风力涡轮机、控制风力涡轮机的方法及其用途技术

本发明专利技术提供一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括：转子，该转子包括至少一个转子叶片；偏航控制系统，该偏航控制系统包括偏航控制装置、具有一个或更多个偏航马达的偏航机构以及偏航轴承；记录装置，该记录装置用于记录所述风力涡轮机相对于公共电网的空转电力产生状态；以及检测装置，该检测装置用于检测一个或更多个所述叶片中的沿边振荡。当所述记录装置记录所述风力涡轮机在空转电力产生状态下操作并且所述检测装置检测到一个或更多个所述转子叶片中的沿边振荡时，所述偏航控制系统适于改变风力涡轮机机舱的偏航位置，由此减缓或消除所述沿边振荡。本发明专利技术还涉及用于控制风力涡轮机的方法及其用途。

【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风力涡轮机、用于控制风力涡轮机的方法及其用途。
技术介绍
本领域中已知的风力涡轮机包括锥形风力涡轮机塔和位于该塔的顶部上的风力 涡轮机机舱。具有多个风力涡轮机叶片的风力涡轮机转子通过低速轴连接至机舱，如图1 所示，该低速轴延伸到机舱前端的外部。不期望风力涡轮机叶片振荡和振动的原因是它们不必要地张紧叶片和风力涡轮 机结构，这在最不利的情况下会导致风力涡轮机的叶片或其它部件的寿命缩短。具体而言， 不期望沿边(edgewise)振荡的原因是叶片对该振荡模式的缓冲较小。沿边振荡是沿叶片 的后缘与前缘之间的弦的振荡，但是由于现代风方涡轮机的复杂的叶片设计，特别是因为 叶片在其纵向长度上扭曲，因此，沿边振荡通常在一定程度上与沿翼(flap-wise)振荡结 合，该沿翼振荡是在叶片的压力侧与下风侧之间的振荡，即，与沿边方向基本上垂直。当转子旋转且风力涡轮机向公共电网产生电力时，S卩，风力涡轮机操作时，通常在 失速型风力涡轮机与变桨距型风力涡轮机中可见沿边振荡。失速型风力涡轮机主要在超过 失速点的疾风下操作时发生该问题，变桨距型风力涡轮机主要在突然的阵风可导致叶片即 刻失速的疾风下操作时发生该问题。但是当风力涡轮机和风力涡轮机叶片变得越来越大时，叶片的特性(例如叶片的 减振和/或叶片的本征频率)从而改变，因此在风力涡轮机的未操作的叶片中，即在转子空 转或完全停止的风力涡轮机中，还已知发生沿边振荡，因此风力涡轮机基本上不向公共电 网产生电力。防止沿边振荡的已知措施完全是为了操作风力涡轮机，因此这些措施对于非操作 的风力涡轮机或多或少地没有效果。因此本专利技术的目的是提供有利的技术，用于缓冲或消除相对于公共电网在空转电 力产生状态下操作的风力涡轮机的叶片中的沿边振荡。
技术实现思路
本专利技术提供一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括转子，该转子包括至少一个转子 叶片；偏航控制系统，该偏航控制系统包括偏航控制装置、具有一个或更多个偏航马达的偏 航机构以及偏航轴承；记录装置，该记录装置用于记录所述风力涡轮机相对于公共电网的 空转电力产生状态；以及检测装置，该检测装置用于检测一个或更多个所述叶片中的沿边 振荡。当所述记录装置记录所述风力涡轮机在空转电力产生状态下操作并且所述检测装置 检测到一个或更多个所述转子叶片中的沿边振荡时，所述偏航控制系统适于改变风力涡轮 机机舱的偏航位置，由此减缓或消除所述沿边振荡。某些条件会影响在空转风力涡轮机转子叶片中产生沿边振荡风必须具有一定的 某一临界风速；所述转子叶片必须具有某一设计；所述转子叶片必须置于某一桨距角；所述转子平面相对于进来的风的方向必须呈某一角度等。风力涡轮机本身具有改变或变更所述机舱的所述偏航角的能力，以使转子平面相 对于进来的风的角度最佳。尽管为了其它目的，而在风力涡轮机中已具有变更偏航角的能力，并且有利的是 通过利用该能力来改变产生沿边振荡所必需的至少一个条件或者至少改变沿边振荡增大， 以由此提供简单且节省成本的装置，用于缓冲或消除在相对于公共电网在空转电力产生状 态下操作的风力涡轮机的叶片中的沿边振荡。