專利名稱：用于調(diào)整風輪機偏航角的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及風力發(fā)電領域，特別涉及到一種用于調(diào)整風輪機偏航的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
至少一些已知的風輪機包括固定在塔筒上的機艙。所述機艙包括通過軸連接到發(fā)電機的轉(zhuǎn)子裝置。在現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子裝置中，多片轉(zhuǎn)子葉片自轉(zhuǎn)子延伸而出。所述轉(zhuǎn)子葉片朝向一定方向定向，這樣穿過轉(zhuǎn)子葉片的風就會使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動、并使轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。至少一些已知的機艙包括用于控制轉(zhuǎn)子相對于風向的角度的偏航系統(tǒng)。至少一些已知的風輪機包括位于機艙的頂部的用于感測風向的傳感器。至少一些已知的傳感器位于轉(zhuǎn)子的下風處。在現(xiàn)有風輪機的運行過程中，風向會在風穿過轉(zhuǎn)子時改變。由于風向已改變，因此感測到的風向與擊打到轉(zhuǎn)子時的實際風向不同。至少一些現(xiàn)有的偏航系統(tǒng)是根據(jù)感測到的風向調(diào)整風輪機偏航的。由于感測到的風向與實際風向不同，因此現(xiàn)有的偏航系統(tǒng)可能未將機艙與實際風向?qū)?。機艙的未對準可能會導致現(xiàn)有的風輪機受到因偏航誤差而造成的負載增加(例如負載不對稱)的影響，從而導致風輪機部件的疲勞循環(huán)次數(shù)顯著增加。隨著風輪機部件的磨損程度趨于嚴重，風輪機的效率也會降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種調(diào)整風輪機的偏航角的方法和系統(tǒng)，所述風輪機包括以可轉(zhuǎn)動方式連接到塔筒的機艙。其中，所述方法包括將偏航驅(qū)動裝置連接到所述機艙，以調(diào)整所述機艙相對于風向的方向；從連接到所述風輪機的第一傳感器向控制系統(tǒng)傳送至少一個指示所述風輪機的運行條件的第一監(jiān)控信號；所述控制系統(tǒng)至少部分依據(jù)所述第一監(jiān)控信號計算所述機艙相對于風向的偏航角；以及至少部分依據(jù)計算得出的偏航角運行所述偏航驅(qū)動裝置調(diào)整所述機艙的偏航。所述方法進一步包括確定計算得出的偏航角是否與預定義的偏航角不同； 以及在計算得出的偏航角與預定義的偏航角不同時運行所述偏航驅(qū)動裝置以調(diào)整所述機艙的偏航。本發(fā)明的方法進一步包括從連接到所述偏航驅(qū)動裝置的第二傳感器向所述控制系統(tǒng)傳送至少一個指示所述偏航驅(qū)動裝置的扭矩負載的第二監(jiān)控信號；以及至少部分依據(jù)所述第一監(jiān)控信號和所述第二監(jiān)控信號計算所述偏航角。當感測到的扭矩負載與預定義的扭矩負載不同時確定計算得出的偏航角與預定義的偏航角不同。本發(fā)明所述偏航裝置包括一個連接到偏航電機的電力轉(zhuǎn)換器裝置，所述方法進一步包括從第二傳感器向所述控制系統(tǒng)傳送至少一個指示從所述電力轉(zhuǎn)換器裝置向所述偏航電機施加的電力負載的第二監(jiān)控信號；以及至少部分依據(jù)所接收到的第二監(jiān)控信號計算所述偏航驅(qū)動裝置的扭矩負載。在確定計算得出的扭矩負載大于預定義的扭矩負載時運行所述偏航驅(qū)動裝置。