风力涡轮机、控制风力涡轮机的方法及其用途的制作方法

专利名称：风力涡轮机、控制风力涡轮机的方法及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力涡轮机、用于控制风力涡轮机的方法及其用途。
背景技术：
本领域中已知的风力涡轮机包括锥形风力涡轮机塔和位于该塔的顶部上的风力 涡轮机机舱。具有多个风力涡轮机叶片的风力涡轮机转子通过低速轴连接至机舱，如图1 所示，该低速轴延伸到机舱前端的外部。不期望风力涡轮机叶片振荡和振动的原因是它们不必要地张紧叶片和风力涡轮 机结构，这在最不利的情况下会导致风力涡轮机的叶片或其它部件的寿命缩短。具体而言， 不期望沿边(edgewise)振荡的原因是叶片对该振荡模式的减缓较小。沿边振荡是沿叶片 的后缘与前缘之间的弦的振荡，但是由于现代风力涡轮机的复杂的叶片设计，特别是因为 叶片在其纵向长度上扭曲，因此，沿边振荡通常在一定程度上与沿翼振荡结合，该沿翼振荡 是在叶片的压力侧与下风侧之间的振荡，即，与沿边方向基本上垂直。当转子旋转且风力涡轮机向公共电网产生电力时，S卩，风力涡轮机操作时，通常在 失速型风力涡轮机与变桨距型风力涡轮机中可见沿边振荡。失速型风力涡轮机主要在超过 失速点的疾风下操作时发生该问题，变桨距型风力涡轮机主要在突然的阵风可导致叶片即 刻失速的疾风下操作时发生该问题。但是当风力涡轮机和风力涡轮机叶片变得越来越大时，叶片的特性(例如叶片的 减振和/或叶片的本征频率)从而改变，因此在风力涡轮机的未操作的叶片中，即在转子空 转或完全停止的风力涡轮机中，还已知发生沿边振荡，因此风力涡轮机基本上不向公共电 网产生电力。已知的防止沿边振荡的措施完全为了操作风力涡轮机，因此这些措施对于非操作 的风力涡轮机或多或少地没有效果。因此本发明的目的是提供有利的技术，用于减缓或消除相对于公共电网在空转电 力产生情况下操作的风力涡轮机的叶片中的沿边振荡。

发明内容
本发明提供一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括转子，该转子包括，该转子包括 一个或更多个可变桨距叶片；记录装置，该记录装置用于记录所述风力涡轮机相对于公共 电网的空转电力产生状态；检测装置，该检测装置用于检测一个或更多个所述叶片中的沿 边振荡；以及控制装置，该控制装置用于控制一个或更多个所述叶片的的述桨距角。当所 述记录装置记录所述风力涡轮机在空转电力产生状态下操作并且所述检测装置检测一个 或更多个所述叶片中的沿边振荡时，所述控制装置适于改变一个或更多个所述叶片的桨距 角，由此减缓或消除所述沿边振荡。为了在空转风力涡轮机叶片中产生沿边振荡而必须存在某些条件风必须具有某 一临界风速；所述叶片必须具有某一设计；所述叶片必须置于某一桨距角等。除了所述叶片的桨距角之外，这些条件中的大部分不能被控制或至少不能被廉价地控制。主动失速型风力涡轮机和变桨距型风力涡轮机本身具有改变所述叶片的所述桨 距角的性能，以在操作期间控制所述转子或所述风力涡轮机的电力输出，并且保护所述叶 片或所述风力涡轮机免于损害过载。尽管为了其它目的，而在大多现代的风力涡轮机中已具有使风力涡轮机变桨距的 能力，并且有利的是通过利用该能力来改变产生沿边振荡所必需的至少一个条件或者至少 改变沿边振荡的形成，以由此提供简单且有成本效益的装置，用于减缓或消除在相对于公 共电网在空转电力产生状态下操作的风力涡轮机的叶片中的沿边振荡。应强调的是，通过术语“风力涡轮机的相对于公共电网在空转电力产生状态”应理 解为风力涡轮机处于非操作模式，即，其基本上不向公共电网产生电力，并且转子置于完全 停止或空转。