專利名稱：確定漿距角偏移信號(hào)和控制渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子頻率的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定漿距角(pitch angle)偏移信號(hào)以及控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率以用于速度回避控制的方法和系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及一種用于確定漿距角偏移信號(hào)以便控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法和系統(tǒng)，以避免轉(zhuǎn)子頻率或轉(zhuǎn)子頻率的諧波與渦輪機(jī)的振動(dòng)模式的諧振頻率一致。
背景技術(shù)：
US 4，700，081公開了一種用于變速風(fēng)力渦輪機(jī)的速度回避邏輯，其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 (或發(fā)電機(jī)功率)以一種相對(duì)于風(fēng)速來操縱轉(zhuǎn)子尖端速度的方式被控制。具體地，轉(zhuǎn)矩命令信號(hào)(或功率參考)被提供至變換器，以便控制送到電網(wǎng)的功率流，因此控制AC發(fā)電機(jī)中的氣隙轉(zhuǎn)矩，以用于控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩。US 2009/0292397 Al公開了一種用于衰減風(fēng)力渦輪機(jī)中塔架振動(dòng)的方法和設(shè)備， 其中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度被控制，使得避開臨界轉(zhuǎn)子速度。具體地，增大功率參考值，使得功率參考值和轉(zhuǎn)子速度兩者都再次在旋轉(zhuǎn)速度離開臨界窗口的點(diǎn)上遵循最佳曲線。不過，已經(jīng)注意到用于控制轉(zhuǎn)子頻率的常規(guī)方法可能不夠準(zhǔn)確，在特定條件下可能不工作，或者甚至(具體地，在低風(fēng)力條件下或者在縮減過程中)可能是不可行的。對(duì)確定漿距角偏移信號(hào)以便控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法和系統(tǒng)可能存在需求，以及存在對(duì)控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法的需求，其中至少已經(jīng)克服了上述問題中的一些問題。具體地，可能存在對(duì)確定漿距角偏移信號(hào)的方法和系統(tǒng)以及用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法的需求，其中減少了關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)的振動(dòng)模式的諧振頻率和轉(zhuǎn)子頻率或轉(zhuǎn)子頻率的諧波的沖突的問題。

發(fā)明內(nèi)容
此需求可以通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來滿足。本發(fā)明的有利實(shí)施例由從屬權(quán)利要求描述。本發(fā)明提供了用于變速風(fēng)力渦輪機(jī)的速度回避控制的方法和系統(tǒng)，其中所述方法和系統(tǒng)使用漿距角偏移信號(hào)，以便控制風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子頻率。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于確定漿距角偏移信號(hào)以便控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法，其中特別地，所述漿距角偏移信號(hào)是代表漿距角偏移的信號(hào)，它特別地可是這樣一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)可與默認(rèn)漿距角信號(hào)一起計(jì)算出總漿距角信號(hào)，總漿距角信號(hào)具體是漿距角偏移信號(hào)和默認(rèn)漿距角信號(hào)的和；特別地，所述控制可以是調(diào)整、適配、影響和/或調(diào)節(jié)；特別地，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括風(fēng)力渦輪機(jī)塔架、安裝在塔架頂上的機(jī)艙，可旋轉(zhuǎn)地支撐于機(jī)艙內(nèi)的轉(zhuǎn)子和機(jī)械耦連到轉(zhuǎn)子軸以在轉(zhuǎn)子或(發(fā)電機(jī))軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)；特別地，所述轉(zhuǎn)子包括安裝一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)軸，使得轉(zhuǎn)子葉片在垂直于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子平面上延伸；特別地，所述轉(zhuǎn)子頻率例如是按角速度測(cè)量的，單位為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)，轉(zhuǎn)子頻率代表或指示了轉(zhuǎn)子速度、發(fā)電機(jī)速度或發(fā)電機(jī)頻率，其中發(fā)電機(jī)機(jī)械耦連到轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)之間可以提供齒輪，或者如在直接驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)中，轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)之間并不提供齒輪。所述方法包括獲得指示轉(zhuǎn)子(或機(jī)械耦連到轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)或機(jī)械耦連到轉(zhuǎn)子的其它任何組件)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量(例如轉(zhuǎn)子或耦連到轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度或旋轉(zhuǎn)頻率)，其中特別地，所述獲得包括測(cè)量運(yùn)動(dòng)量，將測(cè)量的運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換成表示運(yùn)動(dòng)量的電信號(hào)和/或傳送接收或傳送表示運(yùn)動(dòng)量的電信號(hào)；特別地，所述運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)，具體由旋轉(zhuǎn)速度或旋轉(zhuǎn)頻率表示)；基于所述運(yùn)動(dòng)量(這使得漿距角偏移信號(hào)取決于運(yùn)動(dòng)量，特別是取決于轉(zhuǎn)子頻率或發(fā)電機(jī)頻率)來確定漿距角偏移信號(hào)(具體是表示相對(duì)于安裝在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子葉片的標(biāo)準(zhǔn)或默認(rèn)漿距角的期望漿距角偏移的電信號(hào))，使得漿距角偏移信號(hào)適于 (適合或適合于，特別是被計(jì)算)用來調(diào)節(jié)葉片漿距角，其中特別地，所述確定包括導(dǎo)出、計(jì)算、通過處理運(yùn)動(dòng)量獲得、通過使用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算，其中確定步驟可以具體包括生成例如形式為電信號(hào)的漿距角偏移信號(hào)；特別地，所述調(diào)節(jié)即改變；特別地，被調(diào)節(jié)的葉片漿距角可以是一個(gè)或多個(gè)，其中轉(zhuǎn)子上可能安裝幾個(gè)葉片例如3個(gè)葉片，共同的(相同的)漿距角偏移可應(yīng)用于所有葉片，但也可能有單獨(dú)的葉片漿距。