本發(fā)明用于風輪機的偏航系統(tǒng)包括連接到所述機艙的偏航驅(qū)動裝置，所述偏航驅(qū)動裝置配置成圍繞偏航軸轉(zhuǎn)動所述機艙；連接到所述風輪機的第一傳感器，所述第一傳感器配置成感測所述風輪機的運行條件并生成至少一個指示所述運行條件的第一監(jiān)控信號；以及一個控制系統(tǒng)，其以通信方式連接到所述傳感器以從所述第一傳感器接收所生成的第一監(jiān)控信號，所述控制系統(tǒng)配置成依據(jù)所接收到的第一監(jiān)控信號計算所述機艙相對于風向的偏航角。本發(fā)明偏航系統(tǒng)進一步包括連接到所述偏航驅(qū)動裝置的第二傳感器，所述第二傳感器配置成感測所述偏航驅(qū)動裝置的扭矩負載、并向所述控制系統(tǒng)傳送至少一個指示感測到的扭矩負載的第二監(jiān)控信號，所述控制系統(tǒng)配置成依據(jù)所述第一監(jiān)控信號和所述第二監(jiān)控信號計算所述偏航角。所述控制系統(tǒng)有效地連接到所述偏航驅(qū)動裝置，所述控制系統(tǒng)配置成在確定計算得出的偏航角與預定義的偏航角不同時運行所述偏航驅(qū)動裝置。所述控制系統(tǒng)可進一步配置成運行所述偏航驅(qū)動裝置調(diào)整所述機艙的偏航，直至計算得出的偏航角與預定義的偏航角大致相等。所述控制系統(tǒng)也可配置成在確定感測到的扭矩負載大于預定義的扭矩負載時確定計算得出的偏航角與預定義的偏航角不同，或者，所述控制系統(tǒng)配置成在確定感測到的扭矩負載與預定義的扭矩負載不同時運行所述偏航驅(qū)動裝置。所述偏航驅(qū)動裝置包括一個連接到偏航電機的電力轉(zhuǎn)換器裝置，所述偏航系統(tǒng)包括第二傳感器，所述第二傳感器配置成感測從所述電力轉(zhuǎn)換器裝置向所述偏航電機施加的電力負載，并向所述控制系統(tǒng)傳送指示所述電力負載的第二監(jiān)控信號，且所述控制系統(tǒng)配置成至少部分依據(jù)所接收到的第二監(jiān)控信號計算所述偏航驅(qū)動裝置的扭矩負載。所述控制系統(tǒng)進一步配置成在確定感測到的電力負載與預定義的電力負載不同時運行所述偏航驅(qū)動裝置調(diào)整所述偏航角。本發(fā)明還可提供一種風輪機系統(tǒng)，其包括塔筒；以可轉(zhuǎn)動方式連接到所述塔筒的機艙；連接在所述機艙和所述塔筒之間的偏航軸承；連接到所述機艙的偏航驅(qū)動裝置， 所述偏航驅(qū)動裝置配置成圍繞偏航軸轉(zhuǎn)動所述機艙；連接到所述風輪機的第一傳感器，所述第一傳感器配置成感測所述風輪機的運行條件、并生成至少一個指示感測到的運行條件的第一監(jiān)控信號；以及一個控制系統(tǒng)，其以通信方式連接到所述傳感器以從所述傳感器接收所生成的第一監(jiān)控信號，所述控制系統(tǒng)配置成依據(jù)所接收到的第一監(jiān)控信號計算所述機艙相對于風向的偏航角。所述控制系統(tǒng)有效地連接到所述偏航驅(qū)動裝置，所述控制系統(tǒng)配置成在確定計算得出的偏航角與預定義的偏航角不同時運行所述偏航驅(qū)動裝置。所述控制系統(tǒng)進一步配置成運行所述偏航驅(qū)動裝置以調(diào)整所述機艙的偏航，直至計算得出的偏航角與預定義的偏航角大致相等。本發(fā)明風輪機可進一步包括連接到所述偏航驅(qū)動裝置的第二傳感器，所述第二傳感器配置成感測所述偏航驅(qū)動裝置的扭矩負載，所述控制系統(tǒng)進一步配置成在確定感測到的扭矩負載與預定義的扭矩負載不同時確定計算得出的偏航角與預定義的偏航角不同。所述控制系統(tǒng)配置成在確定感測到的扭矩負載與預定義的扭矩負載不同時運行所述偏航驅(qū)
動裝置。所述偏航驅(qū)動裝置包括一個連接到偏航電機的電力轉(zhuǎn)換器裝置，所述風輪機進一
