专利名称：用于风力机的偏航系统的制作方法
用于风力机的偏航系统本发明大体涉及用于风力机的偏航系统，风力机包括塔架和机舱，塔架和机舱由偏航系统联结，并且偏航系统进一步包括固定到塔架上的轴承，机舱安置在该轴承上且在偏航运动中在该轴承上滑动，并且至少一个偏航马达布置成允许机舱沿着轴承进行旋转运动。本发明还涉及用于控制风力机的偏航的方法，包括以下步骤确定风力机的设定点、基于风力机的设定点和当前对准情况来确定偏航误差、至少基于偏航误差来确定扭矩的大小和方向，以及对偏航系统的至少一个偏航马达施加扭矩以转动涡轮。当使用风力机来产生电能时，在大部分情况下希望将涡轮定位成垂直于风向，或尽可能地接近垂直位置。如果风的方向以使得涡轮不再垂直于风向或接近垂直于风向而是相反平行于风向的方式改变，则会损失大量的能量，因为风的使叶片旋转的能力会降低。而且，不适当的风向会导致在风力机上的负荷的不希望的增加，并且这可导致增加的磨损和损伤，以及风力机的构件的严重损害的增加的风险。以前已知对这个问题尝试了一种解决方案，例如EP 1 571 334(Gamesa Eolica) 所显示的解决方案，其中，使用一种风力涡轮偏航系统来旋转风力机的机舱，以便使涡轮保持面向风。为了实现这一点，传感器检测相对于其上安装了涡轮的机舱的方向的风的方向， 并且如果偏航误差(即这些方向之间的差异)太大，则偏航马达可与齿圈相互作用，以便绕着风力机的塔架旋转机舱与涡轮。当偏航马达不在运行时，使用一组偏航制动器来使机舱保持在希望位置。为了使用偏航马达，将必须松开所应用的偏航制动器，并且这种运动操作的启动可能难以在不导致突然的启动或不希望的振动的情况下实现。避免这一点的一种普遍方式是在使用偏航马达期间还保持使用制动器中的至少一个，以便提供较受控的运动。这需要偏航马达的这样的动力该动力大于在没有应用制动器的情况下该运动本身以别的方式需要的动力。而且，因为偏航系统设计成使机舱保持固定(刚性)在某一位置，直到检测到足够大的偏航误差为止，所以所有外部负荷由偏航制动器和整个结构承载。这些负荷的大小通常是未知的，并且这个事实与在风的强度快速地改变时负荷中发生的变化一起可导致对涡轮和风力机的损害，并且尤其导致对偏航制动器的损害，因为负荷会转变成偏航系统材料中的应力。US 7，436，083 (Shibata 等人)和 JP 2006-281655 (Ebara 公司)也显示了类似系统，但是没有公开对本文中描述的问题的可靠的解决方案。因此存在对这样的更可靠的偏航系统的需要该偏航系统可估计负荷且减少风力机的磨损和损伤，并且还可增加从风力机中产生的功率。本发明的一个目标是消除上面描述的问题或至少将这些问题减到最少。这通过根据所附权利要求1的前序部分的一种用于风力机的偏航系统来实现，其中，偏航系统进一步包括用于以这样的方式持续地运行至少一个偏航马达的控制机构使得偏航马达争取根据设定点来操纵机舱。因此，可优化风力机的运行，并且将风的力对风力机引起的损害减到最小。
根据本发明的一方面，偏航马达布置成分别提供负扭矩和正扭矩(-M，+M)两者。 因此，可使用同一偏航系统来沿顺时针方向以及沿逆时针方向转动涡轮，并且可以方便和可靠的方式将偏航误差减到最小。根据本发明的另一方面，控制机构布置成实现四象限控制。因此，可实现对偏航系统的方便的和多方面的控制，并且可使偏航系统为软性的而非刚性的，从而避免在风力机本身或偏航系统中产生不必要的应力。根据本发明的又一方面，来自四象限控制的至少一个偏航马达特性布置成使用控制机构来控制涡轮的至少一个涡轮叶片的桨距角。因此，可减小在涡轮上的负荷，并且增加发电机的可行的能量产量。如果对风力机使用不止一个涡轮叶片，则可单独地控制叶片的桨距角，从而使得能够有对应于叶片的相对于周围状况的最佳位置的桨距角调节。根据本发明的另外的一方面，控制机构布置成至少使用该至少一个偏航马达特性来检测涡轮的失衡。因此，可检测促成增加负荷或降低可从系统获得的能量输出的任何因素，并且可使用该系统来将这些失衡减到最小，以便进一步优化风力机的运行。根据本发明的另一方面，控制机构进一步布置成至少基于偏航马达特性来确定风况，例如风速、风向、风切变或上升流。因此，可使用偏航系统来以简单和可靠的方式确定周围状况。根据本发明的另外的一方面，控制系统布置成在检测到的失衡超过预定值的情况下通过激活警报功能来起作用。因此，如果由于失衡的涡轮引起的损害的风险太大，则可使风力机停机，或者可产生警报信号，从而表示需要维护。现将参照附图更详细地描述本发明，其中
图1显示了包括根据本发明的一个优选实施例的偏航系统的风力机的透视图；图2显示了图1的偏航系统的一个区段的截面透视图；图3显示了根据图1和2的偏航系统的运行的示意图；图4显示了偏航系统的偏航马达的马达扭矩M关于风力机的涡轮叶片的角速度V 的曲线图；图如显示了逆风风力机的相对于的风的方向的希望位置的从上方观察的示意图；图恥显示了逆风风力机的需要沿顺时针方向修正的位置的从上方观察的示意图；且图5c显示了逆风风力机的需要沿逆时针方向修正的位置的从上方观察的示意图。图1显示了具有根据本发明的一个优选实施例的偏航系统5的风力机1，其中，稳固地安装在地面上的塔架2联结到容纳发电机7(未显示)的机舱3上。发电机7包括具有轴71的发电机，可使轴71绕着沿着机舱3的长度的轴线A旋转，并且在这个轴71上安装了具有毂42的涡轮4，至少一个、优选两个或三个涡轮叶片41又安装在毂42上。当调节机舱3使得涡轮4面向来风的近似方向时，与涡轮叶片41相互作用的风可使涡轮4旋转， 并且导致发电机7产生电功率且使电功率传递给电网或存储在适当的存储机构(未显示) 中。本文中使用的用语涡轮应当理解为这样的毂42 其包括至少一个叶片41且设计成绕着轴线旋转，以便在发电机7或用于使用这样产生的旋转能的其它适当的装置处产生电功率。旋转运动本身主要通过风的影响来实现。为了调节涡轮4的方向，机舱3可绕着轴线B旋转，轴线B沿着塔架2的长度延伸， 即从地面且基本沿竖向向上延伸，如图1中指示的那样。旋转由偏航系统5实现，偏航系统 5置于塔架2和机舱3之间的联结部处，并且包括安装在塔架2上且布置成与安装在机舱3 上的轴承51a相互作用的偏航轴承51b。因此，使得滑动式旋转运动可行，其中，机舱3可绕着轴线B转动。还可在偏航系统5处提供滑轨54，以进一步使得偏航运动能够实现。滑动运动由至少一个、但优选2-6个偏航马达52产生，偏航马达52安装在机舱3 上，并且布置成以使得可控制滑动运动的方式与塔架2的偏航轴承51相互作用。该至少一个偏航马达52可用小于或等于最大扭矩Iax的扭矩M来起作用。至少一个偏航传感器53 安装成邻近偏航系统，并且布置成检测至少一个特征，例如偏航系统上或附近的点的偏航位置、角速度或加速度。还提供了风传感器机构6，其可安装在机舱3上，并且可检测风力机1的现场处的风的特征。置于机舱3的内部的控制系统8布置成控制偏航系统和风力机1的运行的其它特征。图2显示了偏航系统5的一部分的截面透视图，偏航马达52安装在机舱3上且以这样的方式与偏航轴承51协作使得安装到塔架2上的一个区段51b和安装在主框架和偏航马达52本身上的另一个区段51a可相对于彼此运动，从而产生机舱3的相对于塔架2的
滑动运动。在图3中显示了偏航系统5的运行，其中，控制系统8布置成接收来自风传感器6 的关于来风的强度和方向W的输入数据，以及偏航传感器53的关于受偏航系统5的运行影响的点的位置、速度和/或加速度的输入数据，如上面所提到的那样。该点可置于外轴承 51a的周边上、邻近偏航马达52，或在另一个适当的位置上，例如在机舱3的内部。控制系统8还接收来自偏航马达52本身的关于当前马达扭矩M和其它运行状况的输入数据，并且将指令作为输出数据送给偏航马达52。输出数据可包括关于希望的马达扭矩M的幅度和机舱3的相对于塔架2的运动的希望的方向的指令。在机舱3与涡轮4转到沿特定方向的点(本文中称为偏航设定点)时实现风力机 1的最佳运行。可通过检测风向或被认为有关的其它因素来确定这个方向。偏航设定点的实例可能将会实现涡轮4的平面(即包括涡轮叶片41的平面)的垂直于风向的定向。偏航设定点还可为不对应于特定对准情况而对应于偏航系统的其它特性(例如，诸如偏航速度、偏航加速度或偏航扭矩)的值。在决定了偏航设定点之后，比较涡轮4的实际方向与设定点，并且将差异确定为偏航误差。偏航系统5持续地在至少一个偏航马达52处施加扭矩M,以便将该偏航误差减到最小，并且使机舱3和涡轮4朝向偏航设定点转动。可持续地监测偏航设定点，并且在任何给定时间重新计算该偏航设定点，以便在风向或风强度改变时使设定点保持最新，并且系统5持续地争取将偏航误差减到最小以及到达偏航设定点。图4显示了根据四象限控制的方法的、偏航马达或多个偏航马达52的马达扭矩M 关于机舱3的角速度V的曲线图。扭矩M可为正或负，即分别沿逆时针或顺时针方向定向， 这取决于为了使涡轮4与风对准所需要的运动的方向。图fe中示意性地显示了当毂42的方向D与风的方向W对准时在设定点处的希望位置的实例。实际设定点在一些情况下可不同于在涡轮4垂直于风的情况下的设定点。图5a_5c指示了风力机1的机舱3的关于来风的方向W的不同的位置。假设所选择的设定点是在涡轮4和机舱3的方向D为沿着风向的线W时。如果需要沿逆时针方向的运动，如其中需要沿此方向的旋转以便面向风W的图5c 所指示的那样，则可对偏航系统施加正扭矩Ma，正扭矩Ma对应于图4的曲线图的第一象限 Ql中显示的机舱3的Va的偏航角速度。如果扭矩朝向Mmax的最大值增大，则产生的角速度也增大，从而导致有Vb的角速度。速度的绝对值可取决于诸如风的力或叶片41的桨距角以及机舱3的方向的因素。当改变涡轮叶片41的桨距角时，可使用集中变桨控制来集中地改变不止一个叶片41的桨距，同时使用单独的变桨控制来改变仅一个叶片41的桨距。主要使用集中变桨控制以便改变从风中捕捉到的能量的量，而除了别的之外，使用单独的变桨控制来提供偏航扭矩或抵消涡轮4中的失衡。通过使用偏移，即单独的桨距角改变，可将此失衡减到最小， 如下面进一步描述的那样。如果需要沿顺时针方向的运动，如其中需要沿此方向的旋转以便面向风W的图恥所指示的那样，则可应用负扭矩_Ma，从而导致机舱3有偏航角速度-Va，并且负扭矩朝向最大值-Mmax增大将导致机舱3有偏航角速度-V0。这显示在图4的曲线图的第三象限Q3中。 速度的绝对值|V|仍然取决于多种因素以及毂42的方向，并且由于这一点，|Va|大体不等于I-Va I，并且IVbI大体不等于Ive |。在一些状况下，例如在非常强的风中，将需要大于|Μ_|的扭矩来旋转机舱3。在这些情况下，可分别施加最大扭矩Mmax或-Mmax，并且设法推动机舱3朝向风。但是得到的运动由于周围状况的原因而沿相反的方向定向。因而，结果可为偏航误差的增大，并且分别呈现为曲线图的第四象限Q4中的速度-Vy或第二象限Q2中的速度Vs。偏航系统5因此只要在机舱3上的外部偏航方向的扭矩超过允许的偏航马达容量(即在分别施加最大扭矩Mmax 或-Mmax时)，就允许机舱3转向离开偏航设定点。离开偏航设定点的此偏航运动因此被偏航马达扭矩M抵消。在机舱3被推离希望的方向时，叶片41上的力会减小，因为方向的改变还会改变叶片41的相对于方向W的攻角。因而，到达了这样的位置其中，风的力和最大扭矩Mmax得到平衡，并且其中，机舱3可保持稳定，直到风改变为止。在此运行中，使用扭矩Mmax来抵消相对于设定点的偏离以及继续争取朝向设定点。在这样的运行期间，风在系统上引起的负荷小于如果使用刚性偏航系统将出现的情况，因为如果来风的力非常强，偏航系统(现在是软性的且能够相对于风偏航开)实际上保护风力机1不受过量的负荷的影响，该过量的负荷否则将导致对偏航系统5或涡轮4的应力或损害。