风力涡轮机的控制制造技术

本发明专利技术涉及一种控制风力涡轮机（10）的方法，所述风力涡轮机（10）包括机舱（12）、转子（18），旋转毂（13）、第一转子叶片（201）和至少第二转子叶片（202），两个转子叶片（201,202）均安装到毂（13）上。该方法包括以下步骤：借助于附接到第一转子叶片（201）的应变测量装置（31）测量第一转子叶片（201）的应变；以及基于所测量的应变来选择风力涡轮机（10）的操作参数，使得减少第二转子叶片（202）的疲劳损伤。此外，本发明专利技术涉及通过这种方法控制的风力涡轮机（10）。

Control of wind turbine

The invention relates to a control method of the wind turbine (10), the wind turbine (10) includes a cabin (12), (18), the rotor rotating hub (13), the first rotor blade (201) and at least second rotor blades (202), two rotor blades (201202) arranged to the hub (13). The method comprises the following steps: with the help of attached to the first rotor blade (201) of the strain measuring device (31) measurement of the first rotor blade (201) and the strain; strain measurement is selected on the basis of the wind turbine (10) operating parameter, which can reduce the second rotor blades (202) fatigue damage. In addition, the invention relates to a wind turbine (10) controlled by this method.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风力涡轮机的控制
本专利技术涉及一种控制风力涡轮机的方法，使得风力涡轮机的性能得以优化。此外，本专利技术涉及通过这种方法控制的风力涡轮机。
技术介绍
大气的局部变化可能导致风力涡轮机的大的疲劳载荷，降低的空气动力学效率和/或增加的声学噪声发射。大气的局部变化也被称为局部“热点”，且可能由阵风、偏转或高风切变和转向而引起。随着风力发电机的大小的增大，这种时变的不均匀风场正在变得越来越重要。尤其，转子叶片的扫掠区域（其是指在转子旋转期间被覆盖的区域）的大小近年来变得越来越大。确定扫掠区域中的风场的当前方法是昂贵的和/或不准确的。因此，在现有技术中并入并提供了关于疲劳载荷寿命、空气动力学失速裕度和噪声裕度的大的安全裕度。然而，经由产品的过度设计，大的安全裕度的并入降低了风力涡轮机的产品价值。换句话说，可以得出，风力涡轮机的值随着指定的安全裕度的增加而降低。作为控制风力涡轮机的相对复杂方法的示例，提及国际专利申请WO2012/083958。在这种方法中，转子平面被划分成多个扇区，每个转子叶片的各个扇区由方位角传感器确定，并相应地获得和解释叶片传感器数据。
技术实现思路
然而，期望提供一种简单且具有成本效益的构思来减少风力涡轮机的转子叶片的疲劳损伤。这个目标通过独立权利要求解决。从属权利要求涉及本专利技术的有利实施例和开发。根据本专利技术，提供了一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括机舱、转子、旋转毂、第一转子叶片和至少第二转子叶片，转子叶片两者均安装到毂。该方法包括以下步骤：-借助于附接到第一转子叶片的应变测量装置，测量位于转子平面内的第一角位置中的第一转子叶片的应变，以及-相对于冲击气流的方向改变第二转子叶片的取向，使得减少由于第二转子叶片和冲击在第二转子叶片上的气流之间的相互作用产生的疲劳损伤。