專利名稱：用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的方法，所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有塔架、 安裝在塔架上的機(jī)艙、以及傳動(dòng)系，該傳動(dòng)系包括具有帶有至少一個(gè)槳葉的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子繞著軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在機(jī)艙中；由所述轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。本發(fā)明還涉及這樣一種風(fēng)力渦輪機(jī)。在該方法中，傳動(dòng)系元件的旋轉(zhuǎn)速度，其由轉(zhuǎn)子根據(jù)傳動(dòng)比旋轉(zhuǎn)。還測量機(jī)艙相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)速度至速度設(shè)定值的控制由給出發(fā)電機(jī)扭矩和/或槳葉間距角度的速度控制器來實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
這樣的方法在歐洲專利申請EP1642122A2中公開，其涉及振動(dòng)緩沖系統(tǒng)。在公知的方法中，發(fā)電機(jī)速度被測量并且被供給速度調(diào)節(jié)器作為輸入量。速度調(diào)整器從測得的發(fā)電機(jī)速度確定用于發(fā)電機(jī)扭矩的設(shè)定值。為了抵消該系統(tǒng)的振動(dòng)，由速度調(diào)整器確定的發(fā)電機(jī)扭矩的設(shè)定值被調(diào)制。為此，減振器產(chǎn)生為發(fā)電機(jī)提供附加扭矩的輸出信號(hào)。輸出信號(hào)在測得的發(fā)電機(jī)速度的基礎(chǔ)上計(jì)算得到，由此發(fā)電機(jī)速度信號(hào)的頻率分量更密集地流入， 其中該頻率分量對(duì)應(yīng)于將被緩沖的那些振動(dòng)頻率。附加的發(fā)電機(jī)扭矩用于抵消傳動(dòng)系的振動(dòng)以及塔架的振動(dòng)。為了使減振器的頻率行為與風(fēng)力渦輪機(jī)相匹配，確定將要緩沖的自然或共振頻率。為此，另外還可以想到對(duì)加速度傳感器的信號(hào)評(píng)價(jià)。歐洲專利申請EP1816347A1公開了一種類似的方法，其中傳感器檢測到垂直于轉(zhuǎn)子軸線的振動(dòng)，開放回路控制以緩沖振動(dòng)的方式影響轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的影響能夠通過發(fā)電機(jī)扭矩或者槳葉間距角度實(shí)現(xiàn)。這兩種已知的方法的共同特性在于通過施加在轉(zhuǎn)子上的附加扭矩抵消出現(xiàn)的塔架振動(dòng)。該方法依賴于另外施加的扭矩和由此在風(fēng)力渦輪機(jī)的塔架上、更具體地在機(jī)艙上的反扭矩的相關(guān)性。精確的相關(guān)性取決于風(fēng)力渦輪機(jī)的構(gòu)造。另外，外部的影響例如總是變化并且難以確定的風(fēng)的切變和斜向流動(dòng)起到了主要的角色。

發(fā)明內(nèi)容
據(jù)此，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的速度的方法以及一種用于減少塔架振動(dòng)的出現(xiàn)的風(fēng)力渦輪機(jī)。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的方法實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選實(shí)施例在后續(xù)的從屬權(quán)利要求中示出。該方法用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，風(fēng)力渦輪機(jī)具有塔架、安裝在塔架上的機(jī)艙以及傳動(dòng)系，所述傳動(dòng)系包括具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子槳葉的轉(zhuǎn)子以及由所述轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。所述轉(zhuǎn)子繞著軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在機(jī)艙中，所述方法具有以下步驟測量傳動(dòng)系的一元件的旋轉(zhuǎn)速度，所述元件由所述轉(zhuǎn)子根據(jù)傳動(dòng)比旋轉(zhuǎn)；測量所述機(jī)艙相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)；用速度控制器控制所述旋轉(zhuǎn)速度至旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定值，所述速度控制器輸出發(fā)電機(jī)扭矩和/或槳葉間距角度；在機(jī)艙固定坐標(biāo)系統(tǒng)中測量得到的所述旋轉(zhuǎn)速度被轉(zhuǎn)換成校正的旋轉(zhuǎn)速度，所述校正的旋轉(zhuǎn)速度對(duì)應(yīng)于與所述傳動(dòng)比相乘的在地面固定坐標(biāo)系中的所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度； 以及所述速度控制器使用所述校正旋轉(zhuǎn)速度作為輸入量；該方法適用于任何結(jié)構(gòu)的風(fēng)力渦輪機(jī)，特別是具有基本上水平轉(zhuǎn)子軸線的風(fēng)力渦輪機(jī)。