專利名稱：控制風(fēng)輪機(jī)葉片的傾斜速度的方法及其控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)內(nèi)在轉(zhuǎn)子停止期間控制至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的方法、控制系統(tǒng)、風(fēng)輪機(jī)及其使用。
背景技術(shù)：
例如如果風(fēng)輪機(jī)的發(fā)電機(jī)突然與配電網(wǎng)斷開，則可啟動停止過程以防風(fēng)輪機(jī)過載。
先前，通過使用預(yù)先建立的傾斜速度的值在停止期間控制風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)輪機(jī)葉片，直到葉片完全傾斜到風(fēng)外。
傾斜控制系統(tǒng)主要包括機(jī)械的和液壓的組件例如液壓致動器，以使風(fēng)輪機(jī)葉片圍繞它們的縱向軸線轉(zhuǎn)入或離開風(fēng)。
現(xiàn)有技術(shù)的問題是必須謹(jǐn)慎地選擇用于傾斜速度的值，以確保不會因停止過程期間的控制而使風(fēng)輪機(jī)的任何部分尤其是葉片發(fā)生過載。但是，如果停止過程是減慢發(fā)電機(jī)，則風(fēng)輪機(jī)的齒輪裝置會受到損壞。
相關(guān)聯(lián)的問題是風(fēng)輪機(jī)尤其是葉片的尺寸必須使其非常堅固以便在停止過程期間經(jīng)受住任何力，其中停止過程會因低傾斜速度而延長。
另一個問題是轉(zhuǎn)子會脫離控制，即，由于低傾斜速度而加速到極其危險的速度。
本發(fā)明的一個目的是建立一種無上述缺陷的技術(shù)。具體地，一個目的是建立關(guān)于風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子尤其是大型現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的停止過程是最優(yōu)的而不會損壞風(fēng)輪機(jī)的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種在風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子的停止過程期間例如在諸如配電網(wǎng)丟失或強(qiáng)風(fēng)的極端情況下控制至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的方法，其中所述方法響應(yīng)該系統(tǒng)和/或該系統(tǒng)周圍環(huán)境的一個或多個反饋值來優(yōu)化所述葉片的葉片控制速度，以便至少使施加給轉(zhuǎn)子的力facc處于非加速力狀態(tài)。
由此建立一種沒有上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷的方法。特別有利的是，該方法使得風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子能響應(yīng)于該風(fēng)輪機(jī)和/或該風(fēng)輪機(jī)周圍環(huán)境的反饋值最優(yōu)地且主動地停止。風(fēng)輪機(jī)葉片的主動控制使得風(fēng)輪機(jī)可迅速停止而不會使風(fēng)輪機(jī)受到過大的力，即在停止轉(zhuǎn)子的時間和力之間實現(xiàn)優(yōu)化。
該方法對于現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)的長且重的風(fēng)輪機(jī)葉片是尤其有利的，在該現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)中可能的過度力會非常大。
因此，該方法使得具有其尺寸不如普通風(fēng)輪機(jī)堅固的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的風(fēng)輪機(jī)不再會在最優(yōu)的且迅速的停止過程期間受到很大并可能有害的力。
在本發(fā)明的一個方面內(nèi)，所述控制包括將一個或多個傾斜(俯仰，pitch)或主動停止的風(fēng)輪機(jī)葉片的傾斜角從在停止過程開始時的值調(diào)節(jié)到所述非加速狀態(tài)的值，例如大約90度。為了優(yōu)化傾斜，在從停止過程開始到建立葉片非加速狀態(tài)期間控制葉片是尤其有利的，因為如果在此期間沒有迅速控制葉片力，則此期間的葉片力可能例如因轉(zhuǎn)子速度增加而損壞風(fēng)輪機(jī)。限制轉(zhuǎn)子速度并且在到達(dá)非加速狀態(tài)時重新控制轉(zhuǎn)子速度。
在本發(fā)明的另一方面內(nèi)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子搖擺機(jī)構(gòu)的搖擺角以實現(xiàn)所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的非加速。搖擺機(jī)構(gòu)使得葉片可利用轉(zhuǎn)子輪轂處的軸承響應(yīng)掃掠區(qū)域中的不對稱風(fēng)速而在風(fēng)輪機(jī)葉片的每次旋轉(zhuǎn)期間卸載。搖擺角是停止過程期間的重要測量數(shù)據(jù)，因為不控制搖擺機(jī)構(gòu)會導(dǎo)致在葉片上施加計劃外的力、在葉片和塔架之間出現(xiàn)碰撞以及搖擺機(jī)構(gòu)過載。
