[发明专利]风力涡轮机入流角监测和控制系统

说明书

技术领域

[0001]本发明大体上涉及风力发电，且更具体地涉及一种用于通过使用叶片入流角来改善风力设备的能量生成和控制的方法及系统。

相关申请

[0002]本申请涉及与本申请同一天提交的题为“Wind TurbineBlade Flow Condition Measurement and Control”、代理人卷号为227-414，以及与本申请同一天提交的题为“Wind Turbine BladeMounted Composite Sensor Support”、代理人卷号为232-749的共同未决专利申请，两个相关申请均通过引用而整体并入到本公开内容中。

背景技术

[0003]近年来，风力涡轮机作为一种对环境安全且相对便宜的替代能源，受到了日益增加的关注。随着对其关注的增长，人们已做出了相当大的努力来研制可靠且高效的风力涡轮机。

[0004]通常，风力涡轮机包括通过浆毂联接到转子上的多个叶片。转子安装在外壳或机舱内，该外壳或机舱位于管状塔架或基座的顶部。公用级风力涡轮机(即，设计成用来将电力提供到公用电网上的风力涡轮机)可具有大型转子(例如，直径为三十米或更大)。这些转子上的叶片将风能转换成驱动一个或多个发电机的转子的转动转矩或转动力，发电机可旋转地联接到转子上。转子由塔架通过轴承来支承，轴承包括联接到可旋转部分上的固定部分。轴承经受多种负载，包括转子的重量、自轴承而悬臂伸出的转子的力矩负载、诸如水平负载和剪切负载的非对称负载、偏航，以及自然湍流。

[0005]此外，风力涡轮机具有控制器，其调整叶片的倾斜角以优化低于额定风量的能量捕获以及调节高于额定风量的功率。控制器可在变速区域中利用固定的精细倾斜角，并且根据涡轮机的功率输出和转速来调整在高于额定风速下的倾斜。输入到控制器中用于精细倾斜控制的预置倾斜角基于2D风洞空气动力系数。在野外，风力涡轮机叶片经受来自于转子的感应以及具有湍流的3D流场状态，该湍流并未在预测模型中得到证明。野外数据表明，实际空气动力性能和声学性能可明显不同于当前预测模型和2D稳态风洞数据预测。通过对与迎角相关联的入流角进行实际测量，更为有效地控制了涡轮机的叶片倾斜，并且提高了能量转换效率和避免了叶片失速。需要时，还可基于该测量结果来调整声学性能以容许低噪音工作。

[0006]风力涡轮机行业中的一些研究机构已经在尝试描述风力涡轮机叶片的入流角和迎角的特征，然而，还未研制出使用当前水平的技术用于压力测量的系统，其利用数字温度补偿，消除对涡轮机上的跨距校准系统的需求。此外，没有其它系统为了最佳性能而使用压力测量来用于叶片倾斜角的闭环控制，或使用叶片流参数。

[0007]因此，所需的是一种用于测量与叶片的迎角相关联的实际入流角的方法和系统。

发明内容

[0008]本发明的目的在于提供一种测量与迎角相关联的空气动力学入流角的风力涡轮机叶片测量系统，以便可使用闭环控制来以最佳角度控制叶片倾斜。

[0009]根据本发明的第一实施例，公开了一种风力涡轮机控制系统，其包括具有翼型部的风力涡轮机叶片。翼型部包括压力侧、吸力侧、前缘、后缘，以及根缘与尖端之间的长度。风力涡轮机控制系统还包括附接到风力涡轮机叶片上的探测器支承结构、在距前缘的预定位置处附接到探测器支承结构上的压力探测器，以及构造用以接收来自于压力探测器的传感器输入的控制系统。控制系统构造成用以处理传感器输入，以控制风力涡轮机叶片的叶片倾斜。

[0010]根据本发明的第二实施例，公开了一种风力涡轮机，其包括具有翼型部的风力涡轮机叶片，该翼型部包括压力侧、吸力侧、前缘、后缘，以及根缘与尖端之间的长度。风力涡轮机还包括附接到风力涡轮机叶片上的探测器支承结构、在距前缘的预定位置处附接到探测器支承结构上的压力探测器，以及构造用以接收来自于压力探测器的传感器输入的控制系统。控制系统构造成用以处理传感器输入，以控制风力涡轮机叶片的叶片倾斜。

[0011]根据本发明的第三实施例，公开了一种控制具有至少一个风力涡轮机叶片的风力涡轮机的方法，其包括距该至少一个风力涡轮机叶片上的固定位置处测量气压，以及响应于测得的气压调整该至少一个风力涡轮机叶片的倾斜角。

[0012]本公开内容公开了该方法及系统的更多的方面。本领域的技术人员可通过如下详细说明及附图来认识和理解本发明的上述特征以及其它特征和优点。

附图说明