專(zhuān)利名稱(chēng)：一種操作風(fēng)輪機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在安全模式下操作風(fēng)輪機(jī)的方法，也就是說(shuō)，風(fēng)輪機(jī)的操作以這樣的方式進(jìn)行，即在功率輸出和可利用率得到最大化的同時(shí)、確保其安全。本發(fā)明同樣也涉及到該方法的使用、以及涉及到為利用該方法而設(shè)計(jì)的風(fēng)輪機(jī)。
背景技術(shù)：
各種不利的外部條件，大多為風(fēng)暴天氣條件，將造成風(fēng)輪機(jī)承受過(guò)度載荷。一方面，應(yīng)當(dāng)避免在這些條件下操作風(fēng)輪機(jī)、以避免作用于渦輪機(jī)上的破壞應(yīng)力；但另一方面，在這些條件下使風(fēng)輪機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)將使風(fēng)輪機(jī)得不到利用，從而實(shí)質(zhì)上降低能量生產(chǎn)、從而造成經(jīng)濟(jì)損失。
某些不利的“內(nèi)部”條件同樣也會(huì)導(dǎo)致風(fēng)輪機(jī)承受過(guò)度載荷。此類(lèi)條件將會(huì)是偏向差錯(cuò)，也就是說(shuō)，渦輪機(jī)的偏向角度沒(méi)有適當(dāng)?shù)嘏c風(fēng)向?qū)?zhǔn)。由于風(fēng)輪機(jī)的偏向速度相當(dāng)?shù)?，?.5deg/sec，因此將偏向差錯(cuò)消除掉得花費(fèi)一些時(shí)間。因而，偏向差錯(cuò)可維持一段時(shí)間，正如大多不利外部條件一樣。
同樣也可將當(dāng)針對(duì)主導(dǎo)天氣條件對(duì)風(fēng)輪機(jī)進(jìn)行不當(dāng)設(shè)定或調(diào)整時(shí)所形成的其它條件視作“內(nèi)部”條件。
一些異常的內(nèi)部條件可降低風(fēng)輪機(jī)的最大安全功率或轉(zhuǎn)子速度級(jí)別。也就是說(shuō)，在某些特定條件下，在額定功率或速度下操作風(fēng)輪機(jī)可能不安全，而在較低的功率或速度級(jí)別下操作風(fēng)輪機(jī)則可能是安全的。例如，所述這些條件可以是增大的噪音、溫度或震動(dòng)級(jí)別。
在以上所述這些條件下將經(jīng)常需要對(duì)風(fēng)輪機(jī)進(jìn)行維護(hù)服務(wù)，但另一方面，在等待維護(hù)服務(wù)工作進(jìn)行的同時(shí)，渦輪機(jī)很有可能能夠在降低的功率或速度級(jí)別下進(jìn)行操作。使渦輪機(jī)在這些條件下停止運(yùn)轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)采取措施應(yīng)對(duì)保護(hù)風(fēng)輪機(jī)免遭過(guò)載荷的問(wèn)題以及相關(guān)問(wèn)題EP 847.496公開(kāi)了在超出特定限值的風(fēng)速下，降低由風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的功率的方法。
US 2002/723公開(kāi)了各種測(cè)量手段的使用，以通過(guò)降低輸出功率而獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。提到了渦輪機(jī)在其使用早期可以承受較高載荷以增大盈利，而在其使用后期則使其承受較低載荷以延長(zhǎng)其服務(wù)壽命(0025段)。
在0028段中提到“如果能量成本值大于由效益模型確定的最大容許能量成本值，則使渦輪機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)、直到出現(xiàn)更加有利的條件(如較小的湍流或較低的風(fēng)速)”。
US 4,339,666公開(kāi)了根據(jù)傾斜和扭矩的測(cè)量而獲得安全操作模式的方法。
DE 297 15 249公開(kāi)了通過(guò)設(shè)定葉片傾斜角，而對(duì)在塔體上測(cè)量得到的最大偏向和傾斜扭矩進(jìn)行控制的方法。
DE 102 32 021公開(kāi)了為降低載荷而進(jìn)行陣風(fēng)預(yù)測(cè)的方法。
EP 998.634公開(kāi)了測(cè)量裝置，比如用于確定作用于輪轂上或主軸上的瞬時(shí)機(jī)械載荷的、位于輪轂上的載荷傳感器，或者位于葉片上的風(fēng)速計(jì)，并且根據(jù)由此得到的測(cè)量結(jié)果對(duì)葉片傾斜角進(jìn)行設(shè)定。分案申請(qǐng)EP1.243.790則公開(kāi)了對(duì)作用于渦輪機(jī)部件上的載荷瞬時(shí)值進(jìn)行測(cè)量，并且根據(jù)測(cè)量到的變量對(duì)每一葉片的傾斜進(jìn)行連續(xù)設(shè)定的方法。
EP 1.013.925公開(kāi)了對(duì)有關(guān)海上風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)速和浪高進(jìn)行測(cè)量，在這個(gè)基礎(chǔ)上計(jì)算出作用于塔體和基座上的載荷總值，并且根據(jù)所述載荷降低傾斜角。
EP 1.125.060公開(kāi)了在風(fēng)速的較低限度值和較大限度值之間降低旋轉(zhuǎn)速度，使渦輪機(jī)在速度超出較大限度值時(shí)停機(jī)的方法。
EP 1.132.614公開(kāi)了根據(jù)對(duì)變量進(jìn)行測(cè)量而降低功率，其中所述變量比如旋轉(zhuǎn)速度、功率、扭矩、傾斜、傾斜速率、風(fēng)速、風(fēng)向、機(jī)器部件的加速、機(jī)器部件中的應(yīng)變和/或旋翼器中或其之前的風(fēng)的數(shù)據(jù)，并且根據(jù)測(cè)量值作出作用于渦輪機(jī)上的載荷或沖擊的公式。
JP 59 176,472公開(kāi)了為了降低扭矩和提高安全性而根據(jù)風(fēng)速對(duì)傾斜角進(jìn)行設(shè)定的方法。
JP 60 79,180公開(kāi)了為了確保應(yīng)力不會(huì)超過(guò)特定值，而對(duì)翼上的應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)、并據(jù)此對(duì)傾斜角進(jìn)行設(shè)定的方法。
US 5,289,041公開(kāi)了根據(jù)風(fēng)速和偏向角度的差錯(cuò)、降低旋轉(zhuǎn)速度的方法。
US 2004/108,729公開(kāi)了對(duì)塔體的加速進(jìn)行測(cè)量，以確保渦輪機(jī)能夠在關(guān)鍵的旋轉(zhuǎn)速度區(qū)間中、以降低的載荷運(yùn)行的方法。
WO 01/66940公開(kāi)了將旋轉(zhuǎn)速度降低到通過(guò)功率或扭矩測(cè)量或估計(jì)值而計(jì)算出來(lái)的、所想要的旋轉(zhuǎn)速度，并且計(jì)算出相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于保護(hù)風(fēng)輪機(jī)免遭過(guò)度載荷，其中所述過(guò)度載荷使渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)體和部件承受超出所想要級(jí)別的應(yīng)力，并且，同時(shí)確保風(fēng)輪機(jī)還可以在不利天氣條件下或錯(cuò)誤、差錯(cuò)或降低性能的條件下進(jìn)行操作，以最大化其能量生產(chǎn)。
