專利名稱：風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片載荷減少的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有可變槳的葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)，并且涉及用于基于指示風(fēng)力渦輪機(jī)狀態(tài)的信號構(gòu)造葉片變槳命令、用以減少風(fēng)力渦輪機(jī)部件上的載荷的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
平均風(fēng)速隨著在地面以上的高度而增加已經(jīng)導(dǎo)致使用非常高的塔架，舉例來說，60到120米，用以支撐風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)艙和轉(zhuǎn)子。為了從風(fēng)提取能量，風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子必須使風(fēng)減速，因此將大的推力載荷放置在塔架上。高的塔架以及由陣風(fēng)和狂風(fēng)中的漩渦引起的大的不穩(wěn)定的載荷能潛在地產(chǎn)生大的塔架頂部運(yùn)動和塔架擺動。已經(jīng)提出了多種使用轉(zhuǎn)子葉片上的空氣動力減弱塔架沿著轉(zhuǎn)子軸線方向擺動的相法 US4, 420，692描述了使用指示塔架頂部在轉(zhuǎn)子軸線方向上的加速度的加速計信號控制葉片俯仰角并且產(chǎn)生與塔架擺動反相的總推力變量的系統(tǒng)。US2008/0206051描述了類似的系統(tǒng)。已經(jīng)提出了使用空氣動力或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制塔架從一側(cè)到一側(cè)的擺動(也就是，垂直于轉(zhuǎn)子軸線)的其它想法。US7, 309，930提出改變機(jī)艙中的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩需求以產(chǎn)生與塔架的側(cè)向運(yùn)動反相的力矩，因此形成有效的塔架阻尼。US7, 400, 055提出通過發(fā)電機(jī)和葉片變槳控制的組合減弱塔架側(cè)向移動。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，焦點(diǎn)是通過在傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生反相力而減弱塔架擺動。根本動機(jī)是降低塔架的載荷，允許使用更柔性的和更低廉的塔架。獲得這種益處的代價是損害疲勞和涉及反相力傳遞的傳動系統(tǒng)部件的載荷增加，因此導(dǎo)致增加傳動系統(tǒng)設(shè)計成本和操作期間的維護(hù)成本。所有的塔架頂部結(jié)構(gòu)圍繞典型地位于塔架的下部部分中的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動會伴隨塔架沿轉(zhuǎn)子軸線方向的運(yùn)動。這個轉(zhuǎn)動使得回轉(zhuǎn)載荷作用在轉(zhuǎn)子葉片上，其然后傳導(dǎo)通過傳動系統(tǒng)。在海上裝置中渦輪機(jī)被放置在浮動結(jié)構(gòu)或平臺頂部上時，能明顯地判斷這種塔架運(yùn)動，并且風(fēng)變化和波載荷能使得整個風(fēng)力渦輪機(jī)和平臺在轉(zhuǎn)子軸線的方向上前后移動。這里，這種運(yùn)動被稱作“海上俯仰”，以區(qū)別它與“葉片俯仰”。在岸上風(fēng)力渦輪機(jī)裝置中，風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子軸線隨著被稱作“偏擺”的操縱而周期地改變以將風(fēng)力渦輪機(jī)保持的基本上與平均風(fēng)向相對準(zhǔn)。另外，岸上裝置的未命令的“偏擺”運(yùn)動來自于塔架中的扭曲。在漂浮的海上裝置中，由于漂浮系統(tǒng)更柔性地附接到海床下面，這種未命令的“偏擺”運(yùn)動能是顯著大于岸上裝置的。由于它在葉片和傳動系統(tǒng)中引起大的回轉(zhuǎn)載荷，這種未命令的“偏擺”運(yùn)動是有害的和不想要的，盡管通過使用大量纜繩附接到海底能部分拘束它，但是不能完全消除它。關(guān)于減少葉片載荷，已經(jīng)提出的通常策略是使用葉片變槳減少葉片應(yīng)力，而不考慮應(yīng)力的源。