[發(fā)明專利]帶有載荷控制器的風(fēng)力渦輪機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380036030.1
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN104411967B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·扎伊博;K·T·西蒙森
• 申請（專利權(quán)）人: 維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D7/04
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司72002
• 代理人: 李隆濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行的方法以及一種風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括帶有至少一個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子。

背景技術(shù)

使用風(fēng)力渦輪機(jī)已成為發(fā)電的常規(guī)方法并且渦輪機(jī)的尺寸和性能已增加。

風(fēng)力渦輪機(jī)通常包括多個葉片，所述多個葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成傳動系的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動從而發(fā)電。現(xiàn)有的渦輪機(jī)由計算機(jī)化的控制器控制，所述控制器能修改各種設(shè)定以使得渦輪機(jī)達(dá)到有關(guān)產(chǎn)能、葉片和傳動系上的載荷、以及渦輪機(jī)上的總體磨損方面的最佳狀況。

葉片通常能圍繞它們的縱向軸線旋轉(zhuǎn)并且從而轉(zhuǎn)換各種程度的風(fēng)能。該行為稱作為“變槳”，并且在傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)中，變槳受到控制使得風(fēng)力渦輪機(jī)利用盡可能多的可用風(fēng)能直至達(dá)到額定產(chǎn)能為止。如果風(fēng)力渦輪機(jī)已達(dá)到額定產(chǎn)能并且可用的風(fēng)能進(jìn)一步增加，那么葉片將被遠(yuǎn)離最優(yōu)狀況地變槳以維持額定產(chǎn)能。在特定的切出風(fēng)能強(qiáng)度下，葉片被變槳至防止風(fēng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的位置。這通常稱作“順槳”。在通過將葉片從順槳位置變槳回來而重新啟動生產(chǎn)之前，旋轉(zhuǎn)停止并且控制系統(tǒng)等待風(fēng)力強(qiáng)度下降。

風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)上的載荷高度地取決于渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所在的氣候條件以及主要部件(例如葉片)的尺寸。當(dāng)前對風(fēng)力渦輪機(jī)開發(fā)出不同的控制算法以減少基于氣候條件的載荷。

遍及轉(zhuǎn)子的非對稱載荷有責(zé)任對疲勞載荷做出顯著貢獻(xiàn)。非對稱載荷例如由風(fēng)剪切導(dǎo)致，并且當(dāng)今風(fēng)力渦輪機(jī)控制器有時適于通過分開地控制每個葉片的槳距而減少或消除風(fēng)力渦輪機(jī)上的傾斜和偏航力矩。該行為可基于由每個葉片單獨(dú)經(jīng)歷的狀況、例如葉片彎曲。有時，這稱作為偏航和傾斜控制。在實(shí)踐中，通過基于轉(zhuǎn)子上的預(yù)估出/計算出的傾斜和偏航力矩使葉片周期變槳來平衡非對稱載荷，并且在現(xiàn)有控制器中，載荷達(dá)到預(yù)定的靜態(tài)參考級別，也被稱作閾值。靜態(tài)閾值通常在設(shè)計階段期間基于風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)限制、基于塔架與葉片碰撞的風(fēng)險等來限定。

US 2011/0064573公開一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行的方法，其中基于測量出的大氣狀況來確定設(shè)定點(diǎn)限度。

US 2006002792公開一種用于在風(fēng)力渦輪機(jī)中減少載荷和提供偏航定位的方法，所述方法包括測量風(fēng)力渦輪機(jī)上的非對稱載荷導(dǎo)致的位移或力矩。這些測量出的位移或力矩用于確定每個轉(zhuǎn)子葉片的槳距，以減少或抵消非對稱轉(zhuǎn)子載荷和確定有利的偏航指向，以減少變槳行為。風(fēng)力渦輪機(jī)的偏航定位依照有利的偏航指向來調(diào)節(jié)，并且每個轉(zhuǎn)子葉片的槳距依照確定出的槳距來調(diào)節(jié)，以減少或抵消非對稱轉(zhuǎn)子載荷。

在減少非對稱載荷的嘗試中，葉片有時在有關(guān)風(fēng)能至旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的轉(zhuǎn)化方面被不利地變槳，并且因此傳統(tǒng)的傾斜和偏航控制潛在地減少渦輪機(jī)的產(chǎn)能。通過變槳進(jìn)行的傾斜和偏航控制還增加變槳系統(tǒng)的磨損以及從而增加維護(hù)成本。

發(fā)明內(nèi)容

為了減少例如在承載轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子軸的主軸承上的極端載荷，并且為了增加渦輪機(jī)的葉片塔架間隙，或者為了在沒有不必要的功率降低、沒有風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)、或沒有增加的維護(hù)成本的情況下總體上允許更好的載荷分布，本發(fā)明在第一個方面提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括帶有至少一個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子能圍繞轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)并且限定轉(zhuǎn)子平面。風(fēng)力渦輪機(jī)還包括載荷控制系統(tǒng)，所述載荷控制系統(tǒng)適于確定轉(zhuǎn)子平面上的載荷分布并且為每個轉(zhuǎn)子葉片單獨(dú)地確定葉片變槳值，以從而對載荷分布中的非對稱性進(jìn)行補(bǔ)償。

載荷控制系統(tǒng)適于基于確定出的載荷分布與閾值之間的差來實(shí)施所述補(bǔ)償，并且載荷控制系統(tǒng)適于基于風(fēng)力渦輪機(jī)的載荷和/或氣候條件來確定閾值。

該載荷控制系統(tǒng)提供如下能力，即通過使得控制行為與氣候條件相適應(yīng)來執(zhí)行更多選擇性控制行為，并且因此避免不必要行為，諸如葉片變槳。

該載荷控制系統(tǒng)的好處會是以執(zhí)行控制動作所需的致動器(即例如恒定地圍繞葉片的縱向軸線往復(fù)地移動葉片的變槳系統(tǒng)以及相關(guān)聯(lián)的液壓或電動驅(qū)動器)的疲勞度最小限度地增加來減少載荷并且增加葉片塔架間隙。

由于閾值被動態(tài)地調(diào)節(jié)，所以可將抵消非對稱性的葉片變槳減少至最小，即僅減少到非對稱性對于渦輪機(jī)上載荷而言扮演重要負(fù)面角色的情況。因此，能減少由于變槳而導(dǎo)致的不必要的產(chǎn)能損耗。

作為示例，當(dāng)載荷最大的葉片的載荷少于平均載荷的特定百分比時，可決定不對非對稱載荷補(bǔ)償，或者當(dāng)風(fēng)速或風(fēng)湍流低于特定級別時，可決定不進(jìn)行補(bǔ)償。

根據(jù)本發(fā)明，載荷控制器能基于風(fēng)力渦輪機(jī)的載荷或基于測量出的氣候條件來確定閾值。