设置成控制支持臂定向的用于具有多个转子的风力涡轮机的控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种风力涡轮机系统，其包括由第一支持臂结构安装到支持结构的第一对风力涡轮机，以及由第二支持臂结构安装到支持结构的第二对风力涡轮机。第一和第二支持臂结构在相应的偏航单元处安装到支持结构，以便围绕支持结构的主轴线偏航。此外，风力涡轮机系统还包括控制系统，所述控制系统配置成控制第一和第二支持臂结构中的每个的偏航角度，其中控制系统配置成识别预定的停机状况的存在，并且作为响应，控制系统能够操作以将第一支持臂结构和第二支持臂结构的偏航角度控制到预定的安全状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设置成控制支持臂定向的用于具有多个转子的风力涡轮机的控制系统
本专利技术涉及一种具有由支持臂结构搭载的多个转子风的力涡轮机系统的控制系统，并且更特别但是不排他地涉及在停机状况下控制每个支持臂结构的偏航角度。
技术介绍
最常见类型的风力涡轮机是三叶片迎风水平轴线式风力涡轮机(HAWT)，其中涡轮机转子处于机舱的前方并且面向其支持塔架上游的风。然而，数个可选的风力涡轮机设计也是已知的。一个实施例是多转子阵列型风力涡轮机。EP1483501B1公开了一种多转子阵列型风力涡轮机，其中多个共平面的转子安装到公共支持结构上。这样的配置实现与利用非常大的单一转子涡轮机获得的类似的规模经济性，但是避免相关的缺陷，诸如大的叶片质量、放大的电力电子部件等。然而，尽管这样的共平面的多转子风力涡轮机具有其优点，在将概念付诸实践中存在挑战，特别是在高风速期间如何管理多个转子、或机舱。
技术实现思路
在这种背景下，本专利技术提供一种风力涡轮机系统，其包括由第一支持臂结构安装到支持结构的第一对风力涡轮机，以及由第二支持臂结构安装到支持结构的第二对风力涡轮机，其中第一和第二支持臂结构在相应的偏航单元处安装到支持结构，以便围绕支持结构的主轴线偏航。控制系统配置成控制第一和第二支持臂结构中的每个的偏航角度，其中控制系统配置成识别预定的停机状况的存在，并且作为响应，控制系统能够操作以将第一支持臂结构和第二支持臂结构的偏航角度控制到预定的安全状态。控制系统可以配置成控制每个支持臂结构的相应的偏航单元，以便它们可以被驱动以围绕支持结构偏航到期望的位置。可选地或附加地，控制系统可以配置成控制风力涡轮机的叶片的桨距，以便实现安装在相应的支持臂结构上的每对风力涡轮机之间差动推力。因此，风力涡轮机之间的差动推力可以用于其自身以控制支持臂结构的偏航角度，或可以用于支持偏航单元的操作，意味着能够使用更小、消耗更少电力的偏航单元。总体上，控制系统配置成控制支持臂相对于风向的定向以及各个臂相对于彼此的角度定向。本专利技术的优点在于支持臂结构配置到安全位置，以使得风力条件在支持结构上施加较小的结构应力。因此，在检测到停机状况的事件中，控制系统能够配置支持臂结构，以使得支持结构当其空闲时被保护不受高应力影响。停机状况可以结合从产能状态到非产能状态(例如静止或空闲状态)的转变而被检测到。然而，停机状况还可以作为稳定状态(例如作为非产能状态)被检测到以被维持，直到非停机状况被检测到。在一个实施方式中，在安全状态中，第一支持臂结构的偏航角度可以被控制成基本上平行于风向。在其他实施方式中，控制系统能够操作以将第一支持臂结构和第二支持臂结构的偏航角度配置到预定的安全位置，在所述预定的安全位置，第一支持臂结构的偏航角度不同于第二支持臂结构的偏航角度。这特别适合于每个涡轮机具有三个或更多叶片的系统。支持臂结构的位置引起风力涡轮机指向不同方向，这降低了在支持结构中产生的应力。其他优选和/或任选的特征在所附权利要求中列出。附图说明为了可以更完全地理解，本专利技术现在将会仅通过实施例的方式参照附图被描述，其中：图1是多转子风力涡轮机系统的第一实施方式的前视图；图2是图1中的风力涡轮机系统的俯视图；图3是图1中的风力涡轮机系统的示意性系统图；图4是图1中的风力涡轮机系统的前视图，但是被配置到容许高风力条件的‘安全’状态；图5是图4中的风力涡轮机系统的俯视图；图6是流程图，展示将图1的风力涡轮机系统的配置调控到如图4和5所示的安全状态中的过程；图7是风力涡轮机系统的可选实施方式的前视图；图8是图7的风力涡轮机系统的俯视图，但是展示为处于容许高风力条件的安全状态中；图9是风力涡轮机系统的另一实施方式的前视图，其中图10a是图9的风力涡轮机系统处于操作状态中的俯视图，并且其中图10b是相当于图10a的俯视图，但是示出风力涡轮机系统处于安全状态在；以及图11展示在图1中示意性地展示的类型的风力涡轮机模型的气动弹性载荷模拟。具体实施方式参照图1和2，风力涡轮机设施或‘系统’2包括呈塔架4形式的支持结构，多个风力涡轮机6安装在所述塔架上。整个风力涡轮机系统2被支持在基座8上，如通常一样。注意到术语‘风力涡轮机’在此以行业中公认的含义使用以主要指风力涡轮机系统的产能部件并且与塔架4分离。风力涡轮机还可以被称为风力涡轮机模块。还注意到基座8可以是大质量物体例如嵌入地面的混凝土或钢铁，或可以呈离岸风电场设施中的单柱或护套形式。在这个实施方式中，存在四个风力涡轮机6，并且这些风力涡轮机以两对的方式安装到塔架4上，每对包括由相应的支持臂结构10安装到塔架4的两个风力涡轮机6。因此，标记为6a的第一对风力涡轮机与第一支持臂结构10a相关联，并且标记为6b的第二对风力涡轮机与第二支持臂结构10b相关联。