[发明专利]风力涡轮机和相关的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机和一种控制该风力涡轮机的方法，特别地，涉及一种控制风力涡轮机以减小该风力涡轮机在极端风力条件下经受的最大载荷的方法。

背景技术

风力涡轮机通常可位于具有相对可预料的风力模式的区域，例如，风速在约15-25m/s之间变化。然而，在暴风雨条件下，风速通常可达到能够损坏风力涡轮机结构的极端水平。例如，离岸风力涡轮机设施可能经受台风或飓风条件，其中，阵风中的风速可超过70m/s。高风速意味着，用于设立在容易受极端风力条件影响的场所的风力涡轮机必须用坚固材料和/或额外地加强件来建造，以抵御在该种区域内的可能的高风力的影响，并且恰当地设计以用于谈及的位置上。进一步，阵风中的高风速可导致风力涡轮机结构组件中的明显的疲劳载荷，该疲劳载荷可导致风力涡轮机结构上的额外的磨损。因此，有益的是，找到降低极端风力条件对风力涡轮机影响的方法。

公开号No.0709571的欧洲专利申请描述了一种双叶片部分变桨风力涡轮机，其降低极端风力条件的影响。该涡轮机包括具有内叶片段和外叶片段的第一和第二转子叶片，外叶片段可相对于内叶片段俯仰。高风力中，转子叶片大致水平对齐停置，并且俯仰第一叶片的外叶片段，以与第一叶片的内叶片段成90度的角度，而第二叶片的外叶片段未俯仰。释放方位角和偏航制动，并且当包括第一和第二转子叶片的转子结构暴露于高风力时，其用作风向标。因此，转子绕偏航轴移动，使得第一转子叶片的尖端直接指向迎面而来的风，从而呈现出减小的表面区域，风作用在对着该表面区域上。在高风力条件下，该减小的表面区域导致涡轮机上的减小的力，并且导致风力涡轮机结构中的减小的载荷。

然而，该方案中存在若干问题。例如，在相对小的风力涡轮机或精确平衡的风力涡轮机的情况下，由于涡轮机处的风向的微小变化，随着转子叶片不断地旋转运动，偏航系统中可能有过多的磨损。这种不断地旋转可磨损风力涡轮机偏航系统中的齿轮等等，需要及早维修和/或更换。

可选择地，相对大的风力涡轮机情形下，也就是，涡轮机的偏航的转动惯量相对大，风向标（也就是转子叶片）将不会转动，直至风力超过足以克服转子叶片的偏航惯量的风速。因此，极端风力条件下，风力在一段时期可进入平稳期，该平稳期内，风速降低至需要偏航转子叶片的水平以下。如果风向在平稳期内变化，并且风力水平随后急剧上升，例如，以阵风的形式，极端风力的全部的力可影响转子叶片大部分的表面区域，导致风力涡轮机结构经受最大的载荷。

同样，美国专利文献US 2009/0081041A1描述了一种方案，其中，在叶片调整设备的故障期中，风力涡轮机转子位于休止位置。该休止位置优选地与风向成90度，并且通过激活风力涡轮机的方位驱动器，机舱位置可根据风向的变化调整。然而，该文献未公开任何用于决定何时调整机舱位置的方法，而是对风向的每个小变化进行机舱位置的完全矫正，这会导致如上所述的偏航系统中的过多的磨损。

本发明的目的是，提供一种风力涡轮机和相关的控制方法，其在导致了极端载荷的高风速下提供了改进的性能，并且其克服了以上问题。

发明内容

因此，提供一种控制方法，用于减小双叶片风力涡轮机在极端风力条件下经受的最大载荷，该风力涡轮机包括塔架、位于所述塔架顶部的机舱、可转动的安装于所述机舱处的转子轮毂、通过转轴联接于所述转子轮毂的发电机、一对设于所述转子轮毂上的至少35米长的风力涡轮机叶片以及联接于所述机舱的偏航系统，该方法包括以下步骤：

在极端风力条件的情况下，使得所述转子叶片大致水平对齐；

对齐所述转子叶片，使得一个所述转子叶片的尖端面向风，以减小所述转子叶片经受的极端风力载荷，其中，所述对齐步骤包括通过启动所述偏航系统，主动偏航所述机舱和所述转子轮毂；

探测所述涡轮机处的风向，其中，所述对齐步骤基于所述探测的风向；

探测所述转子叶片的所述尖端的当前方向，其中，当所述探测的尖端方向和所述探测的风向之间的差值超出临界误差值时，执行所述对齐步骤；

其特征在于，所述方法包括探测涡轮机处的当前风速的步骤，其中，所述临界误差值基于所述风力涡轮机处的探测的风速而选择。

由于转子叶片与风向对齐，使得转子叶片的一个尖端面向迎面而来的风，这减小了极端风力作用的表面区域，从而减小了涡轮机结构经受的极端载荷的大小。通过主动偏航转子叶片至风中，使得在这种极端风力条件下，提供了对风力涡轮机更大的控制，允许转子叶片对齐和偏航基于风力涡轮机处的当前条件操纵。这种主动偏航确保了用于所有尺寸的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的精确对齐。