电动变桨控制系统和用于操作至少一个转子叶片的方法以及使用所述系统来执行所述方法技术方案

一种用于风力涡轮机的至少一个转子叶片(17)的变桨控制系统(1)，所述风力涡轮机(14)包括位于塔架(18)顶部的机舱(16)以及轮毂(15)以及至少一个转子叶片(17)。所述系统包括至少一个电动变桨驱动系统(3)，每一个驱动系统(3)都连接到转子叶片(17)以及电动变桨电动机(2)。所述一个或多个电动变桨驱动系统(3)被适配成与包含所述一个或多个电动机(2)的单元进行通信，以便根据从第一传感器和第二传感器(20)记录的输入来对其附着的转子叶片(17)进行变桨操作。每一个电动变桨驱动系统(3)都包括陀螺仪(22)，所述陀螺仪(22)被适配成记录所述转子叶片(17)的纵轴相对于地球重力的角度值。处理器被适配成基于所述值来计算所述转子叶片(17)的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电动变桨控制系统和用于操作至少一个转子叶片的方法以及使用所述系统来执行所述方法本专利技术涉及一种用于控制风力涡轮机的至少一个转子叶片的电动变桨控制系统，所述风力涡轮机包括位于塔架顶部的机舱(nacelle)以及轮毂(hub)，所述轮毂被适配成围绕轴旋转，并且至少一个转子叶片被可枢转地安装在该轮毂上，所述系统包括至少一个电动变桨驱动系统，每一个驱动系统都连接到转子叶片以及电动变桨电动机；一个或多个电动变桨驱动系统以及一个或多个电动机被置于轮毂之中，所述一个或多个电动变桨驱动系统被适配成与包含一个或多个电动机的单元进行通信以便根据从第一传感器和第二传感器记录的输入来对其附着的转子叶片进行变桨操作(pitching)，以及所述电动变桨控制系统进一步包括至少一个陀螺仪。本专利技术还涉及一种用于操作风力涡轮机的至少一个转子叶片的方法，所述风力涡轮机包括位于塔架顶部的电动变桨控制系统、机舱以及轮毂，所述轮毂围绕轴旋转，并且至少一个转子叶片被可枢转地安装在该轮毂上，所述电动变桨控制系统包括至少一个电动变桨驱动系统，每一个电动变桨驱动系统都连接到转子叶片以及电动变桨电动机；其中一个或多个电动变桨驱动系统以及一个或多个电动机被置于轮毂之中，所述一个或多个电动变桨驱动系统控制所述一个或多个电动机以便根据从第一传感器和第二传感器记录的输入来对转子叶片进行变桨操作，以及所述电动变桨控制系统还包括至少一个陀螺仪。本专利技术还涉及使用所述电动变桨控制系统来执行所述方法。风力涡轮机的转子叶片是由电动变桨系统操作的，这种操作也被称为变桨操作。电动机是移动每一个单独的叶片的致动器。典型的风力涡轮机具有三个转子叶片，而被单独操作的电动机的数量是三个。电动变桨系统还与机舱电气系统对接，它从那里接收用于进行变桨的多个设定点以及用于操作电动机/叶片的电力。变桨系统具有两个主要特征，一个是正常操作，其中会通过使用变桨来优化转子叶片在所有风况下的升力(lift)，另一个是风力涡轮机的主制动器。该制动功能非常简单，因为转子叶片会从工作点(0°到30°，取决于实际的平均风速)移动到风向标(vane)位置，该位置是90°。由于变桨系统是风力涡轮机的唯一制动器，因此必须单独地以彼此独立的方式控制三个电动机。这种设置形成了“三取二的冗余系统”，其因为风力涡轮机的设计规范而是得到允许的。风力涡轮机的供电中断的情形被称为断电(blackout)，或者对于较短的断电而言，如果电网会快速恢复(小于1秒)，那么这种情形被称为限电(brownout)，此类情形对于电动变桨系统而言是至关重要的。为了防止变桨系统在电网切断期间停止，在变桨系统中放置了备用电源。通常，这种电源可以基于铅酸电池、锂电池或最新的技术：超级电容(UltraCaps)。变桨系统对于性能等级的要求(ISO13849)是很高的。驱动器不但需要极高等级的内部监控，而且还需要在三个驱动器之间进行内部通信，其原因在于不允许出现休眠差错。如果三个变桨子系统中有一个出现差错，那么两个子系统必须移动电动机，直至叶片到达风向标位置。这种冗余度是依照的是ISO13849，其被称为三取二。对于这三个变桨驱动器中的每一个来说，变桨角是以冗余方式测量的。在已知技术中，该处理是通过电动机轴上的旋转变压器(resolver)/编码器(即所述及的第二传感器)以及包含齿轮的叶片杆上的编码器(即所述的第一传感器)来完成的。为了优化风力涡轮机操作而需要解决的一个未来的问题是针对每一个单独叶片的位置感测。这种位置感测是制造可以优化整个涡轮机负载并且由此减少机械结构的控制系统的第一个障碍。在这里，位置感测被用于减小在发生尾流效应时的叶片负载。