[发明专利]风力涡轮机的启动

说明书

技术领域

本文所描述的主题一般地涉及风力涡轮机，并且更具体地涉及用于快速再启动风力涡轮机的方法和装置。

背景技术

风力涡轮机是将风中的动能转换成机械能的机器。如果该机械能由机械直接使用，例如用来泵水或磨麦，则风力涡轮机可称为“风车”。类似地，如果机械能转换成电，则机器还称为“风力发电机”或“风力发电设备”。

风力涡轮机典型地根据叶片转动所围绕的垂直或水平轴线进行分类。一种所谓的水平轴风力发电机示意性地显示在图1中，并且可从通用电气公司获得。用于风力涡轮机2的这种特定的构造包括塔架4，塔架4支撑着包围传动系8的外罩6。叶片10布置在“旋转器”或轮毂9上，以便在外罩6外部的传动系8的一端形成“转子”。旋转的叶片10驱动齿轮箱12，该齿轮箱12在传动系8的另一端连接至发电机14，该传动系8与控制系统16一起布置在外罩6内部，该控制系统16典型地包括可编程的逻辑控制器，并且可从风速计18接收输入。

叶片10产生升力并从移动的空气中捕获动量，然后将动量给予转子9。各叶片10典型地在其“根部”端处固定在轮毂9上，然后沿径向“向外”“延伸”到自由的“末梢”端。叶片10的前部或“前缘”连接首先接触空气的叶片最前端的点。叶片10的后部或“后缘”是被前缘分开的气流越过叶片的吸入表面和压力表面后重新汇合的地方。“弦线”沿着典型的气流越过叶片10的方向连接叶片的前缘和后缘，并大致限定了叶片平面。

“攻角”是用来描述叶片10的弦线与代表叶片与空气之间的相对运动的矢量之间的角度的术语。“变桨”(pitching)是指使整个叶片10的攻角转入风中或从风中转出，以便控制转动速度和/或从风中吸收动力。例如“朝向顺桨”对叶片变桨使叶片10的前缘转入风中，而“朝向失速”对叶片变桨使叶片的前缘从风中转出。

对于所谓的“变桨受控”的风力涡轮机，变桨可在每次风变化时进行调节，以便使转子叶片保持在最佳角度，并对于所有风速使功率输出最大。例如，控制系统16可每秒钟对涡轮机2的功率输出进行若干次检查。当功率输出变得太高时，则控制系统16给叶片变桨机构发送信号，该信号导致叶片10轻微地(或完全)从风中变桨出来。当风速降低时，则将叶片10返回到风中。

共同授予的美国专利(No.7,126,236)公开了“Methods andApparatus for Pitch Control Power Conversion”并再现于图2中，在该图中，控制系统16(来自图1)在控制面板112内包括一个或多个控制器，用于整体的系统监控和控制，包括变桨和速度调节、高速轴和偏航制动应用、偏航马达和泵送马达应用及故障监控。然而，在某些构造中也使用备选的分布式或集中式控制架构。

控制系统16给可变的叶片变桨驱动器或致动器114提供控制信号，以控制驱动轮毂110的叶片10(图1)的变桨。风力涡轮机2的传动系8(图1)包括连接至轮毂110的主转子轴116(也称作“低速轴”)和齿轮箱12，在一些构造中，齿轮箱12利用双通道的几何形状来驱动包围在齿轮箱内的高速轴。来自齿轮箱的相对端的高速轴被用来驱动第一发电机120。在一些构造中，转矩通过联接器122传输。

由这些风力涡轮机2中的一个或多个风力涡轮机在风力涡轮机组或“风电场”中产生的电通常供给电能传输网络，该电能传输网络典型地由公用事业公司运行。不同类型的风力涡轮发电机在传输电网波动(包括涡轮机再启动)的过程中表现不同。传输系统的操作员为此将要求风电场开发者遵循“电网编码”，该“电网编码”规定了对于互连至传输电网的要求。电网编码典型地在诸如功率因子、频率、电压和电流等领域规定各种运行参数公差，以及规定了在各种传输事件(诸如低电压穿越(1ow voltage ride through))过程中的参数要求。

当风力发电机连接或重新连接至配电网络时会出现各种电力质量问题。例如，发电机14可能最初作为电动机运行，以便使转子达到适当的速度。在涌入电流到达发电机14时可导致配电网络上电压突降。即便是在发电机14以适当的速度发动之后，当涡轮机2作为发电机连接至(或“切入”)网络时和/或以低于全速运行时，在配电网络中也可发生电压、电流、有功功率和无功功率和/或频率变化。