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葉片螺距角度控制裝置及風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法

文檔序號:7280200閱讀:295來源:國知局
專利名稱:葉片螺距角度控制裝置及風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電裝置,特別涉及控制風(fēng)車葉片螺距角度的葉片螺距角度控制裝置。
背景技術(shù)
以往,在風(fēng)力發(fā)電裝置中使用的螺旋槳型風(fēng)車如圖11的外觀圖所示,由多個(gè)葉片,例如第1葉片1、第2葉片2、第3葉片3構(gòu)成的3個(gè)葉片、作為連接3個(gè)葉片的連接機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)子5以及塔架4等構(gòu)成。
以往,這種螺旋槳型風(fēng)車要根據(jù)風(fēng)況控制各個(gè)葉片,以便獲得預(yù)定的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出。
例如,圖12顯示了以往螺距角度控制裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。如該圖所示,以往的螺距角度控制裝置設(shè)有通用螺距角度指令值生成部15,其用于根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或輸出的設(shè)定值與當(dāng)前控制量之差生成通用螺距角度指令值。然后,執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)由通用螺距角度指令值生成部15生成的通用螺距角度指令值,以相同的螺距角度控制各個(gè)葉片,由此實(shí)現(xiàn)各個(gè)葉片螺距角度的控制。
但是,如圖13(a)所示,流入風(fēng)車的風(fēng)速會受到地形的影響(下面,將受地形影響的風(fēng)速特性稱為“風(fēng)切變特性”。),另外,如圖13(b)所示,還會受到支承風(fēng)車的塔架的影響(下面,將受塔架影響的風(fēng)速特性稱為“塔架特性”。)。再加上風(fēng)速在空間上的發(fā)散和時(shí)間上的發(fā)散,如圖13(c)所示,在葉片旋轉(zhuǎn)區(qū)域中具有不同的風(fēng)速分布。在這種風(fēng)速不同的環(huán)境下,由于各個(gè)葉片的空氣動力輸出瞬時(shí)值是不同的,因此,各個(gè)葉片的推力及力矩等均取互不相同的值。結(jié)果,會使各個(gè)葉片的負(fù)荷發(fā)生變動,從而縮短葉片的壽命。
針對這一問題,例如,在特表2001-511497號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中公開了測量流入各個(gè)葉片的風(fēng)的迎角、負(fù)荷,根據(jù)這些值對各個(gè)葉片進(jìn)行單獨(dú)控制的技術(shù)。
專利文獻(xiàn)1特表2001-511497號公報(bào)專利文獻(xiàn)2國際公開第01/86141號小冊子在上述專利文獻(xiàn)1中公開的發(fā)明中,根據(jù)來自多個(gè)傳感器的檢測值,瞬時(shí)算出作用于風(fēng)力發(fā)電裝置各部分上的負(fù)荷、流入葉片的風(fēng)的迎角等,并對螺距角度進(jìn)行控制以減小該瞬時(shí)負(fù)荷的變動。此處,為了有效減小負(fù)荷變動,必須大致實(shí)時(shí)進(jìn)行從傳感器的檢測到反饋控制的一系列處理。
但是,由于上述發(fā)明是根據(jù)各個(gè)檢測值并通過計(jì)算得出瞬時(shí)負(fù)荷的,因此,存在處理復(fù)雜,難以迅速得出瞬時(shí)負(fù)荷的問題。另外,這種長時(shí)間處理會導(dǎo)致反饋控制延遲,從而降低螺距角度控制的精度。
再者,在上述發(fā)明中,必須針對各個(gè)葉片設(shè)置多個(gè)風(fēng)力傳感器及和應(yīng)變計(jì)。但是,由于對這些傳感器要求很高的可靠性,需要采用高價(jià)傳感器,因此,存在成本問題。
并且,對于風(fēng)速的測量,由于是在葉片的下游設(shè)置風(fēng)速計(jì)來測量風(fēng)速,因此,存在會受到由葉片旋轉(zhuǎn)造成的風(fēng)速變動的影響,從而不能正確測量風(fēng)速的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題作出的,其目的在于提供一種通過提高螺距角度控制的精度來進(jìn)一步減小在風(fēng)力發(fā)電裝置中產(chǎn)生的負(fù)荷變動的螺距角度控制裝置。
為了解決上述問題,本發(fā)明采用了以下裝置。
本發(fā)明提供了一種葉片螺距角度控制裝置,在具有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置中使用,其中,具有存儲裝置,用于使影響上述葉片負(fù)荷變動的預(yù)定參數(shù)、方位角度以及螺距角度指令值相互建立關(guān)聯(lián)而予以存儲;方位角度檢測裝置,用于檢測上述每個(gè)葉片的方位角度;參數(shù)檢測裝置,用于檢測上述預(yù)定參數(shù);指令值獲取裝置,用于對上述每個(gè)葉片,分別從上述存儲裝置獲取螺距角度指令值,該螺距角度指令值根據(jù)由上述方位角度檢測裝置檢測的上述每個(gè)葉片的方位角度和由上述參數(shù)檢測裝置檢測的預(yù)定參數(shù)而選定;以及螺距角度控制指令值生成裝置,根據(jù)通過上述指令值獲取裝置獲取的上述螺距角度指令值和由上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出信息求出的各個(gè)葉片通用的通用螺距角度指令值,生成用于對上述葉片的螺距角度單獨(dú)進(jìn)行控制的螺距角度控制指令值。
根據(jù)本發(fā)明,在存儲裝置中預(yù)先存儲考慮了各種影響葉片負(fù)荷變動的參數(shù)的最佳螺距角度指令值。因此,在進(jìn)行控制時(shí),指令值獲取裝置只需從存儲裝置中讀取由各種參數(shù)選定的最佳螺距角度指令值,就可獲得最適合風(fēng)車運(yùn)行狀況的最佳螺距角度控制。
這樣,由于無需進(jìn)行一切用于算出葉片的負(fù)荷變動的處理等,從各種參數(shù)可以馬上獲得最佳螺距角度指令值,因此,使處理過程簡單、迅速。
由此,由于可對螺距角度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,因此,能夠迅速應(yīng)對風(fēng)力發(fā)電裝置運(yùn)行狀況的動態(tài)變動,從而進(jìn)一步減小負(fù)荷變動。結(jié)果,可以延長各個(gè)葉片的壽命,并獲得穩(wěn)定的發(fā)電輸出。
螺距角度控制指令值生成裝置,使考慮通過指令值獲取裝置獲得的風(fēng)車運(yùn)行狀況而求出的最佳螺距角度指令值,反映到為了對風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電輸出進(jìn)行反饋控制而生成的各個(gè)葉片通用的螺距角度指令值——通用螺距角度指令值中,并對各個(gè)葉片分別生成用于控制各個(gè)葉片的螺距角度的螺距角度控制指令值。由此,可以以考慮了風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出變動及運(yùn)行狀況的最佳螺距角度來控制各葉片。
在上面記載的葉片螺距角度控制裝置中,優(yōu)選的是,將存儲在上述存儲裝置中的上述螺距角度控制指令值設(shè)定為反映上述風(fēng)力發(fā)電裝置設(shè)置場所中風(fēng)切變特性的值。
雖然風(fēng)速、空氣密度、風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出等是時(shí)刻動態(tài)變動的,但由設(shè)置風(fēng)力發(fā)電裝置場所的地理?xiàng)l件決定的風(fēng)切變卻是相同的。
