專利名稱：用于減小風(fēng)力渦輪機(jī)中轉(zhuǎn)子負(fù)載的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，且更具體地涉及一種用于
在檢測(cè)到葉片傾斜故障和反轉(zhuǎn)矩?fù)p失(如電網(wǎng)異常)時(shí)有效降低風(fēng)力渦 輪機(jī)中的轉(zhuǎn)子負(fù)載的方法及裝置。
背景技術(shù)：
近年來，風(fēng)力渦輪機(jī)作為一種對(duì)環(huán)境安全且相對(duì)便宜的替 代能源，受到了日益增加的關(guān)注。隨著對(duì)其關(guān)注的增長(zhǎng)，人們已做出
i相當(dāng)大的努力來研制可靠且高效的風(fēng)力渦輪機(jī)。通常，風(fēng)力渦輪機(jī)包括具有多個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子安裝在
外殼或機(jī)搶內(nèi)，該外殼或機(jī)搶位于桁架式塔架或管狀塔架的頂部。公 用級(jí)風(fēng)力渦輪機(jī)(即，設(shè)計(jì)成用來將電力提供到公用電網(wǎng)上的風(fēng)力渦輪 機(jī))可具有大型轉(zhuǎn)子(例如，直徑為八十米或更大)。這些轉(zhuǎn)子上的葉片 將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)動(dòng)力，發(fā)電機(jī)通 過齒輪箱可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上。齒輪箱可用來逐步提升用于發(fā)電機(jī) 的渦輪轉(zhuǎn)子固有的低轉(zhuǎn)速，以有效地將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成輸入到公用電網(wǎng) 中的電能。有些渦輪機(jī)采用直接聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上的發(fā)電機(jī)而并未使用齒 輪箱。諸如電池的備用電源，設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整系統(tǒng)中，并在 電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)直接應(yīng)用于葉片調(diào)整驅(qū)動(dòng)器，從而保證一直有動(dòng)力供 給葉片調(diào)整驅(qū)動(dòng)器。如果觸發(fā)了通常要求受輔助驅(qū)動(dòng)的葉片傾斜的緊 急停機(jī)，則所有葉片就開始以同樣快的傾斜速率朝向順槳傾斜。至少一些公知的風(fēng)力渦輪機(jī)可包括眾多制動(dòng)系統(tǒng)，以滿足 安全要求。例如，至少一些公知的風(fēng)力渦輪機(jī)包括盤式制動(dòng)器，以有助于克服全風(fēng)力轉(zhuǎn)矩而使風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子停機(jī)；以及儲(chǔ)存能量源，例
如液壓蓄能器、儲(chǔ)存的彈簧能量、電容器和/或電池，以能夠在動(dòng)力故 障期間進(jìn)行制動(dòng)。對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)，最嚴(yán)重的情況之一是發(fā)電機(jī)所提供的反 轉(zhuǎn)矩?fù)p失(如電網(wǎng)連接損失)并結(jié)合有其中的 一個(gè)葉片未能朝向順槳傾 斜。傾斜故障會(huì)引起葉片不對(duì)稱，而反轉(zhuǎn)矩?fù)p失會(huì)引起高轉(zhuǎn)子速度。 這兩種情況的結(jié)合會(huì)在轉(zhuǎn)子中引起較大的空氣動(dòng)力不平衡，其可在風(fēng) 力渦輪機(jī)的一些構(gòu)件中，特別是在塔架頂部(例如，槳轂、主軸承、主 機(jī)架等)，產(chǎn)生很高的負(fù)載。因此，就需要在^^測(cè)與反轉(zhuǎn)矩?fù)p失相關(guān)聯(lián) 的葉片傾斜故障期間最大限度地減小這些很高的負(fù)載對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī) 構(gòu)件的影響。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)而言之， 一種用于對(duì)包括制動(dòng)器和聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上的至少 一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行制動(dòng)的方法，該方法包括如下步驟 檢測(cè)反轉(zhuǎn)矩?fù)p失；
響應(yīng)檢測(cè)到的反轉(zhuǎn)矩?fù)p失而控制至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角； 檢測(cè)至少 一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片傾斜故障；以及 施加制動(dòng)器來減慢轉(zhuǎn)子。在本發(fā)明的另一個(gè)方面， 一種用于對(duì)包括聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上的 至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行制動(dòng)的方法，該方法包括如下步 驟
檢測(cè)反轉(zhuǎn)矩?fù)p失；
