基于控制信号进行偏航控制的偏航系统技术方案

一种风力涡轮机(10)包括安装成在塔架(12)上移动以向电网(104)提供电力的机舱(14)和包括可操作为向风力涡轮机(10)提供偏航功能并使机舱(14)关于塔架(12)移动的一个或多个偏航马达(46)的偏航系统。用于偏航功能的控制器(70、80)与偏航系统联接，用于在偏航功能中控制偏航马达(46)的操作。反映电网(104)的电网条件、诸如电网电压的控制信号(108)被提供给控制器(70、80)。评估控制信号(108)，控制器(70、80)基于控制信号(108)选择性地延迟偏航功能。在另一个实施例中，偏航系统包括用于与独立电源(110)联接的偏航马达(46)的制动器(52)。如果制动器电源(110)没有进行操作，则控制器(70、80)选择性地延迟偏航功能。80)选择性地延迟偏航功能。80)选择性地延迟偏航功能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于控制信号进行偏航控制的偏航系统


[0001]本专利技术大体上涉及风力涡轮机和这种风力涡轮机的偏航控制。

技术介绍

[0002]现代公用事业规模的风力涡轮机通常配备有主动偏航控制系统。偏航控制系统用于移动风力涡轮机的机舱，并确保在电力生成期间机舱和转子面向风。这确保了基于风力条件有效地使用风力涡轮机。
[0003]常见类型的主动偏航控制系统涉及使用电动或液压驱动系统，它们具有与风力涡轮机的机舱联接以相对于塔架在方位角上成角度地移动机舱的多个主动驱动器。通常，机舱通过滚子偏航轴承或滑动偏航轴承安装在塔架上，以允许机舱平稳地偏航。还可以提供偏航制动系统以将机舱保持在特定方位角位置。偏航驱动器可以各自包括偏航马达并且马达共同驱动齿轮元件以用于机舱的移动。通常安装到机舱的带有相应马达和输出齿轮元件的多个偏航驱动器定位成与通常安装到塔架的大齿轮或带齿轮啮合。驱动器可以围绕机舱的底部布置以在偏航控制器的指导下一起操作来提供期望的偏航控制。通常，偏航驱动器的马达可以配备有机电制动器。
[0004]主动偏航控制系统由合适的控制器控制，该控制器例如可以是较大的风力涡轮机控制系统的一部分。控制器的任务是操作各种偏航驱动器并将机舱移动到命令的偏航位置，或移动机舱以相对于相对风向维持零航向。由控制器实现的偏航控制通常基于风的可变性质进行操作，以应对不断变化的风力条件，同时也将偏航驱动器的激活保持在可接受的水平，使磨损最小化。此外，除了风力变化之外的外部条件也被考虑用于风力涡轮机的控制。
[0005]例如，为了确保稳定的电网，风力涡轮机要遵守国家电网合规性要求。那些要求中的一项规定：风力涡轮机必须在电网出现特定电压和频率变化时停止电力生产。该电压变化可以大至标称电压的
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20％至+36％。通常，更极端的变化持续时间更短，诸如几秒钟或有时几分钟。
[0006]对于响应电网变化的连续操作，实际电压变化可能高达+/
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13％。例如，表1是用于控制来自经历变化的电网条件的风力涡轮机的电力生成的电网变化合规性参数的示例性表格。
[0007]超过+36％最长0.15秒
[0008]+25％至+36％最长2秒
[0009]+16％至+25％最长60秒
[0010]+13％至+16％最长1800秒
[0011]+13％至
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13％持续性地
[0012]‑
13％至
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15％最长180秒
[0013]‑
15％至
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20％最长12秒
[0014]表1
[0015]除了风力涡轮机的操作合规性之外，电网电压和频率的变化也会不利地影响偏航控制系统的操作，尤其是偏航驱动器的操作。在具有偏航驱动器或使用电动偏航驱动器(诸如异步感应马达)的驱动系统的风力涡轮机中，马达通常被直接供给受到上述电网电压和频率变化的影响的电力。偏航马达通常还配备有机电制动器。这种偏航制动器需要电源来脱离它们的制动功能。用于制动器的此类电源通常直接从马达接线盒馈送，作为经由整流器馈送的交流或直流电。因此，马达制动器也会受到电网变化的影响。
[0016]通常，电动马达及其制动器被设计为在+/
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10％的电压变化范围内起作用。在该范围之外，它们可能无法正常操作。例如，电动马达可能能够承受较短的过电压突发，但对于过电压情况，由于偏航马达的扭矩较高，因此在阵风期间存在偏航系统过载的风险。在涉及偏航系统的欠压供电的相反情况下，由于偏航马达输出的扭矩较低，因此存在偏航能力过小的风险。
[0017]更进一步地，功率变化场景中出现的另一问题是许多偏航马达制动器在低于
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10％的电压变化的情况下将无法正确脱离。结果，在最坏的情况下，生成的偏航马达扭矩中的大部分将被用于克服来自未正确脱离的制动器的制动扭矩。这导致系统的偏航能力显著降低。当被偏航马达拖动时，未脱离的制动器会提前磨损。更进一步地，偏航马达和偏航系统的其余部分在这种情况下可能会过载。
[0018]因此，需要能够检测与风力涡轮机相关联的电网的变化，并基于检测到的变化来操作和控制偏航系统的改进的系统和方法。