风力涡轮机是指可以将风能（即风的动能）转变成随后用于发电的机械能的装置。风力涡轮机也被称为风力发电设备。风力涡轮机包括至少第一转子叶片和第二转子叶片。尤其，风力涡轮机包括精确地三个转子叶片。转子叶片的应变可以理解为叶片对于外力（诸如空气动力学力、重力、离心力或惯性力）的结构反应。一旦环境空气和转子叶片之间存在相对变化，则反应力随之在转子叶片上变化。这些力被测量为转子叶片的应变。转子叶片的应变是由弯矩表征的转子叶片的弯曲的结果。借助于应变测量装置（诸如应变计）来测量转子叶片的这种弯曲是常见的技术。额外地，可以有利地确定转子的转速。这有利地与发生第一转子叶片的应变测量同时进行。替代地，在应变测量略微之前或略微之后确定转子的转速。鉴于与一个转子叶片旋转一转需要的时间相比转速的常见变化，转速的一个瞬时测量为大多数应用提供了足够的精度。替代地，也可以采用转速的平均值。在确定转子的转速之后，计算第二转子叶片到达第一转子叶片在应变测量时所处的位置所需的预期时间。这可以通过考虑转子平面中第一和第二转子叶片之间的角度来容易地进行。作为示例，对于常规的三叶片式风力涡轮机，该角度为120度。因此，假设第二转子叶片是相对于执行应变测量的第一转子叶片立即在后的转子叶片，并且示例性假设每分钟五转的转速，则预期时间跨度（在其之后第二转子叶片行进通过第一转子叶片的位置）是四秒。注意，可以直接采取测量的应变值，以便选择风力涡轮机的操作参数，诸如使一个或多个转子叶片俯仰，偏转机舱等。替代地，所测量的应变值可以例如借助于控制器转换成风速。控制器可以集成到应变测量装置中，或者可以与应变测量装置分离。如果控制器与应变测量装置分离，则控制器可以位于风力涡轮机的转子叶片、毂或机舱处。用于定位控制器的任何其他合适的位置也是可能的。通过合适的算法进行从所测量的应变值（或应变分布）到风速分布的计算。可以通过查找表或计算的拟合函数（诸如来自神经网络等）来执行从所测量的应变值分布到风速分布的计算。基于所测量的应变（直接采用这些应变值或者采用如上所述的所计算的风速），选择风力涡轮机的操作参数，使得减少第二转子叶片的疲劳损伤。注意，可以是控制器本身随后向风力涡轮机的合适部件给予命令，以便执行用于优化风力涡轮机的性能的操作变化。因此，本专利技术的关键方面在于提供如何可以减少转子叶片的疲劳损伤的有效的（即便宜且可靠的）构思。这样做的效果是可以避免大的安全裕度。换句话说，与疲劳载荷和/或空气动力学失速和/或噪声发射有关的安全裕度得以降低。因此风力涡轮机的效能被更好地利用。在本专利技术的实施例中，该方法还包括以下步骤：-将与所测量的应变值相关的数据传送到控制器；和-借助于控制器计算应变的角分布和强度。换句话说，所测量的应变值从应变测量装置发送到控制器。有利地，这可以通过光纤来完成。替代地，电缆等也可以用于传输数据。又一替代方式是将应变测量值数据无线传输到控制器。风速分布包含风速的空间分布和风速的强度的信息。这是基于由控制器确定的应变的角分布和强度。在另一实施例中，操作参数的选择包括第二转子叶片的俯仰（pitching）。因此，在计算转子平面处的风速分布之后，控制器可以考虑并推荐一个或几个转子叶片的俯仰。如果使用通过测量第一转子叶片上的应变而接收和获得的任何信息来调整后面的或在后转子叶片的迎角，则是尤其有利的。因此，建立了前馈调控机制。如果后面的转子叶片关于其俯仰角被具体修改，则其指的是单个俯仰。因此，通过对第一转子叶片的简单且便宜的应变测量，第二转子叶片可以更优化地俯仰，使得风力涡轮机的整体性能得以提高。这当然意味着风场的局部变化在一段时间期间保持基本稳定和恒定，该段时间比第二转子叶片运动到第一转子叶片在应变测量期间所处的位置所需的时间长。在另一实施例中，操作参数的选择包括偏转机舱。这在转子叶片的扫掠区域的某一部分处没有局部风速增加而是大部分扫掠区域以非最优方式面对转子叶片的情况下是有利的。在另一实施例中，风力涡轮机的性能的优化包括增加由风力涡轮机产生的电力。因此，可以增加风力涡轮机的年度能源生产。替代地，也可以保持所产生的电力基本上稳定，但是例如以减少极端和/或疲劳载荷和/或降低由转子叶片和冲击转子叶片的气流发射的噪声。间接地，这也导致风力涡轮机的性能提高。在有利的实施例中，多个应变测量装置沿着第一转子叶片的跨度（即在第一转子叶片的根部部分与第一转子叶片的尖端部分之间）布置。