[发明专利]控制风力涡轮机的方法及相关系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制风力涡轮机的方法，具体而言，一种用于控制风力涡轮机的一个或多个叶片的俯仰度(pitch)的方法及相关系统。

背景技术

风力涡轮机叶片行业内的发展朝向日益更长的风力涡轮机叶片进行。由于风力涡轮机叶片所需的刚性(为了避免风力涡轮机叶片与风力涡轮机塔架碰撞)，长的风力涡轮机叶片(例如具有超过50m长度)对于工程师来说是一种挑战。同时如总是期望的，在任何时间指定点保持风力涡轮机的生产优化，以便提供最大的输出而没有对相应的风力涡轮机构件造成非期望的磨损或破坏，这可能需要耗费时间修理或缩短风力涡轮机的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善的系统及方法，其降低或消除了在运行期间风力涡轮机叶片与风力涡轮机塔架碰撞的风险，并且同时优化了风力涡轮机的生产。

因此，提供了一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括塔架和设置在该塔架的顶部上的转子，转子包括一个或多个风力涡轮机叶片，一个或多个风力涡轮机叶片包含围绕转子轴线旋转的至少一个第一风力涡轮机叶片，该方法包括以下步骤：采集指示第一风力涡轮机叶片和转子的动态条件的第一数据，第一数据包括转子数据和第一偏转(deflection)数据，转子数据指示转子在垂直于转子轴线的转子平面中的方位角位置和旋转速率(rotational velocity)，且第一偏转数据指示第一风力涡轮机叶片的一个或多个部分的位置、速度和加速度。优选地，加速度包括风力涡轮机叶片在垂直于转子平面的方向上的加速度。此外，该方法包括基于包含第一风力涡轮机叶片的一个或多个部分的加速度(优选地，在垂直于转子平面的方向上的加速度)的第一数据来计算第一风力涡轮机叶片在稍后的时间里经过塔架时的预计风力涡轮机叶片位置(例如，塔架间隙距离或从参考平面(例如，转子平面)的预计偏转)，并且如果预计塔架间隙距离满足碰撞风险判据(criterion)，则执行措施以防止塔架碰撞。优选地，数据包括即时加速度或实时加速度。这对于平均加速度值是优选的，平均加速度值可能对叶片加速度中的突变响应慢。

还公开了一种用于控制风力涡轮机的风力涡轮机控制器，风力涡轮机包括塔架和设置在该塔架的顶部上的转子，转子包括一个或多个风力涡轮机叶片，一个或多个风力涡轮机叶片包含围绕转子轴线旋转的至少一个第一风力涡轮机叶片，风力涡轮机控制器包括控制器接口和连接到该控制器接口上的处理器，风力涡轮机控制器构造成用于接收指示第一风力涡轮机叶片和转子的动态条件的一个或多个信号。风力涡轮机控制器构造成用于采集指示第一风力涡轮机叶片和转子的动态条件的第一数据，第一数据包括转子数据和第一偏转数据，转子数据指示转子在垂直于转子轴线的转子平面中的方位角位置和旋转速率，且第一偏转数据指示第一风力涡轮机叶片的一个或多个部分的位置、速度和加速度，并且基于包含第一风力涡轮机叶片的一个或多个部分的加速度的第一数据来计算第一风力涡轮机叶片在稍后的时间里经过塔架时的预计位置，例如，塔架间隙距离或从转子平面的偏转，并且如果预计塔架间隙距离满足碰撞风险判据，则执行措施以防止塔架碰撞。

本发明的优点在于可减少单个俯仰(pitching)事件的数目或程度，从而提供轴承和其它涡轮机构件上的较少磨损。风力涡轮机叶片的俯仰(为了避免塔架碰撞)对风力涡轮机的生产能力具有负面影响。因此，期望减少或消除不必要的俯仰事件的数目以优化生产。

该方法和系统展示了风力涡轮机叶片与塔架碰撞的风险评估和预防碰撞的额外改进。本方法和系统利用了(多个)风力涡轮机叶片的即时速率和加速度两者的知识。此外，该方法和系统可使用与预防性措施相关的偏转模式的知识，这意味着预防性措施可在较短周期内调整(tailor)和/或制定。此外，塔架间隙阈值可被减至最小。因此，该方法使在(多个)风力涡轮机叶片上施加(inflict)的应变和负荷减至最小，而且使风力涡轮机的能量产出达到最大。

通过监测风力涡轮机叶片的翼面方向(flapwise)加速度(其在相对于转子平面的平面外(out-of-plane)方向上)，可比现有技术系统中更准确地预测在经过塔架时的叶片的位置，现有技术系统先前仅考虑转子平面内(即，沿着叶片的旋转路径)的转子加速度。

在优选的实施例中，计算预计风力涡轮机叶片位置的步骤基于：(1)加速度值，优选地，平面外偏转值；以及(2)单独偏转数据值，例如，转子平面内的位置值、速度值、加速度值等。通过使预测偏转计算基于加速度值(优选地，平面外加速度)和第二单独偏转值，可提供超过现有技术系统的改善的系统准确度。

附图说明