在这些运行中，当将发现机舱3的旋转处于象限Q2或Q4中时，偏航马达52实际上用作发电机。这意味着在Q2和Q4中运行会产生功率。此功率可或者消散在电阻器中、 存储在蓄能器中，或者返回进入通常对偏航马达提供动力的电网或电源。因为在Q2和Q4 中的运行会消散功率，所以从机械的观点看，偏航系统用作阻尼器。这个阻尼器效应是有利的，因为降低了运动的幅度和负荷。在超过预定的水平的极端风速下或在其它异常的状况下，在Ql和Q3中的马达运行被控制系统8停止。机舱偏航旋转的希望的速度为零，并且在这些状况下，仅允许在Q2 和Q4中运行。这个运行模式的结果是机舱3将达到其中外部偏航扭矩达到最小值的偏航位置。此位置可为顺风以及逆风或任何偏航位置，并且由于此运行模式，减少了在整个结构上的负荷，从而也减少了损害风力机或偏航系统5的风险。
现将参照附图来描述偏航系统的运行。控制系统8 (见图3)用偏航马达或多个偏航马达52来控制偏航系统，如前面已经描述的那样，以便到达图fe显示的希望的方向，并且持续地使用偏航马达52，以便争取朝向和/或保持这个位置。风传感器6监测风的方向且将此(方向)传送给控制系统，控制系统还接收来自偏航传感器53的输入，偏航传感器53检测机舱3的当前位置以及机舱3 的旋转速度(方向和速度)和/或对应的加速度。使用这些输入，控制系统8决定在该特定时间哪个扭矩M是适当的，并且将此传送给偏航马达或多个偏航马达52。偏航过程是持续的，并且控制系统8按需要改变扭矩M,以便旋转机舱3以及将偏航误差减到最小。在任何给定时间，来自偏航马达52的关于扭矩M和其它有关的特性的数据持续地作为反馈送给控制系统8。当检测到偏航误差时，即当机舱3的方向D不同于设定点(即风的方向W)时，例如如图恥中所描绘的那样，控制系统8通过处理来自风传感器6和偏航传感器53的数据来检测这一点，并且确定偏航误差本身以及希望运动所沿的旋转方向，以便减小偏航误差。 在图恥中，这个希望的旋转方向为顺时针方向，并且施加了沿此方向的扭矩-M，以便产生旋转。可通过监测机舱3的当前位置以及其旋转的速度和旋转的加速度来密切地观测实际运动。因此，可调适扭矩，以便产生受控的且高效的运动，以增加额外的力(如果需要的话) 或减小扭矩且因此在到达希望位置时对旋转用作制动器，以便避免经过方向D、W的对准的过量的运动以及导致需要从相反的方向进行新的修正。备选地，仅计算旋转机舱3以便到达设定点所需要的方向，而不计算总的偏航误差的幅度。每一次涡轮叶片41经过塔架2的前面，在机械结构上都存在周期性冲击。通过本文中描述的软性的和主动的偏航系统5，检测到被主动的偏航控制阻抑的小的周期性偏航运动。与现有技术相比，这呈现了显著的改进，因为在以前已知的风力机中的对应的周期性冲击没有被阻抑，而是会在塔架的材料中且尤其是在涡轮和偏航系统中产生应力。因此，监测这些数据以及来自偏航马达或多个偏航马达52的实际扭矩-M使得控制系统8能够调适和控制旋转的不同的方面。当到达图fe中显示的希望位置时，使用了偏航马达或多个马达52，以通过使用沿必要的方向的恰当的扭矩M来保持此位置，以便补偿影响风力机1的状况(例如否则会将机舱3推离位置且产生离开该位置的不希望的偏航方向的旋转的风的方向和强度)的变化。因此，一旦已经到达最佳位置就可保持该最佳位置，并且可将从风力机中产生的功率增加到最大。在某些状况下，例如在高风速期间，如上面已经提到的那样，最大扭矩Mmax或-Mmax 不足以使机舱3沿希望的方向旋转，但是通过持续地施加此扭矩，风力机可保持稳定在尽可能好的位置，即如可实现的那样接近图fe的希望位置。因为不需要制动器来保持位置，所以可避免对制动系统造成过量的磨损和损伤， 并且通过监测上面结合控制系统8描述的因素，系统可检测涡轮叶片41和风力机1的其余部分经受的力的量。如果该力足够大到导致损害系统，则这可用作关闭功率发生系统的理由从而到达正常的停机程序(切断)，或用作改变涡轮叶片41的桨距的理由，以便减少该力且使得偏航系统能够使机舱3朝向更好的位置旋转。而且，还可使用其它因素(例如某个幅度的偏航误差或偏航误差的恒常增量，即便是使用了最大扭矩Mmax)来确定为了安全原因是否需要使系统停机，或不同的叶片桨距或其它变化是否足以使风力机1经受的力保持在合理的范围内。以前已知的用以检测切断条件的方式是通过使用风速传感器，并且主要基于该信息来决定停机。但是由于本发明，如果负荷足够低，则以较高的风速运行涡轮4是可行的，并且使风力机1停机(如果必要的话)的决定可基于检测到的风速和偏航系统5的状态(主要是偏航马达52施加的马达扭矩M)的组合。由于这一点，可将用于偏航系统5的制动器保留给紧急情况或不寻常的情形，并且因为在制动器上的磨损或损害可保持最小，所以对维修的需要比在传统系统的情况下低很多。而且，因为在平常使用中制动器不会磨损，所以提高了制动系统的可靠性。可使用偏航马达的特性(例如扭矩、角速度、电流、电压、频率等)来检测涡轮4中的失衡。这些失衡可例如为由于单独的涡轮叶片41的不正确的桨距、对叶片41造成的损害(由于风力机1上的过量的负荷，或由于雷击或其它不期望的事件，或由于在冬季时间期间在涡轮叶片41上形成冰引起)引起的。如果失衡小，则可通过改变单个叶片41的单独的桨距来修正它们，但是如果失衡足够大，则修正它们可能不是可行的，并且可出现对风力机1本身造成严重损害的风险。在此情况下，可起动警报功能，从而使起动程序控制风力机 1的运行，以限制可能的损害。例如，可发出警报信号，以便表示需要维护，并且可使涡轮4 完全地停机或使涡轮4保持以较低的速度运行(如在那时被认为是适当的那样)，同时等待维护人员到达。本发明不受上面描述的优选实施例限制，而是可在所附权利要求的范围内改变， 如本领域技术人员将容易地理解的那样。例如，上面描述的构件，例如控制系统、传感器机构等，可置于风力机处的不同位置处，并且可通过任何适当的机构来彼此通讯。偏航传感器还可与偏航马达或多个偏航马达集成，并且控制系统的内部过程可不同于上面描述的那些。可在塔架上以及在机舱上提供偏航马达，并且用于建立偏航设定点的方法可不同于参照优选实施例所描述的方法。本发明的多个方面和实施例由以下编号的条款限定1. 一种用于风力机的偏航系统，该风力机(1)包括塔架( 和机舱(3)，该塔架 (2)和该机舱(3)由该偏航系统(5)联结，并且该偏航系统(5)进一步包括固定到该塔架 (2)上的轴承(51)，该机舱C3)安置在该轴承(51)上且在偏航运动中在该轴承(51)上滑动，该偏航系统( 进一步包括布置成允许该机舱C3)沿着该轴承(51)进行旋转运动的至少一个偏航马达(52)，其特征在于，该偏航系统(5)进一步包括用于以这样的方式持续地运行该至少一个偏航马达(5 的控制机构(8)使得该至少一个偏航马达(5 争取操纵该机舱C3)朝向设定点；以及使得该偏航系统布置成只要该机舱C3)上的外部偏航方向的扭矩超过该至少一个偏航马达的允许的扭矩容量，就允许该机舱C3)转向离开该偏航设定点ο2.根据条款1的偏航系统，其特征在于，该偏航马达(5 布置成分别提供负扭矩和正扭矩(-M，+M)两者。
3.根据任一前述条款的偏航系统，其特征在于，该控制机构(8)布置成实现四象限控制。4.根据任一前述条款的偏航系统，其特征在于，来自该四象限控制的至少一个偏航马达特性布置成被该控制机构(8)用来控制涡轮的至少一个涡轮叶片Gl)的桨距角或该涡轮(4)本身。5.根据任一前述条款的偏航系统，其特征在于，该偏航系统(5)布置成独立于彼此来控制至少两个涡轮叶片Gl)的桨距角。6.根据任一前述条款的偏航系统，其特征在于，该控制机构(8)布置成至少使用该至少一个偏航马达特性来检测该涡轮的失衡。7.