例如，已經(jīng)提出了基于葉片應(yīng)變和/或葉片變形的直接測量減少葉片應(yīng)力的策略。這些策略造成不同葉片之間的俯仰角命令以及轉(zhuǎn)子角位置(方位)不同，因此被稱為“獨(dú)立的變槳控制”。盡管已經(jīng)測量到葉片載荷的一些減少，這主要是對于來自狂風(fēng)的隨機(jī)載荷而言，但提出的策略不適于抵消由于以下原因引起的回轉(zhuǎn)載荷在葉片移動之前產(chǎn)生的空氣動力，因此阻止在正確的時間發(fā)出控制信號。此外，由于風(fēng)本身的波動性，到達(dá)控制器的輸入信號(即葉片根部力矩或葉片偏斜)具有自由隨機(jī)的分量。這個自由分量阻礙葉片信號內(nèi)對回轉(zhuǎn)引起的載荷的發(fā)作進(jìn)行立即辨認(rèn)，并進(jìn)而延遲甚或阻止糾正變槳動作的執(zhí)行。因此，期望提供一種顯著抵消由于塔架前后運(yùn)動和未命令的偏擺而作用在葉片上的不良有害的回轉(zhuǎn)載荷 的裝置。此外，也期望在不使傳動系統(tǒng)的部件遭遇額外載荷和疲勞的情況下獲得這種載荷抵消。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是提供一種用于消除由于塔架在轉(zhuǎn)子軸線的方向上的運(yùn)動而作用在轉(zhuǎn)子葉片上的回轉(zhuǎn)載荷的系統(tǒng)。本發(fā)明的第二個目的是提供一種用于消除由于圍繞塔架的軸線的偏擺轉(zhuǎn)動而作用在轉(zhuǎn)子葉片上的回轉(zhuǎn)載荷的系統(tǒng)。本發(fā)明的第三個目的是提供一種基于無雜訊、非隨機(jī)、確定的信號抵消回轉(zhuǎn)載荷的有效方法。本發(fā)明提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有可轉(zhuǎn)動地附接到機(jī)艙的轂、可轉(zhuǎn)動地附接到所述轂以允許改變?nèi)~片俯仰角的至少兩個葉片、用于獨(dú)立地控制各葉片的葉片俯仰角的葉片變槳系統(tǒng)、用于發(fā)布第一變槳命令的管理控制單元、產(chǎn)生指示轉(zhuǎn)子方位位置的轉(zhuǎn)子位置信號的轉(zhuǎn)子位置傳感器、產(chǎn)生指示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率信號的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率傳感器、和支撐所述機(jī)艙的塔架，該風(fēng)力渦輪機(jī)包括產(chǎn)生指示所述風(fēng)力渦輪機(jī)的海上俯仰速率的海上俯仰速率信號的海上俯仰速率傳感器，接收包括所述轉(zhuǎn)子位置信號、所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率信號和所述海上俯仰速率信號的渦輪機(jī)狀態(tài)信號的計算單元。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述計算單元基于所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號計算第二變槳命令，將所述第二變槳命令添加到所述第一變槳命令以獲得總變槳命令，并且將所述總變槳命令傳送到所述葉片變槳系統(tǒng)。在進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第二變槳命令在葉片上產(chǎn)生空氣動力，其消弱由于海上俯仰速率運(yùn)動而作用在所述風(fēng)力渦輪機(jī)上的回轉(zhuǎn)引起的載荷。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號包括產(chǎn)生指示所述渦輪機(jī)處的風(fēng)速和風(fēng)向的風(fēng)場信號的風(fēng)場傳感器。額外地，所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號進(jìn)一步包括產(chǎn)生指示所述風(fēng)力渦輪機(jī)的偏擺速率的偏擺速率信號的偏擺速率傳感器，并且其中所述計算單元基于所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號計算額外的第三變槳命令，將所述第三變槳命令添加到所述第一和第二變槳命令以獲得總變槳命令，并且將所述總變槳命令傳送到所述葉片變槳系統(tǒng)，由此所述第三變槳命令導(dǎo)致在所述葉片上產(chǎn)生消弱由于偏擺速率而作用在葉片上的回轉(zhuǎn)引起的載荷的空氣動力。


