用于风力涡轮机的操作方法技术

本发明专利技术涉及用于操作风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机具体的包括塔架和具有转子叶片的转子。转子叶片的桨距角被调节以产生在转子和塔架上的力。所述力被调节以抵消和减振振荡。如果启动决策单元决定特征化塔架的振荡或负载的特定参数指示需求和/或如果启动决策单元确定产生的力足以抵消塔架的振荡，则所述调节由启动决策单元启用。在各种实施方式中，特征化塔架的振荡或负载的参数包括：当前振荡及其幅度，在涡轮机结构中引发负载的估算，是否减振将不久就变得必须的估算，当前是否执行与单独叶片桨距控制不同的振荡减振算法的指示，和风速是否高于某一部分的额定风速的指示。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于操作风力涡轮机以减振风力涡轮机塔架振荡的方法和用于执行所述方法的控制装置。
技术介绍
现有技术已知的风力涡轮机包括风力涡轮机塔架和转子。转子定位在塔架的顶部上且包括保持多个转子叶片的毂。每个转子叶片具有沿叶片的最大维度(即，叶片长度)延伸的叶片轴线。叶片轴线垂直或歪斜于转子轴线地延伸。转子适于驱动发电机。具有水平轴线转子构型的示例性风力涡轮机在图1中示出。这些风力涡轮机通常称为水平轴线型风力涡轮机。一直以来，在大多数情况下，毂定向于暴露于风的逆风侧的塔架侧。塔架和转子叶片都倾向于振荡。这些振荡可由周期转子力和风场中的不均匀性造成。具体的，转子的不平衡性导致垂直于转子轴线的激励和力。风场可能是不均匀的，因为风力涡轮机前方的障碍使风部分地减速。当转子叶片扫过在这种障碍后方的区域时，转子暴露于比其它转子叶片更小的力。而且，由于在地面上的摩擦力，较高区域中的风通常具有比更靠近于地面的风更高的风速。较高风速导致在转子叶片上的附加力。大致上，转子叶片经历来自风的两种力。第一种力由于转子叶片的空气阻力造成且平行于风地定向。这个阻力导致在转子上的倾斜和摇摆力矩，且因此如果不由其它转子叶片平衡，则这个阻力导致在塔架上的侧向力。第二种力垂直于叶片轴线和转子轴线，且由于转子叶片的空气动力学特性造成。这种空气动力提供围绕转子轴线的动量且在传统上引起转子旋转。如果所述空气动力由其它转子叶片的空气动力对称于转子轴线配对，则它们的方向和幅度补偿彼此，以使得在转子轴线上不存在合成侧向力。然而，如果所述空气动力不被平衡，则在转子轴线上的合成力在转子轴线上垂直作用。这种合成力可能导致塔架的横向振荡，尤其在合成力随着时间变化的情况下。例如，每次风力涡轮机叶片扫过转子区域的最高风速主导的最高区域，在转子轴线上的合成空气动力将以转子的旋转频率的频率乘以转子叶片的数量生成，例如是转子的旋转频率的三倍。由于转子的机械不平衡造成的侧向力将尤其具有等于转子的旋转频率的频率。附加的，在转子叶片上的阻力在旋转转子上引起旋进力，在给定示例中的所述旋进力垂直于转子轴线且平行于地面地定向。当然，由于每次叶片扫过塔架都被风覆盖，塔架的整体空气动力学阻力的合成频繁变化也可导致平行于风的纵向振荡。诸如风场变化或共同桨距控制的负减振作用的各种其它效果被技术人员已知且可同样地导致纵向振荡。转子叶片产生的空气动力大致由于转子叶片翼状形状和转子叶片相对于风的当前角度造成。虽然转子叶片的形状几乎不变化，但是毂适于使转子叶片角度相对于风变桨距，以使得角度能够借助于叶片桨距控制装置优化。叶片桨距调节则影响在转子叶片上的空气动力和阻力。叶片桨距调节通常围绕平行于叶片轴线的轴线实施。对于所有叶片，调节由叶片桨距控制单元基于共同参考桨距实施，共同参考桨距也称为共同参考桨距角。通常，尤其在能量匮乏时或当风的功率不足以产生额定功率时，叶片桨距调节被优化以最大化能量收集，或叶片桨距调节适于尽可能平稳地提供恒定功率级或发电机转矩。为此目的，转子的转速根据当前优化标准通过调节叶片角度而被调节。调节叶片桨距以调节阻力和空气动力也可用于抵消塔架的振荡。具体的，叶片桨距的共同调节能够用于抵消风平行振荡、即纵向振荡。对于共同叶片桨距调节，每个转子叶片由相等桨距角调节。单独叶片桨距调节可用于抵消塔架的横向振荡。单独叶片桨距调节对于每个转子叶片提供不同角度。这通过空气动力的相应调节而调节合成侧向力。对于单独叶片桨距调节的叶片桨距依据例如在旋转期间转子叶片的振荡相位或角度位置而变化。在振荡减振系统的另外的实施方式中，转子的转速被调节，以使得在风力涡轮机结构上由旋转引发的力或转子的旋转具有不同于塔架的或风力涡轮机结构的其它部分的自然频率的频率。在一些实施方式中，转速通过叶片桨距角的调节而被调节。然而，最近已经发现的是，以上呈现的这些调节影响风力涡轮机的能量收集且引起每个转子叶片的叶片轴承的磨损和裂缝。文献EP 2225461B1公开了用于操作风力涡轮机发电机系统的方法，其中，风力涡轮机发电机系统包括塔架和转子，转子具有连接到塔架的至少两个转子叶片，其中，每个转子叶片围绕相应转子叶片轴线可调节到预先设定的转子叶片调节角度，其中，转子叶片调节角度对于每个转子叶片单独改变，以减振塔架的横向振荡。文献WO 2007/053031A1涉及用于减振风力涡轮机、尤其漂浮型风力涡轮机设备的塔架振动的方法。除了通过在恒定功率或风力涡轮机的RPM范围中的控制器来控制之外，塔架振动还通过基于塔架速度添加到风力涡轮机叶片的叶片角度的增量以抵消本征振动来减振。本专利技术的目的是克服以上列出的方法和系统的缺点。
技术实现思路
虽然本专利技术在独立权利要求中被限定，但是本专利技术的另外的方面在从属权利要求、以下说明书和附图中给出。根据第一方面，本专利技术提供用于操作风力涡轮机的方法，风力涡轮机包括塔架和具有至少一个转子叶片的转子，转子连接到塔架且适于驱动发电机，其中，每个转子叶片的桨距角能够调节。所述方法包括检测塔架的振荡，且启用减振塔架的振荡。启用减振振荡包括确定对于减振振荡的需求，在减振塔架的振荡将被启用的状况下确定合成减振效果，且基于确定的对于减振的需求和确定的合成减振效果启用减振振荡。根据第二方面，本专利技术还提供风力涡轮机包括塔架和具有至少一个转子叶片的转子，转子连接到塔架且适于驱动发电机，其中，每个转子叶片的桨距角能够调节。风力涡轮机还包括适于检测塔架的振荡的检测部件、和适于减振塔架的振荡的减振部件。风力涡轮机也包括适于启用减振振荡的启用部件、适于确定对于减振振荡的需求的需求部件、以及适于确定合成减振效果的减振效果部件。启用部件适于基于需求部件和减振效果部件的输出的结合启用减振振荡。本专利技术的实施方式也在从属权利要求中限定。附图说明本专利技术的实施方式通过相对于附图的示例说明，其中：图1示出如从前方看去的根据现有技术的风力涡轮机，图2示出根据本专利技术的用于转子叶片调节的控制系统的流程图，图3A示出根据图2的控制系统的方块图，图3B示出根据图2的控制系统的方块图的替换性流程图，图4示出根据图3A和3B的控制逻辑的方块图。图5示出根据图2的控制系统的方块图的另一流程图。具体实施方式图1示出风力涡轮机102，其具有机舱104、和经由转子轴枢转地安装到机舱104的转子毂106。转子轴从转子毂106背离观察者地延伸且因此不示出。机舱104经由旋转接头安装在风力涡轮机塔架108上。风力涡轮机塔架108在到机舱104的相反端处的根部处连接到地面。风力涡轮机的转子毂106包括附连到转子毂106的三个风力涡轮机叶片110。转子毂106适于围绕其旋转轴线旋转，转子毂的旋转轴线与转子轴的旋转轴线对准，以使得转子叶片110扫过基本垂直于旋转轴线的旋转平面。旋转轴线相对于地面大致平行，即，相对于地面平行或以相对于地面的一定程度的倾斜角度倾斜。倾斜角度是风力涡轮机的转子轴的旋转轴线相对于地面的角度。为了抵消横向振荡，转子叶片可单独变桨距以产生合适的侧向力。侧向力利用周期桨距致动器产生。用于三个转子叶片的参考桨距θi的形式是：其中，θ0是共同参考桨距，θc是需要调节以形成所需侧向力的周期振幅，且是转子的旋转角度。在一实施方式中，在旋转的底点角度处具有原点，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作风力涡轮机(102)的方法，所述风力涡轮机(102)包括塔架(108)和具有至少一个转子叶片(110)的转子，转子连接到塔架(108)且适于驱动发电机，其中，每个转子叶片(110)的桨距角能够调节，所述方法包括：检测塔架(108)的振荡，且选择性地启用减振塔架(108)的振荡，其特征在于，选择性启用减振振荡包括：‑确定对于减振振荡的需求，‑在启用减振塔架的振荡将被选择的情况下，确定合成减振效果，以及‑基于确定的对于减振的需求和确定的合成减振效果选择启用减振振荡。