专利名称：一种风力发电场以及控制其中风力机的方法
一种风力发电场以及控制其中风力机的方法
背景技术：
本发明大体上涉及风力机，确切地说，涉及一种风力机和一种控制风力发电场内的至少一个风力机的方法。一般而言，风力机包括转子，转子包括具有多片叶片的可旋转轮毂组件。所述叶片将风能转化成机械转动扭矩，使得通过转子驱动一个或多个发电机。发电机有时通过齿轮箱以可旋转的方式连接到转子，但并非总是如此。齿轮箱提升转子固有的低转速，以使发电机有效地将转动机械能转化成电能，电能通过至少一个电气连接输送到公用设施电网中。 也存在无齿轮直接驱动风力机。转子、发电机、齿轮箱和其他组件通常安装在外壳(即机舱)内，外壳位于基座上，基座包括桁架或管状塔筒。将已知风力机至少一些放置在公共的地理区域中，从而形成了风力发电场。在至少一些已知的风力机中，当地空气条件与风力机运作条件一起作用，从而使一片或多片旋转转子叶片偏转。一些此类叶片偏转可足以减少旋转叶片与桁架或管状塔筒之间的距离，进而可能会使这两者接触。这种接触可能会增加运作的维护和更换成本，在进行相关的维护停工期间降低发电量，并减少叶片和桁架或管状塔筒的预期寿命。在一些已知的风力机中，叶片偏转传感器安装在每片叶片上，以便向操作员指示目前的叶片偏转情况。然而，安装叶片偏转传感器会增加风力机构造的成本和运作维护成本，包括预防性维护和校准。
发明内容
一方面，本发明提供一种控制风力机的方法。所述风力机具有驱动系统，其包括至少一个转子轴和发电机以及至少一片有效地连接到转子轴的叶片。所述方法包括测量表示叶片偏转值的风力机第一运作条件以及基于所述风力机第一运作条件产生第一运作条件信号。所述方法还包括测量至少一个风力机第二运作条件以及产生至少一个第二运作条件信号。所述方法进一步包括通过改变所述第二运作条件来改变所述叶片偏转值。所述测量风力机第一运作条件包括测量所述转子轴的一部分的偏转。所述方法进一步包括将至少一项算法编程于至少一个处理器内，所述算法表示所收集的风力机运作数据与动态风力机叶片偏转值之间的关系。进一步包括根据所述第一运作条件改变所述第二运作条件。所述方面通过改变所述第二运作条件来改变所述叶片偏转值包括以下操作中的至少一者通过改变所述叶片的叶片桨距角来改变所述叶片周围的气流特性；通过起动所述叶片的叶瓣来改变所述叶片周围的气流特性；通过调整由所述发电机引起的驱动系统扭矩来减小转子扭矩；通过产生正压与负压中的至少一者来促使附着流与分离流中的至少一者沿着所述叶片的至少一部分来改变所述叶片周围的气流特性；通过将机械转动阻力施加到所述转子轴来使所述转子轴减速；以及通过改变所述风力机相对于风向的偏航位置来改变所述叶片周围的气流特性。其通过改变所述第二运作条件来改变所述叶片偏转值进一步包括将叶片偏转限制信号从叶片偏转确定模块传输到风力机调节器；以及将至少一个风力机调节器反馈信号从所述风力机调节器传输到所述叶片偏转确定模块。所述方法进一步包括将至少一项算法编程于至少一个处理器内，所述算法表示至少一个所测量的风力机第二运作条件的至少一个运作参数；通过改变所述第二运作条件来改变所述叶片偏转值包括根据编程于所述处理器内的所述算法改变至少一个所测量的第二运作条件。所述的方法，进一步包括有效地将第一风力机控制器与至少一个第二风力机控制器连接；以及有效地将所述第一风力机控制器和所述第二风力机控制器与风电场控制器连接。通过改变所述第二运作条件来改变所述叶片偏转值包括以下操作中的至少一者通过改变第二风力机的至少一个第二运作条件来改变第一风力机的叶片偏转值； 以及通过改变所述第一风力机的至少一个第二运作条件来改变所述第二风力机的叶片偏转值另一方面，本发明提供一种空气减少控制系统。所述空气减少控制系统包括至少一个第一风力机输入装置，其经配置以传输表示第一运作条件的第一运作信号。第一运作条件包括至少一个叶片偏转条件。所述系统还包括至少一个第二风力机输入装置，其经配置以传输至少一个表示至少一个第二运作条件的第二运作信号。所述系统进一步包括至少一个风力机调节装置。所述系统还包括至少一个有效地与第一风力机输入装置、第二风力机输入装置和调节装置连接的处理器。所述处理器经过编程以将至少一个信号传输到风力机调节装置，以改变第二运作条件，从而改变叶片偏转条件。再一方面，本发明提供一种风力发电场。所述风力发电场包括多个风力机以及在多个风力机中每一者的至少一部分中实施的空气减少控制系统。所述空气减少控制系统包括至少一个第一风力机输入装置，其经配置以传输表示第一运作条件的第一运作信号。第一运作条件包括至少一个叶片偏转条件。所述系统还包括至少一个第二风力机输入装置， 其经配置以传输至少一个表示至少一个第二运作条件的第二运作信号。所述系统进一步包括至少一个风力机调节装置。所述系统还包括至少一个有效地与第一风力机输入装置、第二风力机输入装置和调节装置连接的处理器。所述处理器经过编程以将至少一个信号传输到风力机调节装置，以改变第二运作条件，从而改变叶片偏转条件。
图1为示例性风力机的示意图；图2为适合与图1所示的风力机结合使用的示例性机舱的部分截面图；图3为适合与图2所示的机舱结合使用的示例性转子轴的示意图；图4为包括图1所示的风力机的示例性风力发电场的示意图；图5为适合与图4所示的风力发电场结合使用的示例性空气负载降低控制系统的第一部分的示意图；图6为适合与图4所示的风力发电场结合使用的替代示例性空气负载降低控制系统的示意图；图7为运作图1所示的风力机和图4所示的风力发电场的示例性方法的流程图。