技术实现思路

[0019]在本专利技术的一个实施例中，风力涡轮机包括安装成在塔架上移动以向电网提供电力的机舱。风力涡轮机具有偏航系统，偏航系统带有一个或多个偏航马达，所述一个或多个偏航马达可操作为向风力涡轮机提供偏航功能并使机舱关于塔架移动。控制器与偏航系统联接，用于在偏航功能中控制偏航马达的操作。向控制器提供反映电网的电网条件的控制信号，并且控制器被配置为评估控制信号并基于控制信号选择性地将偏航功能延迟一段时间，并在延迟期满后继续进行偏航功能。例如，控制器可以使用用于执行偏航功能的合适的电网变化范围(诸如电压或频率)。控制器将控制信号与电网变化范围进行比较，并基于该比较选择性地延迟偏航功能。如果控制信号在电网变化范围之外，偏航功能可能被延迟。该延迟可以是时间延迟。
[0020]在一个实施例中，控制器在确定控制信号在电网变化范围之外时还被配置为随时间周期性地将控制信号与电网变化范围进行比较。如果控制信号指示电网条件在可接受的范围内，这允许偏航功能继续进行。
[0021]在另一个实施例中，即使控制信号指示电网条件不在可接受的范围内，如果已经过去足够的时间，也可以使用延迟的时间限制以执行偏航功能。为此，控制器可以使用时间限制并且控制器被配置为确定偏航功能的延迟是否超过时间限制，并且如果延迟超过时间限制则将继续进行偏航功能。
[0022]在另一个实施例中，偏航系统包括用于与偏航马达相互作用的一个或多个制动器和用于制动器的单独电源。控制器使用反映用于制动器的电源的制动器控制信号。控制器被配置为评估制动器控制信号并且基于制动器控制信号选择性地延迟偏航功能。例如，制
动器控制信号可以反映制动器电源是否进行操作。如果制动器电源不进行操作，则偏航功能被选择性地延迟。
附图说明
[0023]被结合到本说明书中并构成本说明书的一部分的附图图示了本专利技术的各种实施例，并且与上面给出的本专利技术的一般性描述以及下面给出的实施例的详细描述一起用于解释本专利技术的实施例。
[0024]图1是根据本专利技术的实施例的示例性风力涡轮机的透视图，该风力涡轮机包括机舱和转子。
[0025]图2是图1的转子的一部分的局部前视图，其示出了附接到转子的轮毂的叶片。
[0026]图3是用于图1的风力涡轮机的偏航系统的一部分的截面图。
[0027]图3A是用于图1的风力涡轮机的偏航系统的各种偏航驱动部件的透视图。
[0028]图3B是如图3A所示的示例性偏航驱动器的偏航马达和制动元件的透视图。
[0029]图4是用于控制偏航马达以在风力涡轮机中提供偏航功能的偏航控制系统的示意图。
[0030]图5是实现偏航控制系统的示例性风力涡轮机控制系统的示意图。
[0031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(10)，所述风力涡轮机(10)包括安装成在塔架(12)上移动以向电网(104)提供电力的机舱(14)，所述风力涡轮机(10)包括：包括至少一个偏航马达(46)的偏航系统，所述至少一个偏航马达(46)可操作为向所述风力涡轮机(10)提供偏航功能并使所述机舱(14)关于所述塔架(12)移动；控制器(70、80)，所述控制器(70、80)与所述偏航系统联接以在所述偏航功能中控制所述至少一个偏航马达(46)的操作；提供给所述控制器(70、80)的反映电网(10)的电网条件的控制信号(108)；所述控制器(70、80)被配置为评估所述控制信号(108)并基于所述控制信号(108)选择性地延迟所述偏航功能，并且在所述延迟期满之后继续进行所述偏航功能。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机(10)，其中，所述控制器(70、80)包括与所述电网(104)相关联的操作的电网变化范围，所述控制器(70、80)将所述控制信号(108)与所述电网变化范围进行比较，并基于所述比较选择性地延迟所述偏航功能。3.根据权利要求2所述的风力涡轮机(10)，其中，如果所述控制信号(108)在所述电网变化范围之外，则所述偏航功能被延迟。4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(10)，其中，提供给所述控制器(70、80)的控制信号(108)反映所述电网(104)的电网电压。5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(10)，其中，所述控制器(70、80)在确定所述控制信号(108)在所述电网变化范围之外时还被配置为随时间周期性地将所述控制信号(108)与所述电网变化范围进行比较。6.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(10)，其中，所述偏航功能被选择性地延迟预设的延迟时间。7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(10)，所述控制器(70、80)包括时间限制，并且所述控制器(70、80)被配置为确定所述偏航功能的延迟是否超过所述时间限制，如果所述延迟超过所述时间限制，则继续进行所述偏航功能。8.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(10)，其中，所述偏航系统还包括用于对所述至少一个偏航马达(46)进行制动的至少一个制动器(52)和用于所述制动器的单独电源(110)，反映用于所述制动器的电源的制动器控制信号(112)被提供给所述控制器(70、80)，并且所述控制器(70、80)还被配置为评估所述制动器控制信号(112)并基于所述制动器控制信号(112)选择性地延迟所述偏航功能。9.根据权利要求8所述的风力涡轮机(10)，其中，所述制动器控制信号(112)反映所述制动器电源(110)是否进行操作，所述控制器(70、80)还被配置为评估所述制动器控制信号(112...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
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：