[发明专利]用于在超速状况下制动风力涡轮机转子的系统和方法

说明书

本发明提供用于制动风力涡轮机的系统和方法，该系统和方法包括监测风力涡轮机发电机转子的旋转。在第一设定点转速下施加制动转矩以降低转子的转速。制动转矩随着转子转速增大超过第一检测设定点转速而成比例地增大达到最大制动转矩。

技术领域

本主题总体涉及风力涡轮机，并且更具体地涉及用于在感测到的超速状况下可控地制动风力涡轮机转子的系统和方法。

背景技术

风能被认为是目前可获得的最清洁、最具环境友善性的能源之一，并且风力涡轮机在这方面已不断获得关注。现代的风力涡轮机典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱、以及一个或多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型原理捕获风的动能并且对旋转能量形式的动能进行传递以使轴转动，该轴将转子叶片联接至齿轮箱，或者如果未使用齿轮箱，则将转子叶片直接联接至发电机。发电机接着将机械能转化为可以配置于公用电网的电能。

现代的实用级风力涡轮机通常包括冗余制动系统。气动制动系统通过将叶片变桨至顺桨位置来使转子叶片的旋转变慢或停止。这种系统可以包括存储的能源，以使得转子叶片能够在供电故障期间变桨。通常还提供机械制动系统（例如液压制动器），以在全风速时使转子停止。存储的能源（例如液压蓄电池）可以使得能够在供电故障期间对机械制动器进行致动。

在转子超速状况下，特别是在超速故障状况下，各个风力涡轮机部件上产生过度负载，并且因此，对转子速度保持严格控制是重要的操作考虑因素。转子叶片、毂、和主轴上的故障负载通常是这些部件的设计驱动负载。在传统的制动控制方法下，在超过标称转子速度的转子速度下使用气动制动，并且在限定转子速度（通常为大约111%）下的涡轮故障之后施加机械制动。根据依赖时间的制动分布(braking profile)来激活机械制动器。然而，通过该控制方法，未显著消除故障速度下所经历的极限瞬态负载。

因此，用于在超速状况下制动风力涡轮机的改进的系统和/或方法将在本技术领域内受到欢迎。

发明内容

本发明的方面和优点将在下文的描述中部分地阐述，或者可以是通过描述显而易见的，或者可以通过实施本发明而习得。

在一个方面，一种风力涡轮机包括毂，毂上构造有多个转子叶片。毂通过传动系连接至发电机转子。传感器被可操作地布置成直接或间接地监测转子的旋转。传感器可以监测转子的旋转特性中的任何一个或组合，例如转速或加速度。转子制动器通过风力涡轮机被构造成降低转子的转速。转子制动器可以是向转子施加制动转矩的任何合适的装置，例如任何机械、电、液压方式、或者其它类型的制动机构。制动控制系统被操作性地联接至制动器和传感器，并且被构造成在第一设定点转速下通过制动器向转子施加制动转矩。随着转子转速增大超过第一设定点转速，控制系统使制动转矩成比例地增大。

在具体实施例中，第一设定点转速被限定为大于风力涡轮机的额定转子速度。例如，第一设定点转速可以处于额定速度与额定速度的103%之间。在具体实施例中，第一设定点转速被设定成大于额定速度1%或2%。制动控制系统可以被构造成首先在第一设定点转速下向转子施加制动转矩并且使制动转矩增大至在第二设定点转速下施加的完全制动转矩，所述第二设定点转速小于风力涡轮机的故障转速。例如，在具体实施例中，第二设定点转速小于额定速度的110%。

制动控制系统可以被构造成施加作为增大的转子转速的线性函数的增大的制动转矩。在备选实施例中，制动控制系统可以施加作为增大的转子转速的指数函数或任何其它比例函数的增大的制动转矩。

转子制动器可以是传统地用于风力涡轮机中的任何合适的制动器。例如，转子制动器可以是被可操作地构造在风力涡轮机传动系中以有效地使转子减慢或停止的液压制动器。液压制动器可以包括特征的任何组合，所述特征包括在涡轮机故障或电网功率损失时激活制动器的蓄电池。