[发明专利]风力涡轮机的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括具有可变桨距风力涡轮机叶片的转子以及用于产生电力的发电机，目的是在确保风力涡轮机上的负载保持在可接受极值以内的同时增加能量产出。

背景技术

大多数现代的风力涡轮机通常连续地控制和调节，从而确保在当前风力和天气下能够从风中提取最大功率，而同时确保风力涡轮机不同部件上的负载在任何时刻都保持在可接受极值之内。期望地，风力涡轮机还可以针对风速的快速突然增加（所谓的阵风）而进行控制，并且将单个叶片上负载的动态变化考虑在内，这种动态变化例如归因于穿过塔架或者实际风速随着距地面的距离而改变（风力图或风切变）。

出于该目的，多个参数通过风力涡轮机中的控制器被收集以及监控，所述多个参数例如是当前风速和风向、转子的旋转速度、各个叶片的桨距角、偏航角、电网系统上的信息、以及来自于定位在叶片、机舱或塔架上的传感器的测量参数（例如应力或者振动）。

基于这些以及接下来的一些控制策略，在给定条件下以最优方式执行的风力涡轮机的最佳控制参数被确定出来。当前的性能、以及由此风力涡轮机的功率产出及负载情况主要通过控制叶片的桨距进行控制，但是可以进一步包括调节例如任何不同的主动空气动力学装置，所述空气动力学装置用于改变叶片（例如副翼或者涡流产生装置）的空气动力学表面、调节功率、和/或调节转子的旋转速度。

传统上，风力涡轮机的构造和控制通常根据标准和根据风力图进行，并且结合了下述方面的权衡，即风力涡轮机的年能量产出最大化，同时确保涡轮机的一定寿命，即风力涡轮机不同部件上的负载在全部时间内以及随着时间流逝保持在可接受极值之内。风力涡轮机由此通常根据特定的（高）紊流而进行设计，但是最通常的是在较低紊流水平下运转并且在一些情况下被过分保守地控制，而在一些情况下没有足够地保守，从而导致了风力涡轮机部件特别是叶片、机舱和塔架上的不期望的疲劳负载或者极端负载。

发明内容

由此，本发明实施例的目标是提供一种用于风力涡轮机的控制方法，该方法避免或者降低了已知控制方法中的上述问题的一部分。

本发明的另一个目标是提供一种控制方法，用于增加风力涡轮机的能量产出。本发明的另一个目标是提供一种控制方法，用于确保风力涡轮机上的负载在所有风力条件下都被保持在可接受极值之内。

本发明的另一个目标是提供一种控制方法，该方法可以以简单和有效的方式来对风力负载条件中的改变做出快速及可靠的反应。

根据本发明，这通过一种控制风力涡轮机的方法而获得，该风力涡轮机具有包括可变桨距风力涡轮机叶片的转子以及用于产生电力的发电机，该方法包括如下步骤：

-确定出风力涡轮机叶片中的一个或多个的桨距基准值；

-以时间间隔测量出至少一个运转参数，该运转参数表示由风施加在风力涡轮机转子上的负载，

-确定出变化参数，该变化参数反映所述运转参数随着时间的变化，

-根据所述变化参数确定出桨距基准值的最小桨距极限值，

-仅仅在桨距基准值大于或者等于最小桨距极限值时，根据桨距基准值控制风力涡轮机，以及

-如果桨距基准值小于最小桨距极限值的话，则根据最小桨距极限值控制风力涡轮机。

根据本发明的控制方法由此包括一种控制策略，用于调整桨距控制，以便通过在每个时间步长确定出表示由风施加在风力涡轮机转子上的负载的运转参数并且通过使用运转参数的实时变化作为基础来决定最小桨距极限值，确保风力涡轮机上的负载保持在可接受极值之内，该最小桨距极限值是当前风力及负载条件下可允许的最小桨距。

由此获得的控制方法对于充当下述系统是有利的，所述系统以简单且有效的方式对负载条件的改变或变化进行探测和反应，并且进行探测和反应的方式使得风力涡轮机可以根据它的常规桨距控制策略不受影响地控制（通常以风力涡轮机的能量产出最大化为目的），除非风力涡轮机的当前负载和/或负载变化指示了通过使叶片根据最小桨距变桨距来有利地修改控制，由此降低风力涡轮机上的负载。由此不同风力涡轮机部件（例如塔架、叶片、发电机、齿轮等）上的当前负载（通常被理解为指代疲劳负载或者瞬时负载）可以保持较低或者得以降低。

通过表示由风施加在风力涡轮机转子上的负载的运转参数指的是运转参数与风力涡轮机转子上的负载之间存在一对一的关系，从而使得负载的改变直接地反映在运转参数的对应改变中。