用于控制风力涡轮机的方法和装置制造方法及图纸

描述了一种控制风力涡轮机（100）的方法，风力涡轮机（100）具有与至少一个转子叶片（107）连接的转子（109），所述方法包括：根据第一旋转速度参考值（219）操作转子；以及当转子的实际旋转速度的波动降低到波动阈值以下时和/或当转子叶片的叶片桨距角（213）增加到叶片桨距角阈值（225）以上时，根据大于第一旋转速度参考值的第二旋转速度参考值（227）操作转子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制风力涡轮机的方法和装置
本专利技术涉及用于控制风力涡轮机的方法和装置，以便增加功率产生效率。
技术介绍
常规上，可利用固定或恒定的目标旋转速度（也被称作参考旋转速度或旋转速度设定值）和固定目标功率（也被称作参考功率或功率设定值）操作风力涡轮机。在这些常规系统中，涡轮机控制器可能计划在高风速下保持此固定目标旋转速度和固定目标功率。在此情形中，风速应该足够高，以便在这些目标值下操作，否则速度和/或功率会降低。将损坏机械结构或电气部件的最大旋转速度和最大功率可以大于目标旋转速度和目标功率。文献EP2128437A2公开了一种用于增加风力涡轮机中的能量捕获的方法，其中，响应于操作参数确定大于初始旋转速度设定值的经调整的旋转速度设定值，所述操作参数可包括标准化环境条件，诸如平均风速、湍流强度或空气密度，并且操作参数可包括发电机速度、功率输出、湍流强度、风切变、环境温度和空气压力的结合、空气密度、部件温度、发电机扭矩、发电机转子和定子中的电流、发电机转子和定子中的电压、功率因数、功率最大振动、传动系统振动、偏航位置及其组合。已经注意到，常规的风力涡轮机、风力涡轮机控制器及控制方法并非在每种情况下都能操作风力涡轮机以便提供令人满意的功率产出。本专利技术要解决的技术问题可被看作是提供用于控制风力涡轮机的方法和装置，其中，可提高风力涡轮机的能量输出，同时保持安全的操作并避免损坏或过度加载风力涡轮机的部件。
技术实现思路
该技术问题由本申请所采用的技术方案解决。优选方案具体说明本专利技术的有利实施例。具体地，本专利技术的实施例确保风力涡轮机在设计规格内运作，但容许调整风力涡轮机的目标设定值（诸如目标旋转速度和/或目标功率输出），从而实现最大功率/载荷/噪声关系。具体地，本专利技术的实施例所满足的设计规格可包括载荷要求、温度要求、噪声要求、功率要求等。具体地，本专利技术的实施例可考虑不太保守地改变各个系统部件的操作条件和不同的要求。由此，具体地，为了最大化涡轮机的效率，本专利技术的专利技术人已经发现，常规系统的约束可能过于保守，并且根据本专利技术的方法和装置采用经适应性修改的约束来操作风力涡轮机。本专利技术的专利技术人发现，在目标旋转速度和/或目标功率固定的常规系统中，这些目标值很可能过于保守，因为其必须考虑到在最坏情况下的风速、湍流、风切变、环境温度等。本专利技术提供一种用于控制风力涡轮机的方法和装置，其中，相对于常规保守的旋转速度参考值来说增大旋转速度参考值。根据本专利技术的实施例，提供一种控制风力涡轮机的方法，风力涡轮机具有与至少一个转子叶片连接的转子，所述方法包括：根据第一旋转速度参考值操作转子；以及当转子的实际旋转速度的波动降低到波动阈值以下时和/或当转子叶片的叶片桨距角增加到叶片桨距角阈值以上（即从较小的叶片桨距角改变至较大的叶片桨距角）时，根据大于第一旋转速度参考值的第二旋转速度参考值操作转子。风力涡轮机可包括风力涡轮机塔以及被安装在风力涡轮机塔之上的机舱，其中，与一个或多个转子叶片连接的转子轴可被支撑在机舱内。