通過其它實(shí)施方式的下面的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征、性能和好處將是清楚的。圖I示出了在海上漂浮裝置上的風(fēng)力渦輪機(jī)以及海上俯仰角的定義。圖2示出了風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(葉片和轂)、海上俯仰速率傳感器和附接到塔架的頂部的機(jī)艙。圖3示出了風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(葉片和轂)和附接到塔架的頂部的機(jī)艙并且示出了葉片方位角的定義。圖4示出了本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的“回轉(zhuǎn)載荷抵消系統(tǒng)”的部件。圖5示出了示出了風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(葉片和轂)、海上俯仰速率傳感器、偏擺速率傳感器和附接到塔架的頂部的機(jī)艙。圖6示出了本發(fā)明的第二實(shí)施方式中的“回轉(zhuǎn)載荷抵消系統(tǒng)”的部件。
具體實(shí)施例方式風(fēng)力渦輪機(jī)包括圖I和2中的附接到轂210的兩個或多個葉片1、2和3，所述轂210圍繞轉(zhuǎn)動軸線220相對于機(jī)艙200轉(zhuǎn)動。這里用字母Q表示轂210的轉(zhuǎn)速。除了這個轉(zhuǎn)動自由度之外，轂被固定地附接到機(jī)艙。在轂內(nèi)，各葉片具有俯仰改變機(jī)構(gòu)以改變?nèi)~片的沖角。葉片變槳機(jī)構(gòu)在本領(lǐng)域是眾所周知的并且在附圖中沒有示出。除了葉片俯仰自由度之外，各葉片通過軸承單元固定地附接到轂。這種類型的轉(zhuǎn)子被稱作“剛性轉(zhuǎn)子”。機(jī)艙由塔架100支撐。這里所描述的發(fā)明可應(yīng)用到陸上和海上風(fēng)力渦輪機(jī)場所。在圖I中，風(fēng)力渦輪機(jī)被示為由海10上的漂浮結(jié)構(gòu)20支撐，所述漂浮結(jié)構(gòu)20本身使用纜索附接到海底。海上俯仰將塔架軸線在塔架頂部處遠(yuǎn)離垂直并且在轉(zhuǎn)子軸線220的方向上的轉(zhuǎn)動位移稱作“海上俯仰角”。用字母A標(biāo)記海上俯仰角，如同在圖I中由數(shù)字Iio表示的那樣?！昂Ｉ稀备┭鲞\(yùn)動在本領(lǐng)域中也被描述為塔架或機(jī)艙的“前后運(yùn)動”。這種運(yùn)動最突出地發(fā)生在漂浮的海上結(jié)構(gòu)中，但是在安裝在岸上的風(fēng)力渦輪機(jī)上也以較小程度發(fā)生。俯仰角速率測量裝置,在230處示出，提供指示海上俯仰角A，在110處示出，隨時間的改變速率的信號\。俯仰角速率測量裝置能由測量角度A的俯仰角測量裝置和獲得角度八隨時間的改變速率的時間差示器的組合構(gòu)成在本領(lǐng)域中是已知的。由任何一個葉片相對于垂直線的角度描述葉片方位位置。參考圖3，用0工標(biāo)記葉片I的這個角，用0 2標(biāo)記葉片2的這個角,用P 3標(biāo)記葉片3的這個角。在三葉片渦輪機(jī)中，這些角以120度的偏移量相關(guān)聯(lián)。在不喪失一般性的情況下，我們把葉片角P1也定義為轉(zhuǎn)子方位角。這樣，^^的時間導(dǎo)數(shù)等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率Q。本發(fā)明涉及計算單元，在圖4中被標(biāo)記為240，接收渦輪機(jī)狀態(tài)信號，所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號包括來自轉(zhuǎn)子位置傳感器238的轉(zhuǎn)子的當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置;來自轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率傳感器236的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率Q ;來自海上俯仰速率傳感器230的當(dāng)前海上俯仰速率X ;來自風(fēng)向傳感器234的相對于轉(zhuǎn)子軸線方向測量的相對風(fēng)向￥的當(dāng)前估計值；和來自風(fēng)速傳感器232的當(dāng)前風(fēng)速V。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率傳感器236是在計算單元240內(nèi)的軟件層處執(zhí)行的例程；其中所述例程通過P 信號的時間差計算當(dāng)前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率Q。 風(fēng)傳感器232和234最通常地以設(shè)置在機(jī)艙之上的風(fēng)速計和風(fēng)向標(biāo)的形式出現(xiàn)。從基于葉片載荷的風(fēng)估計值獲得風(fēng)向和風(fēng)速的更優(yōu)選值。這種方法具有更快地響應(yīng)風(fēng)改變的優(yōu)點(diǎn)，并且不受到葉片尾流的影響。在渦輪機(jī)操作期間，由管理控制單元(未示出)根據(jù)本領(lǐng)域眾所周知的規(guī)則改變?nèi)~片俯仰角以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的空氣動力是普遍已知的。據(jù)此，它被稱作第一變槳命令，由管理控制單元發(fā)布所述命令。第一變槳命令包括同時將所有三個葉片變槳相同的量的共同變槳命令，并且，任選地，也能包括專用于各葉片的疊加的變槳命令，在本領(lǐng)域其被稱作“獨(dú)立的變槳控制”。用符號Fi標(biāo)記涉及葉片i的第一變槳命令分量。計算單元240基于傳送到計算單元的傳感器輸入數(shù)據(jù)計算各葉片的俯仰位置與時間的函數(shù)。計算單元的功能是計算或獲得第二變槳命令，使得通過空氣動力抵消由海上俯仰、引起的回轉(zhuǎn)動力，直到預(yù)定程度。第二變槳命令包括與各獨(dú)立的葉片i = 1、2、3相關(guān)的分量。用符號Ppi標(biāo)記這些命令分量。將第二變槳命令Ppi添加到第一變槳命令Pei以形成各葉片i = 1、2、3的完整的葉 片變槳命令Pt'Ptoti = PcJPpi(I)因?yàn)橛捎诤Ｉ细┭鏊俾蔦而作用在各葉片上的回轉(zhuǎn)力與海上俯仰速率\線性地成比例，并且因?yàn)楦魅~片上的回轉(zhuǎn)力每一轉(zhuǎn)具有一個變化，第二變槳命令的命令Ppi分量本質(zhì)上具有這樣的形式Ppi= A GpCos (^ i+4>p)(2)其中Ppi是抵消海上俯仰速率的葉片俯仰角值的載荷A是海上俯仰角速率Gp是海上俯仰運(yùn)動的增益3 i是葉片方位角4%是海上俯仰運(yùn)動的相位偏移量增益系數(shù)Gp與轉(zhuǎn)子葉片之上的風(fēng)速和風(fēng)向函數(shù)相關(guān)。轉(zhuǎn)子葉片之上的風(fēng)速和風(fēng)向本身取決于可用到計算單元240的測量量，也就是轉(zhuǎn)子角速度Q、風(fēng)速V、相對風(fēng)向小和海上俯仰速率、。這樣，增益系數(shù)Gp與報告給計算單元的渦輪機(jī)狀態(tài)信號函數(shù)相關(guān)。相位
主要取決于葉片和主轉(zhuǎn)子軸的幾何形狀和剛度。對于鉸接的葉片，(^的大小是90度，并且當(dāng)葉片與轂的連接變得更加剛性時這個大小逐漸地減少。增益Gp和相位(^對可用到計算單元240的測量信號的函數(shù)相關(guān)以顯式公式的形式，或者以表格的形式，或者以顯式公式和表格值的混合形式存儲在計算單元中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)地圖中。在操作期間，計算單元240讀取海上俯仰速率X、轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子速度Q、風(fēng)速V、相對風(fēng)向0和當(dāng)前轉(zhuǎn)子方位角Pi的當(dāng)前值。在\的信號中存在噪聲的情況下，經(jīng)由求平均方法，或者等同地，經(jīng)由零相位移動低通濾波器從瞬時信號\獲得第二海上俯仰速率信號入，并且代替瞬時信號、將所述第二海上俯仰速率信號、用在第二變槳命令的構(gòu)造中。這種過濾步驟去除掉信號噪聲，以及隨著比整個渦輪機(jī)組件的海上俯仰的特有的最低模式的周期更短的周期的變化。通過渦輪機(jī)狀態(tài)信號的值，從存儲的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)地圖計算和/或檢索增益Gp和相位Ap并且與葉片方位角P i和第二海上俯仰速率信號入組合，以形成各葉片i = 1、2、3的第二變槳命令Ppi的分量。最后，將第一變槳命令Pei和第二變槳命令Ppi力口在一起并且發(fā)送到變槳驅(qū)動單元250。變槳驅(qū)動單元250直接控制和驅(qū)動各變槳致動器260、264和268，并且通過其控制葉片1、2和3的葉片俯仰。這些變槳致動器能是電動的或者液壓的，這在本領(lǐng)域中是眾所周知的。通過葉片俯仰角傳感器測量各葉片的測量的葉片俯仰角，在262、266和270處示出了分別用于各葉片的葉片俯仰角傳感器，并且將指示實(shí)際俯仰角位置的信號發(fā)送到變槳控制器250以關(guān)閉葉片變槳控制循環(huán)并且，由此檢驗(yàn)命令的葉片俯仰角和實(shí)際的葉片俯仰角。在命令的和期望的俯仰角不一致的情況下，通過變槳控制器250將報警信號發(fā)送到計算單元240。當(dāng)命令的葉片俯仰角和實(shí)際的葉片俯仰角之間的偏差超過預(yù)定閾值時所述計算單元240不啟用所述第二變槳命令。
能用數(shù)字構(gòu)建數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)地圖中的函數(shù)和表格關(guān)系，由此確定大范圍的渦輪機(jī)狀態(tài)信號中的G1^P Ctp的最好的載荷-最小化值并且以表格或函數(shù)的形式存儲其?？商鎿Q地，能通過為真實(shí)渦輪機(jī)配置葉片載荷傳感器并且尋找使渦輪機(jī)狀態(tài)信號的給定值處的葉片載荷最小化的Gp和4>p的值以獲得Gp和4>p的最好的載荷_最小值?；谥甘疽鹑~片上的回轉(zhuǎn)力的直接動態(tài)量的渦輪機(jī)狀態(tài)信號，而不是基于顯示回轉(zhuǎn)力的結(jié)果(而非原因)的間接信號(舉例來說，葉片載荷)的第二變槳命令，允許第二變槳命令在正確的時間立即啟動葉片變槳動作。本發(fā)明的第二變槳命令的公式內(nèi)的(如等式(4)中所示)本質(zhì)上非隨機(jī)、非隨意、非波動的良好確定和良好測量的信號的專有使用，致使整個“回轉(zhuǎn)載荷抵消”方法比基于指示葉片載荷的信號的方法(如現(xiàn)有技術(shù)中所述)更加可靠、簡單并且更加敏感和有效，在基于指示葉片載荷的信號的方法中必須使用濾波器或等同裝置處理由于風(fēng)的湍流而引起的大的隨機(jī)變化。未命令的偏擺在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，如圖5所示的偏擺速率傳感器280附接到機(jī)艙200。這個傳感器測量偏擺角「的變化的時間速率。角「被定義為(I)轉(zhuǎn)子軸線220在水平面上的投影和(b)相對于固定地面的固定方向，諸如真正的向北的方向之間的轉(zhuǎn)動位移。在岸上風(fēng)力渦輪機(jī)裝置中，僅僅由于兩個作用，也就是塔架扭曲運(yùn)動和命令的偏擺角，角r能變化。如同本領(lǐng)域中眾所周知的那樣，通過渦輪機(jī)管理控制器規(guī)定這個命令的偏擺角以使轉(zhuǎn)子軸線220跟蹤風(fēng)。在漂浮的海上裝置中，由于額外的作用，也就是整個漂浮設(shè)備相對于固定地面的轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致未命令的偏擺轉(zhuǎn)動，偏擺角r能變化。這個未命令的轉(zhuǎn)動是不想要的，并且盡管通過附接到海底的纜繩能部分地拘束它，但是不能完全消除它。用Y標(biāo)記偏擺角「的改變的時間速率。上面所描述的本發(fā)明的由于海上俯仰速率而引起的回轉(zhuǎn)載荷的“循環(huán)載荷抵消系統(tǒng)”同樣能用來抵消由偏轉(zhuǎn)速率產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)載荷。尤其是，計算單元，在圖6中標(biāo)記為241，接收渦輪機(jī)狀態(tài)信號，所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號包括來自轉(zhuǎn)子位置傳感器238的轉(zhuǎn)子的當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置3 :;如上所述的優(yōu)選在軟件層操作的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率傳感器236提供的當(dāng)前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率Q ;通過風(fēng)向傳感器234測量的相對于轉(zhuǎn)子軸線方向的相對風(fēng)向V的當(dāng)前估計值；來自風(fēng)速傳感器232的當(dāng)前風(fēng)速V ;由海上俯仰速率傳感器230提供的當(dāng)前海上俯仰速率\ ;和由偏擺速率傳感器280提供的當(dāng)前偏擺速率Y。