具體而言，這涉及以可變旋轉(zhuǎn)速度工作的風(fēng)力渦輪機(jī)。發(fā)電機(jī)(特別是雙饋電式異步發(fā)電機(jī))能夠通過具有直流電線路的轉(zhuǎn)換器連接到電網(wǎng)。變速箱能夠布置在轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)之間。在方法中，傳動(dòng)系元件的旋轉(zhuǎn)速度被測量。傳動(dòng)系元件可以是轉(zhuǎn)子。在這樣的情況下，傳動(dòng)比等于1。可選地，傳動(dòng)系元件能夠?yàn)榘l(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，然后傳動(dòng)比對(duì)應(yīng)于布置在轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)之間的變速箱(如果采用的話)的傳動(dòng)比。傳動(dòng)系元件還可以為傳動(dòng)系的任何其他元件，例如布置在轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)之間的變速箱的軸。在此情況下，變速比對(duì)應(yīng)于傳動(dòng)系元件的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的比率。特別是，當(dāng)使用變速齒輪或者有階梯狀或者連續(xù)的變速齒輪時(shí)，變速比可以預(yù)先確定，或者能夠具有變化的值。在字面的嚴(yán)格意義上，在本申請的文中的術(shù)語“旋轉(zhuǎn)速度”包括不同于僅僅有恒定系數(shù)2 Π的對(duì)應(yīng)角速度。自然地， 例如通過安裝在機(jī)艙中的增量式編碼器在機(jī)艙固定坐標(biāo)系中測得旋轉(zhuǎn)速度。旋轉(zhuǎn)速度被調(diào)節(jié)至例如通過風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)或者控制件預(yù)先確定的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定值，為此，使用速度控制器，其確定測得的旋轉(zhuǎn)速度與旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定值之間的偏差，并且基于該偏差提供發(fā)電機(jī)扭矩和/或槳葉間距角度。在以可變旋轉(zhuǎn)速度工作的風(fēng)力渦輪機(jī)中，發(fā)電機(jī)通過轉(zhuǎn)換器連接到電網(wǎng)，這通常在部分負(fù)荷工作和滿負(fù)荷工作之間是顯著的。在部分負(fù)荷工作期間，速度設(shè)定值是根據(jù)最佳末梢速比依賴于風(fēng)速而預(yù)先確定的。槳葉間距角度被保持在固定值，此時(shí)轉(zhuǎn)子從風(fēng)中接收最大扭矩，發(fā)電機(jī)扭矩用作致動(dòng)變量。在滿負(fù)荷工作期間，速度設(shè)定值和發(fā)電機(jī)扭矩基本上對(duì)應(yīng)于其標(biāo)定值，從而實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力渦輪機(jī)的標(biāo)定功率。用于速度調(diào)整的致動(dòng)變量將是槳葉間距角度。在本發(fā)明中，在機(jī)艙固定坐標(biāo)系中測得的旋轉(zhuǎn)速度被轉(zhuǎn)化成校正的旋轉(zhuǎn)速度。校正的旋轉(zhuǎn)速度表示乘以傳動(dòng)比的在地面固定坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，也就是說，在固定坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度被轉(zhuǎn)換到傳動(dòng)系元件的水平用于旋轉(zhuǎn)速度測量。校正的旋轉(zhuǎn)速度被用作速度控制器的輸入變量，而不是測量的旋轉(zhuǎn)速度。在校正的旋轉(zhuǎn)速度的基礎(chǔ)上進(jìn)行速度調(diào)整。將測得的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)換成校正的旋轉(zhuǎn)速度是基于機(jī)艙相對(duì)于地面的測量得到的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的?？梢岳斫獾氖菣C(jī)艙相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)不用完全實(shí)現(xiàn)，該運(yùn)動(dòng)沿著所有特定方向和/或繞著多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線。另外，足以測量機(jī)艙的運(yùn)動(dòng)，至少可以從機(jī)艙的運(yùn)動(dòng)得出關(guān)于由相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的測量誤差的大致計(jì)算。校正的旋轉(zhuǎn)速度涉及地面固定坐標(biāo)系，這是描述旋轉(zhuǎn)速度，與在機(jī)艙和地面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)。