可在反向运行模式中运行的风力涡轮机以及相应的运行风力涡轮机的方法技术

描述了一种风力涡轮机（100）。风力涡轮机（100）包括风力转子（101）和机械地联接到风力转子（101）的发电机（108）。风力涡轮机（100）被构造成在第一运行模式中和在第二运行模式中运行，其中，在第二运行模式中，与第一运行模式相比，风力转子（101）相对于风向（104）沿相反方向定向。风力涡轮机（101）的发电机（108）被构造成在第一运行模式中和在第二运行模式中都产生电力。此外，描述了相应的运行风力涡轮机（100）的方法。（100）的方法。（100）的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可在反向运行模式中运行的风力涡轮机以及相应的运行风力涡轮机的方法


[0001]本专利技术涉及风力涡轮机的


技术介绍

[0002]水平轴风力涡轮机必须对它们的转子平面进行定向，以便有效地从风中提取能量。“逆风”风力涡轮机具有转子平面，在运行期间，该转子平面通常在塔架前方沿来风方向定向。
[0003]在风力涡轮机没有电网供应的时间段期间，可以使用能量存储系统继续运行风力涡轮机。这有许多好处，包括：允许涡轮机维护其通信系统、维护其内部环境、向维护设备和安全灯和信标提供电力、以及在极端天气情况下控制其定向。通过运行涡轮机（即，使用空气动力学转子从风中提取能量），可以在离网时维持能量存储系统的能量含量。
[0004]然而，当能量存储系统为风力涡轮机提供电力时，可能会出现各种问题。根据第一个问题，可能存在风太低而无法运行风力涡轮机的时间段。在该时间段期间，能量存储系统的能量含量可能会耗尽，并且一些系统的运行可能会被禁用。例如，为了使转子与来风对准而进行的风力涡轮机的偏航可能被禁用。当风返回并足以运行时，如果风向已经改变，能量存储系统可能不具有足够的能量含量来将风力涡轮机偏航回到逆风定向。这可能导致能量存储系统完全耗尽，并需要由维护人员进行访问。
[0005]根据第二个问题，在诸如飓风或台风的极端风事件期间，将风力涡轮机的转子平面正确定向为“顺风”可能是有利的。可以这样做以减少风力涡轮机上的结构载荷和/或将涡轮机置于具有更大静态稳定性的构造中。如果风力涡轮机顺风放置，与此同时离网，那么在这种构造下，它将无法维持其能量存储系统的充电状态。这将限制风力涡轮机能够维持这种顺风定向并针对风向变化有效调整定向的时间量。
[0006]传统上，为了解决如上所述的技术问题，能量存储系统被设计成具有足够大的存储容量。为了确保考虑到最坏的情况，这种存储容量可能需要非常大，由此在风力涡轮机内占据额外的间并增加重量和成本。
[0007]因此，可能需要能够进行有效能量管理的风力涡轮机和运行风力涡轮机的方法。