響應(yīng)檢測(cè)到的反轉(zhuǎn)矩?fù)p失而控制至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角； 檢測(cè)其中至少 一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片傾斜故障；以及 響應(yīng)在其中至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片中檢測(cè)到的葉片傾斜故障而改變 所有運(yùn)行的轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角變化速率。在本發(fā)明的又一個(gè)方面， 一種構(gòu)造成用以聯(lián)接到電網(wǎng)上的風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)包括包含至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子；聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上 的制動(dòng)器；葉片傾斜促動(dòng)器；以及聯(lián)接到葉片傾斜促動(dòng)器上的處理器， 其中，該處理器構(gòu)造成用以檢測(cè)電網(wǎng)中的電網(wǎng)異常和在至少一個(gè)轉(zhuǎn)子 葉片中的葉片傾斜故障。


本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)在結(jié)合附圖來理解
下列詳細(xì)描述時(shí)，將變得更為清楚，所有附圖中相似的標(biāo)號(hào)表示相似
的零件，在附圖中圖1為示范性風(fēng)力渦輪機(jī)的示范性實(shí)施例的透視圖。
圖2為圖1中所示風(fēng)力渦輪機(jī)的一部分的局部剖切透視圖。
圖3為用于圖1和圖2中所示風(fēng)力渦4侖^/L的控制系統(tǒng)的示
范性實(shí)施例的方框圖。
圖4為示出用于圖1和圖2中所示風(fēng)力渦輪^f幾的制動(dòng)方法
的示范性實(shí)施例的流程圖。圖5為示出圖4中所示方法的一部分的實(shí)例的曲線圖。
圖6為在電網(wǎng)損失結(jié)合有一個(gè)葉片傾斜故障的情況下在風(fēng)
力渦輪機(jī)各個(gè)位置處的極端負(fù)載的表格，并且突出了本發(fā)明策略相比
于傳統(tǒng)(基準(zhǔn))策略的優(yōu)勢(shì)。
零件清單
10風(fēng)力渦輪枳』
12發(fā)電積』
14塔架
16主體(機(jī)艙)
18轉(zhuǎn)子
20 S走轉(zhuǎn)軸線
22槳轂24葉片 26發(fā)電才兒 28控制系統(tǒng) 30偏4元系統(tǒng) 31偏航驅(qū)動(dòng)器 32旋轉(zhuǎn)軸線 33制動(dòng)器 34風(fēng)速計(jì) 35傳感器
36可變?nèi)~片傾斜系統(tǒng)
37促動(dòng)器
40總線
42處理器
44 RAM
46存儲(chǔ)裝置
48 ROM
50輸入/輸出裝置
52傳感器接口
具體實(shí)施例方式如文中所用，用語"葉片"旨在表示在相對(duì)于周圍流體作運(yùn) 動(dòng)時(shí)提供反作用力的任何裝置。如文中所用，用語"風(fēng)力渦輪機(jī)"旨在 表示利用風(fēng)能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)能的任何裝置，且更具體而言，是將風(fēng)的動(dòng)能 轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。如文中所用，用語"風(fēng)力發(fā)電機(jī)"旨在表示利用 由風(fēng)能所產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)能來產(chǎn)生電力的任何裝置，且更具體而言，是將由 風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換而成的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電力的裝置。如文中所用，用語"風(fēng) 車，，旨在表示使用由風(fēng)能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)能的任何風(fēng)力渦輪機(jī)，且更具體而 言，是出于除產(chǎn)生電力外的預(yù)定目的(例如但不限于泵送流體和/或碾 磨物質(zhì))而使用由風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成的機(jī)械能的風(fēng)力渦輪機(jī)。
圖1為示范性風(fēng)力渦輪機(jī)10的示范性實(shí)施例的透視圖。圖 2為風(fēng)力渦輪機(jī)10的一部分的局部剖切透^L圖。本文所述和所示的風(fēng) 力渦輪機(jī)10包括用于由風(fēng)能來產(chǎn)生電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)12。然而，在 一些實(shí)施例中，除了風(fēng)力發(fā)電機(jī)12或作為其備選，風(fēng)力渦輪機(jī)10可 包括任何類型的風(fēng)力渦輪機(jī)，例如但不限于風(fēng)車(未示出)。此外，本 文所述和所示的風(fēng)力渦4侖機(jī)10包括水平軸線式構(gòu)造。然而，在一些 實(shí)施例中，除了水平軸線式構(gòu)造或者作為其備選，風(fēng)力渦輪機(jī)10可 包括豎直軸線式構(gòu)造(未示出)。風(fēng)力渦輪機(jī)10可耳關(guān)接到電網(wǎng)(未示出) 上，以便從其上接收電力來驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)10和/或其關(guān)聯(lián)構(gòu)件的操 作，以及/或者以便向其供應(yīng)由風(fēng)力渦輪機(jī)10所產(chǎn)生的電力。盡管在 圖1和圖2中僅示出了一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)10，但在一些實(shí)施例中，可將 多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)IO組合到一起，有時(shí)稱為"風(fēng)力田"。在有些實(shí)施例中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)12安裝在塔架14上，然而， 在有些實(shí)施例中除了安裝在塔架上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)12或作為其備選， 風(fēng)力渦輪機(jī)10包括接近地面和/或水面的風(fēng)力發(fā)電機(jī)(和/或其它類型 的風(fēng)力渦輪機(jī))。塔架14的高度可基于本領(lǐng)域公知的因素和條件來選 擇。風(fēng)力發(fā)電機(jī)12包括主體16,有時(shí)稱為"機(jī)搶"，以及聯(lián)接到主體 16上以便圍繞旋轉(zhuǎn)軸線20而相對(duì)于主體16旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(總體上由18 所標(biāo)示)。轉(zhuǎn)子18包括槳轂22,以及從槳轂22徑向向外延伸以便將 風(fēng)能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)能的多個(gè)葉片24(有時(shí)稱為"翼型件")。盡管本文將轉(zhuǎn) 子18描述并顯示為具有三個(gè)葉片24,但轉(zhuǎn)子18可具有任意數(shù)量的葉 片24。各葉片24均可具有任意長(zhǎng)度(無論本文是否描述)。例如，在有 些實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片24大約0.5米長(zhǎng)，而在有些實(shí)施例 中， 一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片24大約50米長(zhǎng)。葉片24長(zhǎng)度的其它實(shí)例 包括10米或更短、大約20米、大約37米，以及大約40米。還有的 其它實(shí)例包括長(zhǎng)度在大約50米至大約100米之間的轉(zhuǎn)子葉片。不管圖1中如何顯示轉(zhuǎn)子葉片24，轉(zhuǎn)子18都可具有任意形 狀的葉片24，并且可具有任意類型和/或任意構(gòu)造的葉片24,無論本文是否描述和/或示出了這些形狀、類型和/或構(gòu)造。轉(zhuǎn)子葉片24的另
示出)的管道式壽^子:未示t^)。轉(zhuǎn)子葉片24的另一類型、形狀和/或構(gòu) 造的另 一 實(shí)例為戴瑞斯(darrieus)式風(fēng)力渦輪機(jī)，有時(shí)稱為"打蛋器"形 渦輪4凡。轉(zhuǎn)子葉片24的另一類型、形狀和/或構(gòu)造的又一實(shí)例為薩伏 紐斯(savonious)式風(fēng)力渦輪機(jī)。轉(zhuǎn)子葉片24的另一類型、形狀和/或構(gòu) 造的再一實(shí)例為用于泵送水的傳統(tǒng)風(fēng)車，例如但不限于具有木質(zhì)閘板 和/或織物帆布的四葉片式轉(zhuǎn)子。此外，在一些實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪才幾 IO可以是其中的轉(zhuǎn)子18大體逆風(fēng)地面向以利用風(fēng)能的風(fēng)力渦輪^幾， 以及/或者可以是其中的轉(zhuǎn)子18大體順風(fēng)地面向以利用能量的風(fēng)力渦 輪機(jī)。當(dāng)然，在任何實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子18都可不必精確地逆風(fēng)和/或順 風(fēng)地面向，而可大體上以相對(duì)于風(fēng)向成任意角度(其可為可變的)地面 向來利用由此的能量。風(fēng)力發(fā)電機(jī)12包括聯(lián)接到轉(zhuǎn)子18上以便由轉(zhuǎn)子18所產(chǎn)生 的轉(zhuǎn)動(dòng)能來產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)26。發(fā)電機(jī)26可為任何適合類型的發(fā) 電機(jī)，例如但不限于繞線式轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子18的轉(zhuǎn) 動(dòng)能來產(chǎn)生電力的一般性操作為本領(lǐng)域中所公知，且因此本文將不作 詳細(xì)描述。在一些實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)10可包括聯(lián)接到風(fēng)力發(fā)電 機(jī)12的一些或所有構(gòu)件上以便對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)12和/或其一些或所有構(gòu) 件(無論本文是否描述和/或示出這些構(gòu)件)的操作進(jìn)行控制的 一個(gè)或多 個(gè)控制系統(tǒng)28。在示范性實(shí)施例中，控制系統(tǒng)28安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī) 12上。然而，另外或作為備選， 一個(gè)或多個(gè)控制系統(tǒng)28可遠(yuǎn)離風(fēng)力 發(fā)電機(jī)12和/或風(fēng)力渦輪機(jī)10的其它構(gòu)件?？刂葡到y(tǒng)28可用于但不 限于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制，包括例如傾斜和速度調(diào)節(jié)、高速軸和 偏4元制動(dòng)應(yīng)用、偏航和泵用電動(dòng)機(jī)應(yīng)用和/或故障監(jiān)測(cè)。在一些實(shí)施例 中，可使用備選的分布式或集中式控制體系。在一些實(shí)施例中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)12可包括用于對(duì)轉(zhuǎn)子18的 旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動(dòng)以便例如減緩轉(zhuǎn)子18旋轉(zhuǎn)、克服全風(fēng)力轉(zhuǎn)矩而對(duì)轉(zhuǎn)子18進(jìn)行制動(dòng)和/或使發(fā)電機(jī)26減少發(fā)電的制動(dòng)器33，例如液壓停車制 動(dòng)器、機(jī)電制動(dòng)器、離心制動(dòng)器、渦流制動(dòng)器(減速器)，或磁力制動(dòng) 器。