依據(jù)本發(fā)明的方法，當(dāng)檢測(cè)到不利條件時(shí)，則降低渦輪機(jī)的速度和/或功率(并不是使風(fēng)輪機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn))，從而實(shí)現(xiàn)了所述目的，其中所述條件潛在性地造成作用于渦輪機(jī)上的過(guò)度載荷。
1、更加詳細(xì)地，該方法包括對(duì)一個(gè)或多個(gè)超過(guò)預(yù)定值的變量作出響應(yīng)、而降低轉(zhuǎn)子速度和/或發(fā)電機(jī)功率的步驟，其中，所述變量屬于由以下變量組成的變量組由外部傳感器所感應(yīng)出的、相對(duì)于渦輪機(jī)主軸水平方向的風(fēng)向和風(fēng)的湍流；以及通過(guò)安裝在渦輪機(jī)部件上的、感應(yīng)出該部件的狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)傳感器所感應(yīng)到的任何其他變量。
通過(guò)這些措施，使得將許多不同變量包括在用于決定是否降低風(fēng)輪機(jī)的速度和/或功率的根據(jù)中成為可能，從而使得能夠在更好更寬的依據(jù)上作出所述決定。
例如，如果僅對(duì)風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)控，則現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)輪機(jī)一般將在風(fēng)速為18到30m/s之間停止運(yùn)轉(zhuǎn)，典型的在風(fēng)速為25m/s時(shí)。然而，風(fēng)的破壞性能并非僅與風(fēng)速相關(guān)，而是還與風(fēng)的湍流、陣風(fēng)和方向恒定性相關(guān)。
如果對(duì)除風(fēng)速之外的所述這些變量進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)其加以考慮，則將有可能使風(fēng)輪機(jī)在風(fēng)速顯著大于25m/s時(shí)進(jìn)行操作，前提為風(fēng)是穩(wěn)定的并因此而具有較小的破壞性，同時(shí)，也有可能使風(fēng)輪機(jī)在風(fēng)速低于25m/s時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，前提為風(fēng)的條件為湍流和陣風(fēng)。
對(duì)術(shù)語(yǔ)“渦輪機(jī)的部件”進(jìn)行廣義理解，包括底部結(jié)構(gòu)體、塔體、吊艙、機(jī)器部件、電氣部件、電子器件、帶有葉片的轉(zhuǎn)子等等。
同樣也對(duì)術(shù)語(yǔ)“超過(guò)預(yù)定值”進(jìn)行廣義理解。即便沒(méi)有定義出特定的限度值，如果變量到達(dá)一個(gè)被視為不利或不安全的值時(shí)、或到達(dá)數(shù)個(gè)處于被視為不利或不安全的具體區(qū)間中的值時(shí)，仍可依據(jù)本發(fā)明采取行動(dòng)。
2、優(yōu)選為通過(guò)位于風(fēng)輪機(jī)吊艙上的風(fēng)向標(biāo)感應(yīng)出相對(duì)于渦輪機(jī)主軸的水平方向的風(fēng)向。
3、進(jìn)一步優(yōu)選為根據(jù)風(fēng)速計(jì)的讀數(shù)導(dǎo)出風(fēng)的湍流，其中所述風(fēng)速計(jì)感應(yīng)出風(fēng)速并且優(yōu)選為安裝在風(fēng)輪機(jī)的吊艙上。
這些實(shí)施方式意味著測(cè)量方法簡(jiǎn)單而可靠，但卻提供相對(duì)較短的響應(yīng)時(shí)間以及足夠的精確程度。
4、在一優(yōu)選實(shí)施方式中，傳感器，比如安裝在葉片上的應(yīng)變儀，感應(yīng)出作用在葉片上的彎曲力、或者葉片所產(chǎn)生的彎曲級(jí)別。
5、在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，傳感器，比如安裝在一片或多片葉片上的加速計(jì)，感應(yīng)出相應(yīng)葉片的運(yùn)動(dòng)。
這些方法構(gòu)成了依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法的可供選擇的實(shí)施方式，其中，可將風(fēng)輪機(jī)葉片的狀態(tài)以及作用于葉片上的動(dòng)作效果用作控制參數(shù)。
6、優(yōu)選地，記錄來(lái)自安裝在葉片上的傳感器的信號(hào)，連同關(guān)于該葉片的瞬時(shí)角度位置的信息。
所述這些記錄形成了導(dǎo)出信息的根據(jù)，所述導(dǎo)出信息指作用在風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的方向或角度現(xiàn)象。這些現(xiàn)象包括風(fēng)的不規(guī)則性，比如風(fēng)切變(在不同高度具有不同速度)，相對(duì)于風(fēng)輪機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)軸線的風(fēng)向，等等。
7、就此而論，優(yōu)選地，通過(guò)安裝在葉片上的傳感器的讀數(shù)、根據(jù)每一葉片的瞬時(shí)角度位置，而導(dǎo)出風(fēng)的水平或垂直方向、或其組合。
依據(jù)本發(fā)明，可根據(jù)葉片的角度位置，將作用于葉片上的搖擺動(dòng)作解釋為來(lái)自除軸向方向(直線前進(jìn)方向)之外的另一方向的風(fēng)的動(dòng)作。因而，當(dāng)與各自相關(guān)葉片的瞬時(shí)角度位置相互關(guān)聯(lián)時(shí)，可通過(guò)來(lái)自位于風(fēng)輪機(jī)一片或多片葉片上的傳感器的信號(hào)而導(dǎo)出風(fēng)向。
8、在一優(yōu)選實(shí)施方式中，通過(guò)安裝在葉片上的傳感器的讀數(shù)而導(dǎo)出風(fēng)的湍流，優(yōu)選地，根據(jù)每一葉片的瞬時(shí)角度位置。
由此，將針對(duì)風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子區(qū)域的較大部分或其整個(gè)區(qū)域測(cè)量出風(fēng)的湍流。顯然，與來(lái)自一個(gè)單一位置或非常少的位置(如來(lái)自位于吊艙上的風(fēng)速計(jì))上的湍流讀數(shù)相比，將提供給出作用于風(fēng)輪機(jī)上的、由湍流引起的應(yīng)力的更加真實(shí)狀況的讀數(shù)。
9、優(yōu)選地，對(duì)風(fēng)輪機(jī)中傾斜控制系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行記錄，并且將其用于評(píng)估出風(fēng)的性能，比如垂直和/或水平方向、或湍流。
在控制風(fēng)輪機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域中，公知技術(shù)為優(yōu)選地使控制轉(zhuǎn)子中每一葉片傾斜的系統(tǒng)具有快速響應(yīng)的性能，從而使得能夠在轉(zhuǎn)子一次旋轉(zhuǎn)的一小部分之內(nèi)使每一葉片的傾斜處于所想要的值。
由于具有這么一種快速傾斜的控制系統(tǒng)，因此依據(jù)本發(fā)明，系統(tǒng)的動(dòng)作將提供轉(zhuǎn)子所掠過(guò)的圓形區(qū)域的任一部位之內(nèi)的風(fēng)速和湍流的狀況。
依據(jù)本發(fā)明，對(duì)所述動(dòng)作進(jìn)行記錄和/或分析，從而提供各個(gè)部位中風(fēng)速和湍流的狀況，如在超出地面的各個(gè)高度上。這樣的記錄和分析接著被用作決定是否降低轉(zhuǎn)子速度和/或發(fā)電機(jī)功率的根據(jù)。
