專利名稱：用于操作變槳距的風(fēng)力渦輪機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于操作變槳距的風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，其中根據(jù)發(fā)電機(jī)或轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來(lái)提供發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值。取決于轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩設(shè)定值的分配規(guī)律具有過(guò)渡點(diǎn)，在該過(guò)渡點(diǎn)處出現(xiàn)從部分負(fù)載操作到標(biāo)稱負(fù)載操作的過(guò)渡。在標(biāo)稱負(fù)載操作中，主要通過(guò)調(diào)節(jié)至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的調(diào)整槳距角來(lái)完成旋轉(zhuǎn)速度的控制。
背景技術(shù)：
通常，在風(fēng)力渦輪機(jī)的研發(fā)中，假設(shè)規(guī)定的標(biāo)稱空氣密度例如為P=L 225kg/m3。從DE10109553B4中可以得知利用在風(fēng)力渦輪機(jī)所處位置處的空氣密度數(shù)據(jù)來(lái)控制具有發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)的方法。在該方法中，發(fā)電機(jī)由控制單元控制，該控制單元處理空氣密度數(shù)據(jù)，控制發(fā)電機(jī)并且根據(jù)空氣密度調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的性能數(shù)據(jù)。在該已知方法中，考慮了風(fēng)力渦輪機(jī)所處位置的海拔高度，由此在功率曲線中考慮了更低的空氣密度。這樣，由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生出的且分配給轉(zhuǎn)子速度并且與之一起分配給特定的尖端速度比的功率能夠進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)；也就是說(shuō)，可以減小該功率，從而由于控制單元提供的激勵(lì)功率，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩不會(huì)超過(guò)發(fā)電機(jī)可產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。總體上，根據(jù)功率曲線確定出的效率將被保持，并且應(yīng)該從風(fēng)中獲取最大量的能量。從EP1939445A2中可以得知一種用于計(jì)算高海拔位置的功率曲線的方法。這里，從在功率系數(shù)Cp和尖端速度比λ之間的關(guān)系開始確定出在電輸出功率P和風(fēng)速之間的關(guān)系。從ΕΡ1918581Α2中已知這樣一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其中在空氣溫度下降至低于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，輸出功率減小。功率減小的原因在于，隨著溫度低于_20°C，風(fēng)力渦輪機(jī)的工作會(huì)需要其它負(fù)載計(jì)算。對(duì)于空氣密度在風(fēng)力渦輪機(jī)的產(chǎn)出上的作用，認(rèn)為在變槳距的風(fēng)力渦輪機(jī)中，空氣條件中的變化會(huì)導(dǎo)致具有不期望的空氣動(dòng)力學(xué)失速效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供用于操作變槳距風(fēng)力渦輪機(jī)的改進(jìn)方法，該風(fēng)力渦輪機(jī)按照可靠的方式切換成滿負(fù)載操作，同時(shí)避免了在轉(zhuǎn)子葉片處出現(xiàn)不期望的失速效應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選實(shí)施方案形成從屬權(quán)利要求的主題。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，提供一種操作變槳距風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，其中根據(jù)發(fā)電機(jī)或轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速η預(yù)先確定用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)M。為了規(guī)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)，提供過(guò)渡點(diǎn)113和禮，在該過(guò)渡點(diǎn)處出現(xiàn)了在部分負(fù)載操作和滿負(fù)載操作之間的變換。通常，在風(fēng)力渦輪機(jī)的操作中，在部分負(fù)載操作和滿負(fù)載操作之間要作出區(qū)分，有時(shí)也被稱為標(biāo)稱負(fù)載操作。在部分負(fù)載操作中，用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)隨著轉(zhuǎn)速增大而增大。在滿負(fù)載操作中，通過(guò)調(diào)節(jié)至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片槳距角來(lái)進(jìn)行發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。從部分負(fù)載操作到滿負(fù)載操作的過(guò)渡時(shí)期在過(guò)渡點(diǎn)處發(fā)生，該過(guò)渡點(diǎn)由轉(zhuǎn)速n3的數(shù)值和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩M3的設(shè)定點(diǎn)來(lái)限定。根據(jù)本發(fā)明，確定出空氣密度的數(shù)值。