[发明专利]风力涡轮机以及操作架设在水体中的风力涡轮机的方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及用于操作风力涡轮机的方法和系统，并且更具体地涉及用于减小架设在水体中的风力涡轮机的振动的方法和系统。

背景技术

至少一些已知的风力涡轮机包括塔架和安装在塔架上的机舱。转子可旋转地安装在机舱上并且通过轴与发电机连接。多个叶片从转子延伸。叶片被定向成经过叶片的风使转子转动并使轴旋转，由此驱动发电机进行发电。

过去，风力涡轮机常常被安装在陆上，以允许使用熟知的建造方法并且还容易接近和维护。然而，在一些国家，陆上场地的可用性变小。此外，陆上风力涡轮机对住在涡轮机场地附近的居民造成的环境影响对陆上涡轮机强加了例如尺寸限制。为了这些和其它原因，在近些年，海上风力涡轮机场地(即位于水体中的场地)吸引了越来越多的关注。然而，海上风力涡轮机遭遇了陆上风力涡轮机未经历的特定挑战，这些挑战引起需要解决的技术问题和物流问题。这些问题中的一些与海上风力涡轮机和其周围的水体之间的相互作用相关。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种用于操作架设在水体中的风力涡轮机的方法。所述方法包括：在运行期间测量所述风力涡轮机的振动；识别所述测得的振动中的至少一个周期性分量，其中所述周期性分量与所述水体和所述风力涡轮机的相互作用相关联；以及，操作所述风力涡轮机的至少一个控制器使得水致(引起)的振动减小。

识别所述至少一个周期性分量的步骤包括对所述测得的振动进行快速傅里叶变换，及识别与所述风力涡轮机相互作用的水波的频率、到来的方向、波长或者峰值高度。所述风力涡轮机包括机舱和安装在所述机舱上的风转子，所述机舱安装在从支撑结构延伸的塔架上，并且，测量频谱包括测量所述机舱、所述风转子、所述塔架或者所述支撑结构的振动。所述至少一个周期性分量是塔架本征频率或者支撑结构本征频率，还可以是所述支撑结构的卡门涡街的旋涡脱落频率。所述至少一个控制器是变桨控制器，并且，对所述变桨控制器进行操作以将所述风力涡轮机的至少两个转子叶片调节成不同的桨距角，以便减小所述水致振动。或者，所述至少一个控制器是偏航控制器，并且，所述偏航控制器适于调节所述风力涡轮机的偏航角，以便减小所述水致振动。而且，所述至少一个控制器还可以是发电机控制器，并且，所述发电机控制器适于调节所述风力涡轮机的发电机的电转矩，以便减小所述水致振动。对所述至少一个控制器进行操作，以减小所述风力涡轮机的所述机舱的前后运动。在架设所述风力涡轮机之前，模拟在工程场地与所述风力涡轮机相互作用的波和水流，并且在所述风力涡轮机运行之前，将所述模拟数据至少部分地存储在所述至少一个控制器中。所述方法还包括将所述测得的振动与所述模拟振动进行比较；以及，在风速或者风向与波频率、波方向、波高度、平均波动量、平均波功率密度、水流频率或者水流流量中的至少一个之间建立经验相关性，其中，所述至少一个控制器的操作基于所述经验相关性。

在另一个方面，本发明提供一种在风力涡轮机中减小水致振荡的方法。该在风力涡轮机中减小水致振荡的方法包括：在所述风力涡轮机的第一位置处提供至少一个机械振荡传感器；在所述风力涡轮机的运行期间，从所述至少一个机械振荡传感器读取振荡数据；确定所述风力涡轮机的水致周期性振荡；以及，控制所述风力涡轮机的桨距角、偏航角或者发电机转矩，使得所述水致周期性振荡的振幅减小。

为了确定所述水致周期性振荡，将从所述机械振荡传感器读取的所述振荡数据与模拟或者经验数据进行比较。所述的方法还包括测量实际风速，以及为了确定所述水致周期性振荡，将所述实际风速与模拟或者历史风速数据进行比较。

在另一个方面，本发明还提供一种风力涡轮机。风力涡轮机包括：用于支撑所述风力涡轮机的支撑结构；安装在所述支撑结构上的塔架；安装在所述塔架的顶部上的机舱；安装在所述机舱上的转子毂，其中至少两个转子叶片连接在所述转子毂上；允许对所述至少两个转子叶片的各桨距角进行调节的浆距驱动系统；用于测量所述风力涡轮机的振动的至少一个传感器；以及，风力涡轮机控制系统，其适于从所述至少一个传感器接收测量数据，并且适于对所述测量数据进行分析以识别水致振动形式/模式，其中所述控制系统还适于控制所述浆距驱动系统以调节至少一个转子叶片的至少一个桨距角，使得所述水致振动形式振动减小。

所述风力涡轮机还包括允许对所述风转子的偏航角进行调节的偏航驱动系统，其中，所述控制系统还适于控制所述偏航系统以调节所述风力涡轮机的所述偏航角，使得所述水致振动形式减小。所述至少一个传感器是加速度计或者应变计。所述至少一个传感器被定位在所述支撑结构、所述机舱、所述塔架、所述支撑结构与所述塔架之间的界面或者平均水位处。