[發明專利]用于基于集體俯仰偏移來控制風力渦輪的系統和方法

在審

• 申請號: 201911005284.2
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN112696317A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: B.蘭達;S.B.沙策爾;S.古
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;F03D17/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 危凱權;金飛

一種系統和方法提供成用于基于集體俯仰偏移來控制風力渦輪。因此，確定作用于風力渦輪的轉子的風況，且設定對于多個轉子葉片的第一集體俯仰角，且操作風力渦輪。至少部分地基于風況來確定轉子的推力，且計算實際集體俯仰角。基于第一集體俯仰角與實際集體俯仰角之間的差異來確定集體俯仰偏移。集體俯仰偏移與至少一個俯仰設定點命令集成。該至少一個俯仰設定點命令傳送到風力渦輪的俯仰控制機構。

技術領域

本公開內容大體上涉及風力渦輪，且更特別地涉及用于基于集體俯仰偏移來控制風力渦輪的系統和方法。

背景技術

風力被認為是目前可用的最清潔、最環境友好的能源中的一種，且在這點上，風力渦輪得到了增加的關注。現代風力渦輪典型地包括塔、發電機、齒輪箱、機艙(nacelle)以及一個或多個轉子葉片。機艙包括聯接到齒輪箱和發電機的轉子組件。轉子組件和齒輪箱安裝在位于機艙內的底板支承框架上。一個或多個轉子葉片使用已知的翼型件原理來獲得風的動能。轉子葉片傳送呈旋轉能形式的動能，以便轉動軸，該軸將轉子葉片聯接到齒輪箱或(如果未使用齒輪箱)直接地聯接到發電機。發電機然后將機械能轉換成電能，電能可傳送到容納在塔內的轉換器和/或變壓器，且隨后部署到公用電網。

在操作期間，給風力渦輪提供動力的風的速度可改變。因此，風力渦輪可通過例如俯仰調整機構來調整單獨轉子葉片圍繞俯仰軸線的俯仰。在正常操作期間，俯仰調整機構從渦輪控制器接收俯仰命令。對于低于風力渦輪的額定閾值的風速，渦輪控制器可計算單獨轉子葉片的期望俯仰，以便最大限度地增加在給定風速下產生的功率。對于高于風力渦輪的額定閾值的風速，渦輪控制器可計算單獨轉子葉片的期望俯仰，以便使推力產生減小到低于指定的設計極限。

為了確保俯仰命令的準確計算，必須使單獨轉子葉片的俯仰為零。使轉子葉片為零的一種方法是通過基于葉片根部處的機械基準來設立葉片零俯仰位置。然而，該方法昂貴，且經驗示出，機械基準的精度可不適合于確保真正的零俯仰位置。另外，轉子葉片可制造有空氣動力扭轉，這也可偏離標稱設計值。因而，在由渦輪控制器感知的俯仰角與任何單獨轉子葉片的實際或有效俯仰角之間可存在差異。

因而，渦輪控制器可將對于轉子葉片的感知的俯仰角組合為對于轉子的集體俯仰角且利用集體俯仰角來計算俯仰命令。然而，由于在實際的與感知的集體俯仰角之間可存在差異或偏移，得到的俯仰命令可導致風力渦輪以對于給定風速的次優配置操作。

因此，本領域不斷地(continuously)尋求解決前述問題的新的和改進的系統和方法。因此，本公開內容針對用于基于集體俯仰偏移來控制風力渦輪的系統和方法。

發明內容

本發明的方面和優點將在以下描述中部分地闡述，或可從描述中清楚，或可通過實施本發明來學習。

在一個方面，本公開內容針對一種用于基于集體俯仰偏移來控制風力渦輪的方法。方法可包括經由控制器來確定風力渦輪處的風況。方法還可包括設定對于多個轉子葉片的第一集體俯仰角，該多個轉子葉片安裝到風力渦輪的轉子的可旋轉轂。方法可包括在第一集體俯仰角下操作帶有多個轉子葉片的風力渦輪。此外，方法可包括經由控制器至少部分地基于風況來確定轉子的推力。方法還可包括經由控制器至少部分地基于推力來計算對于多個轉子葉片的實際集體俯仰角。另外，方法可包括經由控制器基于第一集體俯仰角與實際集體俯仰角之間的差異來確定集體俯仰偏移。此外，方法可包括將集體俯仰偏移與至少一個俯仰設定點命令集成。而且，方法還可包括經由控制器將集成的俯仰設定點命令傳送到風力渦輪的俯仰控制機構。

在實施例中，確定轉子的推力可包括經由一個或多個傳感器來測量塔的彎曲應變或塔的偏轉中的至少一個。該確定還可包括根據彎曲應變或偏轉中的至少一個來計算推力。

在實施例中，計算實際集體俯仰角可包括基于轉子的推力來計算推力系數。該計算還可包括計算在風況下對于轉子的末端速度比，以及基于轉子的空氣動力性能圖來推導在該末端速度比下對于該推力系數的實際集體俯仰角。在額外的實施例中，方法還可包括計算優化在風況下推力或功率系數的俯仰設定點命令，其中風況可小于閾值。