[發明專利]風力渦輪機控制系統

有效

• 申請號: 201480026148.0
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN105190026B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: W·伊林
• 申請（專利權）人: 伊林工程服務公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 王允方

本發明揭示一種風力渦輪機，其包含：轂子系統，所述轂子系統包括主轂及經調適以繞軸線旋轉的軸件；及具有槳距角的多個渦輪機槳葉。所述槳葉經調適以將所述轂子系統的旋轉驅動到第一速度。所述風力渦輪機進一步包含變槳驅動子系統，所述變槳驅動子系統包含驅動元件，所述驅動元件經調適以依第二速度繞所述軸線旋轉且進一步經調適以相對于所述第一速度與所述第二速度之間的差控制所述渦輪機槳葉的槳距角?；钤鰪姲l電機使得所述轂子系統能夠以不同于所述變槳驅動子系統的速度旋轉。所述速度差是由滑差函數控制。所述風力渦輪機進一步包含經調適以控制所述驅動元件的所述第二速度的主動控制系統。

相關申請案的交叉參考

參考2013年3月11日申請且名稱是“具有高級控制系統的風力渦輪機(WINDTURBINE WITH ADVANCED CONTROL SYSTEM)”的第61/776,709號美國臨時申請案且本申請案主張所述美國臨時申請案的優先權及權益，所述申請案是以引用方式全部并入本文。

技術領域

本發明大體上涉及風力渦輪機，且更具體地說涉及控制槳葉槳距角。

背景技術

風力渦輪機通常包含固定到可旋轉地耦合到軸件的轂的兩個或兩個以上轉子槳葉。軸件安裝在外罩或機艙內，所述外罩或機艙可位于塔架的頂部上。槳葉狀轂的旋轉將風能變換為驅動耦合到軸件的一或多個發電機的旋轉扭矩或力。

陣風是現代風力渦輪機設計者面臨的強大阻礙。風速及/或風向的突然顯著變化可使組件承受過大應力或損壞組件，且造成風力渦輪機過早故障。緩和陣風的負面影響的早期努力集中于使用通常稱作自動收攏的技術機械地改變轉子槳葉的槳距角，其中變槳驅動系統改變轉子槳葉的槳距角，借此改變轉子的氣動扭矩。

雖然并非極為精確，但是自動收攏趨向于降低高故障率，但是不足以滿足長期設計裕度。電氣工程師的后續努力集中于滑差增強電氣設計。此方法允許當風力提供的功率大于系統所設計的功率時發電機比正常情況滑差得更多，且借此給變槳控制系統創造一點時間以響應于新的風力條件。雖然滑差增強電氣設計證明比機械自動收攏方法更優越，但是此類設計也證明是不夠的。風速及/或風向的變化發生的速度就是快于控制系統可適應的速度。例如，即使運用當前高速數據采集系統及信號調節單元，50毫秒的等待時間或延遲也是意料之中的，且可消耗顯著更長時間來得到良好的傳感器信息。除了獲取及調節有用信號數據的時滯之外，系統必須隨后在防止損壞的時間范圍內作出響應。

陣風變化多端。一般來說，較高的穩定狀態風速具有量級相對較低的陣風。例如，陣風可能將12英里/每小時(mph)的穩定狀態風速加倍(峰值為24mph)，但是30mph的穩定狀態風速可能只刮起50mph的陣風。除了陣風的量級之外，其持續時間是極為顯著的變量。長持續時間的陣風允許控制系統及時響應，且極短持續時間的陣風實際上由于慣性效應而衰減。不幸的是，介于3秒鐘與6秒鐘之間的陣風持續時間極為常見，但是其長度不足以使控制系統及時響應，且太長而不能僅僅由系統慣性吸收。3秒鐘到6秒鐘的陣風施加會造成設計者必須解決的最困難扭矩及功率瞬變狀況中的一者，且機械解決方法及電氣解決方法兩者均證明是不夠的。從歷史上來看，此迫使在強健設計與合理成本之間達到折衷。工程及質量保證部門與營銷部門達成妥協以緩和強健設計的成本增加，來換取所述領域中的“合理”故障率。單單變速器的當前故障率就花費了每年每兆瓦特約50,000美元。此成本是由客戶、投資商、保險公司及制造商以不同程度承擔。雖然保險公司一直以來首當其沖地希望限制因變速器故障的損失，但是投資商及客戶也將很快跟進。

發明內容