葉片漿距角指示了轉(zhuǎn)子葉片相對(duì)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面被調(diào)節(jié)或旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)量，其中葉片漿距角定義為旋轉(zhuǎn)平面和葉片橫截面弦之間的角度，其中不同的葉片漿距角表示葉片繞葉片縱軸旋轉(zhuǎn)的不同方位，其中具體地葉片漿距角可定義為旋轉(zhuǎn)平面和葉片輪廓的弦之間的角度，弦是連接安裝于轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子葉片的葉片橫截面(翼型)的前緣和尾緣的直線，具體使得葉片的縱軸垂直于旋轉(zhuǎn)軸，以便控制 (具體包括管理、影響、調(diào)節(jié)或適應(yīng))轉(zhuǎn)子頻率(或發(fā)電機(jī)頻率或轉(zhuǎn)子速度或發(fā)電機(jī)速度)以便降低轉(zhuǎn)子在臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)中的時(shí)間跨度，具體是一個(gè)時(shí)間范圍或許多時(shí)間范圍的和，具體在臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)中轉(zhuǎn)子或發(fā)電機(jī)可以激勵(lì)渦輪機(jī)具體是渦輪機(jī)塔架的振動(dòng)模式，該激勵(lì)具體是在轉(zhuǎn)子的頻率或轉(zhuǎn)子頻率或發(fā)電機(jī)頻率與渦輪機(jī)振動(dòng)模式的諧振頻率一致時(shí)。具體地，如果塔架頻率和轉(zhuǎn)子頻率或諧波(幾倍)轉(zhuǎn)子頻率一致，風(fēng)力渦輪機(jī)塔架可能在臨界諧振頻率處開始振動(dòng)。具體地，如果渦輪機(jī)(或渦輪機(jī)塔架)的諧振振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子(或發(fā)電機(jī))頻率匹配或者是轉(zhuǎn)子(或發(fā)電機(jī))頻率的兩倍或者是轉(zhuǎn)子(或發(fā)電機(jī))頻率的三倍，或者是轉(zhuǎn)子(或發(fā)電機(jī))頻率的四倍或者是轉(zhuǎn)子(或發(fā)電機(jī))頻率的五倍到十倍，則可能出現(xiàn)渦輪機(jī)振動(dòng)的激勵(lì)。具體地，臨界頻率通常是轉(zhuǎn)子頻率的Ix或3x(或Ix 2x 3x 和它們的諧波)。渦輪機(jī)振動(dòng)的這些激勵(lì)可對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的部件產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以避免渦輪機(jī)振動(dòng)的這些激勵(lì)。用常規(guī)方式，通過提供足夠堅(jiān)固以忍受增加的振動(dòng)和增加的負(fù)載的機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)解決了此問題。但是，這可能費(fèi)用高，不高效。而且，所稱的諧振速度回避器(RSA)功能已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)，這確保使轉(zhuǎn)子速度保持遠(yuǎn)離臨界速度。由此，以將發(fā)電機(jī)速度(或轉(zhuǎn)子速度)保持遠(yuǎn)離臨界速度的方式控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩或發(fā)電機(jī)功率。如果功率變換器被切斷，或者渦輪機(jī)僅被控制以釋放小的有限的功率輸出(由于低風(fēng)速操作，符合中級(jí)風(fēng)場(chǎng)功率需求，低噪聲需求等)，常規(guī)方法具體會(huì)出現(xiàn)問題。在這些情況下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩或發(fā)電機(jī)功率可以不用來獲得諧振速度回避控制。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，這些限制被至少部分地克服。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例,運(yùn)動(dòng)量指示轉(zhuǎn)子或發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率或旋轉(zhuǎn)速度,諸如以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)測(cè)量的，對(duì)于直接驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一次，對(duì)于齒輪型渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)若干次，諸如在10次和200次之間，具體在90次和120次之間，比轉(zhuǎn)子更快，并且其中臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)是轉(zhuǎn)子(或發(fā)電機(jī))的旋轉(zhuǎn)頻率(或旋轉(zhuǎn)速度)的臨界范圍，范圍具體從第一旋轉(zhuǎn)頻率到比第一旋轉(zhuǎn)頻率大的第二旋轉(zhuǎn)頻率。在其它實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)量指示與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率相關(guān)或可從轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率計(jì)算出來的量。具體地，運(yùn)動(dòng)量可以指示發(fā)電機(jī)(或轉(zhuǎn)子)的旋轉(zhuǎn)頻率(或旋轉(zhuǎn)速度)，它可用簡單方式測(cè)量出來。由此，獲得運(yùn)動(dòng)量的過程可以被簡化。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，臨界范圍是在轉(zhuǎn)子(或發(fā)電機(jī))的預(yù)定(或估計(jì)即在線計(jì)算的)臨界旋轉(zhuǎn)頻率(或旋轉(zhuǎn)速度)周圍的范圍。具體地，旨在避免塔架頻率和轉(zhuǎn)子頻率(轉(zhuǎn)子速度) 一致，塔架頻率可以通過參數(shù)(預(yù)定值)已知，但也可以基于觀察的塔架運(yùn)動(dòng)在線估計(jì)/計(jì)算，因此，它可以是預(yù)定或估計(jì)值。具體地，臨界范圍可以在從預(yù)定或估計(jì)的臨界旋轉(zhuǎn)頻率減去特定頻率量到預(yù)定的臨界旋轉(zhuǎn)頻率乘以特定頻率量的范圍內(nèi)。具體地，臨界旋轉(zhuǎn)頻率可以是已知的，或者可以使用渦輪機(jī)的模型或估計(jì)器計(jì)算或估計(jì)，具體是機(jī)械模型或結(jié)構(gòu)模型和/或渦輪機(jī)塔架的測(cè)量值。具體地，臨界旋轉(zhuǎn)頻率可以是固定的臨界旋轉(zhuǎn)頻率，它在執(zhí)行用于確定漿距角偏移信號(hào)的方法的過程中可以不改變。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，預(yù)定臨界旋轉(zhuǎn)頻率包括這樣一個(gè)頻率，該頻率等于(或至少近似等于)渦輪機(jī)具體是渦輪機(jī)塔架的振動(dòng)模式的諧振振動(dòng)頻率的幾分之一(諸如1/3)或整數(shù)倍(諸如3)，振動(dòng)模式是整個(gè)渦輪機(jī)或渦輪機(jī)的至少一部分的振動(dòng)或振動(dòng)，其中具體地質(zhì)量或連接到塔架的渦輪機(jī)組件被考慮在內(nèi)。因此，臨界旋轉(zhuǎn)頻率可以從渦輪機(jī)具體從渦輪機(jī)的塔架的機(jī)械振動(dòng)分析中得到。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，漿距角偏移信號(hào)被生成，使得對(duì)于指示比預(yù)定臨界旋轉(zhuǎn)頻率低的旋轉(zhuǎn)頻率的運(yùn)動(dòng)量，調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片漿距角(或?qū)嶋H的漿距角偏移信號(hào)本身)比指示比預(yù)定臨界旋轉(zhuǎn)頻率大的旋轉(zhuǎn)頻率的運(yùn)動(dòng)量大。具體地，轉(zhuǎn)子葉片可以使用漿距角偏移信號(hào)調(diào)節(jié)，使得當(dāng)轉(zhuǎn)子以低于預(yù)定臨界旋轉(zhuǎn)頻率的頻率旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片漿距角等于第一轉(zhuǎn)子葉片漿距角，當(dāng)轉(zhuǎn)子以大于預(yù)定臨界旋轉(zhuǎn)頻率的頻率旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片漿距角等于第二轉(zhuǎn)子葉片漿距角，其中第一轉(zhuǎn)子葉片漿距角大于第二轉(zhuǎn)子葉片漿距角。具體地，當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率從低于預(yù)定臨界旋轉(zhuǎn)頻率的值增加到大于預(yù)定臨界旋轉(zhuǎn)頻率的值時(shí)，調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片漿距角降低，因此有利于轉(zhuǎn)子加速，以快速越過臨界旋轉(zhuǎn)頻率(降低轉(zhuǎn)子或發(fā)電機(jī)具有臨界旋轉(zhuǎn)頻率的時(shí)間間隔)。由此，可以降低對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)的組件的損壞。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，漿距角偏移信號(hào)被生成，使得在臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)中(諸如通常減小轉(zhuǎn)子的加速度)調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片漿距角(或漿距角偏移信號(hào)本身)大于O度并降低(因此便于轉(zhuǎn)子加速)，具體地在臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)的至少一部分中(或在整個(gè)臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)中)隨著轉(zhuǎn)子(或發(fā)電機(jī))的旋轉(zhuǎn)頻率的增加，具有負(fù)斜率(-△ y/Δχ),該斜率是漿距角偏移信號(hào)的導(dǎo)數(shù)或調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片漿距角關(guān)于旋轉(zhuǎn)頻率或轉(zhuǎn)子或發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的導(dǎo)數(shù)，具體地，漿距角偏移信號(hào)的路徑或調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片漿距角關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率的路徑可包括一個(gè)或多個(gè)線性部分或可包括具有變化曲率的曲線。具體地，漿距角偏移信號(hào)被生成，使得調(diào)節(jié)的葉片漿距角(或漿距角偏移信號(hào)本身)在預(yù)定的臨界旋轉(zhuǎn)頻率具有負(fù)斜率。在預(yù)定的臨界旋轉(zhuǎn)頻率具有負(fù)斜率可引起轉(zhuǎn)子加速，諸如快速地越過臨界預(yù)定的臨界旋轉(zhuǎn)頻率。這對(duì)于一些條件可以適用，諸如風(fēng)速增大，其中速度將快速越過(加速通過)臨界區(qū)。但是，對(duì)于其它情形(風(fēng)速降低)，此速度可快速越過(減速通過)臨界區(qū)。由此，可以降低對(duì)渦輪機(jī)的組件的損壞。因此，可以延長渦輪機(jī)的壽命。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，確定漿距角偏移信號(hào)包括將運(yùn)動(dòng)量與臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)關(guān)聯(lián)，具體包括比較、形成差值或處理。具體地，可以計(jì)算出轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率與臨界旋轉(zhuǎn)頻率的偏差。具體地，確定漿距角偏移信號(hào)可以基于計(jì)算的偏差。確定漿距角偏移信號(hào)可以基于運(yùn)動(dòng)量并基于臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)。具體地，在轉(zhuǎn)子或發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率遠(yuǎn)低于臨界旋轉(zhuǎn)頻率時(shí)，漿距角偏移信號(hào)可被生成，使得調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片漿距角從O斜坡上升到特定的最大漿距角，諸如為表示非限制性例子，在4度和10度之間，具體在7度左右。具體地，漿距角偏移信號(hào)可以隨著增加發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率被生成，以逐漸從最大值降低到中間值，諸如在3度和7度之間，具體在 4度和5度之間，在預(yù)定的臨界旋轉(zhuǎn)頻率，并且對(duì)于大于臨界旋轉(zhuǎn)頻率可以從此中間值降低到遠(yuǎn)高于臨界旋轉(zhuǎn)頻率的0，諸如比發(fā)電機(jī)的臨界旋轉(zhuǎn)頻率大的50 RPM左右。具體地，漿距角偏移信號(hào)的路徑或調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片漿距角的路徑的形狀可以取決于葉片，空氣密度和其它操作參數(shù)的設(shè)計(jì)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述方法可進(jìn)一步包括確定漿距角偏移信號(hào)(并且還具體地生成漿距角偏移信號(hào))，而運(yùn)動(dòng)量指示轉(zhuǎn)子以低于額定轉(zhuǎn)子頻率旋轉(zhuǎn)。由此，額定轉(zhuǎn)子頻率還可被稱作標(biāo)稱轉(zhuǎn)子頻率或(平均)最大轉(zhuǎn)子頻率，表示轉(zhuǎn)子被設(shè)計(jì)或構(gòu)造成在常規(guī)操作狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子頻率。