專利名稱：使用風流模型控制風力渦輪機的方法
技術(shù)領域：
本文大體上涉及用于將風能轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)矩以便驅(qū)動發(fā)電機的風力渦輪機，并且更具
體地涉及用于控制風力渦輪機的工作參數(shù)的方法及裝置。
背景技術(shù)：
風力渦輪機作為一種對環(huán)境安全且相對便宜的替代能源變得日益重要。對改善風 力渦輪機性能的日益增加的需求激發(fā)了對有關有效控制風力渦輪機的工作參數(shù)(例如，風 力渦輪機機艙的偏航角和/或至少一個轉(zhuǎn)子葉片圍繞該至少一個轉(zhuǎn)子葉片的縱軸線的槳 距角)的一些努力。 在風力渦輪機中，提供了對轉(zhuǎn)子葉片槳距角的調(diào)整，其中，該槳距角為轉(zhuǎn)子葉片相 對于進氣流的角度。槳距角的調(diào)整是圍繞轉(zhuǎn)子葉片軸線來進行的。此外，可測量風力渦輪 機主軸中的變槳力矩(pitchingmoment)或彎曲力矩，以便提供對于控制的輸入。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上文，提供了一種適于控制風力渦輪機的至少一個工作參數(shù)的控制裝置，該 風力渦輪機包括機艙和具有至少一個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子，所述控制裝置包括輸入裝置，其適 于輸入指示風力渦輪機的環(huán)境數(shù)據(jù)的信號；估算單元，其適于基于當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)以 及基于先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)來產(chǎn)生至少一個控制信號；以及輸出裝置，其適于輸出適用于 調(diào)整風力渦輪機的至少一個工作參數(shù)的控制信號。 根據(jù)另一個方面，提供了一種風力渦輪機，其包括機艙和具有至少一個轉(zhuǎn)子葉片
的轉(zhuǎn)子，所述風力渦輪機還包括風傳感器單元，其適于在至少一個轉(zhuǎn)子葉片的至少一個徑
向位置處測量進風的方向和速度作為風數(shù)據(jù)；旋轉(zhuǎn)傳感器，其適于檢測風力渦輪機轉(zhuǎn)子的
旋轉(zhuǎn)位置；槳距角調(diào)整單元，其適于調(diào)整至少一個轉(zhuǎn)子葉片的槳距角，以及包括估算單元的
控制裝置，該估算單元適于基于當前獲得的風數(shù)據(jù)以及基于先前獲得的風數(shù)據(jù)來產(chǎn)生至少
一個控制信號，其中，該控制信號適用于調(diào)整至少一個轉(zhuǎn)子葉片的槳距角。 根據(jù)又一個方面，提供了一種用于控制風力渦輪機的至少一個工作參數(shù)的方法，
該風力渦輪機包括機艙和具有至少一個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子，所述方法包括如下步驟測量在
風力渦輪機位置處的實際環(huán)境數(shù)據(jù)、儲存所測得的環(huán)境數(shù)據(jù)、基于當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)以
及基于先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)來產(chǎn)生至少一個控制信號，以及基于該控制信號來調(diào)整風力渦
輪機的至少一個工作參數(shù)。 其它的示例性實施例則根據(jù)從屬權(quán)利要求、說明書及附圖。


在包括參照附圖的余下說明中向本領域的普通技術(shù)人員更為具體地闡述了本發(fā) 明(包括其最佳模式)的完整和能夠?qū)崿F(xiàn)的公開內(nèi)容，在附圖中 圖1為包括根據(jù)典型實施例的控制裝置的風力渦輪機的側(cè)視圖，該風力渦輪機具有管狀塔架及位于管狀塔架頂上的可旋轉(zhuǎn)機艙； 圖2為提供在圖1中所示風力渦輪機機艙內(nèi)的傳感器和控制單元的詳細視圖； 圖3描繪了根據(jù)典型實施例的控制裝置的框圖，該控制裝置被提供有來自于數(shù)據(jù)
獲取單元的傳感器數(shù)據(jù)并且提供控制信號用于促動器裝置； 圖4為示出在圖3中所示控制裝置的估算單元內(nèi)的數(shù)據(jù)流的框圖； 圖5示出了對于時間軸上的不同時刻在風力渦輪機轉(zhuǎn)子的一次旋轉(zhuǎn)期間所獲得
的數(shù)據(jù)點； 圖6為對于特定時刻在轉(zhuǎn)子葉片的一次旋轉(zhuǎn)期間所獲得的數(shù)據(jù)點的另一示圖；以 及 圖7為用于控制根據(jù)典型實施例的風力渦輪機的至少一個工作參數(shù)的方法的流 程圖。 零件清單 100風力渦輪機 101轉(zhuǎn)子葉片 102管狀塔架 103機艙 104槳轂 105風向 106偏航角 107豎直軸線 108槳距角 109變槳力矩 110旋轉(zhuǎn)傳感器 lll齒輪箱 112主軸 200數(shù)據(jù)獲取單元 201指示器(pilot tube)傳感器 202風向傳感器 203風速傳感器 204氣壓傳感器 205溫度傳感器 206濕度傳感器 207風速計單元 208變槳力矩檢測器 209基于葉片的傳感器系統(tǒng) 210基于機艙的傳感器系統(tǒng) 211基于塔架的傳感器系統(tǒng) 300控制裝置 301輸入單元
