专利名称：具有附加转子转动惯量的风力涡轮机及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种风力涡轮机，包括:-具有上端部和下端部的风力涡轮机塔架，该下端部设于风力涡轮机基座上；-设于所述塔架上端部的风力涡轮机机舱；-设于所述机舱处的轮毂；-至少两个风力涡轮机转子叶片，其具有安装端和自由端，其中，安装端安装在轮毂上，用于绕轴线在旋转平面上旋转，该轴线沿着联接至发电机或齿轮箱的轴延伸；-电网连接装置，用于将产生的电从所述发电机输送至电网，该电网连接装置具有电压检测装置，用于检测电网电压的变化；-至少两个质量块，每个质量块位于所述至少两个转子叶片的安装端和自由端之间。本发明进一步涉及一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机具有桨距系统和叶片，该桨距系统用于在桨距角俯仰叶片，该叶片具有用于增加惯量的质量块，该风力涡轮机在正常运行模式下运行，该正常运行模式中，发电机在发电机转矩处具有发电机速度，且该风力涡轮机在低电压条件下保持电联接至电网，且具有输送电流规格、参考转矩、参考功率或依据电网编码；所述方法包括以下步骤:-用电压检测装置检测低电压条件，该电压检测装置在检测到低电压条件后，发出请求用于:-风力涡轮机控制器中转子降额程序:所述降额程序包括: -LVRT俯仰转子叶片至LVRT桨距角；-用电压检测装置检测正常电压条件，该正常电压条件在正常电压条件的电压范围内；该电压检测装置在检测到正常电压条件后，发出请求用于:-风力涡轮机的正常运行模式；该正常运行模式具有初始相位，其中:-发电机转矩或功率增加至期望的参考转矩或参考功率，和-从LVRT桨距角俯仰转子叶片至正常或自由控制的桨距角。
背景技术：
在电力发电特别是通过风力涡轮机电力发电领域，电力发电作为一个单元要求与电网相互作用或与电网连接。这也意味着电力发电机是主要被规范限定、要求、请求或其他方式确定，电力发电机能够调整或响应电网的变化。总体上，电网定义为输电网络，该输电网络与电力发电机的电源和功率耗散器的消耗端互相连接。在单个家庭、商业或工业企业、公共设施或设备中，电源例如电站的数量通常超过功率耗散器的数量。原则上，电网也可以称为独立系统，该系统仅具有一个电力发电机作为电源，以及一个电力消耗单兀作为耗散器。因此，电力发电机是单个单元，其与也连接至相同电网的其他输入源或耗散器相互作用。电网编码设定产生电网连接装置的要求，例如，风力涡轮机如何应对电网的特定事件。由于电力产生单元或电柜单元，也就是被连接方和电网运营商之间的相互作用是通过编码确定的，该编码确定并限定电网。这种编码是电网编码。技术要点是电网侧电压和被连接方侧电压。当电网侧电压是正常时，连接至电网的风力涡轮机被设计运行，且在正常电压条件下的特定电压范围内连接至电网。也就是，风力涡轮机将在特定速度旋转，且被控制为在正常电压条件的范围内产生电力。然而，有时电网上的电压会发生变化。这种事件称为低电压(LV)事件。这种低电压事件中，风力涡轮机需要能够响应且作用为保持连接至电网。如果不加以控制，低电压(LV)事件会导致转子增加其旋转速度；直至超速。一种减小或消除低电压(LV)事件影响的方法是，减小风力涡轮机转子的旋转速度，以减小或消除超速。一种方案是，机械制动转子，以避免超速。另一方案是米用一种电力发电机系统，该系统包括制动斩波器，该制动斩波器简单地消耗卸荷装置，例如电阻中的能量，从而减小转子的旋转速度。制动斩波器从专利申请已知，如US 2007/0279815，其中，公开了用于风力涡轮机发电机断电的制动斩波器。另一个例子在专利申请WO 2010/085988中公开，其中，描述了一种方法允许风力涡轮机在低电压事件中保持电连接至电网。该描述的方法依靠加大同步发电机的转子电流，以响应检测到的低电压事件。所公开的电动制动系统增加了复杂性，因此，将其应用至风力涡轮机生产和运行中时需要额外的资源。进一步，较大的风力涡轮机的需求增加了对较大的制动系统的需求。本领域制造风力涡轮机叶片的技术人员习惯于制造较轻且较坚固，同时满足挠性要求的叶片。当期望制造的风力涡轮机越大，需要叶片越轻。对于本领域的这种技术人员，风力涡轮机最佳的或理想的叶片被认为是一层外壳，并且最佳的是，由仅一表皮外壳形成的、具有期望的空气动力学性质和结构稳定性的表面。同样地，风力涡轮机的设计者和生产者会在理论上寻找这种理想叶片。随着时间的推移，风力涡轮机的叶片的开发从具有坚固型面的木头制造的叶片，到具有中空型面的玻璃纤维制造的叶片，再到碳纤维叶片结构。同时，用于运行具有这种优化叶片的开发系统和控制系统被开发出来。补偿异常运行的尝试包括，将能量运行设计为添加组件系统，元件通常放置在轮毂内、塔架中或基座上，甚至邻近风力涡轮机。从WO 2004/011801 Al可知，为了调节涉及增加风速的转动惯量，在转子叶片中设置可移动的质量块。WO 2004/011801 Al中提到的方案涉及到质量块，该质量块根据它们出现的特定条件，可以在风力涡轮机叶片内部的不同位置之间移动。移动所述质量块可采用机械或电动元件以不同的方式实现。然而，WO 2004/011801 Al没有公开在低电压穿越过程中，如何控制例如35米长或更长长度的以及23000kg重或更重重量的风力涡轮机。相反，其公开了在高风速中，如何通过朝叶片尖端移动质量块以增加转动惯量，并因此积累转子中的动能。然后，在低风速中，质量块可以朝转子中心移动，以得到较低的转
动惯量。当谈到相当小的风力涡轮机时，该相当小的风力涡轮机具有相当短和相当轻的风力涡轮机叶片，所提到的方案可能有用。为了能够改变现代风力涡轮机叶片的转动惯量，该风力涡轮机叶片具有例如35米长或更长的长度，或例如23000kg的重量或更重的重量，这是相当大的质量块，每个叶片中需要运行例如，几个1000kg。根据风速在叶片的不同位置之间移动这么重的质量块是个问题。
发明内容
本发明的目的是公开一种风力涡轮机和这种风力涡轮机的构造，该构造不需要制动斩波器。本发明的另一目的是公开一种在电网故障中，不需要制动斩波器而运行风力涡轮机的方法。本发明的进一步的目的是公开一种风力涡轮机和/或一种运行这种风力涡轮机的方法，该风力涡轮机需要一种减小尺寸的制动斩波器或制动系统。本发明的目的通过一种风力涡轮机实现，该风力涡轮机包括:-具有上端部和下端部的风力涡轮机塔架，该下端部设于风力涡轮机基座上；-设于所述塔架上端部的风力涡轮机机舱；-设于所述机舱处的轮毂；-至少两个风力涡轮机转子叶片，其具有安装端和自由端，其中，安装端安装在轮毂上，用于绕轴线在旋转平面上旋转，该轴线沿着联接至发电机或齿轮箱的轴延伸；-电网连接装置，用于将产生的电从所述发电机输送至电网，该电网连接装置具有电压检测装置，用于检测电网电压的变化；-至少两个质量块，每个质量块位于所述至少两个转子叶片的安装端和自由端之间，其中，所述风力涡轮机包括至少两个风力涡轮机转子叶片，每个叶片在所述安装端和自由端之间具有叶片重量和至少35米的叶片长度，其中，每个质量块是每个转子叶片的叶片重量的10%至40%。因此，与没有附加质量块的转子相比，质量块增加了转子惯量。在低电压事件中，电网不会经由发电机向转子提供正常阻力或制动，并且没有额外的惯量，转子将开始以较高的旋转速度旋转，转子将会超速，且可能失控或导致风力涡轮机中的部件损坏。根据本发明，增加的转子惯量会降低旋转速度的增加，且减小或甚至阻止超速。因此，与现有技术相比，在现有技术中风力涡轮机使用的叶片设计为尽可能地轻，并通过制动斩波器处理电网故障，而根据本发明的涡轮机是风力涡轮机，其中，制动斩波器是多余的，因此，在生产和运行中，风力涡轮机可由较少的元件以较低的成本生产。这是与现有技术相反的，在现有技术中制动器用于增加轴的转矩，而根据本发明的降额是由于叶片转矩的增加。同样地，还公开了一种部分变桨距风力涡轮机，其不需要制动系统或制动斩波器。可以理解的是，质量块可以作为统一体放置在每个叶片上，或离散但平衡地放置在每个叶片上，使得旋转平面中的重心与转子的轴线一致。因此，在旋转中，不会在涡轮机上引入任何载荷。原则上，附加的质量块作为统一体添加在一个叶片上，并且作为离散的质量块设置在另一个叶片上。离散的质量块的情形下，惯量由每个质量块乘以距离轴线的径向距离的平方的总和确定。对于转子具有V对称角间距的叶片，以及i个附加质量块Hli放置在半径IV附加转子转动惯量Im是Im = nmjr^V大体上，总和由集成的统一体代替。根据本发明的实施例，风力涡轮机是特别地，其中，质量块放置为，投影至旋转平面的重心与轴线一致。因此，转子被平衡，且风力涡轮机上没有不合理的机械载荷。本领域技术人员能够据此分布质量块。根据本发明注意到，风力涡轮机是特别地，其中，每个质量块是每个转子叶片重量的 10% 至 40% 。因此，质量块允许根据特定电网编码的低电压(LV)事件，调节转子的转动惯量。