[发明专利]用于风力发电机载荷控制的系统和方法

说明书

本发明公开一种用于风力发电机载荷控制的系统和方法。所述方法包括：选择用于载荷监控的多个风力发电机部件；为每个所选部件定义载荷包络线并且将所述载荷包络线存储在控制器内，所述载荷包络线定义对应部件的最大可接受载荷能力，所述最大可接受载荷能力可以等于或接近所述部件的设计能力；直接或间接监控所选部件上的载荷并且产生对应的载荷信号，所述载荷信号传输到所述控制器；使用所述控制器，确定作用于每个所选部件上的载荷是否在所述部件的对应载荷包络线内；以及所述控制器在任一所选部件上的载荷超出所述部件的载荷包络线时启动校正操作。

技术领域

本发明总体上涉及风力发电机，确切地说，涉及一种实现风力发电机的实时载荷控制以提高风力发电机的整体能力和性能的系统和方法。

背景技术

风能被视作目前可用的最清洁且最环保的能源，为此风力发电机越来越受关注。现代风力发电机通常包括塔架、机舱、转子、发电机和齿轮箱。所述转子通常包括可旋转的轮毂以及一片或多片转子叶片。所述转子叶片使用已知的翼型原理捕获风中的动能并且以旋转能形式传输所述动能，以便转动将转子叶片连接到齿轮箱的轴，或者如果未使用齿轮箱，转动直接连接到发电机的轴。发电机随后将机械能转换成电能，所述电能可以部署到电网上。

风力发电机及其部件必须设计成能够经受运行期间产生的各种载荷。对于风力发电机而言，术语“部件”或“多个部件”定义为任意风力发电机功能部件，包括，但不限于，塔架、机舱、转子、发电机、轮毂、轴、转子叶片、变桨轴承或驱动器、偏航轴承或驱动器、发电机机架、底座、塔基或者可能承受载荷的任何风力发电机部分。

风力发电机部件通常基于各种模拟进行设计，这些模拟表示可能在风力发电机寿命中出现的多种事件，包括，但不限于，风速、阵风、湍流强度或者导致载荷作用于风力发电机或其部件上的其他任何事件。这些事件可能随风场的不同而异；因此，各风力发电机部件的设计载荷中通常考虑到了安全因素，以确保在极端事件或者无规载荷状态期间的灾难性故障最少。但是，此类安全因素通常提供了过多设计余量，从而导致各个风力发电机部件被过度设计。在风力发电机寿命的任意指定时间内，部件均不以其设计限值运行，因此尚有额外的部件设计余量剩余，致使部件在其寿命中的性能位于其最大载荷能力以下。

许多现代风力发电机使用实时或不对称载荷控制(ALC)系统来控制并强化风力发电机部件的运行。例如，实时和/或ALC系统使用近程式传感器或应变计(或者它们的组合)来持续监控轮毂中心载荷，并且通过叶片变桨将这些轮毂中心载荷维持在设定点限制内。但是，这些ALC载荷并不与各部件的限制设计载荷直接关联。所述设定点载荷包络线通常被选定为涵盖上述安全载荷因素，以缓和不可预见事件的影响。通过传统的ALC载荷控制方法和系统，风力发电机发电机的使用不足。

因此，所属领域中需要改进风力发电机载荷控制系统和方法，通过提高各个风力发电机部件的固有能力来提高风力发电机寿命中的整体性能和输出。

发明内容

本发明的方面和优点在以下说明中部分描述，或者可以从说明书中显而易见，或者可以通过实践本发明而了解。

在一个实施例中，本发明公开了一种风力发电机载荷控制方法。所述方法包括：选择用于载荷监控的多个风力发电机部件；为每个所选部件定义载荷包络线并且将所述载荷包络线存储在控制器内，所述载荷包络线根据所述部件的设计能力而定义对应部件的最大可接收载荷能力；直接或间接监控所选部件的载荷并且产生对应载荷信号，所述载荷信号传输到所述控制器；使用所述控制器确定作用于每个所选部件上的载荷是否在部件的对应载荷包络线内；以及所述控制器在任一所选部件上的载荷超出部件的载荷包络线时启动校正操作。