這樣,存儲在存儲裝置中的信息不僅考慮了動態(tài)變動的參數(shù),而且考慮了根據(jù)地理?xiàng)l件被同樣地決定的風(fēng)切變等信息,因此,可進(jìn)行精度非常高的螺距角度的控制。
在上面記載的葉片螺距角度控制裝置中,上述規(guī)定的參數(shù)為風(fēng)速,上述參數(shù)檢測裝置優(yōu)選為風(fēng)速推測裝置,該風(fēng)速推測裝置具有使風(fēng)速與上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出建立關(guān)聯(lián)的特性圖表,并通過從上述特性圖表讀取與上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出對應(yīng)的風(fēng)速來推測風(fēng)速。
風(fēng)速是選定螺距角度指令值所必需的重要參數(shù)之一。由于能否有效減小負(fù)荷變動及輸出變動,很大程度上依賴于風(fēng)速檢測的精度,因此,必須以高精度檢測風(fēng)速。
但是,在將風(fēng)速計(jì)設(shè)置在風(fēng)車的下游來測量風(fēng)速的以往的方法中,會受因葉片旋轉(zhuǎn)造成的風(fēng)速變動的影響,從而不能夠正確地測量風(fēng)速。
根據(jù)本發(fā)明,風(fēng)速檢測裝置不是對風(fēng)速進(jìn)行物理測量,而是根據(jù)與風(fēng)速具有密切關(guān)系的風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出,通過軟件上的簡單處理求出風(fēng)速。由此,不僅可獲得非常正確的風(fēng)速,而且還可降低成本。
此外,代替上述風(fēng)速推測裝置,也可以使用在流入風(fēng)車之前進(jìn)行風(fēng)速測量的風(fēng)速計(jì)(例如,激光多普勒風(fēng)速計(jì))。由此,由于不受葉片下游的影響,因此,可獲得高精度的風(fēng)速。
在使用激光多普勒風(fēng)速計(jì)的情況下,可以設(shè)置使示蹤粒子從風(fēng)車的上游側(cè)向風(fēng)車流動的裝置。或者,也可將在流入風(fēng)車的空氣中混入的塵埃、水蒸汽作為示蹤物,從塵?;蛩羝@得散射光并通過激光多普勒進(jìn)行測量。在這種情況下,不必另外設(shè)置使示蹤粒子流動的裝置。
優(yōu)選的是,上面記載的葉片螺距角度控制裝置具有頻率成分提取裝置,從上述風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電輸出、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速中的任意一項(xiàng)提取葉片數(shù)量整數(shù)倍的頻率成分;和計(jì)算裝置,根據(jù)提取的該頻率成分計(jì)算用于除去由該頻率變動引起的負(fù)荷變動的螺距角度,上述螺距角度控制指令值生成裝置將通過上述計(jì)算裝置計(jì)算出的螺距角度反映到上述螺距角度控制指令值中。
雖然考慮風(fēng)速等各種參數(shù)的變動而求出螺距角度控制值,但是,由于因誤差及因反饋控制造成的時(shí)間延遲等,難以完全除去負(fù)荷變動、發(fā)電輸出變動。
另一方面,由于輸出變動顯著出現(xiàn)在與葉片數(shù)量相應(yīng)的頻帶中。因此,可以通過求出用于除去這種顯著出現(xiàn)的輸出變動的螺距角度,將其反映到螺距角度控制指令值中,而進(jìn)一步減小輸出變動。
即,在使用定速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置中,頻率成分提取裝置從風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出中提取葉片整數(shù)倍的頻率成分。另一方面,在使用變速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置中,頻率成分提取裝置從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或者轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速中提取葉片整數(shù)倍的頻率成分。
計(jì)算裝置例如通過規(guī)定算法,對由頻率成分提取裝置提取的頻率成分進(jìn)行計(jì)算,從而計(jì)算出頻率區(qū)域的變動螺距角度,再對該變動螺距角度進(jìn)行逆頻率解析以得出時(shí)間區(qū)域的變動螺距角度。
其結(jié)果,所獲得的變動螺距角度成為用于除去顯著負(fù)荷變動的螺距角度。
之后,螺距角度控制指令值生成裝置將用于除去這種顯著輸出變動的螺距角度反映到螺距角度控制指令值中。
由此,由于能夠準(zhǔn)確除去顯著出現(xiàn)的發(fā)電輸出變動,因此,能夠獲得更穩(wěn)定的發(fā)電輸出。
本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置,具有多個(gè)葉片,其中,具有葉片螺距角度控制裝置,該葉片螺距角度控制裝置具有存儲裝置,用于使影響上述葉片負(fù)荷變動的規(guī)定參數(shù)、方位角度以及螺距角度指令值相互建立關(guān)聯(lián)而予以存儲;方位角度檢測裝置,用于檢測上述每個(gè)葉片的方位角度;參數(shù)檢測裝置,用于檢測上述預(yù)定參數(shù);指令值獲取裝置,用于對上述每個(gè)葉片,分別從上述存儲裝置獲取螺距角度指令值,該螺距角度指令值根據(jù)由上述方位角度檢測裝置檢測的上述每個(gè)葉片的方位角度和由上述參數(shù)檢測裝置檢測的預(yù)定參數(shù)而選定;以及螺距角度控制指令值生成裝置,根據(jù)通過上述指令值獲取裝置獲取的上述螺距角度指令值和由上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出信息求出的各個(gè)葉片通用的通用螺距角度指令值,生成用于對上述葉片的螺距角度單獨(dú)進(jìn)行控制的螺距角度控制指令值。
本發(fā)明提供了一種葉片螺距角度控制裝置,在具有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置中使用,其中具有負(fù)荷測量裝置,用于以規(guī)定的方位角度測量上述葉片或構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件上的負(fù)荷;調(diào)整螺距角度指令值生成裝置,對上述每個(gè)葉片分別生成用于減小由上述負(fù)荷測量裝置測量的負(fù)荷的調(diào)整螺距角度指令值;以及螺距角度控制指令值生成裝置,將對上述每個(gè)葉片生成的上述調(diào)整螺距角度指令值反映到用于對上述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角度指令值中,從而對上述每個(gè)葉片生成螺距角度控制指令值。
由于負(fù)荷測量裝置不是按規(guī)定的時(shí)間間隔,而是按規(guī)定的方位角度測量負(fù)荷,因此,不僅適用于定速風(fēng)車,也適用于通過運(yùn)行狀況改變?nèi)~片的旋轉(zhuǎn)速度的變速風(fēng)車。
調(diào)整螺距角度指令值生成裝置,例如對每個(gè)葉片計(jì)算用于減小由上述負(fù)荷測量裝置測量的負(fù)荷的最佳螺距角度,并生成調(diào)整螺距角度指令值。之后,螺距角度控制指令值生成裝置通過將該調(diào)整螺距角度指令值反映到控制葉片螺距角度的螺距角度控制指令值,而能夠減小負(fù)荷的變動。
本發(fā)明提供了一種螺距角度控制裝置,在具有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置中使用,其中具有負(fù)荷測量裝置,用于以規(guī)定的方位角度分別測量作用于上述葉片或構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件上的負(fù)荷;計(jì)算裝置,根據(jù)由上述負(fù)荷測量裝置測量的測量值求出上述負(fù)荷周期性變動;調(diào)整螺距角度指令值生成裝置,根據(jù)上述計(jì)算裝置的計(jì)算結(jié)果對上述每個(gè)葉片分別生成用于減小負(fù)荷變動的調(diào)整螺距角度指令值;以及螺距角度控制指令值生成裝置,將對上述每個(gè)葉片生成的上述調(diào)整螺距角度指令值反映到用于對上述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角度指令值中,從而對上述每個(gè)葉片生成螺距角度控制指令值。
