[发明专利]操作风力涡轮机的方法以及适合于所述方法的系统

说明书

本发明提供了操作风力涡轮机的方法。所述风力涡轮机包括具有至少两个桨叶的涡轮机转子，每个桨叶具有可变桨距角。所述方法包括：确定所述桨叶上的机械负载；基于所述桨叶上的所述机械负载来确定所述涡轮机转子所经受的非对称负载力矩；由所述非对称负载力矩确定高次谐波；以及确定所述桨叶中的每个桨叶各自的桨距控制信号，所述桨距控制信号用于改变每个桨叶的所述桨距角，以补偿所述非对称负载力矩。至少基于所述高次谐波来确定每个桨叶的所述各自的桨距控制信号。

技术领域

本发明涉及操作风力涡轮机的方法。此外，本发明涉及用于控制风力涡轮机的操作的控制系统。最后，本发明涉及风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机的使用已经成为产生电力的常见方式，并且风力涡轮机的尺寸和性能都已经有所提高。风力涡轮机通常包括多个桨叶，其将风能转化为传动系的旋转运动，以由此产生电力。现有的涡轮机由计算机化的控制器来控制，所述控制器能够修改各种设置，以使涡轮机在电力生产、桨叶和传动系上的负载以及涡轮机的一般磨损方面最优化。

通常，桨叶能够围绕其纵轴旋转，并且由此转换不同程度的风能。该活动被称为“桨距调节”，并且在传统风力涡轮机中，对桨距调节进行控制，以使风力涡轮机利用尽可能多的可用风能直到达到额定功率生产。如果风力涡轮机已经达到额定功率生产并且可用风能进一步增加，那么对桨叶进行桨距调节使其偏离最优情形，以保持额定功率生产。在一定切断风能强度上，将桨叶桨距调节至阻止风能与旋转运动之间的变换的位置。这通常被称为“顺桨”。在将桨叶从顺桨位置往回进行桨距调节来重新开始生产之前，停止旋转并且控制系统等待风力强度下降。

风力涡轮机结构上的负载高度取决于涡轮机操作的气候条件和例如桨叶的主要部件的尺寸。当今在风力涡轮机上部署不同的控制算法，以基于气候条件来减小负载。

涡轮机转子两端的非对称加载对疲劳负载具有重大作用。非对称加载由例如风切变产生，其使涡轮机转子产生倾斜力矩和偏航力矩。可以基于由每个桨叶单独经受的例如桨叶弯曲的情况来检测涡轮机转子上的这种非对称加载。当今的风力涡轮机控制器有时适用于通过单独控制每个桨叶的桨距来进行或者消除风力涡轮机转子上的这种倾斜力矩和偏航力矩。有时这被称为倾斜和偏航控制(TYC)。在实践中，通过基于所估计/计算出的转子的倾斜力矩和偏航力矩来对桨叶进行周期性的桨距调节，以使非对称负载平衡。

随着风力涡轮机的尺寸增大，涡轮机转子之上的空间风力分布变得更为重要。作为示例，在由如图1中所示的转子平面所限定的区域的上方区可能存在高风速区。该高风速区可能足够小以纳入两个桨叶之间的区域中。

在这种情况下，转子转矩和推力以及倾斜力矩和偏航力矩作为桨叶位置(即转子方位角)的函数来变化。在旋转时，在下一个桨叶进入高风速区域并且离开之前，指向上方的桨叶进入高风速区域并且离开。该空间风速分布建立了在一次转动中脉动或振荡三次的转子负载。这种负载又被称为3p负载，并且加剧了转子上的总体非对称加载。所述3p负载又被称为高次谐波，因为它们具有比转子的转动(1p)高的频率。

期望提供消除或最小化转子上的这种3p负载的系统和方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了操作风力涡轮机的方法。风力涡轮机包括具有至少两个桨叶的涡轮机转子，每个桨叶具有可变桨距角。方法包括：确定桨叶上的机械负载；基于桨叶的机械负载来确定涡轮机转子所经受的非对称负载力矩；由非对称负载力矩来确定高次谐波；以及确定桨叶中的每个桨叶的各自的桨距控制信号，该桨距控制信号用于改变每个桨叶的桨距角以补偿非对称负载力矩。至少基于高次谐波来确定每个桨叶的各自的桨距控制信号。