在該連接部中的術(shù)語“地面”被具體地視為風(fēng)力渦輪機(jī)中的塔架豎立的地基部。因?yàn)閮H僅旋轉(zhuǎn)速度的數(shù)量與在此描述的速度調(diào)整方法相關(guān)，轉(zhuǎn)子軸線的方向沒有發(fā)揮任何作用。旋轉(zhuǎn)速度所涉及的坐標(biāo)系可以為任何取向。因此，在嚴(yán)格意義上，坐標(biāo)系不是必須牢固固定至地面，而是可以例如隨著機(jī)艙的偏航調(diào)整。風(fēng)力渦輪機(jī)能夠具有偏航調(diào)整系統(tǒng)，為了根據(jù)風(fēng)向重新調(diào)整的目的，通過該偏航調(diào)整系統(tǒng)能夠使機(jī)艙相對(duì)于塔架旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明基于以下認(rèn)識(shí)，當(dāng)測量旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，由于在機(jī)艙和地面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)系統(tǒng)誤差。當(dāng)塔架執(zhí)行例如側(cè)向擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，即，沿著垂直于塔架的縱向軸線和轉(zhuǎn)子的軸線取向的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)艙以及其中進(jìn)行速度測量的坐標(biāo)系大致沿著圓形路徑運(yùn)動(dòng)。即使在地面固定坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度變得恒定，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度將隨著機(jī)艙相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)變化，特別是，根據(jù)機(jī)艙的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)周期性變化。如果基于控制方法執(zhí)行在機(jī)艙固定坐標(biāo)系中測量旋轉(zhuǎn)速度，轉(zhuǎn)子的表觀旋轉(zhuǎn)速度偏差被恒定地抵消。由此，反扭距以相應(yīng)周期性的方式作用在風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)艙和/或塔架上，在最不利的情況下，這樣能夠以類似共振的方式增加擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明中，這些困難由于以下事實(shí)而被消除，即在由擺動(dòng)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的測量誤差能夠作用速度控制的致動(dòng)變量之前，該測量誤差被消除。 與通過具有特定頻率行為的主動(dòng)緩沖抵消塔架振動(dòng)的方法相比較，這些方法在此在開頭部分已經(jīng)描述并且是在現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)下是已知的，這樣不是僅僅變得更容易，而且還不與在特定頻率范圍內(nèi)消弱的控制回路的功能相關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度是基于機(jī)艙的測量運(yùn)動(dòng)而確定的，機(jī)艙的測量運(yùn)動(dòng)代表了機(jī)艙繞著轉(zhuǎn)子的軸線旋轉(zhuǎn)，測量的旋轉(zhuǎn)速度到校正的旋轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)換通過將測量的旋轉(zhuǎn)速度和補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度相加來實(shí)現(xiàn)。在補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度的情況下，這涉及在地面固定坐標(biāo)系中機(jī)艙繞著轉(zhuǎn)子的軸線的旋轉(zhuǎn)速度或角速度，或者涉及與常數(shù)系數(shù)相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)速度。基本上，測量的旋轉(zhuǎn)速度到校正的旋轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)換可以通過任何所需方式實(shí)現(xiàn)。確定補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度并且隨后將其加入到測量的旋轉(zhuǎn)速度構(gòu)成了非常簡單且清楚的方案。確定補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度可以包括乘以在測量的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度之間的傳動(dòng)比。該方法基于這樣的假設(shè)，即，將要觀察的慣性動(dòng)量由轉(zhuǎn)子支配。然后在地面固定坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度在塔架擺動(dòng)期間保持恒定。