这种尾流效应会在叶片经过塔架的时候出现，因为湍流会导致空气动力升力不稳定。尾流会导致在叶片上产生额外负载，该额外负载可以通过在叶片经过塔架的时候对其执行变桨操作来减小。WO10139613A2公开了一种用于保护风力涡轮机塔架免受极端负载之害的技术(例如在紧急停机期间或者在机舱收容的控制系统发生功能故障的情况下确保安全操作)。该风力涡轮机包括被布置在风力涡轮机的轮毂部分的轮毂处的控制电路，所述轮毂部分支撑了转子叶片。在轮毂部分内提供了用于确定至少一个参数(例如风力涡轮机组件的加速度、风力涡轮机组件的负载、或是转子或涡轮机轴的旋转速度)的测量单元。该轮毂处的控制电路被配置成基于测量单元测得的至少一个参数来确定塔架或风力涡轮机叶片的负载、加速度、速度或偏转。更进一步，它被配置成基于所确定的塔架或叶片的负载、偏转、速度或加速度以及所述负载、偏转、速度或加速度的期望值来控制风力涡轮机。然而，该控制系统不能确定重力矢量与叶片纵轴之间的角度。EP2896827描述了一种变桨控制系统，其目的是提供一种至少确定叶片相对于涡轮机轮毂的变桨角的系统。该系统包括放置在每一个转子叶片上的陀螺仪。由于将陀螺仪定位在了叶片上，因此其非常容易受到诸如塔架的尾流效应所产生的风和负压的影响。而这将会导致产生湍流并且会使陀螺仪配准受到噪声影响，由此会使测量不精确，从而导致关于变桨角的判定也是不准确的。本专利技术的一个目的是提供一种用于提供关于转子位置的有效和明确的规格的系统和方法，或者至少提供一种针对已知技术的有益的替换方案。根据本专利技术的第一方面，所提供的是引言中描述的电动变桨控制系统，其中每个电动变桨驱动系统都包括陀螺仪，所述陀螺仪被放置在轮毂之中并被放置成与轮毂的旋转轴具有固定的距离，所述每个电动变桨驱动系统和陀螺仪都随着围绕轴的转子叶片的旋转以及轮毂的旋转而旋转，由此所述陀螺仪被适配成记录转子叶片的纵轴相对于地球重力的角度值，以及处理器被适配成基于所述值来计算所述转子叶片的位置。根据本专利技术的另一个方面，所提供的是引言中描述的用于操作至少一个转子叶片的方法，其中一个或多个陀螺仪被放置在轮毂中，并被放置在每一个电动变桨驱动系统中，且每一个陀螺仪与轮毂的旋转轴都具有固定的距离，由此是每一个电动变桨驱动系统的整合部分。以及当所述一个或多个转子叶片旋转时，所述轮毂将会旋转，由此，所述一个或多个电动变桨驱动系统以及一个或多个陀螺仪会在与轮毂旋转轴相隔固定距离的情况下旋转，通过所述旋转，所述一个或多个陀螺仪指示了转子叶片相对于地球重力的方向，据此，电动变桨控制系统检测旋转叶片的中心轴相对于与重力矢量平行的塔架的方向/位置。这样一来，转子叶片相对于垂直方向的位置可被确定。作为示例，由于由此可以虑及塔架尾流效应，因此可以根据风/湍流状况来更精确地控制叶片变桨。这种状况会产生湍流，该湍流可以通过对转子叶片进行变桨操作来补偿。陀螺仪的信号是一个非常可靠的信号。如果表述的是进行检测，那么该表述应被理解成由处理器基于从陀螺仪接收的角度值来计算所论述的转子叶片相对于塔架的位置；其与重力矢量相关联。如果表述的是转子叶片被可枢转地安装在轮毂上，那么该表述应被理解成转子叶片是可以围绕转子的纵轴变桨/旋转的。陀螺仪是电动变桨驱动系统的组成部分，并且相对于所述系统是不可移动的。所述陀螺仪会与以不可移动的方式安置在轮毂中的电动变桨驱动系统一起旋转，并且会与轮毂一起围绕其旋转轴旋转。电动变桨驱动系统并没有被固定在转子叶片上，因此，叶片运动并不是陀螺仪记录的一部分。当然，由于转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制风力涡轮机(14)的至少一个转子叶片(17)的电动变桨控制系统(1)，所述风力涡轮机(14)包括：位于塔架(18)顶部的机舱(16)以及轮毂(15)，所述轮毂(15)被适配成围绕轴旋转，并且至少一个转子叶片(17)被可枢转地安装在所述轮毂(15)上，所述系统包括至少一个电动变桨驱动系统(3)，每一个驱动系统(3)都连接到转子叶片(17)以及电动变桨电动机(2)；一个或多个所述电动变桨驱动系统(3)以及一个或多个所述电动机(2)被放置所述轮毂(15)之中，一个或多个所述电动变桨驱动系统(3)被适配成与包含一个或多个所述电动机(2)的单元进行通信，以便根据从第一传感器和第二传感器(20)记录的输入来对其附着的转子叶片(17)进行变桨操作，以及所述电动变桨控制系统(1)进一步包括至少一个陀螺仪，其特征在于：每一个电动变桨驱动系统(3)都包括陀螺仪(22)，所述陀螺仪(22)被放置在所述轮毂(15)之中并被放置成与所述轮毂(15)的旋转轴具有固定的距离，所述每一个电动变桨驱动系统(3)和陀螺仪(22)都随着围绕所述轴的所述转子叶片(17)的旋转以及所述轮毂(15)的旋转而旋转，由此所述陀螺仪(22)被适配成记录所述转子叶片(17)的纵轴相对于地球重力的角度值，以及处理器被适配成基于所述值来计算所述转子叶片(17)的位置。