10、在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，通過(guò)溫度傳感器對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置和/或發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件的溫度進(jìn)行監(jiān)控。
通過(guò)該措施，在風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械裝置溫度上升的情況下，可減慢渦輪機(jī)或可降低其功率輸出。這樣的溫度上升會(huì)由于技術(shù)故障、油缺失、天氣熱或類(lèi)似條件而造成，并且在大多情況下，溫度上升將導(dǎo)致風(fēng)輪機(jī)部件承受過(guò)度應(yīng)力。依據(jù)本發(fā)明降低速度和/或功率將降低熱的產(chǎn)生、從而降低相關(guān)溫度。
11、在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，通過(guò)加速或震動(dòng)傳感器，對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置和/或發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件的震動(dòng)或噪音進(jìn)行監(jiān)控。
通過(guò)該措施，在風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械裝置噪音或震動(dòng)過(guò)度的情況下，可減慢渦輪機(jī)或可降低其功率輸出。所述過(guò)度噪音和震動(dòng)會(huì)由于技術(shù)故障、油缺失、磨損、斷裂或類(lèi)似條件而造成。依據(jù)本發(fā)明降低速度和/或功率將降低進(jìn)一步破壞的風(fēng)險(xiǎn)。
在本發(fā)明方法的進(jìn)一步發(fā)展中，對(duì)噪音或震動(dòng)的模式進(jìn)行分析，并且根據(jù)分析結(jié)果采取行動(dòng)。例如，如果噪音或震動(dòng)隨著時(shí)間在增大，則可使風(fēng)輪機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
12.優(yōu)選地，通過(guò)加速或震動(dòng)傳感器，對(duì)支撐結(jié)構(gòu)體，比如塔體或其底部結(jié)構(gòu)體，的震動(dòng)和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控。
例如，塔體運(yùn)動(dòng)可由于過(guò)度陣風(fēng)或湍流而造成，同時(shí)關(guān)鍵為在所述條件期間降低風(fēng)輪機(jī)的速度和/或功率，以避免使風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械部件承受過(guò)度載荷，并且避免活動(dòng)性部件(比如葉片)發(fā)生不需要的搖擺。
13、同樣優(yōu)選地，分別對(duì)震動(dòng)和噪音進(jìn)行分析，以記錄下比如頻率范圍、或震動(dòng)或噪音級(jí)別等特性。
由此，獲得了關(guān)于風(fēng)輪機(jī)部件對(duì)各種操作條件或部件的退化、老化和故障作出響應(yīng)的有用信息。
14、一種操作風(fēng)輪機(jī)的方法，其中，通過(guò)功率傳感系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出功率進(jìn)行監(jiān)控。
對(duì)輸出功率進(jìn)行監(jiān)控，使得能夠通過(guò)依據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)對(duì)輸出功率的級(jí)別進(jìn)行更加精準(zhǔn)的控制。
15、一種操作風(fēng)輪機(jī)的方法，其中，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，比如加速計(jì)或應(yīng)力儀，感應(yīng)出塔體或吊艙的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。
提供用于檢測(cè)所述運(yùn)動(dòng)的傳感器，使得能夠分別將塔體或吊艙的運(yùn)動(dòng)信號(hào)輸送到依據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)。
16、一種操作風(fēng)輪機(jī)的方法，其中，從通過(guò)位于一片或多片葉片上的風(fēng)傳感器感應(yīng)出的數(shù)據(jù)評(píng)估出風(fēng)的變量，比如相對(duì)于吊艙的風(fēng)向、風(fēng)速和風(fēng)湍流，其中所述風(fēng)傳感器比如可感應(yīng)出各片葉片上的局部風(fēng)的數(shù)據(jù)的皮托管、熱膜傳感器、激光傳感器、或超聲波傳感器。
當(dāng)將這些數(shù)據(jù)與關(guān)于每一葉片瞬時(shí)角度位置的信息記錄在一起時(shí)，則可通過(guò)合適的計(jì)算機(jī)處理方法從所記錄下的數(shù)據(jù)導(dǎo)出所想要的風(fēng)的數(shù)據(jù)。以這種方式所獲得的風(fēng)的數(shù)據(jù)比從安裝在吊艙的傳感器上，甚至是專(zhuān)門(mén)傳感器上獲得的風(fēng)的數(shù)據(jù)更可靠。
上述目的得到進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，原因在于，本發(fā)明的方法用于在以下天氣條件或者機(jī)械或電氣條件期間對(duì)風(fēng)輪機(jī)進(jìn)行操作，其中所述天氣條件包括偏向差錯(cuò)；大的湍流、風(fēng)速、或陣風(fēng)；風(fēng)切變、上風(fēng)向或下風(fēng)向；源于其他渦輪機(jī)的尾流；而所述機(jī)械或電氣條件則包括渦輪機(jī)的高震動(dòng)級(jí)別或高溫，渦輪機(jī)高載荷，渦輪機(jī)的電網(wǎng)中斷或錯(cuò)誤或故障。
在許多故障事件中，即便風(fēng)輪機(jī)不可在額定條件下操作，其將仍可按降低的速度或降低的功率進(jìn)行安全和可靠地操作。因而，通過(guò)利用本發(fā)明的方法，將能夠在故障發(fā)生后或者在其磨損或老化的情況下，風(fēng)輪機(jī)在等待修理之時(shí)，對(duì)風(fēng)輪機(jī)進(jìn)行操作。由此，仍可利用和操作渦輪機(jī)而能夠發(fā)電，從而能夠降低故障發(fā)生后的經(jīng)濟(jì)損失、或減少程度較低的可操作性情形。
上述目的得到進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，原因在于，本發(fā)明的方法可用于在風(fēng)速超出25m/s時(shí)對(duì)風(fēng)輪機(jī)進(jìn)行操作。
在現(xiàn)有技術(shù)中，一般認(rèn)為在高風(fēng)速下不宜操作風(fēng)輪機(jī)，比如平均風(fēng)速超出25m/s。然而，由于高風(fēng)速自身并不一定對(duì)渦輪機(jī)具有破壞力，因而在很大程度上，這么做遵照的是在高風(fēng)速下陣風(fēng)和湍流的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)會(huì)上升。
