减小风力涡轮机的传动系中的扭转振荡的方法技术

本发明专利技术涉及一种在电网缺失的情况下减小在风力涡轮机的传动系中的扭转振荡的方法。根据该方法，在电网缺失之后，制动力矩在一个时间段期间施加到传动系上，并且所述时间段根据传动系的扭转谐振频率来确定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种控制风力涡轮机的方法。更准确地说，本专利技术涉及一种在电网 缺失(gridloss)情况下的控制风力涡轮机的方法。
技术介绍
现代风力涡轮机通常用来将电力供给到电网中。这种种类的风力涡轮机通常包 括具有多个叶片的转子。具有叶片的转子在风对于叶片的影响下进行转动。转子轴的转 动直接驱动发电机转子(“直接驱动”)，或者通过齿轮箱的使用驱动发电机转子。在正常操作期间，风力涡轮机的转速由作用在发电机上的磁性力矩和作用在转 子上的空气动力学力矩控制。另外，通常预见到具有制动系统。用于控制作用在风力涡轮机的转子上的空气动力学力矩的各种途径是已知的。 在“桨距-调节的”风力涡轮机中，转子叶片可绕其纵向轴线转动，以控制风对于叶片 的攻角。在“被动-失速”调节的风力涡轮机中，当风速增大到预定风速以上时，失速 在叶片上自动地发生。空气动力学力矩由此受到限制。制动系统通常机械地作用在低速轴上，或者作用在高速轴上。电气作用在发电 机上的制动系统也是已知的。在桨距-调节的风力涡轮机中，叶片相对于其顺桨位置的 俯仰(pitching)用来使风力涡轮机减速。(机械)制动器仅用来达到风力涡轮机的完全停 止，或者将涡轮机保持在其停置-位置中。如以前提到的那样，在正常操作期间，风力涡轮机的转速尤其由作用在发电机 上的磁性力矩控制。传动系的元件(转子轴或低速轴、齿轮箱、高速轴、发电机)在作 用在转子上的空气动力学力矩和作用在发电机上的磁性力矩的影响下弹性地变形。势能 以这种弹性变形的方式存储。当电网缺失发生时，在发电机处的磁性力矩非常突然地失 去，并且传动系的势能转化成动能。因此，传动系经受扭转振荡。这些振荡特别是对于 齿轮箱可能非常有害，并且可能显著地降低其寿命。在现有技术中，处理电网缺失的和减小扭转振荡的各种方法是已知的。WO 2007/082642描述了一种通过减小转子叶片的桨距角、随后将机械制动器施加在高速轴上 而处理电网缺失的方法。W02004/098968描述了一种在电网失效情况下的制动方法。制 动装置作用在高速轴上。控制制动器的液压压力，直到风力涡轮机达到完全停止。所述 装置和其控制方法特别适于用在“失速-调节的”风力涡轮机中。WO 03/040556描述 了一种使风力涡轮机减速的方法，该方法的目的在于避免扭转振荡。在该方法中，基于 风能转换器的自然频率，按预定的时间顺序调节制动器的减速力矩。US 6,254,197描述了 一种可选择的液压制动系统和一种控制它的方法。描述的具体方法规定，首先施加空气 动力学制动器(叶片的可动末端)和在15秒的时段之后施加机械制动器。现有技术方法复杂并因此是昂贵的。此外，它们还不能始终产生满意的结果。 所以，存在对一种在电网缺失情况下改进的控制风力涡轮机的方法的需要，该方法能可 靠和容易地应用于现代风力涡轮机。
技术实现思路
本专利技术的目标在于实现这个目的。该目的由根据权利要求1的方法实现。另外 的有利的实施例在从属权利要求中描述。在电网缺失的情况下，制动力矩在一个时间段期间施加到传动系上，所述时间 段根据传动系的扭转谐振频率来确定。风力涡轮机的传动系具有对于每个传动系并因而 对于每种类型的风力涡轮机是唯一的扭转谐振频率。在电网缺失时，发电机的磁性力矩 消失，并且传动系将以是其扭转谐振频率的频率开始振荡。因此在确定制动时段时应该 考虑这个频率。因而将本专利技术投入实施的途径是确定传动系的谐振频率；根据该谐振 频率确定(计算)所需的制动时段；以及在电网缺失之后，在确定的制动时段期间施加制 动器。优选地，所述时间段也根据在电网缺失的瞬时与施加制动力矩的瞬时之间发生 的延迟来确定。为了得到减小的扭转振荡的最佳结果，制动器只应该在紧随电网缺失的 时段中(在该时段中低速轴的力矩正在减小，即在其中传动系正在“退绕”的时段中) 被致动。在低速轴中的力矩正在增大时施加制动器，可能导致增大扭转振荡的后果。因 此，也优选考虑在电网缺失的瞬时与施加制动力矩的瞬时之间发生的延迟来确定制动时 段。因此根据这种优选方法，将本专利技术投入实施的途径是确定传动系的谐振频率；确 定在电网缺失的瞬时与施加制动力矩的瞬时之间发生的延迟；然后根据这两个参数来确 定(计算)所需的制动时段；以及在电网缺失之后，在确定的制动时段期间施加制动器。