測量的旋轉(zhuǎn)速度的系統(tǒng)誤差比描述機(jī)艙的運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度要大一個(gè)系數(shù)倍。該系數(shù)對(duì)應(yīng)于在測量的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度之間的傳動(dòng)比。這在確定補(bǔ)償?shù)男D(zhuǎn)速度時(shí)被考慮到，特別是，機(jī)艙的測量旋轉(zhuǎn)速度乘以該系數(shù)。然后，該補(bǔ)償?shù)男D(zhuǎn)速度對(duì)應(yīng)于由塔架擺動(dòng)產(chǎn)生的測量的旋轉(zhuǎn)速度的誤差，使得該總和原則上產(chǎn)生測量誤差的完全補(bǔ)償。在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)艙的運(yùn)動(dòng)的測量通過測量垂直于轉(zhuǎn)子的軸線以及塔架的縱向軸線的方向的加速度來實(shí)現(xiàn)。在上述方向上的線性加速度允許得到關(guān)于塔架擺動(dòng)的幅值的結(jié)論，這對(duì)于預(yù)期的測量誤差是決定性的。加速度的確定能夠特別是通過加速度傳感器來實(shí)現(xiàn)，該傳感器布置在機(jī)艙中或者在塔基中或上。在適當(dāng)?shù)那闆r下，還可以使用布置在塔架的頂部上的多個(gè)加速度傳感器，該傳感器用于測量沿著不同方向的加速度。從以這樣方式布置的加速度傳感器的測量值可以計(jì)算用于每個(gè)機(jī)艙位置的沿著所述方向的加速度。在一個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度的測量包括除以有效塔架高度，該有效塔架高度小于塔基的實(shí)際高度。如上所述，塔基擺動(dòng)的幅值對(duì)于在機(jī)艙固定坐標(biāo)系中測量的旋轉(zhuǎn)速度的測量誤差是重要的。塔基的擺動(dòng)幅值如何作用在地面固定坐標(biāo)系中的機(jī)艙的角位置特別取決于塔架的機(jī)械性能。準(zhǔn)確的計(jì)算必須考慮塔架的任何彎曲并且難以控制。有效塔架高度的使用提出了大致可行的方案。有效塔架高度是假設(shè)剛性的摩擦塔架的塔架高度，其中在某一擺動(dòng)幅值的情況下，塔架和/或機(jī)艙的頂部呈現(xiàn)與實(shí)際彎曲塔架的擺動(dòng)幅值相同的傾斜角度。有效塔架高度小于塔架的實(shí)際高度?？梢酝ㄟ^模型計(jì)算、在實(shí)際塔架上的估計(jì)或者測量得到有效塔架高度。在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)艙的運(yùn)動(dòng)的測量通過測量繞著轉(zhuǎn)子的軸線的角加速度來執(zhí)行。在測量方法中，只有機(jī)艙的導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)速度的上述歪曲的運(yùn)動(dòng)分量被從頭開始確定。這能夠簡化了測量的旋轉(zhuǎn)速度到校正的旋轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)換。在一個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度的確定包括在時(shí)間上對(duì)測量加速度的積分。為了低頻信號(hào)，特別地，傳感器偏移誤差在積分過程中沒有產(chǎn)生誤差，在該積分之前，高通過濾器能夠使用在測量的加速度上。在一個(gè)實(shí)施例中，通過測量機(jī)艙相對(duì)于地面繞著轉(zhuǎn)子的軸線的角度來實(shí)現(xiàn)機(jī)艙的運(yùn)動(dòng)的測量。重復(fù)測量角位置還使得機(jī)艙繞著轉(zhuǎn)子的軸線的旋轉(zhuǎn)的確定，這與測量誤差有關(guān)。特別地，在測量中使用斜度傳感器或陀螺儀傳感器。上述任務(wù)通過具有權(quán)利要求8的特征的風(fēng)力渦輪機(jī)來解決。在后續(xù)從屬權(quán)利要求中描述優(yōu)選實(shí)施例。風(fēng)力渦輪機(jī)具有塔架；安裝在塔架上的機(jī)艙；傳動(dòng)系，其具有帶有至少一個(gè)槳葉的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子繞著一軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述機(jī)艙中；由所述轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)；用于測量所述傳動(dòng)系的一元件的旋轉(zhuǎn)速度的單元，所述元件由所述轉(zhuǎn)子根據(jù)傳動(dòng)比旋轉(zhuǎn)；用于測量所述機(jī)艙相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)的單元；速度控制器，其被構(gòu)造成通過輸出發(fā)電機(jī)扭矩和/或槳葉間距角度來進(jìn)行從所述旋轉(zhuǎn)速度至速度設(shè)定值的控制；具有用于將在機(jī)艙固定坐標(biāo)系中測到的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)換成校正的旋轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)換單元，所述校正的旋轉(zhuǎn)速度對(duì)應(yīng)于乘以傳動(dòng)比的地面固定坐標(biāo)系中的所述轉(zhuǎn)子的所述旋轉(zhuǎn)速度；以及所述速度控制器被連接至所述轉(zhuǎn)換單元，使得所述速度控制器使用所述校正的旋轉(zhuǎn)速度作為輸入量。可以理解的是，風(fēng)力渦輪機(jī)的部件，特別是，轉(zhuǎn)換單元能夠?qū)崿F(xiàn)為軟件，該軟件在風(fēng)力渦輪機(jī)的控制計(jì)算機(jī)中運(yùn)行。關(guān)于相對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)的特征的說明，參照相應(yīng)的特征和優(yōu)點(diǎn)的上述說明。風(fēng)力渦輪機(jī)特別用于實(shí)現(xiàn)上述方法。