技术实现思路

[0008]这种需要可以通过根据独立权利要求的主题来满足。从属权利要求描述了本专利技术的有利实施例。
[0009]根据本专利技术的第一方面，风力涡轮机包括风力转子和发电机，该发电机机械地联接到风力转子。风力涡轮机被构造成在第一运行模式中和在第二运行模式中运行。在第二运行模式中，与第一运行模式相比，风力转子相对于风向沿相反方向定向。风力涡轮机的发电机被构造成在第一运行模式中和在第二运行模式中都产生电力。
[0010]根据本专利技术的另外的方面，一种运行风力涡轮机的方法包括在第二运行模式中运
行风力涡轮机和在第一运行模式中运行风力涡轮机。在第二运行模式中，与第一运行模式相比，风力转子相对于风向沿相反方向定向。风力涡轮机的发电机被构造成在第一运行模式中和在第二运行模式中都产生电力，其中该发电机机械地联接到风力转子。
[0011]在本申请的上下文中，“风力涡轮机”是被构造成将风能转换成电能的任何装置，特别是用于分配给电网和/或用于本地能量供应。风力涡轮机可包括塔架、风力转子、机舱、轴（特别是低速轴和/或高速轴）、齿轮箱、发电机、制动组件、桨距驱动器和/或偏航驱动器。风力转子可以是转子组件，并且可以包括一个或多个叶片和中心轮毂，叶片附接到中心轮毂。风力转子还可包括将转子轮毂与叶片连接的桨距轴承。利用桨距轴承，叶片的定向（特别是叶片的迎角）是可调节的。
[0012]发电机可以是包括一个或多个发电机装置的发电机组件，发电机可被构造成将风力转子的旋转动能转换成电能。可以为每种运行模式提供不同的发电机装置，或者同一发电机装置可以用于两种运行模式。发电机可以位于风力涡轮机的机舱中。它可以借助于一个或多个轴以及可选的齿轮箱与风力转子机械地联接。风力涡轮机可以是不需要齿轮箱的直接驱动风力涡轮机。风力涡轮机可以是逆风风力涡轮机，在空气动力学上被构造成主要在转子的逆风定向上产生能量。它也可以是顺风涡轮机，在空气动力学上被构造成主要在转子的顺风定向上产生能量。
[0013]风力涡轮机的“运行”可以指其中风力涡轮机将动能转换成电能的一种状态或一系列状态。风力涡轮机的“运行模式”可由风力涡轮机的内部参数和/或外部参数来确定。内部参数可表征风力涡轮机的状态，而外部参数可表征风力涡轮机的环境状态和/或风力涡轮机的状态和环境状态之间的关系。风力涡轮机的运行模式可由风力转子的旋转方向、风向、风力涡轮机的偏航角和风力涡轮机叶片的桨距角中的至少一者来确定。在与第二运行模式相反的第一运行模式中，风力涡轮机（特别是风力转子）可以针对发电进行空气动力学优化。第一运行模式可以是正常运行模式，第二运行模式可以是安全或恢复运行模式。
[0014]“风向”可被限定为风力涡轮机转子处或附近的风向，特别是自风力涡轮机的转子的逆风定向。风向可被限定为距风力涡轮机的预先确定的距离处的来风方向，特别是在风力涡轮机的转子和/或其它部分不会显著影响来风的距离处。风向可被限定为风力转子的叶片处的结合的进入和引入的风的方向，其中引入的风可以是由转子和/或风力涡轮机的其它部分在转子的叶片处引入的风。引入的风可以是自由未扰动气流之外的风分量。
[0015]风向可以是平均风向。它可以在风力涡轮机附近的多个位置上取平均。可选地或附加地，它可以在给定的时间段内取平均。风向可在由风力涡轮机的塔架和/或风力涡轮机固定至的地面确定的参考系中限定。风向可以是由风力涡轮机的风速计测量的风向，该风速计特别是安装至风力涡轮机的机舱或塔架的风速计。
[0016]风力转子的“相对于风向定向”可指转子平面相对于风向的定向。它可以指转子平面的表面法线相对于风向的定向。转子平面的表面法线被限定为指向风力涡轮机、特别是指向风力涡轮机的塔架和/或机舱的表面法线。表面法线可以限定在由风力涡轮机的塔架和/或风力涡轮机固定至的地面给出的参考系中。风力转子的定向可与风力涡轮机的偏航角相关，该偏航角可对应于机舱和塔架之间的角度。
[0017]如果风力转子在一种运行模式中逆风定向，而在另一种运行模式中顺风定向，则可以实现两种运行模式中的“沿相反方向定向”。当且仅当风向和转子平面的表面法线的标
量积为正时，风力转子可被限定为“逆风”定向。当且仅当风向和转子平面的表面法线的标量积为负时，风力转子可被限定为“顺风”定向。
[0018]在逆风定向中，风力涡轮机的转子可相对于塔架逆风定位。在顺风定向中，风力涡轮机的转子可相对于塔架顺风定位。
[0019]当且仅当风向和表面法线之间的角度小于90
°
，特别是小于30
°
，特别是小于8
°
时，可以实现逆风定向。同样，当且仅当风向和表面法线之间的角度大于90
°
，特别是大于150
°
，特别是大于172
°
时，可以实现顺风定向。顺风和逆风定向的角度范围可以对应，但不需要对应。由于叶片的空气动力学特性所致和/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1. 一种风力涡轮机（100），其包括：风力转子（101）；和发电机（108），所述发电机（108）机械地联接到所述风力转子（101）；其中，所述风力涡轮机（100）被构造成在第一运行模式中和在第二运行模式中运行，其中，在所述第二运行模式中，与所述第一运行模式相比，所述风力转子（101）相对于风向（104）沿相反方向定向；其中，所述风力涡轮机（101）的所述发电机（108）被构造成在所述第一运行模式中和在所述第二运行模式中都产生电力。2.根据前一项权利要求所述的风力涡轮机（100），其特征在于，在所述第二运行模式中，所述发电机（108）为补充的电源产生电力。3.根据前一项权利要求所述的风力涡轮机（100），其特征在于，所述补充的电源被构造成为调节所述风力涡轮机（100）的叶片（306）的桨距角和调节偏航角中的至少一者提供电力。4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机（100），其特征在于，在所述第一运行模式中，所述发电机（108）为电网产生电力。5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机（100），其特征在于，所述第二运行模式是反向运行模式，在所述反向运行模式中，与所述第一运行模式相比，所述风力涡轮机（100）的所述风力转子（101）和/或与所述发电机（108）联接的轴沿相反方向（107）转动。6.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机（100），其特征在于，在给定风速下，所述风力转子（101）在所述第一运行模式中的扭矩大于所述风力转子（101）在所述第二运行模式中的另外的扭矩，特别地，所述风力转子（101）在所述第一运行模式中的扭矩是所述风力转子（101）在所述第二运行模式中的另外的扭矩的至少两倍大。7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机（100），其特征在于，在给定风速下，由所述发电机（108）在所述第一运行模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：