用于在安全操作期间控制风力涡轮机的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于在安全操作期间控制风力涡轮机的方法。提供一种安全变桨控制系统以将叶片以多个预设的大致恒定的变桨速率独立变桨，所述变桨速率包括第一变桨速率和小于第一变桨速率的第二变桨速率。响应于用于启动安全操作的命令，叶片通过安全变桨控制系统朝向顺浆位置变桨，所述变桨包括叶片根据安全变桨策略而变桨，其中对于所有叶片而言，变桨速率根据每个叶片方位角的函数而在第一变桨速率与第二变桨速率之间改变。这样做从而使得每个叶片与其它叶片相比轮流更靠近顺浆位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于在安全操作期间控制风力涡轮机的方法，其中风力涡轮机包括适于独立变桨的风力涡轮机叶片。更具体地，本专利技术的方法在停机期间减小在风力涡轮机叶片上的载荷。本专利技术还涉及一种适于执行所述方法的控制单元，并且涉及一种包括所述控制单元的风力涡轮机。
技术介绍
在桨距受控型风力涡轮机中，风力涡轮机叶片的桨距响应于风情况而受到调节，以便获得期望的能源产出。随着风力涡轮机叶片在操作期间旋转，在风力涡轮机每个叶片上的载荷例如由于风剪切、经过塔架、湍流等而改变。这可能引起在风力涡轮机的各叶片之间的非对称载荷分配。这是不期望发生的，因为这导致在转子、传动系等装置上的高载荷。为了避免于此，有时使用独立变桨控制策略。根据独立变桨控制策略，叶片桨距角独立地受到调节，以便将在每个叶片位置处的情况考虑在内。当例如由于紧急情况而向桨距受控型风力涡轮机发出中止命令或停机命令并且启动安全操作时，风力涡轮机叶片通常朝向顺浆位置运动，即它们的桨距角改变，直到风力涡轮机叶片处于不再捕获风的位置。通常期望的是，将风力涡轮机叶片尽可能快地运动到顺浆位置。然而，在风力涡轮机叶片独立变桨的风力涡轮机的情况中，在接收到中止命令或停机命令时，风力涡轮机各叶片的桨距角是不相同的。与此相对的是，风力涡轮机的每个叶片的桨距角已经以这样的方式被调节，使得其将在上述叶片的确切位置处占主导地位的情况考虑在内。如果在接收到中止命令或停机命令时，风力涡轮机的所有叶片仅尽可能快地朝向顺浆位置运动，则当风力涡轮机叶片在转子平面中继续旋转时，桨距角的相互差距在朝向顺浆位置运动时将会保留。因此风力涡轮机叶片远离决定调节桨距角的位置运动，但是调节是不变的。这可能导致在风力涡轮机叶片上的非对称载荷，所述非对称载荷与风力涡轮机叶片的桨距角仅相同的情况相比更糟。因此可以期望的是，提供一种在独立变桨式风力涡轮机停机期间的控制策略，所述控制策略减小在风力涡轮机叶片上的非对称载荷。此外，在如上所述的停机期间，载荷被引入到风力涡轮机的塔架上。如果以减小在风力涡轮机叶片上的非对称载荷的方式执行停机，则塔架上的载荷不一定减小，甚至可能增大。为了解决这一问题，能够应用其它停机策略，以减小在塔架上的载荷。然而，这样的停机策略可能增大在风力涡轮机叶片上的非对称载荷。在停机时，正常叶片变桨系统被关闭，并且安全变桨系统接管叶片变桨的控制。安全变桨系统通常保持相对简单，并且优先级在于耐用性和可靠性，并且通常提供非常受限的叶片控制功能。例如，在大多数基于蓄能器的安全变桨系统中，叶片的变桨仅能够以给定速度执行，或在某些系统中以高变桨速率或低变桨速率执行。这大幅减少可能的停机策略，并且安全变桨通常被限制为将叶片简单对齐和/或将叶片以一个恒定变桨速率或两个不同恒定变桨速率朝向顺浆位置变桨。因此，期望的是，提供一种在独立变桨式风力涡轮机停机期间的控制策略，所述控制策略将在叶片上的非对称载荷以及在塔架上的载荷考虑在内。
技术实现思路
本专利技术的实施方式的目的是提供一种用于在停机期间控制独立变桨式风力涡轮机的方法，其中在风力涡轮机叶片上的非对称载荷减小。本专利技术的实施方式的另一目的是提供一种用于在停机期间控制风力涡轮机的方法，在所述方法中，在风力涡轮机的各个部分上的组合载荷(诸如塔架载荷)与现有技术的方法相比减小。根据第一方面，本专利技术提供一种用于在安全操作期间控制风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括至少两个适于独立变桨的风力涡轮机叶片。所述方法包括以下步骤：-提供安全变桨控制系统，所述安全变桨控制系统适于将叶片以多个预设的大致恒定的变桨速率独立变桨，所述变桨速率包括第一变桨速率以及小于第一变桨速率的第二变桨速率；-接收用于启动风力涡轮机安全操作的命令，由此叶片通过安全变桨控制系统朝向顺浆位置变桨；-根据安全变桨策略将叶片变桨，其中每个叶片的变桨速率在第一变桨速率与第二变桨速率之间以一定间隔改变，从而使得每个叶片与其它叶片相比轮流更靠近顺浆位置，以及-在将叶片朝向顺浆位置变桨时执行安全变桨策略。在本文中，术语“适于独立变桨”应当被理解为这样的风力涡轮机，在所述风力涡轮机中，每个风力涡轮机叶片的桨距角独立地受到调节，例如将在每个风力涡轮机叶片的确切位置处占主导地位的情况考虑在内，以减小在风力涡轮机叶片上的(例如由于风剪切等引起的)非对称载荷。风力涡轮机叶片适于独立变桨的风力涡轮机有时被称为独立变桨式风力涡轮机。风力涡轮机包括至少两个适于独立变桨的风力涡轮机叶片。通常，风力涡轮机可以包括更多适于独立变桨的叶片。具体是风力涡轮机可以包括三个适于独立变桨的叶片。根据本专利技术的方法，最初接收到用于启动风力涡轮机安全操作的命令。这个命令可以指示出风力涡轮机的操作应当停止或涡轮机的操作应当在减少产能的安全模式中继续。所述命令可以例如响应于检测到的紧急情况而产生，所述紧急情况诸如风力涡轮机部件的失效或故障、在风力涡轮机中测量到的温度超出范围、或需要风力涡轮机的操作不再继续的任何其它适当情况。替代地或附加地，安全操作命令可以响应于测量到的环境情况(诸如风速、湿度、空气密度等)超出风力涡轮机的操作范围而产生。在任何情况下，当接收到安全操作命令时，通常期望的是，将叶片尽可能迅速地朝向顺浆位置变桨，并且有可能的话将风力涡轮机完全停机。当已接收到用于安全操作的命令时，叶片通过安全变桨控制系统朝向顺浆位置变桨。在本文中，术语“将风力涡轮机叶片朝向顺浆位置运动或变桨”应当被理解为以这样的方式改变风力涡轮机叶片的桨距角，使得桨距角改变到这样的位置，在所述位置，所获得的在转子上的旋转力矩减小，优选地减小到零，或至少减小到仅出现小旋转力矩的级别。风力涡轮机叶片的顺浆位置的典型参考值为取决于变桨系统的机械设计而选择出的在85°至120°的范围中的预设角度。风力涡轮机的特定顺浆位置是设计选择。然而，所述术语对于本领域技术人员而言是公知的，涡轮机通常仅以由变桨系统机械设计限定的一个或有限数量的顺浆位置操作。通过将风力涡轮机叶片朝向顺浆位置运动或变桨，风力涡轮机叶片的桨距角以这样的方式改变，使得桨距角通常在一段时间后变得更靠近(特定风力涡轮机的)顺浆位置。将叶片朝向顺浆位置变桨可以涉及将叶片在较短时间周期中以负变桨速率变桨，只要在较长时间周期中的平均变桨速率是正的即可。因此，叶片运动是围绕风力涡轮机每个叶片纵向轴线的旋转运动。安全变桨控制系统适于将叶片以多个预设的大致恒定的变桨速率独立变桨，所述变桨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在安全操作期间控制风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括至少两个适于独立变桨的风力涡轮机叶片，所述方法包括以下步骤：‑提供安全变桨控制系统，所述安全变桨控制系统适于将叶片以多个预设的大致恒定的变桨速率独立变桨，所述变桨速率包括第一变桨速率和小于第一变桨速率的第二变桨速率；‑接收用于启动风力涡轮机安全操作的命令，由此叶片通过安全变桨控制系统朝向顺浆位置变桨；‑根据安全变桨策略将叶片变桨，其中对于所有叶片而言，变桨速率根据每个叶片方位角的函数而在第一变桨速率与第二变桨速率之间改变，从而使得每个叶片与其他叶片相比轮流更靠近顺浆位置；以及‑在将叶片朝向顺浆位置变桨时执行安全变桨策略。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.08 DK PA2013703841.一种用于在安全操作期间控制风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括至少两个适
于独立变桨的风力涡轮机叶片，所述方法包括以下步骤：
-提供安全变桨控制系统，所述安全变桨控制系统适于将叶片以多个预设的大致恒定
的变桨速率独立变桨，所述变桨速率包括第一变桨速率和小于第一变桨速率的第二变桨速
率；
-接收用于启动风力涡轮机安全操作的命令，由此叶片通过安全变桨控制系统朝向顺
浆位置变桨；
-根据安全变桨策略将叶片变桨，其中对于所有叶片而言，变桨速率根据每个叶片方位
角的函数而在第一变桨速率与第二变桨速率之间改变，从而使得每个叶片与其他叶片相比
轮流更靠近顺浆位置；以及
-在将叶片朝向顺浆位置变桨时执行安全变桨策略。
2.根据权利要求1所述的方法，其中安全变桨策略还包括：对于每个叶片而言，将变桨
速率的改变确定为目标平均变桨速率的函数。
3.根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中安全变桨策略还包括：对于每个叶片
而言，将变桨速率的改变确定为目标幅值的函数。
4.根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括：在安全操作期间，基于
所有叶片的目标平均变桨速率和正弦函数的叠加而估算叶片变桨的目标轨迹，所述正弦函
数具有目标幅值和与涡轮机转子转速相对应的周期，...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·哈默鲁姆，
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