風(fēng)力渦輪機控制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于對包括機艙以及一個和多個渦輪機葉片的風(fēng)力渦輪機進行控制以減少或防止沿邊振動在一個或多個渦輪機葉片上積累的方法、設(shè)備和計算機程序制品。步驟(202)識別出機艙是否能夠偏航至迎風(fēng)位置并且在機艙不能偏航至迎風(fēng)位置的情況下啟動修正動作(203)以防止沿邊振動在一個或多個渦輪機葉片上積累。
【專利說明】風(fēng)力渦輪機控制

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機控制，并且尤其涉及防止在風(fēng)力渦輪機葉片上積累沿邊振動(edgewise vibrat1n)的風(fēng)力禍輪機控制。

【背景技術(shù)】
[0002]本領(lǐng)域已知的風(fēng)力渦輪機包括漸縮的風(fēng)力渦輪機塔架以及定位在塔架頂部上的風(fēng)力渦輪機機艙。多個風(fēng)力渦輪機葉片經(jīng)由轉(zhuǎn)子、輪轂和驅(qū)動軸連接至機艙。
[0003]風(fēng)力渦輪機葉片的沿邊振動出于高循環(huán)疲勞的原因能夠?qū)е聦u輪機葉片造成顯著損傷。由沿邊振動引起的損傷會需要頻繁維修渦輪機葉片，以及最終導(dǎo)致葉片壽命減少，還會增加風(fēng)力渦輪機的用于維修或更換的停機時間，從而負(fù)面地影響每年產(chǎn)能。風(fēng)力渦輪機通常豎立在偏僻和惡劣環(huán)境中，在所述環(huán)境中維修或更換葉片也會是非常困難且極度耗費成本的。
[0004]風(fēng)力渦輪機葉片通常由葉片上的安裝于表面的裝置保護，直至投入運行，所述裝置能夠減少渦輪機葉片上的沿邊振動的風(fēng)險。然而，一旦風(fēng)力渦輪機投入運行，就會將安裝于表面的裝置去除并且可能發(fā)生沿邊振動的問題。
[0005]在風(fēng)力渦輪機投入運行后，避免沿邊振動的一個機構(gòu)使機艙/轉(zhuǎn)子迎風(fēng)地(換言之朝向風(fēng)向)保持和定位。然而，風(fēng)力渦輪機機艙在保養(yǎng)風(fēng)力渦輪機的情況下可能需要在一延長時間中遠(yuǎn)離風(fēng)地定位，例如在保養(yǎng)風(fēng)力渦輪機期間，如果風(fēng)力渦輪機的偏航系統(tǒng)失效/故障，或者如果有缺陷的風(fēng)傳感器不能為風(fēng)力渦輪機確定迎風(fēng)方向，則并非總是可以保持機艙/轉(zhuǎn)子迎風(fēng)地定位。
[0006]因此，在風(fēng)力渦輪機的機艙不能迎風(fēng)地定位的情況下，存在防止或大體上消除風(fēng)力渦輪機葉片上的沿邊振動的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明尋求以至少部分地解決本文以上所描述的問題及需求中的一部分或全部。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種對包括機艙和一個或多個渦輪機葉片的風(fēng)力渦輪機進行控制的方法，其中所述方法包括如下步驟:識別出機艙不能偏航至迎風(fēng)位置；以及在機艙不能偏航至迎風(fēng)位置的情況下，啟動修正動作以防止沿邊振動在一個或多個渦輪機葉片上積累。
[0009]因此，本發(fā)明有利地識別出機艙不能偏航至迎風(fēng)位置并且接下來啟動修正動作以防止一個或多個渦輪機葉片上的損傷性沿邊振動的積累。機艙的迎風(fēng)位置為機艙朝向風(fēng)向的位置，并且因此為渦輪機葉片朝向風(fēng)向的位置。所述方法可由風(fēng)力渦輪機中的控制器實施。所述方法可在軟件、硬件或其任意組合中實施。
[0010]所述方法還可包括如下步驟，即確定機艙是否能偏航并且基于對機艙是否能偏航的確定而啟動修正動作。因此，可確定機艙是否能夠偏航，換言之，機艙可能出于以下原因而不能偏航至迎風(fēng)位置，例如在保養(yǎng)或維護操作中出于安全等原因不能確定或識別出迎風(fēng)位置，但是仍舊能夠偏航。待啟動的修正動作于是可基于對機艙是否能夠偏航的確定。