在本发明的一个方面中，所述控制装置包括用于在所述检测装置检测到一个或更 多个所述叶片中的沿边振荡时使所述叶片在提高所述叶片的升力的方向上变桨距的装置。即使在高同风速下，空转风力涡轮机的转子因顺桨叶片也具有趋于保持静止或至 少较慢地旋转的能力，但是对于沿边振荡，如果转子旋转到至少某一程度则有利是导致沿 边振荡的条件由此恒定地变化，这将进一步增强变桨距叶片的减振效果。而且，旋转的转子 将防止长时间下高的局部载荷，例如，导致齿轮箱、轴承等中的压痕。在本发明一个方面中，所述控制装置包括用于在所述检测装置检测一个或更多个 所述叶片中的沿边振荡时基本上相等地改变所述转子的所有所述叶片的所述桨距角的装 置。确定哪些叶片沿边振荡可能困难和/或昂贵，因此有利的是如果在任意一个转子 叶片上检测到沿边振荡则使所有叶片变桨距。叶片可变桨距到不同程度或者沿不同方向变 桨距，例如基于转子的当前转速以减小或提高转子的转速，或者如果转子被锁定为防止其 在维修期间旋转，则例如降低转子制动器上的载荷。在本发明的一个方面中，所述检测装置为放置在所述叶片中或所述叶片处的一个 或更多个载荷传感器。在所述叶片中或叶片处(例如在所述叶片的根部中或根部处)放置载荷传感器有 利的是该传感器较简单且廉价，并且如果正确地实施，则它们可在叶片的载荷状态下提供 可靠的信息，包括如果载荷在所述叶片的后缘侧和前缘侧之间有节奏地来回转换，则由此 表示沿边振荡。另外，许多现代风力涡轮机在叶片中或叶片处已设置有载荷传感器，以在风力涡 轮机的正常操作期间，即，在涡轮机向公共电网产生电力时检测不同的载荷，因此有利且有 成本效益地使用已存在的传感器。在本发明的一方面中，所述检测装置为放置在所述叶片中或所述叶片处的一个或 更多个加速计。加速计是用于在叶片的振荡状态下提供信息的优良装置，因此使用放置在叶片中 或叶片处的作为检测装置的加速计是有利的。在本发明的一方面中，所述检测装置为放置在所述风力涡轮机的机舱中的一个或 更多个加速计。
通常而言，当风力涡轮机空转时转子旋转较慢，并且如果一个或更多个叶片沿边 振荡，则这些振荡会传递到机舱，以使当顺桨振荡叶片指向侧向时机舱绕偏航轴线略微振 荡，或者如果顺桨振荡叶片指向上或向下时，机舱可在垂直方向上略微倾斜。因此仅需要一个或两个加速计来检测叶片的沿边振荡，并且由于机舱存在其中加 速计可容易被访问的较受控的环境，因此将振荡传感器放置在(更加固定)机舱中是有利 的。在本发明的一个方面中，所述控制装置包括用于在所述检测装置检测到一个或更 多个所述叶片中的沿边振荡时在0.5°至30°之间，优选在2°至15°之间，最优选在3° 至8°之间改变所述一个或更多个所述叶片的所述桨距角的装置。如果变桨距的叶片太少，则当检测到沿边振荡时，振荡不可能被减缓，或者要花费 较长时间使振荡停止。如果变桨距的叶片太多，则风力涡轮机的叶片或者其它部件可能被 不必要地张紧，或者转子可开始旋转得较快，这可能不利的是空转期间太快的旋转会不必 要地张紧并磨损风力涡轮机的不同部件，并且会导致转子被栓住。当检测到沿边振荡时，改变桨距角的当前范围因此能够在减振与安全之间提供有 利的关系。在本发明的一个方面中，如果所述检测的沿边振荡在预定水平以上，则所述控制 装置包括仅用于改变一个或更多个所述叶片的所述桨距角的装置。从它们的基本上最佳停车位置改变叶片桨距角最可能增大风力涡轮机的叶片和 其它部件上的应变，因此如果沿边振荡的大小仅较小且不造成损害或仅在短期内发生，则 有利的是如果振荡的大小在某一水平以下就避免叶片变桨距。在本发明的一个方面中，当所述检测装置检测到所述沿边振荡的大小在预定水平 以下时，所述控制装置包括用于使所述一个或更多个叶片返回至它们的初始桨距角位置的