302輸出單元 303估算單元 304存儲器單元 305先前的環(huán)境數(shù)據(jù) 306當前的環(huán)境數(shù)據(jù) 307將來的環(huán)境數(shù)據(jù) 400促動器裝置 401偏航角調(diào)整單元 402槳距角調(diào)整單元 501風速 502風向 503風速變量 504風向變量 601經(jīng)過的時間/時間軸 602先前的風數(shù)據(jù) 603先前的風數(shù)據(jù) 604先前的風數(shù)據(jù) 605將來的風數(shù)據(jù) 606將來的風數(shù)據(jù) 607數(shù)據(jù)點 608轉(zhuǎn)子區(qū)域
具體實施例方式
現(xiàn)將更為詳細地參照各個示例性實施例，在附圖中示出了其中的一個或多個實 例。各個實例通過舉例的方式提供而非意在進行限制。例如，示為或描述為一個實施例的 一部分的特征可用于其它實施例或結(jié)合其它實施例來使用，以產(chǎn)生又一個實施例。本公開 內(nèi)容意圖包括此類修改和變型。 下文將闡述多個實施例。在這種情況下，相同的結(jié)構(gòu)特征在附圖中由相同的參考 標號標示。附圖中所示的結(jié)構(gòu)并未按真實比例繪制，而是僅便于對實施例的更好理解。
圖1為根據(jù)典型實施例的風力渦輪機100的側(cè)視圖。風力渦輪機100包括管狀塔 架102和可旋轉(zhuǎn)地布置在管狀塔架102頂上的機艙103。機艙103可圍繞管狀塔架102的 豎直軸線107旋轉(zhuǎn)。圍繞豎直軸線107的旋轉(zhuǎn)角示為風力渦輪機的偏航角106。
為了調(diào)整風力渦輪機100的偏航角106，在機艙103處提供了偏航角調(diào)整單元 401。機艙103包括具有至少一個轉(zhuǎn)子葉片101以便將風能轉(zhuǎn)變成圍繞主軸112的旋轉(zhuǎn)能 的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括作為在至少一個轉(zhuǎn)子葉片101與通常圍繞水平軸線旋轉(zhuǎn)的主軸112之間 的連接件而提供的漿轂104。偏航角106相對于進風方向105進行調(diào)整。
由于水平的風切變，可能會出現(xiàn)圍繞水平軸線作用的變槳力矩109，該水平軸線通 常垂直于豎直軸線107和主軸112二者。在轉(zhuǎn)子的一次旋轉(zhuǎn)期間，變槳力矩可通過至少一個 轉(zhuǎn)子葉片的槳距角108來進行調(diào)整。槳距角108為轉(zhuǎn)子葉片(翼型件)相對于進氣流105的角度，其中，對槳距角108的調(diào)整圍繞轉(zhuǎn)子葉片軸線進行。環(huán)境狀況如風向和風速，可直 接地經(jīng)由風速計單元(圖1中未示出)或間接地經(jīng)由基于機艙的傳感器系統(tǒng)210或基于塔 架的傳感器系統(tǒng)211來測量。 風力渦輪機100主軸112中的變槳力矩可以測得，以便提供對于負載控制的輸入。
這種負載控制取決于環(huán)境狀況，例如，負載控制取決于進風的風速和風向。工作參數(shù)如機艙
的偏航角和轉(zhuǎn)子葉片的槳距角相對于變化的風速和風向進行改變。因此，有效控制風力渦
輪機的工作參數(shù)將提供從風能至旋轉(zhuǎn)能的良好能量轉(zhuǎn)換，以用于驅(qū)動發(fā)電機。 基于機艙的傳感器系統(tǒng)210和基于塔架的傳感器系統(tǒng)211可用于測量在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)
期間出現(xiàn)的變槳力矩以及因風力和/或風切變所引起的變槳力矩。 圖2為與圖1中所示的風力渦輪機100的機艙103 —起提供的構(gòu)件的詳細視圖。 連接到至少一個轉(zhuǎn)子葉片101上的漿轂104提供對主軸112的旋轉(zhuǎn)。主軸112連接到齒輪 箱111上，以便使旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率與發(fā)電機(圖2中未示出)的旋轉(zhuǎn)輸入頻率相適應。 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置通過連接到可旋轉(zhuǎn)的主軸112上的旋轉(zhuǎn)傳感器110來檢測。