5步包括第二傳感器，所述第二傳感器配置成感測從所述電力轉(zhuǎn)換器裝置向所述偏航電機施加的電力負載，并向所述控制系統(tǒng)傳送指示感測到的電力負載的第二監(jiān)控信號，且所述控制系統(tǒng)配置成至少部分依據(jù)所接收到的第二監(jiān)控信號計算所述偏航驅(qū)動裝置的扭矩負載。綜上所述，一方面，本發(fā)明提供一種用于調(diào)整風輪機的偏航角的方法。風輪機包括以可轉(zhuǎn)動方式連接到塔筒的機艙。該方法包括將偏航驅(qū)動裝置連接到機艙，以調(diào)整機艙相對于風向的方向。連接到風輪機的第一傳感器可向控制系統(tǒng)傳送至少一個指示風輪機的運行條件的第一監(jiān)控信號。機艙相對于風向的偏航角由控制系統(tǒng)至少部分依據(jù)該第一監(jiān)控信號進行計算。至少部分依據(jù)計算得出的偏航角運行偏航驅(qū)動裝置以調(diào)整機艙的偏航。另一方面，本發(fā)明提供一種適用于風輪機的偏航系統(tǒng)。所述風輪機包括以可轉(zhuǎn)動方式連接到塔筒的機艙。所述偏航系統(tǒng)包括連接到機艙的偏航驅(qū)動裝置。所述偏航驅(qū)動裝置配置成圍繞偏航軸轉(zhuǎn)動。第一傳感器連接到風輪機。所述第一傳感器配置成感測風輪機的運行條件并生成至少一個指示感測到的運行條件的第一監(jiān)控信號?？刂葡到y(tǒng)以通信方式連接到用于從第一傳感器接收所生成的第一監(jiān)控信號的傳感器。所述控制系統(tǒng)配置成依據(jù)所接收到的第一監(jiān)控信號計算機艙相對于風向的偏航角。又一方面，本發(fā)明提供一種風輪機系統(tǒng)。所述風輪機系統(tǒng)包括塔筒、以可轉(zhuǎn)動方式連接到塔筒的機艙、連接在機艙與塔筒之間的偏航軸承，以及連接到機艙的偏航驅(qū)動裝置。 所述偏航驅(qū)動裝置配置成圍繞偏航軸轉(zhuǎn)動機艙。第一傳感器連接到風輪機。所述第一傳感器配置成感測風輪機的運行條件并生成至少一個指示感測到的運行條件的第一監(jiān)控信號。 控制系統(tǒng)以通信方式連接到用于從第一傳感器接收所生成的第一監(jiān)控信號的傳感器。所述控制系統(tǒng)配置成依據(jù)所接收到的第一監(jiān)控信號計算機艙相對于風向的偏航角。


圖1為本發(fā)明示例性風輪機的透視圖。圖2為圖1所示風輪機的一部分的放大透視圖，所述風輪機包括示例性偏航裝置。圖3為圖2所示偏航裝置的示意圖，所述偏航裝置包括一個示例性控制系統(tǒng)。圖4為說明調(diào)整圖1所示風輪機偏航的示例性方法的流程圖。元件符號列表
權利要求
1.一種用于風輪機(10)的偏航系統(tǒng)(34)，所述風輪機包括以可轉(zhuǎn)動方式連接到塔筒 (12)的機艙，所述偏航裝置包括一個連接到所述機艙的偏航驅(qū)動裝置(38)，所述偏航驅(qū)動裝置配置成圍繞偏航軸 (36)轉(zhuǎn)動所述機艙；一個連接到所述風輪機的第一傳感器(52)，所述第一傳感器配置成感測所述風輪機的運行條件并生成至少一個指示所述運行條件的第一監(jiān)控信號；以及一個控制系統(tǒng)(40)，其以通信方式連接到所述傳感器以從所述第一傳感器接收所生成的第一監(jiān)控信號，所述控制系統(tǒng)配置成依據(jù)所接收到的第一監(jiān)控信號計算所述機艙相對于風向的偏航角。
2.根據(jù)權利要求1所述的偏航系統(tǒng)(34)，其特征在于，所述偏航系統(tǒng)(34)進一步包括一個連接到所述偏航驅(qū)動裝置(38)的第二傳感器(108)，所述第二傳感器配置成感測所述偏航驅(qū)動裝置的扭矩負載、并向所述控制系統(tǒng)GO)傳送至少一個指示所感測到的扭矩負載的第二監(jiān)控信號，所述控制系統(tǒng)配置成依據(jù)所述第一監(jiān)控信號和所述第二監(jiān)控信號計算所述偏航角。
3.根據(jù)權利要求2所述的偏航系統(tǒng)(34)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)00)有效地連接到所述偏航驅(qū)動裝置(38)，所述控制系統(tǒng)配置成在確定計算得出的偏航角與預定義的偏航角不同時運行所述偏航驅(qū)動裝置。