由于每个对风力涡轮机和其相关联的支持臂结构基本相同，它们在下文中将会通常由没有后缀的附图标记表示。这也适用于支持臂结构的部件。然而，对于特定的支持臂结构、相关联的风力涡轮机、或子部件的引用将会适当地利用后缀‘a’或‘b’表示上部支持臂结构或下部支持臂结构。然而，总体上，各对风力涡轮机不必相同，而是能够相对于不同轮毂高度配置。每个支持臂结构10包括安装部分12和第一和第二支持臂14，所述第一和第二支持臂从安装部分12延伸并且承载相应的风力涡轮机6。同样地，每个支持臂14包括连接到安装部分12的内侧端部16以及外侧端部18连接到风力涡轮机6的外侧端部18。支持臂结构10在安装部分12处安装到塔架4，以使得支持臂结构10能够围绕塔架4的纵向轴线偏航。适当的偏航系统(未示出)被提供以用于此目的，并且这样的偏航系统在本领域中通常已知。安装部分12因此代表支持臂结构10的偏航单元，所述偏航单元能够使支持臂结构10围绕塔架4的主轴线‘偏航’(即成角度地运动)。注意到在图2中，仅上部的支持臂结构能够被看到，因为下部支持臂结构是隐藏的。还注意到对于安装部分12而言，偏航单元将会利用同一附图标记指代。每个风力涡轮机6包括以常见方式可旋转地安装到机舱23的转子22。在这个实施方式中，转子22具有一组三个叶片24。三叶片转子是常见的转子配置，但是不同数量的叶片也是已知的。因此，风力涡轮机6能够从经过扫过区域或‘转子盘’26的风力流中产生电力。在操作期间，由风力涡轮机6产生的力激励塔架4并且导致其在不同的模式中振动；例如塔架4将会前后摇摆并且还侧向摇摆，由此产生第一和第二振动模式。塔架4还可能由于风作用且还由于各个风力涡轮机6之间的任意推力不均衡而经历扭转激励，所述扭转激励产生另一振动模式。支持结构的振动导致疲劳，所述疲劳可以影响设施整体的使用寿命。尽管塔架和支持臂结构设计成承受一定量的结构应力，高风速能够导致过大应力在操作期间布置在结构上。有关的问题是当风力涡轮机系统已被带入或处于空闲或停止状态时(例如在停机事件期间)，即使中等风力条件也将会导致结构振动。本专利技术提供用于管理在这样的停机状态期间在风力涡轮机上引起的应力的策略。图1和2示出风力涡轮机系统2的主要结构部件，尽管本领域技术人员将会理解，所展示的实施方式已被简化，以便不会利用不必要的细节掩盖本专利技术。现在将会还参照图3进一步说明风力涡轮机系统2的系统部件。在系统层面上，每个风力涡轮机6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力涡轮机系统，其包括由第一支持臂结构安装到支持结构的第一对风力涡轮机，以及由第二支持臂结构安装到支持结构的第二对风力涡轮机；其中第一支持臂结构和第二支持臂结构在相应的偏航单元处安装到支持结构，以便围绕支持结构的主轴线偏航；所述风力涡轮机系统还包括控制系统，所述控制系统配置成控制第一支持臂结构和第二支持臂结构中的每个的偏航角度，其中控制系统配置成识别预定的停机状况的存在，并且作为响应，控制系统能够操作以将第一支持臂结构和第二支持臂结构的偏航角度控制到预定的安全状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.12 DK PA2015700821.一种风力涡轮机系统，其包括由第一支持臂结构安装到支持结构的第一对风力涡轮机，以及由第二支持臂结构安装到支持结构的第二对风力涡轮机；其中第一支持臂结构和第二支持臂结构在相应的偏航单元处安装到支持结构，以便围绕支持结构的主轴线偏航；所述风力涡轮机系统还包括控制系统，所述控制系统配置成控制第一支持臂结构和第二支持臂结构中的每个的偏航角度，其中控制系统配置成识别预定的停机状况的存在，并且作为响应，控制系统能够操作以将第一支持臂结构和第二支持臂结构的偏航角度控制到预定的安全状态。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中在安全状态中，第一支持臂结构的偏航角度配置成与第二支持臂结构的偏航角度基本上相同。3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中在安全状况中，所有支持臂结构被控制成基本上平行于风向。4.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中控制系统能够操作以将第一支持臂结构和第二支持臂结构的偏航角度配置到预定的安全位置，在所述安全位置，第一支持臂结构的偏航角度不同于第二支持臂结构的偏航角度。5.根据权利要求4所述的风力涡轮机系统，其中第一支持臂结构和第二支持臂结构的偏航角度的差是至少90度。6.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其中第一支持臂结构和第二支持臂结构的偏航角度的差是在150至210度之间。7.根据权利要求4至6所述的风力涡轮机系统，其中控制系统配置成将第一支持臂结构和第二支持臂结构的偏航角度设定成使得第一对风力涡轮机或第二对风力涡轮机中的任一都不面向风中的值。8.根据权利要求7所述的风力涡轮机系统，其中控制系统配置成将至少第一支持臂结构的偏航角度设定到相对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·L·鲍恩，E·C·L·米兰达，
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