用于计算和校正风力涡轮机发电场中的迎角的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于测量和调节发电场的风力涡轮机的叶片上的风的入射角(其已知为迎角)的方法。迎角对于风力涡轮机的产量特别重要，因此在安装风力发电场的风力涡轮机时的调节方法是至关重要的。
[0002]本发明特别应用于可再生能源产业的领域。
【背景技术】
[0003]当借助风力涡轮机安装用于产生风能的发电场时，初始问题是采用建造设计和作业条件中定义的适当的参考迎角安装风力涡轮机中的叶片。换言之，例如，当风力涡轮机的控制系统指示0°时，必须确保其中已经实际定义了 0°的叶片的截面具有该迎角。
[0004]用作叶片的参考的这个角经常与风力涡轮机被设计成的、并且通过其获得最优产量的设计角不同。由于处理具有这样巨大尺寸和吨位的部件比较困难，当在风力涡轮机中安装叶片时安装它们需要难以实现的精确度。这些调节借助叶片和轮轴上各自的标记是工厂预置的。
[0005]轮轴中存在某些机械元件，允许叶片的入射角随风变化，所述角也称为迎角或桨距角。最后，这些系统使叶片围绕其自身的纵轴旋转。
[0006]在现有技术中，桨距控制系统(pitch control system)主要使用两种技术:液压技术和电子技术。在风力涡轮机中通常使用液压桨距。而电动桨距则越来越多地用于大功率风力涡轮机设施，因为其在调节和控制方面比液压系统提供更好的特征。
[0007]电动控制系统允许持续地调节叶片的迎角，但是电动控制系统不指示如下值:其必须位于该值处以优化其位置。
[0008]桨距控制系统通常用于在风力超过特定设计水平时限制风力涡轮机的额定功率。为了防止叶片、甚至风力涡轮机自身被损坏，主要借助两个系统限制该接收的功率。这样方法中的一种方法是通过修改桨距使得叶片相对于风的方向的迎角被减小，甚至对于极端风速情况为零，叶片在这种情况下被放置在标记位置(flag posit1n)。其他系统通过对于叶片的旋转使用制动器。尽管开始时成本更高，但是该方法具有允许风力涡轮机操作的优点，即使在极端风情况下，因为叶片以这样的速度旋转:通过制动器将叶片限制在该速度。该方法用在其中叶片被固定并且桨距不能被调节的装置中。
[0009]可以提及以下两个专利文件作为最接近本发明的现有技术。
[0010]专利文件AU2011201621A1公开了一种叶片可以围绕其轴旋转的风力涡轮机。因此，通过改变叶片相对于风的方向的角度，可以获得用于使使产生的功率最大化的最有利的位置。
[0011]专利文件ES2381094A1公开了一种用于监控风力涡轮机的产量的方法，在该风力涡轮机中，叶片也可以根据相对于依赖风速的发电机的速度的功率曲线围绕其轴旋转。
[0012]在这两个专利文件中，可以通过针对不同桨距角进行测试知道叶片必须被放置的最佳值。
[0013]然而，在这样情形中，安装期间调节风力涡轮机中的叶片的方式以及一旦叶片被安装叶片所保持的位置是基于预设标记，但是不进行确保叶片在正确位置的最终校准测量。因此，如果以彼此之间具有不同角度的方式安装叶片或者以与风力涡轮机的初始安装中的最佳桨距不对应的值安装叶片，这种情况将持续贯穿风力涡轮机的寿命，并且对桨距进行的任何随后的监控或调节将被不正确地参考。
[0014]当前用于尝试解决(总是在事后)使所有叶片处于相同的相对位置并且具有与被设计的角度一致的绝对角度的问题的方法是使用基于借助照片的测量的方法(主要用于当问题是视觉上明显的或者风力涡轮机产量有严重问题时，总是在事后)。因此，借助这些照片中看到的不同叶片的位置确定风力涡轮机的不同叶片的相对位置。叶片的设计和所述设计中指示的叶片的最大弦节距与照片中看到的进行比较并且确定叶片的绝对偏差。除了对离岸风电场完全无用之外，该方法相当不成熟并且提供非常小的测量精度，在离岸风电场中，必须在浮动平台上进行拍摄，这在位置和移动方面进一步缺乏精度。
[0015]本发明解决了这些问题，公开了一种用于测量和校正最佳桨距的处理，用于对新的风力发电场的安装中或者风力涡轮机中叶片的后期检查中对风力涡轮机的叶片进行定向。
【发明内容】
