[发明专利]针对风力涡轮转子叶片的改进极端负载控制的系统及方法

说明书

本发明涉及一种用于减小作用在风力涡轮的至少一个转子叶片上的极端负载的方法，其包括经由处理器计算(一个或多个)转子叶片的挥舞弯矩。此外，该方法包括经由处理器计算(一个或多个)转子叶片的摆振弯矩。该方法还包括经由处理器根据(一个或多个)转子叶片的挥舞弯矩和摆振弯矩的函数来计算(一个或多个)转子叶片的叶根弯矩的平均负载包络。此外，该方法包括经由处理器根据(一个或多个)转子叶片的叶根弯矩的平均负载包络和未来负载估计来计算(一个或多个)转子叶片的叶根弯矩的总负载包络。因而，该方法还包括当总负载包络高于某个阈值时，经由处理器实施控制动作。

技术领域

本主题总体上涉及风力涡轮，并且更具体地涉及一种用于改进针对诸如转子叶片的风力涡轮构件的极端负载控制的系统和方法。

背景技术

风力认作是目前可用的最清洁的最环境友好的能源之一，且就此而言，风力涡轮得到增加的关注。现代风力涡轮通常包括塔架、发电机、变速箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片是用于将风能转换成电能的主要元件。叶片通常具有翼型件的横截面轮廓，以致于在操作期间，空气流过叶片从而在其两侧之间产生压力差。因此，从压力侧朝向吸力侧指向的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上产生转矩，该主转子轴连接到发电机上用于发电。

可由风力涡轮产生的功率量通常受到各个风力涡轮构件的结构限制(即设计负载)的限制。例如，风力涡轮的叶根可能经历与由于涡轮操作而引起的平均负载和由于环境条件而引起的动态波动负载相关的负载(例如，叶根合成力矩)。这种负载可能损坏涡轮构件，从而最终引起涡轮构件故障。波动的负载可能日复一日或随季节变化，并且可能基于风速、风峰、风湍流、风切变、风向变化、空气密度、偏航移位、上升流或类似情况。确切地说，例如，由风力涡轮所经历的负载可能随风速而变化。

因而，必须确保作用在风力涡轮上的负载不超过设计负载。因此，许多风力涡轮采用一个或多个传感器，所述一个或多个传感器配置为测量作用在各个风力涡轮构件上的负载。尽管传感器可提供期望的信息，但是新的传感器系统可能安装昂贵且复杂。此外，传感器可能提供不正确的信息，并且容易出故障。

另外，风力涡轮利用配置为基于风力涡轮推力来估计作用在风力涡轮上的负载的控制系统。如本文所使用的用语推力、推力值、推力参数或类似用语旨在涵盖由于风作用在风力涡轮上的力。推力来自随着风经过风力涡轮并减速而来的压力变化。这种控制策略通过使用多个涡轮操作条件(例如，桨距角、功率输出、发电机速度和空气密度)来确定估计的推力来估计作用在风力涡轮上的负载。操作条件是针对算法的输入，其包括一系列等式、一个或多个空气动力学性能图以及一个或多个查找表(LUT)。例如，LUT可代表风力涡轮推力。还可计算估计推力的+/-标准偏差，以及操作最大推力和推力极限。因而，可基于最大推力和推力极限之间的差来控制风力涡轮。

鉴于前述内容，本领域不断寻求用于解决上述问题的用于控制诸如转子叶片的风力涡轮构件的极端负载的新的和改进的系统。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明理解到。

一方面，本公开涉及一种用于减小作用在风力涡轮的至少一个转子叶片上的负载(诸如极端负载)的方法。该方法包括经由处理器计算(一个或多个)转子叶片的挥舞(flapwise或叶拍方向)弯矩。此外，该方法包括经由处理器计算(一个或多个)转子叶片的摆振(edgewise或叶缘方向)弯矩。该方法还包括经由处理器根据(一个或多个)转子叶片的挥舞弯矩和摆振弯矩计算(一个或多个)转子叶片的叶根弯矩的平均负载包络。此外，该方法包括经由处理器根据(一个或多个)转子叶片的叶根弯矩的平均负载包络和未来负载估计计算(一个或多个)转子叶片的叶根弯矩的总负载包络。因而，该方法还包括当总负载包络高于某个阈值时，经由处理器实施控制动作。