發(fā)明人著眼于葉片的負(fù)荷變動會周期性顯著出現(xiàn)這一點(diǎn)。因此,作為在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈的過程中檢測負(fù)荷如何變動的裝置,設(shè)置負(fù)荷測量裝置及計(jì)算裝置。
負(fù)荷測量裝置以規(guī)定的方位角度對作用于各個(gè)葉片上的負(fù)荷進(jìn)行測量。這樣,由于不是按規(guī)定的時(shí)間間隔,而是按規(guī)定的方位角度測量負(fù)荷,因此,也適用于葉片旋轉(zhuǎn)速度變化的變速風(fēng)車。
計(jì)算裝置確保規(guī)定周期的量(例如,旋轉(zhuǎn)1圈)的由負(fù)荷測量裝置測量的各方位角度的測量值,并根據(jù)這些測量值求出負(fù)荷的特性。由此,可知道在各個(gè)葉片中出現(xiàn)哪種負(fù)荷變動。
并且,調(diào)整螺距角度指令值生成裝置求出用于除去該負(fù)荷變動的螺距角度調(diào)整指令值,螺距角度控制指令值生成裝置將該調(diào)整螺距角度指令值反映到各個(gè)葉片螺距角度的控制中。由此,可減小周期性顯著出現(xiàn)的負(fù)荷變動。
這樣,由于著眼于周期性出現(xiàn)的負(fù)荷變動并減小了該負(fù)荷變動,因此,與減小瞬時(shí)出現(xiàn)的負(fù)荷變動的以往的螺距角度控制相比,可以通過非常簡單的處理,更有效地減小負(fù)荷變動。由此,可將各個(gè)葉片控制在最佳的螺距角度,從而延長了葉片及構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件的壽命。
此外,在本發(fā)明中,雖然由于在至少確保一個(gè)周期的測量值之后,根據(jù)這些測量值進(jìn)行反饋控制會產(chǎn)生時(shí)間延遲,但是,由于本發(fā)明著眼的負(fù)荷變動是在幾乎相同的方位角度中周期性出現(xiàn)的,因此,即使存在由反饋引起的時(shí)間延遲,仍能以高精度除去負(fù)荷變動。
在上面記載的葉片螺距角度控制裝置中,優(yōu)選的是,上述負(fù)荷測量裝置具有方位角度測量裝置,以規(guī)定時(shí)間間隔測量各個(gè)葉片的方位角度;觸發(fā)發(fā)生裝置,在測量結(jié)果與規(guī)定的方位角度一致時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號;以及測量裝置,根據(jù)上述觸發(fā)信號測量負(fù)荷。
這樣,可以由眾所周知的常用機(jī)構(gòu)構(gòu)成負(fù)荷測量裝置,從而能低價(jià)且簡單地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷測量裝置。
上述測量裝置可以使用應(yīng)變計(jì),測力計(jì)、光纖傳感器等。
在上面記載的葉片螺距角度控制裝置中,優(yōu)選的是,上述負(fù)荷測量裝置具有在方位角度到達(dá)預(yù)定角度時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)的編碼器、和根據(jù)上述觸發(fā)測量負(fù)荷的測量裝置。
編碼器和測量裝置為眾所周知的機(jī)構(gòu)。這樣,由于負(fù)荷測量裝置由眾所周知的機(jī)構(gòu)構(gòu)成,因此,能夠低價(jià)且簡單地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷測量裝置。
上述測量裝置可以使用應(yīng)變計(jì),測力計(jì)、光纖傳感器等。
本發(fā)明提供一種葉片螺距角度控制裝置,在具有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置中使用,其中具有加速度測量裝置,用于以規(guī)定的方位角度測量上述葉片或構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件的加速度;調(diào)整螺距角度指令值生成裝置,對上述每個(gè)葉片分別生成用于降低由上述加速度測量裝置測量的加速度的調(diào)整螺距角度指令值;以及螺距角度控制指令值生成裝置,將對上述每個(gè)葉片生成的上述調(diào)整螺距角度指令值反映到用于對上述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角度指令值中,從而對上述每個(gè)葉片生成螺距角度控制指令值。
調(diào)整螺距角度指令值生成裝置,例如可對每個(gè)葉片計(jì)算出用于降低由加速度測量裝置測量的加速度的最佳螺距角度,并生成調(diào)整螺距角度指令值。之后,螺距角度控制指令值生成裝置將該調(diào)整螺距角度指令值反映到對葉片螺距角度進(jìn)行控制的螺距角度控制指令值中,從而降低加速度。
而且,由于加速度與負(fù)荷變動具有關(guān)聯(lián)關(guān)系,因此,可通過降低加速度來減小負(fù)荷的變動。
本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置,具有多個(gè)葉片,其中,具有葉片螺距角度控制裝置,該葉片螺距角度控制裝置具有負(fù)荷測量裝置,用于以規(guī)定的方位角度測量上述葉片或構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件上的負(fù)荷;調(diào)整螺距角度指令值生成裝置,對上述每個(gè)葉片分別生成用于減小由上述負(fù)荷測量裝置測量的負(fù)荷的調(diào)整螺距角度指令值;以及螺距角度控制指令值生成裝置,將對上述每個(gè)葉片生成的上述調(diào)整螺距角度指令值反映到用于對上述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角度指令值中,從而對上述每個(gè)葉片生成螺距角度控制指令值。
由于設(shè)有這種葉片螺距角度控制裝置,因此,能夠控制各個(gè)葉片達(dá)到最佳螺距角度,從而能夠?qū)崿F(xiàn)葉片及構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件壽命較長的風(fēng)力發(fā)電裝置。


圖1為框圖,其顯示了本發(fā)明第一實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置的結(jié)構(gòu)。
圖2為用于說明方位角度的視圖。
圖3顯示了使風(fēng)速與風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出建立關(guān)聯(lián)的特性圖表的一個(gè)例子。
圖4顯示了恒速風(fēng)(風(fēng)速在時(shí)間上、平面上相同)下的特性圖表的一個(gè)例子。
圖5顯示了在改變風(fēng)速時(shí),用于消除由傾角造成的風(fēng)的影響的螺距角度修正值以及反映了該修正值的特性圖表的一個(gè)例子。
圖6顯示了在改變風(fēng)速時(shí),用于消除由風(fēng)向偏差產(chǎn)生的影響的螺距角度修正值以及反映該修正值的特性圖表的一個(gè)例子。
圖7顯示了在空氣密度為變量時(shí)的特性圖表的一個(gè)例子。
圖8顯示了在風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出為變量時(shí)的特性圖表的一個(gè)例子。
圖9顯示了適用于使用定速風(fēng)車時(shí)的輸出變動除去裝置的結(jié)構(gòu)。
圖10顯示了本發(fā)明第二實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置結(jié)構(gòu)的框圖。
圖11顯示了在風(fēng)力發(fā)電裝置中使用的螺旋槳型風(fēng)車的外觀圖。