旋轉(zhuǎn)傳感器110的輸出信號供送給控制裝置300。此外，至少一個轉(zhuǎn)子葉片101可 包括基于葉片的傳感器系統(tǒng)209，該系統(tǒng)209在控制裝置300之前提供諸如風速和風向的傳 感器信號。此外，控制裝置300接收來自于基于機艙的傳感器系統(tǒng)210和基于塔架的傳感 器系統(tǒng)211的輸出信號。根據(jù)典型實施例的控制裝置300還包括估算單元303，其用于根據(jù) 當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)和先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)來預測將來的環(huán)境數(shù)據(jù)。估算程序?qū)⒄請D4 至圖7來詳細地闡述。 控制裝置300的輸出信號供送給偏航角調(diào)整單元401，用于相對于進風方向 105 (圖1)來調(diào)整機艙的偏航角。此外，控制裝置300的輸出信號供送給至少一個轉(zhuǎn)子葉片 101的槳距角調(diào)整單元402，以便調(diào)整至少一個轉(zhuǎn)子葉片的槳距角108 (圖1)。
圖3為包括數(shù)據(jù)獲取單元200、控制裝置300和促動器裝置400的控制系統(tǒng)的框 圖。從數(shù)據(jù)獲取單元200獲得的數(shù)據(jù)提供給控制裝置300，在控制裝置300中，將如參照圖 4至圖7在下文中所描述的那樣執(zhí)行數(shù)據(jù)分析和估算將來數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)獲取裝置200除其它之外還可包括附接在至少一個轉(zhuǎn)子葉片101上的至少一 個指示器傳感器。指示器傳感器201為參照圖2所描述的基于葉片的傳感器系統(tǒng)209的一 部分。此外，數(shù)據(jù)獲取單元200可包括風向傳感器202和風速傳感器203。風向傳感器202 和風速傳感器203的結(jié)合可作為風速計單元來提供，該風速計單元為參照圖2所述的基于 機艙的傳感器系統(tǒng)210的一部分。此外，基于機艙的傳感器系統(tǒng)210可包括連接到如上文 所述的主軸112上的旋轉(zhuǎn)傳感器110。 此外，氣壓傳感器204、溫度傳感器205和濕度傳感器206可作為基于機艙的傳感 器系統(tǒng)210的構(gòu)件來提供。風速計單元207用于提供關于風向和風速(例如風矢量)的數(shù) 據(jù)?；跈C艙的傳感器系統(tǒng)210可包括用于檢測變槳力矩109的變槳力矩檢測器208，該變 槳力矩109例如由參照圖1所述的水平風切變所引起。 包括在數(shù)據(jù)獲取單元200中的傳感器的一個或多個輸出信號提供給控制裝置 300?？刂蒲b置300包括用于輸入至少一個傳感器信號的輸入單元301，以及用于輸出對于 促動器裝置400的控制信號的輸出單元302。輸出信號基于當前可獲得的輸入信號和先前 (例如在進行實際測量之前)已獲得的輸入信號來提供。在另一典型的實施例中，輸出信號作為當前可獲得的輸入信號和先前已獲得的輸入信號的函數(shù)來提供。 因此，控制系統(tǒng)300能夠基于當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)以及基于先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù) 來產(chǎn)生輸出信號，例如控制信號。已輸入到輸入單元301中的傳感器信號儲存在控制裝置 300的存儲器單元304中。此外，已輸入到輸入單元301中的傳感器信號供送給將參照圖4 詳細描述的估算單元303中。估算單元303的輸出信號供送給輸出單元302，用于輸出對于 促動器裝置400的控制信號(輸出信號)。 估算單元303接收兩種輸入信號，例如直接來自于輸入單元301的輸入信號(例
如，已由包括在數(shù)據(jù)獲取單元200中的至少一個傳感器所接收的至少一個傳感器信號)，以
及對于可預先確定的時間已儲存在儲存器單元304中的先前獲得的傳感器信號。 由控制裝置300的輸出單元302所輸出的控制信號(輸出信號)供送給促動器裝
置400。促動器裝置400通常包括偏航角調(diào)整單元401和槳距角調(diào)整單元402。偏航角調(diào)
整單元401用于調(diào)整機艙的偏航角106，例如圍繞豎直軸線107的旋轉(zhuǎn)(見圖1)。槳距角
調(diào)整單元402用于調(diào)整至少一個轉(zhuǎn)子葉片101的槳距角108 (見圖1和圖2)。 風力渦輪機100的偏航角106和槳距角108為可在風力渦輪機100的工作期間得
到調(diào)整的典型的工作參數(shù)。槳距角調(diào)整可基于風力渦輪機ioo轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置來提供，例
如，基于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置可提供槳距角控制信號。 為了提供對風力渦輪機100工作參數(shù)的有效控制，數(shù)據(jù)獲取單元200可通過在至
少一個轉(zhuǎn)子葉片101處應用附加的傳感器來提供更多環(huán)境數(shù)據(jù)，這些附加的傳感器例如為
