[發明專利]風輪機、用于風輪機的槳距角測量系統和方法

有效

• 申請號: 201510017596.0
• 申請日: 2015-01-14
• 公開（公告）號: CN104792294B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: F.伯托洛蒂;C.博特
• 申請（專利權）人: SSB風系統兩合公司
• 主分類號: G01B21/22
• 分類號: G01B21/22;F03D1/00;F03D17/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 陳堯劍

技術領域

本申請涉及風輪機和用于確定風輪機的葉片相對于轂的至少葉片槳距角的測量系統。本發明還涉及用于確定風輪機的至少一個葉片的槳距角的方法。

背景技術

風輪機從風獲取能量以產生電能。使用一個或多個葉片將風中的空氣動力學能量改變為驅動發電機的旋轉動力。為了最大化在特定地點的一整年操作過程中獲取的能量，發電機的最大功率電平被選擇為遠低于在與在該地點預期最大風速相關的空氣動力學能量值。與最大發電機功率匹配的所獲取旋轉動力的風速被稱作風輪機的額定速度。

由于所述額定速度遠低于該地點的最大風速，所以在很多時間段可用的空氣動力學能量大于發電機的最大功率電平。因此，風輪機被設置有用于從可用的空氣動力學能量獲取可控制和可選擇的量的旋轉動力的裝置。本領域最常規的是改變葉片的迎角的空氣動力角度的裝置，該裝置包括將葉片可旋轉地連接至葉輪機轂，從而允許圍繞基本沿著葉片的跨度延伸的俯仰軸線 (pitch axis)的旋轉，以及葉片俯仰致動器，其用于通過受控的葉片槳距角而將葉片圍繞俯仰軸線旋轉地移動，從而改變葉片相對于轂以及相對于來風的方向。

該指令葉片槳距角通過葉輪機中心控制單元計算。為了實現可接受的操作安全性，必須使用閉環控制完成葉片槳距角的移動，其中所述葉片槳距角由葉片俯仰致動器獨立測量，測量的角度值和轂的旋轉速度被報告至渦輪中心控制單元。葉片槳距角相對于轂的測量值通過由葉片運動驅動的機電編碼器完成。由于操作安全性要求，當葉輪機中央控制器不能跟蹤風輪機所使用的任何葉片的葉片槳距角時，葉輪機不能操作且必須被關閉。

機械槳距角編碼器具有多個缺點。一個缺點是對將葉片的本體連接至編碼器的內部工作部件的驅動部中的機械故障的敏感度。第二個缺點是由于在所述驅動中的磨損和損耗引起的精確性的損失。第三個缺點是當在維護的過程中維護技術人員錯誤地踩到該單元上之后編碼器和驅動部不對準時損失精確度。因此，需要用于測量葉片的至少葉片槳距角的測量系統，該測量系統被建造為使得不受機械失效、磨損和損耗的影響。還需要所述測量系統另外地測量轂的旋轉速度，且最需要所述測量系統另外地測量葉片的自預定葉片方位角位置的方位角旋轉。

可通過使用加速計和陀螺儀的組合可測量轂的旋轉位置和速度。陀螺儀提供旋轉速度的測量，以及陀螺儀信號在時間上積分提供轉子角位置的測量。然而，在實踐中在旋轉速度的測量中的小的速度誤差是不可避免的，因此計算的轉子角位置包括由于在積分過程中的小的速度誤差的連續累積引起的隨著時間的越來越大的誤差。為了約束該誤差的累積，本領域已知慣量運動傳感器來將陀螺儀的信號與加速計的信號結合。

EP-A-1 835,293描述了風輪機，確定風輪機轉子的至少一個旋轉參數的方法，其中當通過在時間上積分來自陀螺儀的信號計算角度位置時，加速計約束轉子角度位置的誤差。

DE-A-10 2007 030示出了用于使用任何測量傳感器間接地確定風或水葉輪機的動態值的方法。加速計還被用于測量在風輪機中存在的力且使用所測量的力來檢測風輪機的旋轉速度。

該兩個已知的方法使用所測量的信號中存在的重力加速度來提供地面固定參考系，可相對于該地面固定參考系確定轂的旋轉速度。該計算方法基本基于在加速計信號中的重力的確定。該重力信號產生隨著轉子方位角改變的正弦信號，因此該信號顯示周期性，其周期與轉子完成一個旋轉所需要的時間相等。因此，需要至少一個完整周期來通過峰值和通過檢測或等同方法來以可用的精確度確定重力正弦信號的相位。因此，轉子速度的計算是時間延遲的或者時間平均的，數量和不是即時測量的。

所需要的是無需機電編碼器而測量風輪機葉片的槳距角的方法，以及另外地，可提供槳距角的即時精確測量，且此外，該測量不會因為測量不精確或誤差在時間上的累積而產生偏移和類似誤差。

發明內容

因此，本發明的一個目的是提供用于確定至少一個葉片相對于輪機轂的至少槳距角的測量系統。本發明的另一個目的是提供用于確定葉片槳距角的測量系統，其沒有由于時變信號的時間積分引起的累積誤差。本發明的另一個目的是提供測量系統，其用于確定轂的旋轉速度。本發明的另一個目的是提供測量系統，用于確定轂相對于預定方向的方位角位置。本發明的另一個目的是提供具有測量系統的改進的風輪機，該測量系統測量至少一個葉片相對于輪機轂的至少槳距角。

根據附圖，本發明的多個方面、優點和特征是明顯的。

附圖說明

圖1示出了具有三個葉片的典型風輪機，一些葉輪機構件和本發明的構件的旋轉運動。