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法在預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速處開始設(shè)定至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的預(yù)設(shè)槳距角。預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速小于在過(guò)渡點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速n3。預(yù)設(shè)槳距角這里指的是葉片槳距角，該葉片槳距角已經(jīng)在風(fēng)力渦輪機(jī)的部分負(fù)載操作中存在并且能夠一直持續(xù)至在標(biāo)稱負(fù)載操作中的規(guī)定控制設(shè)定值。通過(guò)設(shè)定預(yù)設(shè)槳距角，從而風(fēng)力渦輪機(jī)在過(guò)渡點(diǎn)處已經(jīng)具有除了零值之外的葉片槳距角。根據(jù)本發(fā)明，預(yù)設(shè)槳距角的數(shù)值取決于所確定的空氣密度數(shù)值。如此規(guī)定了相關(guān)性，從而在空氣密度更低的情況下，設(shè)定比在空氣密度更高的情況下更大的預(yù)設(shè)槳距角。與其中過(guò)渡點(diǎn)的預(yù)設(shè)槳距角是恒定的方案相比，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，與空氣密度相關(guān)的預(yù)設(shè)槳距角防止了在高空氣密度的情況中選擇太大的預(yù)設(shè)槳距角。本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)，即在高空氣密度的情況下，較大的預(yù)設(shè)槳距角對(duì)于大多數(shù)情況而言是不必要的并且對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)的產(chǎn)出不利。在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，槳距角從最小轉(zhuǎn)速直到到達(dá)預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速為止都是恒定的，優(yōu)選預(yù)先規(guī)定為零度值。預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速為開始調(diào)節(jié)預(yù)槳距時(shí)的第一轉(zhuǎn)速。在根據(jù)本發(fā)明的方法的這個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)于在最小轉(zhuǎn)速和預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速范圍預(yù)先給定恒定的葉片槳距角。在優(yōu)選實(shí)施方案中，槳距角從預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速開始直到到達(dá)最大預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速位置是增大的，并且最大預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速大于或等于在過(guò)渡點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速。該增大可以是線性、分階段線性或以其它形式發(fā)生。在該方法的這個(gè)實(shí)施方案中，確保了槳距角從到達(dá)預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速開始直到到達(dá)過(guò)渡點(diǎn)時(shí)為止都是增大的。優(yōu)選的是，槳距角的不斷增大完全線性或分階段線性進(jìn)行。在優(yōu)選實(shí)施方案中，在某一轉(zhuǎn)速處例如在過(guò)渡點(diǎn)的轉(zhuǎn)速處的預(yù)設(shè)槳距角的數(shù)值通過(guò)下面的公式確定
(Ppre = maxOUm, (Pb + Αφ(1 - ~—))，
P norm其中(plim、(Pb和Δφ為槳距角的恒定值，并且ρ_指的是在正常條件下的空氣密度。(Plim為取決于尖端轉(zhuǎn)速比的轉(zhuǎn)子葉片的常數(shù)。在預(yù)設(shè)槳距角<Ppre和空氣密度P之間的上述關(guān)系確保了，在低空氣密度下，選擇比在高空氣密度情況更大的預(yù)設(shè)槳距角。在該預(yù)設(shè)槳距角的公式中包含所確定的空氣密度P。如果風(fēng)力渦輪機(jī)在正常條件下的空氣密度Pnmi對(duì)應(yīng)的空氣密度下工作，則得到預(yù)設(shè)槳距角<Pb。如果空氣密度明顯低于在正常條件下的空氣密度，則預(yù)設(shè)槳距角(Ppre增大Δφ。函數(shù)“max((. ..1...)) ”選擇了兩個(gè)自變量值中的更大一個(gè)，因此避免了負(fù)的預(yù)設(shè)槳距角。(Pb的數(shù)值大約為“1° ”;Δφ大約為“10° ”。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，根據(jù)測(cè)量出的空氣溫度T和測(cè)量出的空氣壓力ρ以及濕度Ψ的數(shù)值來(lái)確定出空氣密度?？諝鉁囟鹊臄?shù)值和空氣壓力的數(shù)值優(yōu)選在風(fēng)力渦輪機(jī)處直接測(cè)量出。濕度Ψ可以根據(jù)日期時(shí)間和/或年份預(yù)先確定。在該預(yù)先規(guī)定中，預(yù)先規(guī)定濕度Ψ的相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)值?？蛇x的是，也可以直接測(cè)量出濕度Ψ。


下面參照在圖中所示的實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1顯示出作為轉(zhuǎn)速的函數(shù)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)的過(guò)程；以及圖2顯示出槳距角隨著轉(zhuǎn)速的變化。