如果依據(jù)本發(fā)明以受控的方式降低風(fēng)輪機(jī)的速度和功率，則將使源于風(fēng)的速度、陣風(fēng)和湍流的有害載荷降低到可接受的級(jí)別。
特別地，如果評(píng)估出高風(fēng)速下的陣風(fēng)和湍流，如上所述，則將能夠降低風(fēng)輪機(jī)的速度和功率，使其正好足于獲得可接受級(jí)別的有害載荷，并且速度和/或功率的降低小于按其他方式所需降低的量。
這意味著在具有高風(fēng)速、陣風(fēng)和/或湍流的天氣條件下，可使風(fēng)輪機(jī)的速度和功率連續(xù)地保持盡可能地高。特別地，與現(xiàn)有技術(shù)相比，速度和功率可維持在顯著較高的級(jí)別。
所述目的得到進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，原因在于，本發(fā)明的方法可用于在大浪期間操作海上風(fēng)輪機(jī)。
大浪條件將最有可能涉及作用于海上風(fēng)輪機(jī)的塔體和底部結(jié)構(gòu)件上的高級(jí)別的沖擊，連同隨之發(fā)生的塔體和底部結(jié)構(gòu)體上的應(yīng)力、運(yùn)動(dòng)和應(yīng)變。
在這些條件下海上風(fēng)輪機(jī)的操作將意味著有額外的應(yīng)力作用于風(fēng)輪機(jī)的支撐部件和活動(dòng)部件上。特別地，活動(dòng)部件將由于塔體的運(yùn)動(dòng)而額外承受應(yīng)力，并且塔體將由于震動(dòng)級(jí)別的增大額外承受應(yīng)力，其中所述震動(dòng)級(jí)別的增大由活動(dòng)的機(jī)械裝置所導(dǎo)致。
依據(jù)本發(fā)明降低速度和/或功率，將降低作用于塔體和活動(dòng)部件上所述有害影響，從而使得能夠在大浪條件下進(jìn)行連續(xù)的操作。因而，盡管能量生產(chǎn)下降，但是仍可在所述天氣條件下利用渦輪機(jī)，使得能夠增加收益。
更進(jìn)一步地，所述目的將得以實(shí)現(xiàn)，原因在于，風(fēng)輪機(jī)包括用于發(fā)電的發(fā)電機(jī)以及用于控制至少渦輪機(jī)的傾斜和偏向以及發(fā)電機(jī)的功率輸出的控制系統(tǒng)。
包括用于感應(yīng)變量的、連接到控制系統(tǒng)上的一個(gè)或多個(gè)傳感器；以及包括用于調(diào)整至少渦輪機(jī)的傾斜和偏向、由控制系統(tǒng)控制的啟動(dòng)器，和包括用于控制至少發(fā)電機(jī)的功率輸出的、由控制系統(tǒng)控制的控制電路；其特征在于
所述傳感器屬于由以下傳感器組成的傳感器組外部風(fēng)向傳感器和外部風(fēng)湍流傳感器、以及安裝在渦輪機(jī)的部件上的、感應(yīng)出該部件的狀態(tài)的任何其他傳感器。
21、優(yōu)選為外部風(fēng)向傳感器包括安裝在風(fēng)輪機(jī)的吊艙上的風(fēng)向標(biāo)。
22、同樣地，優(yōu)選為風(fēng)湍流傳感器包括安裝在風(fēng)輪機(jī)的吊艙上的風(fēng)速計(jì)。
23、同樣地，優(yōu)選為傳感器包括這樣的傳感器，比如安裝在葉片上的應(yīng)力儀，其用于感應(yīng)出作用于葉片上的彎曲力、或者葉片所產(chǎn)生的彎曲級(jí)別。
24、在一實(shí)施方式中，風(fēng)輪機(jī)包括這樣的傳感器，比如用于感應(yīng)出各片葉片的運(yùn)動(dòng)或噪音的、安裝在一片或多片葉片上的加速計(jì)，和/或包括用于感應(yīng)出轉(zhuǎn)子的進(jìn)而相關(guān)葉片的瞬時(shí)角度位置的傳感器。
通過(guò)這些措施，獲得了類(lèi)似于以上針對(duì)所聲明的方法進(jìn)行論述的優(yōu)點(diǎn)，原因在于，剛剛提到的、由這些特征限定的風(fēng)輪機(jī)將特別適于利用本發(fā)明的方法的各個(gè)實(shí)施方式。
26、在一包括傾斜控制系統(tǒng)的風(fēng)輪機(jī)中，依據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，傾斜控制系統(tǒng)具有傳輸設(shè)施，其用于將傾斜控制系統(tǒng)的動(dòng)作，優(yōu)選為用于將每一葉片的瞬時(shí)傾斜傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)上。
由此，根據(jù)傾斜控制系統(tǒng)的動(dòng)作而導(dǎo)出的參數(shù)可用作利用了本發(fā)明的方法的控制系統(tǒng)的輸入。
一般傾斜控制系統(tǒng)的動(dòng)作將反應(yīng)出風(fēng)的不穩(wěn)定條件，比如陣風(fēng)。在更加復(fù)雜的傾斜控制系統(tǒng)中，可在傾斜控制系統(tǒng)的動(dòng)作中反應(yīng)出比如湍流或風(fēng)切變(在轉(zhuǎn)子掠過(guò)的一圈中，在不同的高度上具有不同的風(fēng)速)的風(fēng)的不穩(wěn)定條件，因而，可在風(fēng)輪機(jī)的速度和/或功率的控制方面獲得依據(jù)本發(fā)明可以得到的相應(yīng)較高程度的詳情。
27.優(yōu)選為風(fēng)輪機(jī)包括用于監(jiān)控驅(qū)動(dòng)裝置和/或發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件溫度的溫度傳感器。
28、進(jìn)一步優(yōu)選為風(fēng)輪機(jī)包括用于監(jiān)控驅(qū)動(dòng)裝置和/或發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件震動(dòng)級(jí)別或噪音的加速計(jì)或震動(dòng)傳感器。
通過(guò)這些措施，可在部件過(guò)熱或部件的震動(dòng)或噪音級(jí)別過(guò)高的情況下，降低渦輪機(jī)的速度和/或功率。所述過(guò)熱可由于氣候和操作參數(shù)的不利組合而造成，而一般的過(guò)熱、以及震動(dòng)或噪音則會(huì)由于風(fēng)輪機(jī)的一般部件的故障或損毀而造成。
29、一般地，優(yōu)選為風(fēng)輪機(jī)包括用于感應(yīng)出發(fā)電機(jī)輸出功率的功率傳感系統(tǒng)。
30、最后，優(yōu)選為所述傳感器包括一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，比如，用于感應(yīng)出塔體的側(cè)向運(yùn)動(dòng)的加速計(jì)或應(yīng)力儀。所述塔體的運(yùn)動(dòng)主要由于風(fēng)暴天氣條件而造成。
通過(guò)這些措施，獲得了類(lèi)似于以上針對(duì)所聲明的方法進(jìn)行論述的優(yōu)點(diǎn)，原因在于，剛剛提到的、由這些特征限定的風(fēng)輪機(jī)將特別適于利用本發(fā)明方法的各個(gè)實(shí)施方式。


下面將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的論述，其中所述附圖包括圖1所示為作用于風(fēng)輪機(jī)葉片部分上的力；圖2所示為相對(duì)風(fēng)速WR的合成；圖3所示為在高風(fēng)速下，依據(jù)本發(fā)明的輸出功率的降低情形；圖4所示為在高風(fēng)速以及在其他變量處于高級(jí)別的條件下，依據(jù)本發(fā)明的輸出功率的降低情形；圖5示出了對(duì)葉片載荷進(jìn)行監(jiān)控的情形；圖6所示為在偏向角度增大的情況下，輸出功率的降低情形；圖7所示為在不同風(fēng)速區(qū)間下，當(dāng)偏向角度增大時(shí)輸出功率的降低情形；圖8所示為在葉片偏移增大的情況下，輸出功率和/或轉(zhuǎn)子速度的降低情形；圖9示出了對(duì)部件加速進(jìn)行監(jiān)控的情形。
