[发明专利]用于基于集体俯仰偏移来控制风力涡轮的系统和方法

说明书

一种系统和方法提供成用于基于集体俯仰偏移来控制风力涡轮。因此，确定作用于风力涡轮的转子的风况，且设定对于多个转子叶片的第一集体俯仰角，且操作风力涡轮。至少部分地基于风况来确定转子的推力，且计算实际集体俯仰角。基于第一集体俯仰角与实际集体俯仰角之间的差异来确定集体俯仰偏移。集体俯仰偏移与至少一个俯仰设定点命令集成。该至少一个俯仰设定点命令传送到风力涡轮的俯仰控制机构。

技术领域

本公开内容大体上涉及风力涡轮，且更特别地涉及用于基于集体俯仰偏移来控制风力涡轮的系统和方法。

背景技术

风力被认为是目前可用的最清洁、最环境友好的能源中的一种，且在这点上，风力涡轮得到了增加的关注。现代风力涡轮典型地包括塔、发电机、齿轮箱、机舱(nacelle)以及一个或多个转子叶片。机舱包括联接到齿轮箱和发电机的转子组件。转子组件和齿轮箱安装在位于机舱内的底板支承框架上。一个或多个转子叶片使用已知的翼型件原理来获得风的动能。转子叶片传送呈旋转能形式的动能，以便转动轴，该轴将转子叶片联接到齿轮箱或(如果未使用齿轮箱)直接地联接到发电机。发电机然后将机械能转换成电能，电能可传送到容纳在塔内的转换器和/或变压器，且随后部署到公用电网。

在操作期间，给风力涡轮提供动力的风的速度可改变。因此，风力涡轮可通过例如俯仰调整机构来调整单独转子叶片围绕俯仰轴线的俯仰。在正常操作期间，俯仰调整机构从涡轮控制器接收俯仰命令。对于低于风力涡轮的额定阈值的风速，涡轮控制器可计算单独转子叶片的期望俯仰，以便最大限度地增加在给定风速下产生的功率。对于高于风力涡轮的额定阈值的风速，涡轮控制器可计算单独转子叶片的期望俯仰，以便使推力产生减小到低于指定的设计极限。

为了确保俯仰命令的准确计算，必须使单独转子叶片的俯仰为零。使转子叶片为零的一种方法是通过基于叶片根部处的机械基准来设立叶片零俯仰位置。然而，该方法昂贵，且经验示出，机械基准的精度可不适合于确保真正的零俯仰位置。另外，转子叶片可制造有空气动力扭转，这也可偏离标称设计值。因而，在由涡轮控制器感知的俯仰角与任何单独转子叶片的实际或有效俯仰角之间可存在差异。

因而，涡轮控制器可将对于转子叶片的感知的俯仰角组合为对于转子的集体俯仰角且利用集体俯仰角来计算俯仰命令。然而，由于在实际的与感知的集体俯仰角之间可存在差异或偏移，得到的俯仰命令可导致风力涡轮以对于给定风速的次优配置操作。

因此，本领域不断地(continuously)寻求解决前述问题的新的和改进的系统和方法。因此，本公开内容针对用于基于集体俯仰偏移来控制风力涡轮的系统和方法。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明来学习。

在一个方面，本公开内容针对一种用于基于集体俯仰偏移来控制风力涡轮的方法。方法可包括经由控制器来确定风力涡轮处的风况。方法还可包括设定对于多个转子叶片的第一集体俯仰角，该多个转子叶片安装到风力涡轮的转子的可旋转毂。方法可包括在第一集体俯仰角下操作带有多个转子叶片的风力涡轮。此外，方法可包括经由控制器至少部分地基于风况来确定转子的推力。方法还可包括经由控制器至少部分地基于推力来计算对于多个转子叶片的实际集体俯仰角。另外，方法可包括经由控制器基于第一集体俯仰角与实际集体俯仰角之间的差异来确定集体俯仰偏移。此外，方法可包括将集体俯仰偏移与至少一个俯仰设定点命令集成。而且，方法还可包括经由控制器将集成的俯仰设定点命令传送到风力涡轮的俯仰控制机构。

在实施例中，确定转子的推力可包括经由一个或多个传感器来测量塔的弯曲应变或塔的偏转中的至少一个。该确定还可包括根据弯曲应变或偏转中的至少一个来计算推力。

在实施例中，计算实际集体俯仰角可包括基于转子的推力来计算推力系数。该计算还可包括计算在风况下对于转子的末端速度比，以及基于转子的空气动力性能图来推导在该末端速度比下对于该推力系数的实际集体俯仰角。在额外的实施例中，方法还可包括计算优化在风况下推力或功率系数的俯仰设定点命令，其中风况可小于阈值。