用于多转子风力涡轮机的前束角控制制造技术

本发明专利技术涉及一种多转子风力涡轮机，包括通过相应的偏航系统被安装在支撑装置上的至少两个转子机舱组合体，以及用于控制转子机舱组合体相对于5支撑装置的前束角的前束角控制系统；其中前束角控制系统被配置为在第一模式下运行，在第一模式下，当风力涡轮机在主要生产模式下发电时，转子机舱组合体被保持处于正前束角；其中，前束角控制系统还被配置为监测风力涡轮机的运行模式，并且在已满足基于运行模式的触发条件的情况下切换到第二模式，在第二模式下，转子机舱组合体的偏航系统被运行以10减小转子机舱组合体的前束角。减小转子机舱组合体的前束角。减小转子机舱组合体的前束角。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多转子风力涡轮机的前束角控制


[0001]本专利技术涉及用于多转子风力涡轮机的控制系统，包括这种控制系统的多转子风力涡轮机，以及控制多转子风力涡轮机的方法。

技术介绍

[0002]风力发电行业的总体趋势是使用具有更大转子的越来越大的风力涡轮机，以使来自每个风力涡轮机的功率输出最大化，从而降低电力生产的成本。
[0003]提供大型、经济高效的风力涡轮机的一种方法是多转子风力涡轮机(MR风力涡轮机)，图1示意性地示出了一个示例。MR风力涡轮机1包括多个转子机舱组合体(RNA)3，每个转子机舱组合体包括转子4和被容纳在机舱5内且被配置成用于发电的发电机。RNA3各自通过支撑装置6安装在共同的塔架2上，该支撑装置包括一个或多个RNA支撑元件，例如臂8，这些RNA支撑元件沿相反方向从塔架2向外延伸。图1示出了具有呈单层布置的4个RNA的涡轮机，但使用两个或更多个RNA的其他布置方式也是可行的。
[0004]支撑装置6可以通过中央偏航系统9安装到塔架上，该中央偏航系统被配置为改变支撑装置6相对于塔架2的偏航角，从而使安装在其上的RNA3与盛行(prevailing)风向一致。中央偏航系统9可以是被配置为相对于塔架2移动支撑装置6的主动系统，或者是被配置为利用风力来控制支撑装置6的角度的被动系统，如US2018023543和US2019048847中所述的。
[0005]EP3339631描述了一种多转子风力涡轮机，其中一对面向上风/下风的RNA通过单独的偏航系统被附加地安装在共同的横梁上，该单独的偏航系统被配置为使RNA相对于横梁偏航，以便单独地调整RNA与盛行风向的对准。
[0006]RNA3的前束角(toe angle)可被定义为转子4所在的平面4'与支撑装置6之间在水平面内的角A，如图2中所示的。应理解的是，转子4的平面4'是转子在其中旋转的平面，也就是垂直于转子的旋转轴的平面。在一些情况下，RNA 3的前束角可以相对于RNA 3被安装在其上的臂8的纵向方向进行测量。然而，当支撑臂8不在共同的竖直平面内延伸时，例如，当支撑臂8在迎风方向上成角度时，RNA 3的前束角优选是相对于整个支撑装置6的平面6'测量的，该平面是通过RNA3的安装点或偏航轴的竖直平面。
[0007]在一些情况下，转子4的叶片可被布置成圆锥角，使得叶片的纵轴不垂直于转子4的旋转轴。例如，转子4的叶片可以在迎风方向上远离支撑装置6成角度，以增加叶片的末端和支撑装置6之间的间隙。(应理解的是，在这种情况下，转子4的平面4'仍然垂直于转子的旋转轴，并且不受叶片的圆锥角的影响。)
[0008]为了确保叶片的末端和支撑装置6之间有足够的末端间隙，RNA 1也可被操作而处于正前束角，如图2所示的。(应理解的是，出于例示说明性的目的，图2中的正前束角的大小被夸大了。)选择正前束角进一步增加了末端间隙。然而，所产生的转子4的轴线与盛行风向之间的偏航误差的增加，也可能导致转子4、支撑装置6和塔架2在强风条件下的负载增加。
[0009]正是在这种背景下本专利技术已被设计出来。