应强调的是，通过术语“风力涡轮机的相对于公共电网在空转电力产生状态”应理 解为风力涡轮机处于非操作模式，即，其基本上不向公共电网产生电力，并且转子置于完全 停止或空转。在本专利技术的一个方面中，所述检测装置为放置在所述至少一个转子叶片中或该至 少一个转子叶片处的一个或更多个载荷传感器。在所述叶片中或叶片处(例如在所述叶片的根部中或根部处)放置载荷传感器有 利的是该传感器较简单且经济，并且如果正确地实施，则它们可在叶片的载荷状态下提供 可靠的信息，包括如果载荷在所述叶片的后缘侧和前缘侧之间有节奏地来回转换，则由此 表示沿边振荡。另外，许多现代风力涡轮机在叶片中或叶片处已设置有载荷传感器，以在风力涡 轮机的正常操作期间，即，在涡轮机向公共电网产生电力时检测不同的载荷，因此有利且节 省成本地使用已存在的传感器。在本专利技术的一个方面中，所述检测装置为放置在所述至少一个转子叶片中或该叶 片处的一个或更多个加速计。加速计是用于在叶片的振荡状态下提供信息的优良装置，因此使用放置在叶片中 或叶片处的作为检测装置的加速计是有利的。在本专利技术的一个方面中，所述检测装置为放置在所述风力涡轮机的机舱中的一个 或更多个加速计。通常而言，当风力涡轮机空转时转子旋转较慢，并且如果一个或更多个叶片沿边 振荡，则这些振荡会传递到机舱，以使尤其当顺桨振荡叶片指向侧向时机舱绕偏航轴线略 微振荡，或者如果顺桨振荡叶片指向上或向下时，机舱可在垂直方向上略微倾斜。因此仅需要一个或两个加速计来检测叶片的沿边振荡，并且由于机舱存在可容易 访问加速计的较受控的环境，因此将振荡传感器放置在(更加固定)机舱中是有利的。在本专利技术的一个方面中，所述偏航控制系统包括用于在所述检测装置检测到一个 或更多个所述转子叶片中的沿边振荡时在0.5°至30°之间，优选在2°至15°之间，最优 选在3°至8°之间改变所述风力涡轮机机舱的所述偏航位置的装置。如果偏航位置改变得太少，则当检测到沿边振荡时，振荡不可能被缓冲，或者要花 费较长时间使振荡停止。如果偏航位置改变得太多，则风力涡轮机的机舱或者其它部件可 能被不必要地张紧，或者转子可开始旋转得较快，这可能是不利的。空转期间太快的旋转会 不必要地张紧并磨损风力涡轮机的不同部件，并且会导致转子被栓住。当检测到沿边振荡时，改变偏航角的当前范围因此在减振与安全之间提供有利的 关系。在本专利技术的一个方面中，所述偏航控制系统包括用于在所述检测装置检测到所述 沿边振荡的大小在预定水平以下时使所述机舱返回到其初始偏航角位置的装置。这是有利的，因为由此机舱返回至其停车位置，由此降低所述风力涡轮机的所述 叶片和其它部件上的应变。在本专利技术的另一个方面中，所述偏航控制系统包括用于在所述检测的沿边振荡在 预定水平之上时仅改变所述机舱的所述偏航角的装置。在本专利技术的一个方面中，所述控制装置还包括用于在所述沿边振荡的大小未在预 定期间内下降到预定水平以下时发出警报信号的定时器。如果沿边振荡的大小未在预定期间内下降到预定水平，则可能发生了错误，或者 叶片可能因振荡而被损坏，因此有利的是使控制装置发出警报。该警报信号然后可激发开 始进一步的沿边振荡缓冲过程，或者其可被传递到监视中心或者能够抬高位置并采取必要 行动的其它装置。在本专利技术的一个方面中，所述偏航控制系统包括用于将所述机舱的所述偏航角改 变到最佳角的装置，此时，所述沿边振荡基本上最小。由此确保沿边振荡基本上停止或者最 小，借此还确保转子叶片和风力涡轮机结构的应变最小，这因此延长风力涡轮机的叶片或 其它部件的寿命。在本专利技术的另一个方面中，所述偏航控制系统包括用于在所述沿边振荡的大小已 降到预定阈值水平以下的水平时中断改变所述机舱的所述偏航角的装置。由此确保无需进行偏航变更，以节能并使偏航机构的撕裂和磨损最小。