[发明专利]利用推力控制扭曲补偿来控制风力涡轮的方法

说明书

本发明涉及利用推力控制扭曲补偿来控制风力涡轮的方法。具体而言，提供了一种用于运行风力涡轮的方法，风力涡轮具有附接至毂的转子叶片，其中，控制器补偿扭力引起的叶片扭曲。该方法包括，根据额定功率输出曲线和最大设计推力值来运行风力涡轮，且周期地或连续地探测转子叶片中的引起的扭力扭曲。在确定扭力扭曲在转子叶片中引起之后，该方法包括调整控制程序中的最大推力值来补偿引起的扭曲。风力涡轮控制器然后将转子叶片的俯仰作为增加的最大推力值的函数控制，使得风力涡轮的功率输出不会不必要地由转子叶片上的引起的扭曲增加或限制。

技术领域

本公开大体涉及风力涡轮，且更特别地涉及利用对叶片扭曲的补偿来对风力涡轮进行负载和推力控制的方法。

背景技术

风能被认为是目前可用的最干净、最环境友好的能源之一，且风力涡轮已经在该方面获得增加的关注。现代风力涡轮通常包括塔架、发电机、齿轮箱、舱体(nacelle)以及包括一个或多个转子叶片的转子。转子叶片使用已知翼片原理捕获来自风的动能，且将动能通过旋转能传输来转动轴，轴将转子叶片联接至齿轮箱，或(如果未使用齿轮箱)直接至发电机。发电机然后将机械能转换成电能，其可用于公用电网。

在风力涡轮的运行期间，由于作用在叶片上的空气动力学风力负载，风力涡轮的各种构件经受各种负载。特别地，由于与风的相互作用，转子叶片在运行期间经历显著负载、以及负载的频率变化。例如，风速和方向的变化可修改由转子叶片所经历的负载。为了降低转子叶片负载，已经开发各种方法和设备来允许转子叶片在运行期间俯仰。俯仰大体上允许转子叶片卸去由此经历的负载的一部分。

由风力涡轮产生的功率的量通常由独立风力涡轮构件的结构限制所约束。从风中可用的功率与转子的面积以及转子直径的平方成比例。因此，在不同风速下产生的功率的量可通过增加风力涡轮的转子的直径而显著变高。然而，转子大小的增加也增加机械负载和材料成本，在某种程度上可超过能量产生上的对应增加。此外，虽然控制功率和转子速度有帮助，从风作用在转子上的推力确切地驱动许多主要的疲劳负载(连同该推力的任何不对称)。推力之力来自于当风经过风力涡轮且减速时压力的变化。用语“推力”、“推力值”、“推力参数”或类似用语在本领域中大体用于包含由于风在风力涡轮上且在风的大体方向上作用的力，且可用于描述对与所关注的运行区域中的推力成正比变化的值(例如，独立或平均平面外叶片或片状弯曲、塔架弯曲或塔顶加速度)的控制方法的输入。

风力工业中的最近发展已经引起机械负载降低控制的新方法，其允许使用较大转子直径，而材料成本小于比例增加。例如，一些现代风力涡轮可实施传动系统和塔架阻尼器来降低负载。此外，现代风力涡轮可使用独立和共同叶片俯仰控制机构来降低疲劳和极端负载，从而允许转子直径和结构负载之间的较高比率，同时还降低能量的成本。

常规风力涡轮设计成用于额定风速，最大推力和最大功率生成在该处发生。在额定风速，涡轮控制器试图限制估计的推力，以控制阀值(例如，在额定风速，350 kN的值)。在高于额定风速的风速，则转子叶片俯仰以降低推力。已知许多方法来确定是否使转子叶片俯仰以便降低推力。然而，此推力控制不应当不必要地限制风力涡轮的功率输出。

因此，需要改进的方法来以推力控制的函数控制风力涡轮负载，而不草率地或不必要地限制功率输出。

发明内容

本文明的方面和优点将在以下描述中部分地阐释，或可从描述中明显，或可通过实践本发明而学习到。