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.16 DK PA2016001631.一种用于控制风力涡轮机(14)的至少一个转子叶片(17)的电动变桨控制系统(1)，所述风力涡轮机(14)包括：位于塔架(18)顶部的机舱(16)以及轮毂(15)，所述轮毂(15)被适配成围绕轴旋转，并且至少一个转子叶片(17)被可枢转地安装在所述轮毂(15)上，所述系统包括至少一个电动变桨驱动系统(3)，每一个驱动系统(3)都连接到转子叶片(17)以及电动变桨电动机(2)；一个或多个所述电动变桨驱动系统(3)以及一个或多个所述电动机(2)被放置所述轮毂(15)之中，一个或多个所述电动变桨驱动系统(3)被适配成与包含一个或多个所述电动机(2)的单元进行通信，以便根据从第一传感器和第二传感器(20)记录的输入来对其附着的转子叶片(17)进行变桨操作，以及所述电动变桨控制系统(1)进一步包括至少一个陀螺仪，其特征在于：每一个电动变桨驱动系统(3)都包括陀螺仪(22)，所述陀螺仪(22)被放置在所述轮毂(15)之中并被放置成与所述轮毂(15)的旋转轴具有固定的距离，所述每一个电动变桨驱动系统(3)和陀螺仪(22)都随着围绕所述轴的所述转子叶片(17)的旋转以及所述轮毂(15)的旋转而旋转，由此所述陀螺仪(22)被适配成记录所述转子叶片(17)的纵轴相对于地球重力的角度值，以及处理器被适配成基于所述值来计算所述转子叶片(17)的位置。2.根据权利要求1所述的电动变桨控制系统(1)，其特征在于，所述风力涡轮机(14)包括多个转子叶片(17)，最好是3个转子叶片(17)，以及被放置在每一个电动变桨驱动系统(3)中的陀螺仪(22)与它的每一个转子叶片(17)连接，并且被适配成记录所连接的转子叶片(17)相对于地球重力的角度值，以及处理器被适配成基于所述值来计算每一个转子叶片(17)的角位置。3.根据权利要求1或2所述的电动变桨控制系统(1)，其特征在于，所述电动变桨控制系统(1)包括通信总线系统(24)，其被适配成收集从与相关转子叶片(17)连接的陀螺仪(22)接收的在重力与所述转子叶片(17)的中心轴之间记录的每一个角度值，以及所接收的值之间的差值是通过算法确定的，以及处理器被适配成计算每一个转子叶片(17)相对于相邻转子叶片(17)的角度位置。4.根据前述任一权利要求所述的电动变桨控制系统(1)，其特征在于，每一个电动变桨驱动系统(3)包括被适配成记录所连接的转子叶片(17)的加速度的加速度计(25)。5.根据前述任一权利要求所述的电动变桨控制系统(1)，其特征在于，所述第一传感器包括至少一个以不可移动的方式附着于每一个所述转子叶片(17)的陀螺仪(22’)。6.根据前述任一权利要求所述的电动变桨控制系统(1)，其特征在于，所述第一传感器包括以不可移动的方式附着于每一个所述转子叶片(17)的至少一个加速度计(25’)。7.根据前述任一权利要求所述的电动变桨控制系统(1)，其特征在于，所述第一传感器和所述第二传感器(20)中的每一者被适配成检测关于其所连接的转子叶片(17)的变桨角的数据，以及所述电动变桨驱动系统(3)被适配成在来自所述第一传感器的数据不同于来自所述第二传感器(20)的数据的时候，通过控制电动机(2)来改变所述变桨角。8.根据前述任一权利要求所述的电动变桨控制系统(1)，其特征在于，第一传感器被定位在位于靠近所述轮毂(15)的区域之中的转子叶片轴上。9.根据前述任一权利要求所述的电动变桨控制系统(1)，其特征在于，所述电动变桨控制系统(1)包括被放置在转子叶片(17)上的多个陀螺仪(22’)，并且所述多个陀螺仪(22’)被放置成在他们之间具有一定的距离并且在所述转子叶片(17)的整个长度内。10.根据前述任一权利要求所述的电动变桨控制系统(1)，其特征在于，第一转子叶片的力矢量相对于第二转子叶片的力矢量偏移120°，第二转子叶片的力矢量相对于第三转子叶片的偏移120°。11.根据前述任一权...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·汤姆森，
申请(专利权)人：丹控有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK