[发明专利]风轮机及控制风轮机的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风轮机。具体地，本发明涉及一种包括用于控制风轮机的控制系统的风轮机，并涉及一种用于控制风轮机的方法。

背景技术

通常，风轮机包括竖直支撑结构；位于该支撑结构顶部的机舱（nacelle）；旋转地装配至机舱的转子，并且，该转子包括轮轴（hub）、旋转地装配至轮轴的多个叶片、以及用于调节叶片的螺旋角（pitch angle，桨距角）的多个螺旋执行机构。通常，根据基于一个或多个测量控制参数（例如风速、风向等）的控制策略来控制风轮机。因此，用于控制风轮机的操作的控制系统通常连接至一个或多个传感器，每个传感器被布置为测量特定的周围条件，例如风速。然而，物理参数（例如风速）的测量常常受到风轮机的干扰，并且仅在一定程度上是可靠的。例如，风速传感器通常位于机舱上并受到转子的干扰，并且，风速传感器不能沿着转子扫过的区域检测差异。

通过传统传感器取得（retrieve）的信息的通常较差的可靠性会损害风轮机的良好控制。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种可简单且良好地控制的风轮机。

根据本发明，提供了一种风轮机，其包括：转子，可围绕转子轴线旋转，且具有围绕叶片轴线旋转地装配至轮轴的多个叶片和用于调节叶片的螺旋角的多个螺旋执行机构；制动器，由制动执行机构控制，用于停止转子；旋转电机，连接至转子；换流器（inverter），用于控制旋转电机；以及控制系统，其包括被构造为检测每个叶片的变形的多个图像反射测量装置，并且该控制系统被构造为，根据通过多个图像反射测量装置取得的变形，发射用于选择性地控制螺旋执行机构、制动执行机构和换流器中的至少一个的控制信号。

由图像反射测量装置取得的与转子的所有叶片相关的可靠信息允许取得与转子相关的几种操作参数。此信息变得非常有价值，以便良好地控制风轮机。

根据本发明的一个优选实施方式，每个图像反射测量装置位于一叶片内，并包括光源、至少两个沿着叶片轴线隔开以反射光的反光镜、以及用于检测图像的照相机。

对于每个叶片，这种布置允许取得与每个叶片的至少两个部分有关的相关信息。有利地，反光镜沿着叶片轴线隔开，并位于离转子轴线给定距离处；在每个叶片中，反光镜以相同的间隔和离转子轴线相同的距离分布。

因此，每个叶片的静态和动态变形可以与其他叶片的静态和动态变形进行明显比较。

根据本发明的一个优选实施方式，每个叶片包括根部、中间部分和顶部，顶部具有被构造为当与叶片轴线成横向地对顶部加载时有利于顶部相对于中间部分扭曲的结构；叶片在中间部分中设置有至少一个反光镜并在顶部中设置有至少一个反光镜。

当施加至顶部的负载超过给定值时，每个叶片的顶部可自动地扭曲。顶部中的反光镜可发现此事件的出现以及相对于中间部分和相对于根部的扭曲程度，以允许评估叶片的螺旋角的进一步调节。

根据另一优选实施方式，转子的每个叶片设置有至少一个致动空气动力学表面，例如枢转地连接至叶片的结构并沿着顶部的后缘延伸的副翼。

致动空气动力学表面的调节允许改变负载沿着叶片的分布。特别地，致动空气动力学表面被积极地（positively）致动，并且，与图像反射测量装置的另一反光镜相关，以允许控制致动空气动力学表面的位置。

根据一个变型，在叶片结构上安装附加的反光镜，使得加强杆离致动空气动力学表面非常近，以便取得通过致动空气动力学表面的致动产生的效果。

根据本发明的一个优选实施方式，控制系统包括：多个图像处理单元，其发射一组与叶片中的反光镜的位置相关的位置信号；以及信号处理单元，被构造为运行处理整组位置信号或这组位置信号的子集的多个程序并发射所述控制信号。

特别地，将控制系统被构造为获得其他信号，例如与转子的转速相关的速度信号；所述程序包括转子不平衡检测程序，该不平衡检测程序被构造为在从这组位置信号和速度信号得到的振荡信号的基础上检测转子轴线相对于转子轴线的标称位置的偏移。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于控制风轮机的操作的控制方法。