元件符号列表
权利要求
1.一种空气减少控制系统(300/350)，其包括至少一个第一风力机输入装置(176)，其经配置以传输表示第一运作条件的第一运作信号(314/372)，所述第一运作条件包括叶片(112)偏转条件；至少一个第二风力机输入装置(131/146/148)，其经配置以传输至少一个表示至少一个第二运作条件的第二运作信号(314/372)； 至少一个风力机调节装置(3 )；以及至少一个处理器(150/206/208-A/208-B/208-N)，其有效地与所述第一风力机输入装置、所述第二风力机输入装置和所述调节装置连接，所述处理器经过编程以将至少一个信号(324/36 传输到所述风力机调节装置，以改变所述第二运作条件，从而改变所述叶片偏转条件。
2.根据权利要求1所述的空气减少控制系统(300/350)，其特征在于，所述处理器 (150/206/208-A/208-B/208-N)的编程至少包括一项算法，该算法表征风力机运作数据与风力机叶片偏转值之间的关系。
3.根据权利要求1所述的空气减少控制系统(300/350)，其特征在于，所述系统进一步包括至少一个风力机控制器O08-A/208-B/208-N)；以及至少一个有效地连接到所述风力机控制器的风电场控制器(206)。
4.根据权利要求1所述的空气减少控制系统(300/350)，其特征在于，所述风力机调节装置(326)包括以下调节器中的至少一者连接到至少一个风力机叶片变桨组件(130)的变桨调节器(3 )； 连接到至少一个风力机叶瓣(129)的叶瓣调节器(330)； 连接到发电机(132)的扭矩调节器(332)；连接到所述风力机叶片变桨组件和所述风力机叶瓣中至少一者的高级流调节器 (334)；连接到至少一个偏航驱动机制(146)的偏航调节器(336)；以及连接到风力机转子轴(134)的至少一部分的机械制动调节器(338)。
5.一种风力发电场000)，其包括 多个风力机(100-A/100-B/100-N)；以及在所述多个风力机中的每一者的至少一部分中实施的空气减少控制系统(300/350)， 所述空气减少控制系统包括至少一个第一风力机输入装置(176)，其经配置以传输表示第一运作条件的第一运作信号(314/372)，所述第一运作条件包括至少一个叶片(112)偏转条件；至少一个第二风力机输入装置(131/146/148)，其经配置以传输至少一个表示至少一个第二运作条件的第二运作信号(314/372)； 至少一个风力机调节装置(3 )；以及至少一个处理器(150/206/208-A/208-B/208-N)，其有效地与所述第一风力机输入装置、所述第二风力机输入装置和所述调节装置连接，所述处理器经过编程以将至少一个信号(324/36 传输到所述风力机调节装置，以改变所述第二运作条件，从而改变所述叶片偏转条件。
6.根据权利要求5所述的风力发电场(200)，其特征在于，所述处理器 (150/206/208-A/208-B/208-N)的编程至少包括一项算法，该算法表征风力机运作数据与所述叶片偏转条件之间的关系。
7.根据权利要求5所述的风力发电场000)，其特征在于，所述风力发电场进一步包括有效地与至少一个第二风力机控制器O08-A/208-B/208-N)连接的第一风力机控制器(208-A/208-B/208-N)；以及至少一个有效地与所述第一风力机控制器和所述第二风力机控制器连接的风电场控制器(206)。
8.根据权利要求7所述的风力发电场(200)，其特征在于，所述处理器 (150/206/208-A/208-B/208-N)的编程至少包括一项算法，该算法能促使所述第一风力机控制器Q08-A/208-B/208-N)和所述第二风力机控制器Q08-A/208-B/208-N)以独立风力机控制模式进行运作。
9.根据权利要求7所述的风力发电场(200)，其特征在于，所述处理器 (150/206/208-A/208-B/208-N)的编程至少包括一项算法，该算法能促使所述第一风力机控制器O08-A/208-B/208-N)、所述第二风力机控制器Q08-A/208-B/208-N)和所述风电场控制器O06)以风电场控制模式进行运作。
10.根据权利要求9所述的风力发电场000)，其特征在于，所述风电场控制模式促使实现以下内容中的至少一者通过改变第二风力机(100-A/100-B/100-N)的至少一个第二运作条件来改变第一风力机(100-A/100-B/100-N)的叶片偏转条件；以及通过改变所述第一风力机的至少一个第二运作条件来改变所述第二风力机的叶片偏转条件。
全文摘要
本发明提供一种控制包括至少一个转子轴和至少一片有效地连接到所述转子轴的叶片的风力机的方法，所述方法包括测量表示叶片偏转值的风力机第一运作条件以及基于所述风力机第一运作条件产生第一运作条件信号。所述风力机还包括驱动系统，所述驱动系统包括至少一个转子轴和发电机。所述方法还包括测量至少一个风力机第二运作条件以及产生至少一个第二运作条件信号。所述方法进一步包括通过改变所述第二运作条件来改变所述叶片偏转值。
文档编号F03D9/00GK102465835SQ201110366979
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者B·兰达, C·E·拉托雷, G·托尔博姆, M·G·布朗, N·许尔, T·F·弗里克, T·O·康弗斯, T·丁朱斯 申请人:通用电气公司