根据实施例，叶片设置为接收不同的质量块，使得转子的转动惯量可以变化且匹配，以处理根据不同电网编码的低电压(LV)事件。电网编码限定LV事件的情形下，较小的LV事件需要较大的转动惯量。可以理解的是，每个叶片增加质量块是不必要的。根据叶片的实施例，叶片具有接收这种附加质量块的装置。根据本发明的实施例，风力涡轮机是特别地，其中，每个质量块的所在的径向长度不超过每个转子叶片的叶片长度的10%，优选地，不超过5%。因此，每个叶片可具有安装且定位在叶片中的离散的质量块。根据本发明的实施例，每个风力涡轮机叶片具有用于在叶片中径向定位、调节和/或固定质量块的装置。此外，每个质量块具有用于在叶片中定位、调节和/固定质量块的装置。根据本发明的实施例，每个叶片具有适用于密封质量块的片段，填充质量块的可以是流体，例如水、防冻流体或粒子，例如沙子或金属片。此外，每个质量块是流体，例如水、防冻流体或油。同样地，每个质量块是许多粒子，例如沙子或金属片，例如，铅球。根据本发明的实施例，风力涡轮机是特别地，其中，转子叶片具有由桨距系统分离的内叶片段和外叶片段，该桨距系统位于所述安装端和自由端之间，且设置为相对于所述内叶片段俯仰所述外叶片段，所述桨距系统的重量不超过质量块的重量，其径向长度不超过质量块的径向长度。这种风力涡轮机已知为变桨距风力涡轮机。这种桨距系统包括变桨距轴承。本发明的这种实施例是不具有制动斩波器的部分变桨距双叶片风力涡轮机。
根据本发明的实施例，风力涡轮机进一步对于所述桨距系统是特别地；至少一个附加的子质量块放置在叶片中，以构成总质量块。因此，桨距系统可安装为需要且增补的或附加的质量块，这里术语称的子质量块，可如公开的安装。这导致了根据需要的转子的转动惯量，因此，能够使风力涡轮机处理低电压事件，而没有超速。根据本发明的实施例，风力涡轮机是特别地，其中，风力涡轮机进一步包括动力制动器，例如电动制动斩波器。因此，风力涡轮机具有附加装置，以处理低电压事件。因此，风力涡轮机具有保护、控制的标准装置和程序，且具有较小的元件，例如，卸荷电阻和辅助制动斩波器部件。本发明的目的是根据一种用于控制风力涡轮机的方法来实现的，该风力涡轮机具有桨距系统和叶片，该桨距系统用于以桨距角俯仰叶片，该叶片具有用于增加惯量的附加质量块，所述风力涡轮机在正常运行模式运行，该正常模式中，发电机在发电机转矩处具有发电机速度，且该风力涡轮机在低电压条件下保持电联接至电网，且具有输送电流规格、参考转矩、参考功率或依据电网编码；所述方法包括以下步骤:-用电压检测装置检测低电压条件，该电压检测装置在检测到低电压条件后，发出请求用于:-风力涡轮机控制器中转子降额程序:所述降额程序包括:-LVRT俯仰转子叶片至LVRT桨距角；-用电压检测装置检测正常电压条件，该正常电压条件在正常电压条件的电压范围内；该电压检测装置在检测到正常电压条件后，发出请求用于:-风力涡轮机的正常运行模式；该正常运行模式具有初始相位，其中:-发电机转矩或功率增加至期望的参考转矩或参考功率，和-从LVRT桨距角俯仰转子叶片至正常或自由控制的桨距角。降额转子可理解为，使转子速度减小，以避免超速。由于这种降额减速，减小转子速度，特别地，避免超速。与现有技术相反，现有技术中，制动器用于增加轴的转矩，根据本发明的降额是由于叶片增加的惯量。LVRT (低电压穿越)方法阻止风力涡轮机的转子叶片在低电压条件下超速。这允许风力涡轮机的发电机在低电压条件下保持连接至电网。因此，与现有技术比较，现有技术中，风力涡轮机使用的叶片设计为尽可能地轻，电网故障通过制动斩波器处理，根据本发明的涡轮机是风力涡轮机，其中，制动斩波器是多余的，因此，在生产和运行中，风力涡轮机可由较少的元件以较低的成本生产。根据本发明的实施例，一种控制风力涡轮机的方法，特别地，其中，该方法包括一个步骤，在该步骤中，对LVRT桨距角的转子叶片的LVRT俯仰以2-10度/秒的速度进行，优选地，以5度/秒的速度进行；在初始期，发电机速度会增加约10%-20%，最大30% ;这之后，发电机速度开始减小。因此，风力涡轮机能够以控制的方式且没有大的机械载荷下以这种方式控制，SP，转子速度降额或减小速度。本实施例中，转子速度的降额不需要来自制动系统或制动斩波器的力。根据本发明的实施例，一种控制风力涡轮机的方法，特别地，其中，该方法包括一个步骤，在该步骤中，发电机中的有功和无功电流的输送控制，根据输送电流规格、参考转矩、参考功率或从电网编码调节。