計算單元241基于風(fēng)狀態(tài)信號計算各葉片的俯仰位置與時間的函數(shù)。計算單元的功能是計算具有各葉片i = 1、2、3的分量Ppi的第二變槳命令，使得通過空氣動力能將由海上俯仰速率、引起的回轉(zhuǎn)力抵消到預(yù)定程度，和具有各葉片/ = 1、2、3的分量Pyi的第三變槳命令，使得通過空氣動力將由偏擺速率Y引起的回轉(zhuǎn)力抵消到預(yù)定程度。將葉片變槳命令Ppi和Pyi這兩個“載荷抵消”添加到第一變槳命令Pyi以形成各葉片i = 1、2、3的完整的葉片變槳命令Ptoti = P'j+P^+P^(3)通過下面形式的公式給出第三變槳命令的分量Pyi= Y Gycos (^ i+4>y)(4)
其中Pyi是抵消偏擺速率的葉片俯仰角值的載荷Y是偏擺速率Gy是偏擺速率運(yùn)動的增益P i是葉片方位角是偏擺速率運(yùn)動的相位偏移量。增益系數(shù)Gy與轉(zhuǎn)子葉片之上的風(fēng)速和風(fēng)向函數(shù)相關(guān)。轉(zhuǎn)子葉片之上的風(fēng)速和風(fēng)向本身取決于可用到計算單元241的測量量，也就是轉(zhuǎn)子角速度Q、風(fēng)速V、相對風(fēng)向、海上俯仰速率、和偏擺速率Y。這樣，增益系數(shù)Gy與報告給計算單元的渦輪機(jī)狀態(tài)信號函數(shù)相關(guān)。類似于(tp，相位Cty主要取決于葉片和主轉(zhuǎn)子軸的幾何形狀和剛度。增益Gy和相位Cty對測量信號的函數(shù)相關(guān)以顯式公式的形式，或者以表格的形式，或者以顯式公式和表格值的混合形式存儲在計算單元241中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)地圖中。在操作期間，計算單元241讀取渦輪機(jī)狀態(tài)信號，計算“回轉(zhuǎn)載荷抵消”第二和第三變槳命令Ppi和Pyi,并且將這兩個變槳命令添加到第一變槳命令Fi以形成葉片i = 1、2、3的完整的葉片變槳命令PtoV本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,計算單元240、241執(zhí)行能經(jīng)由專用和單獨(dú)硬件單元中的軟件，或者經(jīng)由存在于管理控制單元中的軟件內(nèi)的額外的命令實(shí)現(xiàn)的功能。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有可轉(zhuǎn)動地附接到機(jī)艙(200)的轂(210)、可轉(zhuǎn)動地附接到所述轂(210)以允許改變?nèi)~片俯仰角(Qpeye3)的至少兩個葉片(1，2，3)、用于獨(dú)立地控制各葉片的葉片俯仰角(Speye3)的葉片變槳系統(tǒng)(250)、用于發(fā)布第一變槳命令的管理控制單元、產(chǎn)生指示轉(zhuǎn)子方位位置的轉(zhuǎn)子位置信號(￠)的轉(zhuǎn)子位置傳感器(238)、產(chǎn)生指示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率信號(Q)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率傳感器(236)、和支撐所述機(jī)艙(200)的塔架(100)， 包括 產(chǎn)生指示所述風(fēng)力渦輪機(jī)的海上俯仰速率的海上俯仰速率信號(X)的海上俯仰速率傳感器(230)和接收包括轉(zhuǎn)子位置信號(￠)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率信號(Q)和海上俯仰速率信號(入)的渦輪機(jī)狀態(tài)信號的計算單元(240，241)。
2.如權(quán)利要求I所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述計算單元(240，241)基于所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號計算第二變槳命令，將所述第二變槳命令添加到所述第一變槳命令以獲得總變槳命令，并且將所述總變槳命令傳送到所述葉片變槳系統(tǒng)(250)。