風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)(對(duì)于高風(fēng)速)可以盡量將轉(zhuǎn)子速度維持在額定速度，但額定速度實(shí)際上會(huì)即刻被超過，這是由于與額定速度的期望設(shè)定點(diǎn)相比，系統(tǒng)可以具有(小)誤差。具體地，轉(zhuǎn)子的額定速度或頻率可以是選擇的轉(zhuǎn)子速度，使得轉(zhuǎn)子(和/或支撐轉(zhuǎn)子的機(jī)械部件)持續(xù)大約(或至少)20年和/或使得當(dāng)轉(zhuǎn)子在(低于)額定速度工作時(shí)聲音噪聲排放滿足特定規(guī)定。具體地，額定轉(zhuǎn)子頻率可以是在連續(xù)操作過程中平均在延長的時(shí)間段不能被超過的一個(gè)頻率，以避免對(duì)轉(zhuǎn)子、對(duì)發(fā)電機(jī)、對(duì)塔架或?qū)︼L(fēng)力渦輪機(jī)的其它部分造成機(jī)械損壞。 具體地，在常規(guī)操作條件中，渦輪機(jī)被認(rèn)為以額定轉(zhuǎn)子頻率旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，并被進(jìn)一步認(rèn)為向電網(wǎng)提供額定電功率。具體地，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，額定轉(zhuǎn)子頻率可以與額定發(fā)電機(jī)速度關(guān)聯(lián)， 額定發(fā)電機(jī)速度可等于例如在1000 RPM和1600 RPM之間。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述方法進(jìn)一步包括確定(并且還具體地生成)漿距角偏移信號(hào)，而運(yùn)動(dòng)量指示轉(zhuǎn)子以低于比額定轉(zhuǎn)子頻率更低的預(yù)定閥值轉(zhuǎn)子頻率旋轉(zhuǎn)，其中低于閾值轉(zhuǎn)子頻率，渦輪機(jī)被認(rèn)為供應(yīng)零電能或電功率給與風(fēng)力渦輪機(jī)耦連的電網(wǎng)。具體地，盡管轉(zhuǎn)子以低于預(yù)定閾值轉(zhuǎn)子頻率旋轉(zhuǎn)，但由于發(fā)電機(jī)和/或耦連到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)換器被禁止，由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子提供的機(jī)械能不會(huì)轉(zhuǎn)換成電能。具體地，在此禁止的發(fā)電機(jī)和/或轉(zhuǎn)換器的情形下，使用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩來控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率是不可行的。因此，具體地，在此操作狀態(tài)下，此時(shí)渦輪機(jī)不產(chǎn)生電能，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度可以有利地通過將確定的漿距角偏移信號(hào)考慮在內(nèi)，調(diào)節(jié)漿距角而被控制。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，確定漿距角偏移信號(hào)進(jìn)一步基于一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)(諸如根據(jù)渦輪機(jī)的模式，諸如安全模式，低噪聲模式，啟動(dòng)模式或其它一些模式)，具體是風(fēng)速、(風(fēng)中空氣的)空氣密度和/或轉(zhuǎn)子和/或發(fā)電機(jī)的加速度信號(hào)。將這些附加操作參數(shù)納入考慮可以進(jìn)一步改進(jìn)確定漿距角偏移信號(hào)的方法，具體是改進(jìn)用于控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法，其中所述方法包括根據(jù)前述實(shí)施例之一確定(并且具體地也生成)漿距角偏移信號(hào)；并基于漿距角偏移信號(hào)調(diào)節(jié)(具體是改變、機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)或適應(yīng))安裝于轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子葉片(或一個(gè)或多個(gè)另外的轉(zhuǎn)子葉片)的漿距角，葉片漿距角定義為旋轉(zhuǎn)平面和葉片橫截面弦或由葉片的弦限定的平面之間的角，弦是連接葉片橫截面(翼型)的前緣和尾緣的直線。具體地，漿距角偏移信號(hào)可被加入到由默認(rèn)渦輪機(jī)漿距角控制器提供的默認(rèn)漿距角信號(hào)。具體地，漿距角偏移信號(hào)可被簡單地加入到默認(rèn)漿距角信號(hào)。具體地，所述方法可以進(jìn)一步包括在安裝轉(zhuǎn)子葉片的位置旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，用于控制轉(zhuǎn)子頻率的方法進(jìn)一步包括利用漿距角偏移信號(hào)禁止調(diào)節(jié)安裝在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子葉片的漿距角，而運(yùn)動(dòng)量指示轉(zhuǎn)子以額定轉(zhuǎn)子頻率或高于額定轉(zhuǎn)子頻率旋轉(zhuǎn)。具體地，當(dāng)發(fā)電機(jī)或轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率處于額定轉(zhuǎn)子頻率，但如果風(fēng)力渦輪機(jī)輸出的電功率低于額定功率時(shí)，通過給發(fā)電機(jī)和/或變換器設(shè)置適當(dāng)?shù)膮⒖夹盘?hào)來控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩或功率，可以控制旋轉(zhuǎn)速度。在此工作條件區(qū)域中，可能不需要根據(jù)如上文描述確定的漿距角偏移信號(hào)來調(diào)節(jié)漿距角。具體地，當(dāng)轉(zhuǎn)子以(或暫時(shí)稍微高于或低于)額定頻率旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以應(yīng)用常規(guī)的葉片漿距控制方法，以用于維持轉(zhuǎn)子速度在額定速度。但是，此常規(guī)的葉片漿距控制方法不適于避開與渦輪機(jī)的諧振頻率一致的轉(zhuǎn)子的特定頻率。具體地，如果發(fā)電機(jī)或轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率處于(或接近)額定旋轉(zhuǎn)頻率，并且如果渦輪機(jī)的功率輸出處于額定功率，則漿距角可以根據(jù)常規(guī)控制方法增加，以增加風(fēng)速，其中漿距角增加，以增加風(fēng)速，諸如維持轉(zhuǎn)子(或發(fā)電機(jī))頻率在額定轉(zhuǎn)子(或發(fā)電機(jī))頻率，并且也維持功率在額定功率。具體地，對(duì)于這些操作條件，發(fā)電機(jī)頻率可以超過臨界旋轉(zhuǎn)頻率，使得可以不出現(xiàn)渦輪機(jī)或渦輪機(jī)塔架的振動(dòng)模式的激勵(lì)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例,所述方法進(jìn)一步包括在轉(zhuǎn)子(或發(fā)電機(jī))旋轉(zhuǎn)的啟動(dòng)(諸如在發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率低于例如500 RPM)過程中，禁止調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的漿距角。