因此，风力涡轮机能够根据电网编码，特别地，根据特定电网编码运行。一种这样的特定电网编码是根据E.0N.公司2006年的电网编码的标准技术手册来设定(E.0N.Netz, Grid Code; High and Extra High Voltage (2006) by E.0N.NetzGmH, Bayreuth)。可以理解的是，本领域技术人员调节设置，以满足标准，该标准由这种电网编码中的设计和规格给定，该电网编码通过引用被结合。特别地，本领域技术人员应关注关于有功和无功功率的要求部分。对于Ε.0Ν.公司的技术手册，电网编码是在第3.2.4部分，对于故障，是在电网的第3.2.6.2部分，但不限于此。根据本发明的实施例，一种控制风力涡轮机的方法，特别地，其中，该方法包括一个步骤，在该步骤中，当所述正常电压条件在正常电压条件的电压范围内时，用电压检测装置检测正常电压条件。所述正常电压条件可确定为在低电压阈值和高电压阈值之间。因此，正常电压条件可确定。进一步，正常条件可根据不同的电网编码或特定电网编码的不同部分或要求调节。正常电压条件，以及异常电压条件，例如低电压事件，通过电压的RMS或正向序列来确定。类似地，正常或异常电压条件可由电压条件装置检测，该电压条件装置测量梯度、峰值或其他异常电压事件，例如漂移和相位变化。电压条件装置可基于相位检测或一个、两个、三个相位检测的组合。根据本发明的实施例，一种控制风力涡轮机的方法，特别地，其中，该方法包括一个步骤，该步骤中，电压检测装置在检测正常电压条件后，发送请求，用于将转子叶片从LVRT桨距角俯仰至正常或自由控制的桨距角，优选地，以小于5度/秒的俯仰速度。因此，风力涡轮机调节回正常运行，在风力涡轮机上没有不合适的机械载荷。正常或自由控制的桨距角控制理解为，LVRT或故障控制或程序不控制风力涡轮机。可以理解的是，其他正常控制、主控制或功率优化、载荷最小化控制，控制了风力涡轮机。
本发明将结合附图描述，其中:图1示出超薄设计的三叶片风力涡轮机；图2示出超薄设计的双叶片风力涡轮机；图3示出低电压事件的电压-时间图表；图4示出具有载荷的双叶片风力涡轮机，该载荷位于离轴或旋转轴不同的距离上；图5示出双叶片部分变桨距风力涡轮机，其具有作为桨距系统放置的质量块；
图6示出连接风力涡轮机结构至电网的部件示意图；图7示出连接或启用序列701，以及断开或禁止序列702。图8示出处理制动转矩的原理流程图；以及图9示出处理现有技术中的LVRT以及处理根据本发明的LVRT的原理流程图，图中:100-风力涡轮机；102-塔架；103-基座；104-转子；105-叶片；106-轮毂；107-转子圆圈；108_叶片长度/转子半径；109_安装端/内端部；110-自由端/外端部；111-叶片重量；112-转子重量；113-旋转平面；114-轴线；115_轴；116-发电机；301_低电压穿越(LVRT)事件；302_高电压穿越(HVRT)事件；303_正常电压事件；304_正常电压(额定电压)；305-低电压(LV)阈值；306-高电压(HV)阈值;400_质量块,Mi ;401_半径，Ri ;402_间距，D ；403-转动惯量，IM ；500-部分变桨距风力涡轮机；501_桨距系统；502_桨距角；503_正常桨距角；504_正常运行模式；505_低电压穿越(LVRT)桨距角；506_低电压穿越(LVRT)运行模式；600-电网；600’_电网编码；601-电网连接装置；602_正常电压状况；603_低电压(LV)条件；604_电流规格；605_参考转矩；606_电流规格，610-发电机侧转换器，611-制动斩波器[动力制动器，制动器]，612-电网侧转换器，613-发电机连接装置，614-卸荷电阻，615-发电机侧电流控制，616-转矩控制器，617-整体控制器，618-偏航控制器，619-桨距控制器，620-电网侧电流控制，621-DC链接电压控制，622-DC比较器，630-LVRT保护，631-AC比较器，701-连接序列；702_断开序列；703_初始条件步骤；704_连接电网侧步骤；705_充电步骤；706_连接发电机侧步骤；707_调整转矩步骤；710_缓降转矩步骤；711_断开发电机侧步骤；712-断开电网侧步骤；801-制动转矩控制器；802_制动转矩发布例程；803_制动转矩检测和确定例程；804_功率转换器处理例程；805_第一电网状态检测和确定例程；806-第一输送制动功率例 程；807_第一动力制动例程；810_卸荷例程；811_第二电网状态检测和决策例程；812_第二反馈制动电力例程；813_第二动态制动例程；900-LVRT状态；901-快速增加桨距角例程；902_调整桨距角例程；910_根据电网编码输送电流；911_监控发电机是否有过剩能量的例程；912使用制动斩波器例程。