直ο这是有利的，因为叶片由此迅速返回至它们的停车位置，由此降低风力涡轮机的 叶片和其它部件上的应变。在本发明的一个方面中，如果所述沿边振荡的大小在预定期间内下降到预定水平 以下，则所述控制装置还包括用于发出警报信号的定时器。如果沿边振荡的大小未在预定期间内下降到预定水平，则可能发生了错误，或者 叶片可能因振荡而被损坏，因此有利的是使控制装置发出警报。该警报信号然后可激发开 始进一步的沿边振荡减缓过程，或者其可被传递到监视中心或者能够抬高位置并采取必要 动作的其它装置。另外，本发明提供一种相对于公共电网在空转电力产生状态下用于控制风力涡轮 机的方法。所述方法包括以下步骤·记录所述风力涡轮机是否相对于公共电网在空转电力产生状态下操作，·建立所述风力涡轮机的风力涡轮机叶片的沿边振荡值，并且·如果所述风力涡轮机在空转电力产生状态下操作并且所述沿边振荡值在预定水 平以上，则改变所述叶片的所述桨距角，由此减缓或消除所述沿边振荡。由此提供一种简单且有成本效益的方法，用于抑止或消除相对于公共电网在空转 电力产生状态下风力涡轮机的叶片中的沿边振荡。
在本发明的一个方面中，当所述沿边振荡值下降到另一个预定水平以下时，所述 叶片返回至其初始桨距角位置。在本发明 的一个方面中，如果所述沿边振荡值在预定水平以上，则所述风力涡轮 机的所有所述叶片的所述桨距角基本上相等地改变。在本发明的一个方面中，如果所述沿边振荡值未在预定时间内下降到预定水平以 下，则发出警报信号。在本发明的一个方面中，所述沿边振荡值通过所述叶片的载荷测量值形成。在本发明的一个方面中，如果包括所述叶片的转子的所述转速在预定水平以上， 则所述叶片在减少所述叶片的升力的方向上变桨距。空转风力涡轮机的风力涡轮机叶片中的沿边振荡通常仅在较高风速下发生。如果 叶片在提高升力的方向上变桨距，则当检测到沿边振荡时，转子可能开始旋转得太快，因此 会增加磨损和过载叶片或风力涡轮机的风险。因此有利的是如果转子的转速已很高或接近 空转转子的预定最大转速，则使叶片在减少叶片的升力方向上的变桨距叶片。在本发明的一个方面中，如果包括所述叶片的转子的所述转速在预定水平以下 时，则所述叶片在提高所述叶片的升力的方向上变桨距。为了产生和增大沿边振荡，通常必需存在某些条件，这些条件中的其中一个条件 可以是风以特定的角吹向叶片。通过提高升力，来提高转子旋转的机会，由此使迎角变到可 有助于振荡停止或至少被减缓的程度。另外，本发明提供一种根据以上所述的方法，其中，所述风力涡轮机是包括用于检 测沿边振荡的装置的变桨距型或主动失速型风力涡轮机。在变桨距型或主动失速型风力涡轮机上使用前述方法有利的原因是这些类型的 风力涡轮机本身设置有用于变桨距叶片的装置，并且该用途更加有利的是风力涡轮机在叶 片中如果还包括用于检测沿边振荡的装置。


下面将参照附图描述本发明，其中图1示出了如从正面所见的本领域中已知的大型现代操作风力涡轮机；图2示出了如从正面所见的风力涡轮机叶片；图3示出了如从叶片的根部所见的在非失速状态下的空转风力涡轮机叶片的横 截面；图4示出了如从叶片的根部所见的在失速状态下的空转风力涡轮机叶片的横截 面；和图5示出了如从侧面所见的机舱的简化横截面。
具体实施例方式相关技术的详细说明图1示出包括塔2和位于塔2的顶部上的风力涡轮机机舱3的现代操作风力涡轮 机1。包括三个风力涡轮机叶片5的风力涡轮机转子4通过低速轴连接至机舱3，所述低速 轴延伸出机舱3的前端。