具體地，在啟動(dòng)過程中，可能希望不包括漿距角偏移，以不引入不必要的漿距活動(dòng)或漿距振動(dòng)。使能速度回避漿距信號(hào)或漿距角偏移信號(hào)可以逐漸完成，例如通過從O偏移到最終偏移緩慢上升/標(biāo)定它。應(yīng)該理解，在用來確定漿距角偏移信號(hào)的方法或用來控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法中公開，描述，解釋，使用或采用或提到的特征(單獨(dú)或以任何組合)還可以應(yīng)用到、使用于或被用于確定漿距角偏移信號(hào)的系統(tǒng)或用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的系統(tǒng)采用。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于確定漿距角偏移信號(hào)以便控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括輸入端子，用于獲得指示轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量；處理模塊，用于基于獲得的運(yùn)動(dòng)量確定漿距角偏移信號(hào)；和輸出端子，漿距角偏移信號(hào)施加到該輸出端子以用來調(diào)節(jié)安裝在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子葉片的葉片漿距角以控制轉(zhuǎn)子頻率，以便降低轉(zhuǎn)子處于臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)的時(shí)間跨度。必須注意，已經(jīng)參照不同的主題描述了本發(fā)明的實(shí)施例。具體地，已經(jīng)參照方法類型的權(quán)利要求描述了一些實(shí)施例，而參照設(shè)備類型的權(quán)利要求描述了其它實(shí)施例。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)從上文和下文的描述中得出，除非另外指出，除了屬于一種類型的主題的特征的任意組合之外，屬于不同主題的特征具體是方法類型權(quán)利要求的特征和設(shè)備類型權(quán)利要求的特征之間的任意組合被認(rèn)為在此文件中公開。
通過下文將要描述的實(shí)施例的例子，以上限定的各方面和本發(fā)明的另外方面是明顯的，將參照實(shí)施例的例子解釋這些方面。在下文將參照實(shí)施例的例子更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于此。


現(xiàn)在參照附圖，描述本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。圖I示意性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的系統(tǒng)，包括用于確定漿距角偏移信號(hào)的系統(tǒng)；
圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例沿葉片的縱軸觀察的轉(zhuǎn)子葉片的橫截面視圖，轉(zhuǎn)子葉片可以根據(jù)用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法來控制；
圖3示出了顯示發(fā)電機(jī)速度和諧振振動(dòng)頻率的曲線圖4示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在用于確定漿距角偏移信號(hào)的方法中使用的漿距角偏移信號(hào)的路徑的曲線圖5示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)的額定操作，渦輪機(jī)的各個(gè)參數(shù)的曲線圖以用于以風(fēng)速的函數(shù)控制旋轉(zhuǎn)速度和功率輸出；和
圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于顯示使用漿距致動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度回避控制的方法性能的曲線圖。
具體實(shí)施例方式附圖中的圖示是示意性形式。注意，在不同附圖中，為相似或相同元件提供了相同附圖標(biāo)記，或者所提供的附圖標(biāo)記只是在第一個(gè)數(shù)字上與相應(yīng)標(biāo)記不同。圖I以示意性形式示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)110，包括用于確定漿距角偏移信號(hào)的系統(tǒng)100。具體地，系統(tǒng)100 (也稱作用于速度回避控制的系統(tǒng))可以用在各種情形中，在這些情形中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩或發(fā)電機(jī)功率可以不用于速度回避控制。圖5示出了第一曲線圖，第二曲線圖，第三曲線圖和第四曲線圖，示出了根據(jù)在各自的橫坐標(biāo)軸上示出的風(fēng)速，風(fēng)力渦輪機(jī)的工作參數(shù)。橫坐標(biāo)上示出的風(fēng)速可以被分開或分成第一區(qū)540，第二區(qū)542，第三區(qū)543和第四區(qū)544。在較高旋轉(zhuǎn)速度下可以有第五區(qū) (未顯示)，此時(shí)減小或停止功率產(chǎn)生，以在高風(fēng)速下不給渦輪機(jī)太大負(fù)載。在四個(gè)區(qū)540、542、543和544中，控制風(fēng)力渦輪機(jī)可以不同。具體地，在第一區(qū) 540中，風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)不產(chǎn)生能量(在第三曲線圖中所示的功率是0)，使得風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)可以不通過提供適當(dāng)?shù)陌l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩來控制風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子速度。在第二區(qū)542中，風(fēng)速足夠大，使得當(dāng)發(fā)電機(jī)速度超過圖5中的第一曲線圖所示的預(yù)定閾值轉(zhuǎn)子或發(fā)電機(jī)頻率545時(shí)，功率產(chǎn)生開始。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，確定漿距角偏移信號(hào)的方法和控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法可以具體根據(jù)在哪個(gè)區(qū)中發(fā)電機(jī)速度(參見圖5中的第一曲線圖)與風(fēng)力渦輪機(jī)的振動(dòng)模式具體是風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的振動(dòng)模式的臨界諧振頻率匹配，在第一區(qū)540或者也在第二區(qū)542中執(zhí)行。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，轉(zhuǎn)子葉片漿距角是使用確定覆蓋第一區(qū)540和第二區(qū)542的陰影區(qū)546 (在圖5的第二曲線圖)中的漿距角偏移信號(hào)的方法來控制的，其中根據(jù)一個(gè)示例性漿距角范圍，漿距角在O度到10度的范圍內(nèi)變化。在其它實(shí)施例中，漿距角可以在更大或更小范圍內(nèi)變化。