圖12為框圖,其顯示了使用現(xiàn)有技術(shù)的葉片螺距角度控制裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。
圖13為用于說明風(fēng)切變特性、塔架特性以及風(fēng)速分布的視圖。
具體實(shí)施例方式
下面,參照附圖,以第一實(shí)施方式、第二實(shí)施方式的順序?qū)Ρ景l(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
第一實(shí)施方式圖1為框圖,其顯示了適用于使用了定速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片螺距角度控制裝置的結(jié)構(gòu)。
如圖1所示,本實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置設(shè)有存儲部(存儲裝置)10、方位角度檢測部(方位角度檢測裝置)11、參數(shù)檢測部(參數(shù)檢測裝置)12、指令值獲取部(指令值取得裝置)13、螺距角度控制指令值生成部(螺距角度控制指令值生成裝置)14、以及通用螺距角度指令值生成部(通用螺距角度指令值生成裝置)15。
在存儲部10中,建立關(guān)聯(lián)地存儲有風(fēng)速、溫度、上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出等影響葉片負(fù)荷變動的規(guī)定參數(shù)、方位角度以及螺距角度指令值。
此處,如圖2所示,方位角度是指與風(fēng)車的垂直方向所成的交角,當(dāng)葉片位于風(fēng)車的最上部時(shí),該方位角度為0°,在位于最下部時(shí),該方位角度為180°。另外,對于存儲在存儲部10中內(nèi)容的詳細(xì)情況將在后面敘述。
方位角度檢測部11以規(guī)定間隔,分別檢測各葉片的方位角度,并將它們輸出到指令值獲取部13。例如,可以通過設(shè)置在轉(zhuǎn)動軸中的旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出求出方位角度。
參數(shù)檢測部12設(shè)有用于檢測風(fēng)速的風(fēng)速檢測部(風(fēng)速檢測裝置)121、檢測空氣密度的空氣密度檢測部122、以及檢測風(fēng)力發(fā)電裝置輸出的風(fēng)力發(fā)電裝置輸出檢測部123。
風(fēng)速檢測部121在內(nèi)部設(shè)有使風(fēng)速與風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出建立關(guān)聯(lián)的特性圖表(參見圖3)。風(fēng)速檢測部121以規(guī)定間隔、從風(fēng)力發(fā)電裝置輸出檢測部123獲得風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出,并從特性圖表讀出與所獲得的輸出對應(yīng)的風(fēng)速,從而推測出風(fēng)速,并將推測的風(fēng)速輸出到指令值獲取部13。另外,代替這種推測風(fēng)速的方法,也可以在風(fēng)流入風(fēng)車之前使用測量風(fēng)速的風(fēng)速計(jì)(例如,激光多普勒風(fēng)速計(jì))。這樣,由于不受葉片的下游的影響,可獲得高精度的風(fēng)速。
在使用激光多普勒風(fēng)速計(jì)的情況下,可以設(shè)置使示蹤粒子從風(fēng)車的上游側(cè)向風(fēng)車流動的裝置。或者,也可將在流入風(fēng)車的空氣中混入的塵埃和水蒸汽用作示蹤物,獲得來自塵埃或水蒸汽的散射光并通過激光多普勒進(jìn)行測量。在這種情況下,不必另外設(shè)置使示蹤粒子流動的裝置。
空氣密度檢測部122按規(guī)定間隔檢測氣溫、氣壓,并根據(jù)空氣密度、氣溫、氣壓的特性由該檢測值求出空氣密度。這是因?yàn)榭諝饷芏扔蓺鉁丶皻鈮何ㄒ淮_定。例如,空氣密度檢測部122具有使氣溫、氣壓及空氣密度預(yù)先建立關(guān)聯(lián)的映射,從映射中獲得通過氣溫、氣壓的測量值選定的空氣密度,從而求出空氣密度?;蛘呖梢跃哂袣鉁?、氣壓及空氣密度的關(guān)系式,并通過將氣溫及氣壓的測量值代入關(guān)系式中,算出空氣密度。
指令值獲取部13從存儲部10獲取螺距角度指令值,該螺距角度指令值,根據(jù)從上述方位角度檢測部11輸入的各個(gè)葉片的方位角度和從參數(shù)檢測部12輸入的各種參數(shù)(例如,風(fēng)速、空氣密度、發(fā)電輸出等)而選定,并將獲得的各葉片的螺距角度指令值,即第1葉片螺距角度指令值、第2葉片螺距角度指令值、第3葉片螺距角度指令值分別輸出到螺距角度控制指令值生成部14。
由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速(發(fā)電輸出信息)或發(fā)電輸出(發(fā)電輸出信息)的設(shè)定值與當(dāng)前控制量之間的差,通用螺距角度指令值生成部15計(jì)算出用于共同控制第1~第3三個(gè)葉片的螺距角度的通用螺距角度指令值,以使風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電輸出與額定輸出(設(shè)定值),并將該通用螺距角度指令值輸出到螺距角度控制指令值生成部14。例如,通用螺距角度指令值生成部15可以由眾所周知的PID控制系統(tǒng)構(gòu)成。
根據(jù)分別從指令值獲取部13輸入的針對各個(gè)葉片的各螺距角度指令值以及從通用螺距角度指令值生成部15輸入的通用螺距角度指令值,螺距角度控制指令值生成部14生成用于單獨(dú)控制各個(gè)葉片的螺距角度的螺距角度控制指令值。具體地說,通過將各螺距角度指令值與通用螺距角度指令值相加,生成各葉片的螺距角度控制指令值。之后,將對應(yīng)各個(gè)葉片分別獲得的螺距角度控制指令值輸出到作為控制各個(gè)葉片的螺距角度的機(jī)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為安裝在各個(gè)葉片中的油壓缸或電動馬達(dá),其是眾所周知的裝置。
下面,對存儲在存儲部10中的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明。
首先,將風(fēng)速、空氣密度、風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出等作為參數(shù),將這些參數(shù)設(shè)定為各種值,通過計(jì)算機(jī)摸擬,求出各種測試模式中的最佳螺距角度。
例如,作為一種測試模式,設(shè)定風(fēng)速A(m/s)、空氣密度B(g/m3)、發(fā)電輸出C(kW),采集在這種條件下改變螺距角度時(shí)的變動負(fù)荷的數(shù)據(jù)。
接著,分析該數(shù)據(jù)結(jié)果,選擇獲得最小變動負(fù)荷時(shí)的螺距角度,制作使選擇的螺距角度與方位角度對應(yīng)的特性圖表。
通過改變上述各個(gè)參數(shù)(風(fēng)速A(m/s)、空氣密度B(g/m3)、發(fā)電輸出C(kW))的值并反復(fù)進(jìn)行上述工作,從而制作出各種環(huán)境下的特性圖表。之后,使這些特性圖表與測試模式中各個(gè)參數(shù)的設(shè)定值(風(fēng)速、空氣密度、發(fā)電輸出等設(shè)定值)建立對應(yīng)并將它們寫入存儲部10中。
這樣,通過決定參數(shù)值,能夠獲得在該環(huán)境下最合適的螺距角度。
此外,在進(jìn)行上述摸擬時(shí),通過預(yù)先設(shè)定風(fēng)切變特性或塔架特性(參見圖13(a)及圖13(b))作為固定值,從而可以獲得更合適的螺距角度。
例如,雖然上述風(fēng)速等參數(shù)是時(shí)刻動態(tài)變動的,但是風(fēng)切變特性或塔架特性卻是由設(shè)置該風(fēng)車的場所、風(fēng)車的結(jié)構(gòu)決定不變的。因此,在考慮了這些特性之后,通過進(jìn)行摸擬,能夠獲得對該風(fēng)車特定的最佳螺距角度,從而可以進(jìn)行更高精度的葉片螺距角度的控制。