在本發(fā)明的另一方面，所述控制包括閉環(huán)構(gòu)型，其中所述反饋值是通過測量該系統(tǒng)和/或系統(tǒng)周圍環(huán)境的機(jī)械或物理數(shù)據(jù)例如測量傾斜位置(狀態(tài))數(shù)據(jù)、葉片負(fù)荷、搖擺角、方位角、葉片軸承的摩擦力、風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)共享和/或風(fēng)密度而獲得的。因此，可使風(fēng)輪機(jī)葉片迅速傾斜到非加速狀態(tài)，從而減小轉(zhuǎn)子超速而風(fēng)輪機(jī)和葉片機(jī)構(gòu)不會過載。因此，反饋值確保防止風(fēng)輪機(jī)發(fā)生嚴(yán)重的故障，這是因為監(jiān)控并將風(fēng)輪機(jī)和周圍環(huán)境的關(guān)鍵組分反饋回葉片控制系統(tǒng)。
短語“機(jī)械或物理數(shù)據(jù)”應(yīng)當(dāng)理解為與風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)所產(chǎn)生的電力輸出無關(guān)的測量數(shù)據(jù)或與在正常發(fā)電期間的發(fā)電有關(guān)的其它測量值。
在本發(fā)明的另一方面內(nèi)，與具有較高起始斜率的非線性曲線相關(guān)聯(lián)地控制傾斜速度。因此，可克服任何慣性，并使葉片迅速傾斜到風(fēng)外。由于將必要的數(shù)據(jù)測量、反饋并用于使葉片從風(fēng)內(nèi)連續(xù)傾斜到風(fēng)外，因此可在更接近風(fēng)輪機(jī)尤其是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的物理限制處執(zhí)行傾斜。此外，當(dāng)反饋值指示時可將速度限制到低的值。
在本發(fā)明的一個方面內(nèi)，控制傾斜速度包括在最初幾秒內(nèi)例如在最初五秒內(nèi)例如在第一至第三秒之間從0到約15度/秒的高的初始過渡(瞬變)。從而可實現(xiàn)尤其是與現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)葉片有關(guān)的本發(fā)明的有利實施例，該葉片的長度超過30米例如為39或44米并且重量至少為5噸。
在本發(fā)明的另一方面，所述一個或多個反饋值產(chǎn)生用于在控制值極限內(nèi)控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的控制值。從而，風(fēng)輪機(jī)葉片可響應(yīng)于反饋值以高的初始速度和低的連續(xù)速度傾斜，從而建立非線性速度曲線。
在本發(fā)明的另一方面，在轉(zhuǎn)子的每次旋轉(zhuǎn)期間單個地控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的傾斜角以在轉(zhuǎn)子上實現(xiàn)基本共同的力。從而，可在停止過程中在每次旋轉(zhuǎn)期間保護(hù)轉(zhuǎn)子不受不對稱和潛在的致命力的影響。
在本發(fā)明的另一方面，與轉(zhuǎn)子的每次旋轉(zhuǎn)期間的周期性的或相似的非線性曲線相關(guān)地一例如與掃掠區(qū)域的不同部分內(nèi)的風(fēng)速相關(guān)地-控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的傾斜角。從而，可保護(hù)風(fēng)輪機(jī)不受由掃掠區(qū)域中的不對稱風(fēng)力、轉(zhuǎn)子和/或轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)中的不平衡所引起的致命的力影響。
應(yīng)理解，與反饋值相關(guān)地控制傾斜角以處理轉(zhuǎn)子的每次旋轉(zhuǎn)期間的非線性情況，從而遵循該非線性曲線但并不是沿這種曲線進(jìn)行控制。
本發(fā)明還涉及一種用于在風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的轉(zhuǎn)子的停止過程期間例如在極端狀況例如配電網(wǎng)丟失或強(qiáng)風(fēng)期間控制至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括測量該系統(tǒng)和/或該系統(tǒng)周圍環(huán)境的一個或多個值的傳感器裝置，用于建立所述測量值的一個或多個反饋值的計算裝置，以及用于控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的控制裝置，其中所述裝置響應(yīng)于所述一個或多個反饋值來優(yōu)化所述葉片的葉片控制速度以至少使施加給轉(zhuǎn)子的力facc處于非加速力狀態(tài)。
從而可建立一種無上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷的控制系統(tǒng)。尤其是，控制系統(tǒng)使得風(fēng)輪機(jī)可響應(yīng)于反饋值主動停止是有利的。風(fēng)輪機(jī)葉片的主動控制使得能迅速停止風(fēng)輪機(jī)而不會使風(fēng)輪機(jī)受到過大的力，即，使停止過程期間的力和時間最優(yōu)化。
