专利名称：用于保护风力涡轮机免受损坏的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力涡轮机以及更具体地涉及保护风力涡轮机免受由异常或极端风况引起的损坏。
背景技术：
当为特定的运行地点选择风力涡轮机时，须考虑到场地的特性诸如场地地形的复杂度与平均风况。被选中的风力涡轮机能在理想情况下在额定功率运行尽可能长的时间。然而，实际上，风速是可变的并且风力涡轮机必须能应对各种各样的风速。在低风速时功率输出将或者为零(如果有可忽略的风)或者低于额定功率。一旦风速增加到发出额定功率所需的风速以上，风力涡轮机例如将通过改变叶片的桨距以减少从风中采集的功率而保护自身免受损坏。在极端情况下风力涡轮机可以停机或从风中偏航出来以避免灾难性损坏。然而，停机或偏航需要时间，并且在某些情况下停机或偏航不能避免风力涡轮机部件发生严重的损坏。 在设计风力涡轮机时，期望的是将叶片的长度最大化并且将部件的重量最小化。然而，这一过程是降低发电成本和风力涡轮机完整性之间的平衡；风力涡轮机必须设计为能够承受其将曝露于的最恶劣的风况。一种部分地存在问题的风况是极端阵风。这种阵风可以每年只发生一次或每隔几年只发生一次，但其具有引起风力涡轮机严重损坏的潜力。设计师使用的特别的阵风分布是所谓的“墨西哥帽式”阵风，其中即时风速恰好在阵风冲击风力涡轮机之前下降。风速的下降在风力涡轮机处被探测到，风力涡轮机可以响应风速的下降对叶片进行变桨以提高产生的功率。随即当极端阵风冲击风力涡轮机叶轮时，叶片已被变桨至不适当的角度从而极大地增加了叶片上的负载并且增加了风力涡轮机部件的严重损坏的可能性。“墨西哥帽式”极端阵风状况在国际标准IEC61400-1第三版S. 6. 3. 2. 2.节中有所描述。国际标准IEC61400-1将阵风定义为风速的暂时改变(定义3. 20)并且将极端风速定义为以1/N (“重复周期”:N年)的年遭遇概率在t秒内平均的风速最大值。该定义的注释指出在该国际标准中使用N=50年和N=I年的重复周期以及t=3分钟或t=10分钟的平均时间间隔，然而，风力涡轮机使用极端风速以设计负载工况。6. 3. 2. 2节将极端运行阵风(EOG)定义为对于标准风力涡轮机分类而言轮毂高度处阵风幅度Vpjst应当由以下公式给出
权利要求
1.一种风力涡轮机控制系统,包括 -安装在所述风力涡轮机上以检测所述风力涡轮机的逆风位置处的风况属性的传感装置； -接收和处理来自所述传感装置的信号以探测在所述风力涡轮机的逆风位置处的极端风况并且提供输出的探测器； -用于处理来自所述传感装置的所述输出以及对所述输出进行修正以考虑轴向感应和/或风一致性的修正器；以及 -用于响应所述传感装置的已修正的输出而产生一个或多个控制信号的控制器，所述控制信号用于响应所述极端风况的探测将风力涡轮机的运行设定值改变至正常运行值以夕卜的值。
2.如权利要求I中所述的控制系统，其特征在于，所述探测器探测极端风速、极端阵风、极端湍流、风向的极端改变和极端风切变中的一个或多个。
3.如权利要求1、2中所述的控制系统，其特征在于，所述传感装置测量在所述风力涡轮机的逆风的多个位置处的风况。
4.如权利要求1、2或3中所述的控制系统，其特征在于，所述传感装置安装在所述风力涡轮机的机舱上。
5.如权利要求1、2或3中所述的控制系统，其特征在于，所述传感装置安装在所述风力涡轮机的塔架上。
6.如权利要求1、2或3中所述的控制系统，其特征在于，所述传感装置安装在所述风力涡轮机的叶轮的叶片上。
7.如权利要求1、2或3中所述的控制系统，其特征在于，所述传感装置安装在所述风力涡轮机的叶轮轮毂上。
8.如前述权利要求任一所述的控制系统，其特征在于，所述传感装置检测在所述风力涡轮机的逆风的0. 5至3倍叶轮直径之间的位置处的风况。
9.如前述权利要求任一所述的控制系统，其特征在于，所述一个或多个信号包括偏航信号。
10.如前述权利要求任一所述的控制系统，其特征在于，所述一个或多个信号中包括功率水平控制信号。
11.如权利要求10中所述的控制系统，其特征在于，所述功率水平控制信号包括发电机停机指令。
12.如权利要求10中所述的控制系统，其特征在于，所述功率水平控制信号包括叶轮叶片变桨指令。
13.如权利要求10中所述的控制系统，其特征在于，所述功率水平控制信号包括发电机功率输出指令。
14.如权利要求10中所述的控制系统，其特征在于，所述功率水平控制信号包括推力限制指令。
15.如权利要求9至14中所述的控制系统，其特征在于，所述一个或多个控制信号的值参考将被控制的参数的已有值决定。
16.如前述权利要求任一所述的控制系统，其特征在于，所述传感装置是多普勒风力计。
17.如前述权利要求任一所述的控制系统，其特征在于，所述传感装置是激光雷达。
18.一种风力涡轮机，其特征在于，包括如前述权利要求任一所述的控制系统。
19.一种控制风力涡轮机的方法，包括 -使用安装在所述风力涡轮机上的传感装置检测在所述风力涡轮机的逆风位置处的风况参数； -在探测器处收集和处理来自所述传感装置的输出信号以探测在所述风力涡轮机的逆风位置处的极端风况，所述处理过程包括修正所述输出信号以考虑轴向感应和/或风一致性；以及 -响应对所述极端风况的探测，在控制器处产生一个或多个控制信号，以便将风力涡轮机的运行设定值改变至正常运行值之外的值。
20.如权利要求19中所述的方法，其特征在于，所述探测器探测极端风速、极端阵风、极端湍流、风向的极端改变以及极端风切变中的一个或多个。
21.如权利要求19及20中所述的方法，其特征在于，所述传感装置检测在所述风力涡轮机的逆风的多个位置处的风况。
全文摘要
一种风力涡轮机具有激光雷达装置以检测在风力涡轮机的逆风处的风况。来自风力涡轮机的信号被处理以探测极端事件。在探测到后，系统控制器取决于该被探测到的极端事件的性质和严重性而采取必要的规避动作。这可以包括显著降低产出的功率、完全关闭发电机以及将机舱和叶轮偏航以降低叶轮叶片上的负载。
文档编号F03D7/02GK102782315SQ201080064483
公开日2012年11月14日 申请日期2010年12月21日 优先权日2009年12月23日
发明者C·斯普鲁斯, J·J·韦德尔海嫩, J·克雷比, R·鲍耶 申请人:维斯塔斯风力系统集团公司