下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中圖1示出了從前部為簡化示例圖形式的根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖；圖3示出了用于說明不同物理量的相互作用的原理圖；圖4示出了關(guān)于術(shù)語“有效塔架高度”的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了風(fēng)力渦輪機(jī)10，其具有塔架12、安裝在塔架上的機(jī)艙13。風(fēng)力渦輪機(jī) 10的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包括可旋轉(zhuǎn)地安裝在機(jī)艙14中的轉(zhuǎn)子16，并且包括三個(gè)轉(zhuǎn)子槳葉18、以及發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)(在圖1中未示出)布置在機(jī)艙14中并且由轉(zhuǎn)子16驅(qū)動(dòng)。另外，在附圖中示出了在下面限定的三個(gè)角度角度φτ表示機(jī)艙14在地面固定坐標(biāo)系中相對(duì)于垂線的傾斜角度。機(jī)艙的傾斜角度φτ基本上對(duì)應(yīng)于由塔架12的彎曲所導(dǎo)致的塔架頂部的傾斜。傾斜角度φτ由塔架擺動(dòng)產(chǎn)生。機(jī)艙14的偏轉(zhuǎn)和傾斜以及塔架12的彎曲在圖1中放大地示出。角度(Pr表示轉(zhuǎn)子的傾斜位置，例如是從在地面固定坐標(biāo)系中的垂線直到轉(zhuǎn)子槳葉 18的中心線所測得的。第三示出角度是在機(jī)艙固定坐標(biāo)系中測得的轉(zhuǎn)子槳葉18的傾斜位置，其在圖中相對(duì)于豎直線傾斜一角度φτ。該角度稱為cpR*。星號(hào)Γ)表示機(jī)艙固定坐標(biāo)系，在下面將詳細(xì)描述其數(shù)量。如能夠從圖中直接得到的，在這三個(gè)角度之間存在以下關(guān)系
(pR*=tpirCpT( 1 )隨著時(shí)間變化的微分導(dǎo)致用于相應(yīng)角速度的以下關(guān)系，在本申請中，以上描述的相應(yīng)角速度被稱為旋轉(zhuǎn)速度ωΕ*= ωΕ-ωτ(2)ω/為在機(jī)艙固定坐標(biāo)系中的測得的旋轉(zhuǎn)速度。與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度不同，可以預(yù)期到借助于傳動(dòng)比Ue與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)的另一個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)元件的旋轉(zhuǎn)速度，例如同樣與機(jī)艙固定坐標(biāo)系相關(guān)的發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。G* coG* = Ue · ω E * = Ue · ω R-Ue · ω τ(3)= ω G-Ue · ω τ(4)ω^對(duì)應(yīng)于動(dòng)力傳動(dòng)元件的直接測得的旋轉(zhuǎn)速度，動(dòng)力傳動(dòng)元件即為發(fā)電機(jī)或者更準(zhǔn)確地說是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其對(duì)應(yīng)于傳動(dòng)比化由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。ω^= Ue · ωκ是校正的旋轉(zhuǎn)速度，其由在地面固定坐標(biāo)系中的乘以傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度表示。在本發(fā)明中，該旋轉(zhuǎn)速度用作速度調(diào)整的基礎(chǔ)。如能夠從最后一個(gè)等式中得到的，旋轉(zhuǎn)速度能夠由測得的旋轉(zhuǎn)速度ω^和術(shù)語化· ωτ之和確定，術(shù)語化· ω τ可大致由以下來確定Ue · ω T = Ue · f (a/Lt) · dt = ω c (5)ω。是補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度，a是機(jī)艙在垂直于塔架的縱向軸線和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上的加速度，以及Lt為有效塔架高度。上述的數(shù)學(xué)關(guān)系是通用的，與在此的實(shí)施例無關(guān)。圖2示出了以下方法步驟在步驟100中，測量與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)系元件的旋轉(zhuǎn)速度，在該實(shí)例中為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。結(jié)果為在機(jī)艙固定坐標(biāo)系統(tǒng)中的測得的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度Og* ο在步驟110中，測量到機(jī)艙相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)。在該實(shí)施例中，通過沿著垂直于塔架的軸線和垂直于轉(zhuǎn)子軸線的方向的線性加速度測量該結(jié)果。該結(jié)果為測量得到的加速度