為了增大風(fēng)速，發(fā)電機(jī)速度或發(fā)電機(jī)頻率將達(dá)到額定發(fā)電機(jī)頻率或發(fā)電機(jī)速度 547，它們可以表示額定發(fā)電機(jī)速度、標(biāo)稱發(fā)電機(jī)速度、額定發(fā)電機(jī)頻率或標(biāo)稱發(fā)電機(jī)頻率。旋轉(zhuǎn)速度通常被限制，以降低負(fù)載和聲音噪聲排放。第三區(qū)543可被定義為這樣一個(gè)區(qū)，在該區(qū)中發(fā)電機(jī)頻率在額定發(fā)電機(jī)頻率547， 但輸出功率(參見圖5的第三圖)低于標(biāo)稱輸出功率548，其中實(shí)際上該速度可以使用功率 (或轉(zhuǎn)矩)來控制，即功率參考值或轉(zhuǎn)矩參考值可根據(jù)速度誤差來設(shè)置。關(guān)于這些區(qū)域，應(yīng)該指出并非所有渦輪機(jī)都一定需要根據(jù)這些控制區(qū)域來被控制。因此，所提供的描述代表風(fēng)力渦輪機(jī)的典型工作，本發(fā)明并不局限于此。例如，根據(jù)一個(gè)特定工作，可以不包括區(qū)域三，或者可以以不同方式進(jìn)行控制。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，用于確定漿距角偏移信號(hào)的方法和/或用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法是在陰影區(qū)546中即對(duì)于發(fā)電機(jī)頻率低于額定發(fā)電機(jī)頻率547的情況執(zhí)行的，并且其中具體地，發(fā)電機(jī)頻率低于預(yù)定閾值頻率545。因此，用于確定漿距角偏移信號(hào)的方法和用于控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法具體被應(yīng)用在低風(fēng)速操作下(在圖5中，區(qū)域540和/或區(qū)域542)，這里風(fēng)力渦輪機(jī)等待有足夠的風(fēng)力進(jìn)入，由此產(chǎn)生能量。具體地，在圖5中的第一區(qū)540，風(fēng)力渦輪機(jī)的變換器不用來控制轉(zhuǎn)子速度。典型地，切入速度比切出速度高(例如切入速度可以在800 RPM和900 RPM之間， 切出速度可以等于600RPM左右)，使得渦輪機(jī)使用磁滯工作以避免過度切入和切出事件。從圖5中第二個(gè)圖看出，在區(qū)域542和543中，渦輪機(jī)典型地使用固定漿距角操作，選擇該漿距角使得最大化空氣動(dòng)力學(xué)的效率。典型地，漿距角在該區(qū)域中可以是固定的，或者變化幾度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，漿距角偏移信號(hào)或漿距角偏移被加到此值上，以可以不需要跟蹤特定的速度參考值的控制器或不使用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩或發(fā)電機(jī)功率用于控制來控制轉(zhuǎn)子速度。由此，經(jīng)調(diào)節(jié)的葉片漿距角可以位于陰影區(qū)546中。再次參照?qǐng)D1，速度回避系統(tǒng)100 (或諧振速度回避器)包括輸入端子101以獲得風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，或風(fēng)力渦輪機(jī)103轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。而且，速度回避系統(tǒng) 100包括另一個(gè)輸入端子105，以獲得另外的測(cè)量信號(hào)或工作參數(shù)，和再一輸入端子107，以從通常控制轉(zhuǎn)子葉片的漿距角的常規(guī)控制器109獲得工作參數(shù)。具體地，風(fēng)力渦輪機(jī)103 的發(fā)電機(jī)或轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率或旋轉(zhuǎn)速度是通過測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度或旋轉(zhuǎn)頻率來獲得的?；陲L(fēng)力渦輪機(jī)103的轉(zhuǎn)子或發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率，速度回避系統(tǒng)100確定漿距角偏移信號(hào)，并在輸出端子111提供此信號(hào)。使用加法器115，漿距角偏移信號(hào)被加入到常規(guī)的控制器109的輸出113提供的默認(rèn)漿距角信號(hào)，以在控制線117得到總漿距角信號(hào)(葉片漿距參考值)?？倽{距角信號(hào)被提供給風(fēng)力渦輪機(jī)103，風(fēng)力渦輪機(jī)包括致動(dòng)器以根據(jù)總漿距角信號(hào)使葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，諸如調(diào)節(jié)葉片的葉片漿距角，以便控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率。通常，每個(gè)葉片具有一個(gè)致動(dòng)器，通常有若干(3個(gè))葉片安裝在轉(zhuǎn)子上。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供包括速度回避系統(tǒng)100和常規(guī)控制器109的風(fēng)力渦輪機(jī)控制器112，其中風(fēng)力渦輪機(jī)控制器112基于從風(fēng)力渦輪機(jī)103獲得的測(cè)量信號(hào)104 (測(cè)量矢量)在控制線117上生成總漿距角信號(hào)。
圖2示意性地示出了沿轉(zhuǎn)子葉片219的縱軸觀察的轉(zhuǎn)子葉片219的橫截面視圖 (翼型)。垂直軸221表示轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸，水平軸223位于轉(zhuǎn)子葉片219所旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)。轉(zhuǎn)子葉片219包括上表面225和下表面227，其中下表面227面向在風(fēng)的方向229 傳播的風(fēng)。所稱的弦線239是可定義的，表示連接葉片翼型的前緣和尾緣的直線。弦線 231位于平面232內(nèi)。旋轉(zhuǎn)平面223和弦平面圖232之間的角β限定轉(zhuǎn)子葉片219的葉片漿距角。當(dāng)弦平面232與旋轉(zhuǎn)平面223 —致時(shí)，葉片漿距角是0，當(dāng)弦平面232順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片衆(zhòng)距角從O增加到正值。具體地，增加衆(zhòng)距角導(dǎo)致變成順衆(zhòng)(pitching towards feather),而降低衆(zhòng)距角導(dǎo)致變成失速(pitching towards stall)。圖3示出了一個(gè)曲線圖，其中在橫坐標(biāo)上，示出發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，而在縱坐標(biāo)上， 示出單位為Hz的轉(zhuǎn)子頻率。從而，水平線333表示渦輪機(jī)的塔架以固定諧振頻率振動(dòng)，曲線或直線335表明與以RPM測(cè)量的發(fā)電機(jī)速度相對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)頻率，曲線337表示以RPM測(cè)量的發(fā)電機(jī)速度的3倍的旋轉(zhuǎn)頻率。