可输出具有可变频率的功率流的发电机可机械地连接到旋转轴。此外，风力涡轮机可包括换流器，诸如AC-DC-AC换流器，其可将从发电机输出的可变频功率流转化为直流功率流，并将直流功率流转化为固定频率（诸如40Hz或60Hz）功率流，其之后可以具体地经由一个或多个变压器被供应到可向多种消费者供应电能的公共电网。控制风力涡轮机可例如包括：控制执行器，执行器被布置并适于调整与旋转轴连接的一个或多个转子叶片的转子叶片桨距角。调整转子叶片的桨距角可影响转子叶片的功率系数，即，从风中提取的能量的比率。具体地，功率系数可被描述为（例如针对经考虑的固定风速和固定旋转速度）功率系数和叶片桨距角之间的关系。具体地，功率系数可被定义为从可用风能中增加的功率比率，由此指示风力涡轮机转子的效率。功率系数Cp可以是可被表达为依赖转子叶片桨距角和尖端速度比率的比率。叶片桨距角可以是叶片翼弦线和转子旋转平面之间的角。尖端速度比率可被定义为转子尖端速度除以风速的比率（转子速度*转子半径/风速）。具体地，小桨距角相比大桨距角来说，功率系数可能较大。具体地，通过减小叶片桨距角，已经调整桨距角的转子叶片可从吹来的风中提取更多能量。此外，控制风力涡轮机还可额外地或替代性地包括：通过提供特定的功率参考值来控制风力涡轮机的换流器，从而使得风力涡轮机输出预定功率。根据第一旋转速度参考值操作转子可包括：将第一旋转速度参考值供应到涡轮机控制器，涡轮机控制器随后可基于第一旋转速度参考值确定将在转子叶片处设定的叶片桨距角，从而达到与第一旋转速度参考值相对应的转子的旋转速度。此外，可根据已确定的叶片桨距角调整转子叶片桨距角，从而达到与第一旋转速度参考值相对应的转子旋转速度。根据第二旋转速度参考值操作转子可在根据第一旋转速度参考值操作转子之前或之后执行。具体地，当根据第一旋转速度参考值操作转子时和/或当根据第二旋转速度参考值操作转子时，叶片桨距角可保持恒定或可以改变，具体取决于风速，以便保持恒定的功率输出。具体地，当风速增加时，并且当根据第一旋转速度参考值操作转子时，叶片桨距角可能已经增加（以便在风速增加时保持恒定的功率输出）。由此，叶片桨距角可已增加至叶片桨距角阈值以上。如果转子叶片的叶片桨距角已增加至叶片桨距角阈值以上，则转子可从根据第一旋转速度参考值操作转子切换到根据第二旋转速度参考值操作转子。由此，可实现以比根据第一旋转速度参考值操作转子时高的旋转速度操作转子。由此，也提供了增加风力涡轮机的功率输出的可能性。由此，可提高风力涡轮机（尤其是功率输出方面）的效率。根据本专利技术的实施例，提出了范例性改变，其中风力涡轮机不再根据固定的设置值操作，而是可在线修改以适应各个系统部件的情况。转子的实际旋转速度的波动可由例如转子旋转速度的标准偏差、转子旋转速度的绝对值改变或转子旋转速度的改变率来表示。如果转子的实际旋转速度的波动在波动阈值以下或减小至波动阈值以下，则可用可靠方式控制风力涡轮机转子。如果实际旋转速度的波动大于波动阈值，则转子的旋转速度可能迅速改变并且转子的可控性可能受损，或可能甚至不可控。此外，如果转子叶片的叶片桨距角增加至叶片桨距角阈值以上，则小的叶片桨距角改变可能对转子的运行状况（具体是转子的旋转速度）有相对大的影响，从而使得与转子叶片的叶片桨距角小于叶片桨距角阈值的情形相比当叶片桨距角大于叶片桨距角阈值时可提高转子的可控性。因此，在风力涡轮机转子的可控性高的情况中，可用比可控性低的情况高的旋转速度操作转子。由此，可提高风力涡轮机的能量输出。本专利技术的专利技术人发现，限制旋转速度可以是性能、载荷和噪声之间的折中，并且就其自身权利而言可能不是设计驱动因素，因为当旋转速度受限时可能会降低效率。