优选地，基本上在探测到电网缺失之后立即致动制动器。任何制动系统都可以用在根据本专利技术的方法中，并且每个制动系统将具有固有 最小反应时间。制动系统对于电网缺失的反应越快，在传动系仍在退绕时制动力矩可施 加的时间越长。优选地，将所述时间段确定成是在最大允许时段的50%到100%之间，所述最 大允许时段被确定为传动系的扭转谐振时段的一半减去在电网缺失的瞬时与施加制动力 矩的瞬时之间的延迟。更优选地，将所述时间段确定成是在所述最大允许时段的70%到100%之间， 并且最优选地在80%到100%之间。换句话说，所述时间段理想地选择成刚好小于传动系的扭转谐振时段的一半减 去在电网缺失的瞬时与施加制动力矩的瞬时之间发生的延迟，即，最大制动时段根据如 下公式确定tmax—brake= 0.5*tresonanc_period_power_train-tdelay如以前提到的那样，为了得到减小的扭转振荡的最佳结果，制动器只应该在紧 随电网缺失的时段中(在该时段中低速轴的力矩正在减小，即在其中传动系正在“退 绕”的时段中)被致动。传动系在第一扭转振荡时段的开始半时段期间正在退绕。理想 地，制动器应该在这个全部时间期间被致动。然而，没有制动系统能没有延迟地反应。 因此，这种延迟(在电网缺失的瞬时与施加制动力矩的瞬时之间的时间)应该从该半振荡 时段扣除，以确定最大制动时段。因而公式给出最大制动时段。理想地，制动器在这个 最大制动时段内施加得尽可能长(以具有其最大效果)。优选地，制动时段是近似0.4秒。已经发现，近似0.4秒的制动时段对于显著地 减小扭转振荡是足够长的，而同时是如此之短，以致低速轴的力矩仍在减小。优选地，制动力矩在单个短时间段期间施加。在已经停止制动器之后，不必为 了进一步减小扭转振荡而重新致动制动器。优选地，考虑在电网缺失的瞬时的风速来确定由制动器施加的制动力矩。更优 选地，考虑作用在转子上的空气动力学力矩来确定制动力矩。可选择地，考虑在电网缺 失的瞬时由发电机产生的电功率来确定制动力矩。最有利的结果不一定通过施加最大可 得的制动力矩而实现。而是存在在方法中要使用的最佳制动力矩。在风力涡轮机的操作期间，通常测量盛行风的速度。因此，确定最佳制动力矩 的途径是考虑在电网缺失的瞬时的风速。确定最佳制动力矩的更准确的途径会考虑在电网缺失的瞬时的空气动力学力 矩。在该瞬时的空气动力学力矩不仅取决于风速，而且也例如取决于叶片的桨距角。更 优选地，考虑制动的时段、在电网缺失的瞬时与施加制动力矩的瞬时之间发生的延迟、 以及在电网缺失的瞬时的空气动力学力矩来确定最佳制动力矩。这可使用如下公式表达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在电网缺失的情况下减小风力涡轮机的传动系中的扭转振荡的方法，其特征在于，在电网缺失之后，在一个时间段期间将制动力矩施加到传动系上，所述时间段根据传动系的扭转谐振频率而确定。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2008-5-14 08156209.21.一种在电网缺失的情况下减小风力涡轮机的传动系中的扭转振荡的方法，其特征 在于，在电网缺失之后，在一个时间段期间将制动力矩施加到传动系上，所述时间段根 据传动系的扭转谐振频率而确定。2.根据权利要求1所述的减小扭转振荡的方法，其特征在于，所述时间段也根据在电 网缺失的瞬时与施加制动力矩的瞬时之间发生的延迟而确定。3.根据任一前述权利要求所述的减小扭转振荡的方法，其特征在于，在电网缺失发 生之后基本上立即施加制动力矩。4.根据权利要求2或3所述的减小扭转振荡的方法，其特征在于，将所述时间段确定 成是在最大允许时段的50%到100%之间，所述最大允许时段被确定为传动系的扭转谐 振时段的一半减去在电网缺失的瞬时与施加制动力矩的瞬时之间发生的延迟。5.根据权利要求4所述的减小扭转振荡的方法，其特征在于，将所述时间段确定成是 在所述最大允许时段的70%到100%之间，优选在80%到100%之间。6.根据任一前述权利要求所述的减小扭转振荡的方法，其特征在于，所述时间段是 近似0.4秒。7.根据任一前述权利要求所述的减小扭转振荡的方法，其特征在于，在单个时间段 期间施加制动力矩。8.根据任一前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：D卡斯特利马丁内斯，C卡萨诺瓦斯贝尔梅霍，
申请(专利权)人：埃科泰克尼亚可再生能源有限公司，
类型：发明
国别省市：ES[西班牙]