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.09 DK PA2013707511.一种用于操作风力涡轮机(102)的方法，所述风力涡轮机(102)包括塔架(108)和具有至少一个转子叶片(110)的转子，转子连接到塔架(108)且适于驱动发电机，其中，每个转子叶片(110)的桨距角能够调节，所述方法包括：检测塔架(108)的振荡，且选择性地启用减振塔架(108)的振荡，其特征在于，选择性启用减振振荡包括：-确定对于减振振荡的需求，-在启用减振塔架的振荡将被选择的情况下，确定合成减振效果，以及-基于确定的对于减振的需求和确定的合成减振效果选择启用减振振荡。2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于下述中的至少一个确定对于减振所述振荡的需求：-塔架(108)的检测到的振荡达到振荡阈值，-不同的振荡减振控制算法是否正在操作的指示，-被动塔架减振器是否正在操作的指示，-在启用减振塔架的振荡将被选择的情况下，风力涡轮机(102)中的负载，-当前风速和额定风速之间的关系，以及-塔架(108)的横向振荡的预测。3.根据权利要求1或2中任一所述的方法，其中，基于下述中的至少一个确定合成减振效果：-能够由单独调节桨距角产生的合成侧向力；-转子叶片(110)的桨距角和最优桨距角之间的差异；-桨距力的敏感度(dF/dθ)；-当前功率和额定功率之间的关系；-当前风速和额定风速之间的关系，-能够通过调节由发电机转矩引发的力来产生的合成侧向力，以及-风力涡轮机(102)的操作点。4.根据前述权利要求任一所述的方法，其中，选择启用减振振荡的步骤有条件地执行。5.根据前述权利要求任一所述的方法，其中，确定的对于减振的需求和已确定的合成减振效果被结合以产生评级启用的值，且减振振荡根据评级启用的值被启用，评级启用的值被提供为至少三个区别值之一：不启用振荡减振的第一值，启用完全振荡减振的第二值，以及提供不启用振荡减振和完全振荡减振之间的振荡减振的区别评级的附加值。6.根据权利要求5所述的方法，其中，评级启用的值是不启用振荡减振的第一值和启用完全振荡减振的第二值之间的连续函数。7.根据前述权利要求任一所述的方法，其中，塔架(108)的振荡是横向振荡。8.根据权利要求7所述的方法，其中，减振横向振荡包括单独桨距角调节。9.根据权利要求8所述的方法，其中，启用单独桨距角调节包括平滑启用桨距角的单独调节。10.根据权利要求8或9中任一所述的方法，其中，通过单独桨距角调节的减振被执行以减小不同的横向振荡减振控制算法的控制作用。11.根据权利要求2所述的方法，其中，在启用减振塔架的振荡将被选择的情况下，风力涡轮机(102)中的负载包括主轴承倾斜力矩和/或叶片轴承疲劳的累积率。12.根据前述权利要求任一所述的方法，其中，塔架(108)的振荡通过下述预测：测量沿边力矩且导出随着时间的沿边力矩以接收沿边力矩发展的指示，和/或测量在围绕风力涡轮机的区域中的风场。13.根据权利要求2所述的方法，其中，不同横向振荡减振控制算法调节转子的转速，以使得转子引发的振荡具有与塔架的自然频率不同的频率。14.根据权利要求3所述的方法，其中，操作点由下述中的至少一个限定：风速、共同参考桨距、由发电机产生的功率、额定功率、已产生的转矩、和发电机速度。15.根据权利要求3所述的方法，其中，操作点由下述群组中的一对限定，所述群组包括：风速、共同参考桨距、由发电机产生的功率、额定功率、已产生的转矩、和发电机速度。16.根据权利要求14或15中...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·卡波内蒂，T·克吕格尔，I·库奇曼，I·K·阿里斯顿，M·布罗德斯加德，J·D·格林内特，J·S·汤姆森，P·莫滕森西格弗雷德，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK