[發明專利]用于控制至少一個風力渦輪機葉片的槳距角的方法

有效

• 申請號: 201380025910.9
• 申請日: 2013-05-13
• 公開（公告）號: CN104321527B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: J·K·漢森;J·赫吉斯特魯普
• 申請（專利權）人: 羅蒙溫德股份公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 張華卿,鄭霞

技術領域

本發明涉及一種用于控制風力渦輪機上的轉子中的至少一個風力渦輪機葉片的槳距角的方法和裝置。

背景技術

在風力渦輪機中，必須控制葉片的槳距角。常規的風力渦輪機具有轉子，包括多個葉片，通常是三個葉片，和旋轉器。在一些渦輪機模型中，所謂的槳距調整式渦輪機，這些葉片的槳距角可以由槳距機構根據實際風況機械地和動態地調節。在運行中，風力渦輪機的控制系統將調節或控制葉片的槳距角以確保風力渦輪機的最佳性能。這是為了將轉子的旋轉速度保持在運行限制內并最小化風力渦輪機的磨損。在某些情況下，如高或低風速下，可以通過使轉子完全停止或至少確保轉子的慢轉速使風力渦輪機停止工作。這可以通過調節/控制葉片的槳距角，使得葉片的攻角由風轉向而完成。

已知的槳距調節的風力渦輪機具有控制系統，其控制葉片的槳距。該系統對槳距角的控制是基于渦輪機風力傳感器測得的風速。放置在機艙上、轉子后面的風速計是用于測量風速的常見方法的一個例子。但是，風力傳感器的這個位置很不理想，因為在風力渦輪機運行時，風向標將在風已通過了轉子之后測量風力。該測量因此很大程度上受到由轉子產生的紊流以及受到由機艙所造成的其他空氣動力效應的影響。此外，建筑物、樹木、和相鄰的風力渦輪機都將顯著影響風速讀數。這意味著，風向標會將不正確的信息傳送到風力渦輪機控制系統。目前使用的機艙風速計還不能檢測潛在的破壞性的風力現象，例如風切變和潛在的破壞性的風傾斜角。這是一個缺點，因為需要盡可能可靠的風速、風切變和轉子的風傾斜角的信息。

進一步地，如果風力渦輪機具有一個以上的葉片，通常有三個葉片，則葉片的葉片槳距能夠彼此獨立地控制。

此外，已知使用激光雷達(LiDAR)確立風力渦輪機的逆風風速，并使用該信息來控制風力渦輪機。EP 0 970 308公開了一種具有激光風速計系統的風力渦輪機，如激光雷達，它被用于確定在風力渦輪機前部的空氣速度。此外，它公開了該確定的風力渦輪機前部的空氣速度可以被用來控制風力渦輪機葉片的槳距。

激光雷達控制的風力渦輪機的例子在EP 2 025 929 A2中公開。它描述了一種用于基于激光雷達的測量控制葉片的槳距的方法。激光雷達安裝在風力渦輪機輪轂上并配置為在輪轂的前部的平面場的預定部分內測量風速的分量。

當使用如在上述文件中公開的激光雷達的時候，風速在風力渦輪機前部一個相當大的距離處被測量，至少20米。然而，風的方向和速度將這個距離內改變；因此由激光雷達測量的風速的分量會與實際沖擊葉片的風速的分量不同。因此，葉片沒有被最佳地傾斜。

此外，如果正在下雨或下雪，則激光雷達不能測量風速，因為激光射線被雨滴或雪花通過如下方式防礙和/或干擾，即沒有檢索到可靠的信息。當沒有檢索到信息時，葉片不能被正確地傾斜。

從EP2112373可知一種用于基于風的兩個風向分量的探測控制風力渦輪機的轉子的旋轉速度的系統，所述轉子暴露于所述風。

從EP2025929可知一種用于主動機構的基礎系統，其基于轉子前的紊流風測量，通過將葉片獨自地或非對稱的放置來控制風力渦輪機的葉片傾斜。

從US2010/0135789可知一種用于控制風力渦輪機的系統和方法，包括利用逆風條件測量設備測量從轉子逆風的風力情況。

從GB2476507可知一種用于感測包括風速、方向和紊流的多個上風情況的風速計。

發明內容

考慮到上述的現有技術，本發明的一個目的是提供一種用于根據通過測量風力得到的可靠數據控制槳距角的方法和裝置。

所述目的可通過用于控制與風力渦輪機上的主軸連接的轉子中的至少一個風力渦輪機葉片的槳距角的方法來實現，該方法包括以下步驟，確定：逆風的、水平的并且與主軸的方向成一條直線的風矢量的第一分量，和逆風并且垂直于風矢量的第一分量的風矢量的第二分量，其中風矢量的第一分量和風矢量的第二分量通過使用安裝在轉子上的至少一個超聲波傳感器來確定，由此基于風矢量的第一分量和風矢量的第二分量控制槳距角，該方法還包括確定風矢量的第三分量的步驟，其是逆風的并垂直于風矢量的第一分量和風矢量的第二分量，由此基于風矢量的第三分量進一步控制槳距角。

通過使用該方法葉片可以在各種天氣條件下并為實際沖擊葉片的風最佳地傾斜。

超聲波傳感器可以包括兩個傳感器，其中在兩個傳感器之間發送超聲波信號，通過測量超聲波信號的傳播時間和已知的傳感器之間的距離，能夠確定風速。