專利名稱：風(fēng)力渦輪機、控制風(fēng)力渦輪機的方法及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機、用于控制風(fēng)力渦輪機的方法及其用途。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域中已知的風(fēng)力渦輪機包括錐形風(fēng)力渦輪機塔和位于該塔的頂部上的風(fēng)力 渦輪機機艙。具有多個風(fēng)力渦輪機葉片的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子通過低速軸連接至機艙，如圖1 所示，該低速軸延伸到機艙前端的外部。不期望風(fēng)力渦輪機葉片振蕩和振動的原因是它們不必要地張緊葉片和風(fēng)力渦輪 機結(jié)構(gòu)，這在最不利的情況下會導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機的葉片或其它部件的壽命縮短。具體而言， 不期望沿邊(edgewise)振蕩的原因是葉片對該振蕩模式的緩沖較小。沿邊振蕩是沿葉片 的后緣與前緣之間的弦的振蕩，但是由于現(xiàn)代風(fēng)方渦輪機的復(fù)雜的葉片設(shè)計，特別是因為 葉片在其縱向長度上扭曲，因此，沿邊振蕩通常在一定程度上與沿翼(flap-wise)振蕩結(jié) 合，該沿翼振蕩是在葉片的壓力側(cè)與下風(fēng)側(cè)之間的振蕩，即，與沿邊方向基本上垂直。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)且風(fēng)力渦輪機向公共電網(wǎng)產(chǎn)生電力時，S卩，風(fēng)力渦輪機操作時，通常在 失速型風(fēng)力渦輪機與變槳距型風(fēng)力渦輪機中可見沿邊振蕩。失速型風(fēng)力渦輪機主要在超過 失速點的疾風(fēng)下操作時發(fā)生該問題，變槳距型風(fēng)力渦輪機主要在突然的陣風(fēng)可導(dǎo)致葉片即 刻失速的疾風(fēng)下操作時發(fā)生該問題。但是當風(fēng)力渦輪機和風(fēng)力渦輪機葉片變得越來越大時，葉片的特性(例如葉片的 減振和/或葉片的本征頻率)從而改變，因此在風(fēng)力渦輪機的未操作的葉片中，即在轉(zhuǎn)子空 轉(zhuǎn)或完全停止的風(fēng)力渦輪機中，還已知發(fā)生沿邊振蕩，因此風(fēng)力渦輪機基本上不向公共電 網(wǎng)產(chǎn)生電力。防止沿邊振蕩的已知措施完全是為了操作風(fēng)力渦輪機，因此這些措施對于非操作 的風(fēng)力渦輪機或多或少地沒有效果。因此本發(fā)明的目的是提供有利的技術(shù)，用于緩沖或消除相對于公共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn)電 力產(chǎn)生狀態(tài)下操作的風(fēng)力渦輪機的葉片中的沿邊振蕩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦輪機包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括至少一個轉(zhuǎn)子 葉片；偏航控制系統(tǒng)，該偏航控制系統(tǒng)包括偏航控制裝置、具有一個或更多個偏航馬達的偏 航機構(gòu)以及偏航軸承；記錄裝置，該記錄裝置用于記錄所述風(fēng)力渦輪機相對于公共電網(wǎng)的 空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)；以及檢測裝置，該檢測裝置用于檢測一個或更多個所述葉片中的沿邊 振蕩。當所述記錄裝置記錄所述風(fēng)力渦輪機在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作并且所述檢測裝置 檢測到一個或更多個所述轉(zhuǎn)子葉片中的沿邊振蕩時，所述偏航控制系統(tǒng)適于改變風(fēng)力渦輪 機機艙的偏航位置，由此減緩或消除所述沿邊振蕩。某些條件會影響在空轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片中產(chǎn)生沿邊振蕩風(fēng)必須具有一定的 某一臨界風(fēng)速；所述轉(zhuǎn)子葉片必須具有某一設(shè)計；所述轉(zhuǎn)子葉片必須置于某一槳距角；所述轉(zhuǎn)子平面相對于進來的風(fēng)的方向必須呈某一角度等。風(fēng)力渦輪機本身具有改變或變更所述機艙的所述偏航角的能力，以使轉(zhuǎn)子平面相 對于進來的風(fēng)的角度最佳。盡管為了其它目的，而在風(fēng)力渦輪機中已具有變更偏航角的能力，并且有利的是 通過利用該能力來改變產(chǎn)生沿邊振蕩所必需的至少一個條件或者至少改變沿邊振蕩增大， 以由此提供簡單且節(jié)省成本的裝置，用于緩沖或消除在相對于公共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀 態(tài)下操作的風(fēng)力渦輪機的葉片中的沿邊振蕩。應(yīng)強調(diào)的是，通過術(shù)語“風(fēng)力渦輪機的相對于公共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)”應(yīng)理 解為風(fēng)力渦輪機處于非操作模式，即，其基本上不向公共電網(wǎng)產(chǎn)生電力，并且轉(zhuǎn)子置于完全 停止或空轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的一個方面中，所述檢測裝置為放置在所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片中或該至 少一個轉(zhuǎn)子葉片處的一個或更多個載荷傳感器。在所述葉片中或葉片處(例如在所述葉片的根部中或根部處)放置載荷傳感器有 利的是該傳感器較簡單且經(jīng)濟，并且如果正確地實施，則它們可在葉片的載荷狀態(tài)下提供 可靠的信息，包括如果載荷在所述葉片的后緣側(cè)和前緣側(cè)之間有節(jié)奏地來回轉(zhuǎn)換，則由此 表示沿邊振蕩。另外，許多現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機在葉片中或葉片處已設(shè)置有載荷傳感器，以在風(fēng)力渦 輪機的正常操作期間，即，在渦輪機向公共電網(wǎng)產(chǎn)生電力時檢測不同的載荷，因此有利且節(jié) 省成本地使用已存在的傳感器。在本發(fā)明的一個方面中，所述檢測裝置為放置在所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片中或該葉 片處的一個或更多個加速計。加速計是用于在葉片的振蕩狀態(tài)下提供信息的優(yōu)良裝置，因此使用放置在葉片中 或葉片處的作為檢測裝置的加速計是有利的。在本發(fā)明的一個方面中，所述檢測裝置為放置在所述風(fēng)力渦輪機的機艙中的一個 或更多個加速計。通常而言，當風(fēng)力渦輪機空轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)較慢，并且如果一個或更多個葉片沿邊 振蕩，則這些振蕩會傳遞到機艙，以使尤其當順槳振蕩葉片指向側(cè)向時機艙繞偏航軸線略 微振蕩，或者如果順槳振蕩葉片指向上或向下時，機艙可在垂直方向上略微傾斜。因此僅需要一個或兩個加速計來檢測葉片的沿邊振蕩，并且由于機艙存在可容易 訪問加速計的較受控的環(huán)境，因此將振蕩傳感器放置在(更加固定)機艙中是有利的。在本發(fā)明的一個方面中，所述偏航控制系統(tǒng)包括用于在所述檢測裝置檢測到一個 或更多個所述轉(zhuǎn)子葉片中的沿邊振蕩時在0.5°至30°之間，優(yōu)選在2°至15°之間，最優(yōu) 選在3°至8°之間改變所述風(fēng)力渦輪機機艙的所述偏航位置的裝置。如果偏航位置改變得太少，則當檢測到沿邊振蕩時，振蕩不可能被緩沖，或者要花 費較長時間使振蕩停止。如果偏航位置改變得太多，則風(fēng)力渦輪機的機艙或者其它部件可 能被不必要地張緊，或者轉(zhuǎn)子可開始旋轉(zhuǎn)得較快，這可能是不利的。空轉(zhuǎn)期間太快的旋轉(zhuǎn)會 不必要地張緊并磨損風(fēng)力渦輪機的不同部件，并且會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子被栓住。當檢測到沿邊振蕩時，改變偏航角的當前范圍因此在減振與安全之間提供有利的 關(guān)系。
在本發(fā)明的一個方面中，所述偏航控制系統(tǒng)包括用于在所述檢測裝置檢測到所述 沿邊振蕩的大小在預(yù)定水平以下時使所述機艙返回到其初始偏航角位置的裝置。這是有利的，因為由此機艙返回至其停車位置，由此降低所述風(fēng)力渦輪機的所述 葉片和其它部件上的應(yīng)變。在本發(fā)明的另一個方面中，所述偏航控制系統(tǒng)包括用于在所述檢測的沿邊振蕩在 預(yù)定水平之上時僅改變所述機艙的所述偏航角的裝置。在本發(fā)明的一個方面中，所述控制裝置還包括用于在所述沿邊振蕩的大小未在預(yù) 定期間內(nèi)下降到預(yù)定水平以下時發(fā)出警報信號的定時器。如果沿邊振蕩的大小未在預(yù)定期間內(nèi)下降到預(yù)定水平，則可能發(fā)生了錯誤，或者 葉片可能因振蕩而被損壞，因此有利的是使控制裝置發(fā)出警報。該警報信號然后可激發(fā)開 始進一步的沿邊振蕩緩沖過程，或者其可被傳遞到監(jiān)視中心或者能夠抬高位置并采取必要 行動的其它裝置。在本發(fā)明的一個方面中，所述偏航控制系統(tǒng)包括用于將所述機艙的所述偏航角改 變到最佳角的裝置，此時，所述沿邊振蕩基本上最小。由此確保沿邊振蕩基本上停止或者最 小，借此還確保轉(zhuǎn)子葉片和風(fēng)力渦輪機結(jié)構(gòu)的應(yīng)變最小，這因此延長風(fēng)力渦輪機的葉片或 其它部件的壽命。在本發(fā)明的另一個方面中，所述偏航控制系統(tǒng)包括用于在所述沿邊振蕩的大小已 降到預(yù)定閾值水平以下的水平時中斷改變所述機艙的所述偏航角的裝置。由此確保無需進行偏航變更，以節(jié)能并使偏航機構(gòu)的撕裂和磨損最小。在本發(fā)明的另一個方面中，所述偏航控制系統(tǒng)基于之前獲得的數(shù)據(jù)，例如風(fēng)速值、 趨勢值、以前的偏航角控制部分等，針對減緩的沿邊振蕩來改變所述偏航角。由此確?？色@得偏航角的最佳改變，并且確?？苫谥矮@得的數(shù)據(jù)進行所述偏 航控制，使得例如可預(yù)知并可補償已知的控制狀態(tài)。甚至連另外的趨勢值和預(yù)知位置也可 在實際結(jié)果之前初始改變偏航機構(gòu)，這因此甚至可阻止產(chǎn)生沿邊振蕩。在本發(fā)明的又一個方面中，所述偏航控制系統(tǒng)包括用于存儲之前獲得的數(shù)據(jù)值的 存儲器。由此確保所述偏航控制可最佳操作，并且使其控制策略基于之前獲得的數(shù)據(jù)值。在本發(fā)明的另一個方面中，所述偏航控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)處理能力，以處理數(shù)據(jù)值 并計算例如所述偏航控制裝置的趨勢值。另外，本發(fā)明提供一種用于控制風(fēng)力渦輪機的方法。所述方法包括以下步驟·記錄所述風(fēng)力渦輪機是否相對于公共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作，·建立所述風(fēng)力渦輪機的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的沿邊振蕩值，并且·如果所述風(fēng)力渦輪機在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作并且所述沿邊振蕩值在預(yù)定水 平以上，則改變所述風(fēng)力渦輪機的所述機艙的所述偏航角，由此減緩或消除所述沿邊振蕩。由此提供一種簡單且節(jié)省成本的方法，用于緩沖或消除相對于公共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn)電 力產(chǎn)生狀態(tài)下風(fēng)力渦輪機的葉片中的沿邊振蕩。在本發(fā)明的一個方面中，當所述沿邊振蕩值下降到另一個預(yù)定水平以下時，所述 機艙返回至其初始偏航角位置。在本發(fā)明的一個方面中，如果所述沿邊振蕩值未在預(yù)定時間內(nèi)下降到預(yù)定水平以 下，則發(fā)出警報信號。
在本發(fā)明的一個方面中，通過所述葉片的載荷測量值建立所述沿邊振蕩值。在本發(fā)明的一個方面中，如果包括所述轉(zhuǎn)子的所述轉(zhuǎn)速在預(yù)定水平以上，則在降 低所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子的所述轉(zhuǎn)速的方向上改變所述偏航角。在本發(fā)明的一個方面中，如果所述轉(zhuǎn)子的所述轉(zhuǎn)速在預(yù)定水平以下，則在提高所 述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子的所述轉(zhuǎn)速的方向上改變所述偏航角。本發(fā)明另外涉及根據(jù)權(quán)利要求14至20中任一項所述的方法的用途，其中，所述風(fēng) 力渦輪機是包括用于檢測沿邊振蕩的裝置的變槳距型或主動失速型風(fēng)力渦輪機。


下面將參照附圖描述本發(fā)明，其中圖1示出了如從正面所見的本領(lǐng)域中已知的大型現(xiàn)代操作風(fēng)力渦輪機；圖2示出了如從正面所見的風(fēng)力渦輪機葉片；圖3示出了如從葉片的根部所見的在非失速狀態(tài)下的空轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機葉片的橫 截面；圖4示出了如從葉片的根部所見的在失速狀態(tài)下的空轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機葉片的橫截 面；和圖5示出了如從側(cè)面所見的機艙的簡化橫截面。
具體實施例方式相關(guān)技術(shù)的詳細說明圖1示出包括塔2和位于塔2的頂部上的風(fēng)力渦輪機機艙3的現(xiàn)代操作風(fēng)力渦輪 機1。包括三個風(fēng)力渦輪機葉片5的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子4通過低速軸連接至機艙3，所述低速 軸延伸出機艙3的前端。在該實施方式中，風(fēng)力渦輪機1包括三個葉片5，但在另一個實施方式中，風(fēng)力渦 輪機1可包括另外數(shù)量的葉片5，諸如一個、兩個、四個或多個葉片5。本發(fā)明的詳細說明圖2示出如從正面/壓力側(cè)11所見的風(fēng)力渦輪機葉片5。風(fēng)力渦輪機葉片5包括 前緣6、后緣7、尖端8和根部9。本領(lǐng)域中已知的風(fēng)力渦輪機葉片5通常由玻璃纖維、碳纖 維增強樹脂復(fù)合物、碳纖維增強木材或其結(jié)合制成。風(fēng)力渦輪機葉片5至少相對于葉片5的大多數(shù)部件通常具有彈性中心，該彈性中 心相比于后緣7更靠近前緣6。如果在葉片第一固有沿邊頻率或靠近該第一固有沿邊頻率 的頻率下發(fā)生沿邊振蕩，則尤其后緣7因此暴露于較大應(yīng)變，在某些條件下這會縮減葉片5 的壽命。圖3示出當從葉片5的根部所見的非失速狀態(tài)下空轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機葉片5的橫截 在該實施方式中，葉片5是普通變槳距型風(fēng)力渦輪機1的葉片5，其中，葉片5順 槳，即葉片5示出在停車位置中，在該停車位置，葉片5變槳距，從而葉片5的弦C基本上與 進來的風(fēng)平行。因為本領(lǐng)域中已知的風(fēng)力渦輪機葉片5在它們的整個縱向長度上扭曲，因 此當在停車位置時，通常僅對于葉片5的一些部件使弦C基本上與進來的風(fēng)平行。
對于例如變槳距型風(fēng)力渦輪機1的葉片5的實施例，該葉片通常變槳距，使得當葉 片5順槳時，前緣6面向進來的風(fēng)，而主動失速型風(fēng)力渦輪機1的葉片5當該葉片5順槳時 通常使后緣7面向進來的風(fēng)，而在空轉(zhuǎn)時其基本上是影響兩種風(fēng)力渦輪機類型的葉片5的 相同機構(gòu)。當變槳距型風(fēng)力渦輪機1在正常操作期間產(chǎn)生電力時，渦輪機電子控制器例如每 秒幾次地檢查渦輪機1的電力輸出。當電力輸出變得太高時，控制器向葉片槳距機構(gòu)13發(fā) 送指令，該指令立即使轉(zhuǎn)子葉片5變槳距(轉(zhuǎn)動)，略微離開風(fēng)。同樣，當風(fēng)再次下降時，葉 片5轉(zhuǎn)動回到風(fēng)中。在正常操作變槳距型風(fēng)力渦輪機1的葉片5期間，通常僅一小部分范 圍在某一時間變槳距，因此轉(zhuǎn)子4將同時轉(zhuǎn)動。對于風(fēng)力渦輪機的各種實施方式，如果進來的風(fēng)的風(fēng)速提高到某一水平以上(例 如25米/秒)，則控制器將使葉片5順槳，以使轉(zhuǎn)子4停止旋轉(zhuǎn)或者至少使其空轉(zhuǎn)，因此風(fēng) 力渦輪機將基本上停止向公共電網(wǎng)產(chǎn)生電力。這是為了保護葉片5和風(fēng)力渦輪機1的其余 部分在高風(fēng)速下不受過載損害的其中一個原因。當風(fēng)力渦輪機1空轉(zhuǎn)時，如果轉(zhuǎn)子4不直接防旋轉(zhuǎn)固定，則空轉(zhuǎn)狀態(tài)不必是指轉(zhuǎn)子 4停止旋轉(zhuǎn)。實際上，轉(zhuǎn)子4通常較慢地旋轉(zhuǎn)，并且當風(fēng)力渦輪機1不空轉(zhuǎn)時，即當其共向公 共電網(wǎng)產(chǎn)生電力時，還使轉(zhuǎn)子4相對于旋轉(zhuǎn)方向而向后旋轉(zhuǎn)。圖4示出當從葉片5的根部9所見時在失速狀態(tài)下的空轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機葉片5的橫截面。圖4中所示的葉片5是空轉(zhuǎn)主動失速型風(fēng)力渦輪機1上的順槳葉片5，示出在突然 的陣風(fēng)期間產(chǎn)生不期望的失速狀態(tài)。在另一個實施方式中，也可以是在空轉(zhuǎn)變槳距風(fēng)力渦 輪機1上的葉片5。主動失速型風(fēng)力渦輪機1與變槳距型風(fēng)力渦輪機1技術(shù)上相似的原因是它們均具 有可變槳距葉片，并且為了在低風(fēng)速下獲得較大轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)動力)，主動失速型風(fēng)力渦輪機1 通常設(shè)計成使葉片5非常像低風(fēng)速下的變槳距風(fēng)力渦輪機1一樣變槳距。然而當主動失速 型風(fēng)力渦輪機1達到其額定功率時，將注意到與變槳距型風(fēng)輪1的重要區(qū)別如果發(fā)電機 17即將過載，則主動失速型風(fēng)力渦輪機1將使其葉片5在與變槳距風(fēng)力渦輪機1變槳距的 相反方向上變槳距。換言之，為了使葉片5達到更深的失速，則增大轉(zhuǎn)子葉片5的迎角，因 此將浪費過多能量?？辙D(zhuǎn)變槳距型或失速型風(fēng)力渦輪機1上的順槳葉片5通常不失速的原因是風(fēng)基本 上未被干擾地經(jīng)過葉片5，并且風(fēng)力渦輪機1的偏航機構(gòu)將確保轉(zhuǎn)子平面基本上始終垂直 于進來的風(fēng)的方向，以使得風(fēng)基本上如圖3中所示經(jīng)過葉片5，并且如果順槳葉片5失速，則 通常失速很小或者不重要。然而，在某些情況下，來自改變方向的陣風(fēng)會較快地出現(xiàn)，使得渦輪1的控制系統(tǒng) 或偏航機構(gòu)反應(yīng)得不夠快并且可在短時間內(nèi)發(fā)生失速。這些短的失速期間會導(dǎo)致葉片5中 的沿邊振蕩，這可能會非常不利。特別是如果這些陣風(fēng)以葉片5的第一固有沿邊頻率或接 近該頻率的頻率有節(jié)奏地發(fā)生，則會增大沿邊振蕩的能量。同樣，例如馮卡門渦列(Von Karman vortex street)、周期氣流分離、湍流或局部 渦流的空氣動力學(xué)現(xiàn)象在某些情況下，特別是如果這些現(xiàn)象在具有葉片5的第一固有沿邊 頻率或接近該頻率的頻率的相位下或該相位中周期地或有節(jié)奏地發(fā)生，則會導(dǎo)致順槳葉片5中的沿邊振蕩。圖5示出如從側(cè)面所見的變槳距型或主動失速型風(fēng)力渦輪機1的機艙3的簡化橫 載面。機艙3存在多種變型和構(gòu)造，但在大多情況下，機艙3中的傳統(tǒng)系包括一個或更多個 下列部件齒輪15、聯(lián)接件(未示出)、某類制動系統(tǒng)16和發(fā)電機17。現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機1的 機艙3還可包括變流器18 (也稱作變換器)和附加周邊設(shè)備，例如其它功率操縱設(shè)備、控制 室、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。包括機艙部件15、16、17、18的整個機艙3的重量由加強結(jié)構(gòu)19承載。部件15、 16、17、18通常放置在該共用載荷承載結(jié)構(gòu)19上或與其連接。在該簡單的實施方式中，加 強結(jié)構(gòu)19僅沿機艙3的底部延伸，例如呈基架的形式，以供部件15、16、17、18連接至其上。 在另一個實施方式中，加強結(jié)構(gòu)19可包括將轉(zhuǎn)子4的載荷傳遞到塔2的傳動帶，或者載荷 承載結(jié)構(gòu)19可包括柵格之類的若干互連部件。在本發(fā)明的該實施方式中，傳動系相對于水平面以一定的角度形成。該傳動系傾 斜的其中一個原因是使轉(zhuǎn)子4能夠?qū)?yīng)地傾斜，例如以確保葉片5不撞擊到塔2，以補償轉(zhuǎn) 子4的頂部和底部的風(fēng)速差等。在本發(fā)明的該實施方式中，檢測裝置21是放置在各個葉片5中的加速計22，以檢 測單獨葉片5是否沿邊振蕩。由于葉片5的沿邊振蕩的振幅隨著距葉片5的根部9的距離 而增大，因此，檢測裝置21在本發(fā)明的該實施方式中為以距葉片5的根部9給定距離放置 在葉片5內(nèi)的加速計。檢測裝置21還可以以附接到加強結(jié)構(gòu)19后部的一個或更多個加速計22的形式 而放置在機艙3的后部。加速計22因此被安裝成檢測到葉片5的沿邊振蕩，該沿邊振蕩導(dǎo) 致機艙水平或基本上水平振蕩和/或企圖使機艙豎直傾斜的豎直振蕩。葉片5的沿邊振蕩可導(dǎo)致機艙3振蕩，例如使機艙3繞塔2的中央略微振蕩，即， 在偏航方向上振蕩，這是可以在機艙3的后部較可靠地檢測到這些振蕩的原因。沿邊振蕩 的典型頻率(第一自然頻率)在0.9至1.8的間隔中。在本發(fā)明的另一個實施方式中，檢測裝置21可是加速計22之外的其它類型的傳 感器，例如揚聲器、應(yīng)變儀、光學(xué)纖維等，它或它們可被不同地放置在葉片5中，或振蕩傳感 器21可放置在葉片5的外部，例如放置在轉(zhuǎn)子4的旋轉(zhuǎn)軸線26處中或該旋轉(zhuǎn)軸線26處， 例如放置在轂14中心中或機艙3中。檢測裝置21可僅僅是已風(fēng)力渦輪機1中已存在的裝置，用于在風(fēng)力渦輪機1正常 操作期間檢測載荷等，例如通常放置在塔頂處的塔振蕩傳感器，以檢測塔是否振蕩，其中， 葉片5的沿邊振蕩可通過機艙3傳遞到塔2，并且被檢測為塔2的輕微振動。其還可以是放 置在葉片5的根部9處的載荷傳感器，以檢測在正常操作期間葉片5上的載荷。風(fēng)力渦輪機1還設(shè)置有記錄裝置20，用于檢測風(fēng)力渦輪機1是否相對于公共電網(wǎng) 在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作，即，風(fēng)力渦輪機1是否基本上不向公共電網(wǎng)產(chǎn)生電力，在風(fēng)力 渦輪機1的正常操作期間風(fēng)力渦輪機1向該公共電網(wǎng)輸送電力。在該實施方式中，記錄裝置20是檢測是否存在來自變流器18的電輸出或者至少 該電輸出是否處于某一較低且不足的水平之下的電流計，但在另一個實施方式中，記錄裝 置20可以是電壓計或其它裝置，并且記錄裝置20可測量或記錄其它地方，例如發(fā)電機17 上、風(fēng)力渦輪機1中或外部的輸電線上、風(fēng)力渦輪機1外部的中央供電單元處等其它地方。
記錄裝置20還包括僅間接檢測風(fēng)力渦輪機1是否空轉(zhuǎn)的裝置，例如編碼器、轉(zhuǎn)速 計，或者其它檢測主軸或者其它普通旋轉(zhuǎn)部件是否旋轉(zhuǎn)或它們在何速度下旋轉(zhuǎn)的裝置。如 果這些部件不旋轉(zhuǎn)或者僅非常低速地旋轉(zhuǎn)，則其可表明風(fēng)力渦輪機1空轉(zhuǎn)。水平軸線的風(fēng)力渦輪機的各種實施方式使用被迫偏航，S卩，它們使用包括偏航控 制裝置25和偏航機構(gòu)24的偏航控制系統(tǒng)，偏航控制系統(tǒng)使用例如電動馬達和齒輪條，以通 過旋轉(zhuǎn)塔2的頂部上的機艙3來保持轉(zhuǎn)子抵抗風(fēng)偏航。示例性地，偏航機構(gòu)24包括一個或更多個偏航馬達；偏航軸承；以及偏航制動 器，該偏航制動器例如以在偏航機構(gòu)不使用時制動該偏航機構(gòu)。偏航機構(gòu)通過偏航控制裝 置25致動，偏航控制裝置25例如基于來自位置傳感器的位置反饋信號來控制偏航角或偏 航位置。對于本發(fā)明的各種實施方式，偏航控制裝置25放置在轂4中，但在其它實施方式 中，偏航控制裝置25放置在機艙3中、塔2中、相鄰的殼體中或其它地方，例如放置在與用 于在風(fēng)力渦輪機1正常操作期間相對于載荷、功率等來控制偏航的機構(gòu)相同的位置。在其 它實施方式中，所偏航控制裝置25甚至可集成在偏航機構(gòu)中。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，檢測裝置21和記錄裝置20連接至偏航控制裝置25。 如果風(fēng)力渦輪機1空轉(zhuǎn)并且如果檢測到葉片5的沿邊振蕩或者如果檢測到沿邊振蕩處于某 一水平之上，則偏航控制裝置25可啟動偏航機構(gòu)24控制成改變偏航角。對于本發(fā)明的一個實施方式，針對緩沖沿邊振動的偏航角的控制是反復(fù)的過程或 者自適應(yīng)系統(tǒng)，遵照包括下列步驟的簡化控制方案1-記錄裝置20記錄風(fēng)力渦輪機1是否相對于公共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作。2-例如通過檢測裝置21檢測沿邊振蕩的水平的值。3-處理記錄和檢測的值。4-啟動改變偏航角。5-例如通過檢測裝置21檢測新的沿邊振蕩的水平的值。6-確定沿邊振蕩的水平是增大還是減小。7-如果所述水平減小在與步驟3中相同的方向上啟動改變偏航角。8-如果所述水平增大在與步驟3中相反的方向上啟動改變偏航角。9-如果已達到沿邊振蕩的最小值停止改變偏航角。由此將偏航角控制得使所述沿邊振蕩基本上最小。對于本發(fā)明的另一個實施方式，如果檢測到沿邊振蕩水平已降低至限定閾值水平 以下的水平則可中斷上述控制方案。對于本發(fā)明的另一個實施方式，基于之前獲得的數(shù)據(jù)針對緩沖沿邊振蕩來控制偏 航角，所述數(shù)據(jù)例如可以是風(fēng)速值、趨勢值、以前的前偏航角控制部分等。對于各種實施方式，偏航控制裝置25包括存儲器，以存儲所述之前獲得數(shù)據(jù)，和/ 或該偏航控制裝置包括數(shù)據(jù)處理能力，以處理數(shù)據(jù)并計算例如所述趨勢值。對于其它實施方式，如果沿邊振蕩未在預(yù)定期間內(nèi)下降到預(yù)定水平以下，則偏航 控制裝置可包括用于發(fā)出表示減振程序已啟動的警報的裝置。同樣，即使機艙3被致動成 通過所述偏航控制抵抗振蕩，但如果沿邊振蕩的大小繼續(xù)變大，則警報信號可傳遞到外部監(jiān)視單元等。在本發(fā)明一個實施方式中，機艙3立即或者在具體預(yù)定的時間之后返回到其初始 停車位置或基本上返回到其初始停車位置，但在優(yōu)選實施方式中，當檢測裝置21檢測到振 蕩的大小又下降到某一預(yù)定水平之下時，機艙3返回。在其它的實施方式中，機艙3還可被保持在其新偏航角下，并且如果檢測到另外 的沿邊振蕩、如果轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)得較快、較慢或在錯誤方向下運轉(zhuǎn)、如果風(fēng)力渦輪機返回到操作 模式或者如果其它條件迫使改變偏航位置，則機艙3因此僅再次移動。由此偏航位置僅在 絕對必需時才改變，從而節(jié)能并減少磨損。在本發(fā)明的另一個實施方式中，偏航控制裝置25還可包括這樣的裝置如果振蕩 大小上升到某一預(yù)定水平之上、如果振蕩大小在某一預(yù)定時間(例如1至1000秒，優(yōu)選在 10至500秒之間)內(nèi)未被緩沖到預(yù)定水平以下和/或如果振蕩大小至少在某一預(yù)定水平之 上保持某一預(yù)定時間，則該裝置用于提高偏航控制裝置的增益。該增益是偏航控制裝置中的將反作用力的大小控制在給定振蕩水平的控制算法 的一部分，例如，通過控制在偏航控制裝置中的控制算法中放大的來自檢測裝置21的輸入 信號(例如沿邊振蕩的振幅)的量，由此控制以給定的輸入信號改變的偏航角的量。以上提及的預(yù)定水平(例如確定葉片5是否應(yīng)該返回至它們的初始槳距角位置、 確定槳距角是否應(yīng)該被改變、確定是否應(yīng)該啟動警報程序的等)可被確定為已知載荷的百 分比超過量，例如，如果檢測到葉片5中的重力會導(dǎo)致由葉片5的根部9處的載荷傳感器測 得的給定最大載荷，則該預(yù)定水平可以使該給定最大載荷超過至少5%，優(yōu)選至少15%，例 如20 %，表示葉片5受重力之外的其它力的影響，即，葉片5可沿邊振蕩，特別是如果該載荷 超過量有節(jié)奏地并且在一個或更多個頻率范圍內(nèi)發(fā)生，例如在0. 1至5Hz之間，優(yōu)選在0. 5 至3Hz之間，表示超過量是因沿邊振蕩產(chǎn)生，而不是僅僅因一些簡單的空氣動力學(xué)現(xiàn)象產(chǎn) 生。同樣，如果檢測裝置21是放置在葉片5中、轂輪中、機艙3中或塔2中的一個或更 多個加速計，則預(yù)定水平還能夠被限定為已知加速水平的百分比超過量。該水平還可限定為可接受的載荷或加速度的百分比，或者僅基于統(tǒng)計或經(jīng)驗值限 定，或者基于實際試驗來限定。以上已經(jīng)參照風(fēng)力渦輪機1、檢測裝置21、用于緩沖沿邊振蕩的方法的實施方式 等的具體實施例對本發(fā)明進行了舉例說明。然而，應(yīng)當理解本發(fā)明不限于以上所述的具體 實施例，而是可以在如權(quán)利要求所指定的發(fā)明的范圍內(nèi)以多種變型來設(shè)計和改變。列表1、風(fēng)力渦輪機2、塔3、機艙4、轉(zhuǎn)子5、葉片6、前緣7、后緣8、尖端
9、根部
10、裂紋
11、壓力側(cè)
12、順風(fēng)側(cè)
13、
14、控制裝置
15、齒輪
16、制動系統(tǒng)
17、發(fā)電機
18、變流器
19、加強結(jié)構(gòu)
20、致動器
21、檢測裝置
22、加速計
23.
24、偏航機構(gòu)
25、偏航控制裝置
C、弦
權(quán)利要求
一種風(fēng)力渦輪機，所述風(fēng)力渦輪機包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括至少一個轉(zhuǎn)子葉片；偏航控制系統(tǒng)，所述偏航控制系統(tǒng)包括偏航控制裝置；具有一個或更多個偏航馬達的偏航機構(gòu)；以及偏航軸承；記錄裝置，所述記錄裝置用于記錄所述風(fēng)力渦輪機相對于公共電網(wǎng)的空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)；以及檢測裝置，所述檢測裝置用于檢測一個或更多個所述葉片中的沿邊振蕩，其中當所述記錄裝置記錄所述風(fēng)力渦輪機在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作并且所述檢測裝置檢測到一個或更多個所述轉(zhuǎn)子葉片中的沿邊振蕩時，所述偏航控制系統(tǒng)適于改變所述風(fēng)力渦輪機的機艙的偏航位置，由此減緩或消除所述沿邊振蕩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述檢測裝置為放置在所述至少一個轉(zhuǎn) 子葉片中或所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片處的一個或更多個載荷傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述檢測裝置為放置在所述至少一個轉(zhuǎn) 子葉片中或所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片處的一個或更多個加速計。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述檢測裝置為放置在所述風(fēng)力渦輪機 的機艙中的一個或更多個加速計。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述偏航控制系統(tǒng)包括用于 在所述檢測裝置檢測到一個或更多個所述轉(zhuǎn)子葉片中的沿邊振蕩時在0.5°至30°之間、 優(yōu)選在2°至15°之間、最優(yōu)選在3°至8°之間改變所述風(fēng)力渦輪機的機艙的所述偏航位 置的裝置。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述偏航控制系統(tǒng)包括用于 在所述檢測裝置檢測到所述沿邊振蕩的大小在預(yù)定水平以下時使所述機艙返回到其初始 偏航角位置的裝置。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述偏航控制系統(tǒng)包括用于 在所述檢測的沿邊振蕩在預(yù)定水平之上時僅改變所述機艙的所述偏航角的裝置。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述偏航控制系統(tǒng)還包括用 于在所述沿邊振蕩的大小未在預(yù)定時間段間內(nèi)下降到預(yù)定水平以下時發(fā)出警報信號的定 時器。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述偏航控制系統(tǒng)包括用于 將所述機艙的所述偏航角改變到最佳角的裝置，在所述偏航角處于所述最佳角時，所述沿 邊振蕩基本上最小。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述偏航控制系統(tǒng)包括用于 在所述沿邊振蕩的大小已降到預(yù)定閾值水平以下的水平時中斷所述機艙的所述偏航角的 改變的裝置。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述偏航控制系統(tǒng)基于之前 獲得的數(shù)據(jù)，例如風(fēng)速值、趨勢值、以前的偏航角控制狀態(tài)等，來相對于減緩的沿邊振蕩改 變所述偏航角。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述偏航控制系統(tǒng)包括用于 存儲之前獲得的數(shù)據(jù)值的存儲器。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述偏航控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù) 處理能力，以處理數(shù)據(jù)值并計算例如偏航控制的趨勢值。
14.一種用于控制風(fēng)力渦輪機的方法，所述方法包括以下步驟 記錄所述風(fēng)力渦輪機是否相對于公共電網(wǎng)在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作， 建立所述風(fēng)力渦輪機的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的沿邊振蕩值，并且 如果所述風(fēng)力渦輪機在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作并且所述沿邊振蕩值在預(yù)定水平以 上，則改變所述風(fēng)力渦輪機的所述機艙的偏航角，由此減緩或消除所述沿邊振蕩。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，當所述沿邊振蕩值下降到另一預(yù)定水平以下 時，所述機艙返回至其初始偏航角位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中，如果所述沿邊振蕩值未在預(yù)定時間內(nèi)下 降到預(yù)定水平以下，則發(fā)出警報信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項所述的方法，其中，通過所述葉片的載荷測量來建 立所述沿邊振蕩值。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任一項所述的方法，其中，如果所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在預(yù)定水 平以上，則在降低所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的方向上改變所述偏航角。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任一項所述的方法，其中，如果所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在預(yù)定水 平以下，則在提高所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的方向上改變所述偏航角。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至19中任一項所述的方法的用途，其中，所述風(fēng)力渦輪機是包括 用于檢測沿邊振蕩的裝置的變槳距型或主動失速型風(fēng)力渦輪機。
全文摘要
本發(fā)明提供一種風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦輪機包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括至少一個轉(zhuǎn)子葉片；偏航控制系統(tǒng)，該偏航控制系統(tǒng)包括偏航控制裝置、具有一個或更多個偏航馬達的偏航機構(gòu)以及偏航軸承；記錄裝置，該記錄裝置用于記錄所述風(fēng)力渦輪機相對于公共電網(wǎng)的空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)；以及檢測裝置，該檢測裝置用于檢測一個或更多個所述葉片中的沿邊振蕩。當所述記錄裝置記錄所述風(fēng)力渦輪機在空轉(zhuǎn)電力產(chǎn)生狀態(tài)下操作并且所述檢測裝置檢測到一個或更多個所述轉(zhuǎn)子葉片中的沿邊振蕩時，所述偏航控制系統(tǒng)適于改變風(fēng)力渦輪機機艙的偏航位置，由此減緩或消除所述沿邊振蕩。本發(fā)明還涉及用于控制風(fēng)力渦輪機的方法及其用途。
文檔編號F03D1/06GK101999039SQ200880118329
公開日2011年3月30日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者布·居爾·派得森, 托馬斯·施泰尼?！け纫仄铡つ釥柹?申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司