4.根據(jù)權利要求3所述的偏航系統(tǒng)(34)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)00)進一步配置成運行所述偏航驅(qū)動裝置(38)來調(diào)整所述機艙(16)的偏航，直至計算得出的偏航角與預定義的偏航角大致相等。
5.根據(jù)權利要求4所述的偏航系統(tǒng)(34)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)00)進一步配置成在確定所感測到的扭矩負載大于預定義的扭矩負載時確定計算得出的偏航角與預定義的偏航角不同。
6.根據(jù)權利要求5所述的偏航系統(tǒng)(34)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)00)配置成在確定所感測到的扭矩負載與預定義的扭矩負載不同時運行所述偏航驅(qū)動裝置(38)。
7.根據(jù)權利要求1所述的偏航系統(tǒng)(34)，其特征在于，所述偏航驅(qū)動裝置(38)包括一個連接到偏航電機(60)的電力轉(zhuǎn)換器裝置，所述偏航系統(tǒng)包括第二傳感器(108)，所述第二傳感器配置成感測從所述電力轉(zhuǎn)換器裝置向所述偏航電機施加的電力負載，并向所述控制系統(tǒng)傳送指示所述電力負載的第二監(jiān)控信號，且所述控制系統(tǒng)G0)配置成至少部分依據(jù)所接收到的第二監(jiān)控信號計算所述偏航驅(qū)動裝置的扭矩負載。
8.根據(jù)權利要求7所述的偏航系統(tǒng)(34)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)00)進一步配置成在確定所感測到的電力負載與預定義的電力負載不同時運行所述偏航驅(qū)動裝置(38)調(diào)整所述偏航角。
9.一種風輪機系統(tǒng)，其包括塔筒(12)；以可轉(zhuǎn)動方式連接到所述塔筒的機艙(16)；連接在所述機艙和所述塔筒之間的偏航軸承G2)；連接到所述機艙的偏航驅(qū)動裝置(38)，所述偏航驅(qū)動裝置配置成圍繞偏航軸(36)轉(zhuǎn)動所述機艙；連接到所述風輪機(10)的第一傳感器(52)，所述第一傳感器配置成感測所述風輪機的運行條件、并生成至少一個指示所感測到的運行條件的第一監(jiān)控信號；以及以通信方式連接到所述傳感器以從所述傳感器接收所生成的第一監(jiān)控信號的控制系統(tǒng)(40)，所述控制系統(tǒng)配置成依據(jù)所接收到的第一監(jiān)控信號計算所述機艙相對于風向的偏航角。
10.根據(jù)權利要求9所述的風輪機(100)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)GO)有效地連接到所述偏航驅(qū)動裝置(38)，所述控制系統(tǒng)配置成在確定計算得出的偏航角與預定義的偏航角不同時運行所述偏航驅(qū)動裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于風輪機的偏航系統(tǒng)，所述風輪機包括以可轉(zhuǎn)動方式連接到塔筒的機艙。偏航系統(tǒng)包括一個連接到所述機艙的偏航驅(qū)動裝置，用以將機艙圍繞偏航軸旋轉(zhuǎn)；一個連接到風輪機的第一傳感器，其配置成感測風輪機的運行條件、并生成至少一個指示所述風輪機的運行條件的第一監(jiān)控信號；以及一個控制系統(tǒng)，以通信方式連接到該傳感器以從所述第一傳感器接收所生成的第一監(jiān)控信號。該控制系統(tǒng)依據(jù)所接收到的第一監(jiān)控信號來計算機艙相對風向的偏航角度。
文檔編號F03D7/04GK102536661SQ20111043656
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權日2010年12月15日
發(fā)明者C·哈格, D·門克, F·M·比約克 申請人:通用電氣公司