[发明专利]风轮机叶片控制

说明书

本发明涉及风轮机，并且具体地说，本发明涉及特别地但不排他地通过控制叶片变量来对风轮机进行控制，所述变量诸如是叶片的空气动力学型面。

已经存在大量关于在风轮机叶片中使用襟翼或者副翼以响应于变化的风况来提供额外的控制的建议。对于大型现代风轮机的设计者来说，后缘襟翼尤其具有吸引力，这是因为后缘襟翼在控制随机湍流载荷和不对称载荷方面很有用，而这两方面都具有使叶片长度增加的问题。

为了控制襟翼，需要知道有关迎风风况的信息。已知的是，监控叶片前方区域中的风况以便提供控制用的必要数据。

在WO2004/074681中公开了这种控制系统的一个例子，该例子描述了利用由5孔皮托管取得的测量值来控制襟翼，所述5孔皮托管距离毂一定距离安装在叶片的前方。皮托管测量叶片前方的空气压力以确定迎风的平均流动速度。

使用皮托管是不利的，这是因为它们易于被阻塞并且它们的性能会随着时间的流逝而变差。此外，由于皮托管从风轮机叶片突出，因此它们容易被闪电击中。通常，风轮机被设计为需要尽可能少的维护，并且通常位于遥远并且环境恶劣的位置。因此，可能会需要频繁维护的诸如5孔皮托管的传感器是没有吸引力的。

本发明的目的是提供一种用于确定能用于控制风轮机的迎风风况的改进的系统和方法。

根据本发明，提供了一种用于控制风轮机的系统，该系统包括布置在转子叶片处以测量所述叶片的前缘区域中的空气流动的激光多普勒风速计、以及用于由此确定控制所述风轮机用的控制信号的处理器。激光多普勒风速测定法是通过测量由穿过激光束产生的干涉场的颗粒发出的信号来确定流动状态的已知技术。

激光多普勒风速测定法具有可以用于精确地探测流动状态的优势。因此，能够根据准确的空气流动测量来有效地控制风轮机。例如，这可以通过控制叶片的动力学型面来完成。此外，与皮托管不同的是，该技术基本上不会扰动正被测量的空气，因此能较少地与叶片上方的空气流动发生干涉。这对于重视叶片上方的有效的流线型气流的风轮机设计者来说是尤其有利的。

优选地，所述激光多普勒风速计(LDA)设置在所述叶片中，这具有进一步减少探测装置对叶片上方空气流动的影响的优势。在一个实施方式中，所述叶片表面中设置有窗口，并且所述LDA设置在所述叶片的内部，所述LDA布置为发射穿过所述窗口的激光束。因为所述窗口可以被制得非常小，所以它们对流动的影响可以是最小的。

所述激光多普勒风速测定法的使用还具有可以测量大量入流变量的优势，并且因此，这些入流变量可以用于确定适当的控制信号。

优选地，LDA被用于测量空气流动速度向量的不止一个分量。

优选地，LDA被用于测量迎风的迎角。

在本发明的实施方式中，可以沿着叶片设置多个LDA。优选地，所述LDA沿着所述叶片的前缘大致等距离地间隔开，以提供对所述叶片的整个长度上的流动状态的准确描述。然后，可以由对沿着叶片的状态的完整描述来形成适当的控制信号。

所述控制信号可以控制叶片变量。

所述风轮机叶片可以包括可移动的襟翼或者其它控制表面，并且所述控制信号控制所述控制表面的位置。优选地，所述控制表面是后缘襟翼。

本发明还提供了一种具有如上所述的控制系统的风轮机。

还提供了一种用于控制风轮机的方法，该方法包括：利用布置在转子叶片处的激光多普勒风速计测量所述叶片的前缘区域中的空气流动；由此基于测量值来确定控制信号；以及将所述控制信号应用于可变的风轮机参数以控制所述风轮机。

本发明的另一个方面提供了一种用于控制风轮机的系统，该系统包括布置为测量转子叶片的前缘区域中的空气流动的激光多普勒风速计、以及用于由此确定用于控制所述风轮机的控制信号的处理器。本发明的这个方面还提供了一种用于控制风轮机的方法，该方法包括：利用激光多普勒风速计测量叶片的前缘区域中的空气流动；由此基于测量值来确定控制信号；以及将所述控制信号应用于可变的风轮机参数以控制所述风轮机。

优选地，所述激光多普勒风速计包括布置在所述风轮机转子毂处的激光源和布置在所述转子叶片内的光纤，所述光纤用于将由所述激光源发射的激光传输到沿着所述叶片的前缘的至少一个点。

优选地，在多个转子叶片内布置有多个光纤，各个光纤将由所述激光源发射的激光传输到沿着相应的转子叶片的前缘的至少一个点。这种布置具有以下优势，即，可以通过使用用于多个LDA的同一光源来降低多个激光源的高成本。可以使用分束器或者其它多路转换器来使由激光源发射的光束分开。

现在将参照附图仅通过实施例的方式来描述本发明的实施方式，附图中：