专利名称：测量风力涡轮机转子尾流中的风向的方法
技术领域：
本发明涉及测量风向的方法和风力涡轮机。
背景技术：
控制和测量上风向风力涡轮机机舱和转子的偏航方向的风向标(wind vane)通常位于转子后的机舱上。来自转子的流扰动会影响从风向标读取读数并且给出导致偏航误差的有偏差的风向测量值。偏航误差是一种涡轮机不指向风，从而导致风向不与转子平面垂直的现象。为了最小化此问题，通常将风向标安装在认为仅具有较小扰动流入气流的位置。
测量风向的更好方法是在转子前面具有检测仪器。这样，所述检测仪器具有自由的流入气流，并且避免来自转子板的尾流(wake)。此外，可以使用安装在毂盖上或涡轮机前方的表面上的压力传感器。然而这两种方案的缺点在于，相比使用传统的位于机舱上的风向标，成本更高。为此，位于机舱上的风向标仍是最常用的方案。风向标可以是机械或声波类型的，或者可以是任意其它类型的。一般而言，使用安装在转子前部毂盖上的压力传感器的毂盖风速计是本领域公知的。此外，安装在毂盖前面的杆上的传统风向标和风速计是公知的。
发明内容
本发明的第一目的是要提供一种用于测量风力涡轮机转子尾流中的风向的改进方法。本发明的第二目的是要提供一种有利的风力涡轮机。第一目的通过权利要求I所述的风向测量方法解决。第二目的通过权利要求10所述的风力涡轮机解决。从属权利要求限定了本发明的进一步改进。本发明的测量风向的方法包括步骤测量风力涡轮机转子尾流中的风向，以及使用至少一个分选参数对所获得的风向信号进行分选(sort)。例如，可以通过位于转子尾流中的装置测量风向。测量风向的装置可以优选位于风力涡轮机的机舱上。有利地，风向标可以用作测量风向的装置。本发明的优点在于，可以最小化风力涡轮机转子的偏航误差。这可以通过改进所测量的风向信号来实现。最小化偏航误差的优点在于，提高发电量以及最小化结构上的载荷。从而，提高经济收益并降低组件成本。风向可以作为分选参数的函数而被测量，并且可以根据分选参数对所测量的风向进行分选。例如，风向可以作为转子方位角的函数而被测量。然后，可以根据转子方位角对所获得的风向信号进行分选。优选地，可以根据表示空气流受干扰的周期(例如时间周期)对风向信号进行分选。在测量位置的空气流会由于例如当转子运转时经过风力涡轮机转子叶片而受到干扰。转子方位角和/或转子转速和/或重力传感器(G传感器)信号和/或载荷传感器信号可以用作分选参数。重力传感器和/或载荷传感器可以位于转子叶片处。换言之，可以测量转子方位角和/或转子转速和/或重力传感器(例如位于转子叶片处)信号和/或载荷传感器(例如位于转子叶片处)信号，用于对所测量的风向信号进行分选。此外，利用偏航控制器可以对风向信号进行分选。一般而言，可以即时地和/或连续地对风向信号进行分选。这样做的优点在于，可以减小测量和获得改进结果之间可能的时间延迟。优选地，可以通过根据至少一个分选参数拣出或去除特定风向信号来对风向信号进行分选。例如，可以去除特定转子方位角度处的风向信号，所述特定转子方位角度可以例如对应于穿过朝向测量位置的空气流的转子叶片。这样做的优点在于，可以去除被转子叶片干扰的信号并且仅拣出与未受干扰的空气流相对应的信号。此外，使用至少一个优化参数可以进一步优化经分选的信号。这进一步改进了所获得的信号并且可以降低偏航误差。
例如，风速信号和/或功率信号和/或桨距角信号和/或载荷单元信号可以用作优化参数。可以测量风速信号和/或功率信号和/或桨距角信号和/或载荷单元信号，以便优化经分选的风向信号。利用所测量的风速来指示经分选的风向标信号是否正确，可以优化经分选的风向标信号。这可以在偏航控制器中通过查找表(例如与风速(优化参数)、转子方位角信号(分选参数)和风向标信号相关的特定查找表数字的加、减、乘和/或除)来完成。一般而言，利用查找表可以优化经分选的信号。本发明的风力涡轮机包括转子和用于测量风向的装置。所述用于测量风向的装置位于转子尾流中。风力涡轮机进一步包括用于分选所测量的风向信号的至少一个装置。其优点在于，可以获得经改进的风向信号，该风向信号仅代表不受干扰的空气流风向。此外，风力涡轮机可以包括用于优化经分选的信号的至少一个装置。这可以进一步改进所获得的风向信号。特别低，基于操作条件，通过使用测量来自风力涡轮机的至少一个优化参数的一个或多个传感器，可以去除风向信号或风向标信号的变化部分。风力涡轮机可以包括风向标，作为测量风向的装置。此外，风力涡轮机可以包括偏航控制器，该偏航控制器包括用于对测量风向信号进行分选的装置和/或用于优化经分选的信号的装置。例如，用于对所测量的风向信号进行分选的装置可以包括重力传感器和/或载荷传感器。重力传感器和/或载荷传感器可以优选位于风力涡轮机转子叶片上。此外，用于优化经分选的信号的装置可以包括载荷单元(load cell)。所述载荷单元可以优选位于风力涡轮机转子叶片上。通过利用本发明，通过改进风向信号(例如风向标信号)、通过利用一个或多个传感器信号对风向信号(分选参数)进行分选和/或结合一个或多个优化传感器信号(优化参数)，可以最小化风力涡轮机转子的偏航误差。
根据下文对实施例所作的描述并结合附图，本发明进一步的特征、性能和优点将变得清楚。所提及的特征可有利地彼此分开或任意结合。图I示意性地示出了一个风力涡轮机。图2以透视图的形式示意性地示出了风力涡轮机的一部分。
图3示意性地示出了将风向作为转子方位角的函数通过风向标进行测量。
具体实施例方式现在将参照图I至3来描述本发明的实施例。
