[发明专利]用于控制风力涡轮的方法和系统

说明书

技术领域

本文所述的主题大体涉及风力涡轮，并且更具体地涉及用于控制风力涡轮的方法和系统。

背景技术

风力涡轮通常包括转子，其具有附接到可旋转轮毂上的多个转子叶片。转子将风能转变成驱动一个或多个轴的旋转转矩。通常，轴可旋转地联接到变速箱上，变速箱逐级升高转子原有的较低旋转速度。变速箱使高速轴旋转，高速轴驱动发电机来产生电功率，该电功率供给公用电网或另一目的地。

至少一些公知的风力涡轮设计成在一定的转矩或功率极限内操作，以便使由风力造成的对风力涡轮的一个或多个构件的破坏最小化。当风撞击风力涡轮叶片时，风力将在叶片上产生转矩和推力。转矩促使叶片旋转并产生电功率。然而，推力可造成对风力涡轮的叶片和/或其它构件的破坏。至少一些公知的风力涡轮并未有效地测量由风力在风力涡轮叶片上引起的推力。为了防止推力变得过大，至少一些公知的风力涡轮将从风速中计算出推力，并且利用在操作参数上包括较大裕度的开环控制系统。这些较大的裕度可减小转矩量，并且因此减小可由风力涡轮产生的功率。因此，公知的风力涡轮通常调整一个或多个转子叶片的桨距角，以在风速高于额定水平时减小由转子叶片捕获的能量的量。

至少一些公知的风力涡轮使用加速计来测量由于风力撞击塔架和/或机舱所造成的风力涡轮塔架和/或机舱的位移，以及计算风速。然而，公知的加速计可用来测量高频运动，但是公知的加速计对于较低的速度和/或低频运动可能较不准确。例如，至少一些大型风力涡轮可以以大约0.35Hz或更小振荡，加速计不可足够准确地测量这种运动。然而，至少一些公知的风力涡轮包括控制系统，其监测发电机的功率输出，并且如果发电机速度和/或功率输出接近额定水平，则增大转子叶片的桨距角。然而，这种控制系统可导致风力涡轮低效地操作。

发明内容

在一个实施例中，提供了用于风力涡轮的控制系统，该风力涡轮具有塔架、发电机和至少一个转子叶片。控制系统包括构造成用于测量塔架相对于表面的倾斜角的传感器、构造成用于调整转子叶片的桨距角的至少一个变桨组件、以及构造成用于基于测得的倾斜角来控制变桨组件和发电机中的至少一个的控制器。

在另一实施例中，提供了风力涡轮，其包括联接到表面上的塔架、至少一个转子叶片以及发电机。该风力涡轮还包括控制系统，控制系统包括构造成用于测量塔架相对于表面的倾斜角的传感器、构造成用于调整转子叶片的桨距角的至少一个变桨组件、以及构造成用于基于测得的倾斜角来控制变桨组件和发电机中的至少一个的控制器。

在另一实施例中，提供了控制风力涡轮的方法，其包括使用传感器来测量塔架相对于表面的倾斜角，以及将控制器构造成用于基于测得的倾斜角来控制变桨组件和发电机中的至少一个。

附图说明

图1为示例性风力涡轮的简图。

图2为可与图1所示的风力涡轮一起使用的示例性机舱的局部截面图。

图3为适于与图1所示的风力涡轮一起使用的用于控制风力涡轮的示例性方法的流程图。

图4为适于与图1所示的风力涡轮一起使用的示例性控制环的框图。

部件列表：

100风力涡轮

102塔架

104表面

106机舱

108转子

110可旋转轮毂

112转子叶片

114旋转轴线

116偏航轴线

118变桨轴线

120叶片根部

122负载传递区域

124风

125叶片尖部

130变桨组件

131变桨驱动马达

132发电机

134转子轴

136变速箱

138高速轴

140联接件

142支承件

144支承件

145传动系

146偏航驱动机构

148杆

150控制系统

152前支承轴承

154后支承轴承

160传感器

162倾斜角

164线

200方法

202测量塔架的倾斜角

204从倾斜角计算风特性和/或风力涡轮特性

206将计算出的特性与期望特性相比较

208基于比较来调整叶片桨距角和/或发电机转矩

300控制环

302参考模块

304比较模块

306塔架模型

308控制器

310滤波器

具体实施方式