此外，在一些實(shí)施例中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)12可包括用于使風(fēng)力發(fā)電 機(jī)12圍繞旋轉(zhuǎn)軸線32進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的偏航系統(tǒng)30，用來改變轉(zhuǎn)子18的 偏航，且更具體而言，是用于改變轉(zhuǎn)子18所面向的方向，以便例如 調(diào)整轉(zhuǎn)子18所面向的方向與風(fēng)向之間的角度。在所示的實(shí)施例中， 偏航系統(tǒng)30包括偏航驅(qū)動(dòng)器31和偏航曱板37。偏航系統(tǒng)30可聯(lián)接 到控制系統(tǒng)28上，以便由其控制。在一些實(shí)施例中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)12 可包括用于測(cè)量風(fēng)速和/或風(fēng)向的風(fēng)速計(jì)34。在一些實(shí)施例中，風(fēng)速 計(jì)34可聯(lián)接到控制系統(tǒng)28上，用于向控制系統(tǒng)28發(fā)送測(cè)量值以便 對(duì)其進(jìn)行處理。例如以及盡管風(fēng)速計(jì)34可聯(lián)接到控制系統(tǒng)28上用于 向其發(fā)送測(cè)量值以便控制風(fēng)力渦輪機(jī)10的其它操作，但風(fēng)速計(jì)34可 向控制系統(tǒng)28發(fā)送測(cè)量值以便使用偏航系統(tǒng)30來控制和/或改變轉(zhuǎn)子 18的偏航。作為備選，風(fēng)速計(jì)34可直接聯(lián)接到偏航系統(tǒng)30上以^更控 制和/或改變轉(zhuǎn)子18的偏航。風(fēng)力渦輪機(jī)10還可包括聯(lián)接到風(fēng)力田 10的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件(無論本文是否描述或示出了這類構(gòu)件)和/或電 網(wǎng)上的一個(gè)或多個(gè)其它傳感器35，以便測(cè)量這類構(gòu)件的參數(shù)。傳感器 35可包括但不限于構(gòu)造成用以測(cè)量位移、偏航、傾斜、力矩、應(yīng)變、 壓力、扭曲、損壞、故障、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電網(wǎng)中的電網(wǎng)異常 和/或供應(yīng)到風(fēng)力渦輪機(jī)10的任何構(gòu)件上的動(dòng)力異常。盡管示范性傳 感器35在本文中示為聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)10的各個(gè)構(gòu)件上，例如塔架 14、葉片24以及槳穀22,但本文所示的傳感器35并不限于各傳感器 顯示為與其聯(lián)接的構(gòu)件，也不限于在這些構(gòu)件上所示出的位置。相反
而言，傳感器35可聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)10的任何構(gòu)件和/或電網(wǎng)上位于 其任何位置以便測(cè)量其任何參數(shù)，無論本文是否描述和/或示出這樣的 構(gòu)件、位置和/或參數(shù)。風(fēng)力渦輪機(jī)IO(且更具體而言為風(fēng)力發(fā)電機(jī)12) 的一般性操作為本領(lǐng)域中所公知，且因此將不在文中作更為詳細(xì)地描 述。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)12包括可變?nèi)~片傾斜系統(tǒng)36，以便有選擇地控 制(包括但不限于改變)轉(zhuǎn)子葉片24的傾斜角。傾斜系統(tǒng)36可l關(guān)接到 控制系統(tǒng)28上以便由其控制。在所示實(shí)施例中，槳轂22收容三個(gè)葉 片24"但其它構(gòu)造可采用任意數(shù)量的葉片。在一些實(shí)施例中，葉片 24的傾斜角由傾斜系統(tǒng)36單獨(dú)地控制。傾斜系統(tǒng)36包括聯(lián)接到槳轂 22和葉片24上的一個(gè)或多個(gè)促動(dòng)器38,以便通過使葉片24相對(duì)于 槳轂22進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來改變?nèi)~片24的傾斜角。促動(dòng)器38可包括任何適 合的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、布置、裝置和/或構(gòu)件，無論本文是否對(duì)其進(jìn)行了描 述和/或示出，例如但不限于電動(dòng)機(jī)、液壓缸、彈簧和/或伺服才幾構(gòu)。 此外，促動(dòng)器38可由任何適合的方式驅(qū)動(dòng)，無論本文是否對(duì)其進(jìn)行 了描述和/或示出，例如但不限于液壓流體、電力、電化學(xué)能和/或機(jī) 械能(例如但不限于彈簧力)。另外或作為備選，促動(dòng)器38可由從轉(zhuǎn)子 18的旋轉(zhuǎn)慣性和/或儲(chǔ)存能量源(未示出)中所提取的能量驅(qū)動(dòng)，該儲(chǔ)存 能量源在聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)10上的電網(wǎng)出現(xiàn)電網(wǎng)異常期間向風(fēng)力渦 輪機(jī)10的構(gòu)件供能，這些構(gòu)件例如但不限于控制系統(tǒng)28和/或傾斜系
