[发明专利]控制风轮机叶片的倾斜速度的方法及其控制系统

说明书

本申请是申请日为2004年7月23日、名称为“控制风轮机叶片的倾斜速度的方法及其控制系统”的专利申请200480043661.7的分案申请。

技术领域

本发明涉及在风轮机系统内在转子停止期间控制至少一个风轮机叶片的方法、控制系统、风轮机及其使用。

背景技术

例如如果风轮机的发电机突然与配电网断开，则可启动停止过程以防风轮机过载。

先前，通过使用预先建立的倾斜速度的值在停止期间控制风轮机的风轮机叶片，直到叶片完全倾斜到风外。

倾斜控制系统主要包括机械的和液压的组件例如液压致动器，以使风轮机叶片围绕它们的纵向轴线转入或离开风。

现有技术的问题是必须谨慎地选择用于倾斜速度的值，以确保不会因停止过程期间的控制而使风轮机的任何部分尤其是叶片发生过载。但是，如果停止过程是减慢发电机，则风轮机的齿轮装置会受到损坏。

相关联的问题是风轮机尤其是叶片的尺寸必须使其非常坚固以便在停止过程期间经受住任何力，其中停止过程会因低倾斜速度而延长。

另一个问题是转子会脱离控制，即，由于低倾斜速度而加速到极其危险的速度。

本发明的一个目的是建立一种无上述缺陷的技术。具体地，一个目的是建立关于风轮机转子尤其是大型现代风轮机的转子的停止过程是最优的而不会损坏风轮机的解决方案。

发明内容

本发明涉及一种在风轮机系统的转子的停止过程期间例如在诸如配电网丢失或强风的极端情况下控制至少一个风轮机叶片的方法，其中所述方法响应该系统和/或该系统周围环境的一个或多个反馈值来优化所述叶片的叶片控制速度，以便至少使施加给转子的力f_acc处于非加速力状态。

由此建立一种没有上述现有技术的缺陷的方法。特别有利的是，该方法使得风轮机的转子能响应于该风轮机和/或该风轮机周围环境的反馈值最优地且主动地停止。风轮机叶片的主动控制使得风轮机可迅速停止而不会使风轮机受到过大的力，即在停止转子的时间和力之间实现优化。

该方法对于现代风轮机的长且重的风轮机叶片是尤其有利的，在该现代风轮机中可能的过度力会非常大。

因此，该方法使得具有其尺寸不如普通风轮机坚固的转子系统的风轮机不再会在最优的且迅速的停止过程期间受到很大并可能有害的力。

在本发明的一个方面内，所述控制包括将一个或多个倾斜(俯仰，pitch)或主动停止的风轮机叶片的倾斜角从在停止过程开始时的值调节到所述非加速状态的值，例如大约90度。为了优化倾斜，在从停止过程开始到建立叶片非加速状态期间控制叶片是尤其有利的，因为如果在此期间没有迅速控制叶片力，则此期间的叶片力可能例如因转子速度增加而损坏风轮机。限制转子速度并且在到达非加速状态时重新控制转子速度。

在本发明的另一方面内，调节转子摇摆机构的摇摆角以实现所述至少一个风轮机叶片的非加速。摇摆机构使得叶片可利用转子轮毂处的轴承响应扫掠区域中的不对称风速而在风轮机叶片的每次旋转期间卸载。摇摆角是停止过程期间的重要测量数据，因为不控制摇摆机构会导致在叶片上施加计划外的力、在叶片和塔架之间出现碰撞以及摇摆机构过载。

在本发明的另一方面，所述控制包括闭环构型，其中所述反馈值是通过测量该系统和/或系统周围环境的机械或物理数据例如测量倾斜位置(状态)数据、叶片负荷、摇摆角、方位角、叶片轴承的摩擦力、风速、风向、风共享和/或风密度而获得的。因此，可使风轮机叶片迅速倾斜到非加速状态，从而减小转子超速而风轮机和叶片机构不会过载。因此，反馈值确保防止风轮机发生严重的故障，这是因为监控并将风轮机和周围环境的关键组分反馈回叶片控制系统。

短语“机械或物理数据”应当理解为与风轮机系统所产生的电力输出无关的测量数据或与在正常发电期间的发电有关的其它测量值。

在本发明的另一方面内，与具有较高起始斜率的非线性曲线相关联地控制倾斜速度。因此，可克服任何惯性，并使叶片迅速倾斜到风外。由于将必要的数据测量、反馈并用于使叶片从风内连续倾斜到风外，因此可在更接近风轮机尤其是转子系统的物理限制处执行倾斜。此外，当反馈值指示时可将速度限制到低的值。

在本发明的一个方面内，控制倾斜速度包括在最初几秒内例如在最初五秒内例如在第一至第三秒之间从0到约15度/秒的高的初始过渡(瞬变)。从而可实现尤其是与现代风轮机叶片有关的本发明的有利实施例，该叶片的长度超过30米例如为39或44米并且重量至少为5吨。