具体实施例方式图1示出整体的风力涡轮机100。风力涡轮机100具有塔架101，该塔架101设置为从基座102上升，且在塔架101上安装有机舱103。风力涡轮机101具有转子104，该转子104具有至少一个叶片105，本实施例中，三个叶片105’，105”，105”’。转子104包括安装在轮毂106上的叶片105，使得转子104可旋转，且限定转子圆圈107，该圆圈107的转子半径等于叶片长度108。每个叶片105具有安装端109或用于在轮毂106处安装叶片105的内端部，以及相对的自由端110或外端部。每个叶片具有叶片重量111。将叶片重量111’，111”…的总和添加到转子重量112。转子103在旋转平面113上绕轴线114旋转，该轴线114在轴115中延伸(图1中未示出)，轴115连接至发电机116 (图1中未示出)。图2示出参照图1的超薄设计的双叶片(105’，105”)风力涡轮机(100)。
图3示出故障事件的实施例图表，其中，电压相对时间绘制。具有低电压穿越(LVRT)事件301的实施例和高电压穿越(HVRT)事件302的实施例。LVRT事件301和HVRT事件302分隔正常电压事件303，该正常电压事件303由距离正常电压304—定的+/-百分比的电压限定，正常电压304用100%表示。初始时间Ttl是LVRT事件301或HVRT事件302开始的地方。结束时间Tl是两个事件的末尾，本文示出的是针对LVRT事件301。当电压在正常电压范围内时，LVRT事件301结束。低电压(LV)阈值305在本文是正常电压304的15%，高电压(HV)阈值306是正常电压304的120%ο图4示出双叶片105风力涡轮机100具有质量块400，放置在离轴线114不同的距离或半径民401上。这些质量块是不同的质量块400，并且是附加的质量块，从纯空气动力学和机械载荷的观点来看，这些质量块不会在那里。这些质量块400的确在技术上有助于增加转子104的转动惯量403。本实施例中，第一质量块400’放置在第一半径401’处。第二质量块400”放置在第二半径401”处。第三质量块400”’放置在第三半径401”’处。同样地，更多的质量块400或子质量块400 ’可以放置在不同的半径，且可放置在不同的间隔D402上，各自有助于增加转子104的转动惯量403。可以理解的是，在每个叶片105的特定位置，具有固定每个质量块400的装置。进一步，设有用于调整每个质量块400重心的位置，从而调整半径401的装置，使得每个叶片105上的质量块400可被平衡，因此，转子104拥有质量块400的重心，该重心投射在转子104的转动平面上，与轴线114相一致。进一步可以理 解的是，如果叶片105’，105”不同，且具有离轴的重心，那么质量块400可分布在叶片105’，105”上，以平衡或重新平衡，使得叶片105’，105”和质量块400’，400”，…的重心投射在转动平面104上，与轴线114相一致。图5示出根据本发明和图4的具有质量块400的双叶片部分变桨距风力涡轮机500。每个质量块400包括至少一个桨距系统501，但是可由附加的子质量块400’延伸，添加至质量块400。部分变桨距风力涡轮机500的叶片105包括朝向轮毂106的内叶片段105a和朝向外端部110的外叶片段105b。内叶片段105a和外叶片段105b由桨距系统501分开。本实施例示出的在双叶片部分变桨距风力涡轮机500，每个叶片105’，105”具有由部分变桨距系统501’，501”划分的内叶片段105，a，105”a和外叶片段105，b，105，，b。每个外叶片段105b可通过桨距系统501相对于内叶片段105a旋转；即，以桨距角502俯仰。桨距角502可具有正常桨距角503，该正常桨距角503根据叶片105的实际控制和风力涡轮机100的控制而变化。由于该正常桨距角503是在正常运行模式504 (图中未示出)或状态运行变桨距风力涡轮机的结果。正常运行模式504是当风力涡轮机100运行或旋转时，正常电压事件303出现。