在该实施方式中，风力涡轮机1包括三个叶片5，但在另一个实施方式中，风力涡 轮机1可包括另外数量的叶片5，诸如一个、两个、四个或多个叶片5。本发明的详细说明图2示出如从正面/压力侧11所见的风力涡轮机叶片5。风力涡轮机叶片5包括 前缘6、后缘7、尖端8和根部9。本领域中已知的风力涡轮机叶片5通常由玻璃纤维、碳纤 维增强树脂复合物、碳纤维增强木材或其结合制成。风力涡轮机叶片5至少相对于叶片5的大多数部件通常具有弹性中心，该弹性中 心相比于后缘7更靠近前缘6。如果在叶片第一固有沿边频率或靠近该第一固有沿边频率 的频率下发生沿边振荡，则尤其后缘7因此暴露于较大应变，在某些条件下这会缩减叶片5 的寿命。图3示出当从叶片5的根部所见的非失速状态下空转风力涡轮机叶片5的横截面。在该实施方式中，叶片5是普通变桨距型风力涡轮机1的叶片5，其中，叶片5顺 桨，即叶片5示出在停车位置中，在该停车位置，叶片5变桨距，从而叶片5的弦C基本上与 进来的风平行。因为本领域中已知的风力涡轮机叶片5在它们的整个纵向长度上扭曲，因 此当在停车位置时，通常仅对于叶片5的一些部件使弦C基本上与进来的风平行。变桨距型风力涡轮机1的叶片5通常变桨距，使得当叶片5顺桨时，前缘6面向进 来的风，而主动失速型风力涡轮机1的叶片5当该叶片5顺桨时通常使后缘7面向进来的 风，而在空转时其基本上是影响两种风力涡轮机类型的叶片5相同机构。当变桨距型风力涡轮机1在正常操作期间产生电力时，涡轮机电子控制器例如每 秒几次地检查涡轮机1的电力输出。当电力输出变得太高时，控制器向叶片桨距机构13发 送指令，该指令立即使转子叶片5变桨距(转动)略微离开风。同样，当风再次下降时，叶 片5转动回到风中。在正常操作变桨距型风力涡轮机1的叶片5期间，通常仅一小部分范 围在某一时间变桨距，因此转子4将同时转动。如果进来的风的风速提高到某一水平以上(例如25米/秒)，则控制器将使叶片 5顺桨，以使转子4停止旋转或者至少使其空转，因此风力涡轮机将停止向公共电网产生电 力。这是为了保护叶片5和风力涡轮机1的其余部分在高风速下不受过载损害的其中一个 原因。当风力涡轮机1空转时，如果转子4不直接防旋转固定，则空转状态不必是指转子 4停止旋转。实际上，转子4通常较慢地旋转，并且当风力涡轮机1不空转时，即当其共向公 共电网产生电力时，还使转子4相对于旋转方向而向后旋转。图4示出当从叶片5的根部9所见时在失速状态下的空转风力涡轮机叶片5的横截面。图4中所示的叶片5是空转主动失速型风力涡轮机1上的顺桨叶片5，示出在突然 的阵风期间产生不期望的失速状态。在另一个实施方式中，也可以是在空转变桨距风力涡 轮机1上的叶片5。主动失速型风力涡轮机1与变桨距型风力涡轮机1技术上相似的原因是它们均具 有可变桨距叶片，并且为了在低风速下获得较大转矩(转动力)，主动失速型风力涡轮机1 通常设计成使叶片5非常像低风速下的变桨距风力涡轮机1一样变桨距。然而当主动失速型风力涡轮机1达到其额定功率时，将注意到与变桨距型风轮1的重要区别如果发电机 17即将过载，则主动失速型风力涡轮机1将使其叶片5在与变桨距风力涡轮机1变桨距的 相反方向上变桨距。换言之，为了使叶片5达到更深的失速，则增大转子叶片5的迎角，因 此将浪费过多能量。空转变桨距型或失速型风力涡轮机1上的顺桨叶片5通常不失速的原因是风基本 上未被干扰地经过叶片5，并且风力涡轮机1的偏航机构将确保转子平面基本上始终垂直 于进来的风的方向，以使得风基本上如图3中所示经过叶片5，并且如果顺桨叶片5失速，则 通常失速很小或者不重要。然而，在某些情况下，来自改变方向的阵风会较快地出现，使得涡轮1的控制系统 或偏航机构反应得不够快并且可在短时间内发生失速。这些短的失速期间会导致叶片5中 的沿边振荡，这可能会非常不利。