[發明專利]用于風力渦輪機的控制方法和控制系統

有效

• 申請號: 201410258259.6
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN105332855B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 達哈阿德加斯·法比亞諾;黃雄哲;阿加瓦爾·普拉納
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 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

本發明公開一種用于風力渦輪機的控制方法和控制系統。該控制方法包括測量風力渦輪機葉片漿距角；獲得風力渦輪機轉子加速度值；判斷是否葉片漿距失控故障狀況正在發生；以及在葉片漿距失控故障狀況期間，至少部分地基于轉子加速度值、至少一個故障葉片的漿距角及健康葉片的漿距角來調整漿距角命令；以及至少部分地基于調整的漿距角命令來控制風力渦輪機葉片，從而減小了健康葉片與故障葉片之間的漿距角不對稱，并且控制了轉子的減速。

技術領域

本發明大體涉及風力渦輪機，尤其涉及一種用于風力渦輪機的控制方法和控制系統。

背景技術

近年來，風力渦輪機作為一種對環境安全且相對便宜的替代能源，受到了日益增加的關注。隨著對其關注的增長，人們已作出了相當大的努力來研制可靠且高效的風力渦輪機。

風力渦輪機包括控制單元、具有多個葉片的轉子以及葉片漿距驅動器，葉片漿距驅動器用于調整葉片漿距，從而當風速改變時，可將風力渦輪機轉子的轉速保持在運行限度內。當在強風環境下或其他需要緊急停機的情況下，葉片通常朝向平漿的位置(即朝向90°位置)轉動以減小不需要的旋轉扭矩。

然而，當葉片漿距失控故障發生時，故障的葉片將不受葉片漿距驅動器的控制，并且故障的葉片可能會以高的漿距角速度朝向0°位置或90°位置轉動。在這種情況下，控制單元將會啟動停機程序，來將葉片漿距角朝向完全平漿的位置轉動。在停機期間，由于不同葉片之間的漿距角差異，風力渦輪機將會經歷轉子上的空氣動力不平衡，從而導致風力渦輪機的塔頂和轂上的不平衡負載。

在現有的風力渦輪機中，積極的停機策略可能會導致一些部件(例如，偏航軸承、漿距軸承、塔及基礎)上的高機械負載。特別是在葉片的漿距角失控至0°位置或90°位置的情況下，其他健康葉片的快速停機將導致高的不平衡力矩。該不平衡力矩同時也會激發起其他部件(例如，偏航軸承、漿距軸承、塔、基礎及驅動系)。

現有的帶有固定且預定義的順漿模式的開環停機控制方法需要具體的手動調節，并且針對每一種不同的風力渦輪機構造需要優化控制參數。此外，因為單一順漿策略在停機期間需要處理任何初始漿距角及任何變化的風況，所以可能發生帶有高峰值負載變化的次優性能。

因此，有必要提供一種控制系統和控制方法以解決如上所述的至少一個問題。

發明內容

本發明的一個方面在于提供一種用于風力渦輪機的控制方法，其包括：測量風力渦輪機葉片漿距角；獲得風力渦輪機轉子加速度值；判斷是否葉片漿距失控故障狀況正在發生；以及在所述葉片漿距失控故障狀況期間，至少部分地基于所述轉子加速度值、至少一個故障葉片的漿距角及健康葉片的漿距角來調整漿距角命令；以及至少部分地基于所述調整的漿距角命令來控制風力渦輪機葉片。

本發明的另一個方面在于提供一種用于風力渦輪機的控制系統，其包括風力渦輪機轉子和控制單元，風力渦輪機轉子具有至少兩個葉片及用于驅動所述至少兩個葉片的漿距驅動器，控制單元用于判斷當葉片漿距失控故障發生時，并且作為響應，至少部分地基于風力渦輪機轉子加速度值、至少一個故障葉片的漿距角及健康葉片的漿距角來調整漿距角命令。

根據本發明的具體實施方式的控制系統或控制方法可以在葉片漿距失控故障發生時確定用于葉片的調整的漿距角命令，從而減小了健康葉片與故障葉片之間的漿距角不對稱，并且控制了轉子的減速。由于能夠及時將漿距角不對稱最小化，因此能夠減輕由葉片漿距失控故障所引起的極端負載。故，在風力渦輪機的停機期間，可以同時獲得負載減輕和轉子的減速。本發明的控制系統或控制方法的應用不需要額外的傳感器測量，相反地而是可以使用在風力渦輪機中通常已有的傳感器，因此，元件成本能夠大大降低。

附圖說明

當參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它特征、方面及優點將變得更好理解，在附圖中，相同的元件標號在全部附圖中用于表示相同的部件，其中：

圖1是根據本發明的一個具體實施方式的風力渦輪機的示意圖；