具體實(shí)施例方式
風(fēng)輪機(jī)載荷的主要部分通過(guò)相對(duì)風(fēng)速在葉片上的影響作用而產(chǎn)生。葉片上的載荷大體上由升力L和拉力D確定，所述升力L和拉力D針對(duì)示出在圖1中的任何葉片部分1、并且由以下公式定義L＝ρWR2CLAD＝ρWR2CDA其中ρ為空氣密度WR為相對(duì)于葉片部分的風(fēng)速A為葉片部分的面積CL為無(wú)因次升力系數(shù)(取決于入流角度α)CD為無(wú)因次拉力系數(shù)(取決于入流角度α)升力L和拉力D沿著虛擬的升力中線起作用，所述中線沿著葉片的前邊緣延伸，而在前邊緣之后則沿著葉片寬度的25％處延伸。在圖1中，虛擬線垂直于紙平面延伸、并穿過(guò)升力中心CL。
對(duì)于所示出的葉片部分1的輪廓，假定升力中心CL位于翼長(zhǎng)K的1/4處、在輪廓的前邊緣之后，以標(biāo)記K/4標(biāo)示。
相對(duì)風(fēng)速WL為自由風(fēng)速WF和虛擬風(fēng)速ω3r的組合，其由風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度ω和從風(fēng)輪機(jī)中心到葉片部分的徑向距離r導(dǎo)出WR＝((ωr)2+WF2)1/2其中(ωr)為葉片部分的角速度(向量(ωr)與翼部分的運(yùn)動(dòng)方向呈反向定向)WF為自由風(fēng)速該關(guān)系示出在圖2中。
根據(jù)以上關(guān)系，看出使風(fēng)輪機(jī)承受載荷的力隨風(fēng)速的平方發(fā)生變化；因而風(fēng)速的波動(dòng)將造成力進(jìn)而載荷的更大波動(dòng)。對(duì)于作用于葉片以及作用于風(fēng)輪機(jī)整體的疲勞應(yīng)力來(lái)說(shuō)，所述這些波動(dòng)至關(guān)重要。
因此，能以有效的方式、通過(guò)降低相對(duì)風(fēng)速?gòu)亩档妥饔糜跍u輪機(jī)上的載荷；在實(shí)踐中，這方面將通過(guò)降低轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度而得以實(shí)現(xiàn)。
實(shí)質(zhì)上，由轉(zhuǎn)子速度的變化所導(dǎo)致的相對(duì)風(fēng)速WR的變化大于由自由風(fēng)速WF的變化所導(dǎo)致的相對(duì)風(fēng)速WR的變化，至少對(duì)于轉(zhuǎn)子葉片的外部分是如此。
然而，通過(guò)降低轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，如果發(fā)電機(jī)的輸出電功率并未相應(yīng)降低的話，進(jìn)入齒輪箱中的扭矩將增大(功率＝扭矩×旋轉(zhuǎn)速度)。
因此，依據(jù)本發(fā)明，當(dāng)降低轉(zhuǎn)子速度、以在風(fēng)暴天氣或其他不利條件下降低作用于風(fēng)輪機(jī)上的載荷時(shí)，可以降低發(fā)電機(jī)的輸出功率，這取決于轉(zhuǎn)子速度的降低以及進(jìn)入齒輪箱中的扭矩的實(shí)際值。
為了支持電力供應(yīng)網(wǎng)，關(guān)鍵之處為風(fēng)輪機(jī)將在風(fēng)暴天氣條件下繼續(xù)其操作。眾所周知，如果大型發(fā)電機(jī)突然與電網(wǎng)斷開(kāi)聯(lián)結(jié)，則電網(wǎng)將有可能癱瘓。
對(duì)于受風(fēng)力發(fā)電高度影響的地區(qū)來(lái)說(shuō)，總電網(wǎng)的功率在大風(fēng)時(shí)通過(guò)風(fēng)力發(fā)電供應(yīng)的占50-80％。如果風(fēng)輪機(jī)屬于現(xiàn)有技術(shù)類(lèi)型、在超過(guò)某一風(fēng)速時(shí)與電網(wǎng)斷開(kāi)聯(lián)結(jié)以及停止運(yùn)轉(zhuǎn)的話，則實(shí)質(zhì)上增大了所述電網(wǎng)癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)。
為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)所占比例高的電網(wǎng)不該在風(fēng)速高以及具有陣風(fēng)的風(fēng)暴天氣條件下處于癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)，依據(jù)本發(fā)明，可使風(fēng)輪機(jī)適于繼續(xù)供應(yīng)功率、甚至在相當(dāng)大的風(fēng)速下。
這方面將是可行的，如果風(fēng)速的增大超出預(yù)定的級(jí)別時(shí)，渦輪機(jī)適于降低轉(zhuǎn)子速度以及發(fā)電機(jī)功率的話，其中所述預(yù)定級(jí)別如25m/s。
依據(jù)本發(fā)明，降低轉(zhuǎn)子速度和發(fā)電機(jī)功率，以將作用于風(fēng)輪機(jī)部件上的各種載荷保持在安全限度之內(nèi)。
圖3所示為風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)速W和輸出功率P之間的關(guān)系。當(dāng)增大風(fēng)速W時(shí)，風(fēng)輪機(jī)在起始風(fēng)速A下開(kāi)始輸送電功率，并且在額定風(fēng)速B下達(dá)到其額定輸出E。
現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)輪機(jī)將被設(shè)計(jì)成具有最大額定風(fēng)速C，并且如果超過(guò)該風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪機(jī)將停機(jī)，即其將與電網(wǎng)斷開(kāi)連接并且止動(dòng)而處于靜止?fàn)顟B(tài)。
當(dāng)風(fēng)速W超過(guò)最大額定風(fēng)速C時(shí)，依據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)將降低其輸出功率P，以使風(fēng)輪機(jī)的載荷保持處于安全限度之內(nèi)，如上所揭示。如果風(fēng)速W超過(guò)最大容許風(fēng)速J，則依據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)將停機(jī)(即斷開(kāi)連接并止動(dòng))。
本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)的這些特征意味著本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)將可在位于限值C和J之間的風(fēng)速下加以利用，這與現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)輪機(jī)不同，從而確保了在所述高風(fēng)速下能夠連續(xù)地產(chǎn)生功率。
當(dāng)風(fēng)速超過(guò)限值J而風(fēng)輪機(jī)最終停機(jī)時(shí)，所述風(fēng)輪機(jī)實(shí)質(zhì)上在較低的功率級(jí)別F下、進(jìn)而在電網(wǎng)癱瘓風(fēng)險(xiǎn)低得多的情形下斷開(kāi)連接，原因?yàn)樵谠擄L(fēng)力級(jí)別下，在總電網(wǎng)功率中風(fēng)力功率將構(gòu)成小得多的組成部分。