下面,舉例說明上述特性圖表的具體形式。
首先,在圖4中顯示了恒速風(fēng)(風(fēng)速在時(shí)間上、平面上相同)下的特性圖表。如該圖所示,特性圖表的橫軸為方位角度(度),縱軸為螺距角度(度),并且,形成余弦波(Cosine wave),在方位角度0°上取最大螺距角度(例如1°)而在方位角度180°上取最小螺距角度(例如,-1°)。當(dāng)然,該圖中的角度意味著相對值。
其原因在于在葉片接受的風(fēng)速達(dá)到最大的方位角度0°的位置上,為了降低空氣動力性能必須增大螺距角度,而在葉片接受的風(fēng)速達(dá)到最小的方位角度180°的位置上,為了提高空氣性能必須減小螺距角度。
通過上述摸擬獲得的各種環(huán)境下的特性圖表也與圖4所示的特性圖表基本形狀大體相同,但振幅、相位不同。
例如,在將空氣密度、風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電輸出作為固定值而僅改變風(fēng)速的情況下,風(fēng)速越大,對葉片負(fù)荷變動的影響就越大(負(fù)荷與風(fēng)速的平方成正比)。
因此,在改變風(fēng)速時(shí),風(fēng)速越大,圖4中所示的余弦波的振幅就越大。
下面,為了確保間隙以使葉片不與塔架碰撞,風(fēng)車的葉片本來具有稱為傾角(一般為5°左右)的向上的角。受該傾角的影響,流入風(fēng)車的風(fēng)通常為上揚(yáng)風(fēng)。
在風(fēng)速較小的情況下,由于上述風(fēng)速自身的影響很小,因此,可以不考慮,但隨著風(fēng)速的上升,該傾角的影響也加大。用于消除所述傾角對風(fēng)的影響的螺距角度修正值顯示了圖5所示的特性。
在圖5中,線A為圖4所示的基本螺距角度的波形,線B為用于消除由傾角產(chǎn)生的影響的修正值的波形,線C為將線B的修正值加到線A的波形上的螺距角度指令值的波形。
這樣,在摸擬中,在使風(fēng)速上升時(shí)所獲得的特性圖表考慮了受上述傾角影響的上揚(yáng)風(fēng),因此,與圖4所示的特性相比,不僅振幅不同,而且相位也不同。
另外,風(fēng)向?qū)θ~片的負(fù)荷變動也有影響。
例如,從風(fēng)車位置面朝向風(fēng)上側(cè)時(shí),如果風(fēng)從左側(cè)吹入,則在方位角度0°上所接受的風(fēng)的影響會增加,在方位角度180°上所接受的風(fēng)的影響降低。
因此,用于消除由所述風(fēng)向偏差所產(chǎn)生的影響的螺距角度修正值顯示了圖6中所示的特性。
在圖6中,線A為圖4所示的基本螺距角度的波形,線B為用于消除由風(fēng)向偏差產(chǎn)生的影響的修正值的波形,線C為將線B的修正值加到線A的波形上的螺距角度指令值的波形。
這樣,在摸擬中,改變風(fēng)向時(shí)所獲得的特性圖表是增減圖4所示的基本螺距角度振幅的圖表。
此外,將風(fēng)速、風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電輸出作為固定值,在只改變空氣密度的情況下,空氣密度越大,葉片負(fù)荷變動的影響也就越大。因此,在模擬中,在改變空氣密度的情況下,能夠空氣密度越大圖4所示特性的振幅也就越大的特性圖表。圖7顯示了將空氣密度作為變量時(shí)的特性圖表。在圖7中,線A為空氣密度較大時(shí)的螺距角度指令值的波形,線B為空氣密度小時(shí)的螺距角度指令值的波形。
接著,在使風(fēng)速、空氣密度定為固定值,僅改變風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出時(shí),如果輸出大于設(shè)定值(要求輸出),則作用于葉片上的空氣力比按要求輸出值運(yùn)行時(shí)大,另外,還會作用較大的變動空氣力負(fù)荷。因此,在輸出大于要求輸出的情況下,能夠獲得加大了圖4所示的基本螺距角度的振幅的特性圖表。圖8顯示了將風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出作為變量時(shí)的特性圖表。在圖8中,線A為輸出較大時(shí)的螺距角度指令值的波形,線B為輸出較小時(shí)的螺距角度指令值的波形。
下面,對上述本實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置的作用進(jìn)行說明。
首先,若指令值獲取部13從方位角度檢測部11獲取方位角度、從參數(shù)檢測部12獲取風(fēng)速、空氣密度、發(fā)電裝置輸出,則從存儲部10獲得根據(jù)取得的風(fēng)速、空氣密度、發(fā)電裝置輸出選定的特性圖表。
之后,在獲得的特性圖表中,獲得與從方位角度檢測部11輸入的各葉片方位角度對應(yīng)的螺距角度指令值。
由此,能夠獲得分別與第1、第2、第3葉片對應(yīng)的螺距角度指令值。
指令值獲取部13將以此方式取得的螺距角度指令值輸出到螺距角度控制指令值生成部14。
螺距角度控制指令值生成部14通過將從指令值獲取部13輸入的螺距角度指令值與從通用螺距角度指令值生成部15輸入的基于風(fēng)力發(fā)電裝置發(fā)電輸出的通用螺距角度指令值相加,從而生成與各個(gè)葉片對應(yīng)的螺距角度控制指令值,并將這些螺距角度控制指令值輸出到對應(yīng)各個(gè)葉片設(shè)置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
由此,能夠?qū)⒏鱾€(gè)葉片的螺距角度控制為最適合各個(gè)時(shí)刻風(fēng)力發(fā)電裝置運(yùn)行狀況的角度。
另外,如果在存儲部10中未存儲與從參數(shù)檢測部12輸入的參數(shù)值完全一致的特性圖表,則可以選定與這些參數(shù)值最相近的特性圖表?;蛘撸部梢宰x取多個(gè)相近的特性圖表并插補(bǔ)這些特性,從而求出螺距角度指令值。
上面,對適用于使用了定速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片螺距角度控制裝置進(jìn)行說明。本發(fā)明的葉片螺距角度控制裝置也可用于使用了變速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置。
下面,對適用于使用了變速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片螺距角度控制裝置進(jìn)行說明。
在使用變速風(fēng)車的情況下,根據(jù)風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。通過改變旋轉(zhuǎn)速度(轉(zhuǎn)速),各個(gè)葉片的負(fù)荷變動也會變化。因此,在使用變速風(fēng)車的情況下,作為上述參數(shù),必須也考慮轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。具體地說,在圖1所示的葉片螺距角度控制裝置的結(jié)構(gòu)中,作為輸入指令值獲取部13的參數(shù),要加上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,并且在存儲部10中存儲也考慮了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的特性圖表。
之后,指令值獲取部13從存儲部10獲取根據(jù)輸入的風(fēng)速、空氣密度、發(fā)電裝置輸出、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速而選定的特性圖表。在取得的特性圖表中,獲取與從方位角度檢測部11輸入的各個(gè)葉片方位角度對應(yīng)的螺距角度指令值。之后,將這些螺距角度指令值分別輸出到螺距角度控制指令值生成部14。之后的處理與上述第一實(shí)施方式相同。
雖然通過上述葉片螺距角度控制裝置可以極度減小在葉片中產(chǎn)生的負(fù)荷變動,但依然會產(chǎn)生一些輸出變動。該輸出變動顯著出現(xiàn)在與葉片數(shù)量相應(yīng)的頻帶中。因此,可以通過求出用于除去這種顯著出現(xiàn)的輸出變動的螺距角度,并將其反映到葉片螺距角度控制指令值中,以此進(jìn)一步減小輸出變動。