指示器、皮托管、聲波風速計、變槳力矩檢測器以及激光多普勒風速計。 此外，變槳力矩檢測器適于檢測轉(zhuǎn)子的變槳力矩109，其中，槳距角108可基于控
制信號進行調(diào)整。 風向傳感器202和風速傳感器203可結(jié)合在風速計單元207中，或可單獨地提供 在風速計單元內(nèi)。 圖4為示出在圖3中所示的控制裝置300的估算單元303的基本構(gòu)件的示范性框 圖。估算單元303提供有當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)306以及先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)305。根據(jù)這 些數(shù)據(jù)，計算將來的環(huán)境數(shù)據(jù)307并將其輸出。 實際的環(huán)境數(shù)據(jù)在風力渦輪機100的位置處測得，且儲存在存儲器單元304中，使 得先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)305可用。此外，使用數(shù)據(jù)獲取單元200 (圖3)，通過實際測量來遞 送當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)306。因此，基于當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)以及基于先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù) 可產(chǎn)生至少一個控制信號。 基于當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)以及基于先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)產(chǎn)生至少一個控制信號 的步驟包括提供當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)與將來的環(huán)境數(shù)據(jù)之間的至少一個最大容許差值的 步驟。 該至少一個最大容許差值使用基于流體力學的風流模型來計算。例如，如果相關 的環(huán)境數(shù)據(jù)為風速和風向(v， a)，則當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)與將來的環(huán)境數(shù)據(jù)之間的兩個最 大容許差值為根據(jù)如下關系式(1)和(2)的最大速度差和最大角度差
AV< Av隨 (1)
A a < A a隨 (2) 基于流體力學方程，可估算出最大速度差Av^和最大角度差A amax。參照圖5和圖6描繪了為基于流體力學的模型計算所提供的數(shù)據(jù)點。 圖5示出了由風力渦輪機100轉(zhuǎn)子的至少一個轉(zhuǎn)子葉片101在一次旋轉(zhuǎn)期間所經(jīng)過的掃掠區(qū)域(轉(zhuǎn)子區(qū)域)608。掃掠區(qū)域充滿數(shù)據(jù)點，其中，這些數(shù)據(jù)例如從附接在轉(zhuǎn)子葉片上的壓力傳感器所獲得。圖5示出了指示器傳感器201，其附接在風力渦輪機100轉(zhuǎn)子葉片101的外部區(qū)域上。 至少一個轉(zhuǎn)子葉片101附接到風力渦輪機100的漿轂104上，以便可使用旋轉(zhuǎn)傳感器110 (圖2)來確定該至少一個轉(zhuǎn)子葉片101的旋轉(zhuǎn)位置。圖5等距地示出了使用指示器傳感器201所獲得的數(shù)據(jù)點，其中，在一個周向數(shù)據(jù)點上可同時確定風速和風向。在風力渦輪機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間，獲得了多個數(shù)據(jù)點。參考標號601描繪了時間軸，使得經(jīng)過的時間從左向右增加。因此，先前的風數(shù)據(jù)602,603和604為通過數(shù)據(jù)獲取單元200事先獲得的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可儲存在控制裝置300(圖3)的儲存器單元304中。 通常，先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)(在此情形中為風速和風向)儲存30秒，且之后由當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)覆蓋。根據(jù)基于使用流體力學的風流模型、在指示器傳感器201的位置處所示瞬時的先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)和當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)的模型模擬，可獲得將來的環(huán)境數(shù)據(jù)605,606。 