在發(fā)電機(jī)的臨界旋轉(zhuǎn)頻率338 (在此例子中，是800 RPM), 曲線337與水平線333相交，表示風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的諧振頻率(曲線333)等于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率的3倍(在此例子中是由于存在3個(gè)葉片產(chǎn)生的)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，通過執(zhí)行用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的漿距角，降低這兩個(gè)頻率相等或相當(dāng)?shù)臅r(shí)間跨度，以迅速越過臨界頻率(臨界間隔)。圖4示出了一個(gè)曲線圖，在其橫坐標(biāo)上顯示與圖3中所示的臨界頻率338的發(fā)電機(jī)速度或頻率偏移或速度偏移，在其縱坐標(biāo)上顯示從根據(jù)一個(gè)實(shí)施例確定的漿距角偏移信號(hào)得到的漿距角偏移。在橫坐標(biāo)為O值時(shí)，發(fā)電機(jī)速度或發(fā)電機(jī)頻率等于如圖3所示的臨界頻率338，圖中通過附圖標(biāo)記438標(biāo)記出來。漿距角偏移(曲線439)大于0，在距離臨界諧振頻率-70 RPM到+50 RPM的范圍內(nèi)。在從臨界頻率438周圍的-70 RPM到+50 RPM的區(qū)域中，漿距角偏移439穩(wěn)步增加在距離臨界旋轉(zhuǎn)頻率-50 RPM達(dá)到7度值。在中心在臨界旋轉(zhuǎn)范圍從-50 RPM到+50 RPM的臨界區(qū)域450中，漿距角偏移439降低，具有負(fù)斜率。 具體地，漿距角偏移首先以線性方式從-50 RPM以第一負(fù)低斜率降低到+25 RPM附近，然后以線性方式從大約+25 RPM以第二負(fù)斜率降低到+50 RPM，其中第二負(fù)斜率比第一負(fù)斜率更陡。不過，這只是一個(gè)例子。漿距偏移曲線可以具有一個(gè)斜率，或者在一些點(diǎn)或所有點(diǎn)上可以具有變化的斜率。通過降低臨界區(qū)450中的漿距角偏移，轉(zhuǎn)子的加速或減速被推進(jìn)，以快速越過臨界旋轉(zhuǎn)頻率。具體地，如果從圖中從左到右看(增加旋轉(zhuǎn)速度)，轉(zhuǎn)子在臨界區(qū)中被加速。否則它會(huì)減速。從而，風(fēng)力渦輪機(jī)部件上的負(fù)載可以被降低。向默認(rèn)漿距角信號(hào)增加漿距角偏移可以控制轉(zhuǎn)子速度，而不需要控制器來跟蹤特定速度參考值，或者不需要使用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩或發(fā)電機(jī)功率來進(jìn)行速度回避控制。具體地，漿距角偏移439可以被提供到圖I中所示的速度回避系統(tǒng)100的輸出端子111。提供給輸出端子111的信號(hào)還可以取決于附加參數(shù)或變量，這也是可選擇的。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，漿距角偏移信號(hào)是發(fā)電機(jī)速度或轉(zhuǎn)子速度的函數(shù)。具體地，提供給輸出端子 111 (圖I)的漿距角偏移信號(hào)439被設(shè)計(jì)成使得通過改變漿距角將速度保持為遠(yuǎn)離臨界速度或臨界頻率。臨界區(qū)450 (臨界速度周圍的邊界)中的漿距角偏移信號(hào)439 (參見圖4)的負(fù)斜率使發(fā)電機(jī)速度快速越過臨界速度，表現(xiàn)為漿距角偏移被加入到等于或大于漿距角的漿距角參考值，最大化了空氣動(dòng)力學(xué)效率(還表示最佳漿距角)。通常，漿距角偏移信號(hào)或漿距信號(hào)在臨界區(qū)450中應(yīng)該具有負(fù)斜率(它是臨界速度或臨界頻率周圍的間隔)。信號(hào)439的形狀可以變化。為了在臨界區(qū)450中具有負(fù)斜率， 漿距角偏移信號(hào)需要以特定斜率從O偏移斜坡上升(例如對(duì)于-70 RPM到-50 RPM之間的發(fā)電機(jī)速度偏移)。速度回避漿距信號(hào)(也稱作漿距角偏移信號(hào))的確切形狀可取決于工作參數(shù)，諸如空氣密度和/或風(fēng)速。而且，速度回避漿距信號(hào)或漿距角偏移信號(hào)可以以渦輪機(jī)狀態(tài)或諸如加速度測(cè)量值的其它信號(hào)的函數(shù)被(立刻)使能。如果渦輪機(jī)處于啟動(dòng)狀態(tài)，渦輪機(jī)狀態(tài)的應(yīng)用可以禁止?jié){距信號(hào)偏移，在此可能不希望包括漿距偏移信號(hào)，以避免引入不需要的漿距活動(dòng)。使能速度回避漿距信號(hào)或漿距角偏移信號(hào)(曲線)可以逐漸完成，例如通過從O偏移(曲線)到最終偏移(曲線)降低斜坡變化/標(biāo)定它。圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，通過使用漿距致動(dòng)或控制轉(zhuǎn)子速度應(yīng)用速度回避控制方法的兩個(gè)模擬曲線圖。圖6中的第一個(gè)圖在其橫坐標(biāo)上顯示發(fā)電機(jī)速度，在其縱坐標(biāo)上顯示相應(yīng)發(fā)電機(jī)速度的出現(xiàn)率(occurrence)。由此，由參考標(biāo)記650標(biāo)示的條指示使用漿距角偏移信號(hào)控制旋轉(zhuǎn)速度被使能時(shí)的出現(xiàn)率，而由參考標(biāo)記652標(biāo)示的條指示禁止速度回避函數(shù)時(shí)的出現(xiàn)率?？梢钥闯?，當(dāng)速度回避函數(shù)使能時(shí)，可以降低臨界發(fā)電機(jī)速度(這里在600 RPM附近)的出現(xiàn)率。圖6中的第二個(gè)圖在其橫坐標(biāo)上顯示時(shí)間，在其縱坐標(biāo)上顯示發(fā)電機(jī)速度。由此， 由參考標(biāo)記654標(biāo)示的曲線指示速度回避函數(shù)使能時(shí)的發(fā)電機(jī)速度，而用參考標(biāo)記656標(biāo)示的曲線指示當(dāng)速度回避函數(shù)被禁止時(shí)的發(fā)電機(jī)速度。從圖6的第二個(gè)圖可以看出，曲線 654在比曲線656更長的時(shí)間跨度中位于臨界發(fā)電機(jī)速度即600 RPM下方。因此，給默認(rèn)漿距角信號(hào)增加漿距角偏移信號(hào)是避免600 RPM的臨界頻率的一種有效方式。具體地，控制轉(zhuǎn)子頻率的方法可以降低風(fēng)力渦輪機(jī)的負(fù)載，這使速度回避成為一個(gè)重要特征。而且，改變速度參考值(對(duì)于控制漿距角的控制器可以是設(shè)定點(diǎn))的一些邏輯可以被替代性地用來避免臨界頻率。應(yīng)該注意，用語“包括”并不排除其它元件或步驟，表示英語不定冠詞的用語“一” 并不排除多個(gè)。此外，可以結(jié)合那些聯(lián)系不同實(shí)施例描述的元件。還應(yīng)該注意，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被理解成限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.