同样地，桨距角502可具有LVRT桨距角505，其是变化的，但主要是根据叶片105的实际控制和风力涡轮机100的控制的极端角度或固定角度。这种LVRT桨距角505是在LVRT运行模式506 (图中未示出)或状态运行变桨距风力涡轮机的结果。LVRT运行模式506或状态是当风力涡轮机100运行或旋转时，LVRT事件301出现。图6示出连接风力涡轮机100结构至电网600的部件图表。电网600是耦合网络，用于在电源和功率耗散器之间输送能量，该功率耗散器是互相连接的，且每个通过电网连接装置连接至电网。保持连接至电网的状况由电网编码600’限定。一个这种具有电网编码600’的电网600是根据E.0N.公司2006年的电网编码的标准技术手册来设定(E.0N.Netz, Grid Code ；High and Extra High Voltage (2006) byE.0N.Netz GmH, Bayreuth.)在风力涡轮机100的发电机116和电网600之间具有电网连接装置601。本实施例中，从发电机116朝向电网600 —侧,具有发电机连接装置613,发电机侧转换器610，制动斩波器611和电网侧连接器601，该电网侧连接器601经由适当的电缆，根据需要的AC或DC电缆，将风力涡轮机100的发电机116连接至电网600。本实施例中，发电机侧转换器610是AC/DC转换器，电网侧转换器612是DC/AC转换器。在发电机侧转换器610和电网侧转换器612之间，具有制动斩波器611或仅仅是制动器，动力制动器，在示出的实施例中包括卸荷电阻614,其可组合,如本文所示,与电容器和接触器/开关组合。发电机侧转换器610由电流控制器615控制，该电流控制器615具有来自发电机116和转矩控制器616的输出的输入。转矩控制器616由整体控制器617控制，该整体控制器617至少接收来自发电机116的输入。整体控制器617进一步控制偏航控制器618和桨距控制器619。偏航控制器618控制风力涡轮机100以及桨距控制器619。电网侧转换器612由电网侧电流控制器612控制，该电网侧电流控制器612具有至少来自电网600和DC连接电压控制器621的输入，且再次接收来自DC比较器622的输入。在一个实施例中，进一步具有LVRT保护器630，其通过AC比较器631接收来自电网600的输入。图7示出连接或启用序列701，以及断开或禁止序列702。连接序列701具有初始条件步骤703，其中，如果初始条件满足，收集且比较确定数据。这之后是连接电网侧步骤704，其中，电网侧转换器611连接至电网600。这之后是充电步骤705，期间，电容器612被充电。这之后是连接发电机侧步骤706，期间，发电机侧转换器连接至发风力涡轮机100的电机116。这之后是调整转矩步骤707，期间，转矩被调整。断开序列702具有缓降转矩步骤710。这之后是断开发电机侧步骤711，期间，发电机116被断开。这之后是断开电网侧步骤712，期间，电网侧转换器611从电网600断开。图8示出处理制动转矩、制动转矩控制器801的原理流程图。
其示出当动力制动器，如根据需要缩小尺寸的制动斩波器时，当风力涡轮机具有附加质量块，或与设计为具有低的或正常旋转惯量的转子的风力涡轮机相比，具有增加惯量的转子时，动力制动器，如制动斩波器，是如何被控制的。制动转矩流程图801开始于制动转矩发布例程802，该例程802处理初始化，且当制动转矩指令发布时，控制状态。这之后是制动转矩检测和确定例程803，该例程确定制动功率是否小于额定输出功率。制动转矩检测和确定例程803中，在肯定回应情况下，制动转矩控制器801进入功率转换器处理例程804。这些例程根本上促使功率转换器处理制动功率，且促使卸荷电阻不使用。这之后是第一电网状态检测和确定例程805，该例程根本上检测、接收和/或确定电网600的状态。电网状态检测和确定例程805确定电网600是否可用以及电网转换器是
