具有附加转子转动惯量的风力涡轮机及其控制方法技术

本发明专利技术是具有附加转子转动惯量的风力涡轮机及其控制方法。其涉及一种风力涡轮机，该风力涡轮机具有附加的质量块，每个质量块放置在至少两个转子叶片的安装端和自由端之间。本发明专利技术进一步涉及一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机具有桨距系统和叶片，桨距系统用于在桨距角俯仰叶片，该叶片带有用于增加惯量的质量块，该风力涡轮机在正常运行模式下运行，该正常运行模式中，发电机在发电机转矩处具有发电机速度，且该风力涡轮机在低电压条件下保持电联接至电网，且具有输送电流规格、参考转矩、参考功率或依据电网编码。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风力涡轮机，包括:-具有上端部和下端部的风力涡轮机塔架，该下端部设于风力涡轮机基座上；-设于所述塔架上端部的风力涡轮机机舱；-设于所述机舱处的轮毂；-至少两个风力涡轮机转子叶片，其具有安装端和自由端，其中，安装端安装在轮毂上，用于绕轴线在旋转平面上旋转，该轴线沿着联接至发电机或齿轮箱的轴延伸；-电网连接装置，用于将产生的电从所述发电机输送至电网，该电网连接装置具有电压检测装置，用于检测电网电压的变化；-至少两个质量块，每个质量块位于所述至少两个转子叶片的安装端和自由端之间。本专利技术进一步涉及一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机具有桨距系统和叶片，该桨距系统用于在桨距角俯仰叶片，该叶片具有用于增加惯量的质量块，该风力涡轮机在正常运行模式下运行，该正常运行模式中，发电机在发电机转矩处具有发电机速度，且该风力涡轮机在低电压条件下保持电联接至电网，且具有输送电流规格、参考转矩、参考功率或依据电网编码；所述方法包括以下步骤:-用电压检测装置检测低电压条件，该电压检测装置在检测到低电压条件后，发出请求用于:-风力涡轮机控制器中转子降额程序:所述降额程序包括: -LVRT俯仰转子叶片至LVRT桨距角；-用电压检测装置检测正常电压条件，该正常电压条件在正常电压条件的电压范围内；该电压检测装置在检测到正常电压条件后，发出请求用于:-风力涡轮机的正常运行模式；该正常运行模式具有初始相位，其中:-发电机转矩或功率增加至期望的参考转矩或参考功率，和-从LVRT桨距角俯仰转子叶片至正常或自由控制的桨距角。
技术介绍
在电力发电特别是通过风力涡轮机电力发电领域，电力发电作为一个单元要求与电网相互作用或与电网连接。这也意味着电力发电机是主要被规范限定、要求、请求或其他方式确定，电力发电机能够调整或响应电网的变化。总体上，电网定义为输电网络，该输电网络与电力发电机的电源和功率耗散器的消耗端互相连接。在单个家庭、商业或工业企业、公共设施或设备中，电源例如电站的数量通常超过功率耗散器的数量。原则上，电网也可以称为独立系统，该系统仅具有一个电力发电机作为电源，以及一个电力消耗单兀作为耗散器。因此，电力发电机是单个单元，其与也连接至相同电网的其他输入源或耗散器相互作用。电网编码设定产生电网连接装置的要求，例如，风力涡轮机如何应对电网的特定事件。由于电力产生单元或电柜单元，也就是被连接方和电网运营商之间的相互作用是通过编码确定的，该编码确定并限定电网。这种编码是电网编码。技术要点是电网侧电压和被连接方侧电压。当电网侧电压是正常时，连接至电网的风力涡轮机被设计运行，且在正常电压条件下的特定电压范围内连接至电网。也就是，风力涡轮机将在特定速度旋转，且被控制为在正常电压条件的范围内产生电力。然而，有时电网上的电压会发生变化。这种事件称为低电压(LV)事件。这种低电压事件中，风力涡轮机需要能够响应且作用为保持连接至电网。如果不加以控制，低电压(LV)事件会导致转子增加其旋转速度；直至超速。一种减小或消除低电压(LV)事件影响的方法是，减小风力涡轮机转子的旋转速度，以减小或消除超速。一种方案是，机械制动转子，以避免超速。另一方案是米用一种电力发电机系统，该系统包括制动斩波器，该制动斩波器简单地消耗卸荷装置，例如电阻中的能量，从而减小转子的旋转速度。制动斩波器从专利申请已知，如US 2007/0279815，其中，公开了用于风力涡轮机发电机断电的制动斩波器。另一个例子在专利申请WO 2010/085988中公开，其中，描述了一种方法允许风力涡轮机在低电压事件中保持电连接至电网。该描述的方法依靠加大同步发电机的转子电流，以响应检测到的低电压事件。所公开的电动制动系统增加了复杂性，因此，将其应用至风力涡轮机生产和运行中时需要额外的资源。进一步，较大的风力涡轮机的需求增加了对较大的制动系统的需求。本领域制造风力涡轮机叶片的技术人员习惯于制造较轻且较坚固，同时满足挠性要求的叶片。当期望制造的风力涡轮机越大，需要叶片越轻。对于本领域的这种技术人员，风力涡轮机最佳的或理想的叶片被认为是一层外壳，并且最佳的是，由仅一表皮外壳形成的、具有期望的空气动力学性质和结构稳定性的表面。同样地，风力涡轮机的设计者和生产者会在理论上寻找这种理想叶片。随着时间的推移，风力涡轮机的叶片的开发从具有坚固型面的木头制造的叶片，到具有中空型面的玻璃纤维制造的叶片，再到碳纤维叶片结构。同时，用于运行具有这种优化叶片的开发系统和控制系统被开发出来。补偿异常运行的尝试包括，将能量运行设计为添加组件系统，元件通常放置在轮毂内、塔架中或基座上，甚至邻近风力涡轮机。从WO 2004/011801 Al可知，为了调节涉及增加风速的转动惯量，在转子叶片中设置可移动的质量块。WO 2004/011801 Al中提到的方案涉及到质量块，该质量块根据它们出现的特定条件，可以在风力涡轮机叶片内部的不同位置之间移动。移动所述质量块可采用机械或电动元件以不同的方式实现。然而，WO 2004/011801 Al没有公开在低电压穿越过程中，如何控制例如35米长或更长长度的以及23000kg重或更重重量的风力涡轮机。相反，其公开了在高风速中，如何通过朝叶片尖端移动质量块以增加转动惯量，并因此积累转子中的动能。然后，在低风速中，质量块可以朝转子中心移动，以得到较低的转动惯量。当谈到相当小的风力涡轮机时，该相当小的风力涡轮机具有相当短和相当轻的风力涡轮机叶片，所提到的方案可能有用。为了能够改变现代风力涡轮机叶片的转动惯量，该风力涡轮机叶片具有例如35米长或更长的长度，或例如23000kg的重量或更重的重量，这是相当大的质量块，每个叶片中需要运行例如，几个1000kg。根据风速在叶片的不同位置之间移动这么重的质量块是个问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种风力涡轮机和这种风力涡轮机的构造，该构造不需要制动斩波器。本专利技术的另一目的是公开一种在电网故障中，不需要制动斩波器而运行风力涡轮机的方法。本专利技术的进一步的目的是公开一种风力涡轮机和/或一种运行这种风力涡轮机的方法，该风力涡轮机需要一种减小尺寸的制动斩波器或制动系统。本专利技术的目的通过一种风力涡轮机实现，该风力涡轮机包括:-具有上端部和下端部的风力涡轮机塔架，该下端部设于风力涡轮机基座上；-设于所述塔架上端部的风力涡轮机机舱；-设于所述机舱处的轮毂；-至少两个风力涡轮机转子叶片，其具有安装端和自由端，其中，安装端安装在轮毂上，用于绕轴线在旋转平面上旋转，该轴线沿着联接至发电机或齿轮箱的轴延伸；-电网连接装置，用于将产生的电从所述发电机输送至电网，该电网连接装置具有电压检测装置，用于检测电网电压的变化；-至少两个质量块，每个质量块位于所述至少两个转子叶片的安装端和自由端之间，其中，所述风力涡轮机包括至少两个风力涡轮机转子叶片，每个叶片在所述安装端和自由端之间具有叶片重量和至少35米的叶片长度，其中，每个质量块是每个转子叶片的叶片重量的10%至40%。因此，与没有附加质量块的转子相比，质量块增加了转子惯量。在低电压事件中，电网不会经由发电机向转子提供正常阻力或制动，并且没有额外的惯量，转子将开始以较高的旋转速度旋转，转子将会超速，且可能失控或导致风力涡轮机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力涡轮机（500），包括：‑具有上端部和下端部的风力涡轮机塔架（101），所述下端部设于风力涡轮机基座（102）上；‑设于所述塔架（101）上端部的风力涡轮机机舱（103）；‑设于所述机舱（103）处的轮毂（106）；‑至少两个风力涡轮机转子叶片（105），每个转子叶片具有安装端（109）和自由端（110），其中，所述