[发明专利]减小风力涡轮机的传动系中的扭转振荡的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制风力涡轮机的方法。更准确地说，本发明涉及一种在电网缺失(grid loss)情况下的控制风力涡轮机的方法。

背景技术

现代风力涡轮机通常用来将电力供给到电网中。这种种类的风力涡轮机通常包括具有多个叶片的转子。具有叶片的转子在风对于叶片的影响下进行转动。转子轴的转动直接驱动发电机转子(“直接驱动”)，或者通过齿轮箱的使用驱动发电机转子。

在正常操作期间，风力涡轮机的转速由作用在发电机上的磁性力矩和作用在转子上的空气动力学力矩控制。另外，通常预见到具有制动系统。

用于控制作用在风力涡轮机的转子上的空气动力学力矩的各种途径是已知的。在“桨距-调节的”风力涡轮机中，转子叶片可绕其纵向轴线转动，以控制风对于叶片的攻角。在“被动-失速”调节的风力涡轮机中，当风速增大到预定风速以上时，失速在叶片上自动地发生。空气动力学力矩由此受到限制。

制动系统通常机械地作用在低速轴上，或者作用在高速轴上。电气作用在发电机上的制动系统也是已知的。在桨距-调节的风力涡轮机中，叶片相对于其顺桨位置的俯仰(pitching)用来使风力涡轮机减速。(机械)制动器仅用来达到风力涡轮机的完全停止，或者将涡轮机保持在其停置-位置中。

如以前提到的那样，在正常操作期间，风力涡轮机的转速尤其由作用在发电机上的磁性力矩控制。传动系的元件(转子轴或低速轴、齿轮箱、高速轴、发电机)在作用在转子上的空气动力学力矩和作用在发电机上的磁性力矩的影响下弹性地变形。势能以这种弹性变形的方式存储。当电网缺失发生时，在发电机处的磁性力矩非常突然地失去，并且传动系的势能转化成动能。因此，传动系经受扭转振荡。这些振荡特别是对于齿轮箱可能非常有害，并且可能显著地降低其寿命。

在现有技术中，处理电网缺失的和减小扭转振荡的各种方法是已知的。WO 2007/082642描述了一种通过减小转子叶片的桨距角、随后将机械制动器施加在高速轴上而处理电网缺失的方法。WO2004/098968描述了一种在电网失效情况下的制动方法。制动装置作用在高速轴上。控制制动器的液压压力，直到风力涡轮机达到完全停止。所述装置和其控制方法特别适于用在“失速-调节的”风力涡轮机中。WO 03/040556描述了一种使风力涡轮机减速的方法，该方法的目的在于避免扭转振荡。在该方法中，基于风能转换器的自然频率，按预定的时间顺序调节制动器的减速力矩。US 6,254,197描述了一种可选择的液压制动系统和一种控制它的方法。描述的具体方法规定，首先施加空气动力学制动器(叶片的可动末端)和在15秒的时段之后施加机械制动器。

现有技术方法复杂并因此是昂贵的。此外，它们还不能始终产生满意的结果。所以，存在对一种在电网缺失情况下改进的控制风力涡轮机的方法的需要，该方法能可靠和容易地应用于现代风力涡轮机。

发明内容

本发明的目标在于实现这个目的。该目的由根据权利要求1的方法实现。另外的有利的实施例在从属权利要求中描述。

在电网缺失的情况下，制动力矩在一个时间段期间施加到传动系上，所述时间段根据传动系的扭转谐振频率来确定。风力涡轮机的传动系具有对于每个传动系并因而对于每种类型的风力涡轮机是唯一的扭转谐振频率。在电网缺失时，发电机的磁性力矩消失，并且传动系将以是其扭转谐振频率的频率开始振荡。因此在确定制动时段时应该考虑这个频率。因而将本发明投入实施的途径是：确定传动系的谐振频率；根据该谐振频率确定(计算)所需的制动时段；以及在电网缺失之后，在确定的制动时段期间施加制动器。

优选地，所述时间段也根据在电网缺失的瞬时与施加制动力矩的瞬时之间发生的延迟来确定。为了得到减小的扭转振荡的最佳结果，制动器只应该在紧随电网缺失的时段中(在该时段中低速轴的力矩正在减小，即在其中传动系正在“退绕”的时段中)被致动。在低速轴中的力矩正在增大时施加制动器，可能导致增大扭转振荡的后果。因此，也优选考虑在电网缺失的瞬时与施加制动力矩的瞬时之间发生的延迟来确定制动时段。因此根据这种优选方法，将本发明投入实施的途径是：确定传动系的谐振频率；确定在电网缺失的瞬时与施加制动力矩的瞬时之间发生的延迟；然后根据这两个参数来确定(计算)所需的制动时段；以及在电网缺失之后，在确定的制动时段期间施加制动器。

优选地，基本上在探测到电网缺失之后立即致动制动器。

任何制动系统都可以用在根据本发明的方法中，并且每个制动系统将具有固有最小反应时间。制动系统对于电网缺失的反应越快，在传动系仍在退绕时制动力矩可施加的时间越长。