[发明专利]风力发电机和用于调整风力发电机中转子叶片桨距角的方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及风力发电机，并且更具体地，涉及用于调整风力发电机中转子叶片桨距角的方法和装置。

背景技术

风能被认为是目前可用的最清洁的、最环保的能源之一，在这一方面，风力发电机已获得广泛关注。现代风力发电机通常包括塔筒、发电机、齿轮箱、机舱以及转子，所述转子包括了一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知翼型原理捕获风的动能并且通过转动能来传输所述动能，以便转动将转子叶片连接到齿轮箱上的轴，或者如果未使用齿轮箱，则转动将转子叶片直接连接到发电机上的轴。随后，发电机将机械能转化成电能，所述电能可以部署到公用设施电网上。

在风力发电机的操作过程中，风力发电机中各种部件因作用在叶片上的气动风力载荷而承受了各种载荷。具体来说，在操作过程中，转子叶片因与风相互作用而经受很大负载并且经受负载频繁改变。例如，风速和风向的改变可以修改转子叶片所经受的载荷。为了减少转子叶片负载，已研发出各种方法和装置以使得转子叶片能够在操作过程中进行变桨。变桨通常允许转子叶片摆脱由此所经受的一部分载荷。

此类用于使转子叶片变桨的方法和装置通常使用控制器，所述控制器基于操作条件来确定转子叶片的合适桨距角。如比例积分微分（“PID”）控制算法等各种控制算法都可用于控制器中。然而，用于确定合适桨距角的已知算法具有多种缺点。例如，通常必须选择用于PID控制算法中各个方程的增益因数，以便平衡利益冲突，即桨距调整系统的响应性与桨距调整系统所执行的工作量。较低增益可减少工作量，由此降低损坏系统的风险，但也降低系统响应性，由此导致系统所无法充分响应的较高极端载荷。较高增益可增加系统的响应性，由此导致较低极端载荷，但也使工作量增加，由此增加损坏系统的风险。

因此，所属领域需要用于调整风力发电机中转子叶片桨距角的改进方法和装置。确切地说，允许针对变化的操作条件对桨距调整系统控制器以及关联控制算法进行特别定制的方法和装置将是有利的。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分阐明，或者可以从描述中清楚，或者可以通过实践本发明来了解。

在一个实施例中，本发明涉及一种用于调整风力发电机中转子叶片桨距角的方法。所述方法包括：监测所述风力发电机的操作值（operational value）；以及将所述操作值提供到控制器，所述控制器使用比例积分微分控制算法来对所述桨距角进行调整。所述方法进一步包括：当所述操作值在第一操作区域（operational region）内时，将用于所述比例积分微分控制算法的增益因数调整成第一增益值；以及当所述操作值在第二操作区域内时，将用于所述比例积分微分控制算法的增益因数调整成第二增益值。所述第二增益值与所述第一增益值不同，并且所述第二操作区域与所述第一操作区域不同。

在另一个实施例中，本发明涉及一种风力发电机。所述风力发电机包括：塔筒；安装到所述塔筒上的机舱；以及连接到所述机舱上的转子，所述转子包括轮毂和多个转子叶片。所述风力发电机进一步包括发电机和多个桨距调整机构，所述多个桨距调整机构中的每个连接到所述多个转子叶片中的一个上。所述风力发电机进一步包括控制器，其与所述多个桨距调整机构中的一个可操作地通信，所述控制器使用比例积分微分控制算法。所述控制器配置用于当所述风力发电机的操作值在第一操作区域内时，将用于所述比例积分微分控制算法的增益因数调整成第一增益值。所述控制器进一步配置用于当所述操作值在第二操作区域内时，将用于所述比例积分微分控制算法的增益因数调整成第二增益值。所述第二增益值与所述第一增益值不同，并且所述第二操作区域与所述第一操作区域不同。

通过参照以下描述和所附权利要求书，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面及优点。附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，示出本发明的各实施例，并与描述一起用于阐述本发明的原理。

附图说明

本说明书参照附图，针对所属领域中的普通技术人员，完整且可实现地公开了本发明，包括其最佳模式，在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的风力发电机的透视图；

图2是根据本发明一个实施例的风力发电机中机舱的内部透视图；

图3是示出根据本发明一个实施例的比例积分微分控制算法的框图；

图4是示出根据本发明一个实施例的用于调整转子叶片桨距角的方法的框图；

图5是示出根据本发明一个实施例的操作值随时间改变的图；

图6是示出根据本发明一个实施例的增益因数基于操作值改变而改变的图；