这允许转子叶片的应变不仅在转子叶片的一个特定径向位置处被测量，而且在不同的径向位置处被测量。因此，风速既可以用角分辨率确定，又可以用径向分辨率来确定。因此，有利地，该方法包括借助于控制器计算应变的径向分布和强度的另外的步骤，使得可以得以确定跨过转子叶片的扫掠区域的风场。换句话说，风速分布还可以包含关于转子平面内的径向位置的信息。为了提供这一信息，单个应变测量装置通常是不足的。如果风速分布还将包含径向方向上的信息和分辨率，则定位在不同的径向位置处的多个或连续的应变测量装置是必要的。测量和分析稍微更复杂，但信息和数据更为详细且更有价值。有利地，不仅基于第一转子叶片的所测量的应变值和实际位置，而且基于第一转子叶片和第二转子叶片的所测量的应变值和实际位置来获得转子叶片的转子平面中的风速分布。这允许对风场进行更快速和/或更详细的计算。在又一有利的实施例中，确定风力涡轮机的所有转子叶片的初始位置；通过附接到每个转子叶片的相应应变测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制风力涡轮机（10）的方法，所述风力涡轮机（10）包括机舱（12）、转子（18）、旋转毂（13）、第一转子叶片（201）和至少第二转子叶片（202），所述转子叶片（201,202）二者均安装到所述毂（13），其中，所述方法包括以下步骤：‑ 借助于附接到所述第一转子叶片（201）的应变测量装置（31），测量处于转子平面内的第一角位置中的所述第一转子叶片（201）的应变，以及‑ 相对于冲击气流（26）的方向改变所述第二转子叶片（202）的取向，使得减少由于所述第二转子叶片（202）与冲击在所述第二转子叶片（202）上的所述气流（26）之间的相互作用产生的疲劳损伤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制风力涡轮机（10）的方法，所述风力涡轮机（10）包括机舱（12）、转子（18）、旋转毂（13）、第一转子叶片（201）和至少第二转子叶片（202），所述转子叶片（201,202）二者均安装到所述毂（13），其中，所述方法包括以下步骤：-借助于附接到所述第一转子叶片（201）的应变测量装置（31），测量处于转子平面内的第一角位置中的所述第一转子叶片（201）的应变，以及-相对于冲击气流（26）的方向改变所述第二转子叶片（202）的取向，使得减少由于所述第二转子叶片（202）与冲击在所述第二转子叶片（202）上的所述气流（26）之间的相互作用产生的疲劳损伤。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：-确定所述转子（18）的转速，以及-计算所述第二转子叶片（202）到达所述转子平面内的所述第一角位置所需的预期时间，其中，所述计算基于所述转子（18）的所确定的转速和在所述第一转子叶片（201）与所述第二转子叶片（202）之间的角度进行。3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述第二转子叶片（172）相对于所述冲击气流（26）的所述方向的取向通过使所述第二转子叶片（172）俯仰而改变。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述第二转子叶片（172）相对于所述冲击气流（26）的所述方向的取向通过偏转所述风力涡轮机（10）的所述机舱（12）而改变。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：-计算所述风力涡轮机（10）的第三转子叶片（203）到达所述转子平面内的所述第一角位置所需的预期时间，其中，所述计算基于所述转子（18）的所述确定的转速和所述第一转子叶片（201）与所述第三转子叶片（203）之间的角度进行，和-改变所述第三转子叶片（203）相对于所述冲击气流（26）的所述方向的取向，使得减少由于所述第三转子叶片（203）与冲击在所述第三转子叶片（203）上的所述气流（26）之间的相互作用产生的疲劳损伤。6.根据前述权利要求中...

【专利技术属性】
技术研发人员：JM奥布雷赫特，K施布斯拜，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE