[发明专利]在空载状态主动控制桨距角的风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及在高于停机风速的风速下在空载状态下最小化风力涡轮机中的振动的系统和方法。

背景技术

在空载状态下，即在没有电力产生的情况下，风力涡轮机通常具有固定的桨距(pitch)位置，其依赖于风速，对于固定风速保持固定。

通常，所述的桨距位置对于低风速大约是70°，对于高风速接近90°，以便实现低速转子旋转，这可以帮助动力传动系统(特别是齿轮箱)的润滑。

在高于停机风速V_out(其确定电力产生的停止)的空载状态下，接近于周期变距位置(feather position)的叶片位置包括风力大的涡轮机负载，特别是叶片和/或塔台(tower)的负载。这些大负载具有重要的不稳定部件，可能会是造成疲劳和/或超负荷的重要因素。

在一些关键的风力田场中，长期的风力分布(通常以威布尔部分定义)使得风力涡轮机在其生命周期的重要时期中处于V_out以上的空载状态。在这种情况下，空载状态下活动的负载对涡轮机的总负载水平起重要贡献。

例如，在威布尔形状因子k接近3的风力田中，风力涡轮机在大量时间处于V_out以上的空载状态。在这种情况下，塔台的横向疲劳负荷M_x甚至大于纵向分量M_y。这无疑是异常的，因为塔台疲劳负载纵向分量M_y通常大于大多数风田的横向分量M_x。

本发明专注于找到这些缺陷的解决方案。

发明内容

本发明的目标是提供一种风力涡轮机，具有能够使风力涡轮机处于V_out以上的空载状态以最小化总风力涡轮机负载的控制系统。

本发明的另一目标是提供一种风力涡轮机，具有能够使风力涡轮机处于V_out以上的空载状态以最小化总风力涡轮机振动的控制系统。

这些和其他目标可以通过以下涡轮机满足，其包括：塔台13和外罩，外罩包容由风力转子驱动的发电机，风力转子由轮毂(rotor hub)和至少一个叶片构成；测量至少风速V、发电机转速Ω、每个叶片的桨距角θi、功率P，两个垂直方向上的风力涡轮机加速度Ax，Ay，偏转角(yaw angle)Yw，风力转子的方位角位置Az的测量装置；连接到所述测量装置和至少桨距和扭矩控制制动器的控制系统，该控制系统设置为根据停机风速V_out以下风速的预定功率曲线执行风力涡轮机的调节；控制系统还设置为根据至少所述测量的风速V、两个垂直方向上的风力涡轮机加速度Ax，Ay、偏转角(yaw angle)Yw、风力转子的方位角位置Az和每个叶片的桨距角θi的值，在风力涡轮机处于V_out以上空载状态下时执行主动桨距角(pitch angle)调节以改变每个叶片的桨距角θi从而最小化风力涡轮机的振动。

在一个三叶片风力涡轮机的实施例中，设置为用于执行所述主动桨距角调节的控制系统包括用于获取将被提供给叶片的桨距制动器的桨距角参考值θ_ref1，θ_ref2，θ_ref3的模块，其具有：第一子模块，用于根据所测量的风速V_meas和风力涡轮机测量加速度Ax_meas，Ay_meas计算对于所有叶片公共的第一增益Δ₁；第二子模块，用于根据第一增益Δ₁、所测量的风力转子的方位角位置AZ_meas和测量的偏转角(yaw angle)Yw_meas对每个叶片各自计算第二增益Δ₂；第三子模块，用于根据第二增益Δ₂、所测量的发电机转速Ω_meas和平均桨距角θ_mean，对每个叶片各自计算第三增益Δ₃；第四子模块(81)，用于根据第三增益Δ₃、和总桨距角参考值θ_ref获取各个桨距角参考值θ_ref1，θ_ref2，θ_ref3。由此，实现了能够对每个叶片设置动态桨距参考值以减小风力涡轮机振动的控制系统。