根据任一前述条款的偏航系统，其特征在于，该控制机构(8)在检测到该失衡之后布置成通过改变至少一个涡轮叶片Gl)的桨距角来将该失衡减到最小。8.根据任一前述条款的偏航系统，其特征在于，该控制机构(8)进一步布置成至少使用该至少一个偏航马达特性来确定该机舱C3)的对于影响该风力机(1)的状况最有利的方向。9.根据任一前述条款的偏航系统，其特征在于，该控制机构(8)进一步布置成至少基于该至少一个偏航马达特性来确定风况，例如风速、风向、风切变或上升流。10.根据任一前述条款的偏航系统，其特征在于，该控制系统(8)布置成在检测到的失衡超过预定值的情况下通过激活警报功能来起作用。11. 一种用于控制风力机的偏航的方法，包括以下步骤a)确定该风力机的设定点；b)基于该风力机的该设定点和当前对准情况来确定偏航误差；c)至少基于该偏航误差来确定扭矩(M)的大小和方向；以及d)对偏航系统(5)的至少一个偏航马达(52)施加该扭矩(M)，以转动该涡轮⑷；其特征在于，该方法还包括以下步骤e)持续地计算该偏航误差和施加该扭矩(M)，以便争取朝向该偏航设定点；以及f)使用该偏航系统，以在该机舱( 上的外部偏航方向的扭矩超过该至少一个偏航马达的允许的扭矩容量的情况下，允许该机舱C3)转向离开该偏航设定点。12.根据条款11的方法，其特征在于，该方法进一步包括实现四象限控制，以便控制该偏航系统(5)。13.根据条款11或12的方法，其特征在于，使用来自该四象限控制的偏航马达扭矩反馈来控制该涡轮的至少一个涡轮叶片Gl)的桨距角。14.根据条款11至13中的任一项的方法，其特征在于，该偏航系统(5)独立于彼此来控制至少两个涡轮叶片Gl)的桨距角。15.根据条款11至14中的任一项的方法，其特征在于，使用偏航马达扭矩反馈来检测该涡轮的失衡。16.根据条款11至15中的任一项的方法，其特征在于，改变至少一个涡轮叶片 (41)的桨距角，以便将该失衡减到最小。17.根据条款11至16中的任一项的方法，其特征在于，至少使用该偏航马达扭矩反馈来确定该涡轮的相对于风向最有利的方向。
18.根据条款11至17中的任一项的方法，其特征在于，至少基于该偏航马达扭矩反馈来确定风况，例如风速、风向、风切变或上升流。
权利要求
1.一种用于风力机的偏航系统(5)，所述风力机⑴包括塔架(2)和机舱(3)，所述塔架(2)和所述机舱(3)由所述偏航系统(5)联结，并且所述偏航系统(5)进一步包括固定到所述塔架( 上的轴承(51)，所述机舱C3)安置在所述轴承(51)上且在偏航运动中在所述轴承(51)上滑动，所述偏航系统( 进一步包括布置成允许所述机舱( 沿着所述轴承 (51)进行旋转运动的至少一个偏航马达(52)，其特征在于，所述偏航系统( 进一步包括用于以如下方式持续地运行所述至少一个偏航马达(52)的控制机构(8)使得所述至少一个偏航马达(5 争取操纵所述机舱C3)朝向设定点；以及使得所述偏航系统布置成只要所述机舱C3)上的外部偏航方向的扭矩超过所述至少一个偏航马达的允许的扭矩容量，就允许所述机舱(3)转向离开所述偏航设定点。
2.根据权利要求1所述的偏航系统(5)，其特征在于，所述偏航马达(52)布置成分别提供负扭矩和正扭矩(-M，+M)两者。
3.根据权利要求1或2所述的偏航系统(5)，其特征在于，所述控制机构(8)布置成实现四象限控制。
4.根据权利要求3所述的偏航系统(5)，其特征在于，来自所述四象限控制的至少一个偏航马达特性布置成被所述控制机构(8)用来控制涡轮的至少一个涡轮叶片Gl)的桨距角或所述涡轮(4)本身。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的偏航系统(5)，其特征在于，所述偏航系统(5) 布置成独立于彼此来控制至少两个涡轮叶片Gl)的所述桨距角。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的偏航系统(5)，其特征在于，所述控制机构(8) 布置成至少使用所述至少一个偏航马达特性来检测所述涡轮的失衡。