[发明专利]风力涡轮机叶片倾斜角的适应性调节

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生电能的风力涡轮机领域。具体而言，本发明涉及一种 用于确定风力涡轮机的叶片倾斜角的初始值质量(quality)的方法。进一步，本 发明涉及一种用于确定风力涡轮机的叶片倾斜角的初始值质量的控制系统、一 种风力涡轮机和一种用于控制上述叶片倾斜角质量确定方法的计算机程序。

背景技术

风能作为补充甚至完全替代其他类型的能源-例如化石燃料的可行选择正 逐渐被人们认可。在风能的早期发展中，大多数风力涡轮机构造为以恒定速度 运行。然而，近来的趋势是朝着使用变速风力涡轮机发展以更好地获得可利用 的风能。在大多数情况下，可以调节风力涡轮机的叶片倾斜角，以控制变速风 力涡轮机的运行。

风力涡轮机的制造者使用变速风力涡轮机在较宽风速范围内获得可利用的 风能。为了有效操作，这些变速风力涡轮机需要主动控制系统以便对不断变化 的风力和其他运行条件作出反应。一种对风力发电机的控制动力学而言很重要 的原理是，由于涉及大的惯性值，因此改变速度是一个相对缓慢的过程，这使 得在风力涡轮机或风力涡轮机的发电设备中使用能量转换器来控制推进器速度 变得困难。结果，变速风力涡轮机的制造者和使用者还使用叶片倾斜角控制作 为实时基础来调节高速限值下的功率流。换句话说，控制系统被用于响应于推 进器的速度而快速改变倾斜角，并且已经作了很大努力来改善这种实时的倾斜 角控制系统。

风力涡轮机的功率系数C_P是通过推进器传送至风力涡轮机的低速轴的机械 能的度量标准。C_P定义为接收到的机械能与可利用的风能的比值。

WO2007123552公开了一种适应性控制方法，该控制方法用于在变速条件 下操作风力涡轮机，以便调节叶片倾斜角，用以更好地获得可利用的风能。该 方法包括确定风力涡轮机运行一段时间所获得的能量。在这段时间里，可利用 的风能也通过风力传感器来确定，该传感器安装在例如风力涡轮机的柱子上。 接着，基于所获得的能量与可利用风能的比值来确定功率系数C_P。所述适应性 控制方法继续通过用倾斜角增量更改现有叶片倾斜角的设定值来产生叶片倾斜 角信号，该信号用于设定风力涡轮机中的一个或多个叶片的叶片倾斜角。接着， 在下一时间段或第二时间段内确定所获得的能量C_P和可利用的风能。然后功率 系数C_P在第二时间段内被确定，并且与早先的功率系数进行比较。基于该比较， 产生下一个叶片倾斜角信号，以便为叶片设定新的倾斜角，该新的倾斜角与现 有倾斜角相差下一个或第二倾斜角增量。具体地说，如果功率系数增大(即， 第二功率系数大于第一功率系数)，则保持原先的倾斜角增量信号，并且将下一 个倾斜角增量增加到现有的叶片倾斜角中。如果功率系数减小，那么在将倾斜 角增量增加到叶片的现有叶片倾斜角之前，改变该倾斜角增量信号。在另一个 适应性时间段已经过去之后，该方法继续确定下一个功率系数C_P并且通过倾斜 角增量进一步更改叶片倾斜角。所述的已知叶片倾斜角调节方法的缺点在于它 依赖于两个完全不同的测量过程，即用于实际获得的功率的测量和理论上可利 用的风能的测量。即便这些测量过程中仅有一个失效，也将导致整个叶片倾斜 角的调节方法产生不合理的结果。

因此需要改进叶片倾斜角的调节方法，以使其更加可靠。

发明内容

该需要可通过根据独立权利要求所述的主题来满足。本发明的优选实施方式 将通过从属权利要求描述。

根据本发明的第一方面，提供一种确定风力涡轮机的叶片倾斜角的初始值质 量的方法。所提供的方法包括：(a)测量由风力涡轮机在叶片倾斜角具有初始 值时获得的初始功率，(b)通过第一预定角度变化在第一方向上使叶片倾斜角从 初始值变化至第一值，(c)测量由风力涡轮机在叶片倾斜角具有第一值时获得 的第一功率，(d)通过第二预定角度变化在第二方向上使叶片倾斜角从第一值变 化至第二值，该第二方向与第一方向相反，(e)测量由风力涡轮机在叶片倾斜角 具有第二值时获得的第二功率，(f)计算第一功率和第二功率之间的功率差，和 (g)基于该计算的功率差确定初始值质量。