理所當(dāng)然，本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)的不可利用期比現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)輪機(jī)的短得多，原因?yàn)轱L(fēng)速超過(guò)限度值J比超過(guò)限度值C的時(shí)間將短得多。
然而，所述不可利用期還由于另一原因而變得更短即當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)輪機(jī)已經(jīng)在風(fēng)速C下停機(jī)時(shí)，由于在該風(fēng)速級(jí)別下渦輪機(jī)承受非常高的載荷，因此所述風(fēng)輪機(jī)在所述同一風(fēng)速下不能重新連接到電網(wǎng)上；通常，當(dāng)風(fēng)速已經(jīng)低于例如C-25％達(dá)30分鐘或更長(zhǎng)時(shí)，才將進(jìn)行重新連接。相反地，依據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)，由于相關(guān)的功率級(jí)別F低得多、特別是由于相關(guān)的轉(zhuǎn)子速度低得多，因而將能夠在例如J-10％的風(fēng)速下重新連接。
依據(jù)本發(fā)明，對(duì)超過(guò)限度值的其他變量(除風(fēng)速之外)、或不利情況的發(fā)生作出響應(yīng)，在風(fēng)速超出限值C時(shí)可增大發(fā)電機(jī)功率的下降量。
該策略示出在圖4中。由于風(fēng)速W超出限度值C，風(fēng)輪發(fā)電機(jī)的輸出功率P正在降低，如參照?qǐng)D3所述，該降低以曲線2示出。
曲線3示出了存在另一不利情況時(shí)的情形；例如，該情況可以是大風(fēng)湍流。在達(dá)到風(fēng)速C時(shí)，風(fēng)輪機(jī)將不能以滿載額定功率進(jìn)行操作，原因?yàn)榇箫L(fēng)湍流將把額外的應(yīng)力施加在風(fēng)輪機(jī)上，如已在上面解釋的一樣。因此，將不得不從較低的風(fēng)速開(kāi)始降低發(fā)電機(jī)功率，在所示出的實(shí)例中，為從風(fēng)速C3開(kāi)始。如果風(fēng)速達(dá)到值H、同時(shí)具有相同的湍流時(shí)，將不得不使風(fēng)輪機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
曲線4應(yīng)用于已經(jīng)觀察到在風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械裝置中溫度升高的情況。在該實(shí)例中，將不得不從風(fēng)速C4開(kāi)始降低發(fā)電機(jī)功率，并且將不得不在風(fēng)速H下使渦輪機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
如果在支承處檢測(cè)到高溫、如果發(fā)生上流情況或偏向差錯(cuò)、或者如果葉片載荷變得過(guò)高，等等，則將通過(guò)依據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)的控制系統(tǒng)、以類(lèi)似的方式降低渦輪機(jī)的輸出功率(發(fā)電機(jī)功率)。
如果以平均載荷或等效載荷(見(jiàn)雨流記數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)偏差統(tǒng)計(jì)方法)計(jì)的葉片載荷正在超過(guò)臨界限值，暫時(shí)的或達(dá)任何特定的時(shí)間段，則渦輪機(jī)載荷過(guò)重。因而應(yīng)當(dāng)依據(jù)本發(fā)明降低轉(zhuǎn)子速度和/或發(fā)電機(jī)功率，以使載荷降低到安全限值之內(nèi)。
在圖5中顯示出一種典型的情況。圖中看出對(duì)葉片載荷10進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，并看出載荷在某一時(shí)間點(diǎn)超過(guò)預(yù)定限值U。當(dāng)該情況發(fā)生時(shí)，則依據(jù)本發(fā)明降低風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子速度和/或發(fā)電機(jī)功率。
圖6-7示出了當(dāng)發(fā)生偏向差錯(cuò)時(shí)，本發(fā)明的控制系統(tǒng)隨時(shí)間變化的性能狀況。橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于時(shí)間t，而縱坐標(biāo)則分別對(duì)應(yīng)于偏向差錯(cuò)6(角度)和輸出功率5。
在出現(xiàn)偏向差錯(cuò)情況期間，風(fēng)的水平方向并未適當(dāng)?shù)嘏c風(fēng)輪機(jī)主軸的水平方向?qū)?zhǔn)。風(fēng)輪機(jī)可利用的偏向速度非常低，經(jīng)常為0.5deg/sec左右，從而當(dāng)風(fēng)向以大于可利用的偏向速度的速率變化(大于0.5deg/sec)時(shí)，就會(huì)發(fā)生偏向差錯(cuò)。
在圖6中，偏向差錯(cuò)在初始時(shí)處于低級(jí)別P；例如，該級(jí)別可以是容許級(jí)別，也就是說(shuō)，屬于小的偏向差錯(cuò)，將不啟動(dòng)風(fēng)輪機(jī)的偏向裝置以將該差錯(cuò)消除掉。
在時(shí)間W時(shí)，風(fēng)向開(kāi)始變化，偏向差錯(cuò)增大，直到所述偏向差錯(cuò)在時(shí)間M下達(dá)到級(jí)別V，其中所述級(jí)別V為在滿載額定功率T下的最大容許偏向差錯(cuò)。
隨著偏向差錯(cuò)的增大，偏向控制系統(tǒng)起作用、以通過(guò)使風(fēng)輪機(jī)偏向而消除掉偏向差錯(cuò)。因而，顯示在圖6中的增大的偏向差錯(cuò)為風(fēng)向變化和通過(guò)偏向控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的偏向角度的變化之間的差值。
當(dāng)偏向差錯(cuò)6增大而超出級(jí)別V時(shí)，將不得不降低風(fēng)輪機(jī)的輸出功率5，以將應(yīng)力保持在安全限值之內(nèi)；這一點(diǎn)通過(guò)由依據(jù)本發(fā)明的總控制系統(tǒng)進(jìn)行指令的功率控制系統(tǒng)而得以實(shí)現(xiàn)。
在時(shí)間N時(shí)，隨著風(fēng)向和偏向角度之間的差值保持恒定，偏向差錯(cuò)6穩(wěn)定在值R，這大概是由于風(fēng)向的變化速率對(duì)應(yīng)于渦輪機(jī)的最大偏向速度。相應(yīng)地，輸出功率5保持在相應(yīng)的恒定級(jí)別S。
依據(jù)本發(fā)明，可根據(jù)任何其它變量(比如上述的風(fēng)速)的級(jí)別、或其變化，對(duì)一個(gè)變量(比如上述的偏向差錯(cuò))的變化作出響應(yīng)、而使輸出功率和/或轉(zhuǎn)子速度降低。由此，將確保本發(fā)明的控制系統(tǒng)能夠針對(duì)一組變量的任意組合而最大化風(fēng)輪機(jī)的輸出功率，因而，能夠最大化風(fēng)輪機(jī)的可利用率和能量生產(chǎn)，這比現(xiàn)有技術(shù)所能夠的要大得多。
例如，作為偏向差錯(cuò)的函數(shù)的輸出功率和/或轉(zhuǎn)子速度所需的降低量可在不同的風(fēng)速范圍下不同。在高風(fēng)速下，偏向差錯(cuò)所造成的應(yīng)力施加將更大，從而應(yīng)當(dāng)依據(jù)風(fēng)速對(duì)輸出功率和/或轉(zhuǎn)子速度的降低量進(jìn)行調(diào)整。
