[发明专利]用于风力涡轮机的运行的设备和方法

说明书

技术领域

本文中描述的主题大体涉及用于运行风力涡轮机的方法和系统，并且更具体而言，涉及用于运行用于风力涡轮机的控制组件的方法和系统。

背景技术

至少一些已知的风力涡轮机包括塔架和安装在塔架上的机舱。转子可旋转地安装到机舱上，并且通过转子轴联接到发电机上。在典型的风力涡轮机中，多个叶片从转子延伸。叶片以使得经过叶片的风使转子转动且使转子轴旋转的方式定向，从而驱动发电机来产生电力。

至少一些已知的风力涡轮机由控制系统运行。此外，用于风力涡轮机的至少一些已知的控制系统通过转子叶片绕着变桨轴线的旋转来实现其变桨控制。也就是说，这些控制系统设计成通过设置叶片的相对于空气流的角(即，使叶片变桨)来调整风力涡轮机的转子速度。使叶片变桨以降低转子速度一般会导致作用在风力涡轮机的构件中的一些(例如叶片、转子或风机塔架)上的载荷的增加。

一般而言，撞击在转子叶片上的风的速度的增加会导致转子速度的增加。在某些状况(例如风力涡轮机的区域中的大风)下，转子速度可最终超过对应于风力涡轮机的最大允许速度的阈值(即超速)。

实现变桨控制的至少一些已知的控制系统设计成通过确定转子速度的实际值来监测转子速度，以及只要转子速度的实际值一超过风力涡轮机的最大允许速度就通过增大叶片的桨距角来以空气动力学的方式降低转子速度(即，对转子制动)。在此情形下，通过使叶片变桨来降低转子速度可导致作用在风力涡轮机的构件上的载荷的特别显著的增加。一般而言，这种显著的载荷增加会不利地影响涡轮的运行寿命。在至少一些已知的变桨控制系统中，变桨控制器驱动转子速度回到风力涡轮机的最大允许速度以下。这些变桨控制系统中的至少一些设计成只要转子速度一处于风力涡轮机的最大允许速度以下就减小桨距角，以维持高的转子速度，但使转子速度处于风力涡轮机的安全边界内(即，在风力涡轮机的最大允许速度以下)。

在通过已知的控制系统来调整的这样的超速事件中，桨距角的增大和后面的减小一般会导致有交变力作用在塔架上。在一些情况下，这些交变力可激发塔架的共振模式，并且导致塔架的共振。当振动超过最大允许极限时，塔架的这种共振可能需要使风力涡轮机停机。停机事件一般意味着风力涡轮机的产生功率的容量的损失。

因此，提供能够实现这样的变桨控制的方法和/或设备是合乎需要的：该变桨控制避免了在风力涡轮机构件上有高载荷，以及/或者减小了风力涡轮机的由于风力涡轮机的超速状态而引起的停机的风险。

发明内容

本文中描述的实施例包括一种控制组件，其根据风力涡轮机的多个变量的实际值来估计风力(涡轮机)的超速状态的出现，并且基于估计的结果来使至少一个转子叶片变桨。通过估计超速状态的出现，本文中描述的实施例使得转子叶片能够平滑地变桨。因此，该变桨典型地导致转子平滑地制动。因而，典型地减小了作用在风力涡轮机构件上的瞬态载荷，并且典型地延长了风力涡轮机的运行寿命。此外，这种平滑的变桨典型地减小了风力涡轮机的共振和风力涡轮机的停机的风险。具体而言，根据至少一个实施例，以使得风力涡轮机的第一变量(例如转子速度)不超过指示风力涡轮机的超速状态的阈值的方式使转子叶片变桨。

在一个方面，提供了一种用于运行风力涡轮机的方法。风力涡轮机包括转子，转子包括至少一个转子叶片和联接到该至少一个转子叶片上的变桨驱动系统。变桨驱动系统适于使该至少一个转子叶片变桨。该方法包括：确定指示风力涡轮机的超速状态的第一变量的实际值；确定风力涡轮机的与第一变量的相对于时间的变化率相关的第二变量的实际值；以及，至少根据第一变量和第二变量的所确定的实际值来估计风力涡轮机的超速状态的出现。变桨驱动系统基于估计的结果来使该至少一个转子叶片变桨，以便以空气动力学的方式对转子制动。在本公开的某些实施例中，第一变量在其超过阈值时指示风力涡轮机的超速状态。

在另一方面，提供了一种用于风力涡轮机的控制组件。风力涡轮机包括转子，转子包括至少一个转子叶片。控制组件包括联接到该至少一个转子叶片上的变桨驱动系统，变桨驱动系统适于使该至少一个转子叶片变桨。风力涡轮机进一步包括通讯地联接(即以可通讯的方式联接)到变桨驱动系统上的控制系统。控制系统构造成：确定指示风力涡轮机的超速状态的第一变量的实际值；确定风力涡轮机的与第一变量的相对于时间的变化率相关的第二变量的实际值；以及，至少根据第一变量和第二变量的所确定的实际值来估计风力涡轮机的超速状态的出现。控制系统构造成基于估计的结果以这样的方式控制变桨驱动系统：即，使得控制变桨驱动系统使至少一个转子叶片变桨，以便以空气动力学的方式对转子制动。