否正常。在电网状态检测和确定例程805是肯定回应的情形下，制动转矩控制器801进入第一输送制动功率例程806。在否定回应情形下，制动转矩控制器801进入第一动力制动例程 807。第一制动功率例程806控制制动功率至电网600的输送，且动力制动被禁止。第一动力制动例程807被禁止。制动转矩检测和确定例程803中，在否定回应情形下，制动转矩控制器801进入卸荷例程810。卸荷例程810进入的是，使用卸荷，且功率转换器处理剩余的制动功率。这之后是第二电网状态检测和确定例程811，和下级的第二输送制动功率例程812和第二动力制动例程813。一个实施例中，第一和第二电网状态检测和确定例程805，811是一致的。另一个实施例中，它们是不同的。对于第一和第二输送制动功率例程806,812以及第一和第二动力制动例程807，813是同样的。图9示出处理现有技术中的LVRT以及处理根据本发明的LVRT的原理流程图。A部分示出当检测到LVRT状态900时的现有技术的简化原理图。LVRT状态900触发用于整个风力涡轮机控制的动作以及用于转换器的动作。用于整个风力涡轮机控制的动作包括启动快速增加桨距角901的例程，之后的例程是，调整桨距角，使得转子速度不超过额定速度902。用于转换器的动作包括根据电网编码910输送电流至电网的例程，之后的例程是，监控发电机911是否有过剩能量，该例程是使用制动斩波器912的例程，该制动斩波器912消耗卸荷电阻614中的能量。B部分示出根据本发明的简化原理图，且用于同A部分直接比较。用于风力涡轮机控制的例程901，902与A部分的现有技术中的例程一样。同样地，B部分包括根据电网编码910输送电流至电网的例程。区别特征是，对于例程911，912，即不需要监控过剩能量911，也不需要使用制动斩波器912的例程。
实施例:为了示出公开的本发明的效果，比较三个3.6MW等级的风力涡轮机。三个风力涡轮机具有128米(叶片长度约64米)的转子直径。第一风力涡轮机是图1所示的三叶片主动变桨距涡轮机。这种类型的风力涡轮机的叶片重量约11000kg。第二风力涡轮机是图2所示的双叶片主动变桨距涡轮机。这种类型的风力涡轮机的叶片重量约23000kg。第三风力涡轮机是图5所示的双叶片部分变桨距涡轮机。这是图4公开的涡轮机的特定实施例。第三类型的风力涡轮机的叶片重量约23000kg，且约5000kg的桨距系统或变桨距轴承放置在距离轴约20米的半径处。
权利要求
1.一种风力润轮机(500),包括: -具有上端部和下端部的风力涡轮机塔架(101)，所述下端部设于风力涡轮机基座(102)上； -设于所述塔架(101)上端部的风力涡轮机机舱(103); -设于所述机舱(103)处的轮毂(106)； -至少两个风力涡轮机转子叶片(105)，每个转子叶片具有安装端(109)和自由端(110)，其中，所述安装端(109)安装在轮毂(106)上，用于绕轴线(114)在旋转平面(113)上旋转，所述轴线(114)沿着联接至发电机(116 )或齿轮箱的轴(115 )延伸； -电网连接装置(601)，用于将产生的电从所述发电机输送至电网(600)，所述电网连接装置(601)具有电压检测装置(630，631)，用于检测电网(600 )上电压的变化； -至少两个质量块(400)，每个质量块位于至少两个转子叶片(105’，105”)的安装端(109)和自由端(110)之间，其特征在于，所述风力涡轮机包括至少两个风力涡轮机转子叶片(105)，每个转子叶片在所述安装端(109)和自由端(110)之间具有叶片重量(111)和至少35米的叶片长度(108)，其中，每个质量块(400)是每个转子叶片(105)的叶片重量(111)的10% 至 40%。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述质量块(400)放置为，投影至旋转平面(113)的重心与轴线(114) 一致。
3.根据权利要求1或2所述的风`力涡轮机，其特征在于，每个叶片(105)设置为接收不同的质量块(400)，使得转子(104)的转动惯量(403)可以变化且匹配，以处理根据不同电网编码(600’)的低电压(LV)事件。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，每个质量块(400)的径向长度不超过每个转子(104)叶片(105)的叶片长度(108)的10%，优选地，不超过5% ο
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，所述转子叶片(105)具有由桨距系统(501)分隔开的内叶片段(105a)和外叶片段(105b)，所述桨距系统(501)位于所述安装端(109)和自由端(110)之间，且设置为相对于所述内叶片段(105a)俯仰所述外叶片段(105b)，所述桨距系统(501)的重量不超过质量块(400)的重量，所述桨距系统(501)的径向长度不超过质量块(400)的径向长度。