這方面示出在圖7中，圖中示例出依據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)對(duì)偏向差錯(cuò)情況所作出的反應(yīng)，其中所述偏向差錯(cuò)情況隨時(shí)間而發(fā)展變化，對(duì)應(yīng)于圖6所示的情況。
當(dāng)風(fēng)速W處于限值x1和x2之間時(shí)，相對(duì)功率級(jí)別P/P0依據(jù)曲線7降低。當(dāng)風(fēng)速W處于限值x2和x3之間時(shí)，相對(duì)功率級(jí)別P/P0依據(jù)曲線8降低，而當(dāng)風(fēng)速W處于限值x3和x4之間時(shí)，相對(duì)功率級(jí)別P/P0則依據(jù)曲線9降低。
在圖8中，示出了本發(fā)明的控制系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子葉片隨時(shí)間的偏移的增大所作出的響應(yīng)。
初始時(shí)，一片或多片轉(zhuǎn)子葉片的偏移12處于安全級(jí)別Y。在時(shí)間t1時(shí)，葉片偏移12開(kāi)始增大，在時(shí)間t2達(dá)到預(yù)定級(jí)別。在該時(shí)間t1時(shí)，將開(kāi)始遵照來(lái)自依據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的指令而降低輸出功率11。
隨著輸出功率的降低和隨之發(fā)生的轉(zhuǎn)子扭矩的降低，葉片偏移也將降低。
控制系統(tǒng)繼續(xù)指令功率級(jí)別的降低，直到葉片偏移處于低于常規(guī)下可以接受的級(jí)別Y的安全限值；這么做是由于在時(shí)間t1時(shí)葉片偏移級(jí)別的忽然增大有可能是由于某些葉片的缺陷問(wèn)題，因而在該實(shí)施例中，在額定功率級(jí)別上的繼續(xù)操作被視為不安全。
除葉片偏移之外的許多其他變量也會(huì)以圖8中所示出的方式作出反應(yīng)。
圖9示出了風(fēng)輪機(jī)中一個(gè)部件的加速級(jí)別13的發(fā)展變化。例如，該部件正在通過(guò)加速計(jì)受到監(jiān)控，該加速計(jì)安裝在相關(guān)部件上并連接到本發(fā)明的控制系統(tǒng)上。
從圖9中看出加速級(jí)別13隨時(shí)間增大，直到其最終超過(guò)預(yù)定限度值Z。該事件將觸動(dòng)依據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)、并使輸出功率和/或轉(zhuǎn)子速度開(kāi)始降低。
可將如同參照?qǐng)D8所述的不可逆形式非常完美地結(jié)合到本發(fā)明控制系統(tǒng)的控制策略中，從而系統(tǒng)將不允許返回到額定功率或額定速度級(jí)別上，直到已經(jīng)由維護(hù)人員進(jìn)行檢查為止。
權(quán)利要求
1.一種操作風(fēng)輪機(jī)的方法，包括對(duì)一個(gè)或多個(gè)超過(guò)預(yù)定值的變量作出響應(yīng)、而降低轉(zhuǎn)子速度和/或發(fā)電機(jī)功率的步驟，其特征在于，所述變量屬于由以下變量組成的變量組由外部傳感器所感應(yīng)出的、相對(duì)于渦輪機(jī)主軸水平方向的風(fēng)向和風(fēng)的湍流；以及通過(guò)安裝在渦輪機(jī)部件上的、感應(yīng)出該部件的條件的一個(gè)或多個(gè)傳感器所感應(yīng)到的任何其他變量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)位于風(fēng)輪機(jī)吊艙上的風(fēng)向標(biāo)感應(yīng)出相對(duì)于渦輪機(jī)主軸的水平方向的風(fēng)向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，根據(jù)風(fēng)速計(jì)的讀數(shù)導(dǎo)出風(fēng)的湍流，所述風(fēng)速計(jì)感應(yīng)出風(fēng)速并且優(yōu)選為安裝在風(fēng)輪機(jī)的吊艙上。
4.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，比如安裝在葉片上的應(yīng)變儀的傳感器感應(yīng)出作用在葉片上的彎曲力、或者葉片所產(chǎn)生的彎曲級(jí)別。
5.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，傳感器，比如安裝在一片或多片葉片上的加速計(jì)，感應(yīng)出相應(yīng)葉片的運(yùn)動(dòng)或加速、或其上的噪音。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求3-5中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，記錄來(lái)自安裝在葉片上的傳感器的信號(hào)，連同關(guān)于該葉片的瞬時(shí)角度位置的信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，通過(guò)安裝在葉片上的傳感器的讀數(shù)、根據(jù)每一葉片的瞬時(shí)角度位置，而導(dǎo)出風(fēng)的水平或垂直方向、或其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，通過(guò)安裝在葉片上的傳感器的讀數(shù)而導(dǎo)出風(fēng)的湍流，優(yōu)選為根據(jù)每一葉片的瞬時(shí)角度位置。
9.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，對(duì)風(fēng)輪機(jī)中傾斜控制系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行記錄，并且將其用于評(píng)估出風(fēng)的性能，比如垂直和/或水平方向、或湍流。
10.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過(guò)溫度傳感器對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置和/或發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件的溫度進(jìn)行監(jiān)控。
11.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過(guò)加速或震動(dòng)傳感器，對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置和/或發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件的震動(dòng)或其上的噪音進(jìn)行監(jiān)控。
12.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過(guò)加速或震動(dòng)傳感器，對(duì)支撐結(jié)構(gòu)體，比如塔體或其底部結(jié)構(gòu)體，的震動(dòng)和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求5-8和11-12中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，分別對(duì)震動(dòng)和噪音進(jìn)行分析，并記錄下比如頻率范圍、或震動(dòng)或噪音級(jí)別等特性。