該控制系統(tǒng)對于現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)的長且非常重的風(fēng)輪機(jī)葉片是尤其有利的。此外，由于控制系統(tǒng)會在風(fēng)輪機(jī)承受過大的力之前使風(fēng)輪機(jī)停止，所以可將現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)尤其是風(fēng)輪機(jī)葉片設(shè)計成不具有標(biāo)準(zhǔn)的超尺寸(over-dimensioning)以承受極端狀況。
在本發(fā)明中，所述控制裝置包括裝置和算法，例如用于將所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片例如一個或多個傾斜或主動停止(stall)式風(fēng)輪機(jī)葉片的傾斜角從停止過程中的初始值調(diào)節(jié)到所述非加速狀態(tài)的值例如90度的傾斜致動器系統(tǒng)和/或用于實現(xiàn)所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的非加速的搖擺機(jī)構(gòu)。
在本發(fā)明的另一方面，所述傳感器裝置包括用于測量風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)和/或該系統(tǒng)周圍環(huán)境的機(jī)械或物理數(shù)據(jù)的傾斜位置傳感器、葉片負(fù)荷傳感器、方位角傳感器、風(fēng)傳感器和/或搖擺角傳感器。從而，通過建立將在停止過程期間在算法中用作反饋值的風(fēng)輪機(jī)和周圍環(huán)境的相關(guān)和必需值來實現(xiàn)本發(fā)明的有利實施例。
在本發(fā)明的又一方面，所述系統(tǒng)包括閉環(huán)構(gòu)型，以建立所述一個或多個反饋值。從而實現(xiàn)本發(fā)明的有利實施例。
在本發(fā)明的再一方面，所述控制裝置包括用于與具有較高起始斜率的非線性曲線相關(guān)聯(lián)地控制傾斜速度的裝置。從而實現(xiàn)本發(fā)明的有利實施例。
在本發(fā)明的一個方面，所述控制裝置包括用于以在最初幾秒內(nèi)例如在最初五秒內(nèi)例如在第一至第三秒之間的從0到約15度/秒的高的初始過渡來控制傾斜速度的裝置。從而實現(xiàn)本發(fā)明的有利實施例。
在本發(fā)明的一個方面，所述系統(tǒng)在控制值極限內(nèi)控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片。從而實現(xiàn)本發(fā)明的有利實施例。
在本發(fā)明的又一方面，所述計算裝置包括例如用于傾斜算法和所述控制值極限的預(yù)先建立的值的計算機(jī)存儲裝置和微處理器。在控制裝置內(nèi)并且與迅速反應(yīng)的傾斜致動器系統(tǒng)相結(jié)合地使用計算裝置使得在轉(zhuǎn)動期間風(fēng)輪機(jī)葉片可轉(zhuǎn)到風(fēng)外而不會被損壞。
本發(fā)明還涉及一種風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)帶有至少一個在轉(zhuǎn)子內(nèi)的傾斜或主動停止式風(fēng)輪機(jī)葉片以及用于在停止過程期間響應(yīng)于風(fēng)輪機(jī)和/或風(fēng)輪機(jī)的周圍環(huán)境的一個或多個反饋值控制傾斜致動器系統(tǒng)和所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的傾斜角的控制系統(tǒng)。
在本發(fā)明中，所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片是具有兩個或三個葉片的風(fēng)輪機(jī)的一部分，所述傾斜致動器系統(tǒng)包括控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的傾斜角的電動機(jī)例如步進(jìn)電機(jī)。使用電動機(jī)可使得傾斜致動器系統(tǒng)精確且反應(yīng)迅速，這對于本發(fā)明是有利的。
在本發(fā)明的其它方面，所述風(fēng)輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子搖擺機(jī)構(gòu)，所述傾斜致動器系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子的每次旋轉(zhuǎn)期間單個地控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的傾斜角，以在轉(zhuǎn)子上實現(xiàn)基本共同的力。
在本發(fā)明的又一方面，所述傾斜控制器系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子每次旋轉(zhuǎn)期間的周期的或非線性的曲線相關(guān)聯(lián)地，例如與在掃掠區(qū)域的不同部分中的風(fēng)速相關(guān)聯(lián)地，控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的傾斜角。


下文將參照