狀態(tài)、過壓狀態(tài)和/或頻率不符(out-of-frquency)狀態(tài)。因而，儲(chǔ)存能量 源能夠在電網(wǎng)異常期間使葉片24傾斜。盡管可使用其它儲(chǔ)存能量源， 但在一些實(shí)施例中，儲(chǔ)存能量源包括液壓蓄能器、發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)存的彈 簧能量、電容器和/或電池。儲(chǔ)存能量源可位于風(fēng)力渦輪機(jī)10內(nèi)、風(fēng) 力渦輪機(jī)10上、鄰近和/或遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪機(jī)10的任何位置上。在一些 實(shí)施例中，儲(chǔ)存能量源儲(chǔ)存從轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)慣性中提取的能量，在 風(fēng)力渦輪機(jī)10的轉(zhuǎn)換器(未示出)內(nèi)所儲(chǔ)存的能量和/或其它輔助能量 源的能量，這些輔助能量源例如但不限于聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)20上的 輔助風(fēng)力渦輪機(jī)(未示出)、太陽能電池板和/或水力發(fā)電設(shè)施。在損失電網(wǎng)功率的情況下，所期望的是在停機(jī)期間能夠控 制葉片24的傾斜，以幫助制動(dòng)。在這種情況下，可能沒有可用于操 作可變?nèi)~片傾斜系統(tǒng)36的動(dòng)力。因此，期望將備用能量源(未示出)設(shè)置在轉(zhuǎn)子18中，用來向可變?nèi)~片傾斜系統(tǒng)36提供應(yīng)急備用動(dòng)力。 電池組或其它后備能量源(未示出)可設(shè)置在槳轂22中，用以將后備動(dòng) 力提供到用于各葉片24的可變?nèi)~片傾斜系統(tǒng)36上。圖3為控制系統(tǒng)28的示范性實(shí)施例的方框圖。在一些實(shí)施 例中，控制系統(tǒng)28包括總線40或其它通信裝置，用以傳達(dá)信息。一 個(gè)或多個(gè)處理器42聯(lián)接到總線上40用以處理信息，這些信息包括來 自風(fēng)速計(jì)34和/或傳感器35的信息?？刂葡到y(tǒng)28還可包括一個(gè)或多 個(gè)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 44和/或其它的存儲(chǔ)裝置46。 RAM 44和存 儲(chǔ)裝置46聯(lián)接到總線40上，用以存儲(chǔ)和傳輸待由處理器42所執(zhí)行 的信息和指令。RAM 44(和/或如果包括的話還有存儲(chǔ)裝置46)還可用 來在處理器42執(zhí)行指令期間存儲(chǔ)臨時(shí)變量或其它中間信息?？刂葡?統(tǒng)28還可包括一個(gè)或多個(gè)只讀存儲(chǔ)器(ROM) 48和/或聯(lián)接到總線40 上的其它靜態(tài)存儲(chǔ)裝置，用以存儲(chǔ)并向處理器42提供靜態(tài)(即不變的) 信息和指令。輸入/輸出裝置50可包括本領(lǐng)域中所公知的任何裝置， 用以向控制系統(tǒng)28提供輸入數(shù)據(jù)，以及/或者提供例如但不限于偏航 控制輸出和/或傾斜控制輸出的輸出。通過提供可對(duì)一個(gè)或多個(gè)可電存 取介質(zhì)等進(jìn)行存取的有線或無線遠(yuǎn)程連接，可將指令從存儲(chǔ)裝置提供 給存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)裝置例如但不限于磁盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM)集成電 路、CD-ROM和/或DVD。在一些實(shí)施例中，可使用硬接線電路來代 替軟件指令或與其結(jié)合。因此，執(zhí)行指令序列并不限于硬件電路和軟 件指令的任何特定組合，無論本文是否對(duì)其進(jìn)行描述和/或圖示?？刂?系統(tǒng)28還可包括容許控制系統(tǒng)28與風(fēng)速計(jì)34和/或傳感器35進(jìn)行通 信的傳感器接口 52。傳感器接口 52可為或可包括例如將模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 換成可由處理器48使用的數(shù)字信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。圖4為示出用于在檢測(cè)反轉(zhuǎn)矩?fù)p失例如在步驟S4.1中的電 網(wǎng)異常期間對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)10進(jìn)行制動(dòng)的方法的示范性實(shí)施例的流程 圖。 一旦存在這種情況，該方法就包括在步驟S4.2中例如使用控制系 統(tǒng)28和/或傾^K系統(tǒng)36來有選擇地控制一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片24的傾斜角。例如，有選擇地控制葉片24的傾斜角可包括但不限于選擇葉 片24的傾斜角、改變?nèi)~片24的傾斜角和/或控制葉片24的傾斜角變 化速率。 一些傾斜角和/或傾斜角變化可將振動(dòng)應(yīng)力和/或其它作用力 引發(fā)到風(fēng)力渦輪機(jī)10的構(gòu)件(無論本文是否描述和/或圖示了這些構(gòu)件) 上，從而有可能引起這些構(gòu)件的損壞和/或故障。例如， 一些傾斜角和 /或傾斜角變化可在葉片24間產(chǎn)生傾斜角的不平衡，這可引起風(fēng)力渦 輪機(jī)10的葉片24和/或其它構(gòu)件的損壞和/或故障。另一個(gè)實(shí)例包括 在塔架14中由一些傾斜角和/或傾斜角變化所造成的彎矩，該彎矩?fù)p 壞塔架14和/或致使塔架14失效。此外， 一些傾斜角和/或傾斜角變 化可引發(fā)負(fù)載，該負(fù)載會(huì)引起風(fēng)力渦輪機(jī)10的構(gòu)件的損壞和/或故障， 這些構(gòu)件例如但不限于葉片24、槳轂22、塔架14與風(fēng)力發(fā)電機(jī)12 之間的互連件、塔架14的臺(tái)板(未示出)、風(fēng)力渦輪機(jī)10的基座(未示 出)、風(fēng)力渦輪機(jī)10的齒輪箱、風(fēng)力渦輪機(jī)10的軸承和/或風(fēng)力渦專侖 4幾10的傳動(dòng)系。在一些實(shí)施例中，控制葉片24的傾斜角包括改變?nèi)~片24 的傾斜角。在一些實(shí)施例中，葉片24的傾斜角被改變，以通過空氣 動(dòng)力學(xué)的方式對(duì)轉(zhuǎn)子18進(jìn)行制動(dòng)。更具體而言，葉片24從相對(duì)于風(fēng) 向成一定角度以使風(fēng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子18旋轉(zhuǎn)的第一位置改變到有時(shí)稱為"順 槳位置，，的第二位置，該第二位置相對(duì)于風(fēng)向成一定角度以使風(fēng)減慢轉(zhuǎn) 子18的旋轉(zhuǎn)。