[发明专利]风力涡轮机及其降低转子不平衡载荷的控制方法

说明书

本发明涉及一种风力涡轮机及其降低转子不平衡载荷的控制方法，该风力涡轮机包括若干安装在轮毂上的叶片、安装在每一个叶片上的微型惯性测量单元及控制系统。该微型惯性测量单元用于感应对应安装位置处的参数信号。该控制系统包括：风速计算单元，用于基于该感应的参数信号计算每一个叶片对应位置处的风速；风切变计算单元，用于基于计算出来的风速计算特征切变指数；桨叶角补偿命令计算单元，用于基于计算出来的特征切变指数计算若干对应叶片的桨叶角补偿命令；及桨叶角控制单元，用于基于计算出来的桨叶角补偿命令调整每一个叶片的桨叶角。

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机（wind turbine），特别涉及一种用于降低风力涡轮机转子不平衡载荷的控制系统及方法。

背景技术

随着环保意识的增强，越来越多的国家开始大力发展清洁能源，风能就是其中一种，而利用风力涡轮机即可将风能转化成电能。典型的风力涡轮机通常包括三个跨度非常大的转子叶片（rotor blade），这些叶片对称的安装在一个轮毂（hub）上，从而组成一个转子（rotor）。工作时，这些叶片在风能的推力下旋转，然后产生传动扭矩以转动与转子连接的主轴(main shaft)，进而驱动发电机进行发电。该主轴和发电机等元件被安装在一个机舱（nacelle）内，该机舱又被旋转地安装在一个塔架（tower）上，该塔架与该机舱之间具有一个偏航系统（yaw system），可实时调节该机舱的方向，以便使叶片处于最佳的风向位置（如垂直风向）以获得最大的传动扭矩。

在一些特定环境下，风向的改变可能非常快或很突然，以至于偏航系统来不及调整叶片最佳的风向位置，即产生偏航误差（yaw error）或其他类似状况，如此一来可能会导致三个叶片转子上的负载不均衡（即转子不平衡载荷），这种转子不平衡载荷状态可能会持续一段时间，若在此时间段内风力涡轮机仍继续工作的话，可能会损坏风力涡轮机上的元件。

所以，需要提供一种新的控制系统及方法，用于降低风力涡轮机上的转子不平衡载荷。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括：

转子，该转子包括若干安装在轮毂上的叶片；

安装在每一个叶片上的微型惯性测量单元，用于感应对应安装位置处的参数信号；及

控制系统，包括：

风速计算单元，用于基于该感应的参数信号计算每一个叶片对应位置处的风速；

风切变计算单元，用于基于计算出来的风速计算特征切变指数；

桨叶角补偿命令计算单元，用于基于计算出来的特征切变指数计算若干对应叶片的桨叶角补偿命令；及

桨叶角控制单元，用于基于计算出来的桨叶角补偿命令调整每一个叶片的桨叶角。

本发明的另一个方面在于提供一种控制方法，用于降低风力涡轮机上的转子不平衡载荷，该转子包括若干安装在轮毂上的叶片，该方法包括：

通过微型惯性测量单元感应该风力涡轮机上每一个叶片上的参数信号；

基于该感应的参数信号计算每一个叶片对应位置处的风速；

基于计算出来的风速计算特征切变指数；

基于计算出来的特征切变指数计算若干对应叶片的桨叶角补偿命令；及

基于计算出来的桨叶角补偿命令调整每一个叶片的桨叶角。