安装端（109）安装在轮毂（106）上，用于绕轴线（114）在旋转平面（113）上旋转，所述轴线（114）沿着联接至发电机（116）或齿轮箱的轴（115）延伸；‑电网连接装置（601），用于将产生的电从所述发电机输送至电网（600），所述电网连接装置（601）具有电压检测装置（630，631），用于检测电网（600）上电压的变化；‑至少两个质量块（400），每个质量块位于至少两个转子叶片（105’，105”）的安装端（109）和自由端（110）之间，其特征在于，所述风力涡轮机包括至少两个风力涡轮机转子叶片（105），每个转子叶片在所述安装端（109）和自由端（110）之间具有叶片重量（111）和至少35米的叶片长度（108），其中，每个质量块（400）是每个转子叶片（105）的叶片重量（111）的10%至40%。...

【技术特征摘要】
2011.11.04 DK PA201170605;2012.07.09 DK PA201270411.一种风力润轮机(500),包括: -具有上端部和下端部的风力涡轮机塔架(101)，所述下端部设于风力涡轮机基座(102)上； -设于所述塔架(101)上端部的风力涡轮机机舱(103); -设于所述机舱(103)处的轮毂(106)； -至少两个风力涡轮机转子叶片(105)，每个转子叶片具有安装端(109)和自由端(110)，其中，所述安装端(109)安装在轮毂(106)上，用于绕轴线(114)在旋转平面(113)上旋转，所述轴线(114)沿着联接至发电机(116 )或齿轮箱的轴(115 )延伸； -电网连接装置(601)，用于将产生的电从所述发电机输送至电网(600)，所述电网连接装置(601)具有电压检测装置(630，631)，用于检测电网(600 )上电压的变化； -至少两个质量块(400)，每个质量块位于至少两个转子叶片(105’，105”)的安装端(109)和自由端(110)之间，其特征在于，所述风力涡轮机包括至少两个风力涡轮机转子叶片(105)，每个转子叶片在所述安装端(109)和自由端(110)之间具有叶片重量(111)和至少35米的叶片长度(108)，其中，每个质量块(400)是每个转子叶片(105)的叶片重量(111)的10% 至 40%。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述质量块(400)放置为，投影至旋转平面(113)的重心与轴线(114) 一致。3.根据权利要求1或2所述的风`力涡轮机，其特征在于，每个叶片(105)设置为接收不同的质量块(400)，使得转子(104)的转动惯量(403)可以变化且匹配，以处理根据不同电网编码(600’)的低电压(LV)事件。4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，每个质量块(400)的径向长度不超过每个转子(104)叶片(105)的叶片长度(108)的10%，优选地，不超过5% ο5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，所述转子叶片(105)具有由桨距系统(501)分隔开的内叶片段(105a)和外叶片段(105b)，所述桨距系统(501)位于所述安装端(109)和自由端(110)之间，且设置为相对于所述内叶片段(105a)俯仰所述外叶片段(105b)，所述桨距系统(501)的重量不超过质量块(400)的重量，所述桨距系统(501)的径向长度不超过质量块(400)的径向长度。6.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其特征在于，进一步对于桨距系统(501);至少一个附加的子质量块(400’ )放置在叶片(105)上，以构成总质量块(400)。7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的风力涡轮机，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：延斯·比尔克，
申请(专利权)人：远景能源江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32