本發(fā)明，在附圖中圖1示出其風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)包括三個風(fēng)輪機(jī)葉片的大型現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)，圖2示出在旋轉(zhuǎn)期間風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子所面對的風(fēng)力分布的示例，圖3示意性地示出傾斜受控風(fēng)輪機(jī)的傾斜系統(tǒng)的功能性，圖4和5示出控制風(fēng)輪機(jī)葉片的公知控制系統(tǒng)的功能性和傾斜速度，
圖6示出用于控制風(fēng)輪機(jī)葉片的控制系統(tǒng)的傾斜角控制策略，圖7和8示出根據(jù)本發(fā)明的用于控制風(fēng)輪機(jī)葉片的控制系統(tǒng)的功能性和傾斜速度，圖9示出如圖7所示的控制系統(tǒng)的傾斜角控制策略，圖10示意性地示出用于在停止過程期間控制風(fēng)輪機(jī)葉片的控制系統(tǒng)的優(yōu)選實施例。
具體實施例方式
圖1示出具有塔架2和安置在該塔架頂部上的風(fēng)輪機(jī)引擎艙3的現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)1。風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子的葉片5通過低速軸連接到引擎艙，該低速軸延伸出該引擎艙前端。
如圖所示，超過一定程度的風(fēng)將起動轉(zhuǎn)子并使轉(zhuǎn)子沿垂直于風(fēng)的方向旋轉(zhuǎn)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成提供到配電網(wǎng)的電力。
圖2示出大轉(zhuǎn)子6面對的風(fēng)力例如轉(zhuǎn)子頂部處的強(qiáng)風(fēng)力(例如10米/秒)以及朝向轉(zhuǎn)子底部的較小風(fēng)力(例如2-8米/秒)的分布。轉(zhuǎn)子面對的風(fēng)力分布會使得在風(fēng)輪機(jī)上產(chǎn)生非常大的力矩，其中風(fēng)力會試圖從塔架或基部折斷引擎艙。單個地控制風(fēng)輪機(jī)葉片以使風(fēng)力分布平均，即由包括葉片的轉(zhuǎn)子所執(zhí)行的旋轉(zhuǎn)運動在頂部比在底部較少地傾斜入風(fēng)中。該技術(shù)稱為風(fēng)輪機(jī)葉片的周期性傾斜，即在葉片的完整旋轉(zhuǎn)期間傾斜角周期性變化。
來自與風(fēng)場內(nèi)的其它風(fēng)輪機(jī)共享的風(fēng)或來自氣象或地理條件的風(fēng)尾流會使風(fēng)力不均勻或增大風(fēng)力的不均勻性。
圖3示意性地示出傾斜受控風(fēng)輪機(jī)的傾斜系統(tǒng)的功能性。該風(fēng)輪機(jī)示出為僅具有一個風(fēng)輪機(jī)葉片5。該葉片示出為相對于風(fēng)向處于兩種位置(狀態(tài))分別為工作位置“a”和非加速或無能量位置“b”，還有停泊位置(未示出)。葉片在位置b圍繞其縱向軸傾斜或轉(zhuǎn)動到風(fēng)之外，使得加速力facc為零，即對于風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子處于非加速狀態(tài)。位置a示出風(fēng)輪機(jī)葉片5處于任何正常的工作位置，其中葉片已經(jīng)傾斜或轉(zhuǎn)動到風(fēng)內(nèi)，從而風(fēng)在葉片上形成提升力，使得風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子和軸旋轉(zhuǎn)。角度φ是從位置a通過b到停泊位置的角度，從而是從給定工作位置通過非加速位置到停泊位置的角度，即在停止過程中例如在風(fēng)輪機(jī)緊急停止期間風(fēng)輪機(jī)葉片必須傾斜以便去除葉片上的力從而保護(hù)葉片(由此保護(hù)風(fēng)輪機(jī)的其余部分)的角度。
風(fēng)通過作用在風(fēng)輪機(jī)葉片輪廓上的垂直方向的力Flift和水平方向的力Fdrag影響葉片的葉片輪廓。存在力過剩。并且如果向量分量的和指向前則風(fēng)輪機(jī)葉片會加速，如果向量分量的和指向后則風(fēng)輪機(jī)葉片減速。
圖4和5示出以前的用于控制風(fēng)輪機(jī)葉片的控制系統(tǒng)的功能性。
圖4示意性地示出控制器7如何控制彎曲模型8，該彎曲模型8代表停止過程期間風(fēng)輪機(jī)1內(nèi)的轉(zhuǎn)子6的傾斜受控的風(fēng)輪機(jī)葉片5?？稍?度至90度之間的角度φ下進(jìn)行連續(xù)可變的傾斜，其中停泊位置代表風(fēng)輪機(jī)葉片基本在風(fēng)外。
從正常工作位置到停泊位置經(jīng)過一風(fēng)輪機(jī)葉片必須轉(zhuǎn)過以使轉(zhuǎn)子停止旋轉(zhuǎn)的角度φ。角速度限定風(fēng)輪機(jī)葉片從工作位置到停泊位置的傾斜時間。
風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)的葉片傾斜通常通過液壓系統(tǒng)執(zhí)行，該液壓系統(tǒng)的箱和泵放置在引擎艙內(nèi)，而伺服閥和氣缸放置在輪轂內(nèi)。通過空心的低速軸和旋轉(zhuǎn)的油入口向氣缸提供加壓油。液壓系統(tǒng)的控制通常由繼電器系統(tǒng)建立。
圖5示出關(guān)于圖4的控制器的施力以實現(xiàn)角傾斜速度隨時間變化的曲線關(guān)系示例，即在系統(tǒng)加速期間的曲線。
