[发明专利]用于风力涡轮机的控制方法和控制系统

说明书

本发明公开一种用于风力涡轮机的控制方法和控制系统。该控制方法包括测量风力涡轮机叶片浆距角；获得风力涡轮机转子加速度值；判断是否叶片浆距失控故障状况正在发生；以及在叶片浆距失控故障状况期间，至少部分地基于转子加速度值、至少一个故障叶片的浆距角及健康叶片的浆距角来调整浆距角命令；以及至少部分地基于调整的浆距角命令来控制风力涡轮机叶片，从而减小了健康叶片与故障叶片之间的浆距角不对称，并且控制了转子的减速。

技术领域

本发明大体涉及风力涡轮机，尤其涉及一种用于风力涡轮机的控制方法和控制系统。

背景技术

近年来，风力涡轮机作为一种对环境安全且相对便宜的替代能源，受到了日益增加的关注。随着对其关注的增长，人们已作出了相当大的努力来研制可靠且高效的风力涡轮机。

风力涡轮机包括控制单元、具有多个叶片的转子以及叶片浆距驱动器，叶片浆距驱动器用于调整叶片浆距，从而当风速改变时，可将风力涡轮机转子的转速保持在运行限度内。当在强风环境下或其他需要紧急停机的情况下，叶片通常朝向平浆的位置(即朝向90°位置)转动以减小不需要的旋转扭矩。

然而，当叶片浆距失控故障发生时，故障的叶片将不受叶片浆距驱动器的控制，并且故障的叶片可能会以高的浆距角速度朝向0°位置或90°位置转动。在这种情况下，控制单元将会启动停机程序，来将叶片浆距角朝向完全平浆的位置转动。在停机期间，由于不同叶片之间的浆距角差异，风力涡轮机将会经历转子上的空气动力不平衡，从而导致风力涡轮机的塔顶和毂上的不平衡负载。

在现有的风力涡轮机中，积极的停机策略可能会导致一些部件(例如，偏航轴承、浆距轴承、塔及基础)上的高机械负载。特别是在叶片的浆距角失控至0°位置或90°位置的情况下，其他健康叶片的快速停机将导致高的不平衡力矩。该不平衡力矩同时也会激发起其他部件(例如，偏航轴承、浆距轴承、塔、基础及驱动系)。

现有的带有固定且预定义的顺浆模式的开环停机控制方法需要具体的手动调节，并且针对每一种不同的风力涡轮机构造需要优化控制参数。此外，因为单一顺浆策略在停机期间需要处理任何初始浆距角及任何变化的风况，所以可能发生带有高峰值负载变化的次优性能。

因此，有必要提供一种控制系统和控制方法以解决如上所述的至少一个问题。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种用于风力涡轮机的控制方法，其包括：测量风力涡轮机叶片浆距角；获得风力涡轮机转子加速度值；判断是否叶片浆距失控故障状况正在发生；以及在所述叶片浆距失控故障状况期间，至少部分地基于所述转子加速度值、至少一个故障叶片的浆距角及健康叶片的浆距角来调整浆距角命令；以及至少部分地基于所述调整的浆距角命令来控制风力涡轮机叶片。

本发明的另一个方面在于提供一种用于风力涡轮机的控制系统，其包括风力涡轮机转子和控制单元，风力涡轮机转子具有至少两个叶片及用于驱动所述至少两个叶片的浆距驱动器，控制单元用于判断当叶片浆距失控故障发生时，并且作为响应，至少部分地基于风力涡轮机转子加速度值、至少一个故障叶片的浆距角及健康叶片的浆距角来调整浆距角命令。

根据本发明的具体实施方式的控制系统或控制方法可以在叶片浆距失控故障发生时确定用于叶片的调整的浆距角命令，从而减小了健康叶片与故障叶片之间的浆距角不对称，并且控制了转子的减速。由于能够及时将浆距角不对称最小化，因此能够减轻由叶片浆距失控故障所引起的极端负载。故，在风力涡轮机的停机期间，可以同时获得负载减轻和转子的减速。本发明的控制系统或控制方法的应用不需要额外的传感器测量，相反地而是可以使用在风力涡轮机中通常已有的传感器，因此，元件成本能够大大降低。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：

图1是根据本发明的一个具体实施方式的风力涡轮机的示意图；