[发明专利]控制风力涡轮机的方法及风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明总体上涉及风力涡轮机，更具体地，本发明涉及一种控制风力涡轮机以便将冰或其它外来材料从叶片去除的方法，以及涉及一种如此控制的风力涡轮机。

背景技术

作为可再生形式能源的风能对环境影响小，因而近年来已获得更多的认可。作为风力捕获装置，叶片设计成利用清洁且光滑的表面提供最大的提升效率。灰尘、冰等的存在通常会降低产能效率。在特定场所尤其是在特定天气状况下，冰积累得非常严重从而尽管存在理想的风力状况，所述冰也防止涡轮机产出功率。此外，由于冰和/或灰尘造成的转子不平衡会导致叶片和传动系二者的应力。

用于保持叶片清洁的现有技术具有各种缺点。例如，采用专门制作的车辆和工具用于叶片清洁，但是这要求使用额外的工人和工具用于清洁。

发明内容

本发明的目的是至少部分地克服现有技术的以上缺点和缺陷，并提供一种高效且节约成本地将外来材料从叶片去除的方法和系统。

上述目的连同从以下说明将变得显而易见的众多其它目的、优点和特征一起通过根据本发明的解决方案、借助对具有至少一个叶片和控制器的风力涡轮机进行控制以实现将冰或其它外来材料从叶片去除的方法来实现，所述方法包括：通过安装在叶片上以及通信地耦接至控制器的传感器检测附着于叶片的冰或其它外来材料的位置；通过控制器基于所述冰或其它外来材料的位置来确定待激发的叶片的共振模态；以及将叶片激发到期望的共振模态；其中所述共振模态是一种高于一阶共振模态的共振模态。

通过选择待激发的叶片的相关的一个或多个共振模态，叶片能被激发以在优化模态下振动，以便将冰或诸如灰尘的其它外来材料从识别出的位置去除(为简洁起见，下文中术语“激发”或类似表述应理解为并非限制于以观察到共振现象的最大幅值的精确频率来激发，而且还包括以接近所述最大幅值的精确频率的频率来激发)。

而且，考虑到由于共振对叶片的潜在损伤，选择优化模态能高效地避免对叶片的损伤，因为共振模态的阶数越高，振动的幅值就越低，因而对叶片的潜在损伤就越小。

在一个实施方式中，确定共振模态的步骤包括将冰或其它外来材料的位置与叶片在各种共振模态下的共振节点比较；以及基于相对于检测到的冰或其它外来材料的位置的共振节点位置来确定共振模态。被选择的共振模态是一个具有最接近于冰或其它外来材料的位置的一个或多个节点的模态。在另一个实施方式中，确定共振模态的步骤包括将冰或其它外来材料的位置与叶片在各种共振模态下的最大位移方位比较；以及基于最大位移位置相对于外来材料位置的方位来确定共振模态。被选择的模态可以如下：对于该模态而言，最大位移位置可以是最接近于外来材料的一个或多个位置的位置或是与外来材料的一个或多个位置最佳匹配的位置。

待激发的叶片的共振模态可包括两个或更多的共振模态。

在一个实施方式中，如果在叶片根部、叶片末梢以及中间区域上检测到外来材料，那么二阶共振模态将被激发；而如果在几乎整个叶片上检测到外来材料，那么四阶或更高阶的共振模态将被激发。

各种共振模态可包括挥舞共振、摆振共振或扭转共振，或是它们的任意组合。

在一个实施方式中，叶片的共振通过叶片变桨距系统来激发，所述叶片变桨距系统使得叶片绕其轴线旋转，并且所述叶片变桨距系统通信地耦接至控制器。优选地，叶片变桨距系统在待激发的共振模态的固有频率附近扫描。更优选地，叶片变桨距系统使得叶片以确定的共振模态的固有频率或接近于该固有频率变桨距一短时间段，暂停，然后重复变桨距过程，以避免对叶片损伤的风险。

在另一个实施方式中，叶片的共振通过叶片变桨距系统来激发，所述叶片变桨距系统使得叶片绕其轴线旋转，并且所述叶片变桨距系统通信地耦接至控制器，并且叶片变桨距系统在确定的两个或更多共振模态的固有频率附近扫描。

叶片的共振还可通过接附在叶片上的或独立于叶片的外部激发器来激发。

在一个实施方式中，检测附着于叶片的外来材料的位置通过安装在叶片上的传感器(例如光学传感器)来完成。

所述方法可重复地实施直到所有的外来材料被满意地去除为止。

本发明还要求保护一种风力涡轮机，其包括：至少一个叶片，其具有安装在其上的用于检测附着于叶片的冰或其它外来材料的传感器；叶片变桨距系统，其使得叶片绕其轴线旋转；控制器，其通信地耦接至叶片变桨距系统和传感器，所述控制器能根据检测到的外来材料的位置来控制叶片变桨距系统，以将叶片激发至高于一阶共振模态的一个或多个共振模态。