[发明专利]用于风力涡轮机的可变叶尖速比跟踪控制

说明书

技术领域

本发明一般地涉及风力涡轮机，更具体而言，涉及一种用于增加 风力涡轮机叶片能量捕获和控制叶尖速比和/或叶片倾斜的方法。

背景技术

近来，风力涡轮机作为环境安全和相对便宜的替代能源已获得更 多的关注。随着这种日益增长的兴趣，已做了相当大的努力，以发展 可靠而有效的风力涡轮机。

通常，风力涡轮机包括具有多个叶片的转子。转子安装在位于桁 架或者管状塔架顶部上的外壳或者机舱(nacelle)里。公用级的风力涡 轮机(即，设计用来向公用电网提供电力的风力涡轮机)可具有大的转 子(例如，长度达到30米及以上)。此外，风力涡轮机典型地安装在高 度至少为60米的塔架上。这些转子上的叶片将风能转化为驱动一个 或多个发电机的旋转力矩或者旋转力，发电机通过齿轮箱可旋转地联 接到转子上。齿轮箱将涡轮机转子固有的低旋转速度逐步提升，以便 发电机高效地将机械能转换成电能，该电能被馈入公用电网。

为了增加能量捕获，风力涡轮机叶片的尺寸已经持续增加。然而， 随着叶片尺寸的增加，控制最优的能量捕获已经日益变得更加困难。 随着风力涡轮机叶片变大，它们在加载时经受包括偏转和扭曲在内的 增加的气动弹性响应，其会负面地影响能量捕获。此外，涡轮机叶片 可设计成具有气动弹性响应，且叶片的扭曲取决于叶片上的载荷。叶 片载荷取决于风速、叶片叶尖速比(TSR)和/或叶片的倾斜设置。TSR 为叶尖的旋转速度相对于风速的比值。优化包括叶片能量捕获在内的 风力涡轮机的运行是很重要的，以减少能量生成的成本。

因此，需要一种对于当前的运行条件，通过控制TSR和叶片倾 斜角优化能量捕获的用来运行风力涡轮机的方法。

发明内容

本发明的第一个实施例包括一种用来控制转子上具有扭转弯曲 联接的转子叶片的风力涡轮机的方法，该转子机械地联接在发电机 上。该方法包括确定风力涡轮机的转子叶尖的速度，以及调节发电机 的转矩以改变转子叶尖速比，从而增加风力涡轮机的能量捕获功率系 数。

本发明的另一方面包括一种用来控制转子上具有扭转弯曲联接 的转子叶片的风力涡轮机的方法，该转子机械地联接在发电机上，该 方法包括确定风速和调节叶片的倾斜，从而增加风力涡轮机的能量捕 获功率系数。

从以下对优选实施例的更为详细的描述，结合以实例的方式说明 本发明原理的附图，本发明的其它特征和优点将变得明显。

附图说明

图1为风力涡轮机的示范性结构的图示。

图2为图1中所示的示范性风力涡轮机结构的机舱的剖切透视 图。

图3为用于图1中所示的风力涡轮机的控制系统的示范性结构的 方框图。

图4为具有被动扭转弯曲联接以及两个抗剪腹板的掠形转子叶 片(swept rotor blade)的透视图。

图5为对于扭转刚性叶片和扭转顺应叶片的作为风速的函数的优 化叶尖速比的比较。

具体实施方式

参考图1，公开了根据本发明的示范性风力涡轮机100。风力涡 轮机100包括安装在高塔架104的顶部的机舱102，图1中只示出了 一部分。风力涡轮机100还包括风力涡轮机转子106，该转子106包 括附装到旋转轮毂110上的一个或多个叶片108。虽然示于图1中的 风力涡轮机100包括三个转子叶片108，但是本专利对转子叶片108 的数量不要求具体的限制。塔架104的高度根据本领域已知的因素和 情况进行选择。

在某些结构中并参考图2，在位于塔架104的顶部的机舱102中 容纳了各种部件。控制面板112中容纳了一个或多个微控制器(未示 出)。微控制器包括配置成提供控制系统的硬件和软件，该控制系统提 供整体的系统监测和控制，包括倾斜和速度调节、高速轴和偏转制动 应用、偏转和泵马达应用以及故障监测。在本公开的备选实施例中， 如本领域普通技术人员将会理解的，控制系统可为不单独由控制面板 112提供的分布式控制结构。控制系统给可变叶片倾斜驱动114提供 控制信号以控制叶片108(图1)的倾斜，在风力作用下，叶片108驱动 轮毂110。在一些结构中，叶片108的倾斜由叶片倾斜驱动114单个 控制。