在步驟120中，測得的旋轉(zhuǎn)速度ω^被轉(zhuǎn)換成校正的旋轉(zhuǎn)速度ω彳旋轉(zhuǎn)速度
對(duì)應(yīng)于在地面固定坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且轉(zhuǎn)換到發(fā)電機(jī)端。為此，首先，基于測得的加速度a確定補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度coe。這將加入到測得的旋轉(zhuǎn)速度ω^。在步驟130中，執(zhí)行速度的調(diào)整，由此校正的旋轉(zhuǎn)速度ω。。被用作輸入值用于速度調(diào)整。用于速度調(diào)整的另一個(gè)輸入值是預(yù)期的設(shè)定值《e,SS{t。速度調(diào)整的輸出量為發(fā)電機(jī)扭矩Mg和/或槳葉節(jié)距角度θ。基于圖3的方塊圖更詳細(xì)地描述不同物理量之間的關(guān)系。在方塊圖中，通過每個(gè)在方框中示出的功能將不同的值彼此關(guān)聯(lián)在一起。在頂部左端，示出了機(jī)艙的測到的加速度。轉(zhuǎn)換功能DV在上述的補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度 ω。上再生該加速度a。在連接部30處，補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度Oe被加到在機(jī)艙固定坐標(biāo)系中測得的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度ω^中。該結(jié)果是校正的旋轉(zhuǎn)速度COee,其通過速度調(diào)整器的轉(zhuǎn)換功能 REG被轉(zhuǎn)換成用于發(fā)電機(jī)扭矩的設(shè)定值Mii5ffitttl系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換功能U-GEN由主轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，并且發(fā)電機(jī)從此產(chǎn)生發(fā)電機(jī)扭矩的實(shí)際值Im^t。發(fā)電機(jī)扭矩的實(shí)際值通過轉(zhuǎn)換功能B變成作用在塔架上的扭矩Μτ。轉(zhuǎn)換功能T 從扭矩Mt得到在機(jī)艙或者塔架的旋轉(zhuǎn)速度ωτ，并且由塔架的機(jī)械特性確定。塔架形成由扭矩Mt激發(fā)的略有緩沖且能夠擺動(dòng)的系統(tǒng)。結(jié)果是塔架/機(jī)艙的旋轉(zhuǎn)速度或旋轉(zhuǎn)速度ωτ， 其在地面固定坐標(biāo)系中看到。據(jù)此，旋轉(zhuǎn)速度化· ωτ通過轉(zhuǎn)換功能A產(chǎn)生，其由動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和塔架的特性， 特別是傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比影響。這樣在通過塔架傳送的情況下將發(fā)電機(jī)扭矩Me,Mitt的實(shí)際值的影響反映在發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度上。在測得的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度ω^上的另一個(gè)影響變量是在發(fā)電機(jī)扭矩Me,M3^的實(shí)際值和除以傳動(dòng)比化的扭矩Mk之間的差值，扭矩Mk由于風(fēng)而由轉(zhuǎn)子施加。該差值對(duì)應(yīng)于作用在發(fā)電機(jī)軸上的有效扭矩。形成該差值通過連接部32示出。轉(zhuǎn)換功能Ι/Js的積分或施加產(chǎn)生發(fā)電機(jī)的補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度《e。在連接部34中用旋轉(zhuǎn)速度值化· ω τ形成該差值產(chǎn)生在機(jī)艙固定系統(tǒng)中測得的旋轉(zhuǎn)速度ω^。圖4用于說明有效塔架高度LT。在圖中的頂部區(qū)域示出了在擺動(dòng)期間的彎曲塔架 12與實(shí)際高度b的比率。在塔架12的具有幅值d的擺動(dòng)期間，將產(chǎn)生角度φτ的特定最大值，其在其他因數(shù)中是取決于塔架12的彎曲的。在圖4的下部區(qū)域中畫出基于剛性塔架40的模型。在這樣塔架40的情況下，假設(shè)出有效塔架高度Lt，在對(duì)應(yīng)于圖的頂部的擺動(dòng)幅值d處設(shè)定機(jī)艙的該角度φτ。
權(quán)利要求
