技术领域本发明涉及风力涡轮机的转子定位系统。
背景技术：
在风力涡轮机的寿命期间，具有必须将固定的转子维持在某一位置的几个任务。这些任务中的一项任务是转子锁定，以确保它不旋转，这是执行某些维护活动所需要的。转子锁定系统通常包括一个或多个销(经常是两个销)，其被推入风力涡轮机的静止部分的孔中以防止转子的旋转，并因此需要一个系统来定位转子使得销与孔完全对准。转子锁定过程困难而且耗时。这个任务在风速增加时变得更复杂而且在超过一定风速时变得不可能。这些任务中的另一项任务是由直升机运送的服务人员进入海上风力涡轮机，所述海上风力涡轮机具有当直升机在附近时需要转子静止的直升机平台。这些任务的另一项任务是叶片载荷传感器的校准，其中转子应该保持固定在不同的位置(而且在每个位置使叶片处在不同的桨距角)以在所述位置将校准与静力矩比较。所有这些任务必须在窄的时间范围和宽的速度范围内进行。用于这些任务的已知转子定位系统具有高手动部件，因此不允许远程操作，远程操作是非常可取的，特别是在海上风力涡轮机上。
技术实现要素：
本发明提供一种风力涡轮机，其具有用于将转子定位在方位角参考位置Azref并且在预定的时间段内将它保持在那里的系统，风力涡轮机被布置在测试模式使得在所述时间段内可以执行前面所提及的任务，该系统包括第一控制器，该第一控制器被配置为根据转子方位角参考位置Azref与转子方位角测量位置Azmeas之间的差值来产生发电机参考速度Ωref；以及第二控制器，该第二控制器被配置为根据所述发电机参考速度Ωref与发电机测量速度Ωmeas之间的差值来产生发电机参考转矩Tref。第一和/或第二控制器可以是PI(比例、积分)控制器或PID(比例、积分、微分)控制器，它的可变增益取决于在转子轮毂高度的测量风速Vmean。风力涡轮机还包括不间断电源(UPS)装置或至电网的连接以在转子定位系统的控制下当发电机充当电动机时向发电机提供电力。根据结合附图实现其目的的说明性和非限制性实施例的以下的详细描述，本发明的其它特征和优点将被理解。附图说明图1是风力涡轮机的示意横截面图。图2是图示了根据本发明的具有两个PI控制器的转子定位系统的实施例的示意方框图。图3-6是图示了如何获得两个PI控制器的比例增益和积分增益的示意方框图。图7图示了转子定位系统的操作以便将它安置在方位角位置90度。具体实施方式典型的风力涡轮机11包括用于支撑机舱21的塔架13，所述机舱21容纳用于将风力涡轮机转子的旋转能量转换为电能的发电机19。风力涡轮机转子包括转子轮毂15而且通常包括三个叶片17。转子轮毂15直接或通过齿轮箱连接到风力涡轮机的发电机19用于将转子产生的转矩传递到发电机19并且增加轴速度以达到发电机转子的合适的旋转速度。风力涡轮机11还包括允许发电机19充当电动机的装置，所述电动机从合适的电源例如在自己的风力涡轮机11中可获得的不间断电源(UPS)装置或风力涡轮机11所连接到的电网接收电力。因此，发电机19可以用作转子驱动装置。风力涡轮机的电力输出由用于调节转子叶片的桨距和发电机转矩的控制系统控制。风力涡轮机的转子旋转速度和电力输出可以因此被控制。为了实施所述调节，控制系统从已知的测量装置接收输入数据例如风速V、发电机速度Ω、桨距角θ、电力P并且将输出数据θref、，Tref分别发送到用于改变叶片17的桨距的桨距促动器系统和用于改变用于电力生产的参考转矩的发电机命令单元。根据本发明的风力涡轮机11还包括转子定位系统，其允许将它安置在特定位置，风力涡轮机11处于测试模式，即风力涡轮机不产生能量，转子和传动系通过风力作用自由地旋转而且制动系统被禁用。特定位置以方位角参考位置Azref表示。