[发明专利]用于减轻作用于风力涡轮的转子叶片的负载的系统和方法

说明书

一种用于减轻作用于风力涡轮的转子叶片的负载的方法包括：接收多个负载信号，以及基于负载信号来确定作用于转子叶片的至少一个负载。此外，方法包括确定作用于转子叶片的负载的类型。而且，方法包括将负载与负载阈值(诸如极限负载阈值)比较。另外，方法包括在负载超过负载阈值时实施控制方案。更特别地，控制方案包括：提供用于减小第一类型的负载的第一变桨模式，提供用于减小不同的第二类型的负载的不同的第二变桨模式，以及基于至少一个负载的类型来协调第一变桨模式和第二变桨模式以减轻作用于转子叶片的负载。

技术领域

本公开内容大体上涉及风力涡轮，且更特别地涉及用于减轻作用于风力涡轮的转子叶片负载的系统和方法。

背景技术

风力被认为是目前可用的最清洁、最环境友好的能源中的一种，且在该方面，风力涡轮得到了增加的关注。现代风力涡轮典型地包括塔、发电机、齿轮箱、机舱(nacelle)，以及一个或多个转子叶片。转子叶片是用于将风能转换为电能的主要元件。叶片典型地具有翼型件的截面轮廓，使得在操作期间空气流过叶片，在其侧部之间产生压力差。因此，从压力侧朝吸入侧引导的升力作用于叶片。升力在主转子轴上生成转矩，该主转子轴连接到发电机以用于产生电。

可由风力涡轮产生的功率的量典型地由各个风力涡轮构件的结构限制(即，设计负载)所限制。例如，风力涡轮的叶片根部可经历与由涡轮操作造成的平均负载和由环境状况造成的动态波动负载相关联的负载(例如，诸如叶片末端偏转、叶片弯矩或各种叶片力)。此类负载可损坏涡轮构件，从而最终引起涡轮构件失效。波动负载可逐日地或逐季地改变，且可基于风速、风峰、风湍流、风切变、风向上的改变、空气中的密度、偏航失准、上升流或类似物。特别地，例如，由风力涡轮经历的负载可随风速变化。

因而，确保作用于风力涡轮的负载不超过设计负载是势在必行的。因此，许多风力涡轮采用一个或多个传感器，该传感器配置成测量作用于各种风力涡轮构件的负载。虽然传感器可提供期望的信息，新的传感器系统对于安装可复杂且昂贵。此外，传感器可提供不准确的信息且可易于失效。

另外，大转子可遭受小的叶片末端-塔间隙和高的叶片根部弯矩，尤其是在极限湍流和极限风切变状况(由转子上的平均推力和转子上的不平衡负载的组合造成)期间。此外，常规系统仅依靠共同变桨来用于减小叶片根部弯矩，且仅依靠循环(cyclic)变桨来用于增加末端间隙。因此，此类控制动作独立地仅针对特定的不平衡源，即用于平均推力控制的共同变桨或用于不平衡负载的循环变桨。

考虑到前述内容，本领域不断寻求用于减轻作用于风力涡轮转子叶片的负载的新的和改进的系统。因此，本公开内容涉及用于通过在估计的未来负载信号中提供提前时间(通过使用叶片模式的速度和偏转两者)从而提供更快的变桨响应来减轻作用于转子叶片的负载的系统和方法。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明来学习。

在一方面，本公开内容涉及一种用于减轻作用于风力涡轮的转子叶片的负载的方法。方法包括接收转子叶片的多个负载信号。方法还包括基于转子叶片的多个负载信号来确定作用于转子叶片的至少一个负载。此外，方法包括确定作用于转子叶片的负载的类型。而且，方法包括将负载与负载阈值(诸如极限负载阈值)比较。另外，方法包括在负载超过负载阈值时实施控制方案。更特别地，控制方案包括：提供用于减小第一类型的负载的第一变桨模式，提供用于减小不同的第二类型的负载的不同的第二变桨模式，以及基于至少一个负载的类型来协调(coordinate)第一变桨模式和第二变桨模式以减轻作用于转子叶片的负载。

在实施例中，作用于转子叶片的负载的类型可包括风力涡轮的转子的推力(诸如平均推力)或转子不平衡。

在特定的实施例中，第一类型的负载可为推力，且第二类型的负载可为转子不平衡。在此类实施例中，第一变桨模式可为共同变桨模式，且第二变桨模式可为循环变桨模式。