在本专利技术的另一个方面中，所述偏航控制系统基于之前获得的数据，例如风速值、 趋势值、以前的偏航角控制部分等，针对减缓的沿边振荡来改变所述偏航角。由此确保可获得偏航角的最佳改变，并且确保可基于之前获得的数据进行所述偏 航控制，使得例如可预知并可补偿已知的控制状态。甚至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括：　　转子，所述转子包括至少一个转子叶片；　　偏航控制系统，所述偏航控制系统包括：偏航控制装置；具有一个或更多个偏航马达的偏航机构；以及偏航轴承；　　记录装置，所述记录装置用于记录所述风力涡轮机相对于公共电网的空转电力产生状态；以及　　检测装置，所述检测装置用于检测一个或更多个所述叶片中的沿边振荡，其中　　当所述记录装置记录所述风力涡轮机在空转电力产生状态下操作并且所述检测装置检测到一个或更多个所述转子叶片中的沿边振荡时，所述偏航控制系统适于改变所述风力涡轮机的机舱的偏航位置，由此减缓或消除所述沿边振荡。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DK 2007-11-30 PA200701719一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括转子，所述转子包括至少一个转子叶片；偏航控制系统，所述偏航控制系统包括偏航控制装置；具有一个或更多个偏航马达的偏航机构；以及偏航轴承；记录装置，所述记录装置用于记录所述风力涡轮机相对于公共电网的空转电力产生状态；以及检测装置，所述检测装置用于检测一个或更多个所述叶片中的沿边振荡，其中当所述记录装置记录所述风力涡轮机在空转电力产生状态下操作并且所述检测装置检测到一个或更多个所述转子叶片中的沿边振荡时，所述偏航控制系统适于改变所述风力涡轮机的机舱的偏航位置，由此减缓或消除所述沿边振荡。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述检测装置为放置在所述至少一个转 子叶片中或所述至少一个转子叶片处的一个或更多个载荷传感器。3.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述检测装置为放置在所述至少一个转 子叶片中或所述至少一个转子叶片处的一个或更多个加速计。4.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述检测装置为放置在所述风力涡轮机 的机舱中的一个或更多个加速计。5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述偏航控制系统包括用于 在所述检测装置检测到一个或更多个所述转子叶片中的沿边振荡时在0.5°至30°之间、 优选在2°至15°之间、最优选在3°至8°之间改变所述风力涡轮机的机舱的所述偏航位 置的装置。6.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述偏航控制系统包括用于 在所述检测装置检测到所述沿边振荡的大小在预定水平以下时使所述机舱返回到其初始 偏航角位置的装置。7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述偏航控制系统包括用于 在所述检测的沿边振荡在预定水平之上时仅改变所述机舱的所述偏航角的装置。8.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述偏航控制系统还包括用 于在所述沿边振荡的大小未在预定时间段间内下降到预定水平以下时发出警报信号的定 时器。9.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯施泰尼希比耶特普尼尔森，布居尔派得森，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]