技术实现思路

[0010]本专利技术的第一方面提供了一种多转子风力涡轮机，包括通过相应的偏航系统被安装在支撑装置上的至少两个转子机舱组合体，以及用于控制转子机舱组合体相对于支撑装置的前束角的前束角控制系统；其中前束角控制系统被配置为在第一模式下运行，在第一模式下，当风力涡轮机在主要生产模式下发电时，转子机舱组合体被保持处于正前束角；其中，前束角控制系统还被配置为监测风力涡轮机的运行模式，并且在已满足基于运行模式的触发条件的情况下切换到第二模式，在第二模式下，转子机舱组合体的偏航系统被运行以减小转子机舱组合体的前束角。
[0011]通过在第一模式下将转子机舱组合体保持处于正前束角，前束角控制系统能够确保在风力涡轮机正在其主要生产模式下运行而发电时转子机舱组合体的叶片末端与支撑装置之间有足够的末端间隙。然而，通过切换到其中转子机舱组合体的前束角被减小的第二模式，前束角控制系统也允许每个转子机舱组合体的偏航误差在一定的运行条件下被最小化，例如在高风速的情况下。通过这种方式，本专利技术能够减小风力涡轮机在极端天气条件下所承受的负载，从而使风力涡轮机的包括叶片在内的各种部件的重量和成本得以降低。
[0012]根据本专利技术的实施例，可以设置各种不同的基于运行模式的触发条件，以使前束角控制系统切换到第二模式，从而减小转子机舱组合体的前束角。例如，基于运行模式的触发条件可包括以下中的任何一项或多项：a)风力涡轮机已退出主要生产模式，b)风力涡轮机已进入降额生产模式或高风生产模式，c)风力涡轮机因高风速已进入切出模式或空转模式，d)风力涡轮机已进入关机模式或断开模式，其中风力涡轮机与电网断开。
[0013]在一些实施例中，只要已检测到上述运行或模式中的一个或多个，前束角控制系统可被配置为自动切换到第二模式。然而，在其他实施例中，基于运行模式的触发条件也可包括进一步的要求，其中至少一些要求可与风力涡轮机的运行模式或生产状态不直接相关。
[0014]例如，基于运行模式的触发条件可以附加地包括与风速有关的要求，这可导致前束角控制系统仅在一定的风况下被切换到第二模式。在这种情况下，前束角控制系统可被配置为计算或接收测量到的或估计的风速，将测量到的或估计的风速与风速阈值进行比较，并仅在已超过风速阈值情况下切换到第二模式。在一个具体的示例中，风速阈值可等于风力涡轮机的切出速度。然而，在其他实施例中，可设置更高的风速阈值。
[0015]替代性地或此外，基于运行模式的触发条件可包括与单个的转子机舱组合体的运行状态有关的一个或多个要求。例如，转子机舱组合体的运行状态的要求可包括以下中的任一项或多项：对于转子机舱组合体中的至少一个来说，电力输出已下降到阈值水平以下，转子速度已下降到阈值水平以下，转子已停止并且叶片已被顺桨而超过阈值位置。在这种情况下，前束角控制系统可被配置为仅在一个或多个转子机舱组合体已满足一定的预定运行标准的情况下才切换到第二模式，或者只对满足了一定的预定运行标准的转子机舱组合体应用第二模式。
[0016]前束角控制系统可被配置为当在第一模式下运行时保持转子机舱组合体的至少基本恒定的前束角。通过这种方式，前束角控制系统可具有尤其简单和可靠的设计。然而，控制系统也可被配置成当前束角控制系统在第一模式下运行时，通过转子机舱组合体的偏航系统进行偏航角调整，例如，响应于风向的快速变化。
[0017]前束角控制系统可被配置为当在第一模式下运行时保持转子机舱组合体的至少2度的正前束角，优选是处于2度至8度的范围内的前束角。在一个具体实施例中，前束角控制系统可被配置为当在第一模式下运行时保持约6度的正前束角，但其他数值也是可行的。
[0018]前束角控制系统可被配置为当在第二模式下运行时保持转子机舱组合体的约为0度的至少基本恒定的前束角。应理解的是，0度的前束角也对应于0度的偏航误差(前提是支撑装置已经与盛行风向对准)。一般来说，一旦前束角控制系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多转子风力涡轮机，包括通过相应的偏航系统被安装在支撑装置上的至少两个转子机舱组合体，以及用于控制所述转子机舱组合体相对于所述支撑装置的前束角的前束角控制系统；其中，所述前束角控制系统被配置为在第一模式下运行，在所述第一模式下，当所述风力涡轮机在主要生产模式下发电时，所述转子机舱组合体被保持处于正前束角；其中，所述前束角控制系统还被配置为监测所述风力涡轮机的运行模式，并且在已经满足基于运行模式的触发条件的情况下切换到第二模式，在所述第二模式下，所述转子机舱组合体的所述偏航系统被运行以减小所述转子机舱组合体的所述前束角。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述基于运行模式的触发条件包括所述风力涡轮机已退出所述主要生产模式。3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中，所述基于运行模式的触发条件包括所述风力涡轮机已进入降额生产模式或高风生产模式。4.根据任一前述权利要求所述的风力涡轮机，其中，所述基于运行模式的触发条件包括所述风力涡轮机已进入切出模式或空转模式。5.根据任一前述权利要求所述的风力涡轮机，其中，所述基于运行模式的触发条件包括所述风力涡轮机已进入关机模式或断开模式。6.根据任一前述权利要求所述的风力涡轮机，其中，所述基于运行模式的触发条件包括与风速有关的要求。7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其中，所述与风速有关的要求包括测量到的或估计的风速已超过风速阈值。8.根据任一前述权利要求所述的风力涡轮机，其中，所述基于运行模式的触发条件包括与单个的转子机舱组合体的运行状态相关的一个或多个要求。9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其中，所述转子机舱组合体的运行状态要求包括以下中的一项或多项：对于所述转子机舱组合体中的至少一个来说，电力输出已下降到阈值水平以下，转子速度已下降到阈值水平以下，转子已停止以及叶片已被顺桨。10.根据任一前述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
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：