14.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過(guò)功率傳感系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出功率進(jìn)行監(jiān)控。
15.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，比如加速計(jì)或應(yīng)力儀，感應(yīng)出塔體或吊艙的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。
16.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，從通過(guò)位于一片或多片葉片上的風(fēng)傳感器感應(yīng)出的數(shù)據(jù)評(píng)估出風(fēng)的變量，比如相對(duì)于吊艙的方向、速度和湍流，其中所述風(fēng)傳感器比如可感應(yīng)出各片葉片上的局部風(fēng)的數(shù)據(jù)的皮托管、熱膜傳感器、激光傳感器、或超聲波傳感器。
17.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法的應(yīng)用，其中所述方法用于在以下天氣條件或者機(jī)械或電氣條件期間對(duì)風(fēng)輪機(jī)進(jìn)行操作，其中所述天氣條件包括偏向差錯(cuò)；大的湍流，風(fēng)速，或陣風(fēng)；風(fēng)切變，上風(fēng)向或下風(fēng)向；源于其他渦輪機(jī)的尾流；而所述機(jī)械或電氣條件則包括渦輪機(jī)的高震動(dòng)級(jí)別或高溫，渦輪機(jī)高載荷，渦輪機(jī)的電網(wǎng)中斷或錯(cuò)誤或故障。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-16中的任一項(xiàng)所述的方法的應(yīng)用，其中所述方法用于在風(fēng)速超出25m/s時(shí)對(duì)風(fēng)輪機(jī)進(jìn)行操作。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-16中的任一項(xiàng)所述的方法的應(yīng)用，其中所述方法用于在大浪期間操作海上風(fēng)輪機(jī)。
20.一種風(fēng)輪機(jī)包括用于發(fā)電的發(fā)電機(jī)以及用于控制至少渦輪機(jī)的傾斜和偏向以及發(fā)電機(jī)的功率輸出的控制系統(tǒng)；包括用于感應(yīng)變量的、連接到控制系統(tǒng)上的一個(gè)或多個(gè)傳感器；以及包括用于調(diào)整至少渦輪機(jī)的傾斜和偏向、由控制系統(tǒng)控制的啟動(dòng)器，和包括用于控制至少發(fā)電機(jī)的功率輸出的、由控制系統(tǒng)控制的控制電路；所述風(fēng)輪機(jī)的特征在于所述傳感器屬于由以下傳感器組成的傳感器組外部風(fēng)向傳感器和外部風(fēng)湍流傳感器、以及安裝在渦輪機(jī)的部件上的、感應(yīng)出該部件的條件的任何其他傳感器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，外部風(fēng)向傳感器包括安裝在風(fēng)輪機(jī)的吊艙上的風(fēng)向標(biāo)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，風(fēng)湍流傳感器包括安裝在風(fēng)輪機(jī)的吊艙上的風(fēng)速計(jì)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20-22中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，所述傳感器包括這樣的傳感器，比如安裝在葉片上的應(yīng)力儀，其用于感應(yīng)出作用于葉片上的彎曲力、或者葉片所產(chǎn)生的彎曲級(jí)別。
24.根據(jù)權(quán)利要求20-23中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)，其進(jìn)一步包括這樣的傳感器，比如用于感應(yīng)出相應(yīng)葉片的運(yùn)動(dòng)或其上的噪音的、安裝在一片或多片葉片上的加速計(jì)。
25.根據(jù)權(quán)利要求20-24中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)，其進(jìn)一步包括用于感應(yīng)出轉(zhuǎn)子的、進(jìn)而每一葉片的瞬時(shí)角度位置的傳感器。
26.根據(jù)權(quán)利要求20-25中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)，其進(jìn)一步包括傾斜控制系統(tǒng)，該傾斜控制系統(tǒng)具有傳輸設(shè)施，其用于將傾斜控制系統(tǒng)的動(dòng)作傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)上，優(yōu)選則為用于將每一葉片的瞬時(shí)傾斜傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)上。
27.根據(jù)權(quán)利要求20-26中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)，其進(jìn)一步包括用于監(jiān)控驅(qū)動(dòng)裝置和/或發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件的溫度的溫度傳感器。
28.根據(jù)權(quán)利要求20-27中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)，其進(jìn)一步包括用于監(jiān)控驅(qū)動(dòng)裝置和/或發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件的震動(dòng)級(jí)別或其上的噪音的加速計(jì)或震動(dòng)傳感器。
29.根據(jù)權(quán)利要求20-28中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)，其進(jìn)一步包括用于感應(yīng)出發(fā)電機(jī)的輸出功率的功率傳感系統(tǒng)。
30.根據(jù)權(quán)利要求20-29中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，所述傳感器包括一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，比如，用于感應(yīng)出塔體的側(cè)向運(yùn)動(dòng)的加速計(jì)或應(yīng)力儀。
全文摘要
在風(fēng)輪機(jī)中以及在操作風(fēng)輪機(jī)的方法中，對(duì)超過(guò)預(yù)定值的變量作出響應(yīng)、而降低轉(zhuǎn)子速度和/或發(fā)電機(jī)的功率。所述變量屬于由以下變量組成的變量組由外部傳感器所感應(yīng)出的、相對(duì)于渦輪機(jī)主軸水平方向的風(fēng)向和風(fēng)的湍流，以及由安裝在渦輪機(jī)部件上的、感應(yīng)出該部件的條件的一個(gè)或多個(gè)傳感器所感應(yīng)出的任何其他變量。
文檔編號(hào)H02P9/04GK1900513SQ200610103289
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者何塞·伊格納西奧·勞倫特·岡薩雷斯 申請(qǐng)人:佳美斯艾黎卡公司