[实用新型]风力发电设备

说明书

技术领域

本实用新型还涉及一种风力发电设备，带有可通过风驱动并且绕水平或基本上水平定向的转子轴线转动的转子，该转子包括多个转子叶片，所述转子叶片分别在横向于或基本上横向于转子轴线延伸的叶片轴线的方向延伸，该风力发电设备还带有一摇转角调节驱动器，借助于该驱动器可使转子绕垂直或基本上垂直定向的摇转轴线以摇转角速度转动，其中，通过转子绕摇转轴线的转动导致转子叶片的回旋负荷，并且该风力发电设备还包括叶片角调节驱动器，借助于该驱动器可使转子叶片绕其叶片轴线转动。

背景技术

能提供多兆瓦电功率的现代风力发电设备也可以称为多兆瓦设备，包括可转动地支承在转子上的转子叶片，因此通过改变相对转子的叶片角可以为每个转子叶片改变风的入流角。

按照用于运行风力发电设备的第一种方法，向所有的转子叶片控制器发出唯一一个叶片角度偏差，因此所有转子叶片的叶片角进行共同改变。反之，按照用于运行风力发电设备的第二种方法，使用单独的叶片角控制器，其也称作IPC，因此可为每个转子叶片单独设定叶片角。在理想情况下可以通过使用IPC减小能量开销，因为要么是初始投资成本由于风力发电设备的结构元件的大量减小而能够得以降低，要么是年度能量产出由于较长的转子叶片得以提高。

然而，IPC不是成熟的技术，而是不断发展的主题。这种发展的目的是减小由于剪切力和风的涡流短时间在转子叶片上出现的负荷。用于减小这种负荷的已知的和使用IPC的控制策略要么以评估由一个或多个转子叶片获得的负荷信号、膨胀信号或加速度信号为基础，要么以评估风力发电设备支承转子的主轴的变形为基础。

US 6361275B1公开了一种基于叶片表面上的叶片负荷传感器或风速传感器的、单独的叶片角控制装置，用于减小由于风速局部的、暂时的峰值在部分转子区域导致的负荷。

WO 01/33075A1记载了一种基于转子叶片上的机械负荷的、单独的叶片角控制装置，以便使风力发电设备接近其设计极限运行，而不超过该极限。

按照WO 2004/074681A1，为改善风力发电设备的稳定性，在每个转子叶片前的局部测量流动特性(例如通过长的、向前背离叶片延伸的并且支承风速计的臂)，使得疲劳应力和转子叶片-塔-交替作用的风险得以减小。

WO 2008/041066A1公开了一种用于减小由风剪切力和摇转角的失调形成的力矩的单独叶片角控制装置，其中，根据测得的作用在转子叶片上的力矩进行叶片角的控制，以便减小测得的力矩与(存储在存储器中)的额定值的偏差。

WO 2008/087180A2记载了一种用于减小转子不对称的负荷的单独叶片角控制装置，其中，叶片角控制根据测得的主轴变形进行(用膨胀测量带测量)。

US 7118339B2公开了一种单独的叶片角控制器以及一种摇转角控制器，其以转子叶片负荷测量或主轴偏移测量为基础，使得通过摇转将风力发电设备处于有利的朝向，其中，使用单独的叶片角控制装置以减小额外的、不对称的转子负荷(也就是疲劳应力)。此外还公开了通过预定的摇转角偏差来运行风力发电设备，以便抑制不对称的转子负荷。

WO 2008/119351A2记载了一种用于产生转子力矩的单独叶片角控制器，所述转子力矩与重力矩相反，使得主轴轴承的负荷得以减轻。

根据上述文献，试图通过减小疲劳应力以间接的方式降低能量开销，使得风力发电设备的结构承载能力能够减小(例如通过减小重量)。但为了能够减小结构的承载能力，也必须降低其他负荷，如风力发电设备在其使用寿命中经受的极端天气负荷。否则，通过IPC可实现的优点完全或部分失去。出于该原因以及其它原因，IPC当前不在商业层面上应用。

因此存在对这样一种IPC系统的需求，借助于该系统能够降低能量开销，并且该系统可在最低程度地改变具有当前设备设计的风力发电设备结构的情况下应用。

与运行风力发电设备相关的另一领域(然而不是前述文献的主题)涉及摇转角偏差的效果。摇转角偏差定义为风方向和转子轴线之间的角度。然而，在确定摇转角偏差时不考虑风速的垂直分量，因为转子轴线的倾斜在风力发电设备的运行过程中不会改变(对于商用的风力发电设备转子轴线通常向上倾斜例如5°)。因此，为确定摇转角偏差仅考虑风速在水平面中的分量。通过风力发电设备的转子的摇转可以将摇转角偏差减小到零(在恒定的风条件下)。