图I示意性地示出了风力涡轮机I。风力涡轮机I包括塔2、机舱3和转子或轮毂4。机舱3位于塔2的顶上。轮毂4包括多个风力涡轮机叶片5。转子或轮毂4安装在机舱3上。此外，可枢转地安装转子4，使得转子4可绕旋转轴线9转动。发电机6位于机舱3内。风力涡轮机I可以是直接驱动式风力涡轮机。机舱3包括面向转子4的近侧19和与转子4相反的远侧20。风向标10位于机舱的顶上，优选靠近远侧20。图2以透视图的方式示意性地示出了风力涡轮机I的一部分。箭头7指示风向。箭头8指示转子4的转动方向。用于测量风向(例如用于控制或计算偏航角)的风向标10位于转子4的尾流中。这意味着，空气流在达到风向标10之前首先经过转子4。到达风向标10处的空气流通常由于转子叶片5的影响而受到干扰。图3示意性地示出了通过风向标10测量的作为转子4方位角的函数的风向。在图3中，X轴表示转子方位角。y轴表示所测量的风向。附图标记11表示所测量的风向信号。所测量的曲线11示出了各部分12，在其处，风速在至少一个转子周期内是近似恒定的。这些部分12代表未受干扰的空气流。这意味着，在特定转子方位角部分测量的风向代表了也出现在风力涡轮机I的环境中的风向。此方向不受转子叶片5影响。在本实施例中，三叶片式转子4在每转动120度的每个叶片经过位置产生干扰。在图3中，在转子方位角为120°、240°、360°等时，转子叶片经过风向标10并且干扰朝向风向标10的空气流。在对应叶片经过位置14的这些角度附近的转子方位角区域中，所测量的风速显示快速变化的信号。这些信号不相当于风力涡轮机环境中的实际方向，并且不能用于进一步的偏航角计算或偏航控制。去除受干扰的测量信号14，并拣出未受干扰的测量信号13，用于进一步计算。由于风向标测量的风气流在每个叶片经过位置处受到干扰，因此转子方位角信号(转子角)可以用于分选即时和连续存储的实时/历史风向标信号。通过在特定转子方位角度拣出或去除特定的风向标信号可以即时或连续地存储风向标信号，例如，如图3所示。这可以通过用于控制风力涡轮机I转子4和机舱3的偏航角的偏航控制器直接完成。利用例如所测量的风速来指示所分选的风向标信号是否正确，可以进一步优化所分选的风向标信号。这可以在偏航控制器中通过查找表(例如与风速(优化参数)、转子方位角信号(分选参数)和风向标信号相关的特定查找表数字的加、减、乘和/或除)来完成。去除一部分偏航信号或风向信号可以通过各种方式来实现。下表示出不同的选择
权利要求
1.一种测量风向(7)的方法，包括步骤 测量风力涡轮机转子(4)尾流中的风向，以及 使用至少一个分选参数对所获得的风向信号进行分选。
2.根据权利要求I所述的方法，其中 根据表示空气流受干扰的周期的信号，对所述风向信号(11)进行分选。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中 将转子方位角和/或所述转子的转速和/或重力传感器的信号和/或载荷传感器的信号用作分选参数。
4.根据权利要求I至3之一所述的方法，其中 即时地和/或连续地对所述风向信号进行分选。
5.根据权利要求I至4之一所述的方法，其中 通过根据所述至少一个分选参数拣出或去除特定风向信号来对所述风向进行分选。
6.根据权利要求I至5之一所述的方法，其中 将所述风向(7)作为所述转子(4)的方位角的函数进行测量，并且根据所述转子的方位角对所测量的所述风向信号进行分选。
7.根据权利要求I至6之一所述的方法，其中 使用至少一个优化参数优化经分选的信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中 将风速信号和/或功率信号和/或桨距角信号和/或载荷单元信号用作优化参数。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中 通过利用查找表来优化经分选的信号。
10.一种风力涡轮机(1)，包括转子(4)和测量所述转子的尾流中的风向的装置，其中 所述风力涡轮机(I)包括用于对所测量的风向信号进行分选的至少一个装置。
11.根据权利要求10所述的风力涡轮机(1)，其中 所述风力涡轮机(I)包括用于优化经分选的信号的至少一个装置。
12.根据权利要求10或11所述的风力涡轮机(1)，其中 所述风力涡轮机(I)包括风向标(10)，该风向标(10)用作测量风向(7)的装置。
13.根据权利要求10至12之一所述的风力涡轮机(1)，其中 所述风力涡轮机(I)包括偏航控制器，所述偏航控制器包括用于对所测量的风向信号进行分选的装置和/或用于优化经分选的信号的装置。
14.根据权利要求10至13之一所述的风力涡轮机(I)，其中 所述用于对所测量的风向信号进行分选的装置包括重力传感器和/或载荷传感器。
15.根据权利要求10至14之一所述的风力涡轮机(1)，其中 用于优化经分选的信号的装置包括载荷单元。
全文摘要
本发明涉及测量风力涡轮机转子尾流中的风向的方法。具体地，描述了一种测量风向(7)的方法，所述方法包括步骤测量风力涡轮机转子(4)尾流中的风向，以及使用至少一个分选参数对所获得的风向信号进行分选。
文档编号G01P13/02GK102749478SQ201210114080
公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者S.O.林德 申请人:西门子公司