具體實(shí)施例方式圖1顯示出作為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速η的函數(shù)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩M的設(shè)定點(diǎn)。對(duì)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)的過(guò)程可以劃分總共四個(gè)部分。在第一部分10中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)隨著轉(zhuǎn)速增大而線性增大。在第二部分12中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)遵循轉(zhuǎn)子的理想特征曲線。通過(guò)下面最佳功率P。pt的函數(shù)來(lái)計(jì)算出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)，其中
權(quán)利要求
1.一種操作變槳距風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有發(fā)電機(jī)和至少一個(gè)能夠圍繞著其縱向軸線調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片，其中根據(jù)發(fā)電機(jī)或轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(η)確定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩(M)的設(shè)定點(diǎn)，并且其中設(shè)置了過(guò)渡點(diǎn)(n3，M3),在該過(guò)渡點(diǎn)處存在從部分負(fù)載操作到滿負(fù)載操作的轉(zhuǎn)換，其特征在于，該方法包括以下步驟確定空氣密度的數(shù)值(P)；在預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速(ri4)處開始設(shè)定預(yù)設(shè)槳距角((ppre )，該預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速(ri4)小于在所述過(guò)渡點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速( )；其中所述預(yù)設(shè)槳距角(φρΓβ )取決于空氣密度(P)所確定的數(shù)值，使得在空氣密度與在空氣密度較高時(shí)相比較低時(shí)設(shè)定更大的預(yù)設(shè)槳距角。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，槳距角從在最小轉(zhuǎn)速(Ii1)處開始直至到達(dá)所述預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速(ri4)都為恒定的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，槳距角的恒定值為零。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，槳距角從所述預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速(η4)開始直至到達(dá)所述最大預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速(ri5)是增大的，所述最大預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速( )大于或等于在所述過(guò)渡點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速( )。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，槳距角是線性地增大的。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速下的預(yù)設(shè)槳距角的數(shù)值是根據(jù)下面公式得到的
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)槳距角(φρΓβ)是對(duì)于所述過(guò)渡點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速(η3)而確定的。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)所測(cè)量的空氣溫度(T)、所測(cè)量的空氣壓力(P)以及濕度(Ψ)的數(shù)值來(lái)確定所述空氣密度(P)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述濕度(V)根據(jù)日期和/或年而預(yù)先給出ο
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，測(cè)量出所述濕度(V)的數(shù)值。
全文摘要
一種操作變槳距風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有至少一個(gè)可以圍繞著其縱向軸線調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片和發(fā)電機(jī)，其中根據(jù)發(fā)電機(jī)或轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n確定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩M的設(shè)定點(diǎn)，并且其中提供過(guò)渡點(diǎn)n3和M3，在那里存在從部分負(fù)載操作到滿負(fù)載操作的轉(zhuǎn)換，其特征在于，該方法包括以下步驟確定空氣密度的數(shù)值ρ；在預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速n4處開始設(shè)定預(yù)設(shè)槳距角該預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速n4小于在所述過(guò)渡點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速n3；其中所述預(yù)設(shè)槳距角取決于針對(duì)空氣密度ρ確定的數(shù)值，使得在空氣密度與在空氣密度較高時(shí)相比更低時(shí)設(shè)定更大的預(yù)設(shè)槳距角。
文檔編號(hào)F03D7/00GK102562446SQ201110409258
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者H·羅赫霍爾茨, W·卡巴茨克 申請(qǐng)人:德國(guó)恩德能源有限公司