因此，葉片轉(zhuǎn)子24的傾斜角從第一位置變化到第二位 置有助于以空氣動(dòng)力學(xué)的方式來對(duì)轉(zhuǎn)子18進(jìn)行制動(dòng)。盡管第一位置 可包括其它傾斜角，但在一些實(shí)施例中，葉片24相對(duì)于風(fēng)向所成的 角度在大約-5度至大約+5度之間。此外，盡管第二位置可包括其它傾 斜角，但在一些實(shí)施例中，葉片24相對(duì)于風(fēng)向所成的角度在大約85 度至大約95度之間。在一些實(shí)施例中并且例如，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)控制 系統(tǒng)28對(duì)電網(wǎng)中的電網(wǎng)異常進(jìn)行;險(xiǎn)測(cè)時(shí)，控制系統(tǒng)28可命令傾斜系 統(tǒng)36改變轉(zhuǎn)子葉片24的傾斜角，從而響應(yīng)該電網(wǎng)異常而以空氣動(dòng)力 學(xué)的方式對(duì)轉(zhuǎn)子18進(jìn)行制動(dòng)。在電網(wǎng)異常的情況下，可從儲(chǔ)存能量源中提取能量并供應(yīng)到控制系統(tǒng)28和/或傾斜系統(tǒng)36以便其操作。接下來，該方法在步驟S4.3中確定是否已經(jīng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)子傾 斜故障。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)葉片24的傾斜角控制失效時(shí)，就發(fā)生了葉片 傾斜故障。這可通過傾斜系統(tǒng)36上的其中一個(gè)傳感器35將信號(hào)發(fā)送 給控制系統(tǒng)28來實(shí)現(xiàn)，該信號(hào)表明一個(gè)或多個(gè)葉片24的傾斜角當(dāng)該 葉片24從第一位置移動(dòng)到第二位置(步驟S4.2中的順槳位置)時(shí)保持 恒定。如果檢測(cè)到葉片傾斜故障，則該方法就可以一種或兩種選擇來 繼續(xù)進(jìn)行。第一種選擇是在步驟S4.4中改變轉(zhuǎn)子葉片24的傾斜角變 化速率，以進(jìn)一步幫助減小或消除引發(fā)到風(fēng)力渦輪機(jī)10的一個(gè)或多 個(gè)構(gòu)件中的振動(dòng)應(yīng)力和/或其它作用力。例如，在一些實(shí)施例中，葉片 24的傾斜角變化速率隨著葉片24在第一位置與第二位置之間移動(dòng)而 變化，以通過空氣動(dòng)力學(xué)的方式來對(duì)轉(zhuǎn)子18進(jìn)行制動(dòng)。變化速率的
力渦輪機(jī)10的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件和/或電網(wǎng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，以及/或者至少 部分地基于由風(fēng)速計(jì)34和/或其中的一個(gè)或多個(gè)傳感器35所測(cè)量到的 風(fēng)力渦輪機(jī)10的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件和/或電網(wǎng)的參數(shù)。因此，變化速率 的改變(包括但不限于針對(duì)各特定變化速率的時(shí)刻)可以選擇，以有助 于減小或消除引發(fā)到風(fēng)力渦輪機(jī)10的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定構(gòu)件中的振動(dòng) 應(yīng)力和/或其它作用力。例如，變化速率的改變可有助于減小和/或消 除葉片傾斜不平衡和/或其影響。圖5為示出在步驟S4.4中改變?nèi)~片24的傾斜角變化速率 的一個(gè)實(shí)例的曲線圖。在圖5的示范性實(shí)施例中，葉片24從第一位 置朝向第二位置傾斜，以通過空氣動(dòng)力學(xué)的方式來對(duì)轉(zhuǎn)子18進(jìn)行制 動(dòng)。當(dāng)葉片24從第一位置朝向第二位置傾斜時(shí)，傾斜角以第一速率 62進(jìn)行改變，且隨后以小于第一速率62的第二速率64進(jìn)行改變。更 具體而言以及例如，當(dāng)控制系統(tǒng)28在大約to時(shí)刻檢測(cè)到公用電網(wǎng)中 的電網(wǎng)異常時(shí)，控制系統(tǒng)28命令傾斜系統(tǒng)36將一個(gè)或多個(gè)葉片24 的傾斜角以第一速率62從第一位置向第二位置移動(dòng)。在預(yù)定的時(shí)段之后，或一旦轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)已減慢了預(yù)定量，則控制系統(tǒng)28在ti時(shí)
刻命令傾斜系統(tǒng)36以第二速率64移動(dòng)葉片24的傾斜角，直到葉片 24在t2時(shí)刻位于第二位置。在一些實(shí)施例中，第一速率62有助于盡 可能快地減小轉(zhuǎn)子18的速度和/或轉(zhuǎn)矩，而減小的第二速率64有助于 減小或消除引發(fā)到風(fēng)力渦輪機(jī)10的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件中的振動(dòng)應(yīng)力和/ 或其它作用力。例如，第二速率64可有助于對(duì)塔架14的振動(dòng)進(jìn)行減 震。返回參看圖4，如果在步驟S4.3中已檢測(cè)到葉片傾斜故障， 則第二種選擇為在步驟S4.6中使發(fā)電機(jī)的超速閾值降低或減小預(yù)定 量。例如，控制系統(tǒng)28可使發(fā)電機(jī)的超速閾值減小大約10%至大約 25%。作為備選，本發(fā)明的方法可使轉(zhuǎn)子的速度閾值降低或減小預(yù)定 量，而并非發(fā)電機(jī)的超速閾值。將認(rèn)識(shí)到的是，該方法可執(zhí)行步驟S4.4和步驟S4.6 二者。 也就是說，本發(fā)明的方法可既在步驟S4.4中改變傾斜角變化速率，也 可在步驟S4.6中減小發(fā)電機(jī)的超速閾值。接下來，在步驟S4.5中，該方法確定發(fā)電機(jī)/轉(zhuǎn)子速度是否 高于減小的發(fā)電機(jī)/轉(zhuǎn)子超速閾值。如果不是，則該方法回到步驟S4.2, 并且葉片24繼續(xù)向順槳位置傾斜。