[0011]啟動修正動作的步驟還可包括如下步驟，即指令機艙以低速連續(xù)地偏航。因此，可啟動一個修正動作以便防止沿邊振動在一個或多個渦輪機葉片上積累，一個修正動作可以是使風(fēng)力渦輪機的機艙以低速連續(xù)地偏航。
[0012]指令機艙以低速連續(xù)地偏航的步驟還可包括如下步驟，即指令機艙逆時針偏航45度并且接下來順時針偏航45度。因此，可指令機艙在逆時針45度與順時針45度之間連續(xù)地偏航。然而，將會理解的是，為了防止在渦輪機葉片上的損傷性沿邊振動積累的目的，可指令機艙在任意合適的角度之間偏航。
[0013]啟動修正動作的步驟還可以包括如下步驟，即指令一個或多個渦輪機葉片以低速連續(xù)地改變槳距角。可啟動的另一校正動作可以是使一個或多個渦輪機葉片以低速連續(xù)地改變槳距角。該修正動作在機艙例如出于保養(yǎng)或維護操作的原因而不能偏航的情況下是特別有利的，但是即使在機艙能夠偏航的情況下也可啟動。所述方法可識別或確定一個或多個渦輪機葉片中的哪一個連續(xù)地改變槳距角。例如，如果對渦輪機葉片中的一個執(zhí)行保養(yǎng)或維護操作，則出于安全或維護的原因，不能或不允許那個渦輪機葉片改變槳距角，因此所述方法可確定或識別出對一個或多個渦輪機葉片中的哪一個施加修正動作。
[0014]指令一個或多個渦輪機葉片以低速連續(xù)地改變槳距角的步驟還可包括如下步驟，即指令一個或多個渦輪機葉片在90度與70度之間改變槳距角。因此，渦輪機葉片的槳距角可在90度與70度之間以低速連續(xù)地改變。然而，將會理解的是，為了防止在渦輪機葉片上的損傷性沿邊振動積累的目的，可指令一個或多個渦輪機葉片在任意合適的角度之間變槳。
[0015]可指令一個或多個渦輪機葉片以同步的方式改變槳距角(例如各渦輪機葉片同時地在90度與70度之間運動)，或者可指令一個或多個渦輪機葉片以非同步的方式改變槳距角(例如一個渦輪機葉片在90度與70度之間運動而其他渦輪機葉片同時地在70度與90度之間運動)。
[0016]根據(jù)第二方面，提供一種風(fēng)力渦輪機，其包括:機艙；一個或多個渦輪機葉片；第一處理器，其適于識別出機艙不能偏航至迎風(fēng)位置；以及第二處理器，其適于在機艙不能偏航至迎風(fēng)位置的情況下啟動修正動作以防止沿邊振動在一個或多個渦輪機葉片上積累。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種風(fēng)力渦輪機，其包括機艙以及一個或多個渦輪機葉片，所述風(fēng)力渦輪機適于如下操作或包括用于如下操作的器件，即識別出機艙不能偏航至迎風(fēng)位置；以及在機艙不能偏航至迎風(fēng)位置的情況下啟動修正動作以防止沿邊振動在一個或多個渦輪機葉片上積累。
[0018]風(fēng)力渦輪機還可包括第三處理器，其適于確定機艙是否能偏航，并且第二處理器還適于對基于機艙是否能偏航的確定而啟動修正動作。
[0019]第二處理器還可適于指令機艙以低速連續(xù)地偏航。
[0020]第二處理器還可適于指令機艙逆時針偏航45度并且接下來順時針偏航45度。然而，將會理解的是，為了防止在渦輪機葉片上損傷性沿邊振動積累的目的，機艙可被指令為在任意合適的角度之間偏航。
[0021 ] 第二處理器還可適于指令一個或多個渦輪機葉片以低速連續(xù)地改變槳距角。
[0022]第二處理器還可適于指令一個或多個渦輪機葉片在90度與70度之間改變槳距角。然而，將會理解的是，為了防止在渦輪機葉片上損傷性沿邊振動積累的目的，一個或多個渦輪機葉片可被指令為在任意合適的角度之間變槳。
[0023]第二處理器還可適于指令一個或多個渦輪機葉片以同步的方式改變槳距角(例如渦輪機葉片同時地在90度與70度之間運動)，或者以非同步的方式改變槳距角(例如一個渦輪機葉片在90度與70度之間運動而其他的渦輪機葉片同時在70度與90度之間運動)。
[0024]第一處理器、第二處理器和第三處理器可以是相同的處理器、不同的處理器或是其任意組合。風(fēng)力渦輪機可由軟件、硬件或是其任意組合適配。風(fēng)力渦輪機可包括實施本發(fā)明方法的任意或全部特征或功能的任意器件或是適用于實施本發(fā)明方法的任意或全部特征或功能。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種計算機程序制品，其包括計算機可讀的可執(zhí)行代碼，用以:識別出機艙不能偏航至迎風(fēng)位置；以及在機艙不能偏航至迎風(fēng)位置的情況下，啟動修正動作以防止沿邊振動在一個或多個渦輪機葉片上積累。
[0026]計算機程序制品可包括用于實施本發(fā)明功能的任意或全部特征的任意計算機可讀的可執(zhí)行代碼。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]現(xiàn)在將僅以示例的方式并結(jié)合所附附圖描述本發(fā)明的實施例，在附圖中:
[0028]圖1示出根據(jù)本發(fā)明眾多實施例的風(fēng)力渦輪機的簡單示意圖。
[0029]圖2示出根據(jù)本發(fā)明眾多實施例的流程圖。

【具體實施方式】
[0030]參照圖1，風(fēng)力渦輪機101通常包括聯(lián)接至機艙103的渦輪機葉片102，所述機艙繼而通常安裝在塔架104上。
[0031]在圖1中，示出三個渦輪機葉片102，然而將會理解的是，渦輪機葉片102的數(shù)量取決于風(fēng)力渦輪機的設(shè)計并且可包括一個或多個渦輪機葉片102。
[0032]而且，圖1示出水平軸線式渦輪機葉片布置，然而將會理解的是，風(fēng)力渦輪機可替代地或附加地包括豎直軸線式渦輪機葉片布置。
[0033]機艙103將通常容置用于控制風(fēng)力渦輪機的風(fēng)力渦輪機控制器105、用于控制渦輪機葉片102槳距的槳距控制系統(tǒng)106、以及用于控制機艙103的偏航或方向的偏航控制系統(tǒng) 107。
[0034]通常地，機艙103也將容置風(fēng)力渦輪機101的發(fā)電機、齒輪箱、驅(qū)動軸以及其他電氣和機械設(shè)備，為了便于參照，以上設(shè)備未在圖1中示出。
[0035]如本文以上所述，沿邊振動能引起針對風(fēng)力渦輪機101的顯著問題。通常地，為了減少渦輪機葉片102上的沿邊振動，傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機101經(jīng)由控制器105和偏航控制系統(tǒng)107使機艙103偏航，以使機艙103定位在迎風(fēng)方向上，并且因此使渦輪機葉片定位在迎風(fēng)方向上。
[0036]然而，在特定環(huán)境或情況下，機艙103不能向迎風(fēng)偏航，并且像這樣渦輪機葉片102將承受可對渦輪機葉片102引起疲勞和損傷的沿邊振動。
[0037]例如，一個或多個有缺陷的傳感器，例如風(fēng)傳感器(諸如風(fēng)速傳感器)、光檢測和測距(LiDAR)裝置會防止風(fēng)力渦輪機控制器105確定迎風(fēng)方向并且因而所述風(fēng)力渦輪機控制器將不能使機艙103偏航至迎風(fēng)位置。
[0038]在另一示例中，在對風(fēng)力渦輪機101的偏航系統(tǒng)的保養(yǎng)操作期間，將不可以使機艙103迎風(fēng)地定位或是改變機艙103的偏航位置以維持迎風(fēng)方向。
[0039]在另外的示例中，在各種保養(yǎng)操作期間，例如在葉片維修、齒輪箱維修等等期間，風(fēng)力渦輪機101的機艙103也不能迎風(fēng)地定位或被要求遠(yuǎn)離迎風(fēng)方向地定位并在一延長時間中保持在那里。在各種保養(yǎng)操作期間，會需要諸如起重機的設(shè)備，所述設(shè)備也能防止機艙103偏航至迎風(fēng)的位置。
[0040]在所有這些環(huán)境和情況下，渦輪機葉片102會承受沿邊振動，所述沿邊振動將損傷或減少渦輪機葉片102的壽命。
[0041]如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，除了以上作為示例列出的那些操作以外，存在多種保養(yǎng)操作、維護操作或安全操作(例如由于影響風(fēng)力渦輪機的狀況而引起的停機)，在所述操作期間機艙將不能迎風(fēng)地定位。
[0042]參照圖2，其示出根據(jù)本發(fā)明實施例的流程圖201，在步驟202中，風(fēng)力渦輪機的控制器確定或識別出機艙不能運動或偏航至迎風(fēng)位置。
[0043]在步驟203中，控制器識別出應(yīng)執(zhí)行修正動作以便防止沿邊振動對渦輪機葉片損傷。
[0044]在步驟204中，控制器確定機艙是否能夠偏航。例如，如果有缺陷的風(fēng)傳感器被識別出以使控制器不能檢測迎風(fēng)方向并且因而不能使機艙迎風(fēng)地定位，則機艙會能夠偏航。然而，將會理解的是，會存在其他情況，其中機艙能夠偏航但是風(fēng)力渦輪機控制器不能使機艙偏航至迎風(fēng)位置。
[0045]在該情況下，控制器確定機艙能夠偏航，并且作為修正動作，所述控制器在步驟205中如此啟動偏航控制系統(tǒng)，即使風(fēng)力渦輪機的機艙以低速大體上連續(xù)地偏航。例如，控制器可指令偏航系統(tǒng)連續(xù)地逆時針偏航45度并且接下來順時針偏航45度。通過連續(xù)地偏航，沿邊振動無法在渦輪機葉片上積累至損傷性級別。然而，將會理解的是，為了防止在渦輪機葉片上損傷性沿邊振動積累的目的，可指令機艙在任意合適的角度之間偏航。
[0046]如果在步驟204中控制器確定例如由于對風(fēng)力渦輪機進行保養(yǎng)或維護操作而使機艙不能偏航，則作為修正動作，所述控制器在步驟206中啟動槳距控制系統(tǒng)以使一個或多個渦輪機葉片以低速連續(xù)地變槳，以便防止渦輪機葉片上的沿邊振動達(dá)到造成損傷的級別。
[0047]例如，如果對渦輪機葉片的其中一個執(zhí)行保養(yǎng)操作，那么通常被保養(yǎng)的那個葉片保持向下指向，并且不可使機艙偏航。控制器可指令(三渦輪機葉片布置中)剩余的兩個渦輪機葉片以低速連續(xù)地變槳，從而沿邊振動無法積累至對葉片造成損傷的級別。
[0048]在另一示例中，如果在機艙中執(zhí)行保養(yǎng)或維護操作或者更換機艙中其他設(shè)備(例如齒輪箱)，那么同樣地不可使機艙偏航至迎風(fēng)位置。在該情況下，控制器指令槳距控制系統(tǒng)使所有三個渦輪機葉片以低速連續(xù)地變槳，從而沿邊振動無法積累至對葉片造成損傷的級別。
[0049]在使一個或多個渦輪機葉片變槳的槳距控制系統(tǒng)的上述示例中，葉片可從90度至70度以低速連續(xù)地變槳。然而，將會理解的是，為了防止在渦輪機葉片上損傷性沿邊振動積累的目的，可指令一個或多個渦輪機葉片在任意合適的角度之間變槳。
[0050]此外，一個或多個葉片可共同地或獨立地變槳。而且，可指令一個或多個渦輪機葉片以同步的方式改變槳距角(例如渦輪機葉片同時地在90度與70度之間運動)，或者可指令一個或多個渦輪機葉片以非同步的方式改變槳距角(例如一個渦輪機葉片在90度與70度之間運動而其他的渦輪機葉片同時在70度與90度之間運動)。
[0051]因此，在以上描述的實施例中，在風(fēng)力渦輪機不能偏航至迎風(fēng)位置的環(huán)境或操作狀況中，能減少或防止沿邊振動積累至對渦輪機葉片造成損傷的級別。
[0052]在風(fēng)力渦輪機能夠使風(fēng)力渦輪機的機艙偏航的環(huán)境中，控制器可采用修正動作以啟動風(fēng)力渦輪機的低速連續(xù)偏航。在風(fēng)力渦輪機不能偏航的環(huán)境中，控制器可采用修正動作以啟動一個或多個渦輪機葉片的低速連續(xù)變槳。在以上兩種環(huán)境中，修正動作有利地減少、限制或防止沿邊振動在渦輪機葉片上的積累至能夠?qū)u輪機葉片造成嚴(yán)重?fù)p傷的級別。
[0053]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，將要理解的是這樣的實施例僅以示例的方式描述。在不背離本發(fā)明的由所附權(quán)利要求限定的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可作出多種改型、改變和替換。因此，預(yù)期的是以下權(quán)利要求覆蓋落在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有這樣的改型或等同例。
