使用风流模型控制风力涡轮机的方法技术

本发明专利技术涉及使用风流模型控制风力涡轮机的方法。具体而言，提供了一种适于控制风力涡轮机（１００）的至少一个工作参数的控制装置（３００），其中，该风力涡轮机（１００）包括机舱（１０３）和具有至少一个转子叶片（１０１）的转子。该控制装置（３００）包括：输入装置，其适于输入指示风力涡轮机（１００）的环境数据的信号；估算单元（３０３），其适于基于当前获得的环境数据（３０６）以及基于先前获得的环境数据（３０５）来产生至少一个控制信号；以及适于输出控制信号的输出装置，该控制信号适用于调整风力涡轮机（１００）的至少一个工作参数。

【技术实现步骤摘要】

本文大体上涉及用于将风能转变成转矩以便驱动发电机的风力涡轮机，并且更具体地涉及用于控制风力涡轮机的工作参数的方法及装置。
技术介绍
风力涡轮机作为一种对环境安全且相对便宜的替代能源变得日益重要。对改善风 力涡轮机性能的日益增加的需求激发了对有关有效控制风力涡轮机的工作参数(例如，风 力涡轮机机舱的偏航角和/或至少一个转子叶片围绕该至少一个转子叶片的纵轴线的桨 距角)的一些努力。 在风力涡轮机中，提供了对转子叶片桨距角的调整，其中，该桨距角为转子叶片相 对于进气流的角度。桨距角的调整是围绕转子叶片轴线来进行的。此外，可测量风力涡轮 机主轴中的变桨力矩(pitchingmoment)或弯曲力矩，以便提供对于控制的输入。
技术实现思路
鉴于上文，提供了一种适于控制风力涡轮机的至少一个工作参数的控制装置，该 风力涡轮机包括机舱和具有至少一个转子叶片的转子，所述控制装置包括输入装置，其适 于输入指示风力涡轮机的环境数据的信号；估算单元，其适于基于当前获得的环境数据以 及基于先前获得的环境数据来产生至少一个控制信号；以及输出装置，其适于输出适用于 调整风力涡轮机的至少一个工作参数的控制信号。 根据另一个方面，提供了一种风力涡轮机，其包括机舱和具有至少一个转子叶片的转子，所述风力涡轮机还包括风传感器单元，其适于在至少一个转子叶片的至少一个径向位置处测量进风的方向和速度作为风数据；旋转传感器，其适于检测风力涡轮机转子的旋转位置；桨距角调整单元，其适于调整至少一个转子叶片的桨距角，以及包括估算单元的控制装置，该估算单元适于基于当前获得的风数据以及基于先前获得的风数据来产生至少一个控制信号，其中，该控制信号适用于调整至少一个转子叶片的桨距角。 根据又一个方面，提供了一种用于控制风力涡轮机的至少一个工作参数的方法，该风力涡轮机包括机舱和具有至少一个转子叶片的转子，所述方法包括如下步骤测量在风力涡轮机位置处的实际环境数据、储存所测得的环境数据、基于当前获得的环境数据以及基于先前获得的环境数据来产生至少一个控制信号，以及基于该控制信号来调整风力涡轮机的至少一个工作参数。 其它的示例性实施例则根据从属权利要求、说明书及附图。 附图说明 在包括参照附图的余下说明中向本领域的普通技术人员更为具体地阐述了本发 明(包括其最佳模式)的完整和能够实现的公开内容，在附图中 图1为包括根据典型实施例的控制装置的风力涡轮机的侧视图，该风力涡轮机具有管状塔架及位于管状塔架顶上的可旋转机舱； 图2为提供在图1中所示风力涡轮机机舱内的传感器和控制单元的详细视图； 图3描绘了根据典型实施例的控制装置的框图，该控制装置被提供有来自于数据获取单元的传感器数据并且提供控制信号用于促动器装置； 图4为示出在图3中所示控制装置的估算单元内的数据流的框图； 图5示出了对于时间轴上的不同时刻在风力涡轮机转子的一次旋转期间所获得的数据点； 图6为对于特定时刻在转子叶片的一次旋转期间所获得的数据点的另一示图；以 及 图7为用于控制根据典型实施例的风力涡轮机的至少一个工作参数的方法的流 程图。 零件清单 100风力涡轮机 101转子叶片 102管状塔架 103机舱 104桨毂 105风向 106偏航角 107竖直轴线 108桨距角 109变桨力矩 110旋转传感器 lll齿轮箱 112主轴 200数据获取单元 201指示器(pilot tube)传感器 202风向传感器 203风速传感器 204气压传感器 205温度传感器 206湿度传感器 207风速计单元 208变桨力矩检测器 209基于叶片的传感器系统 210基于机舱的传感器系统 211基于塔架的传感器系统 300控制装置 301输入单元 302输出单元 303估算单元 304存储器单元 305先前的环境数据 306当前的环境数据 307将来的环境数据 400促动器装置 401偏航角调整单元 402桨距角调整单元 501风速 502风向 503风速变量 504风向变量 601经过的时间/时间轴 602先前的风数据 603先前的风数据 604先前的风数据 605将来的风数据 606将来的风数据 607数据点 608转子区域具体实施例方式现将更为详细地参照各个示例性实施例，在附图中示出了其中的一个或多个实 例。各个实例通过举例的方式提供而非意在进行限制。例如，示为或描述为一个实施例的 一部分的特征可用于其它实施例或结合其它实施例来使用，以产生又一个实施例。本公开 内容意图包括此类修改和变型。 下文将阐述多个实施例。在这种情况下，相同的结构特征在附图中由相同的参考 标号标示。附图中所示的结构并未按真实比例绘制，而是仅便于对实施例的更好理解。 图1为根据典型实施例的风力涡轮机100的侧视图。风力涡轮机100包括管状塔 架102和可旋转地布置在管状塔架102顶上的机舱103。机舱103可围绕管状塔架102的 竖直轴线107旋转。围绕竖直轴线107的旋转角示为风力涡轮机的偏航角106。 为了调整风力涡轮机100的偏航角106，在机舱103处提供了偏航角调整单元 401。机舱103包括具有至少一个转子叶片101以便将风能转变成围绕主轴112的旋转能 的转子。转子包括作为在至少一个转子叶片101与通常围绕水平轴线旋转的主轴112之间 的连接件而提供的浆毂104。偏航角106相对于进风方向105进行调整。 由于水平的风切变，可能会出现围绕水平轴线作用的变桨力矩109，该水平轴线通 常垂直于竖直轴线107和主轴112二者。在转子的一次旋转期间，变桨力矩可通过至少一个 转子叶片的桨距角108来进行调整。桨距角108为转子叶片(翼型件)相对于进气流105的角度，其中，对桨距角108的调整围绕转子叶片轴线进行。环境状况如风向和风速，可直 接地经由风速计单元(图1中未示出)或间接地经由基于机舱的传感器系统210或基于塔 架的传感器系统211来测量。 风力涡轮机100主轴112中的变桨力矩可以测得，以便提供对于负载控制的输入。这种负载控制取决于环境状况，例如，负载控制取决于进风的风速和风向。工作参数如机舱的偏航角和转子叶片的桨距角相对于变化的风速和风向进行改变。因此，有效控制风力涡轮机的工作参数将提供从风能至旋转能的良好能量转换，以用于驱动发电机。 基于机舱的传感器系统210和基于塔架的传感器系统211可用于测量在转子旋转期间出现的变桨力矩以及因风力和/或风切变所引起的变桨力矩。 图2为与图1中所示的风力涡轮机100的机舱103 —起提供的构件的详细视图。 连接到至少一个转子叶片101上的浆毂104提供对主轴112的旋转。主轴112连接到齿轮 箱111上，以便使旋转转子的旋转频率与发电机(图2中未示出)的旋转输入频率相适应。 转子的旋转位置通过连接到可旋转的主轴112上的旋转传感器110来检测。 旋转传感器110的输出信号供送给控制装置300。此外，至少一个转子叶片101可 包括基于叶片的传感器系统209，该系统209在控制装置300之前提供诸如风速和风向的传 感器信号。此外，控制装置300接收来自于基于机舱的传感器系统210和基于塔架的传感 器系统211的输出信号。根据典型实施例的控制装置300还包括估算单元303，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于控制风力涡轮机（１００）的至少一个工作参数的控制装置（３００），所述风力涡轮机（１００）包括机舱（１０３）和具有至少一个转子叶片（１０１）的转子，所述控制装置（３００）包括：输入装置，其适于输入指示所述风力涡轮机（１００）的环境数据的信号；估算单元（３０３），其适于基于当前获得的环境数据（３０６）以及基于先前获得的环境数据（３０５）来产生至少一个控制信号；以及适于输出所述控制信号的输出装置，所述控制信号适用于调整所述风力涡轮机（１００）的至少一个工作参数。