6.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其特征在于，进一步对于桨距系统(501);至少一个附加的子质量块(400’ )放置在叶片(105)上，以构成总质量块(400)。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，风力涡轮机(100)进一步包括动力制动器，例如电动制动斩波器(611)。
8.一种用于控制根据权利要求1-7中任一权利要求所述的风力涡轮机(500)的方法，所述风力涡轮机(500)具有用于在桨距角(502)俯仰叶片(105)的桨距系统(501)和具有用于增加惯量的附加质量块(400)的叶片，所述风力涡轮机(500)在正常运行模式(504)运行，该正常模式(504)中，发电机(116)在发电机转矩处具有发电机速度，且风力涡轮机(100)在低电压条件(603，900)下保持电联接至电网(600)且具有输送电流规格(604)、参考转矩(605)、参考功率或依据电网编码(600’)；其特征在于，所述方法包括以下步骤: -用电压检测装置(631，630)检测低电压条件(603，900)，所述电压检测装置(631，630)在检测到低电压条件(603 )后，发出请求用于: -风力涡轮机控制器(617)中的转子降额程序(900);所述降额程序(900)包括: -LVRT俯仰转子叶片(105，，105”)至LVRT桨距角(505)； -用电压检测装置(631，630 )检测正常电压条件(602 )，该正常电压条件(602 )在正常电压条件(304)的电压范围(305，306 )内；所述电压检测装置(631，630 )在检测到正常电压条件(602)后发出请求用于: -风力涡轮机(100，500)的正常运行模式(602);该正常运行模式(602)具有初始相位，其中: -发电机转矩或功率增加至期望的参考转矩(605)或参考功率，和 -从LVRT桨距角(505)俯仰转子叶片(105’，105”)至正常或自由控制的桨距角(503，504)。
9.根据权利要求8所述的控制风力涡轮机(500)的方法，其特征在于，对LVRT桨距角(505)的转子叶片(105，，105”)的LVRT俯仰以2-10度/秒的速度进行，优选地，以5度/秒的速度进行；在初始期，所述发电机速度会增加约10%-20%，最大增至30% ;之后，发电机速度开始减小。
10.根据权利要求8或9所述的控制风力涡轮机(500)的方法，其特征在于，所述发电机(116)中的有功和无功电流的输送控制，根据来自电网编码(600’)的输送电流规格或参考转矩(605)来调节。
11.据权利 要求8-10中任一权利要求所述的控制风力涡轮机(500)的方法，其特征在于，当所述正常电压 条件(602)在正常电压条件(304)的电压范围内时，用电压检测装置(631，630)检测正常电压条件(602)。
12.据权利要求8-11中任一权利要求所述的控制风力涡轮机(500)的方法，其特征在于，电压检测装置(631，630)在检测正常电压条件(304)后，发送请求，用于将转子叶片(105’，105”)从LVRT桨距角(505)俯仰至正常或自由控制的桨距角(503，504)，优选地，以小于5度/秒的俯仰速度。
全文摘要
本发明是具有附加转子转动惯量的风力涡轮机及其控制方法。其涉及一种风力涡轮机，该风力涡轮机具有附加的质量块，每个质量块放置在至少两个转子叶片的安装端和自由端之间。本发明进一步涉及一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机具有桨距系统和叶片，桨距系统用于在桨距角俯仰叶片，该叶片带有用于增加惯量的质量块，该风力涡轮机在正常运行模式下运行，该正常运行模式中，发电机在发电机转矩处具有发电机速度，且该风力涡轮机在低电压条件下保持电联接至电网，且具有输送电流规格、参考转矩、参考功率或依据电网编码。
文档编号F03D1/06GK103104415SQ20121043728
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月5日 优先权日2011年11月4日
发明者延斯·比尔克 申请人:远景能源(江苏)有限公司