因此,在本實(shí)施方式中,在圖1所示的葉片螺距角度控制裝置中追加了具有以下功能的輸出變動除去裝置。
圖9顯示了使用定速風(fēng)車時(shí)適用的輸出變動除去裝置的結(jié)構(gòu)。
如圖9所示,輸出變動除去裝置設(shè)有頻率解析部(頻率成分提取裝置)21、控制算法部(計(jì)算裝置)22,逆頻率解析部(計(jì)算裝置)23以及計(jì)算部24。
頻率解析部21從風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出中提取與葉片數(shù)量整數(shù)倍相當(dāng)?shù)念l率成分,并且輸出提取的頻率成分。例如,在使用具有3個(gè)葉片的風(fēng)車時(shí),抽出3N成分(N=整數(shù))。
控制算法部22可以將從頻率解析部21輸出的頻率成分和通過圖1所示的方位角度檢測部11檢測的方位角度作為輸入信號而得到,并根據(jù)規(guī)定算法對這些信息進(jìn)行計(jì)算,由此,計(jì)算出頻率區(qū)域的變動螺距角度Δθ(ω)并將其輸出。
逆頻率解析部23可以將通過控制算法部22計(jì)算的變動螺距角度Δθ(ω)作為輸入信號而得到,并對其進(jìn)行逆頻率解析以計(jì)算出時(shí)間區(qū)域的變動螺距角度Δθ(t)并輸出。
計(jì)算部24可以將通過逆頻率分析部23計(jì)算的時(shí)間區(qū)域的變動螺距角度Δθ(t)和由通用螺距角度指令值生成部15(參照圖1)輸出的通用螺距角度指令值作為輸入信號而得到,并它們相加,由此對通用螺距角度指令值進(jìn)行微調(diào),將微調(diào)后的通用螺距角度指令值輸出到螺距角度控制指令值生成部14(參照圖1)。
這樣,通過頻率分析部21從風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出中提取對各個(gè)葉片的負(fù)荷變動有顯著影響的頻率成分,通過控制算法部22及逆頻率分析部23求出可除去該頻率成分的螺距角度,計(jì)算部24再將從逆頻率解析部23輸出的變動螺距角度反映到通用螺距角度指令值中。
由此,能夠僅準(zhǔn)確除去顯著的輸出變動,從而可以保持穩(wěn)定的發(fā)電輸出。
此外,在使用變速風(fēng)車的情況下,在圖9所示的輸出變動除去裝置中,作為輸入信號,輸入轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。即,為了在變速風(fēng)車中通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制輸出,可以變?yōu)檩敵鲞M(jìn)行轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的頻率解析,從而求出變動螺距角度Δθ(t)。由此,對于變速風(fēng)車而言,也能夠進(jìn)行更高精度的葉片螺距角度的控制。
上面,雖然參照附圖對本發(fā)明第一實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置進(jìn)行了詳細(xì)說明,但是具體的結(jié)構(gòu)不應(yīng)局限于該實(shí)施方式,其還包括不脫離本發(fā)明宗旨范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)變動。
例如,各種參數(shù)并不限于上述風(fēng)速、空氣密度、風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出、轉(zhuǎn)子速度(轉(zhuǎn)速),還包括進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電時(shí)對輸出等有影響的任何參數(shù)。
此外,也可以使用考慮了這些參數(shù)中所有參數(shù)變動的螺距角度,或者可以進(jìn)行僅考慮這些參數(shù)的一部分(例如僅考慮風(fēng)速)的螺距角度的控制。
此外,參數(shù)也不限于同步檢測得到的參數(shù),例如,風(fēng)速與方位角度可以按預(yù)定的間隔檢測,而隨時(shí)間變化小的空氣密度等,其檢測間隔可以比風(fēng)速、方位角度的間隔長。
第二實(shí)施方式下面,對本發(fā)明第二實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置進(jìn)行說明。
圖10為框圖,其顯示了適用于使用了變速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片螺距角度控制裝置的結(jié)構(gòu)。
如圖10所示,本實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置設(shè)有負(fù)荷測量部(負(fù)荷測量裝置)30、頻率解析部(計(jì)算裝置)31、調(diào)整螺距角度生成部(調(diào)整螺距角度指令值生成裝置)32、螺距角度控制指令值生成部(螺距角度控制指令值生成裝置)36以及通用螺距角度指令值生成部15。
負(fù)荷測量部30按規(guī)定的方位角度(例如,每6°)分別測量作用于各個(gè)葉片的負(fù)荷,并將測量結(jié)果作為電信號輸出。
例如,該負(fù)荷測量部30具有方位角度測量器(方位角度測量裝置),以規(guī)定的時(shí)間間隔測量各個(gè)葉片方位角度;觸發(fā)發(fā)生電路(觸發(fā)發(fā)生裝置),在方位角度測量器的測量結(jié)果與預(yù)定的方位角度(例如,6的倍數(shù)的角度)一致時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號;以及傳感器(測量裝置),根據(jù)觸發(fā)發(fā)生電路的觸發(fā)信號測量負(fù)荷。此處,測量負(fù)荷的傳感器可以是安裝于葉片根部或風(fēng)車各部分上的應(yīng)變計(jì),測力計(jì)、光纖傳感器等。
頻率解析部31可以將以規(guī)定方位角度從負(fù)荷測量部30測量的測量值(負(fù)荷)作為輸入信號而得到,并根據(jù)該測量值,求出負(fù)荷作用于葉片的周期性變動。具體地說,通過在確保旋轉(zhuǎn)一圈的測量值時(shí),使用以下所示的計(jì)算式(1.1)、(1.2),來求出負(fù)荷的方位角度特性。能夠通過負(fù)荷的余弦成分Zic和正弦成分Zis表示該方位角度特性。
{Zic}n=2KΣk=1Kzi(nkΔΨ)cos(nkΔΨ)···(1.1)]]> {Zis}n=2KΣk=1Kzi(nkΔΨ)cos(nkΔΨ)···(1.2)]]>在上述(1.1)、(1.2)式中,i表示葉片編號,在有3個(gè)葉片的情況下,i=1、2、3。N是對應(yīng)考慮的負(fù)荷變動的周期改變的整數(shù)值,其意味著如果n=3,則表示考慮了在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)變動3次的負(fù)荷。K為在方位角度0°至360°中進(jìn)行測量的次數(shù),例如,在轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)進(jìn)行12次負(fù)荷測量時(shí),“K=12”。ΔΨ為360°除以K的值。
zi(nkΔΨ)是作為來自負(fù)荷測量部30的輸入信號的各個(gè)方位角度中的負(fù)荷測量值。
接著,調(diào)整螺距角度指令值生成部32將頻率分析部31的解析結(jié)果作為輸入信息而得到,根據(jù)該解析結(jié)果,對每一葉片分別生成用于減小負(fù)荷變動的調(diào)整螺距角度指令值。該調(diào)整螺距角度指令值生成部32具有調(diào)整指令值計(jì)算部33和逆頻率分析部34。
調(diào)整指令值計(jì)算部33將通過頻率分析部31求出的負(fù)荷變動的余弦成分Zic與正弦成分Zis作為輸入信號而得到,并通過規(guī)定的傳遞函數(shù)計(jì)算該輸入信號Zic、Zis,從而分別對各個(gè)葉片求出用于消除周期性出現(xiàn)的顯著負(fù)荷變動的調(diào)整指令值θdem。此處,求出的調(diào)整指令值θ1dem、θ2dem、θ3dem為頻率區(qū)域上的值。