用于確定漿距角偏移信號(hào)以便控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法，所述方法包括 獲得指示轉(zhuǎn)子(221)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量； 基于所述運(yùn)動(dòng)量確定漿距角偏移信號(hào)(439)，使得所述漿距角偏移信號(hào)適于被用來調(diào)節(jié)安裝于所述轉(zhuǎn)子(221)上的轉(zhuǎn)子葉片(219)的葉片漿距角(β )，以用于控制轉(zhuǎn)子頻率， 以便降低所述轉(zhuǎn)子在臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)(450)中花費(fèi)的時(shí)間跨度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述運(yùn)動(dòng)量指示所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率，并且其中所述臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)是所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率的臨界范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述臨界范圍是在預(yù)定或估計(jì)的所述轉(zhuǎn)子(221) 的臨界旋轉(zhuǎn)頻率(338)周圍的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述預(yù)定或估計(jì)的臨界旋轉(zhuǎn)頻率包括等于渦輪機(jī)，特別是渦輪機(jī)塔架的振動(dòng)模式的諧振振動(dòng)頻率(333)的幾分之一或等于其整數(shù)倍的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中生成漿距角偏移信號(hào)，使得對(duì)于指示比預(yù)定臨界旋轉(zhuǎn)頻率(338，438)低的旋轉(zhuǎn)頻率的運(yùn)動(dòng)量，調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片漿距角比對(duì)于指示比預(yù)定臨界旋轉(zhuǎn)頻率(338，438)大的旋轉(zhuǎn)頻率的運(yùn)動(dòng)量大。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5之一所述的方法，其中生成所述漿距角偏移信號(hào)，使得調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片漿距角(β )在臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)中降低，特別是在臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)(450)的至少一部分中隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率的增加而具有負(fù)斜率特別是使得調(diào)節(jié)的葉片漿距角(β )在預(yù)定臨界旋轉(zhuǎn)頻率具有負(fù)斜率(_ △ y/ △ X)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中確定所述漿距角偏移信號(hào)是基于所述運(yùn)動(dòng)量且基于所述臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)(450)進(jìn)行的，其中特別地，是基于所述臨界旋轉(zhuǎn)頻率來確定所述臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，進(jìn)一步包括 確定所述漿距角偏移信號(hào)，而所述運(yùn)動(dòng)量指示轉(zhuǎn)子以低于額定轉(zhuǎn)子頻率(547 )旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括 確定所述漿距角偏移信號(hào)，而所述運(yùn)動(dòng)量指示轉(zhuǎn)子以低于預(yù)定閥值轉(zhuǎn)子頻率(545) 旋轉(zhuǎn)，該預(yù)定閥值轉(zhuǎn)子頻率低于所述額定轉(zhuǎn)子頻率(547)，其中在低于所述閥值轉(zhuǎn)子頻率， 渦輪機(jī)被認(rèn)為向電網(wǎng)供應(yīng)O電功率。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中確定所述漿距角偏移信號(hào)進(jìn)一步是基于一個(gè)或多個(gè)工作參數(shù)進(jìn)行的，所述工作參數(shù)特別是風(fēng)速、和/或空氣密度、和/或轉(zhuǎn)子和/ 或發(fā)電機(jī)的加速度信號(hào)，和/或基于控制器狀態(tài)。
11.用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法，所述方法包括 根據(jù)前述權(quán)利要求之一來確定漿距角偏移信號(hào)；和 基于所述漿距角偏移信號(hào)(439)調(diào)節(jié)安裝于轉(zhuǎn)子(221)上的轉(zhuǎn)子葉片(219)的漿距角(β )。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括基于所述漿距角偏移信號(hào)，禁止調(diào)節(jié)安裝于轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子葉片的漿距角，而運(yùn)動(dòng)量指示轉(zhuǎn)子以額定轉(zhuǎn)子頻率(547 )或高于所述額定轉(zhuǎn)子頻率旋轉(zhuǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，進(jìn)一步包括 在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)的過程中，禁止調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的漿距角。
14.用于確定漿距角偏移信號(hào)以便控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng)包括 輸入端子(101)，用于獲得指示轉(zhuǎn)子(221)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量； 處理模塊，用于基于獲得的運(yùn)動(dòng)量確定漿距角偏移信號(hào)；和 輸出端子(111)，所述漿距角偏移信號(hào)被施加到所述輸出端子上，以用來調(diào)節(jié)安裝在所述轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子葉片的葉片漿距角，以便控制轉(zhuǎn)子頻率，以便降低轉(zhuǎn)子在臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)中花費(fèi)的時(shí)間跨度。
全文摘要
本發(fā)明涉及確定漿距角偏移信號(hào)和控制渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子頻率的方法和系統(tǒng)。具體地，描述了一種用于確定并應(yīng)用漿距角偏移信號(hào)以控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率的方法，所述方法包括獲得指示轉(zhuǎn)子(221)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量；基于所述運(yùn)動(dòng)量確定漿距角偏移信號(hào)(439)，使得所述漿距角偏移信號(hào)適于被用來調(diào)節(jié)安裝于所述轉(zhuǎn)子(221)上的轉(zhuǎn)子葉片(219)的葉片漿距角(β)，以用于控制轉(zhuǎn)子頻率，以便降低轉(zhuǎn)子在臨界運(yùn)動(dòng)區(qū)(450)中的時(shí)間跨度。而且，提供了用于控制轉(zhuǎn)子頻率的相應(yīng)系統(tǒng)和方法。
文檔編號(hào)F03D7/00GK102606394SQ20121001860
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者G.赫格, T.埃斯本森 申請(qǐng)人:西門子公司