特别是如果这些阵风以叶片5的第一固有沿边频率或接 近该频率的频率有节奏地发生，则会增大沿边振荡的能量。同样，例如冯卡门涡列(Von Karman vortex street)、周期气流分离、湍流或局部 涡流的空气动力学现象在某些情况下，特别是如果这些现象在具有叶片5的第一固有沿边 频率或接近该频率的频率的相位下或该相位中周期地或有节奏地发生，则会导致顺桨叶片 5中的沿边振荡。图5示出如从侧面所见的变桨距型或主动失速型风力涡轮机1的机舱3的简化横 载面。机舱3存在多种变型和构造，但在大多情况下，机舱3中的传统系包括一个或更多个 下列部件齿轮15、联接件(未示出)、某类制动系统16和发电机17。现代风力涡轮机1的 机舱3还可包括变流器18 (也称作变换器)和附加周边设备，例如其它功率操纵设备、控制 室、液压系统、控制系统等。包括机舱部件15、16、17、18的整个机舱3的重量由加强结构19承载。部件15、 16、17、18通常放置在该共用载荷承载结构19上或与其连接。在该简单的实施方式中，加 强结构19仅沿机舱3的底部延伸，例如呈基架的形式，以供部件15、16、17、18连接至其上。 在另一个实施方式中，加强结构19可包括将转子4的载荷传递到塔2的传动带，或者载荷 承载结构19可包括栅格之类的若干互连部件。在本发明的该实施方式中，传动系相对于水平面以一定的角度形成。该传动系倾 斜的其中一个原因是使转子4能够对应地倾斜，例如以确保叶片5不撞击到塔2，以补偿转 子4的顶部和底部的风速差等。在本发明的该实施方式中，检测装置21是放置在各个叶片5中的加速计22，以检 测单独叶片5是否沿边振荡。由于叶片5的沿边振荡的振幅随着距叶片5的根部9的距离 而增大，因此，检测装置21在本发明的该实施方式中为以距叶片5的根部9给定距离放置 在叶片5内的加速计。检测装置21还可以以附接到加强结构19后部的一个或更多个加速计22的形式 而放置在机舱3的后部。加速计22因此被安装成检测到叶片5的沿边振荡，该沿边振荡导 致机舱水平或基本上水平振荡和/或企图使机舱竖直倾斜的竖直振荡。叶片5的沿边振荡可导致机舱3振荡，例如使机舱3绕塔2的中央略微振荡，即， 在偏航方向上振荡，这是可以在机舱3的后部较可靠地检测到这些振荡的原因。沿边振荡 的通常频率(第一自然频率)在0.9至1.8的间隔中。
在本发明的另一个实施方式中，检测装置21可是加速计22之外的其它类型的传 感器，例如扬声器、应变仪、光学纤维等，它或它们可被不同地放置在叶片5中，或振荡传感 器21可放置在叶片5的外部，例如放置在转子4的旋转轴线26处中或该旋转轴线26处， 例如放置在毂14中心中或机舱3中。检测装置21可仅仅是已风力涡轮机1中已存在的装置，用于在风力涡轮机1正常 操作期间检测载荷等，例如通常放置在塔顶处的塔振荡传感器，以检测塔是否振荡，其中， 叶片5的沿边振荡可通过机舱3传递到塔2，并且被检测为塔2的轻微振动。其还可以是放 置在叶片5的根部9处的载荷传感器，以检测在正常操作期间叶片5上的载荷。检测装置21在本发明的实施方式中与控制装置14连接。如果检测到叶片5的沿 边振荡，或者如果检测到沿边振荡处于某一水平以上，则控制装置14可使一个或更多个叶 片5变桨距。如前所述，主动失速型风力涡轮机1或变桨距型风力涡轮机中的叶片5设置有桨 距机构13。在所示的实施方式中，风力涡轮机1的叶片5通过桨距轴承23与毂14连接，以 能使叶片5绕它们的纵轴线旋转。在该实施方式中，桨距机构13包括用于使叶片5旋转的装置，该装置呈与毂14和 相应的叶片5连接的线性致动器的形式。在优选的实施方式中，线性致动器20是液压缸。