然而，如果發(fā)電機(jī)/轉(zhuǎn)子速度高于 減小的發(fā)電機(jī)/轉(zhuǎn)子超速閾值，則在步驟S4.7中施加制動(dòng)器33來進(jìn)一 步減慢轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)。該方法持續(xù)施加制動(dòng)器33，直到發(fā)電機(jī)速度 低于制動(dòng)器釋放閾值，該釋放閾值遠(yuǎn)低于減小的發(fā)電機(jī)超速閾值。例 如，制動(dòng)器釋放閾值可為標(biāo)稱發(fā)電機(jī)速度的大約33%。 一旦轉(zhuǎn)子18 減慢并且發(fā)電機(jī)速度低于制動(dòng)器釋放閾值，則該方法就不再施加制動(dòng) 器33，該方法回到步驟S4.2,并且葉片24繼續(xù)向順槳位置傾斜。圖6為示出來自傳感器35各個(gè)位置的模擬負(fù)載測(cè)量值的表 格，該測(cè)量值通常受益于此文獻(xiàn)所述的策略。第一列66包含在電網(wǎng) 損失結(jié)合有一個(gè)葉片傾斜故障的情況下，借助用于渦輪機(jī)停機(jī)的基準(zhǔn) (傳統(tǒng))策略進(jìn)行模擬期間所觀察到的極端值。將所有值歸一化使得基準(zhǔn)代表100%。第二列68包含作為在檢測(cè)到傾斜故障后立即施加制動(dòng)
器33的結(jié)果而從傳感器35上得到的極端負(fù)載測(cè)量值。例如，位于槳 轂22中心處的傳感器35測(cè)量到作為在基準(zhǔn)策略之前施加制動(dòng)器33 的結(jié)果而得到為基準(zhǔn)值的大約84.6%的極端負(fù)載.第三列70包含僅作 為由于檢測(cè)到傾斜故障而將葉片24的葉片傾斜變化速率從第 一速率 62變到第二速率64的結(jié)果而從傳感器35上得到的極端負(fù)載測(cè)量值。 例如，位于槳穀22中心處的傳感器35測(cè)量到作為改變?nèi)~片傾^h變化 速率的結(jié)果而得到為基準(zhǔn)水平的大約79.4%的極端負(fù)載。第四列72包 含作為施加制動(dòng)器33并使葉片24的葉片傾斜變化速率從第一速率62 變到第二速率64的結(jié)果而從傳感器35上得到的極端負(fù)載測(cè)量值。例 如，位于槳轂22中心處的傳感器35測(cè)量到為基準(zhǔn)水平的大約75.3% 的極端負(fù)載，該極端負(fù)載低于因僅施加制動(dòng)器33和僅改變?nèi)~片傾斜 變化速率而得到的負(fù)載測(cè)量值。上文所述和/或所示的方法和系統(tǒng)對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)的制動(dòng)成 本低廉且有效。更具體而言，通過在對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行制動(dòng)期間 改變轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角變化速率并且在檢測(cè)到葉片傾斜故障時(shí)有選 *懌地對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)施加制動(dòng)器，本文所述和/或所示的方法及系統(tǒng)有助 于減小引發(fā)到風(fēng)力渦輪機(jī)中的作用力。因此，本文所述和/所示的方法 及系統(tǒng)可有助于減小風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)件的損壞和/或故障，同時(shí)又有助于 對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行有效制動(dòng)。因此，本文所述和/或所示的方法及 系統(tǒng)的技術(shù)效果可包括有助于減小或消除引發(fā)到風(fēng)力渦輪機(jī)中的作 用力，以有助于減小風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)件的損壞和/或故障，同時(shí)又有助于 對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行有效制動(dòng)。盡管本文所述和/所示的系統(tǒng)及方法是針對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)、且 更具體地針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的制動(dòng)來進(jìn)行描述和/或圖示，但本文所 述和/所示的系統(tǒng)及方法的實(shí)現(xiàn)不限于風(fēng)力發(fā)電機(jī)，也通常不限于風(fēng)力 渦幸侖機(jī)。相反而言，本文所述和/所示的系統(tǒng)和方法適用于對(duì)具有一個(gè) 或多個(gè)葉片的任何轉(zhuǎn)子進(jìn)行制動(dòng)。
本文詳細(xì)描述和/或圖示了系統(tǒng)和方法的示范性實(shí)施例。該 系統(tǒng)和方法并不限于本文所述的具體實(shí)施例，而是可與本文所述的其 它構(gòu)件和步驟相獨(dú)立地和分開地利用各系統(tǒng)的構(gòu)件和各方法的步驟。 各構(gòu)件和各方法步驟還可與其它構(gòu)件和/或方法步驟結(jié)合—伎用。在介紹本文所述和/或所示的組件和方法的元件/構(gòu)件/等 時(shí)，冠詞"一"、"一個(gè)"、"該"、"所述"，以及"至少一個(gè)"旨在表示存在 元件/構(gòu)件/等中的一個(gè)或多個(gè)。用語"包括"、"包含"，以及"具有"認(rèn)為
