[實(shí)用新型]用于為風(fēng)力渦輪的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片確定槳距角的系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320044457.3
• 申請(qǐng)日: 2013-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203297036U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T.F.珀利;B.C.巴斯比;B.S.蓋伯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): F03D7/04
• 分類號(hào): F03D7/04
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;楊楷

技術(shù)領(lǐng)域

本主題總體上涉及風(fēng)力渦輪，且更具體地，涉及一種用于在調(diào)峰期間為風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片確定槳距角以便減小負(fù)荷同時(shí)使功率損失最小化的系統(tǒng)和方法。?

背景技術(shù)

風(fēng)電被認(rèn)為是當(dāng)前可獲得的最清潔、最為環(huán)境友好的能源之一，并且風(fēng)力渦輪在這方面已日益引起注意。現(xiàn)代風(fēng)力渦輪典型地包括塔架、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、機(jī)艙和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片是用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的主要元件。葉片典型地具有翼型的截面輪廓，使得在操作期間，空氣流過(guò)葉片，從而在側(cè)面之間產(chǎn)生壓差。因此，從壓力側(cè)朝吸入側(cè)導(dǎo)向的升力作用在葉片上。該升力在主轉(zhuǎn)子軸上生成轉(zhuǎn)矩，該主轉(zhuǎn)子軸通過(guò)齒輪連接到用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)上。?

在低于風(fēng)力渦輪的額定風(fēng)速(即，風(fēng)力渦輪能實(shí)現(xiàn)其額定功率的風(fēng)速)的風(fēng)速下，轉(zhuǎn)子葉片的槳距角典型地被維持在功率位置(power?position)以便從風(fēng)捕獲最大能量。但是，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到并超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，必須朝順槳(feather)調(diào)節(jié)槳距角以將風(fēng)力渦輪的功率輸出維持在其額定功率，由此防止損壞渦輪的構(gòu)件，諸如電氣構(gòu)件。因此，作用在轉(zhuǎn)子葉片上的空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)荷隨著風(fēng)速升高而不斷升高，而轉(zhuǎn)子葉片的槳距角被維持在功率位置(即，直至實(shí)現(xiàn)額定風(fēng)速)，且然后隨著針對(duì)高于額定風(fēng)速的風(fēng)速朝順槳調(diào)節(jié)槳距角而開(kāi)始減小。風(fēng)力渦輪的這種控制典型地在風(fēng)力渦輪的額定風(fēng)速處形成風(fēng)力渦輪上的空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)荷的峰。例如，圖1示出了對(duì)于典型的風(fēng)力渦輪而言風(fēng)速(x軸)對(duì)負(fù)荷(y軸)的曲線圖。如圖所示，在風(fēng)力渦輪上的空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)荷在額定風(fēng)速(由線12表示)處升高至峰10且然后隨著轉(zhuǎn)子葉片朝順槳變槳而降低以便將風(fēng)力渦輪維持在其額定功率。?

為了防止這種峰10的形成，已知調(diào)峰控制方法，其可用于在額定風(fēng)速處或額定風(fēng)速附近減小在風(fēng)力渦輪上的負(fù)荷。特別地，這些控制方法典型地在額定風(fēng)速前的一些點(diǎn)處開(kāi)始調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的槳距角。例如，如圖1中所示，通過(guò)在達(dá)到額定風(fēng)速(線12)前朝順槳調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的槳距角，可減小在額定風(fēng)速處或額定風(fēng)速附近作用在轉(zhuǎn)子葉片上的負(fù)荷。具體而言，如圖1中所示，調(diào)峰控制方法的使用可在曲線圖內(nèi)形成調(diào)峰范圍14，在該范圍負(fù)荷沿一定范圍的風(fēng)速值減小。但是，這種控制方法還引起風(fēng)力渦輪的總體效率的降低，這是因?yàn)闋奚嗽陬~定風(fēng)速處或額定風(fēng)速附近的功率產(chǎn)生(即，通過(guò)過(guò)早使轉(zhuǎn)子葉片變槳)以便減小風(fēng)載。?

諸如圖1中所示方法的傳統(tǒng)調(diào)峰控制方法依賴于在功率輸出與槳距角之間的線性關(guān)系來(lái)在調(diào)峰范圍14內(nèi)作出槳距角調(diào)節(jié)。例如，許多調(diào)峰控制方法被設(shè)計(jì)成使用方程式y?=?Ax?+?B來(lái)作出槳距角調(diào)節(jié)，其中y對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片的槳距角，x對(duì)應(yīng)于風(fēng)力渦輪的功率輸出，而A和B對(duì)應(yīng)于預(yù)定常數(shù)。盡管此類線性調(diào)峰控制方法用于減小在額定風(fēng)速處或額定風(fēng)速附近的負(fù)荷，但它們還引起調(diào)峰范圍14內(nèi)的顯著功率損失。具體而言，在調(diào)峰區(qū)域14內(nèi)作用在風(fēng)力渦輪上的負(fù)荷的調(diào)節(jié)所用的變化率相對(duì)緩慢，其在曲線圖內(nèi)以調(diào)峰范圍14內(nèi)的修圓、彎曲區(qū)段16為特征。該緩慢的變化率引起顯著的功率損失，這是因?yàn)槠涫癸L(fēng)力渦輪在調(diào)峰期間調(diào)節(jié)槳距角時(shí)實(shí)現(xiàn)其額定功率所需時(shí)間更長(zhǎng)。?

因此，在本領(lǐng)域中需要一種提供充分的負(fù)荷減小同時(shí)使功率損失最小化的改進(jìn)的系統(tǒng)和/或調(diào)峰控制方法。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將在以下說(shuō)明中部分論述，或可從說(shuō)明而變得顯而易見(jiàn)，或者可通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。?

在一方面，本主題公開(kāi)了一種用于在調(diào)峰期間為風(fēng)力渦輪的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片確定槳距角的方法。該方法一般可包括通過(guò)控制器接收與風(fēng)力渦輪的調(diào)峰參數(shù)相關(guān)的信號(hào)并基于目標(biāo)槳距角與調(diào)峰參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)為該至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片確定目標(biāo)槳距角，其中將該數(shù)學(xué)關(guān)系作為非線性函數(shù)建模。?

在另一方面，本主題公開(kāi)了一種用于在調(diào)峰期間為風(fēng)力渦輪的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片確定槳距角的系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般可包括配置成監(jiān)視風(fēng)力渦輪的調(diào)峰參數(shù)的傳感器和與傳感器通信聯(lián)接的控制器。該控制器可配置成基于目標(biāo)槳距角與調(diào)峰參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)為該至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片確定目標(biāo)槳距角，其中將該數(shù)學(xué)關(guān)系作為非線性函數(shù)建模?

參考以下說(shuō)明和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。結(jié)合在本說(shuō)明書中并構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并連同說(shuō)明一起用于解釋本發(fā)明的原理。

附圖說(shuō)明

在參照附圖的說(shuō)明書中針對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員闡述了本發(fā)明的完整且能夠?qū)崿F(xiàn)的公開(kāi)，包括其最佳模式，在附圖中：?