此外,作為求出調(diào)整指令值計(jì)算部33使用的傳遞函數(shù)的方法,可采用通過假定各種負(fù)荷變動而進(jìn)行摸擬,并分析該摸擬結(jié)果來獲得最佳調(diào)整指令值,再從該結(jié)果求出傳遞函數(shù)的方法等。
或者,也可以根據(jù)風(fēng)車的運(yùn)行狀況設(shè)定多個(gè)傳遞函數(shù),再根據(jù)風(fēng)車的運(yùn)行狀況選定最佳傳遞函數(shù)來使用。由此,能夠求出較為適合的調(diào)整指令值。
接著,逆頻率解析部34將作為通過調(diào)整指令值計(jì)算部33求出的頻率區(qū)域上的值的調(diào)整指令值θ1dem、θ2dem、θ3dem變換為時(shí)間區(qū)域上的值。
即,該調(diào)整指令值原本是根據(jù)負(fù)荷測量部30以規(guī)定方位角度所測量的負(fù)荷求出的值。因此,頻率解析部31、調(diào)整指令值計(jì)算部33所處理的信息成為隨角度變化的特性或者調(diào)整指令值。
另一方面,由于后面所述的通過通用螺距角度指令值生成部35求出的通用螺距角度指令值是隨時(shí)間變動的指令值,即時(shí)間軸上的指令值,因此,必須對這些指令值進(jìn)行整合。
因此,逆頻率解析部34使用當(dāng)前的方位角度信息和規(guī)定的函數(shù),將調(diào)整指令值θ1dem、θ2dem、θ3dem轉(zhuǎn)換為時(shí)間區(qū)域上的值θ1(t)、θ2(t)、θ3(t)。
之后,將轉(zhuǎn)換后的調(diào)整指令值θ1(t)、θ2(t)、θ3(t)作為調(diào)整螺距角度指令值,傳遞到螺距角度控制指令值生成部36。
在螺距角度控制指令值生成部36中,從調(diào)整螺距角度指令值生成部32輸入用于減小負(fù)荷變動的調(diào)整螺距角度指令值,從通用螺距角度指令值生成部35輸入作為用于使當(dāng)前輸出與目標(biāo)值一致的反饋控制量的通用螺距角度指令值。該通用螺距角度指令值是各個(gè)葉片通用的指令值。螺距角度控制指令值生成部36通過將輸入的通用螺距角度指令值與各個(gè)葉片的調(diào)整螺距角度指令值θ1(t)、θ2(t)、θ3(t)分別相加,生成用于對各個(gè)葉片的螺距角度進(jìn)行單獨(dú)控制的螺距角度控制指令值,并將各螺距角度控制指令值輸出到用于控制各個(gè)葉片的螺距角度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
由此,通過執(zhí)行機(jī)構(gòu),根據(jù)控制指令值控制各個(gè)葉片螺距角度。
如上所述,本實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置可獲得以下效果。
第1,由于不管葉片的旋轉(zhuǎn)速度如何,負(fù)荷測量部30均以規(guī)定的方位角度測量負(fù)荷,因此,其優(yōu)點(diǎn)是不僅適用于定速風(fēng)車,也適用于葉片旋轉(zhuǎn)速度隨運(yùn)行狀況變化的變速風(fēng)車。
第2,負(fù)荷測量部30以規(guī)定的方位角度測量作用于各個(gè)葉片上的負(fù)荷,頻率解析部31分析周期性負(fù)荷的變動特性,根據(jù)該分析結(jié)果,調(diào)整螺距角度指令值生成部32求出用于消除該負(fù)荷變動的調(diào)整螺距角度指令值,螺距角度控制指令值生成部36將該調(diào)整螺距角度指令值反映到各個(gè)葉片螺距角度的控制中。由此,能夠減小周期性顯著出現(xiàn)的負(fù)荷變動。
第3,由于著眼于周期性顯著出現(xiàn)的葉片負(fù)荷變動,并且以減少該周期性的負(fù)荷變動為目的,因此,即使由反饋控制造成時(shí)間延遲,仍能夠以高精度除去負(fù)荷變動。由此,與減少瞬時(shí)出現(xiàn)的負(fù)荷變動的以往的螺距角度控制相比,能夠通過大大簡化的處理有效地減小負(fù)荷變動。結(jié)果,能夠?qū)⒏鱾€(gè)葉片控制為最佳的螺距角度,從而延長了葉片及構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件的壽命。
第4,由于負(fù)荷測量部30由以規(guī)定的時(shí)間間隔測量各葉片方位角度的方位角度測量器、在測量結(jié)果與預(yù)定的方位角度一致時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號的觸發(fā)發(fā)生器、以及根據(jù)觸發(fā)信號測量負(fù)荷的傳感器構(gòu)成,因此,易于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷測量器30。此外,例如,負(fù)荷測量器30也可以由在方位角度達(dá)到預(yù)定角度時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)的編碼器和根據(jù)上述觸發(fā)來測量負(fù)荷的傳感器構(gòu)成。由于這些編碼器和傳感器是眾所周知的機(jī)構(gòu),因此,能夠以簡單的方式實(shí)現(xiàn)負(fù)荷測量裝置。
上面,參照附圖對本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說明,具體的結(jié)構(gòu)并不局限于該實(shí)施方式,還包括在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)變形等。
第1,代替上述實(shí)施方式的負(fù)荷測量部30,也可以采用用于測量葉片加速度的加速度測量部,測量規(guī)定方位角度中的葉片加速度,并計(jì)算出用于降低該加速度的最佳螺距角度。由此,能夠降低葉片或者構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件的加速度。此外,由于具有在承受負(fù)荷變動時(shí),葉片及構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件會發(fā)生振動而產(chǎn)生加速度這一關(guān)聯(lián)關(guān)系,因此,通過以上述方式降低加速度,也可以相應(yīng)地減小負(fù)荷變動。
第2,在上述實(shí)施方式中,雖然對適用于變速風(fēng)車的情況進(jìn)行了說明,但是,本實(shí)施方式的葉片螺距角度控制裝置也適用于使用了定速風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電裝置。對于定速風(fēng)車而言,在通用螺距角度指令值生成部15中輸入的信息不是發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度,而變成發(fā)電機(jī)的輸出,通用螺距角度指令值是使發(fā)電機(jī)輸出與目標(biāo)值一致的指令值。
第3,也可以采用這樣的結(jié)構(gòu),即通過一臺計(jì)算機(jī)裝置來實(shí)現(xiàn)上述頻率解析部31、調(diào)整指令值計(jì)算部33、逆頻率解析部34、通用螺距角度指令值生成部15、螺距角度控制指令值生成部36各部分分別進(jìn)行的處理內(nèi)容。這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒂糜趯?shí)現(xiàn)各部功能的程序存儲在電腦可讀取的存儲介質(zhì)中,并將記錄在該存儲基質(zhì)中的程序讀入電腦系統(tǒng)中執(zhí)行,從而進(jìn)行處理。
權(quán)利要求
