描述了包括塔架和转子的逆风风力涡轮机。该风力涡轮机另外包括被塔架支承在转子的尾迹内的位置上的压力感测装置。该压力感测装置被构造成感测气压，并将指示感测到的气压的信号提供给用于控制风力涡轮机的转子的风力涡轮机控制器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及风力涡轮机及对风力涡轮机的控制。
技术介绍
作为本专利技术的
技术介绍
，图1和图1A示出了现有技术中的水平轴线风力涡轮机10，该水平轴线风力涡轮机10包括塔架11、转子12和机舱13。机舱13被支承在塔架11的上端部14处，对于数兆瓦的涡轮机而言，所述塔架11可以是地平线15上方100米高。机舱13容置有转子轴、发电机和变速箱(如果存在的话)。风监测装置16位于机舱13的顶部。风监测装置16包括用于监测风速的风速计17、以及用于监测水平面内的风向的风向标18。转子12由机舱13支承，并且包括三个转子叶片19a、19b、19c。在图1的侧视图中仅有两个叶片19a和19b被示出。然而，所有的三个叶片19a、19b、19c都可以在图1A的前视图中看到。参照图1A，叶片19a、19b、19c围绕中央转子机毂20等间距隔开，并且从前方观察时，沿着从根部21到尖端部22的跨度方向从机毂20处径向延伸。在转子12旋转时，叶片19a、19b、19c的尖端部22扫掠过被称为“转子盘”的圆形区域23，该圆形区域23在图1A中用虚线24表示，并且在图1中用竖直的虚线24表示。再次参照图1，转子12被安装在塔架11的逆风向，并且直接面向由箭头25表示的风。因此，风力涡轮机10被称为水平轴线“逆风涡轮机”。转子12在其旋转时从风中提取能量。这引起在转子12下游的风速减小。风速减小的区域通常被称作转子12的“尾迹(wake)”。尾迹随着距转子12的距离增大而扩散开来，并且在图1中由点划线26表示。风力涡轮机10包括偏航机构(未示出)，该偏航机构用于绕竖直的偏航轴线27调整机舱13，以保持转子12随着风向改变而面向风。风力涡轮机10通常包括桨距机构(未示出)，该机构位于转子机毂20内，用于围绕它们的纵向轴线28调整叶片19a、19b、19c或使叶片19a、19b、19c “变桨距”。通过使叶片19a、19b、19c变桨距来改变叶片19a、19b、19c的攻角(并且因此改变抬升角度)，攻角使得尽管风速在不断变化，但是转子速度仍保持在预定的操作极限内。如下文所述，除了控制转子速度，叶片变桨距也被用于消除载荷和转矩的变化。由于风速通常随着高度的变化而改变，因此转子12的叶片19a、19b、19c在旋转周期内的不同点处经受着显著不同的风速。例如，在图1中向上延伸的叶片19b与向下延伸的叶片19a相比可能经受更快的风速，并且因此受到更大抬升。为了补偿随高度变化而引起的风速差异，一些现代的风力涡轮机采用“周期变桨距控制”，以便在一个旋转周期内连续地改变叶片的攻角。因此，举例来说，在叶片经过塔架时，叶片的攻角可以增大使得由向下指向的叶片19a产生的抬升力能够增大。周期变桨距确保了叶片能够在旋转周期中的所有点处，提供基本相同的抬升力，这样使得叶片19a、19b、19c在转子周期中暴露于基本相同的拍振方向上的弯曲力矩，并且整个风力涡轮机系统上的疲劳和极端载荷被减少。风力涡轮机10包括风力涡轮机控制系统，其中，该系统控制偏航和桨距机构。风力涡轮机控制系统包括控制器29，该控制器29从风速计17处接收指示风速的信号，并从风向标18处接收指示风向的信号，并且计算偏航和桨距所需的变化量。使风速和风向的估计变化量与高度相联系的模型被用于基于来自风速计17的风速读数确定循环桨距控制所需的参数。在现有的风力涡轮机控制系统运行良好的同时，仍存在制造更先进的控制系统和控制策略的持续驱动力。事实上，本专利技术的目的就在于提供一种更先进的风力涡轮机控制系统，该系统能更好地处理一些其它的技术挑战，所述技术挑战现在将要进行解释。现代风力涡轮机的叶片本质上是挠性的，并且在使用中能够显著地弯曲。由于叶片的长度很长，在许多情况下超过50米，因此叶片的任何挠曲或弯曲都可能会转化成叶片尖端部在风向上脱离转子盘的相当大的位移。对于逆风涡轮机而言，风载荷将趋向于朝向塔架迫动叶片。叶片这种形式的挠曲存在在极端条件下叶片和塔架之间发生碰撞的风险。在风切变为“负值”的情况下，即当转子盘下部的风速高于上部的风速时，所述风险是最大的。为了防止叶片与塔架碰撞，现代风力涡轮机被设计成确保叶片尖端部与塔架之间的间隙，即“尖端部至塔架”的距离(在图1中用双头箭头30来表示)，保持在预定的安全极限内。为此，目前采用了多种措施首先，叶片19a、19b、19c可以被预先弯曲，使得它们沿着从根部21到尖端部22的跨度方向移动时远离塔架11地弯曲，但当有负载时伸直。不进行预先弯曲时，叶片19a、19b、19c的尖端部22可能在有负载时会以接近塔架11的方式不合乎需要地弯曲。第二，机舱13和转子12如图1中所示地倾斜，这样使得转子12围绕着旋转的转子轴线31相对于水平轴线32向上倾斜到风中。倾斜的程度由“倾斜角”来定义，该角是位于转子轴线31和水平轴线32之间的角。以这种方式倾斜转子12增大了塔架11与叶片19a、19b、19c的尖端部22之间的间隙。