當前時間(圖5中示出指示器傳感器201的時間)與將來時間(位置605和606)之間的典型時差在l秒至10秒的范圍內(nèi)，且更為典型的是計為大約5秒。通過使用將來的環(huán)境數(shù)據(jù)605，606(在此情形中為風數(shù)據(jù)，例如將來的風數(shù)據(jù)605和將來的風數(shù)據(jù)606)，可預先調(diào)整至少一個工作參數(shù)，例如偏航角106和槳距角108(見圖1)。 因此，當環(huán)境狀況(將來的風數(shù)據(jù))出現(xiàn)在風力渦輪機的位置上時，根據(jù)實際風數(shù)據(jù)調(diào)整風力渦輪機100的偏航角和/或槳距角108，以便獲得從風能至旋轉(zhuǎn)能的有效能量轉(zhuǎn)換。最大容許差值如最大容許的風速差Av^(上述關系式(l))以及最大容許的偏航角差A a,(上述關系式(2))為出現(xiàn)在兩個相鄰數(shù)據(jù)點之間的差值。 垂至于轉(zhuǎn)子區(qū)域(至少一個轉(zhuǎn)子葉片101的掃掠區(qū)域)608觀察，圖6示出了在圖5中所示的對于在固定的時間位置601處的情形。如圖6中所示，數(shù)據(jù)點607在不同徑向位置上周向等距地間隔開。兩個(周向和/或徑向)相鄰的數(shù)據(jù)點之間的當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)與將來的環(huán)境數(shù)據(jù)之間的最大差值可使用上述關系式(1)和(2)確定。
根據(jù)流體力學，兩個相鄰數(shù)據(jù)點之間容許的最大差值取決于所有剩下的數(shù)據(jù)點在時間上的變化。因此，有可能的是，使用先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)以及當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)來推導出彼此對應的數(shù)據(jù)點之間的差值。在圖6中所示的情形中，彼此對應的數(shù)據(jù)點為在相同徑向位置和相同旋轉(zhuǎn)角上獲得的數(shù)據(jù)點，該旋轉(zhuǎn)角由旋轉(zhuǎn)傳感器110 (圖2)測得。
先前獲得數(shù)據(jù)集與當前獲得的數(shù)據(jù)集之間的對應數(shù)據(jù)點的變化導致了在當前獲得的數(shù)據(jù)集與將來獲得的數(shù)據(jù)集(605，606，如果涉及風數(shù)據(jù)的話，見圖5)之間的可確定的變化。由于基于流體力學的物理限制，故測得的差值彼此相關，以便獲得將來的環(huán)境數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集。 因此，有可能調(diào)整偏航角106、槳距角108等來用于將來的環(huán)境數(shù)據(jù)，以便提供從風能至旋轉(zhuǎn)能的有效能量轉(zhuǎn)換。環(huán)境數(shù)據(jù)的差異可導致湍流、風切變、偏航箭頭(yawarrow)工作、塔架陰影、伴流影響等。根據(jù)典型實施例，將來的環(huán)境數(shù)據(jù)用于在產(chǎn)生實際環(huán)境狀況之前預置風力渦輪機100的至少一個工作參數(shù)。風流模型的輸入數(shù)據(jù)為環(huán)境數(shù)據(jù)，例如空氣動力流動性質(zhì)，包括風力渦輪機位置上的風向和風速中的至少一者。
圖7為示出根據(jù)典型實施例的用于控制風力渦輪機100的至少一個工作參數(shù)的方法的流程圖，其中，該風力渦輪機100包括機艙103和具有至少一個轉(zhuǎn)子葉片101的轉(zhuǎn)子。在第一步驟S1，程序開始。然后，在時間tj測量先前的風數(shù)據(jù)602的時間，見圖5)測量實際環(huán)境數(shù)據(jù)，例如第一風數(shù)據(jù)。 一旦測得第一風數(shù)據(jù)，則在步驟S3將這些風數(shù)據(jù)儲存在控制裝置300的儲存器單元304(圖3)中。在步驟S4，應用基于流體力學的風流模型(見上述關系式(1)和(2))，以便通過將風數(shù)據(jù)變量應用到所儲存的風數(shù)據(jù)(步驟S4)中可估算將來的環(huán)境數(shù)據(jù)(例如，將來的風數(shù)據(jù))。在步驟S5，在大于時間^的時間t2處測量第二風數(shù)據(jù)(第二環(huán)境數(shù)據(jù))。
在隨后的步驟S6，將在時間^處測得的第二風數(shù)據(jù)與估算出的將來的風數(shù)據(jù)進行比較。 在步驟S7，確定第二風數(shù)據(jù)是否對應于在預定限度內(nèi)的估算出的風數(shù)據(jù)。如果第二風數(shù)據(jù)不等于在預定限度內(nèi)的估算出的風數(shù)據(jù)(在步驟S7中為"否")，則程序返回至其中在時間^處測量第一風數(shù)據(jù)的步驟S2。 如果在步驟S7中確定第二風數(shù)據(jù)等于在預定限度內(nèi)的估算出的風數(shù)據(jù)(在步驟S7中為"是")，則在步驟S8處調(diào)整至少一個工作參數(shù)(例如，風力渦輪機100的偏航角106和/或槳距角108，見圖1)。在調(diào)整該至少一個工作參數(shù)之后，程序在步驟S9結(jié)束。