該曲線包括向風(fēng)輪機(jī)葉片施加的力的第一和第二等級，其中第一等級高于第二等級以起動葉片的傾斜，從而實現(xiàn)從工作位置到無能量或停泊位置的基本線性或恒定的角傾斜速度。所述等級應(yīng)謹(jǐn)慎地選取為具有較大的裕度，以免損壞風(fēng)輪機(jī)葉片或其它風(fēng)輪機(jī)組件。
圖內(nèi)的o/sec應(yīng)理解為°/sec，即度/秒。
圖6示出如圖4所示的用于控制風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)的風(fēng)輪機(jī)葉片的控制系統(tǒng)的傾斜角控制策略。三個曲線均示出風(fēng)輪機(jī)葉片在轉(zhuǎn)子的正常和停止期間的行為，其中停止過程在大約360度-即曲線開始之后轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周-處開始，并且在達(dá)到90度的傾斜角之前轉(zhuǎn)子約轉(zhuǎn)一周半。
該策略包括在掃掠區(qū)域中與風(fēng)速相關(guān)聯(lián)地傾斜，從而轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周傾斜角周期性改變，即，在每次旋轉(zhuǎn)期間葉片被掃掠進(jìn)入和離開風(fēng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子的停止過程開始時，葉片如圖4和5所示地傾斜，即具有強(qiáng)制葉片遵循圖6所示的曲線的隨時間為線性的傾斜速度。
圖7和8示出根據(jù)本發(fā)明的用于控制風(fēng)輪機(jī)葉片的控制系統(tǒng)的功能性和傾斜速度。
圖7示意性地示出控制器7如何控制彎曲模型8，該彎曲模型8代表停止過程期間風(fēng)輪機(jī)1內(nèi)的轉(zhuǎn)子6的傾斜受控的風(fēng)輪機(jī)葉片5。控制器7響應(yīng)來自反饋裝置9的一個或多個反饋值而使停止期間的風(fēng)輪機(jī)葉片的傾斜速率最優(yōu)。反饋值由風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的和/或在風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)1的周圍環(huán)境內(nèi)的傳感器建立。周圍環(huán)境的傳感器可檢測或監(jiān)控風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)共享和/或風(fēng)密度以及周圍環(huán)境的其它相關(guān)值。
圖8示出本發(fā)明的施加力以實現(xiàn)角傾斜速度隨時間變化的曲線關(guān)系示例，即在系統(tǒng)加速期間的曲線。
該曲線包括在最初幾秒例如最初五秒內(nèi)例如在第一至第三秒之間從0到大約15度/秒的初始高瞬時加速度。該曲線在最初的瞬態(tài)情況之后形成穩(wěn)定狀態(tài)，在該穩(wěn)定狀態(tài)中達(dá)到非加速位置。因此，可確保角傾斜速度具有高的初始值和低的隨后值，從而形成非線性速度曲線。
處于緊急狀況(例如強(qiáng)風(fēng)或者可導(dǎo)致發(fā)生致命的轉(zhuǎn)子失控的發(fā)電機(jī)上的有用負(fù)荷丟失)的風(fēng)輪機(jī)可通過使風(fēng)輪機(jī)葉片快速傾斜到“動態(tài)穩(wěn)定位置”而停止，在該動態(tài)穩(wěn)定位置中用于加速葉片的力Facc為零(非加速狀態(tài))。此后，可使葉片以較慢的速度完全停止。獲得動態(tài)穩(wěn)定所必需的傾斜角根據(jù)不同的風(fēng)速而不同，但是通常大約為10-15°。風(fēng)輪機(jī)葉片應(yīng)當(dāng)單個地傾斜以克服轉(zhuǎn)子內(nèi)的任何不平衡，例如，一個葉片的反傾斜系統(tǒng)比其它葉片慢。在此情況下的正確方法可例如為減慢其它葉片傾斜系統(tǒng)以避免由于轉(zhuǎn)子的不平衡而對風(fēng)輪機(jī)造成任何結(jié)構(gòu)損壞。在實現(xiàn)必要的轉(zhuǎn)子平衡后，可繼續(xù)進(jìn)行風(fēng)輪機(jī)的停止過程。
圖內(nèi)的o/sec應(yīng)理解為°/sec，即度/秒。
圖9示出如圖7所示的控制系統(tǒng)的優(yōu)選的傾斜角控制策略。
三個曲線均示出風(fēng)輪機(jī)葉片在轉(zhuǎn)子的正常和停止期間的行為，其中停止過程在大約360度-即曲線開始之后轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周-處開始，并且在達(dá)到90度的傾斜角之前轉(zhuǎn)子約轉(zhuǎn)一周半。
該策略包括在掃掠區(qū)域中與風(fēng)速相關(guān)聯(lián)地傾斜，從而轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周傾斜角周期性改變，即，在每次旋轉(zhuǎn)期間葉片被掃掠進(jìn)入和離開風(fēng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子的停止過程開始時，葉片如圖7和8所示地傾斜，即具有隨時間變化的非線性傾斜速度以及允許葉片的傾斜角遵循如圖9所示的最優(yōu)曲線的反饋值，例如，在停止過程內(nèi)周期地傾斜。
圖10示意性地示出用于在停止過程期間控制風(fēng)輪機(jī)葉片的控制系統(tǒng)的優(yōu)選實施例。