例如，方位角位置0度表示风力涡轮机11的叶片1的末端指向天空，方位角位置90度表示在风力涡轮机前面的观察者从外面看风力涡轮机时，叶片1将被顺时针方向旋转90度而方位角位置180度表示叶片1指向地面。转子的方位角位置由位于驱动系的低速侧的传感器测量，其在叶片1处于方位角位置0度时产生脉冲。根据低速轴与高速轴之间的传动比和该脉冲，通过积分计算方位角位置。在本发明的使用PI(比例积分)控制器的一个实施例中，转子定位系统(参看图2)包括：第一PI控制器31，其根据在模块29中获得的方位角误差Azerr以及取决于风速V(使用位于转子轮毂15高度的风速计测量的)的比例增益Kp1和积分增益Ki1来产生发电机参考速度Ωref，所述模块29被配置为根据方位角参考位置Azref和方位角测量位置Azmeas(通过上面所述的传感器测量)来计算方位角误差Azerr。第二PI控制器35，其根据在模块33中获得的发电机速度误差Ωerr以及比例增益Kp2和积分增益Ki2来产生发电机参考转矩Tref，所述模块33被配置为根据发电机参考速度Ωref和测量的发电机速度Ωmeas(依靠过滤器的应用来去除高频分量)来计算发电机速度误差Ωerr。比例增益Kp1，被表示为rpm/deg，在模块43中获得(参看图3)，所述模块43被配置为用取决于在转子轮毂15高度的600s内平均的测量风速Vmean的可变增益值Δv1乘以被表示为rpm/deg的限定第一PI控制器31的比例增益的参数P1来计算比例增益Kp1。所述可变增益值Δv1在模块41中获得，所述模块41被配置为根据使用插值表的Vmean来计算可变增益值Δv1。积分增益Ki1，被表示为s*rpm/deg，在模块45中获得(参看图4)，所述模块45被配置为根据比例增益Kp1和被表示为s的限定第一比例积分控制器31的积分时间的参数P2来计算积分增益Ki1。比例增益Kp2，被表示为Nm/rpm，在模块53中获得(参看图5)，所述模块53被配置为用取决于在转子轮毂15高度的600s内平均的测量风速Vmean的可变增益值Δv2乘以被表示为Nm/rpm的限定第二PI控制器35的比例增益的参数P3来计算比例增益Kp2。所述可变增益值Δv2在模块51中获得，所述模块51被配置为根据使用插值表的Vmean来计算可变增益值Δv2。积分增益Ki2，被表示为s*rpm/deg，在模块55中获得(参看图6)，所述模块55被配置为根据比例增益Kp2和被表示为s的限定第二比例积分控制器35的积分时间的参数P4来计算积分增益Ki2。下面的曲线(参看图7)图示了转子定位系统的操作以便将它安置在方位角位置90度：曲线61表示方位角参考位置Azref(90度)。曲线63表示方位角测量位置Azmeas在时间上的演变。曲线65表示发电机参考速度Ωref在时间上的演变。曲线67表示测量的发电机速度Ωmeas在时间上的演变。曲线69表示方位角误差Azerr在时间上的演变。曲线71表示发电机参考转矩Tref在时间上的演变。如所示的，转子定位系统开始要求20rpm的初始发电机参考速度Ωref和自时间t1的90度的方位角参考位置Azref(曲线61)。一旦方位角测量位置Azmeas(曲线63)在时间t2与方位角参考位置Azref(曲线61)相匹配，控制器31、35被激活以获得将Azref保持在90度所需要的发电机参考转矩Tref(曲线71)。方位角误差Azerr在200s达到0而发电机参考转矩Tref随着时间变化采取正值和负值。本发明的主要优点是它允许风力涡轮机操作的自动化，以将固定的转子维持在一给定的方位角位置一段时间以执行操作，例如转子锁定、人员从直升机进入风力涡轮机以及叶片载荷传感器校准。尽管已经结合各实施例描述了本发明，但根据说明书可以理解的是，在权利要求书限定的本发明的范围内，可以进行元件的各种组合、变型或改进。