1.一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的旋轉(zhuǎn)速度的方法，所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有塔架(12)、 安裝在塔架(12)上的機(jī)艙(14)以及傳動(dòng)系，所述傳動(dòng)系包括具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子槳葉(18) 的轉(zhuǎn)子(16)以及由所述轉(zhuǎn)子(16)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)；所述轉(zhuǎn)子(16)繞著一軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述機(jī)艙(14)中，所述方法具有以下步驟測量所述傳動(dòng)系的一元件的旋轉(zhuǎn)速度(ω^)，所述元件由所述轉(zhuǎn)子根據(jù)一傳動(dòng)比 (Ue)旋轉(zhuǎn)；測量所述機(jī)艙(14)相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)；用速度控制器控制所述旋轉(zhuǎn)速度至旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定值，所述速度控制器輸出發(fā)電機(jī)扭矩 (Mg)和/或槳葉間距角度(θ )；其特征在于在機(jī)艙固定坐標(biāo)系統(tǒng)中測量得到的所述旋轉(zhuǎn)速度(ω^)被轉(zhuǎn)換成校正的旋轉(zhuǎn)速度(ωee)，所述校正的旋轉(zhuǎn)速度對(duì)應(yīng)于與所述傳動(dòng)比(Ue)相乘的在地面固定坐標(biāo)系中的所述轉(zhuǎn)子(16)的旋轉(zhuǎn)速度；以及所述速度控制器使用所述校正旋轉(zhuǎn)速度(ω」作為輸入量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)所述機(jī)艙(14)的測量得到的運(yùn)動(dòng)來確定補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度，所述補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度表示所述機(jī)艙(14)繞著所述轉(zhuǎn)子(16)的軸線的旋轉(zhuǎn)；以及通過將測量得到的所述旋轉(zhuǎn)速度(ω^)和所述補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度(ω》相加實(shí)現(xiàn)將測量得到的所述旋轉(zhuǎn)速度(ω^)轉(zhuǎn)換成所述校正的旋轉(zhuǎn)速度(《cc)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于通過測量沿著垂直于所述轉(zhuǎn)子(16)的軸線和垂直于所述塔架(12)的縱向軸線的方向的加速度(a)來實(shí)現(xiàn)測量所述機(jī)艙(14)的運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于所述補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度(ω。)的確定包括通過除以有效塔架高度(Lt)，所述有效塔架高度小于所述塔架(12)的實(shí)際高度(b)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的方法，其特征在于通過測量繞著所述轉(zhuǎn)子(16)的軸線的角加速度來實(shí)現(xiàn)測量所述機(jī)艙(14)的運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5所述的方法，其特征在于所述補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度(ω。)的確定包括作為時(shí)間函數(shù)的測量加速度的積分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的方法，其特征在于通過測量所述機(jī)艙(14)相對(duì)于地面繞著所述轉(zhuǎn)子(16)的軸線的角度(φτ )來實(shí)現(xiàn)測量所述機(jī)艙(14)的運(yùn)動(dòng)。
8.一種風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，其包括塔架(12)；安裝在塔架(12)上的機(jī)艙(14)；傳動(dòng)系，其具有帶有至少一個(gè)槳葉(18)的轉(zhuǎn)子(16)，所述轉(zhuǎn)子(16)繞著一軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述機(jī)艙(14)中；由所述轉(zhuǎn)子(16)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)；用于測量所述傳動(dòng)系的一元件的旋轉(zhuǎn)速度(ω^)的單元，所述元件由所述轉(zhuǎn)子(16) 根據(jù)一傳動(dòng)比(Ue)旋轉(zhuǎn)；用于測量所述機(jī)艙(14)相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)的單元；速度控制器，其被構(gòu)造成通過輸出發(fā)電機(jī)扭矩(Me)和/或槳葉間距角度(Θ)將所述旋轉(zhuǎn)速度控制至速度設(shè)定值；其特征在于具有用于將在機(jī)艙固定坐標(biāo)系中測量得到的旋轉(zhuǎn)速度(ω^)轉(zhuǎn)換成校正的旋轉(zhuǎn)速度 ("GC)的轉(zhuǎn)換單元，所述校正的旋轉(zhuǎn)速度對(duì)應(yīng)于乘以所述傳動(dòng)比(Ue)的在地面固定坐標(biāo)系中的所述轉(zhuǎn)子(16)的所述旋轉(zhuǎn)速度；以及所述速度控制器被連接至所述轉(zhuǎn)換單元，使得所述速度控制器使用所述校正的旋轉(zhuǎn)速度(ω^)作為輸入量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換單元被構(gòu)造成基于所述機(jī)艙(14)的測量得到的運(yùn)動(dòng)的確定補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度 (ω e)，該補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度代表所述機(jī)艙(14)繞著所述轉(zhuǎn)子(16)的軸線的旋轉(zhuǎn)；以及所述轉(zhuǎn)換單元通過將所述測量得到的旋轉(zhuǎn)速度(coG*)與所述補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度(Oe)相加來確定所述校正的旋轉(zhuǎn)速度(uGC)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，其特征在于用于測量機(jī)艙(14)的運(yùn)動(dòng)的單元是加速度傳感器，所述加速度傳感器被布置成使得所述加速度傳感器測量所述機(jī)艙(14)沿著垂直于所述轉(zhuǎn)子(16)的軸線和垂直于所述塔架 (12)的縱向軸線的方向的加速度(a)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，其特征在于所述轉(zhuǎn)換單元被構(gòu)造成當(dāng)確定所述補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度(ω》時(shí)，執(zhí)行除以有效塔架高度 (Lt)，所述有效塔架高度小于所述塔架(12)的實(shí)際高度(b)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8-11所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，其特征在于，用于測量所述機(jī)艙(14) 的運(yùn)動(dòng)的單元是角加速度傳感器，從而所述角加速度傳感器測量繞著所述轉(zhuǎn)子(16)的軸線的角加速度。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換單元被構(gòu)造成當(dāng)確定所述補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)速度時(shí)積分作為時(shí)間函數(shù)的測量得到的加速度。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于用于測量所述機(jī)艙(14)的運(yùn)動(dòng)的單元是傾斜傳感器或陀螺儀傳感器，使得所述傾斜傳感器或陀螺儀傳感器測量所述機(jī)艙(14)相對(duì)于地面繞著所述轉(zhuǎn)子(16)的軸線的角度。
全文摘要
一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的方法，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有塔架、安裝在塔架上的機(jī)艙以及傳動(dòng)系，傳動(dòng)系包括具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子槳葉的轉(zhuǎn)子以及由轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子繞著軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在機(jī)艙中，方法具有以下步驟測量傳動(dòng)系的一元件的旋轉(zhuǎn)速度，元件由轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)于傳動(dòng)比地旋轉(zhuǎn)；測量機(jī)艙相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)；用速度控制器控制旋轉(zhuǎn)速度至旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定值，速度控制器輸出發(fā)電機(jī)扭矩和/或槳葉間距角度；在機(jī)艙固定坐標(biāo)系統(tǒng)中測量得到的旋轉(zhuǎn)速度被轉(zhuǎn)換成校正的旋轉(zhuǎn)速度，校正的旋轉(zhuǎn)速度對(duì)應(yīng)于與傳動(dòng)比相乘的在地面固定坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度；以及速度控制器使用校正旋轉(zhuǎn)速度作為輸入量。
文檔編號(hào)F03D7/06GK102384031SQ20111026149
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者D·德羅塞爾 申請人:德國恩德能源有限公司