风力涡轮和用于控制风力涡轮载荷的方法技术

本发明专利技术涉及风力涡轮和用于控制风力涡轮载荷的方法。在一个实施例中，方法包括确定当前风速的步骤。方法进一步包括在至少一个以下条件下确定最大程度地提高功率系数的叶尖速度比和桨距角：推力值小于或等于预先确立的最大推力，发电机速度值小于或等于预先确立的最大发电机速度，或者发电机扭矩小于或等于预先确立的最大发电机扭矩。方法进一步包括基于当前风速和叶尖速度比来计算期望的发电机速度值。方法进一步包括基于期望的发电机速度值来计算期望的发电机功率值。

【技术实现步骤摘要】
风力涡轮和用于控制风力涡轮载荷的方法
本公开大体涉及风力涡轮，并且更特别地，涉及用于控制风力涡轮中的风力涡轮载荷的方法。
技术介绍
风力被认为是目前可获得的最清洁、最环境友好的能源之一，而且由于这个原因，风力涡轮得到越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱，以及包括一个或多个转子叶片的转子。转子叶片使用已知的翼型原理从风中捕捉动能，并且通过旋转能来传递动能，以使轴转动，轴将转子叶片联接到齿轮箱上的，或者如果不使用齿轮箱的话，将转子叶片直接联接到发电机上。然后发电机将机械能转换成电能，电能可被部署到电网。在风力涡轮的运行期间，由于空气动力风载荷对叶片起作用，所以风力涡轮的各种构件会经受各种载荷。特别地，转子叶片经历显著的载荷，并且在运行期间，由于与风相互作用，经历频繁的载荷变化。例如，风速和方向的变化可改变转子叶片所经历的载荷。为了减少转子叶片载荷，已经开发出各种方法和设备来允许转子叶片卸掉由此经历的一部分载荷。这样的方法和设备包括在运行期间例如使转子叶片变桨，以及/或者减小发电机扭矩。特别地，针对产生最大推力和最大功率的额定风速来设计许多风力涡轮。在比额定风速更高的风速下，由于转子叶片变桨，推力更低。已知许多用于确定是否使转子叶片变桨以便减少推力的方法。另外，许多已知方法利用推力作为确切输入，并且基于这个输入推力而输出响应。但是，对于许多这种目前已知的用于减小推力的方法，在风力涡轮经历风速变化和变桨命令传送到转子叶片之间存在显著的延迟时间。因而，风力涡轮在延迟时期期间可经历过度载荷。这种过度载荷一般可削弱和损害转子叶片和风力涡轮。因此，本领域中期望有一种用于控制风力涡轮载荷的改进的方法。特别地，在确定扭矩和/或桨距调节时利用当前风速，以及减少或消除延迟时间的方法将是有利的。
技术实现思路
将在以下描述中部分地阐述本专利技术的方面和优点，或者根据该描述，本专利技术的方面和优点可为显而易见的，或者可通过实践本专利技术来学习本专利技术的方面和优点。在一个实施例中，本公开涉及一种用于控制风力涡轮载荷的方法。方法包括确定当前风速。方法进一步包括在至少一个以下条件下确定最大程度地提高功率系数的叶尖速度比和桨距角：推力值小于或等于预先确立的最大推力，发电机速度值小于或等于预先确立的最大发电机速度，或者发电机扭矩小于或等于预先确立的最大发电机扭矩。方法进一步包括基于当前风速和叶尖速度比来计算期望的发电机速度值。方法进一步包括基于期望的发电机速度值来计算期望的发电机功率值。在另一个实施例中，本公开涉及风力涡轮。风力涡轮包括塔架、安装在塔架上的机舱、联接到机舱上的转子，以及定位在机舱内的发电机，转子包括多个转子叶片。风力涡轮进一步包括控制器。控制器包括处理器，处理器可运行来基于当前风速和叶尖速度比来计算期望的发电机速度值。处理器进一步可运行基于期望的发电机速度值来来计算期望的发电机功率值。处理器进一步可运行来在至少一个以下条件下，确定最大程度地提高功率系数的叶尖速度比和桨距角：推力值小于或等于预先确立的最大推力，发电机速度值小于或等于预先确立的最大发电机速度，或者发电机扭矩小于或等于预先确立的最大发电机扭矩。一种用于控制风力涡轮载荷的方法，所述方法包括：确定当前风速；在至少一个以下条件下确定最大程度地提高功率系数的叶尖速度比和桨距角：推力值小于或等于预先确立的最大推力；发电机速度值小于或等于预先确立的最大发电机速度；或者发电机扭矩小于或等于预先确立的最大发电机扭矩；基于所述当前风速和所述叶尖速度比来计算期望的发电机速度值；以及基于所述期望的发电机速度值来计算期望的发电机功率值。在一个实施例中，进一步包括调节所述发电机的扭矩，使得所述发电机的功率输出被调节向所述期望的发电机功率值。在一个实施例中，进一步包括调节所述风力涡轮的多个转子叶片中的至少一个的桨距，使得所述发电机的速度被调节向所述期望的发电机速度值。在一个实施例中，进一步包括将所述风力涡轮的所述多个转子叶片中的至少一个的桨距调节成所述桨距角。在一个实施例中，在以下条件下执行确定最大程度地提高所述功率系数的叶尖速度比和桨距角的步骤：推力值小于或等于预先确立的最大推力，发电机速度值小于或等于预先确立的最大发电机速度，以及发电机扭矩小于或等于预先确立的最大发电机扭矩。在一个实施例中，进一步包括确立最大发电机扭矩，以及进一步包括基于所述最大发电机扭矩、效率值和齿轮箱比来计算最大空气动力扭矩。在一个实施例中，计算期望的发电机功率值的步骤包括计算期望的发电机扭矩值，以及利用所述期望的发电机扭矩值和所述期望的发电机速度值来计算所述期望的发电机功率值。在一个实施例中，所述期望的发电机扭矩值是预先确立的最大发电机扭矩和基于效率值、在最大程度地提高功率系数的叶尖速度比和桨距角下的空气动力扭矩值，以及齿轮箱比的值中的最小值。在一个实施例中，所述当前风速是测量出的。在一个实施例中，所述当前风速是估计出的。一种风力涡轮，包括：塔架；安装在所述塔架上的机舱；联接到所述机舱上的转子，所述转子包括多个转子叶片；定位在所述机舱内的发电机；以及控制器，所述控制器包括处理器，所述处理器可运行来基于当前风速和叶尖速度比来计算期望的发电机速度值，以及基于所述期望的发电机速度值来计算期望的发电机功率值，所述处理器进一步可运行来在至少一个以下条件下，确定最大程度地提高功率系数的叶尖速度比和桨距角：推力值小于或等于预先确立的最大推力；发电机速度值小于或等于预先确立的最大发电机速度；或者发电机扭矩小于或等于预先确立的最大发电机扭矩。在一个实施例中，所述处理器进一步可运行来调节所述发电机的扭矩，使得所述发电机的功率输出被调节向所述期望的发电机功率值。在一个实施例中，所述处理器进一步可运行来调节所述风力涡轮的多个转子叶片中的至少一个的桨距，使得速度所述发电机被调节向所述期望的发电机速度值。在一个实施例中，所述处理器进一步可运行来基于预先确立的最大发电机扭矩、效率值和齿轮箱比来计算最大空气动力扭矩。在一个实施例中，所述处理器进一步可运行来计算期望的发电机扭矩值，以及利用所述期望的发电机扭矩值和所述期望的发电机速度值来计算所述期望的发电机功率值。在一个实施例中，所述期望的发电机扭矩值是预先确立的最大发电机扭矩或基于效率值、在最大程度地提高功率系数的叶尖速度比和桨距角下的空气动力扭矩值，以及齿轮箱比的值中的最小值。在一个实施例中，在以下条件下运行所述处理器来确定最大程度地提高所述功率系数的叶尖速度比和桨距角：推力值小于或等于预先确立的最大推力，发电机速度值小于或等于预先确立的最大发电机速度，以及发电机扭矩小于或等于预先确立的最大发电机扭矩。在一个实施例中，进一步包括可运行来确定所述当前风速的传感器。参照以下描述和所附权利要求，将更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点。结合在本说明书中且构成说明书的一部分的附图示出本专利技术的实施例，并且附图与描述一起用来阐明本专利技术的原理。附图说明在参照附图的说明书中，对本领域普通技术人员阐述了本专利技术的完整和能够实施的公开，包括本专利技术的最佳模式，其中：图1是根据本公开的一个实施例的风力涡轮的透视图；图2示出根据本公开的一个实施例的风力涡轮的机舱的内部透视图；图3示出可包括在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制风力涡轮载荷的方法，所述方法包括：确定当前风速；在至少一个以下条件下确定最大程度地提高功率系数的叶尖速度比和桨距角：　　推力值小于或等于预先确立的最大推力；　　发电机速度值小于或等于预先确立的最大发电机速度；或者　　发电机扭矩小于或等于预先确立的最大发电机扭矩；基于所述当前风速和所述叶尖速度比来计算期望的发电机速度值；以及基于所述期望的发电机速度值来计算期望的发电机功率值。