因此，可能感兴趣的是增加涡轮机的旋转速度，由此增加效率（假设考虑了其他参数）。如上所述，风力涡轮机的最大容许旋转速度和最大容许功率可以总是大于第一旋转速度参考值和第二旋转速度参考值（也可被称作目标速度）。这些最大值在被超过时会导致风力涡轮机单元中的结构和部件受损。具体地，可给出目标速度或目标功率分别与最大容许速度、最大容许功率之间的足够大的裕量，以便确保可控性，从而使得某些事件（疾风等）不会迫使风力涡轮机进入风力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制风力涡轮机（100）的方法，所述风力涡轮机（100）具有与至少一个转子叶片（107）连接的转子（109），所述方法包括：根据第一旋转速度参考值（219）操作所述转子；以及当所述转子的实际旋转速度的波动降低到波动阈值以下时和/或当转子叶片的叶片桨距角（213）增加到叶片桨距角阈值（225）以上时，根据大于第一旋转速度参考值的第二旋转速度参考值（227）操作所述转子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.28 EP 12186571.11.一种控制风力涡轮机（100）的方法，所述风力涡轮机（100）具有与至少一个转子叶片（107）连接的转子（109），所述方法包括：根据第一旋转速度参考值（219）操作所述转子；以及当所述转子的实际旋转速度的波动降低到波动阈值以下时和/或当转子叶片的叶片桨距角（213）增加到叶片桨距角阈值（225）以上时，根据大于第一旋转速度参考值的第二旋转速度参考值（227）操作所述转子；其中，将根据第一旋转速度参考值操作转子转变为根据第二旋转速度参考值操作转子包括：将指示第二旋转速度参考值的控制信号供应到涡轮机控制器；基于功率系数（Cp、303）和叶片桨距角（301）之间的关系确定实际桨距角的减小量；以及根据所确定的叶片桨距角的减小量来减小叶片桨距角。2.如权利要求1所述的方法，其中，当转子的实际旋转速度的波动增加到大于所述波动阈值的另一波动阈值以上时和/或当转子叶片的叶片桨距角减小到比所述叶片桨距角阈值（225）小的另一叶片桨距角阈值（231）以下时，根据第一旋转速度参考值（219）操作转子。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，叶片桨距角阈值（225、309、409）大于与最佳功率系数（304）相关联的最佳叶片桨距角（307、407）。4.如权利要求3所述的方法，其中，功率系数随叶片桨距角增加的减小量（ΔCp1、ΔCp2）在最佳叶片桨距角（307）处比在叶片桨距角阈值（309）处更小。5.如权利要求3所述的方法，其中，空气动力学推力系数（Ct）在最佳桨距角（407）处比在叶片桨距角阈值（409）处更大。6.如权利要求1或2所述的方法，其中，转子的可控性在大于桨距角阈值（225、309、409）的桨距角处比在小于叶片桨距角阈值的桨距角处更好。7.如权利要求1或2所述的方法，其中，基于实际叶片桨距角确定第二旋转速度参考值（227）。8.如权利要求1或2所述的方法，其中，当转子叶片的叶片桨距角处于包括大于叶片桨距角阈值和小于另一桨距角阈值的桨距角范围内时，执行根据第二旋转速度参考值（227）操作转子。9.如权利要求1或2所述的方法，其中，在风速范围（223）内执行根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：T埃斯本森，R克里什纳，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE