專利名稱：一種風力發電場以及控制其中風力機的方法
一種風力發電場以及控制其中風力機的方法
背景技術：
本發明大體上涉及風力機，確切地說，涉及一種風力機和一種控制風力發電場內的至少一個風力機的方法。一般而言，風力機包括轉子，轉子包括具有多片葉片的可旋轉輪轂組件。所述葉片將風能轉化成機械轉動扭矩，使得通過轉子驅動一個或多個發電機。發電機有時通過齒輪箱以可旋轉的方式連接到轉子，但并非總是如此。齒輪箱提升轉子固有的低轉速，以使發電機有效地將轉動機械能轉化成電能，電能通過至少一個電氣連接輸送到公用設施電網中。 也存在無齒輪直接驅動風力機。轉子、發電機、齒輪箱和其他組件通常安裝在外殼(即機艙)內，外殼位于基座上，基座包括桁架或管狀塔筒。將已知風力機至少一些放置在公共的地理區域中，從而形成了風力發電場。在至少一些已知的風力機中，當地空氣條件與風力機運作條件一起作用，從而使一片或多片旋轉轉子葉片偏轉。一些此類葉片偏轉可足以減少旋轉葉片與桁架或管狀塔筒之間的距離，進而可能會使這兩者接觸。這種接觸可能會增加運作的維護和更換成本，在進行相關的維護停工期間降低發電量，并減少葉片和桁架或管狀塔筒的預期壽命。在一些已知的風力機中，葉片偏轉傳感器安裝在每片葉片上，以便向操作員指示目前的葉片偏轉情況。然而，安裝葉片偏轉傳感器會增加風力機構造的成本和運作維護成本，包括預防性維護和校準。

發明內容
一方面，本發明提供一種控制風力機的方法。所述風力機具有驅動系統，其包括至少一個轉子軸和發電機以及至少一片有效地連接到轉子軸的葉片。所述方法包括測量表示葉片偏轉值的風力機第一運作條件以及基于所述風力機第一運作條件產生第一運作條件信號。所述方法還包括測量至少一個風力機第二運作條件以及產生至少一個第二運作條件信號。所述方法進一步包括通過改變所述第二運作條件來改變所述葉片偏轉值。所述測量風力機第一運作條件包括測量所述轉子軸的一部分的偏轉。所述方法進一步包括將至少一項算法編程于至少一個處理器內，所述算法表示所收集的風力機運作數據與動態風力機葉片偏轉值之間的關系。進一步包括根據所述第一運作條件改變所述第二運作條件。所述方面通過改變所述第二運作條件來改變所述葉片偏轉值包括以下操作中的至少一者通過改變所述葉片的葉片槳距角來改變所述葉片周圍的氣流特性；通過起動所述葉片的葉瓣來改變所述葉片周圍的氣流特性；通過調整由所述發電機引起的驅動系統扭矩來減小轉子扭矩；通過產生正壓與負壓中的至少一者來促使附著流與分離流中的至少一者沿著所述葉片的至少一部分來改變所述葉片周圍的氣流特性；通過將機械轉動阻力施加到所述轉子軸來使所述轉子軸減速；以及通過改變所述風力機相對于風向的偏航位置來改變所述葉片周圍的氣流特性。其通過改變所述第二運作條件來改變所述葉片偏轉值進一步包括將葉片偏轉限制信號從葉片偏轉確定模塊傳輸到風力機調節器；以及將至少一個風力機調節器反饋信號從所述風力機調節器傳輸到所述葉片偏轉確定模塊。所述方法進一步包括將至少一項算法編程于至少一個處理器內，所述算法表示至少一個所測量的風力機第二運作條件的至少一個運作參數；通過改變所述第二運作條件來改變所述葉片偏轉值包括根據編程于所述處理器內的所述算法改變至少一個所測量的第二運作條件。所述的方法，進一步包括有效地將第一風力機控制器與至少一個第二風力機控制器連接；以及有效地將所述第一風力機控制器和所述第二風力機控制器與風電場控制器連接。通過改變所述第二運作條件來改變所述葉片偏轉值包括以下操作中的至少一者通過改變第二風力機的至少一個第二運作條件來改變第一風力機的葉片偏轉值； 以及通過改變所述第一風力機的至少一個第二運作條件來改變所述第二風力機的葉片偏轉值另一方面，本發明提供一種空氣減少控制系統。