在另一个实施方式中，变桨距机 构13可包括步进电机或其它用于旋转叶片5的装置。风力涡轮机1还设置有记录装置24，用于检测风力涡轮机1是否相对于公共电网 在空转电力产生状态下操作，即，风力涡轮机1是否基本上不向公共电网产生电力，在风力 涡轮机1的正常操作期间风力涡轮机1向该公共电网输送电力。在该实施方式中，记录装置24是检测是否存在来自变流器18的电输出或者至少 该电输出是否处于某一较低且不足的水平之下的电流计，但在另一个实施方式中，记录装 置24可以是电压计或其它装置，并且记录装置24可测量或记录其它地方，例如发电机17 上、风力涡轮机1中或外部的输电线上、风力涡轮机1外部的中央供电单元处等其它地方。记录装置24还包括仅间接检测风力涡轮机1是否空转的装置，例如编码器、转速 计，或者其它检测主轴或者其它普通旋转部件是否旋转或它们在何速度下旋转的装置。如 果这些部件不旋转或者仅非常低速地旋转，则其可表明风力涡轮机1空转。在该实施方式中，控制装置14放置在毂4中，但在更优选的实施方式中，控制装置 14放置在机舱3、塔2、相邻壳体或其它地方，例如放置在与用于在风力涡轮机1正常操作期 间相对于载荷、功率等来控制桨距的通用桨距控制装置(未示出)相同的位置，或者甚至集 成在这些通用桨距控制装置中。在该实施方式中，控制装置14连接到线性控制器20，用于响应于检测装置21和记 录装置24的测量来控制叶片5的桨距角。如果沿边振荡在预定期间内下降到预定水平以下，则控制装置14可包括用于发 出表示减振程序已启动的警报。同样，即使叶片5变桨距成抵抗振荡，但如果沿边振荡的大 小继续变大，则警报信号还可传递到外部监视单元等。在本发明一个实施方式中，叶片5返回到它们的初始停车位置或基本上返回到它 们的停车位置，但当检测装置21检测到振荡的大小又下降到某一预定水平之下时，在优选实施方式中叶片5立即或者在具体的预定时间之后返回。在其它的实施方式中，叶片5还可被保持在它们的新桨距角下，并且如果检测到 另外的沿边振荡、如果转子运转得较快、较慢或在错误方向下运转、如果风力涡轮机返回到 操作模式或者如果其它条件迫使改变桨距角，则然后仅再次移动。由此桨距角仅在绝对必 需时才改变，从而节省能量并减少磨损。在本发明的该实施方式中，控制装置14还包括无控制作用区或另一种控制方法， 该无控制作用区或控制方法确保仅在叶片5的沿边振荡处于某一预定水平以上时产生桨
距角度差。在本发明的另一个实施方式中，控制装置14还可包括这样的装置如果振荡大小 上升到某一预定水平之上、如果振荡大小在某一预定时间(例如1至1000秒，优选在10至 500秒之间)内未被减缓到预定水平以下、或者如果振荡大小在某一预定水平上保持至少 某一预定时间，则该装置用于提高控制装置的增益。该增益是控制装置14中的将反作用力的大小控制在给定振荡水平的控制算法的 一部分，例如，通过控制有多少来自检测装置21的输入信号(例如沿边振荡的振幅)在控 制装置14中的控制算法中被放大，由此控制有多少叶片以给定的输入信号变桨距。如果检测装置21在一个叶片5中检测到沿边振荡，则控制装置14可仅使叶片5变 桨距，但是如果风向条件等使得一个叶片5开始振荡，则在试图减缓或者消除叶片5的沿边 振荡期间，还可以使其它叶片5开始振荡，并且因此可以使多于一个的叶片5同时远离停车 位置变桨距，当然也可一次仅改变一个叶片5的桨距角，而使其它叶片5的桨距角不改变。