[发明专利]一种在风力涡轮机装置内衰减塔架振动的方法

说明书

本申请是名称为“一种在风力涡轮机装置内衰减塔架振动的方法”、国际申请日为2006年10月30日、国际申请号为PCT/NO2006/000385、国家申请号为200680040818.X的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本方法涉及一种与风力涡轮机装置衰减塔架振动有关的方法，特别涉及一种浮动的风力涡轮机装置。该风力涡轮机装置包括：浮动单元；设置在浮动单元上的塔架；位于塔架之上的发电机，所述塔架相对于风向可转动并安装有风力涡轮机；以及一连接至海床上的锚或者基座的锚索装置。

背景技术

可用于较大深度的浮动的锚定式风力涡轮机的开发，可强有力地加强进入海上风能的膨胀区域。目前的对于位于海上的风力涡轮机技术很大程度上被限制于以低深度、在大约30m以下永久地安装的塔架。

在超过30m深度永久的安装通常会导致技术问题以及高成本。这就意味着至今为止，超过30m左右的海深已经被认为技术性上和商业上不利于风力涡轮机的安装。

采用在较大海深浮动的解决办法，该基座问题和与复杂的、劳动力密集的安装关联的成本问题得以避免。

设置在浮动基座上的风力涡轮机会由于来自风和海浪的作用力而移动。一个好的风力涡轮机基座设计会确保系统相对于刚性的单元移动（波动，摇摆，水平移动，滚动，俯仰和偏转）的固有周期超出海浪周期范围，该周期范围大约为5-20秒。

仍然会有一些力产生与系统的固有周期（膨胀，非线性波形力，风速波动，水流作用力，等等）有关的效果。如果这些力不会产生无法接受的移动，它们不可以太大，那么系统必须对这些相关联的周期进行减振。

发明内容

本发明提供一解决办法，更精确地说涉及一种用于对风力涡轮机装置的塔架振动进行有效衰减的方法。通过模拟试验得到的结果显示出：采用根据本发明的方法，与系统的固有周期有关的振动被衰减了大约系数10。

本发明的特点由本申请技术方案中限定的技术特征所体现。

本申请中的其他方面限定出本发明有益的特点。

附图说明

本发明将在下面使用实施例以及结合附图进一步详细描述，其中：

附图1为带有RPM和转子斜度控制的风力涡轮机的不同的RPM范围图，

附图2表示叶片角度控制器的一部分以及风力涡轮机转子的叶片角度和塔架速度之间的传递函数略图，

附图3表示叶片角度和塔架速度之间的传递函数以及以塔架振动的本征频率衰减振动的稳定器的传递函数，

附图4表示被设计成以塔架本征频率衰减振动的稳定器的略图，

附图5表示附图4中的设计的稳定器的频率响应（波德图）。箭头限定出与塔架动力学的本征频率相关的振幅和相位，

附图6表示根据本发明的包含在控制方案之中的稳定器解决方法，

附图7表示基于模拟试验的，在平均风速为17.34m/s且带有和不带有稳定器情况下，分别与塔架顶部的水平位移Δz和被供给至电网的有源功率（pu）有关的图表，

附图9-10表示基于模拟试验的，在平均风速为20.04m/s且带有和不带有稳定器情况下，分别与塔架顶部的水平位移Δz和被供给至电网的有源（active）功率（pu）有关的图表，

附图11表示包括根据本发明的稳定器的风力涡轮机的总体图。

具体实施方式

当风作用在风力涡轮机装置上时，来自风的作用力将会有助于在基座内的移动。然而来自风力涡轮机的作用力取决于该风力涡轮机是如何控制的，也就是说RPM和涡轮机叶片的斜度是如何随风速变化的。该控制算法将随着风速而变化。用于固定式风力涡轮机的典型的控制基本原理在图1中表示。通过参考该附图，可以看出：

在起动范围，小的作用力作用在风力涡轮机上。该风力对该移动具有很小的影响。如果该移动被该风力影响，可能大致象在变化的RPM范围内那样控制该涡轮机。

在该变化的RPM范围内，对于该涡轮机叶片具有近似恒定的倾斜角度。该目的为在受到逆着该涡轮机的瞬间的相对风速下，对涡轮机控制RPM以使得在任意时间可产生最大的功率。该相对风速由平均风速、风速变化和塔架的移动（速率）组成。这意味着当风增加时会有来自涡轮机的增加的功率和增加的推力。接下来，如果该系统（风力涡轮机，包括基座）以一组合的斜度和波动运动而逆着风移动时，这对于涡轮机引起增加的风速，以及该推力增加。这就相当于一衰减力（一逆着该速度作用的力）。在该风速范围内，作用在涡轮机上的风力会因此贡献给系统积极的衰减。这会有助于减小与系统的固有周期相关的移动。