件/構(gòu)件/等。本書面說明使用了包括最佳方式的實(shí)例來公開本發(fā)明，并 且還使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠制作和使用本發(fā)明。本發(fā)明可取得 專利的范圍由權(quán)利要求所限定，并且可包括本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員所 構(gòu)思出的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例與權(quán)利要求中的書面語言并無 不同，或者如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的書面語言無實(shí)質(zhì)區(qū)別 的等同結(jié)構(gòu)元件，則將意味著這樣的實(shí)例屬于權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)(10)制動(dòng)的方法，所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)包括聯(lián)接到轉(zhuǎn)子(18)上的至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(24)，所述方法包括步驟檢測(cè)反轉(zhuǎn)矩?fù)p失；響應(yīng)檢測(cè)到的反轉(zhuǎn)矩?fù)p失而控制所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(24)的傾斜角；檢測(cè)在所述轉(zhuǎn)子葉片(24)至少之一中的葉片傾斜故障；以及響應(yīng)在所述轉(zhuǎn)子葉片(24)至少之一中所檢測(cè)到的葉片傾斜故障而改變所有運(yùn)行的轉(zhuǎn)子葉片(24)的傾斜角變化速率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，改變所有運(yùn)行的轉(zhuǎn) 子葉片(24)的傾斜角變化速率包括以第一速率改變所述傾斜角，且之 后以不同于所述第 一速率的第二速率來改變所述傾斜角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，改變所有運(yùn)行的轉(zhuǎn) 子葉片(24)的傾斜角變化速率包括基于所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的構(gòu)件的 設(shè)計(jì)參數(shù)和所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的構(gòu)件的測(cè)量參數(shù)中的至少一項(xiàng)來改 變所述傾斜角的變化速率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)(IO) 還包括制動(dòng)器(33),且其中，所述方法還包括施加所述制動(dòng)器(33)來減 慢所述轉(zhuǎn)子(18)的步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述制動(dòng)器(33)包 括液壓停車制動(dòng)器、機(jī)電制動(dòng)器、離心制動(dòng)器、渦流制動(dòng)器(減速器)， 或》茲力制動(dòng)器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)聯(lián) 接到公用電網(wǎng)上，且其中，所述反轉(zhuǎn)矩?fù)p失包括所述公用電網(wǎng)中的電 網(wǎng)異常。
7. —種構(gòu)造成用以聯(lián)接到電網(wǎng)上的風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)(IO),包括 包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(24)的轉(zhuǎn)子(18);聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子(l 8)上的制動(dòng)器(33); 葉片傾斜促動(dòng)器(38);以及聯(lián)接到所述葉片傾斜促動(dòng)器(38)上的處理器(42)，其中，所述處理,'z—個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(24)中的葉片傾斜故障。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述制 動(dòng)器(33)當(dāng)發(fā)電機(jī)速度高于減小的發(fā)電機(jī)超速閾值時(shí)施加。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述制 動(dòng)器(33)在轉(zhuǎn)子速度高于減小的轉(zhuǎn)子速度闊值時(shí)施加。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述 處理器(42)構(gòu)造成以第一速率來改變所有運(yùn)行的葉片(24)的傾斜角變 化速率，且之后以不同于所述第一速率的第二速率來改變所述傾斜 角。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于減小風(fēng)力渦輪機(jī)中轉(zhuǎn)子負(fù)載的系統(tǒng)及方法，具體而言，涉及一種用于減小包括制動(dòng)器(33)和聯(lián)接到轉(zhuǎn)子(18)上的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(24)的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)中的轉(zhuǎn)子負(fù)載的方法及系統(tǒng)。在檢測(cè)到反轉(zhuǎn)矩?fù)p失和在至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(24)中的葉片傾斜故障時(shí)，處理器(42)使發(fā)電機(jī)超速閾值減小預(yù)定量并確定制動(dòng)器釋放閾值。如果發(fā)電機(jī)/轉(zhuǎn)子速度超過減小的發(fā)電機(jī)/轉(zhuǎn)子超速閾值，則施加制動(dòng)器(33)來減慢轉(zhuǎn)子(18)。此外，施加制動(dòng)器(33)來減慢轉(zhuǎn)子(18)，直到發(fā)電機(jī)/轉(zhuǎn)子速度低于制動(dòng)器釋放閾值。轉(zhuǎn)子葉片(24)的傾斜角變化速率可隨葉片(24)響應(yīng)所檢測(cè)到的葉片傾斜故障移向順槳而變化。
文檔編號(hào)F03D7/02GK101550908SQ20091013343
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月1日
發(fā)明者A·布賴克斯, H·厄英, L·C·卡默 申請(qǐng)人:通用電氣公司