專利名稱：兩階段停止風力渦輪機的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及停止風力渦輪機的方法，特別涉及運用空氣動力和機械制動裝置停止
風力渦輪機的方法。
背景技術：
風力渦輪機是將機械能轉換成電能的裝置。典型的風力渦輪機包括安裝在塔架上 的機艙，機艙裝載用于將轉子的旋轉傳遞給發(fā)電機的傳動系統(tǒng)。 風力渦輪機的效率取決于很多因素。其中之一是轉子葉片相對于氣流方向的方 位，轉子葉片的方位通常由槳距系統(tǒng)控制，所述槳距系統(tǒng)允許調節(jié)轉子葉片的槳距角以將 轉子的速度保持在某個值或給定的范圍內。然而，特別是在高風速下，轉子的負載將會超過 風力渦輪機的結構強度設定的極限。 有兩種基本的方法用于改變轉子葉片的槳距角從而控制風力渦輪機的功率"槳 距"控制法和"失速"控制法。在"槳距"控制法中轉子葉片的槳距角變化形成較小的攻角 以減少能量捕獲，形成較大的攻角以增加能量捕獲。該方法可以靈敏和穩(wěn)定地控制空氣動 力能量捕獲和轉子速度。 停止風力渦輪機是最關鍵的操作之一，因為它涉及風力渦輪機部件的高負載。
通常來說，在槳距控制的風力渦輪機中，任何停機操作都包括向順槳位置傾斜葉 片的步驟，眾所周知的幾種不同的停機方法如下。 EP1701034A2披露了當葉片的角度處于工作位置且塔架面對風向時停止風力設備 轉子的方法，其中轉子葉片的葉片角度從工作位置調節(jié)到順槳位置，因此在第一步驟，以第 一葉片角速度改變葉片角度從而轉子制動；在第二步驟，葉片角速度降低從而在工作位置 轉子用作緩和塔架抵抗風的晃動。 US2007/0116572A1披露了用于風力渦輪機制動的方法，包括根據(jù)風力渦輪機部件 的設計參數(shù)有選擇地相對于風向控制至少一個轉子葉片的槳距角，以便于減小由于制動而 引入風力渦輪機部件的力。 不同的特定制動裝置可用于實現(xiàn)停止風力渦輪機，制動裝置可以分為兩個類別 機械制動器和空氣動力制動器，如空氣制動器、前緣襟翼或擺動葉尖。 在具有三級齒輪箱的風力渦輪機中，機械制動器(通常是盤式制動器)通常放置
在高速軸上，因為其上的扭矩相對較低。扭矩越低，盤式制動器越小。在沒有齒輪箱或只帶
有兩級齒輪箱的風力渦輪機中，扭矩較高從而盤式制動器需要較大。 現(xiàn)代風力渦輪機需要優(yōu)選的停機方法，而本發(fā)明用于滿足這種需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供用于停止槳距控制的風力渦輪機的方法，該方法能減小機械 制動器的尺寸。 實現(xiàn)本發(fā)明的這個和其他目的通過提供用于停止槳距控制的風力渦輪機的方法，該風力渦輪機包括具有至少一個葉片的轉子、高速軸上的機械制動器、用于調節(jié)葉片槳距 角的槳距系統(tǒng)，該方法包括-第一階段，槳距系統(tǒng)用于使轉子減速。-第二階段，槳距系統(tǒng)和機械制動器均用于使轉子停止。 在幾個實施例中，當高速軸旋轉速度低于預定值So時，或者達到相對于第一階段
開始的時間延遲To時，或達到預定的高速軸扭矩水平TLo時，第二階段開始。在所有情況
下，使用制動扭矩有限的機械制動器可以實現(xiàn)該停機方法。 通過以下合附附圖的詳細說明可以理解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明方法的框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)代槳距控制的風力渦輪機采用的操作策略是盡可能多地避免會減少能量產生 的停機。 在任何情況下，許多管轄區(qū)的管理規(guī)章要求風力渦輪機裝備至少兩個能控制轉子
速度的制動系統(tǒng)，從而現(xiàn)代風力渦輪機一方面具有槳距控制裝置的空氣動力制動功能，另
一方面具有特殊制動裝置，例如位于高速軸上的機械盤式制動器。 兩個制動系統(tǒng)可以完全不同的方式應用于風力渦輪機的停機操作中。 按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，特別應用于緊急停止的停機方法分兩階段執(zhí)行-在第一階段，當停機操作開始時，葉片開始轉向順槳位置。因而，僅空氣動力制動
器應用于該階段。-在第二階段，葉片保持順槳位置，并且當高速軸達到預定的旋轉速度So時，機械 制動器開始工作。因而空氣動力和機械制動器都應用在該階段。 根據(jù)盤式制動器的容量和高速軸的所述預定旋轉速度So，風力渦輪機完全停止所 需的時間及在這樣的情況下(圓盤中的附帶應力和溫度)產生的熱量(其必須被排空)將 會不同。尤其重要的是要考慮如果溫度太高，制動效果將會降低，進而溫度升高得更多，正 如開車時一直利用剎車而不是用發(fā)動機制動，以致最后剎車過熱而不能使汽車停止。
當達到預定旋轉速度So時，在典型的盤式制動器中液壓裝置開始施加壓力耗時 0. l秒，且自此之后直到達到額定的制動扭矩還需耗時0.3秒(總共0.4秒)。在電動或氣 動盤式制動器的情況下，反應時間將會不同。 選擇制動器開始工作的高速軸的旋轉速度So有兩個基本的限制。它們是
-不能過高(也就是高于額定轉速的25% )，否則系統(tǒng)運行的時間過長，盤中溫度 相應地增加。除此之外，由于與空氣動力制動器相比，機械制動器的容量低，整個制動過程 的持續(xù)時間不會受到影響。-不能過低(也就是低于額定的轉速的5% )，否則我們可能冒著在任何時候都不 會達到這個速度的風險，在某種意義上空轉速度大于這個值。
例如So的合適值可以是額定轉速的10% 15%。 在另一優(yōu)選實施例中，當達到與第一階段開始有關的預定時間延遲To時，機械制動器開始工作。 當停止渦輪機時，葉片將調整到順槳位置且在葉片達到順槳位置之前使用制動 器，從而可使渦輪機完全停止。在10度/秒的槳距速度和90度的槳距移動的情況下，To可 能是8秒。如果在幾個槳距速度步驟中或以變化的槳距速度實現(xiàn)停止渦輪機，停止時間為 30 40秒。因此根據(jù)該方法在8 35秒后使用盤式制動器，槳距達到順槳位置。
在另一優(yōu)選實施例中，當?shù)竭_預定的高速軸扭矩水平TLo時，機械制動器將開始 工作。該扭矩水平可在軸上測量得到或由發(fā)電機功率和轉速進行估計(如果發(fā)電機在停止 期間保持連接)。 瞬間增加發(fā)電機中的扭矩或甚至僅僅保持發(fā)電機連接即可達到所述扭矩水平 TLo。如果是永磁發(fā)電機，可以短路系統(tǒng)以達到制動扭矩。此外，短期內會引起功率基準大 于額定功率，同時電力系統(tǒng)能在短時間內處理額外的功率。
合適的TLo值為額定扭矩的30% 。 在另一優(yōu)選實施例中，當以下情況中的任意一個率先出現(xiàn)時，機械制動器將開始 工作高速軸的旋轉速度低于預定值So，或達到相對于第一階段開始的預定時間延遲To。
在另一優(yōu)選實施例中，當以下情況中的任意一個率先出現(xiàn)時，機械制動器將開始 工作高速軸的旋轉速度低于預定值So，或達到相對于第一階段開始的預定時間延遲To， 或達到預定的高速軸扭矩水平TLo。 可使用已知變速風力渦輪機中的可用控制裝置實現(xiàn)依照本發(fā)明的停機方法，如圖 1所示。 槳距控制裝置包括葉片11、執(zhí)行機構23、調節(jié)傳動裝置21和控制裝置25?？刂蒲b 置25從發(fā)電機13和/或另一風力渦輪機部件15、 17接收輸入數(shù)據(jù)，且發(fā)送輸出數(shù)據(jù)到執(zhí) 行機構23用于按照預定的規(guī)則改變葉片11的角位置。控制裝置25還連接到盤式制動器 31以能夠控制其起動。 在優(yōu)選實施例中，所述控制裝置25是第二控制裝置，其在第一控制裝置故障造成 的緊急停機的情況下運行故障保護。 根據(jù)本發(fā)明的方法，當控制裝置25接收到對應于緊急停機的信號時，其發(fā)送輸出 數(shù)據(jù)給執(zhí)行機構23將葉片11的角位置改變到順槳位置。在第二階段，當控制裝置25檢測 到高速軸的旋轉速度低于預定值So或其他上述情況中的任意一個時，開始向盤式制動器 31發(fā)送起動信號。 設計該方法從而在控制裝置25出現(xiàn)故障時，自動起動停機操作。 根據(jù)本發(fā)明，實現(xiàn)停機方法所需的盤式制動器不需要能夠使風力渦輪機在任意條