在此注意的是，沿至少一個轉(zhuǎn)子葉片101的長度可設置多個傳感器。因此，附接指示器傳感器是可行的，該指示器傳感器適于測量在轉(zhuǎn)子葉片徑向位置上的風速和風向即風矢量，并且可沿至少一個轉(zhuǎn)子葉片的長度設置。此外，根據(jù)典型實施例的風流模型可提供有由基于機艙的傳感器系統(tǒng)210和/或基于塔架的傳感器系統(tǒng)211 (見圖2)所提供的其它數(shù)據(jù)。 此外注意到的是，在根據(jù)將來的環(huán)境數(shù)據(jù)所調(diào)整的至少一個工作參數(shù)為風力渦輪機IOO至少一個轉(zhuǎn)子葉片101的槳距角108的情形中，可基于為槳距角調(diào)整單元402(見圖2和圖3)所提供的控制信號執(zhí)行對至少一個轉(zhuǎn)子葉片的連續(xù)變槳。 如果基于當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)以及基于儲存在存儲器單元304中的先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)連續(xù)地產(chǎn)生至少一個控制信號，則連續(xù)變槳是可行的。 當前獲得的以及已儲存在存儲器單元304中的環(huán)境數(shù)據(jù)可為風向、風速、迎角、環(huán)境溫度、環(huán)境空氣壓力、風力渦輪機位置處的環(huán)境空氣密度、風力渦輪機位置處的濕度、風力渦輪機的變槳力矩等中的至少一者。 本發(fā)明已基于在附圖中所示的實施例進行了描述，并且根據(jù)這些實施例顯現(xiàn)出其
它的優(yōu)點和變型。然而，本發(fā)明并不限于以具體用語所描述的實施例，而是可以采用適合的
方式進行修改和變化。采用適合的方式將一個實施例的單獨的特征和特征的組合與另一個
實施例的特征和特征的組合相結(jié)合以便得到其它的實施例，均落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。 本領域技術(shù)人員清楚的是，基于本文所教導的內(nèi)容，可在不脫離所披露的本發(fā)明
及其更寬泛的方面的情況下進行變化和修改。也就是說，文中以上所述的所有實例均旨在
為示例性的而非進行限制。
權(quán)利要求
一種適于控制風力渦輪機(100)的至少一個工作參數(shù)的控制裝置(300)，所述風力渦輪機(100)包括機艙(103)和具有至少一個轉(zhuǎn)子葉片(101)的轉(zhuǎn)子，所述控制裝置(300)包括輸入裝置，其適于輸入指示所述風力渦輪機(100)的環(huán)境數(shù)據(jù)的信號；估算單元(303)，其適于基于當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)(306)以及基于先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)(305)來產(chǎn)生至少一個控制信號；以及適于輸出所述控制信號的輸出裝置，所述控制信號適用于調(diào)整所述風力渦輪機(100)的至少一個工作參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制裝置(300)，其特征在于，提供了數(shù)據(jù)獲取單元(200)，所 述數(shù)據(jù)獲取單元(200)適用于獲得所述風力渦輪機(100)的環(huán)境數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置(300)，其特征在于，提供了促動器單元，所述促動 器單元適用于基于所述控制信號來調(diào)整所述風力渦輪機(100)的至少一個工作參數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制裝置(300)，其特征在于，所述至少一個工作參數(shù)為所述 風力渦輪機(100)的機艙(103)的偏航角(106)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制裝置(300)，其特征在于，所述至少一個工作參數(shù)為所述 風力渦輪機(100)的至少一個轉(zhuǎn)子葉片(101)的槳距角(108)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制裝置(300)，其特征在于，所述至少一個控制信號是基于 所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置而提供的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制裝置(300)，其特征在于，所述環(huán)境數(shù)據(jù)為包括在所述風 力渦輪機(100)位置處的風向和風速中的至少一者的空氣動力流動性質(zhì)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制裝置(300)，其特征在于，提供了存儲器單元(304)，所述 存儲器單元(304)適用于儲存先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)(305)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制裝置(300)，其特征在于，提供了偏航角調(diào)整單元(401)， 所述偏航角調(diào)整單元(401)適用于基于所述至少一個控制信號來調(diào)整所述機艙(103)的偏 航角。