使用傳感器裝置10測量風(fēng)輪機(jī)1和/或該風(fēng)輪機(jī)的周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，所述傳感器裝置例如為傾斜位置傳感器、葉片負(fù)荷傳感器、塔架負(fù)荷傳感器、基座傳感器、方位角傳感器和/或搖擺角傳感器。將所測量的傳感器數(shù)據(jù)提供給計算裝置11以將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成反饋信號。在控制器12中使用反饋信號以通過建立控制值MF來控制傾斜，該控制值用于在控制值極限+MF、-MF內(nèi)控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片5。反饋信號和控制值MF是控制葉片傾斜的信號，從而例如在極端狀況例如配電網(wǎng)丟失或大風(fēng)狀況下，使風(fēng)輪機(jī)的部分都不會在停止過程期間受超負(fù)荷的影響。
控制值可優(yōu)選為力和/或轉(zhuǎn)矩值。
計算裝置11優(yōu)選地包括用于將與現(xiàn)有控制值MF相比較的所述控制值的預(yù)先建立的極限值的計算機(jī)存儲裝置和微處理器。通過利用閉環(huán)反饋回路連續(xù)地比較當(dāng)前控制值與預(yù)先建立的值，可優(yōu)化控制值以(基本上)在風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計極限尤其是風(fēng)輪機(jī)葉片的設(shè)計極限下控制轉(zhuǎn)子。
上文已參照具有用于在停止過程期間控制風(fēng)輪機(jī)葉片的控制系統(tǒng)的風(fēng)輪機(jī)的具體示例舉例說明了本發(fā)明。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于上述特定實施例，而是可在如權(quán)利要求說明的本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變化和改變，例如使用諸如風(fēng)輪機(jī)相關(guān)組件的溫度的其它測量數(shù)據(jù)來補(bǔ)充或代替上述測量數(shù)據(jù)。
列表1風(fēng)輪機(jī)或風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)2風(fēng)輪機(jī)塔架3風(fēng)輪機(jī)引擎艙4風(fēng)輪機(jī)輪轂5風(fēng)輪機(jī)葉片6轉(zhuǎn)子7控制器和算法裝置8彎曲模型，例如傾斜受控的風(fēng)輪機(jī)葉片9反饋裝置，例如包括傾斜角、搖擺角、角傾斜或搖擺速度信號(θ，dθ/dt)10 傳感器裝置11 包含算法的計算裝置12 傾斜/搖擺控制器13 控制系統(tǒng)a、b 風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子的工作位置和非加速位置、無能量或停泊位置Facc風(fēng)輪機(jī)葉片的加速力Flift風(fēng)輪機(jī)葉片的提升力Fdrag風(fēng)輪機(jī)葉片的牽引力MF 控制值φ 風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子的給定工作位置和非加速、無能量或停泊位置之間的角度
權(quán)利要求
1.在風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)(1)內(nèi)的轉(zhuǎn)子(6)的停止過程期間例如在諸如配電網(wǎng)丟失或強(qiáng)風(fēng)的極端情況期間控制至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的方法，其中所述方法響應(yīng)于該系統(tǒng)和/或該系統(tǒng)周圍環(huán)境的一個或多個反饋值來優(yōu)化所述葉片的葉片控制速度以至少使施加給轉(zhuǎn)子的力(facc)處于非加速力狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述控制包括將一個或多個傾斜或主動停止式風(fēng)輪機(jī)葉片的傾斜角從停止過程開始時的值調(diào)節(jié)到所述非加速狀態(tài)的值，例如基本調(diào)節(jié)到90度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子搖擺機(jī)構(gòu)的搖擺角以實現(xiàn)所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的非加速。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項的方法，其特征在于，在轉(zhuǎn)子(6)的每次旋轉(zhuǎn)期間單個地控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的傾斜角以在轉(zhuǎn)子上獲得基本共同的力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項的方法，其特征在于，所述控制包括閉環(huán)構(gòu)型，并且所述反饋值是通過測量風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)(1)和/或該系統(tǒng)周圍環(huán)境的機(jī)械或物理數(shù)據(jù)例如測量傾斜位置、葉片負(