[發(fā)明專利]控制風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行的方法、控制系統(tǒng)和風(fēng)力渦輪機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610135642.1
• 申請(qǐng)日: 2016-03-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107178468A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃雄哲;維卡斯·薩克塞納;鄭大年;格爾特·托波蒙;克里斯托夫·舒爾滕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): F03D7/02
• 分類號(hào): F03D7/02;F03D9/25
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司31100
• 代理人: 侯穎媖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種控制風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行的方法和控制系統(tǒng)，以及一種具有該控制系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)。

背景技術(shù)

如今，風(fēng)力渦輪機(jī)作為環(huán)境友好、相對(duì)廉價(jià)的可替代能源，受到廣泛關(guān)注。因此，人們?cè)谘邪l(fā)可靠高效的風(fēng)力渦輪機(jī)方面付出了很大的努力。

通常，一臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)包括一個(gè)具有多葉片的機(jī)頭。機(jī)頭被安裝在機(jī)艙上，機(jī)艙位于構(gòu)架頂端或圓筒形塔頂。公用級(jí)別的風(fēng)力渦輪機(jī)(比如為輸電網(wǎng)提供電力的風(fēng)力渦輪機(jī))具有較大的機(jī)頭(比如長(zhǎng)度大于或等于30米)。另外，風(fēng)力渦輪機(jī)通常被安裝在至少60米高的塔上。機(jī)頭上的葉片把風(fēng)能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)力矩或轉(zhuǎn)動(dòng)力，以驅(qū)動(dòng)通過(guò)變速箱旋轉(zhuǎn)連接在機(jī)頭上的發(fā)電機(jī)。變速箱增加原本較慢的渦輪機(jī)頭的轉(zhuǎn)速，將機(jī)械能有效轉(zhuǎn)化為電能，并提供給輸電網(wǎng)。發(fā)電機(jī)的功率輸出隨風(fēng)速增大而增大，直到達(dá)到額定功率和/或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速為止。

正常運(yùn)行時(shí)，具有復(fù)雜控制系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)能保持穩(wěn)定的速度和功率。風(fēng)力渦輪機(jī)控制系統(tǒng)的最初設(shè)計(jì)使用例如IEC 61400的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)典型地根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境情況來(lái)控制，并不能涵蓋風(fēng)力渦輪機(jī)安裝的地點(diǎn)的所有環(huán)境情況。

因此，有必要提供一種用于解決上述問(wèn)題的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種控制風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行的方法。該方法包括：確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)所在位置的空氣密度；獲得風(fēng)力渦輪機(jī)所在位置的風(fēng)速；至少部分根據(jù)所述風(fēng)速估算湍流強(qiáng)度；根據(jù)所述空氣密度和所述估算的湍流強(qiáng)度確定增強(qiáng)因子；根據(jù)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的額定運(yùn)行參數(shù)和所述增強(qiáng)因子確定至少一個(gè)控制參數(shù)；及至少部分根據(jù)所述控制參數(shù)來(lái)控制風(fēng)力渦輪機(jī)。

本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種控制風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括：空氣密度確定單元，用來(lái)確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)所在位置的空氣密度；風(fēng)速獲得單元，用來(lái)獲得風(fēng)力渦輪機(jī)所在位置的風(fēng)速；湍流強(qiáng)度估算單元，用來(lái)至少部分根據(jù)所述風(fēng)速估算湍流強(qiáng)度；增強(qiáng)因子確定單元，用來(lái)根據(jù)所述空氣密度和所述估算的湍流強(qiáng)度確定增強(qiáng)因子；運(yùn)行控制單元，用來(lái)根據(jù)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的額定運(yùn)行參數(shù)和所述增強(qiáng)因子確定至少一個(gè)控制參數(shù)，來(lái)至少部分根據(jù)所述控制參數(shù)來(lái)控制風(fēng)力渦輪機(jī)。

本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)。該風(fēng)力渦輪機(jī)包括：機(jī)艙；機(jī)頭，連接于機(jī)艙且可相對(duì)于機(jī)艙旋轉(zhuǎn)；控制系統(tǒng)，用來(lái)確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)所在位置的空氣密度；獲得風(fēng)力渦輪機(jī)所在位置的風(fēng)速；至少部分根據(jù)所述風(fēng)速估算湍流強(qiáng)度；根據(jù)所述空氣密度和所述估算的湍流強(qiáng)度確定增強(qiáng)因子；及根據(jù)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的額定運(yùn)行參數(shù)和所述增強(qiáng)因子確定至少一個(gè)控制參數(shù)；及發(fā)電機(jī)，安裝在機(jī)艙內(nèi)并且與控制系統(tǒng)相連，所述發(fā)電機(jī)至少部分根據(jù)所述控制參數(shù)運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1所示為本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；

圖2所示為本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)的一部分的一個(gè)實(shí)施例的局部剖視圖；

圖3所示為本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的原理框圖；

圖4所示為本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)控制系統(tǒng)的處理器的一個(gè)實(shí)施例的原理框圖；

圖5所示為本發(fā)明控制風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；及

圖6所示為圖5中確定增強(qiáng)因子的步驟的子流程圖。

具體實(shí)施方式

為幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠確切地理解本發(fā)明所要求保護(hù)的主題，下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。在以下對(duì)這些具體實(shí)施方式的詳細(xì)描述中，本說(shuō)明書(shū)對(duì)一些公知的功能或構(gòu)造不做詳細(xì)描述以避免不必要的細(xì)節(jié)而影響到本發(fā)明的披露。

除非另作定義，本權(quán)利要求書(shū)和說(shuō)明書(shū)中所使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本說(shuō)明書(shū)以及權(quán)利要求書(shū)中所使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語(yǔ)并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來(lái)區(qū)分不同的組成部分。“一個(gè)”或者“一”等類似詞語(yǔ)并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個(gè)。“包括”或者“具有”等類似的詞語(yǔ)意指出現(xiàn)在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“具有”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“連接”或者“相連”等類似的詞語(yǔ)并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。