[发明专利]防止风力涡轮机不对准的情况

说明书

使用风力涡轮机控制器中实施的数学算法来防止风力涡轮机不对准情况的控制系统。已经分析了不同的优化算法，获得使风力涡轮机(1)的机舱(4)偏航到将使效率函数最大化的位置的结果。用于检测和防止风力涡轮机不对准情况的控制系统，其包括将风向与风力涡轮机机舱的偏差相关联的参数获取单元(8)、风力涡轮机效率函数计算单元(9)和机舱(4)的偏差比较单元(10)。

技术领域

本发明涉及一种防止风力涡轮机不对准情况的装置和控制系统方法，基于操作变量采用实现在风力涡轮机控制器中的数学算法来最小化风力涡轮机在年发电量(AEP)中的损耗。

背景技术

水平轴风力涡轮机由固定塔架组成，该固定塔架机械地提升附接到转子的具有发电机的机舱。该转子包括连接至少一个叶片的轮毂，其转化旋转的转子中的风的动能。

在现有技术中已知，当转子轴平行于风的方向时，实现了水平轴风力涡轮机的最佳工作点，因为这使得产生的能量最大化，同时使负载最小化。然而，由于在转子平面中产生的速度不对称的任何风力条件，最佳生产和与风的最大垂直度通常不一致。每台风力发电机都依赖于风力而且不同。

机舱能够在其支撑塔架上移动，以使转子能够通过机械系统将其自身(偏航)定位在风向上，该机械系统以最好地利用风和产生最大的功率的视角将其移动到理想位置(偏航系统)。该偏航系统使风力涡轮机机舱围绕垂直偏航轴旋转，该垂直偏航轴与塔架的竖直轴重合，直到叶片的旋转轴与风向平行。当未达到该最佳位置时，风力涡轮机具有由相对于所述最佳位置的偏离角确定的偏航误差。

然而，考虑到风向的自然变化，需要不断检测风向并因此调整风力涡轮机的位置的系统，以便最佳地利用风来产生最大功率。然而，相对于风向极端不对准也会导致风力涡轮机部件的负载增加，导致其恶化。

在这方面，偏航系统具有包括传感器的风向测量系统，该传感器通常安装在转子后面的风力涡轮机机舱的顶部。

尽管如此，在风向测量中需要考虑各种因素，其可能会导致获取有缺陷的测量值，即转子对下行气流的影响、由于错误的安装和/或配置导致的传感器的错误操作、由于每个风力涡轮机的位置的下行气流以及最后的内部叶片部分设计的发展，这些设计已经朝向更大的空气动力学效果发展并且产生更大的气流偏转。上述情况导致风力涡轮机不能在期望的条件下运行。

US2015086357A1描述了一种用于在风力涡轮机的操作期间调节风力涡轮机中的偏航偏差的方法，该方法限定风力涡轮机的运行条件。这种方法很难自动化，需要后续的手动程序。

现有技术中的解决方案通过将传感器定位在风力涡轮机转子的前方来解决不对准问题，例如专利EP2626549A1。

专利US2013114067A1描述了用于风力涡轮机的光学控制系统，其包括在风力涡轮机转子的前部结合一些传感器，其提供一些测量，结合在风力涡轮机机舱传感器中获得的数据，使得将风力涡轮机定位在最佳位置。

已知的现有技术包括其它解决方案，例如专利EP2267301B1，其描述了风力涡轮机偏航控制系统，其结合了贯穿风力涡轮机轮毂的风道，并且包括空气流量测量装置以通过控制系统确定偏航误差。但是，这种解决方案不能应用于已经安装的风力涡轮机。

现有技术中的解决方案基于相同的思想：测量转子中的风并且与机舱中的传感器的测量进行比较。这就要求除了需要被调整的每个风力涡轮机的每个测量装置的安装、拆卸和校准之外，还需要使用附加的传感器(速度测量传感器，风向测量，功率测量和转子旋转测量)来测量风力涡轮机中存在的那些，其中涉及成本。

鉴于上述解决方案的缺陷，因此需要设想一种解决方案，该解决方案可以通过采用风力涡轮机上已经存在的装置来保证正确的偏航误差测量，从而能够将机舱风力涡轮机定位在最佳的操作位置来保证效率。优化算法的特征允许过程的完全自动化，这是相对于现有技术的许多手动过程的技术优势。

发明内容