以上提及的预定水平，例如确定叶片5是否应该返回至它们的初始桨距角位置、 确定桨距角是否应该被改变、确定是否应该启动警报程序的等，可被确定为已知载荷的百 分比超过量，例如，是否检测到叶片5中的重力牵引会导致由叶片5的根部9处的载荷传 感器测得的给定最大载荷，该预定水平可以是使该给定最大载荷超过至少5%，优选至少 15%，例如20%的水平，表示叶片5受重力之外的其它力的影响，S卩，叶片5可沿边振荡，特 别是如果该载荷超过量有节奏地产生并且在一个或更多个频率范围内产生，例如在0. 1至 5Hz之间，优选在0. 5至3Hz之间，表示超过量是因沿边振荡而产生，而不是仅仅因一些简单 的空气动力学现象而产生。同样，如果检测装置2是放置在叶片5、毂轮、机舱3或塔2中的一个或更多个加速 计，则预定水平还能够被限定为已知加速水平的百分比超过量。该水平还可限定为可接受的载荷或加速度的百分比，或者仅基于统计或经验值限 定，或者基于实际试验来限定。以上已经参照风力涡轮机1、检测装置21、用于减缓沿边振荡的方法的实施方式 等的具体实施例对本发明进行了举例说明。然而，应当理解本发明不限于以上所述的具体 实施例，而是可以在如权利要求所指定的发明的范围内以多种变型来设计和改变。列表1、风力涡轮机2、塔3、机舱4、转子
5、叶片
6、前缘
7、后缘
8、尖端
9、根部
10、裂纹
11、压力侧
12、顺风侧
13、变桨距机构
14、控制装置
15、齿轮
16、制动系统
17、发电机
18、变流器
19、加强结构
20、致动器
21、检测装置
22、加速计
23、桨距轴承
C、弦
说 明 书9/9页
1权利要求
一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括转子，所述转子包括一个或更多个可变桨距叶片；记录装置，所述记录装置用于记录所述风力涡轮机的相对于公共电网的空转电力产生状态；检测装置，所述检测装置用于检测一个或更多个所述叶片中的沿边振荡；以及控制装置，所述控制装置用于控制一个或更多个所述叶片的桨距角，其中当所述记录装置记录所述风力涡轮机在空转电力产生状态下操作并且所述检测装置检测一个或更多个所述叶片中的沿边振荡时，所述控制装置适于改变一个或更多个所述叶片的所述桨距角，由此减缓或消除所述沿边振荡。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述控制装置包括用于在所述检测装置 检测到一个或更多个所述叶片中的沿边振荡时使所述叶片在提高所述叶片的升力的方向 上变桨距的装置。
3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中，所述控制装置包括用于在所述检测装 置检测到一个或更多个所述叶片中的沿边振荡时基本上相等地改变所述转子的所有所述 叶片的所述桨距角的装置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述检测装置为放置在所述 叶片中或所述叶片处的一个或更多个载荷传感器。
5.根据前述权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述检测装置为放置在 所述叶片中或所述叶片处的一个或更多个加速计。
6.根据前述权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述检测装置为放置在 所述风力涡轮机的机舱中的一个或更多个加速计。
