[发明专利]用于控制风力涡轮机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制风力涡轮机的方法。本发明进一步涉及用于控制风力涡轮机的控制单元以及风力涡轮机。

背景技术

在许多情况下，极限负载是塔设计中的设计驱使因素。为了提高涡轮机动力输出，必须增加涡轮机的旋转速度，从而既减少齿轮负载又提高空气动力学效率。不过，增加的旋转速度会导致较高的极限负载。本发明将提出用于处理这个难题的方法。

现今，涡轮机具有固定的最大速度。在这个速度时，极限负载是已知的并且用于设计涡轮机。涡轮机控制器将持续地关注于保持该速度，特别是在大风速时。

发现当俯仰角（pitch angle）处于最佳时涡轮机控制器在极限负载下具有最大问题，其中该俯仰角是优化动力提取的角。这是由于如下因素导致的，即：转子上的推力在其工作点附近是最大的。

发明内容

本发明的第一目标是提供用于控制风力涡轮机的有利方法。第二目标是提供具有相同优点的用于控制风力涡轮机的控制单元以及风力涡轮机。

第一目标是通过根据权利要求1所述的用于控制风力涡轮机的方法来解决的。第二目标是通过根据权利要求13所述的用于控制风力涡轮机的控制单元以及根据权利要求14所述的风力涡轮机来解决的。从属权利要求限定了本发明的进一步改进。

用于控制风力涡轮机的创造性方法涉及包括至少一个转子叶片和发电机的风力涡轮机。用于控制风力涡轮机的创造性方法的特征在于，调节转子叶片的俯仰角θ并且基于被调节的俯仰角θ来确定输入值的限制，其中所述输入值包括关于涡轮机旋转速度的信息。

输入值可以是风力涡轮机旋转速度或者与风力涡轮机旋转速度相关的值或量。例如，输入值可以是功率，例如标称功率。

当涡轮机具有不同于最佳值的俯仰角时，可能的是在不超出设计的给定极限负载的情况下增加旋转速度。本发明是基于如下事实，即如果发生导致紧急停机的事件则不同于最佳值的俯仰位置会减少极限负载。

这种原理允许增加涡轮机旋转速度，在紧急停机的情况下这会导致较高的极限负载。通过仅允许相比于固定速度增加旋转速度且同时俯仰角偏离最佳值，在紧急停机期间极限负载的增加能够被最小化或者可以被完全消除。

有利地，转子叶片的最佳俯仰角θ_opt能够被确定，并且当输入值（例如风力涡轮机旋转速度）到达预定值（例如预定旋转速度）时俯仰角θ（θ> θ_opt）能够被调节成高于最佳俯仰角θ_opt。优选地，俯仰角θ能够被调节成使得被调节的俯仰角θ+Δθ的进一步增加Δθ与最佳俯仰角θ_opt+Δθ的相同增加Δθ相比导致与推力ΔC_t相关的量（例如推力ΔC_t）的较小改变。这减少了进一步控制操作期间的推力改变并且减小了极限负载。

此外，涡轮机旋转速度限制能够被确定成基于被调节的俯仰角θ的旋转速度限制和通过控制器获得的旋转速度设定点中的最小值。例如，能够基于被调节的俯仰角θ获得或计算或确定基于被调节的俯仰角θ的旋转速度限制。能够通过控制器计算或确定旋转速度设定点。

此外，能够改变（有利地增加）旋转速度。例如，能够根据被调节的俯仰角θ和/或根据环境风速v来改变旋转速度。优选地，能够逐步地改变（例如增加）旋转速度。能够根据被调节的俯仰角θ和/或根据环境风速v来逐步地改变发电机的旋转速度。例如，能够根据被调节的俯仰角θ和/或根据环境风速v来增加旋转速度。

此外，当旋转速度到达预定值时，能够增加，优选地连续地增加俯仰角θ。

在风力涡轮机能够以转子叶片的被调节的俯仰角θ运转时能够限定最大风速值。能够设定小于最大风速值的第一风速值v_A，且之后当环境风速v达到第一风速值v_A时能够增加转子叶片的俯仰角θ。此外，能够设定第二风速值v_C，其小于最大风速值。之后，当环境风速达到第二风速值v_C时，发电机的旋转速度ω能够被设定成特定值ω_C。此外，能够设定小于第二风速值v_C且大于第一风速值v_A的第三风速值v_B。之后，当环境风速达到第三风速值v_B时能够根据俯仰角θ来改变，优选地增加发电机的旋转速度ω。

此外，当俯仰角达到预定值θ_B时，能够根据俯仰角θ来增加发电机的旋转速度ω。