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制裝置(300)，其特征在于，提供了槳距角調(diào)整單元 (402)，所述槳距角調(diào)整單元(402)適用于基于所述至少一個控制信號來調(diào)整所述至少一 個轉(zhuǎn)子葉片(101)的槳距角。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置(300)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)獲取單元(200)包 括風傳感器單元、旋轉(zhuǎn)傳感器、指示器、皮托管、聲波風速計、變槳力矩檢測器和激光多普勒 風速計中的至少一者。
12. —種用于控制風力渦輪機(100)的至少一個工作參數(shù)的方法，所述風力渦輪機 (100)包括機艙(103)和具有至少一個轉(zhuǎn)子葉片(101)的轉(zhuǎn)子，所述方法包括測量所述風力渦輪機(100)位置處的實際環(huán)境數(shù)據(jù)； 儲存測得的環(huán)境數(shù)據(jù)；基于當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)(306)以及基于先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)(305)來產(chǎn)生至少一個 控制信號；以及基于所述控制信號調(diào)整所述風力渦輪機(100)的至少一個工作參數(shù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，基于當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)(306)以及基于先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)(305)來產(chǎn)生所述至少一個控制信號的所述步驟包括提供在當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)(306)與將來的環(huán)境數(shù)據(jù)(307)之間的至少一個最大容許 差值；以及基于當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)(306)以及基于所述至少一個最大容許差值來產(chǎn)生所述至 少一個控制信號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，根據(jù)基于流體力學的風流模型來確定 所述至少一個最大容許差值。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一個工作參數(shù)為所述風力渦 輪機(100)機艙(103)的偏航角和/或所述風力渦輪機(100)的至少一個轉(zhuǎn)子葉片(101) 的槳距角。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用風流模型控制風力渦輪機的方法。具體而言，提供了一種適于控制風力渦輪機(100)的至少一個工作參數(shù)的控制裝置(300)，其中，該風力渦輪機(100)包括機艙(103)和具有至少一個轉(zhuǎn)子葉片(101)的轉(zhuǎn)子。該控制裝置(300)包括輸入裝置，其適于輸入指示風力渦輪機(100)的環(huán)境數(shù)據(jù)的信號；估算單元(303)，其適于基于當前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)(306)以及基于先前獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)(305)來產(chǎn)生至少一個控制信號；以及適于輸出控制信號的輸出裝置，該控制信號適用于調(diào)整風力渦輪機(100)的至少一個工作參數(shù)。
文檔編號F03D7/04GK101718255SQ20091017948
公開日2010年6月2日 申請日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者H·肖爾特-沃辛克 申請人:通用電氣公司