[发明专利]改进的风力涡轮机控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的风力涡轮机控制方法和系统，特别地涉及一种用于限制由阵风引起的超速的改进的风力涡轮机控制方法和系统。

背景技术

阵风对风力涡轮机造成的损害在本领域中是公知的。如果风速在很小的时间间隔内增加，则发电机转速可能会超过其允许的极限值，因为WT控制器不能够产生足够快的反应，且这将对发电机和其它的风力涡轮机组件造成潜在的危害。

在极端运行的阵风的情况下，极端运行的阵风还在主要的结构组件例如叶片根部和塔基上产生了极端负载，典型的解决方案是关闭风力涡轮机。出于这方面的考虑，WO2004/077068描述了使用激光雷达装置来在风力变化到达涡轮机塔之前探测阵风，这样可以使用螺距控制装置对叶片进行周期变距(feathered)。

一种已知的处理阵风的方法是使用发电机转矩控制装置来避免超速问题。然而这种技术具有在一些风力涡轮机组件中引发巨大负载的风险。

另一种方法在例如US7342323中被揭示，其基于在风力涡轮发电机前的所需距离处感应风速，并使用所述的“预知”的风速信息来控制风力涡轮机的叶片的螺距。然而该技术的复杂性和缺少坚固性引发了可靠性问题。

与本申请具有相同申请人的WO2007/138138揭示了一种极端运行的阵风的处理方案，其保持风力涡轮机运行，并且当极端运行的阵风被探测到时通过设置最小的螺距率值来使造成螺距角度的突然加大的弯曲矩最小化。

本发明着力于寻求这些缺陷的解决方案。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种可靠的、用于限制由阵风造成的超速的风力涡轮机控制方法和系统。

本发明的另一个目的在于提供一种可靠的、用于限制由阵风造成的超速的风力涡轮机控制方法和系统，其可以对阵风进行快速响应而不需要提前测量风速并保持风力涡轮机继续生产。

在一方面，这些和其它目的通过提供一种操作具有螺距控制装置和转矩控制装置的可变速风力涡轮机的方法来实现，所述方法包括将附加的步骤，该附加的步骤用于在阵风的情况下、在避免阵风施加的空气动力转矩超过预定的极限值从而增加转子转速进而增加发电机转速所需要的数量上向螺距控制装置提供螺距角度参考值增量Δθ_ref。

在本发明的实施例中，所述所述螺距角度参考值增量Δθ_ref基于一个开关值被提供到所述螺距控制装置/从所述螺距控制装置移除，所述开关值基于至少发电机加速度A和发电机转速Ω来表征阵风的出现/没有出现。因此，所述方法包括分开的步骤来计算用于抵消由“可能的”阵风所引起的空气动力转矩过量值所需的螺距角度参考值增量Δθ_ref，和根据发电机加速度和发电机速度的预定条件(甚至额外的使用者定义的条件)探测阵风出现/没有出现，因此所述计算出的螺距角度参考值增量Δθ_ref仅在所述开关值指示为开时应用。这就允许了一方面对阵风的快速反应而另一方面避免了某些风力扰动情况下的不必要反应。

在本发明的实施例中，所述螺距角度参考值增量Δθ_ref被确定为至少由阵风造成的空气动力转矩过量值T_exc(发电机加速度和总转动惯量的乘积)和相对于螺距角度的转矩灵敏度T_sens(从静态模拟获得的指定的表中计算出，因为其是一个从属于(depending on)风力涡轮机的很多物理特性的变量)的函数。因此，对阵风反应的螺距调节动作不仅是阵风从属(depending)变量(发电机加速度)作出而且还基于风力涡轮机的各种物理特性作出，这样就可以获得对阵风的更易于控制的反应。

在本发明的实施例中，所述螺距角度参考值增量Δθ_ref也被确定考虑由阵风造成的预期的发电机转速增量ΔΩ和发电机转速Ω到预定阀值的接近度。因此，对于那些可以导致风力涡轮机接近其运行极限的阵风，附加的变量将被用来控制螺距调节动作的反应。