fù)荷、塔架負(fù)荷、基座負(fù)荷、搖擺角、方位角、葉片軸承的摩擦力、風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)共享和/或風(fēng)密度數(shù)據(jù)而獲得的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項的方法，其特征在于，所述一個或多個反饋值產(chǎn)生用于在控制值極限(-MF、+MF)內(nèi)控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的控制值(MF)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項的方法，其特征在于，與具有較高起始斜率的非線性曲線相關(guān)聯(lián)地控制傾斜速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，控制傾斜速度包括在最初幾秒內(nèi)例如在最初五秒內(nèi)例如在第一至第三秒之間的從0到約15度/秒的高的初始過渡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項的方法，其特征在于，與轉(zhuǎn)子(6)的每次旋轉(zhuǎn)期間的周期性的或相似的非線性曲線相關(guān)聯(lián)地，例如與掃掠區(qū)域的不同部分內(nèi)的風(fēng)速相關(guān)聯(lián)地，控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的傾斜角。
10.用于在風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)(1)內(nèi)的轉(zhuǎn)子(6)的停止過程期間例如在諸如配電網(wǎng)丟失或強(qiáng)風(fēng)的極端情況期間控制至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的控制系統(tǒng)(13)，其中該系統(tǒng)包括測量該系統(tǒng)和/或該系統(tǒng)周圍環(huán)境的一個或多個值的傳感器裝置(10)，用于建立所述測量值的一個或多個反饋值的計算裝置(11)，以及用于控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的控制裝置(12)，其中所述裝置響應(yīng)于所述一個或多個反饋值來優(yōu)化所述葉片的葉片控制速度以至少使施加給轉(zhuǎn)子的力(facc)處于非加速力狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的控制系統(tǒng)(13)，其特征在于，所述控制裝置(12)包括裝置和算法，例如用于將所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)例如一個或多個傾斜或主動停止式風(fēng)輪機(jī)葉片的傾斜角從停止過程中的初始值調(diào)節(jié)到所述非加速狀態(tài)的值例如約90度的傾斜致動器系統(tǒng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的控制系統(tǒng)(13)，其特征在于，所述控制裝置(12)包括用于實現(xiàn)所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的非加速的搖擺機(jī)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10到12中任一項的控制系統(tǒng)(13)，其特征在于，所述傳感器裝置(11)包括用于測量風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)(1)和/或該系統(tǒng)周圍環(huán)境的機(jī)械或物理數(shù)據(jù)的傾斜位置傳感器、葉片負(fù)荷傳感器、方位角傳感器、風(fēng)傳感器和/或搖擺角傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10到13中任一項的控制系統(tǒng)(13)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括閉環(huán)構(gòu)型，以建立所述一個或多個反饋值。
15.根據(jù)權(quán)利要求10到14中任一項的控制系統(tǒng)(13)，其特征在于，所述控制裝置(12)包括用于與具有較高起始斜率的非線性曲線相關(guān)聯(lián)地控制傾斜速度的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求10到15中任一項的控制系統(tǒng)(13)，其特征在于，所述控制裝置(12)包括用于以在最初幾秒內(nèi)例如在最初五秒內(nèi)例如在第一至第三秒之間的從0到約15度/秒的高的初始過渡來控制傾斜速度的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求10到16中任一項的控制系統(tǒng)(13)，其特征在于，所述系統(tǒng)在控制值極限(-MF，+MF)內(nèi)控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的控制系統(tǒng)(13)，其特征在于，所述計算裝置(11)包括例如用于傾斜算法和所述控制值極限(-MF，+MF)的預(yù)先建立的值的計算機(jī)存儲裝置和微處理器。