件下停止，因此可以是較小的圓盤從而降低了成本。原則上該制動器設計為僅在緊急停機
和維護停機的情況下工作，其間整個風力渦輪機將被提升一段時間，且需要轉子鎖定系統(tǒng)
的冗余系統(tǒng)。 雖然已充分結合優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但顯然可在本發(fā)明的范圍內引入修 改，這些實施例不視為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明由權利要求的內容限定。
權利要求
用于停止槳距控制的風力渦輪機的方法，所述風力渦輪機包括具有至少一個葉片(11)的轉子、位于高速軸上的機械制動器(31)、用于調節(jié)葉片槳距角的槳距系統(tǒng)(21，23，25)，其特征在于所述方法包括a)第一階段，槳距系統(tǒng)(21，23，25)用于使轉子減速；b)第二階段，槳距系統(tǒng)(21，23，25)和機械制動器(31)均用于使轉子停止。
2. 根據(jù)權利要求l的停止槳距控制的風力渦輪機的方法，其特征在于當以下情況的其 中之一出現(xiàn)時，第二階段開始_高速軸的旋轉速度低于預定值So ;-達到相對于第一階段開始的預定時間延遲To ;-達到預定的高速軸扭矩水平TLo。
3. 根據(jù)權利要求l的停止槳距控制的風力渦輪機的方法，其特征在于當以下情況的任意一個率先出現(xiàn)時，第二階段開始-高速軸的旋轉速度低于預定值SO ;-達到相對于第一階段開始的預定時間延遲To。
4. 根據(jù)權利要求l的停止槳距控制的風力渦輪機的方法，其特征在于當以下情況的任意一個率先出現(xiàn)時，第二階段開始-高速軸的旋轉速度低于預定值So ;_達到相對于第一階段開始的預定時間延遲TO ;-達到預定的高速軸扭矩水平TLo。
5. 根據(jù)權利要求2 4中任一的停止槳距控制的風力渦輪機的方法，其特征在于所述 高速軸旋轉速度的預定值So在額定旋轉速度的10% 15%的范圍內。
6. 根據(jù)權利要求2 4中任一的停止槳距控制的風力渦輪機的方法，其特征在于所述 預定時間延遲To在8 35秒之間。
7. 根據(jù)權利要求2 4中任一的停止槳距控制的風力渦輪機的方法，其特征在于所述 高速軸扭矩水平的預定值TLo為額定扭矩的30% 。
全文摘要
停止槳距控制的風力渦輪機的方法，該風力渦輪機包括具有至少一個葉片(11)的轉子、位于高速軸上的機械制動器(31)、用于調節(jié)葉片槳距角的變槳距系統(tǒng)(21，23，25)，該方法包括a)第一階段，變槳距系統(tǒng)(21，23，25)用于使轉子減速；b)第二階段，變槳距系統(tǒng)(21，23，25)和機械制動器(31)均用于使轉子停止。當以下情況的其中之一出現(xiàn)時，第二階段開始高速軸的旋轉速度低于預定值So；達到相對于第一階段開始的預定時間延遲To；達到預定的高速軸扭矩水平TLo。
文檔編號F03D7/00GK101709689SQ20091022141
公開日2010年5月19日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權日2008年9月18日
發(fā)明者M·弗里德里克, R·安德森 申請人:歌美颯創(chuàng)新技術公司