【權(quán)利要求】
1.一種對包括機艙和一個或多個渦輪機葉片的風(fēng)力渦輪機進行控制的方法，其中所述方法包括如下步驟: 識別出所述機艙不能偏航至迎風(fēng)位置；以及 在所述機艙不能偏航至迎風(fēng)位置的情況下，啟動修正動作以防止沿邊振動在所述一個或多個渦輪機葉片上積累。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括如下步驟: 確定所述機艙是否能偏航以及基于對所述機艙是否能偏航的所述確定而啟動所述修正動作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述啟動所述修正動作的步驟還包括如下步驟: 指令所述機艙以低速連續(xù)地偏航。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中指令所述機艙以低速連續(xù)地偏航的所述步驟還包括如下步驟: 指令所述機艙逆時針偏航45度并且接下來順時針偏航45度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中啟動所述修正動作的所述步驟還包括如下步驟: 指令所述一個或多個渦輪機葉片以低速連續(xù)地改變槳距角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中指令所述一個或多個渦輪機葉片以低速連續(xù)地改變槳距角的所述步驟還包括如下步驟: 指令所述一個或多個渦輪機葉片在90度與70度之間改變槳距角。
7.一種風(fēng)力渦輪機，其包括: 機艙； 一個或多個渦輪機葉片； 第一處理器，其適于識別出所述機艙不能偏航至迎風(fēng)位置；以及第二處理器，其適于在所述機艙不能偏航至迎風(fēng)位置的情況下啟動修正動作以防止沿邊振動在所述一個或多個渦輪機葉片上積累。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機，還包括: 第三處理器，其適于確定所述機艙是否能偏航，并且所述第二處理器還適于基于所述機艙是否能偏航的所述確定而啟動所述修正動作。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的風(fēng)力渦輪機，其中所述第二處理器還適于指令所述機艙以低速連續(xù)地偏航。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪機，其中所述第二處理器還適于指令所述機艙逆時針偏航45度并且接下來順時針偏航45度。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的風(fēng)力渦輪機，其中所述第二處理器還適于指令所述一個或多個渦輪機葉片以低速連續(xù)地改變槳距角。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力渦輪機，其中所述第二處理器還適于指令所述一個或多個渦輪機葉片在90度與70度之間改變槳距角。
13.一種計算機程序制品，其包括計算機可讀可執(zhí)行代碼，所述計算機可讀可執(zhí)行代碼用于: 識別出所述機艙不能偏航至迎風(fēng)位置；以及 在所述機艙不能偏航至迎風(fēng)位置的情況下，啟動修正動作以防止沿邊振動在所述一個或多個渦輪機葉片上積累。
【文檔編號】F03D7/02GK104487704SQ201380036036
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月8日
【發(fā)明者】K·T·西蒙森, P·羅森瓦爾德, D·斯蒂爾 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團公司