電機接著將機械能轉化為可以配置于公用電網的電能。

現代的實用級風力渦輪機通常包括冗余制動系統。氣動制動系統通過將葉片變槳至順槳位置來使轉子葉片的旋轉變慢或停止。這種系統可以包括存儲的能源，以使得轉子葉片能夠在供電故障期間變槳。通常還提供機械制動系統（例如液壓制動器），以在全風速時使轉子停止。存儲的能源（例如液壓蓄電池）可以使得能夠在供電故障期間對機械制動器進行致動。

在轉子超速狀況下，特別是在超速故障狀況下，各個風力渦輪機部件上產生過度負載，并且因此，對轉子速度保持嚴格控制是重要的操作考慮因素。轉子葉片、轂、和主軸上的故障負載通常是這些部件的設計驅動負載。在傳統的制動控制方法下，在超過標稱轉子速度的轉子速度下使用氣動制動，并且在限定轉子速度（通常為大約111%）下的渦輪故障之后施加機械制動。根據依賴時間的制動分布(braking profile)來激活機械制動器。然而，通過該控制方法，未顯著消除故障速度下所經歷的極限瞬態負載。

因此，用于在超速狀況下制動風力渦輪機的改進的系統和/或方法將在本技術領域內受到歡迎。

發明內容

本發明的方面和優點將在下文的描述中部分地闡述，或者可以是通過描述顯而易見的，或者可以通過實施本發明而習得。

在一個方面，一種風力渦輪機包括轂，轂上構造有多個轉子葉片。轂通過傳動系連接至發電機轉子。傳感器被可操作地布置成直接或間接地監測轉子的旋轉。傳感器可以監測轉子的旋轉特性中的任何一個或組合，例如轉速或加速度。轉子制動器通過風力渦輪機被構造成降低轉子的轉速。轉子制動器可以是向轉子施加制動轉矩的任何合適的裝置，例如任何機械、電、液壓方式、或者其它類型的制動機構。制動控制系統被操作性地聯接至制動器和傳感器，并且被構造成在第一設定點轉速下通過制動器向轉子施加制動轉矩。隨著轉子轉速增大超過第一設定點轉速，控制系統使制動轉矩成比例地增大。

在具體實施例中，第一設定點轉速被限定為大于風力渦輪機的額定轉子速度。例如，第一設定點轉速可以處于額定速度與額定速度的103%之間。在具體實施例中，第一設定點轉速被設定成大于額定速度1%或2%。制動控制系統可以被構造成首先在第一設定點轉速下向轉子施加制動轉矩并且使制動轉矩增大至在第二設定點轉速下施加的完全制動轉矩，所述第二設定點轉速小于風力渦輪機的故障轉速。例如，在具體實施例中，第二設定點轉速小于額定速度的110%。

制動控制系統可以被構造成施加作為增大的轉子轉速的線性函數的增大的制動轉矩。在備選實施例中，制動控制系統可以施加作為增大的轉子轉速的指數函數或任何其它比例函數的增大的制動轉矩。

轉子制動器可以是傳統地用于風力渦輪機中的任何合適的制動器。例如，轉子制動器可以是被可操作地構造在風力渦輪機傳動系中以有效地使轉子減慢或停止的液壓制動器。液壓制動器可以包括特征的任何組合，所述特征包括在渦輪機故障或電網功率損失時激活制動器的蓄電池。