【技术特征摘要】
US 2008-10-9 12/248238一种适于控制风力涡轮机(100)的至少一个工作参数的控制装置(300)，所述风力涡轮机(100)包括机舱(103)和具有至少一个转子叶片(101)的转子，所述控制装置(300)包括输入装置，其适于输入指示所述风力涡轮机(100)的环境数据的信号；估算单元(303)，其适于基于当前获得的环境数据(306)以及基于先前获得的环境数据(305)来产生至少一个控制信号；以及适于输出所述控制信号的输出装置，所述控制信号适用于调整所述风力涡轮机(100)的至少一个工作参数。2. 根据权利要求l所述的控制装置(300)，其特征在于，提供了数据获取单元(200)，所 述数据获取单元(200)适用于获得所述风力涡轮机(100)的环境数据。3. 根据权利要求1所述的控制装置(300)，其特征在于，提供了促动器单元，所述促动 器单元适用于基于所述控制信号来调整所述风力涡轮机(100)的至少一个工作参数。4. 根据权利要求l所述的控制装置(300)，其特征在于，所述至少一个工作参数为所述 风力涡轮机(100)的机舱(103)的偏航角(106)。5. 根据权利要求l所述的控制装置(300)，其特征在于，所述至少一个工作参数为所述 风力涡轮机(100)的至少一个转子叶片(101)的桨距角(108)。6. 根据权利要求l所述的控制装置(300)，其特征在于，所述至少一个控制信号是基于 所述转子的旋转位置而提供的。7. 根据权利要求l所述的控制装置(300)，其特征在于，所述环境数据为包括在所述风 力涡轮机(100)位置处的风向和风速中的至少一者的空气动力流动性质。8. 根据权利要求l所述的控制装置(300)，其特征在于，提供了存储器单元(304)，所述 存储器单元(304)适用于储存先前获得的环境数据(305)。9. 根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：H肖尔特沃辛克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]