第三，叶片19a、19b、19c在从根部21移动至尖端部22时沿跨度方向以两面角方式远离塔架11地倾斜。这被称作“锥进”，因为叶片扫掠过锥形区域。锥进的程度由“锥角”来定义，该角是位于叶片19a、19b、19c沿跨度方向的纵向轴线28与转子盘24之间的角。当转子12不倾斜时，锥角只是个位于叶片19a、19b、19c的纵向轴线28与机舱13绕着旋转的竖直偏航轴线27之间的角。应当指出的是，为了提高对本专利技术的理解，图1中所示的锥进程度已被大幅夸大。第四，叶片19a、19b、19c包含了下述结构特征，所述结构特征增加它们的刚度，并且减少它们朝向塔架11弯曲至超过对任何预先弯曲进行补偿所需的程度的倾向。过度的预先弯曲、倾斜和锥进能够降低性能，并且因此降低风力涡轮机的效率。此夕卜，过度的预先弯曲会使得叶片难以制造，并且运输成问题。此外，增加叶片的刚度通常意味着增加叶片的重量，并且因此增加了必须能支承更重叶片的其它风力涡轮机部件的尺寸和重量。这增加了风力涡轮机的成本，并且可能会进一步降低它的性能和效率。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种逆风风力涡轮机，该逆风风力涡轮机包括塔架；转子；以及压力感测装置，该压力感测装置被构造成感测气压，并将指示所感测到的气压的信号提供给用于控制风力涡轮机的转子的风力涡轮机控制器，其中该压力感测装置被塔架支承在转子的尾迹内的位置上。通过塔架的方式来支承压力感测装置允许压力感测装置被定位在转子的尾迹内与转子盘的下半部相对应的水平面上。来自压力感测装置的信号可以转变为指示塔架处在转子的尾迹内与转子盘的下半部相对应的水平面上的风速和风向的信号。可以对信号施加合适的滤波和/或校正，以消除由转子引起的紊流效应，以便得到塔架处的环境风速和风向。了解了这些参数可以允许采用更先进的转子控制算法。本专利技术允许风力涡轮机控制系统比现有技术中的系统更加有效地优化转子盘的下半部的目标动力。例如，在使用周期桨距控制的情况下，能够利用在转子盘的下半部处的风速和风向的实际值而不是从塔架顶部的风速计和风向标测量获得的估计值。最终，这允许风力涡轮机更有效地运行。优选地，压力感测装置距离转子轴线至少与叶片的纵向中点一样远。这允许当叶片经过塔架时，尖端部到塔架的距离能够被监测。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】2010.07.26 GB 1012478.2;2010.07.26 US 61/367,5351.一种逆风风力涡轮机，包括 塔架； 转子；以及 压力感测装置，所述压力感测装置被构造成感测气压，并将指示感测到的气压的信号提供给用于控制所述逆风风力涡轮机的转子的风力涡轮机控制器，其中所述压力感测装置由所述塔架支承在所述转子的尾迹内的位置上。2.根据权利要求1所述的逆风风力涡轮机，其特征在于，所述压力感测装置位于所述转子的尾迹内与由所述转子的旋转限定的转子盘的下半部相对应的水平面上。3.根据权利要求1或权利要求2所述的逆风风力涡轮机，其特征在于，所述压力感测装置距离转子轴线至少与转子叶片的纵向中点一样远。4.根据前述权利要求中任何一项所述的逆风风力涡轮机，其特征在于，所述压力感测装置安装在基本上与由所述转子的旋转限定的转子盘的最低点的高度相对应的高度。5.根据前述权利要求中任何一项所述的逆风风力涡轮机，其特征在于，所述压力感测装置包括多个传感器。6.根据权利要求5所述的逆风风力涡轮机，其特征在于，所述传感器围绕所述塔架的周边间隔开。7.根据权利要求5或权利要求6所述的逆风风力涡轮机，其特征在于，两个或更多个传感器被竖直地间隔开。8.根据前述权利要求中任何一项所述的逆风风力涡轮机，其特征在于，所述逆风风力涡轮机进一步包括用于监测风速和/或风向的监测装置，所述监测装置与所述压力感测装置竖直地间隔开。9.根据权利要求8所述的逆风风力涡轮机，其特征在于，所述监测装置位于所述转子的尾迹内与由所述转子的旋转限定的转子盘的上半部相对应的水平面上。10.一种控制具有塔架和转子的风力涡轮机的方法，所述方法包括感测所述转子的尾迹内在所述尾迹撞击所述塔架处的水平面上的气压；以及基于感测到的气压控制所述转子。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法另外包括基于所述转子的尾迹内与所述转子盘的上半部相对应的水平面上的风速和/风向控制所述转子。12.根据权利要求10或权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括确定在转子叶片经过所述塔架时所述塔架和沿着所述转子叶片的点之间的间隙，所述点例如是所述转子叶...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·韦德尔海嫩，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：
国别省市：
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