所述空氣減少控制系統包括至少一個第一風力機輸入裝置，其經配置以傳輸表示第一運作條件的第一運作信號。第一運作條件包括至少一個葉片偏轉條件。所述系統還包括至少一個第二風力機輸入裝置，其經配置以傳輸至少一個表示至少一個第二運作條件的第二運作信號。所述系統進一步包括至少一個風力機調節裝置。所述系統還包括至少一個有效地與第一風力機輸入裝置、第二風力機輸入裝置和調節裝置連接的處理器。所述處理器經過編程以將至少一個信號傳輸到風力機調節裝置，以改變第二運作條件，從而改變葉片偏轉條件。再一方面，本發明提供一種風力發電場。所述風力發電場包括多個風力機以及在多個風力機中每一者的至少一部分中實施的空氣減少控制系統。所述空氣減少控制系統包括至少一個第一風力機輸入裝置，其經配置以傳輸表示第一運作條件的第一運作信號。第一運作條件包括至少一個葉片偏轉條件。所述系統還包括至少一個第二風力機輸入裝置， 其經配置以傳輸至少一個表示至少一個第二運作條件的第二運作信號。所述系統進一步包括至少一個風力機調節裝置。所述系統還包括至少一個有效地與第一風力機輸入裝置、第二風力機輸入裝置和調節裝置連接的處理器。所述處理器經過編程以將至少一個信號傳輸到風力機調節裝置，以改變第二運作條件，從而改變葉片偏轉條件。


圖1為示例性風力機的示意圖；圖2為適合與圖1所示的風力機結合使用的示例性機艙的部分截面圖；圖3為適合與圖2所示的機艙結合使用的示例性轉子軸的示意圖；圖4為包括圖1所示的風力機的示例性風力發電場的示意圖；圖5為適合與圖4所示的風力發電場結合使用的示例性空氣負載降低控制系統的第一部分的示意圖；圖6為適合與圖4所示的風力發電場結合使用的替代示例性空氣負載降低控制系統的示意圖；圖7為運作圖1所示的風力機和圖4所示的風力發電場的示例性方法的流程圖。
元件符號列表
權利要求
1.一種空氣減少控制系統(300/350)，其包括至少一個第一風力機輸入裝置(176)，其經配置以傳輸表示第一運作條件的第一運作信號(314/372)，所述第一運作條件包括葉片(112)偏轉條件；至少一個第二風力機輸入裝置(131/146/148)，其經配置以傳輸至少一個表示至少一個第二運作條件的第二運作信號(314/372)； 至少一個風力機調節裝置(3 )；以及至少一個處理器(150/206/208-A/208-B/208-N)，其有效地與所述第一風力機輸入裝置、所述第二風力機輸入裝置和所述調節裝置連接，所述處理器經過編程以將至少一個信號(324/36 傳輸到所述風力機調節裝置，以改變所述第二運作條件，從而改變所述葉片偏轉條件。
2.根據權利要求1所述的空氣減少控制系統(300/350)，其特征在于，所述處理器 (150/206/208-A/208-B/208-N)的編程至少包括一項算法，該算法表征風力機運作數據與風力機葉片偏轉值之間的關系。
3.根據權利要求1所述的空氣減少控制系統(300/350)，其特征在于，所述系統進一步包括至少一個風力機控制器O08-A/208-B/208-N)；以及至少一個有效地連接到所述風力機控制器的風電場控制器(206)。
4.根據權利要求1所述的空氣減少控制系統(300/350)，其特征在于，所述風力機調節裝置(326)包括以下調節器中的至少一者連接到至少一個風力機葉片變槳組件(130)的變槳調節器(3 )； 連接到至少一個風力機葉瓣(129)的葉瓣調節器(330)； 連接到發電機(132)的扭矩調節器(332)；連接到所述風力機葉片變槳組件和所述風力機葉瓣中至少一者的高級流調節器 (334)；連接到至少一個偏航驅動機制(146)的偏航調節器(336)；以及連接到風力機轉子軸(134)的至少一部分的機械制動調節器(338)。
5.一種風力發電場000)，其包括 多個風力機(100-A/100-B/100-N)；以及在所述多個風力機中的每一者的至少一部分中實施的空氣減少控制系統(300/350)， 所述空氣減少控制系統包括至少一個第一風力機輸入裝置(176)，其經配置以傳輸表示第一運作條件的第一運作信號(314/372)，所述第一運作條件包括至少一個葉片(112)偏轉條件；至少一個第二風力機輸入裝置(131/146/148)，其經配置以傳輸至少一個表示至少一個第二運作條件的第二運作信號(314/372)； 至少一個風力機調節裝置(3 )；以及至少一個處理器(150/206/208-A/208-B/208-N)，其有效地與所述第一風力機輸入裝置、所述第二風力機輸入裝置和所述調節裝置連接，所述處理器經過編程以將至少一個信號(324/36 傳輸到所述風力機調節裝置，以改變所述第二運作條件，從而改變所述葉片偏轉條件。
6.根據權利要求5所述的風力發電場(200)，其特征在于，所述處理器 (150/206/208-A/208-B/208-N)的編程至少包括一項算法，該算法表征風力機運作數據與所述葉片偏轉條件之間的關系。
7.根據權利要求5所述的風力發電場000)，其特征在于，所述風力發電場進一步包括有效地與至少一個第二風力機控制器O08-A/208-B/208-N)連接的第一風力機控制器(208-A/208-B/208-N)；以及至少一個有效地與所述第一風力機控制器和所述第二風力機控制器連接的風電場控制器(206)。
8.根據權利要求7所述的風力發電場(200)，其特征在于，所述處理器 (150/206/208-A/208-B/208-N)的編程至少包括一項算法，該算法能促使所述第一風力機控制器Q08-A/208-B/208-N)和所述第二風力機控制器Q08-A/208-B/208-N)以獨立風力機控制模式進行運作。
9.根據權利要求7所述的風力發電場(200)，其特征在于，所述處理器 (150/206/208-A/208-B/208-N)的編程至少包括一項算法，該算法能促使所述第一風力機控制器O08-A/208-B/208-N)、所述第二風力機控制器Q08-A/208-B/208-N)和所述風電場控制器O06)以風電場控制模式進行運作。
10.根據權利要求9所述的風力發電場000)，其特征在于，所述風電場控制模式促使實現以下內容中的至少一者通過改變第二風力機(100-A/100-B/100-N)的至少一個第二運作條件來改變第一風力機(100-A/100-B/100-N)的葉片偏轉條件；以及通過改變所述第一風力機的至少一個第二運作條件來改變所述第二風力機的葉片偏轉條件。
全文摘要
本發明提供一種控制包括至少一個轉子軸和至少一片有效地連接到所述轉子軸的葉片的風力機的方法，所述方法包括測量表示葉片偏轉值的風力機第一運作條件以及基于所述風力機第一運作條件產生第一運作條件信號。所述風力機還包括驅動系統，所述驅動系統包括至少一個轉子軸和發電機。所述方法還包括測量至少一個風力機第二運作條件以及產生至少一個第二運作條件信號。所述方法進一步包括通過改變所述第二運作條件來改變所述葉片偏轉值。
文檔編號F03D9/00GK102465835SQ201110366979
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月9日 優先權日2010年11月9日
發明者B·蘭達, C·E·拉托雷, G·托爾博姆, M·G·布朗, N·許爾, T·F·弗里克, T·O·康弗斯, T·丁朱斯 申請人:通用電氣公司