[发明专利]用于风轮机的控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于风轮机的控制系统和方法，风轮机具有安装用来与风轮机转子一起旋转的遥感器。本发明还涉及具有这种控制系统的风轮机。

背景技术

US-B 7 281 891公开了一种激光雷达形式的遥感器，其安装于风轮机的轮毂中并且具有与轮毂的旋转轴线倾斜的视向(look direction)以使得在轮毂旋转时激光雷达扫描风轮机前面的区域。视向以旋转轴线的5°-20°范围内的角度倾斜，优选地以在10°-20°范围内的角度倾斜。由激光雷达测量的风速用作测量值，控制器根据测量值控制风轮机的转子叶片的桨距。叶片的桨距根据测量的风速改变以便改变叶片所经受的力以便不仅最大化有效动力提取，而且通过限制作用在风轮机的叶片上的力来保护叶片。

US-B 7 281 891公开的风轮机根据测量的风速独立地改变相应叶片的桨距，由此能在叶片向上定向而不是叶片向下定向时考虑不同的风力状态。然而，不准确性仍然存在，这降低了可获得的效率，以及风轮机在不被损坏情况下所能承受的最大风力。

本发明解决和改善上面提到的缺点。本发明由所提及的独立权利要求限定。

发明内容

在本发明的第一方面，遥感设备被安装成与转子一起旋转以便具有基本上平行于和相邻于一个或多个叶片的视向。这种布置使得能非常准确地感测和测量风参数，包括紧邻叶片前面的力，这些参数可用来控制风轮机的参数并且因而提高系统的准确性。

在一个优选实施例中，风轮机的叶片每个设置有一个或多个控制表面。这些控制表面根据风参数，例如由遥感设备感测的风速，来进行控制。这种控制表面可以是后缘襟翼或其它设备，比如在Science of Making Torque from Wind，Journal of Physics：Conference Series75(2007)012080第1-20页中公布的T.K barlas和G.A.M.van Kuik的“State of the Art and Prospectives of Smart Rotor Control for Wind Turbines”中描述的。

每个叶片具有前缘和后缘，在前缘和后缘之间限定了弦长。优选地遥感设备布置为测量在叶片上游的一个距离处的风速，所述距离在0.5-3个弦长的范围内，优选地一个弦长。这提供了足够的时间来控制响应于感测到的风参数的风轮机参数。其还充分地远离叶片以避免感测的参数受到叶片的影响。

优选地，遥感设备布置为测量叶片前面的风廓线。这允许对控制表面进行甚至更准确的控制，尤其在风轮机的叶片每个都具有沿着叶片分布的可独立控制的控制表面时。在这个实施例中，希望控制表面可被选择性地和独立地控制。就多个控制表面的使用而言，遥感设备(可以是激光雷达)优选地具有多距离门(multiple range gate)。

优选地，遥感设备是多普勒风力计并且优选地是激光雷达设备。更优选地遥感设备是脉冲激光雷达。

遥感设备可安装于轮毂中用来与轮毂一起旋转或者可安装于叶片上。如果安装于叶片上，优选地所述设备靠近轮毂以便易于控制，其中视向朝着叶片的梢尖延伸。然而，所述设备能安装于梢尖的后面，其中视向朝着轮毂延伸。

优选地视向在叶片的前面沿着叶片径向地延伸。

优选地遥感设备的视向是可调节的，由此在叶片桨距变化时保持视向相对于叶片的位置。

感测的风参数可包括风速、风向、竖直或水平切变和湍流中的一个或多个。为了能更准确地控制，可为每个叶片提供单独的遥感设备。所述或每个遥感设备可具有多个视向，其他视向可相对于第一视向偏移例如高达30°的角度。这种布置的优点在于，可在测量点处产生风的二维或三维图像以使得能确定更复杂的风参数比如湍流和切变。

遥感设备可具有相对于轮毂的旋转轴线偏移并且大致在风轮机的前面延伸的又一视向。在大致轴向和径向上进行感测的组合有利于形成风况的准确确定。

本发明的又一方面在于具有至少一个用于确定风速的激光雷达装置的风轮机，其中所述至少一个激光雷达装置安装于支承风轮机叶片的轮毂中，以使得在轮毂旋转时，所述至少一个激光雷达装置扫过风轮机前面的区域，其特征在于，所述至少一个激光雷达装置安装于轮毂中以便具有远离轮毂径向延伸并且与从轮毂径向地延伸的叶片之一基本上平行且相邻的视向。