1.一種葉片螺距角度控制裝置,在具有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置中使用,其中,具有存儲裝置,用于使影響所述葉片負(fù)荷變動的預(yù)定參數(shù)、方位角度以及螺距角度指令值相互建立關(guān)聯(lián)而予以存儲;方位角度檢測裝置,用于檢測所述每個(gè)葉片的方位角度;參數(shù)檢測裝置,用于檢測所述預(yù)定參數(shù);指令值獲取裝置,用于對所述每個(gè)葉片,分別從所述存儲裝置獲取螺距角度指令值,該螺距角度指令值根據(jù)由所述方位角度檢測裝置檢測的所述每個(gè)葉片的方位角度和由所述參數(shù)檢測裝置檢測的預(yù)定參數(shù)而選定;以及螺距角度控制指令值生成裝置,根據(jù)通過所述指令值獲取裝置獲取的所述螺距角度指令值和由所述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出信息求出的各個(gè)葉片通用的通用螺距角度指令值,生成用于對所述葉片的螺距角度單獨(dú)進(jìn)行控制的螺距角度控制指令值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片螺距角度控制裝置,其中,將存儲在所述存儲裝置中的所述螺距角度控制指令值設(shè)定為反映所述風(fēng)力發(fā)電裝置設(shè)置場所中風(fēng)切變特性的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片螺距角度控制裝置,其中,所述規(guī)定的參數(shù)為風(fēng)速,所述參數(shù)檢測裝置為風(fēng)速推測裝置,該風(fēng)速推測裝置具有使風(fēng)速與所述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出建立關(guān)聯(lián)的特性圖表,并通過從所述特性圖表讀取與所述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出對應(yīng)的風(fēng)速來推測風(fēng)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片螺距角度控制裝置,其中,具有頻率成分提取裝置,從所述風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電輸出、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速中的任意一項(xiàng)提取葉片數(shù)量整數(shù)倍的頻率成分;和計(jì)算裝置,根據(jù)提取的該頻率成分計(jì)算用于除去由該頻率變動引起的負(fù)荷變動的螺距角度,所述螺距角度控制指令值生成裝置將通過所述計(jì)算裝置計(jì)算出的螺距角度反映到所述螺距角度控制指令值中。
5.一種風(fēng)力發(fā)電裝置,具有多個(gè)葉片,其中,具有葉片螺距角度控制裝置,該葉片螺距角度控制裝置具有存儲裝置,用于使影響所述葉片負(fù)荷變動的規(guī)定參數(shù)、方位角度以及螺距角度指令值相互建立關(guān)聯(lián)而予以存儲;方位角度檢測裝置,用于檢測所述每個(gè)葉片的方位角度;參數(shù)檢測裝置,用于檢測所述預(yù)定參數(shù);指令值獲取裝置,用于對所述每個(gè)葉片,分別從所述存儲裝置獲取螺距角度指令值,該螺距角度指令值根據(jù)由所述方位角度檢測裝置檢測的所述每個(gè)葉片的方位角度和由所述參數(shù)檢測裝置檢測的預(yù)定參數(shù)而選定;以及螺距角度控制指令值生成裝置,根據(jù)通過所述指令值獲取裝置獲取的所述螺距角度指令值和由所述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出信息求出的各個(gè)葉片通用的通用螺距角度指令值,生成用于對所述葉片的螺距角度單獨(dú)進(jìn)行控制的螺距角度控制指令值。
6.一種葉片螺距角度控制裝置,在具有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置中使用,其中,具有負(fù)荷測量裝置,用于以規(guī)定的方位角度測量所述葉片或構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件上的負(fù)荷;調(diào)整螺距角度指令值生成裝置,對所述每個(gè)葉片分別生成用于減小由所述負(fù)荷測量裝置測量的負(fù)荷的調(diào)整螺距角度指令值;以及螺距角度控制指令值生成裝置,將對所述每個(gè)葉片生成的所述調(diào)整螺距角度指令值反映到用于對所述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角度指令值中,從而對所述每個(gè)葉片生成螺距角度控制指令值。
7.一種螺距角度控制裝置,在具有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置中使用,其中,具有負(fù)荷測量裝置,用于以規(guī)定的方位角度分別測量作用于所述葉片或構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件上的負(fù)荷;計(jì)算裝置,根據(jù)由所述負(fù)荷測量裝置測量的測量值求出所述負(fù)荷周期性變動;調(diào)整螺距角度指令值生成裝置,根據(jù)所述計(jì)算裝置的計(jì)算結(jié)果對所述每個(gè)葉片分別生成用于減小負(fù)荷變動的調(diào)整螺距角度指令值;以及螺距角度控制指令值生成裝置,將對所述每個(gè)葉片生成的所述調(diào)整螺距角度指令值反映到用于對所述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角度指令值中,從而對所述每個(gè)葉片生成螺距角度控制指令值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的葉片螺距角度控制裝置,其中,所述負(fù)荷測量裝置具有方位角度測量裝置,以規(guī)定時(shí)間間隔測量各個(gè)葉片的方位角度;觸發(fā)發(fā)生裝置,在測量結(jié)果與規(guī)定的方位角度一致時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號;以及測量裝置,根據(jù)所述觸發(fā)信號測量負(fù)荷。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的葉片螺距角度控制裝置,其中,所述負(fù)荷測量裝置具有在方位角度到達(dá)預(yù)定角度時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)的編碼器、和根據(jù)所述觸發(fā)測量負(fù)荷的測量裝置。
10.一種風(fēng)力發(fā)電裝置,具有多個(gè)葉片,其中,具有葉片螺距角度控制裝置,該葉片螺距角度控制裝置具有負(fù)荷測量裝置,用于以規(guī)定的方位角度測量所述葉片或構(gòu)成風(fēng)車的機(jī)械零件上的負(fù)荷;調(diào)整螺距角度指令值生成裝置,對所述每個(gè)葉片分別生成用于減小由所述負(fù)荷測量裝置測量的負(fù)荷的調(diào)整螺距角度指令值;以及螺距角度控制指令值生成裝置,將對所述每個(gè)葉片生成的所述調(diào)整螺距角度指令值反映到用于對所述葉片進(jìn)行相同控制的通用螺距角度指令值中,從而對所述每個(gè)葉片生成螺距角度控制指令值。
全文摘要
一種葉片螺距角度控制裝置,具有存儲部(10),用于使影響葉片負(fù)荷變動的預(yù)定參數(shù)、方位角度以及螺距角度指令值建立關(guān)聯(lián)而予以存儲;方位角度檢測部(11),用于檢測每個(gè)葉片的方位角度;預(yù)定參數(shù)檢測部(12),用于檢測預(yù)定參數(shù);指令值獲取部(13),對每個(gè)葉片分別從存儲部(10)獲取螺距角度指令值,該螺距角度指令值,根據(jù)由方位角度檢測部(11)檢測的每個(gè)葉片的方位角度和由預(yù)定參數(shù)檢測部(12)檢測的預(yù)定參數(shù)而選定;和螺距角度控制指令值生成部(14),根據(jù)螺距角度指令值和通用螺距角度指令值,生成用于對葉片的螺距角度進(jìn)行單獨(dú)控制的螺距角度控制指令值。
文檔編號H02P9/00GK1833103SQ20048002274
公開日2006年9月13日 申請日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月10日
發(fā)明者井手和成, 林義之, 柴田昌明 申請人:三菱重工業(yè)株式會社
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