7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制装置包括用于在所 述检测装置检测到一个或更多个所述叶片中的沿边振荡时在0.5°至30°之间、优选在 2°至15°之间、最优选在3°至8°之间改变所述一个或更多个所述叶片的所述桨距角的装置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制装置包括用于在所 述检测装置检测到所述沿边振荡的大小在预定水平以下时使所述一个或更多个叶片返回 至其初始桨距角位置的装置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制装置包括用于在所 检测的沿边振荡在预定水平以上时仅改变一个或更多个所述叶片的所述桨距角的装置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制装置还包括用于在 所述沿边振荡的大小未在预定时间段内下降到预定水平以下时发出警报信号的定时器。
11.一种用于控制风力涡轮机的方法，所述方法包括以下步骤 记录所述风力涡轮机是否相对于公共电网在空转电力产生状态下操作， 建立所述风力涡轮机的风力涡轮机叶片的沿边振荡值，并且 如果所述风力涡轮机在空转电力产生状态下操作并且所述沿边振荡值在预定水平以 上，则改变所述叶片的桨距角，由此减缓或消除所述沿边振荡。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，当所述沿边振荡值下降到另一预定水平以下 时，所述叶片返回至其初始桨距角位置。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，如果所述沿边振荡值在预定水平以上，则 基本上相等地改变所述风力涡轮机的所有所述叶片的所述桨距角。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，如果所述沿边振荡值未在预定 时间内下降到预定水平以下，则发出警报信号。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，通过所述叶片的载荷测量来建 立所述沿边振荡值。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中，如果包括所述叶片的转子的转 速在预定水平以上，则使所述叶片在减少所述叶片的升力的方向上变桨距。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中，如果包括所述叶片的转子的转 速在预定水平以下，则使所述叶片在提高所述叶片的升力的方向上变桨距。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法的用途，其中，所述风力涡轮机是包括 用于检测沿边振荡的装置的变桨距型或主动失速型风力涡轮机。
全文摘要
本发明涉及一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括转子，该转子包括一个或更多个可变桨距叶片；记录装置，该记录装置用于记录所述风力涡轮机相对于公共电网的空转电力产生状态；检测装置，该检测装置用于检测一个或更多个所述叶片中的沿边振荡；以及控制装置，该控制装置用于控制一个或更多个所述叶片的桨距角。当所述记录装置记录所述风力涡轮机在空转电力产生状态下操作并且所述检测装置检测一个或更多个所述叶片中的沿边振荡时，所述控制装置适于改变一个或更多个所述叶片的所述桨距角，由此减缓或消除沿边振荡。本发明还涉及用于控制风力涡轮机的方法及其用途。
文档编号F03D7/02GK101878365SQ200880118328
公开日2010年11月3日 申请日期2008年11月27日 优先权日2007年11月30日
发明者布·居尔·派得森, 托马斯·施泰尼希·比耶特普·尼尔森 申请人:维斯塔斯风力系统有限公司