[發明專利]用于控制風力渦輪機的方法和裝置

有效

• 申請號: 201380050867.1
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN104662289B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: T.埃斯本森;R.克里什納
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 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: 鄒松青,李婷

技術領域

本發明涉及用于控制風力渦輪機的方法和裝置，以便增加功率產生效率。

背景技術

常規上，可利用固定或恒定的目標旋轉速度（也被稱作參考旋轉速度或旋轉速度設定值）和固定目標功率（也被稱作參考功率或功率設定值）操作風力渦輪機。在這些常規系統中，渦輪機控制器可能計劃在高風速下保持此固定目標旋轉速度和固定目標功率。在此情形中，風速應該足夠高，以便在這些目標值下操作，否則速度和/或功率會降低。將損壞機械結構或電氣部件的最大旋轉速度和最大功率可以大于目標旋轉速度和目標功率。

文獻EP 2 128 437 A2公開了一種用于增加風力渦輪機中的能量捕獲的方法，其中，響應于操作參數確定大于初始旋轉速度設定值的經調整的旋轉速度設定值，所述操作參數可包括標準化環境條件，諸如平均風速、湍流強度或空氣密度，并且操作參數可包括發電機速度、功率輸出、湍流強度、風切變、環境溫度和空氣壓力的結合、空氣密度、部件溫度、發電機扭矩、發電機轉子和定子中的電流、發電機轉子和定子中的電壓、功率因數、功率最大振動、傳動系統振動、偏航位置及其組合。

已經注意到，常規的風力渦輪機、風力渦輪機控制器及控制方法并非在每種情況下都能操作風力渦輪機以便提供令人滿意的功率產出。

本發明要解決的技術問題可被看作是提供用于控制風力渦輪機的方法和裝置，其中，可提高風力渦輪機的能量輸出，同時保持安全的操作并避免損壞或過度加載風力渦輪機的部件。

發明內容

該技術問題由本申請所采用的技術方案解決。優選方案具體說明本發明的有利實施例。

具體地，本發明的實施例確保風力渦輪機在設計規格內運作，但容許調整風力渦輪機的目標設定值（諸如目標旋轉速度和/或目標功率輸出），從而實現最大功率/載荷/噪聲關系。具體地，本發明的實施例所滿足的設計規格可包括載荷要求、溫度要求、噪聲要求、功率要求等。具體地，本發明的實施例可考慮不太保守地改變各個系統部件的操作條件和不同的要求。

由此，具體地，為了最大化渦輪機的效率，本發明的發明人已經發現，常規系統的約束可能過于保守，并且根據本發明的方法和裝置采用經適應性修改的約束來操作風力渦輪機。本發明的發明人發現，在目標旋轉速度和/或目標功率固定的常規系統中，這些目標值很可能過于保守，因為其必須考慮到在最壞情況下的風速、湍流、風切變、環境溫度等。

本發明提供一種用于控制風力渦輪機的方法和裝置，其中，相對于常規保守的旋轉速度參考值來說增大旋轉速度參考值。

根據本發明的實施例，提供一種控制風力渦輪機的方法，風力渦輪機具有與至少一個轉子葉片連接的轉子，所述方法包括：根據第一旋轉速度參考值操作轉子；以及當轉子的實際旋轉速度的波動降低到波動閾值以下時和/或當轉子葉片的葉片槳距角增加到葉片槳距角閾值以上（即從較小的葉片槳距角改變至較大的葉片槳距角）時，根據大于第一旋轉速度參考值的第二旋轉速度參考值操作轉子。

風力渦輪機可包括風力渦輪機塔以及被安裝在風力渦輪機塔之上的機艙，其中，與一個或多個轉子葉片連接的轉子軸可被支撐在機艙內。可輸出具有可變頻率的功率流的發電機可機械地連接到旋轉軸。此外，風力渦輪機可包括換流器，諸如AC-DC-AC換流器，其可將從發電機輸出的可變頻功率流轉化為直流功率流，并將直流功率流轉化為固定頻率（諸如40Hz或60Hz）功率流，其之后可以具體地經由一個或多個變壓器被供應到可向多種消費者供應電能的公共電網。

控制風力渦輪機可例如包括：控制執行器，執行器被布置并適于調整與旋轉軸連接的一個或多個轉子葉片的轉子葉片槳距角。調整轉子葉片的槳距角可影響轉子葉片的功率系數，即，從風中提取的能量的比率。

具體地，功率系數可被描述為（例如針對經考慮的固定風速和固定旋轉速度）功率系數和葉片槳距角之間的關系。具體地，功率系數可被定義為從可用風能中增加的功率比率，由此指示風力渦輪機轉子的效率。功率系數Cp可以是可被表達為依賴轉子葉片槳距角和尖端速度比率的比率。葉片槳距角可以是葉片翼弦線和轉子旋轉平面之間的角。尖端速度比率可被定義為轉子尖端速度除以風速的比率（轉子速度*轉子半徑/風速）。具體地，小槳距角相比大槳距角來說，功率系數可能較大。具體地，通過減小葉片槳距角，已經調整槳距角的轉子葉片可從吹來的風中提取更多能量。

此外，控制風力渦輪機還可額外地或替代性地包括：通過提供特定的功率參考值來控制風力渦輪機的換流器，從而使得風力渦輪機輸出預定功率。