【技术特征摘要】
2013.05.14 US 13/8934671.一种用于控制风力涡轮载荷的方法，所述方法包括：确定当前风速；在至少一个以下条件下确定最大程度地提高功率系数的叶尖速度比和桨距角：推力值小于或等于预先确立的最大推力；发电机速度值小于或等于预先确立的最大发电机速度；或者发电机扭矩小于或等于预先确立的最大发电机扭矩；基于所述当前风速和所述叶尖速度比来计算期望的发电机速度值；以及基于所述期望的发电机速度值来计算期望的发电机功率值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括调节所述发电机的扭矩，使得所述发电机的功率输出被调节向所述期望的发电机功率值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括调节所述风力涡轮的多个转子叶片中的至少一个的桨距，使得所述发电机的速度被调节向所述期望的发电机速度值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述风力涡轮的多个转子叶片中的至少一个的桨距调节成所述桨距角。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在以下条件下执行确定最大程度地提高所述功率系数的叶尖速度比和桨距角的步骤：推力值小于或等于预先确立的最大推力，发电机速度值小于或等于预先确立的最大发电机速度，以及发电机扭矩小于或等于预先确立的最大发电机扭矩。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括确立最大发电机扭矩，以及进一步包括基于所述最大发电机扭矩、效率值和齿轮箱比来计算最大空气动力扭矩。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算期望的发电机功率值的步骤包括计算期望的发电机扭矩值，以及利用所述期望的发电机扭矩值和所述期望的发电机速度值来计算所述期望的发电机功率值。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述期望的发电机扭矩值是预先确立的最大发电机扭矩和基于效率值、在最大程度地提高功率系数的叶尖速度比和桨距角下的空气动力扭矩值，以及齿轮箱比的值中的最小值。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前风速是测量出的。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：A克尔伯，WE霍利，LC卡默，CS梅亨代尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US