利用推力控制扭曲补偿来控制风力涡轮的方法技术

本发明专利技术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。

Method of controlling wind turbine using thrust control distortion compensation

The invention relates to a method for controlling wind turbines by using thrust control distortion compensation. In particular, a method for running a wind turbine is provided. The wind turbine has a rotor blade attached to the hub, in which the controller compensates for the twist of the blade caused by the torque. The method includes running wind turbines based on the rated power output curve and the maximum design thrust value, and periodically or continuously detecting the torsion distortion caused by the rotor blades. After determining the torsion distortion in the rotor blade, the method includes adjusting the maximum thrust value in the control procedure to compensate for the distortion caused. The wind turbine controller then controls the pitch of the rotor blade as a function of the maximum thrust value, so that the power output of the wind turbine is not unnecessarily increased or restricted by the distortion caused by the rotor blade.

【技术实现步骤摘要】
利用推力控制扭曲补偿来控制风力涡轮的方法
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。
技术介绍
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，350kN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。
技术实现思路
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，或可通过实践本专利技术而学习到。本专利技术的方面由本专利技术人实现，常规推力控制方法学实际上过高估计运行的风力涡轮中的推力，且因此将推力(经由叶片俯仰)控制成人为的低阀值或最大值，从而不必要地限制功率输出。当前方法学不考虑事实上，在越高风速下，风力涡轮叶片扭力变形(扭曲)越大。该引起的扭曲可处于“顺桨”方向，其中叶片卸下风且具有降低的负载，或处于“功率”方向，其中叶片产生更多功率且具有增加的负载。当前专利技术人已经发现，利用某些风力涡轮，其中，推力控制成以便不超过设计阀值(例如，350kN的值)，在测量时，从朝顺桨方向扭曲的扭力顺从叶片的实际推力比设计控制阀值显著较少(例如，大约300kN)。控制者使用以使风速与推力相关联的预定空气动力学绘制图(例如，查找表)不考虑此现象。风力涡轮因此保持为人为地较低推力控制值，从而导致降低的功率输出。另一方面，当叶片扭力地扭曲至功率方向时，叶片负载可超过设计阀值(例如，如果控制者不使用实际叶片负载作为控制变量)。因此，在一个实施例中，本专利技术涉及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被编程的最大推力值来运行风力涡轮，且周期地探测转子叶片中的引起的扭力扭曲。在确定转子叶片中引起的扭力扭曲之后，该方法包括调整控制器中的被编程的最大推力值，以补偿引起的叶片扭曲，以及以调整的最大推力值的函数控制转子叶片的俯仰，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限制。在某些实施例中，被编程的最大推力值调整成与转子叶片中引起的扭力扭曲的量成比例。在备选实施例中，在确定转子叶片中的扭力扭曲之后，编程的最大推力值增加预定量，其中，该设定量维持直到额定功率输出曲线的切出风速(cutoutwindspeed)。在一些实施例中，引起的扭力扭曲通过感测来自于引起的扭力扭曲的转子叶片的物理方面的变化而直接探测。例如，引起的扭力扭曲可由安装在转子叶片上的传感器而直接探测，诸如应变计、沿叶片沿翼展延展的光纤传感器、陀螺传感器或加速度计、微惯性测量单元(MIMU)等。在另一实施例中，引起的扭力扭曲可由相机直接光学探测，相机设置成查看转子叶片的沿翼展的方面。在还有另一实施例中，引起的扭力扭曲可由激光直接探测，激光设置成探测转子叶片畸变。在某些实施例中，引起的扭力扭曲被间接探测或推断。例如，此扭曲可由实际测量的叶片负载(其在给定风速下小于预期值)而间接探测。类似地，扭曲可从测量的转子推力(其在限定风速下小于预期值，例如在功率输出曲线的拐点处的风速)推断。在还有其他实施例中，引起的扭力扭曲可由测量的塔架弯曲(其在限定风速下小于预期值，例如在功率输出曲线的拐点处的风速)间接测量。实施例可包括从测量的噪声(在限定风速下高于或低于预期值)推断引起的扭力扭曲。在又一实施例中，引起的扭力扭曲通过额定风速下在测量的叶片俯仰角和预期叶片俯仰角之间的差而间接探测。引起的扭力扭曲可通过基于模型的控制器(MBC)估计的风速与实际测量的风速之间的差而间接探测。参照以下描述和所附权利要求，本专利技术的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。包含在本说明书中且形成本说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，且与描述一起用于论述本专利技术的原理。技术方案1.一种用于运行风力涡轮的方法，所述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，所述方法包括：根据额定功率输出曲线和被编程的最大推力值来运行所述风力涡轮；周期地或连续地探测所述转子叶片中的引起的扭力扭曲；在确定扭力扭曲在所述转子叶片中被引起之后，调整所述被编程的最大推力值来补偿所述扭力扭曲；并且所述控制器以调整的被编程的最大推力值的函数控制所述转子叶片的俯仰，使得所述风力涡轮的功率输出不由所述转子叶片上的引起的扭曲限制或增加。技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述被编程的最大推力值与所述转子叶片中引起的扭力扭曲的量成比例地被调整。技术方案3.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，在确定所述转子叶片中的扭力扭曲直到所述额定功率输出曲线的切出风速之后，所述被编程的最大推力值被调整预定量。技术方案4.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述引起的扭力扭曲通过感测由所述引起的扭力扭曲产生的所述转子叶片的物理方面的变化而直接探测。技术方案5.根据技术方案4所述的方法，其特征在于，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于运行风力涡轮的方法，所述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，所述方法包括：根据额定功率输出曲线和被编程的最大推力值来运行所述风力涡轮；周期地或连续地探测所述转子叶片中的引起的扭力扭曲；在确定扭力扭曲在所述转子叶片中被引起之后，调整所述被编程的最大推力值来补偿所述扭力扭曲；并且所述控制器以调整的被编程的最大推力值的函数控制所述转子叶片的俯仰，使得所述风力涡轮的功率输出不由所述转子叶片上的引起的扭曲限制或增加。

【技术特征摘要】
2017.01.04 US 15/3978961.一种用于运行风力涡轮的方法，所述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，所述方法包括：根据额定功率输出曲线和被编程的最大推力值来运行所述风力涡轮；周期地或连续地探测所述转子叶片中的引起的扭力扭曲；在确定扭力扭曲在所述转子叶片中被引起之后，调整所述被编程的最大推力值来补偿所述扭力扭曲；并且所述控制器以调整的被编程的最大推力值的函数控制所述转子叶片的俯仰，使得所述风力涡轮的功率输出不由所述转子叶片上的引起的扭曲限制或增加。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述被编程的最大推力值与所述转子叶片中引起的扭力扭曲的量成比例地被调整。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定所述转子叶片中的扭力扭曲直到所述额定功率输出曲线的切出风速之后，所述被编程的最大推力值被调整预定量。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：TF珀利，TF弗里奇，A柯伯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US