用于风力涡轮机的可变叶尖速比跟踪控制.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CNCN101520027101520027B(45)授权公告日2014.10.29(21)申请号200910128107.3US2004067134A1,2004.04.08,(22)申请日2009.02.27审查员孙中勤(30)优先权数据12/040,8372008.02.29US(73)专利权人通用电气公司地址美国纽约州(72)发明人K·G·皮尔斯B·S·格伯S·赫尔(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司72001代理人曾祥夌刘华联(51)Int.Cl.F03D7/02(2006.01)(56)对比文件CN1982699A,2007.06.20,WO2006/136337A1,2006.12.28,US6619918B1,2003.09.16,权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图5页附图5页(54)发明名称用于风力涡轮机的可变叶尖速比跟踪控制(57)摘要本发明涉及用于风力涡轮机的可变叶尖速比跟踪控制，具体而言，本发明涉及一种通过控制风力涡轮机叶片(108)的叶尖速比(TSR)和/或叶片倾斜设置来控制风力涡轮机叶片(108)的气动载荷以优化功率生成的方法。风力涡轮机叶片(108)经受的气动弹性响应包括为叶片载荷的函数的偏转和扭曲。叶片载荷取决于风速、TSR和倾斜设置。气动弹性响应要求在整个功率曲线上选择不同的TSR和/或倾斜以维持最优的功率生成并从而改善能量捕获。CN101520027BCN10527BCN101520027B权利要求书1/1页1.一种用于控制风力涡轮机(100)的方法，所述风力涡轮机具有带气动弹性响应的叶片，所述方法包括：测量所述风力涡轮机(100)的旋转速度或者由所述风力涡轮机(100)产生的功率；以及根据方程式或表格控制发电机转矩和叶片倾斜，所述方程式或表格配置成将对于当前扭曲分布和当前叶片载荷的叶尖速比或者旋转速度与发电机转矩、叶片倾斜、功率中的任意一个或其任意组合关联起来；响应于低于额定功率的倾斜和转矩设置而调节发电机转矩或叶片倾斜，以增加所述风力涡轮机(100)的能量捕获。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，测量所述风力涡轮机(100)的所述旋转速度。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，测量由所述风力涡轮机(100)产生的功率。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述发电机转矩，以增加所述风力涡轮机(100)的能量捕获。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述叶片倾斜，以增加所述风力涡轮机(100)的能量捕获。6.一种风力涡轮机(100)，所述风力涡轮机具有带气动弹性响应的叶片，所述风力涡轮机包括：控制系统(300)，其配置成测量所述风力涡轮机(100)的旋转速度或者由所述风力涡轮机(100)产生的功率并根据方程式或表格控制发电机转矩和叶片倾斜，所述方程式或表格配置成将对于当前扭曲分布和当前叶片载荷的叶尖速比或者旋转速度与发电机转矩、叶片倾斜、功率中的任意一个或其任意组合关联起来，所述控制系统(300)还配置成响应于低于额定功率的倾斜和转矩设置而调节发电机转矩或者叶片倾斜，从而增加所述风力涡轮机(100)的能量捕获。2CN101520027B说明书1/4页用于风力涡轮机的可变叶尖速比跟踪控制技术领域[0001]本发明一般地涉及风力涡轮机，更具体而言，涉及一种用于增加风力涡轮机叶片能量捕获和控制叶尖速比和/或叶片倾斜的方法。背景技术[0002]近来，风力涡轮机作为环境安全和相对便宜的替代能源已获得更多的关注。随着这种日益增长的兴趣，已做了相当大的努力，以发展可靠而有效的风力涡轮机。[0003]通常，风力涡轮机包括具有多个叶片的转子。转子安装在位于桁架或者管状塔架顶部上的外壳或者机舱(nacelle)里。公用级的风力涡轮机(即，设计用来向公用电网提供电力的风力涡轮机)可具有大的转子(例如，长度达到30米及以上)。此外，风力涡轮机典型地安装在高度至少为60米的塔架上。这些转子上的叶片将风能转化为驱动一个或多个发电机的旋转力矩或者旋转力，发电机通过齿轮箱可旋转地联接到转子上。齿轮箱将涡轮机转子固有的低旋转速度逐步提升，以便发电机高效地将机械能转换成电能，该电能被馈入公用电网。[0004]为了增加能量捕获，风力涡轮机叶片的尺寸已经持续增加。然而，随着叶片尺寸的增加，控制最优的能量捕获已经日益变得更加困难。随着风力涡轮机叶片变大，它们在加载时经受包括偏转和扭曲在内的增加的气动弹性响应，其会负面地影响能量捕获。此外，涡轮机叶片可设计成具有气动弹性响应，且叶片的扭曲取决于叶片上的载荷。叶片载荷取决于风速、叶片叶尖速比(TSR)和/或叶片的倾斜设置。TSR为叶尖的旋转速度相对于