[发明专利]用于确定风力涡轮机的偏转角误差的方法和设备和风力涡轮机

说明书

本发明涉及一种用于确定风力涡轮机的偏转角误差的方法和设备以及一种风力涡轮机。

在风力涡轮机中转子被固定在吊舱处。吊舱可以被转动，以便使转子相应于风向进行定向。为了测量风向，在吊舱上安装有风向标。风向标位于转子平面的后面并且由此处于转子的尾流中。在那里存在非常湍激的流动。因此风向标的测量在通常10分钟的长的时间段上进行平均。基于风向标的平均信号确定偏转角误差，即，风力涡轮机相对于风的定向误差，并且使吊舱的方位与风相适配。因此风力涡轮机不能够跟随风向的短期的改变。此外由于在吊舱上的该测量产生系统误差，因此风力涡轮机本身在较长的时间段上具有若干度数的平均定向误差。其原因在于，风在转子表面上具有在分布上不同的入流方向。因此在吊舱上的某一点处的测量不对应于在转子表面上平均的风向。此外，转子的尾流可以如此地影响风向标，即风向标本身在平均上没有探测到在转子平面上的正确风向。

本发明的目的是提供用于确定风力涡轮机的偏转角（偏航角）误差的一种改进的方法和一种改进的设备，和一种改进的风力涡轮机（风力发电设备）。

这个目的通过根据主权利要求所述的用于确定风力涡轮机的偏转角误差的一种方法和一种设备以及通过一种风力涡轮机来实现。

在风力涡轮机的转子的转子叶片上作用有力，这些力在转子叶片的叶根的区域中，即在转子叶片和转子轴之间的过渡区中，导致弯曲力矩。在转子叶片的叶根的区域中作用的力矩可以被测量。代表这种力矩的测量值可以用于确定偏转角误差。对转子的每个转子叶片，可以探测至少一个相应的力矩并且用于确定偏转角误差。

有利地，可以以这样的方式提供一种与风向标的信号相比改进的、用于确定偏转角误差的测量信号。通过使用这种改进的测量信号可以将风力涡轮机更精确地在风中定向，因为避免了系统测量误差。附加地，也可以实现风力涡轮机跟随短期的风向改变。因此实现了优化的功率输出并且同时减少由于斜向入流产生的不对称载荷。

一种用于确定风力涡轮机的偏转角误差的方法包括以下步骤:

基于作用于风力涡轮机的至少一个转子叶片处的力矩来确定偏转角误差。

风力涡轮机可以具有转子，通过转子的旋转可以驱动发电机。为了使转子相对于风向进行定向，转子可以围绕风力涡轮机的一个垂直轴可转动（枢转地）地进行布置。

更确切地说，转子固定在吊舱处并且吊舱可转动地（枢转地）固定在塔上。这样，在吊舱转动时转子与吊舱一起转动。通过使转子围绕垂直轴转动，可以将转子的转动轴在风中如此地调节，即转动轴平行于风向或者至少平行于风向的一个水平分量地进行定向。通过风向的该水平分量可以理解是一个平行于转子的转动平面延伸的风分量。如果转动轴平行于风向定向，那么不存在偏转角误差。该转动轴可以对应于转子的转子轴的纵轴。风力涡轮机的偏转角误差可以定义为在风向和转子的转动轴之间的水平角。转子可以具有至少一个转子叶片。如果转子具有多个转子叶片，那么基于在多个转子叶片处各作用的力矩来确定偏转角误差。力矩的值可以经由与探测装置的接口被接收，探测装置设计成用于探测力矩。力矩的值可以连续地，即在转子每一整转中多次地探测并且与在相应的探测时间点存在的、涉及转子围绕转动轴转动的转子位置一起被用于确定偏转角误差。

按照一个实施方式，在所述确定步骤中，偏转角误差基于至少一个转子叶片的叶根弯曲力矩来确定。转子叶片的叶根可以通过在转子叶片和转子的转子轴之间的一个过渡区来定义。叶根弯曲力矩因此可以对应于在过渡区处存在的弯曲力矩。叶根弯曲力矩可以具有一个垂直于转子平面作用的弯曲力矩分量，即所谓的冲击弯曲力矩，和一个使转子围绕转动轴转动的弯曲力矩分量。叶根弯曲力矩可以以已知的方式借助于合适的传感器例如应变仪来探测，这些传感器布置在至少一个转子叶片处或里面。对于现代的调节方法而言，如独立的（单个的）变桨距调节，可以连续地探测叶根弯曲力矩，以便调整转子叶片的桨距角。在这种情况下，已经探测的测量值可以附加地用于确定偏转角误差。

备选地或附加地，在所述确定步骤中，偏转角误差可以基于用于调整至少一个转子叶片的桨距角的调整装置的转动力矩来确定。调整装置可以是一种变桨距驱动器（叶片螺距调节驱动器）借助于转动力矩可以使转子叶片围绕转子叶片轴转动，以改变当前的桨距角（螺旋角），或转子叶片可以被阻止围绕转子叶片轴转动，以便保持当前的桨距角。转动力矩的值可以借助于布置在调整装置处的传感器探测或者通过评价控制参数，例如用于控制调整装置的控制电流或控制电压来确定。通常，转子叶片的桨距角在风力涡轮机运行中被连续地匹配调整，因此提供调整装置的转动力矩的连续地更新的值。