[发明专利]用于控制至少一个风力涡轮机叶片的桨距角的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制风力涡轮机上的转子中的至少一个风力涡轮机叶片的桨距角的方法和装置。

背景技术

在风力涡轮机中，必须控制叶片的桨距角。常规的风力涡轮机具有转子，包括多个叶片，通常是三个叶片，和旋转器。在一些涡轮机模型中，所谓的桨距调整式涡轮机，这些叶片的桨距角可以由桨距机构根据实际风况机械地和动态地调节。在运行中，风力涡轮机的控制系统将调节或控制叶片的桨距角以确保风力涡轮机的最佳性能。这是为了将转子的旋转速度保持在运行限制内并最小化风力涡轮机的磨损。在某些情况下，如高或低风速下，可以通过使转子完全停止或至少确保转子的慢转速使风力涡轮机停止工作。这可以通过调节/控制叶片的桨距角，使得叶片的攻角由风转向而完成。

已知的桨距调节的风力涡轮机具有控制系统，其控制叶片的桨距。该系统对桨距角的控制是基于涡轮机风力传感器测得的风速。放置在机舱上、转子后面的风速计是用于测量风速的常见方法的一个例子。但是，风力传感器的这个位置很不理想，因为在风力涡轮机运行时，风向标将在风已通过了转子之后测量风力。该测量因此很大程度上受到由转子产生的紊流以及受到由机舱所造成的其他空气动力效应的影响。此外，建筑物、树木、和相邻的风力涡轮机都将显著影响风速读数。这意味着，风向标会将不正确的信息传送到风力涡轮机控制系统。目前使用的机舱风速计还不能检测潜在的破坏性的风力现象，例如风切变和潜在的破坏性的风倾斜角。这是一个缺点，因为需要尽可能可靠的风速、风切变和转子的风倾斜角的信息。

进一步地，如果风力涡轮机具有一个以上的叶片，通常有三个叶片，则叶片的叶片桨距能够彼此独立地控制。

此外，已知使用激光雷达(LiDAR)确立风力涡轮机的逆风风速，并使用该信息来控制风力涡轮机。EP 0 970 308公开了一种具有激光风速计系统的风力涡轮机，如激光雷达，它被用于确定在风力涡轮机前部的空气速度。此外，它公开了该确定的风力涡轮机前部的空气速度可以被用来控制风力涡轮机叶片的桨距。

激光雷达控制的风力涡轮机的例子在EP 2 025 929 A2中公开。它描述了一种用于基于激光雷达的测量控制叶片的桨距的方法。激光雷达安装在风力涡轮机轮毂上并配置为在轮毂的前部的平面场的预定部分内测量风速的分量。

当使用如在上述文件中公开的激光雷达的时候，风速在风力涡轮机前部一个相当大的距离处被测量，至少20米。然而，风的方向和速度将这个距离内改变；因此由激光雷达测量的风速的分量会与实际冲击叶片的风速的分量不同。因此，叶片没有被最佳地倾斜。

此外，如果正在下雨或下雪，则激光雷达不能测量风速，因为激光射线被雨滴或雪花通过如下方式防碍和/或干扰，即没有检索到可靠的信息。当没有检索到信息时，叶片不能被正确地倾斜。

从EP2112373可知一种用于基于风的两个风向分量的探测控制风力涡轮机的转子的旋转速度的系统，所述转子暴露于所述风。

从EP2025929可知一种用于主动机构的基础系统，其基于转子前的紊流风测量，通过将叶片独自地或非对称的放置来控制风力涡轮机的叶片倾斜。

从US2010/0135789可知一种用于控制风力涡轮机的系统和方法，包括利用逆风条件测量设备测量从转子逆风的风力情况。

从GB2476507可知一种用于感测包括风速、方向和紊流的多个上风情况的风速计。

发明内容

考虑到上述的现有技术，本发明的一个目的是提供一种用于根据通过测量风力得到的可靠数据控制桨距角的方法和装置。

所述目的可通过用于控制与风力涡轮机上的主轴连接的转子中的至少一个风力涡轮机叶片的桨距角的方法来实现，该方法包括以下步骤，确定：逆风的、水平的并且与主轴的方向成一条直线的风矢量的第一分量，和逆风并且垂直于风矢量的第一分量的风矢量的第二分量，其中风矢量的第一分量和风矢量的第二分量通过使用安装在转子上的至少一个超声波传感器来确定，由此基于风矢量的第一分量和风矢量的第二分量控制桨距角，该方法还包括确定风矢量的第三分量的步骤，其是逆风的并垂直于风矢量的第一分量和风矢量的第二分量，由此基于风矢量的第三分量进一步控制桨距角。

通过使用该方法叶片可以在各种天气条件下并为实际冲击叶片的风最佳地倾斜。

超声波传感器可以包括两个传感器，其中在两个传感器之间发送超声波信号，通过测量超声波信号的传播时间和已知的传感器之间的距离，能够确定风速。