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的偏航系统(5)，其特征在于，所述控制机构(8) 在检测到所述失衡之后布置成通过改变至少一个涡轮叶片Gl)的所述桨距角来将所述失衡减到最小。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的偏航系统(5)，其特征在于，所述控制机构(8) 进一步布置成至少使用所述至少一个偏航马达特性来确定所述机舱(3)的对于影响所述风力机(1)的状况最有利的方向。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的偏航系统(5)，其特征在于，所述控制机构(8) 进一步布置成至少基于所述至少一个偏航马达特性来确定风况，例如风速、风向、风切变或上升流。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的偏航系统(5)，其特征在于，所述控制系统 (8)布置成在检测到的所述失衡超过预定值的情况下通过激活警报功能来起作用。
11.一种用于控制风力机的偏航的方法，包括以下步骤a)确定所述风力机的设定点；b)基于所述风力机的所述设定点和当前对准情况来确定偏航误差；c)至少基于所述偏航误差来确定扭矩(M)的大小和方向；以及d)对偏航系统(5)的至少一个偏航马达(52)施加所述扭矩(M)，以转动所述涡轮⑷；其特征在于，所述方法还包括以下步骤e)持续地计算所述偏航误差和施加所述扭矩(M)，以便争取朝向所述偏航设定点；以及f)使用所述偏航系统，以在所述机舱C3)上的外部偏航方向的扭矩超过所述至少一个偏航马达的允许的扭矩容量的情况下，允许所述机舱C3)转向离开所述偏航设定点。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括实现四象限控制， 以便控制所述偏航系统(5)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，使用来自所述四象限控制的偏航马达扭矩反馈来控制所述涡轮的至少一个涡轮叶片Gl)的桨距角。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，其特征在于，所述偏航系统(5)独立于彼此来控制至少两个涡轮叶片Gl)的所述桨距角。
15.根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，其特征在于，使用偏航马达扭矩反馈来检测所述涡轮(4)的失衡。
全文摘要
本发明涉及一种用于风力机(1)的偏航系统(5)，风力机包括塔架(2)和机舱(3)，塔架和机舱由偏航系统联结，并且偏航系统进一步包括固定到塔架上的轴承，机舱安置在该轴承上且在偏航运动中在该轴承上滑动；以及布置成允许机舱沿着轴承进行旋转运动的至少一个偏航马达，其中，偏航系统(5)进一步包括用于以这样的方式持续地运行该至少一个偏航马达的控制机构(8)使得偏航马达争取根据设定点来操纵机舱。本发明还涉及一种用于控制风力机(1)的偏航的方法，包括以下步骤确定风力机(1)的设定点，基于风力机的设定点和当前对准情况来计算偏航误差，至少基于偏航误差来确定扭矩的大小和方向，以及对偏航系统的至少一个偏航马达施加扭矩以转动涡轮，其中，该方法还包括持续地计算偏航误差和施加扭矩以便争取朝向设定点的步骤。
文档编号F03D7/02GK102341595SQ201080011121
公开日2012年2月1日 申请日期2010年3月5日 优先权日2009年3月5日
发明者A·维克斯特隆, C·哈格, M·比约克 申请人:通用电气风能(挪威)有限公司