[发明专利]动态控制的风力涡轮机关闭

说明书

本发明提供了一种用于控制具有转子的那种类型的风力涡轮机的关闭的方法，该转子包括一个或多个风力涡轮机叶片。该方法包括动态地确定转子速度参考值；获得转子的转子速度的测量值；确定转子速度参考值与转子的转子速度之间的误差；以及基于确定的误差控制风力涡轮机叶片中的一个或多个的桨距。还提供了相应的风力涡轮机控制器和包括这种控制器的风力涡轮机。

技术领域

本发明的实施方式涉及用于控制风力涡轮机的关闭的方法和控制系统，尤其涉及以动态和自适应方式控制风力涡轮机的关闭。

背景技术

图1示出了大型风力涡轮机1，其包括塔架10、定位在塔架10顶部上的风力涡轮机机舱20以及转子。示出的风力涡轮机转子包括三个风力涡轮机叶片32和轮毂34。轮毂34位于塔架基部上方高度H处，并且三个风力涡轮机叶片32中的每个均安装到轮毂。虽然示出风力涡轮机转子具有三个风力涡轮机叶片，但是风力涡轮机转子可包括不同数量的叶片32。叶片32各自具有长度L。

轮毂34通常通过从机舱20的前部延伸的低速轴(未示出)连接到机舱20。低速轴驱动齿轮箱(也未示出)，该齿轮箱提高转速进而驱动机舱20内的发电机，以将通过旋转叶片32从风中提取的能量转换成电能输出。在一些实施方式中，风力涡轮机转子可以直接联接到发电机，即直接驱动式涡轮机。

风力涡轮机叶片32限定了扫掠区域A，扫掠区域A是旋转叶片32所划过的圆的区域。扫掠区域决定风力涡轮机1拦截多少被给予的空气质量，从而影响了风力涡轮机1的功率输出以及涡轮机1的部件在运行期间经受的力和弯矩。涡轮机可以如图所示立在岸上，或离岸。在后一种情况中，塔架将连接到单桩、三脚架、格架或其它基座结构，并且基座可以是固定的或浮动的。

每个风力涡轮机都具有风力涡轮机控制器，其处理来自传感器和其它控制系统的输入，并生成用于诸如叶片桨距致动器、发电机扭矩控制器、发电机接触器和偏航马达等致动器的输出信号。由风力涡轮机控制器生成的输出信号调整风力涡轮机1的运行。

如果风力涡轮机控制器接收到关闭风力涡轮机的指令或请求，则风力涡轮机控制器可以生成使风力涡轮机转子的速度降低到零的输出信号。例如，风力涡轮机控制器可以通过使用叶片桨距致动器从而使叶片桨距角(朝向90度)增加。这通常被称为使叶片变桨出风(pitching out)，由于这样变桨的叶片充当空气动力制动器，因此这导致功率输出减小。

可以启动关闭过程以将风力涡轮机1从运行状态改变为其中风力涡轮机转子不动的静止状态。可以启动关闭过程以避免在风力涡轮机1的部件上的过度负载，例如在极端风力条件下和/或如果风力涡轮机1的发电机已经从电网断开。这两个事件的组合通常是风力涡轮机在关闭过程期间的负载的最坏情况。

现有控制技术倾向于以这样一个过程实现风力涡轮机关闭：风力涡轮机叶片以预定的叶片桨距改变速度朝向顺桨位置变桨出风，直到风力涡轮机叶片完全转出风以减小功率输出，这还可以考虑到各个叶片的具体桨距角。已经意识到，期望提供一种用于控制风力涡轮机的关闭的改进的方法和系统，其减少由风力涡轮机部件上的过度负载引起的应力。

发明内容

本发明在现在参考的独立权利要求中限定。不同的实施方式在从属权利要求中限定。

本发明的实施方式总体涉及用于在关闭期间控制风力涡轮机的运行参数的方法、用于实施这种方法的控制器以及包括一个或多个这种控制器的风力涡轮机。具体地，已经意识到，通过改善对风力涡轮机的叶片的变桨的控制，可以减少风力涡轮机在关闭期间经受的某些负载。这可以降低涡轮机元件或部件所需的强度，或者可以增加相关部件的预期寿命。

根据本发明的第一方面，提供了一种控制具有转子的风力涡轮机的关闭的方法，该转子包括一个或多个风力涡轮机叶片，该方法包括：动态地确定转子速度参考值；获得转子的转子速度的测量值；获得风力涡轮机塔架的前后移动的测量值；确定转子速度参考值与转子的转子速度之间的误差；基于确定的误差和风力涡轮机塔架的测量的前后移动来控制风力涡轮机叶片中的一个或多个的桨距。