3.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述第二變槳命令在所述葉片(1，2，3)上產(chǎn)生空氣動力，其消弱由于海上俯仰速率運(yùn)動而作用在所述風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片(1，2，3)上的回轉(zhuǎn)引起的載荷。
4.如權(quán)利要求I到3之一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中在命令的俯仰角和期望的俯仰角(0 p 02，03)之間不一致的情況下，通過變槳控制器(250)將報警信號發(fā)送到所述計算單元(240,241)。
5.如權(quán)利要求I到4之一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中當(dāng)命令的葉片俯仰角和實(shí)際的葉片俯仰角之間的偏差超過預(yù)定閾值時所述計算單元(240，241)不啟用所述第二變槳命令。
6.如權(quán)利要求I到3之一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中在所述海上俯仰速率信號(X)中存在噪聲的情況下，經(jīng)由求平均方法或者等同地，經(jīng)由零相位移動低通濾波器從瞬時信號(A)獲得第二海上俯仰速率信號，并且代替所述瞬時信號(X)將所述第二海上俯仰速率信號用在所述第二變槳命令的構(gòu)造中。
7.如權(quán)利要求I到6之一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號包括產(chǎn)生指示渦輪機(jī)處的風(fēng)速和風(fēng)向的風(fēng)場信號(V)的風(fēng)場傳感器(232)。
8.如權(quán)利要求I到7之一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號包括測量偏擺角(r)的變化的時間速率、產(chǎn)生指示風(fēng)力渦輪機(jī)的偏擺速率的偏擺速率信號(Y)的偏擺速率傳感器(280)。
9.如權(quán)利要求I到8之一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述計算單元(240，241)基于所述渦輪機(jī)狀態(tài)信號計算額外的第三變槳命令，將所述第三變槳命令添加到所述第一和第二變槳命令以獲得總變槳命令，并且將所述總變槳命令傳送到所述葉片變槳系統(tǒng)(250)。
10.如權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述第三變槳命令導(dǎo)致在所述葉片(1，2，3)上產(chǎn)生空氣動力，其消弱由于所述偏擺速率(Y)而作用在所述葉片(1，2，3)上的回轉(zhuǎn)引起的載荷。
全文摘要
一種風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有可轉(zhuǎn)動地附接到機(jī)艙(200)的轂(210)、可轉(zhuǎn)動地附接到所述轂(210)以允許改變?nèi)~片俯仰角(θ1，θ2，θ3)的至少兩個葉片(1，2，3)、用于獨(dú)立地控制各葉片的葉片俯仰角(θ1，θ2，θ3)的葉片變槳系統(tǒng)(250)、用于發(fā)布第一變槳命令的管理控制單元、產(chǎn)生指示轉(zhuǎn)子方位位置的轉(zhuǎn)子位置信號(β)的轉(zhuǎn)子位置傳感器(238)、產(chǎn)生指示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率信號(Ω)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率傳感器(236)、和支撐所述機(jī)艙(200)的塔架(100)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括產(chǎn)生指示所述風(fēng)力渦輪機(jī)的海上俯仰速率的海上俯仰速率信號(λ)的海上俯仰速率傳感器(230)和接收包括轉(zhuǎn)子位置信號(β)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速率信號(Ω)和海上俯仰速率信號(λ)的渦輪機(jī)狀態(tài)信號的計算單元(240，241)。
文檔編號F03D7/00GK102644546SQ201210034010
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者F.伯托洛蒂 申請人:Ssb風(fēng)系統(tǒng)兩合公司