[实用新型]用于为风力涡轮的至少一个转子叶片确定桨距角的系统

说明书

技术领域

本主题总体上涉及风力涡轮，且更具体地，涉及一种用于在调峰期间为风力涡轮转子叶片确定桨距角以便减小负荷同时使功率损失最小化的系统和方法。 

背景技术

风电被认为是当前可获得的最清洁、最为环境友好的能源之一，并且风力涡轮在这方面已日益引起注意。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片是用于将风能转换成电能的主要元件。叶片典型地具有翼型的截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片，从而在侧面之间产生压差。因此，从压力侧朝吸入侧导向的升力作用在叶片上。该升力在主转子轴上生成转矩，该主转子轴通过齿轮连接到用于产生电力的发电机上。 

在低于风力涡轮的额定风速(即，风力涡轮能实现其额定功率的风速)的风速下，转子叶片的桨距角典型地被维持在功率位置(power position)以便从风捕获最大能量。但是，当风速达到并超过额定风速时，必须朝顺桨(feather)调节桨距角以将风力涡轮的功率输出维持在其额定功率，由此防止损坏涡轮的构件，诸如电气构件。因此，作用在转子叶片上的空气动力学负荷随着风速升高而不断升高，而转子叶片的桨距角被维持在功率位置(即，直至实现额定风速)，且然后随着针对高于额定风速的风速朝顺桨调节桨距角而开始减小。风力涡轮的这种控制典型地在风力涡轮的额定风速处形成风力涡轮上的空气动力学负荷的峰。例如，图1示出了对于典型的风力涡轮而言风速(x轴)对负荷(y轴)的曲线图。如图所示，在风力涡轮上的空气动力学负荷在额定风速(由线12表示)处升高至峰10且然后随着转子叶片朝顺桨变桨而降低以便将风力涡轮维持在其额定功率。 

为了防止这种峰10的形成，已知调峰控制方法，其可用于在额定风速处或额定风速附近减小在风力涡轮上的负荷。特别地，这些控制方法典型地在额定风速前的一些点处开始调节转子叶片的桨距角。例如，如图1中所示，通过在达到额定风速(线12)前朝顺桨调节转子叶片的桨距角，可减小在额定风速处或额定风速附近作用在转子叶片上的负荷。具体而言，如图1中所示，调峰控制方法的使用可在曲线图内形成调峰范围14，在该范围负荷沿一定范围的风速值减小。但是，这种控制方法还引起风力涡轮的总体效率的降低，这是因为牺牲了在额定风速处或额定风速附近的功率产生(即，通过过早使转子叶片变桨)以便减小风载。 

诸如图1中所示方法的传统调峰控制方法依赖于在功率输出与桨距角之间的线性关系来在调峰范围14内作出桨距角调节。例如，许多调峰控制方法被设计成使用方程式y = Ax + B来作出桨距角调节，其中y对应于转子叶片的桨距角，x对应于风力涡轮的功率输出，而A和B对应于预定常数。尽管此类线性调峰控制方法用于减小在额定风速处或额定风速附近的负荷，但它们还引起调峰范围14内的显著功率损失。具体而言，在调峰区域14内作用在风力涡轮上的负荷的调节所用的变化率相对缓慢，其在曲线图内以调峰范围14内的修圆、弯曲区段16为特征。该缓慢的变化率引起显著的功率损失，这是因为其使风力涡轮在调峰期间调节桨距角时实现其额定功率所需时间更长。 

因此，在本领域中需要一种提供充分的负荷减小同时使功率损失最小化的改进的系统和/或调峰控制方法。 

发明内容

本发明的方面和优点将在以下说明中部分论述，或可从说明而变得显而易见，或者可通过实施本发明而了解。 

在一方面，本主题公开了一种用于在调峰期间为风力涡轮的至少一个转子叶片确定桨距角的方法。该方法一般可包括通过控制器接收与风力涡轮的调峰参数相关的信号并基于目标桨距角与调峰参数之间的数学关系来为该至少一个转子叶片确定目标桨距角，其中将该数学关系作为非线性函数建模。 

在另一方面，本主题公开了一种用于在调峰期间为风力涡轮的至少一个转子叶片确定桨距角的系统。该系统一般可包括配置成监视风力涡轮的调峰参数的传感器和与传感器通信联接的控制器。该控制器可配置成基于目标桨距角与调峰参数之间的数学关系来为该至少一个转子叶片确定目标桨距角，其中将该数学关系作为非线性函数建模 

参考以下说明和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并连同说明一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在参照附图的说明书中针对本领域的普通技术人员阐述了本发明的完整且能够实现的公开，包括其最佳模式，在附图中：