[0016]本发明公开了一种用于测量和校正包括塔、机舱、轮轴和叶片的风力涡轮机发电场中的迎角的方法，其中，测量由发电场的每个风力涡轮机产生的功率，使得将模型风力涡轮机定义为产生最大功率的风力涡轮机。在模型风力涡轮机的第一叶片中创建由X轴、Y轴、Z轴和原点G定义的坐标系GXYZ。随后计算Y轴与叶片的两个已知点形成的直线之间形成的角度，以获得参考角(α)。将迎角计算为该参考角的余角。
[0017]根据下面列出的步骤产生参考坐标系GXYZ:
[0018]-测量机舱附接到轮轴处的、所述机舱的正面的至少三个点，以定义AB平面；
[0019]-测量所述第一叶片与轮轴的附接的圆周轮廓的至少三个点，以定义圆形部分，该圆形部分的中心G为该第一叶片的坐标系的原点；
[0020]-将X轴定义为垂直于圆形部分并且通过原点G的轴；
[0021]-将Y轴定义为垂直于X轴、平行于AB平面并且通过所述原点G的轴；
[0022]-将第三Z轴定义为垂直于先前定义的X轴和Y轴并且通过所述原点G的轴。
[0023]随后在模型风力涡轮机的剩余的叶片中创建参考坐标系GXYZ，使得在模型风力涡轮机的每个叶片中定义坐标系。
[0024]在模型风力涡轮机的第一叶片中、在X轴方向上距离原点G任一距离处对用于定义第一叶片的横截面的一系列点进行测量，从而获得第一叶片的两个点的位置，连接这两个点的直线是参考直线。
[0025]存在这样的情形，在风力涡轮机的叶片的设计中提供第一叶片的X轴上距离原点G的任何距离，在该任何距离处布置有其中参考角(α)的值是已知的横截面。
[0026]在这种情况下，如果第一叶片的横截面是对称的，则两个点是叶片的前缘的中点和叶片的后缘，连接这两个点的直线是弦，其与叶片的对称轴重合。如果第一叶片的横截面是非对称的，但是弦通过风力涡轮机的设计是已知的，则通过在第一叶片的截面上绘制中心在所述后缘(22)中并且具有半径的圆周的弧来获得所述弦，在设计中示出了该弦的值，得到的弦是从该中心到圆周的弧与前缘的圆周的切点的直线。
[0027]如果没有特别关于角度或弦的值的可用信息，在第一叶片的横截面是非对称的情况下，测量离横截面中在第一叶片的X轴上距离原点G的任何一个距离处的两个已知点以计算参考直线。这些点是第一叶片的横截面中的前缘的圆周的中心，该截面的属于X轴的点，或者换言之，原点G在该截面中的投影。
[0028]在所有上述情形中，已经考虑，风力涡轮机的叶片描述了前缘中的完美附接，其通过圆形曲线被定义在横截面中，基于该圆形曲线，定义了在搜索可以一起工作的参考时所涉及的所有参数。
[0029]然而，还没有考虑从两个纵向附接的壳创建叶片的制造情形。在这些情形中，形成叶片的两个壳的附接借助非圆的曲线、沿前缘被界定在叶片的横截面中。
[0030]在这种情况下，考虑叶片的横截面是非对称的最普遍情况，测量横截面中的第一叶片的X轴上距离原点G任何一个距离处的两个点以计算参考直线。这些点是第一叶片的横截面中属于X轴的点，或者换言之，原点G在该截面中的投影、以及以先前点为中心的绘制的圆周与叶片的前缘的切点。该参考直线从而定义了与Y轴的参考角，参考角的余角是第一叶片的迎角。
[0031]—旦确定第一叶片中的参考角的值，测量模型风力涡轮机的剩余叶片中的参考角。在模型风力涡轮机的所有叶片具有不同于参考角的值的情况下，考虑由针对模型风力涡轮机的所有叶片计算的参考角的算术平均值给出的模型参考角。当模型风力涡轮机的至少两个叶片具有与参考角相同的值时，该值被认为是模型参考角。
[0032]—旦确定模型参考角的值，则在新的风力涡轮机的每个叶片中、在沿X轴方向上距离原点G相同距离处测量参考角，并且在所有叶片中调节参考角直到被布置为具有模型参考角的相同的值。
[0033]最后，测量并且调节风力发电场的其余风力涡轮机的所有叶片的参考角的值，直到被布置为具有模型参考角的相同的值。
【附图说明】
[0034]为了完成所描述的发明并且出于有助于更好理解所描述方法的特征的目的，附上一组图，其中，以说明性而非限制性的特征描述以下附图:
[0035]图1描述了风力涡轮机的侧视图；
[0036]图2描述了风力涡轮机的正视图；