19.根據(jù)權(quán)利要求10到18中任一項的控制系統(tǒng)(13)，其特征在于，該傾斜算法在轉(zhuǎn)子(6)的每次旋轉(zhuǎn)期間單個地控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的傾斜角以在轉(zhuǎn)子上獲得基本共同的力。
20.根據(jù)權(quán)利要求10到19中任一項的控制系統(tǒng)(13)，其特征在于，該傾斜算法與轉(zhuǎn)子(6)的每次旋轉(zhuǎn)期間的周期性的或相似的非線性曲線相關(guān)聯(lián)地，例如與掃掠區(qū)域的不同部分內(nèi)的風(fēng)速相關(guān)聯(lián)地，控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的傾斜角。
21.風(fēng)輪機(jī)(1)，該風(fēng)輪機(jī)帶有至少一個在轉(zhuǎn)子內(nèi)的傾斜或主動停止式風(fēng)輪機(jī)葉片(5)以及根據(jù)權(quán)利要求10到20中任一項的用于在停止過程期間響應(yīng)于風(fēng)輪機(jī)和/或風(fēng)輪機(jī)周圍環(huán)境的一個或多個反饋值控制傾斜致動器系統(tǒng)和所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的傾斜角的控制系統(tǒng)(13)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)是具有兩個或三個葉片的風(fēng)輪機(jī)的一部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，所述傾斜致動器系統(tǒng)包括控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的傾斜角的電動機(jī)，例如步進(jìn)電機(jī)。
24.根據(jù)權(quán)利要求21到23中任一項的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子搖擺機(jī)構(gòu)。
25.根據(jù)權(quán)利要求21到24中任一項的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，所述傾斜致動器系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子(6)的每次旋轉(zhuǎn)期間單個地控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的傾斜角，以在轉(zhuǎn)子上獲得基本共同的力。
26.根據(jù)權(quán)利要求21到25中任一項的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，所述傾斜控制器系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子(6)每次旋轉(zhuǎn)期間的周期性的或非線性的曲線相關(guān)聯(lián)地，例如與在掃掠區(qū)域的不同部分中的風(fēng)速相關(guān)聯(lián)地，控制所述至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片(5)的傾斜角。
27.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項的用于控制至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的狀態(tài)的方法的應(yīng)用，該應(yīng)用與風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)(1)的緊急停止例如在諸如配電網(wǎng)丟失的極端狀況期間的緊急停止有關(guān)。
28.根據(jù)權(quán)利要求10到20中任一項的用于控制至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的狀態(tài)的控制系統(tǒng)的應(yīng)用，該應(yīng)用與風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)(1)的緊急停止例如在諸如配電網(wǎng)丟失的極端狀況期間的緊急停止有關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的轉(zhuǎn)子停止過程期間控制至少一個風(fēng)輪機(jī)葉片的方法。該方法響應(yīng)于該系統(tǒng)的一個或多個反饋值和/或該系統(tǒng)周圍環(huán)境的一個或多個反饋值，通過將角傾斜速度從在停止過程初始階段的10°/秒改變到在停止過程的結(jié)束階段的5°/秒來優(yōu)化該過程的控制速度。本發(fā)明還公開了一種控制系統(tǒng)和風(fēng)輪機(jī)及其使用。
文檔編號F03D7/02GK1997823SQ200480043661
公開日2007年7月11日 申請日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者O·M·杰普森, J·本特森, T·M·漢森 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司