專利名稱：測量風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子尾流中的風(fēng)向的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量風(fēng)向的方法和風(fēng)力渦輪機。
背景技術(shù)：
控制和測量上風(fēng)向風(fēng)力渦輪機機艙和轉(zhuǎn)子的偏航方向的風(fēng)向標(biāo)(wind vane)通常位于轉(zhuǎn)子后的機艙上。來自轉(zhuǎn)子的流擾動會影響從風(fēng)向標(biāo)讀取讀數(shù)并且給出導(dǎo)致偏航誤差的有偏差的風(fēng)向測量值。偏航誤差是一種渦輪機不指向風(fēng)，從而導(dǎo)致風(fēng)向不與轉(zhuǎn)子平面垂直的現(xiàn)象。為了最小化此問題，通常將風(fēng)向標(biāo)安裝在認(rèn)為僅具有較小擾動流入氣流的位置。
測量風(fēng)向的更好方法是在轉(zhuǎn)子前面具有檢測儀器。這樣，所述檢測儀器具有自由的流入氣流，并且避免來自轉(zhuǎn)子板的尾流(wake)。此外，可以使用安裝在轂蓋上或渦輪機前方的表面上的壓力傳感器。然而這兩種方案的缺點在于，相比使用傳統(tǒng)的位于機艙上的風(fēng)向標(biāo)，成本更高。為此，位于機艙上的風(fēng)向標(biāo)仍是最常用的方案。風(fēng)向標(biāo)可以是機械或聲波類型的，或者可以是任意其它類型的。一般而言，使用安裝在轉(zhuǎn)子前部轂蓋上的壓力傳感器的轂蓋風(fēng)速計是本領(lǐng)域公知的。此外，安裝在轂蓋前面的桿上的傳統(tǒng)風(fēng)向標(biāo)和風(fēng)速計是公知的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是要提供一種用于測量風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子尾流中的風(fēng)向的改進方法。本發(fā)明的第二目的是要提供一種有利的風(fēng)力渦輪機。第一目的通過權(quán)利要求I所述的風(fēng)向測量方法解決。第二目的通過權(quán)利要求10所述的風(fēng)力渦輪機解決。從屬權(quán)利要求限定了本發(fā)明的進一步改進。本發(fā)明的測量風(fēng)向的方法包括步驟測量風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子尾流中的風(fēng)向，以及使用至少一個分選參數(shù)對所獲得的風(fēng)向信號進行分選(sort)。例如，可以通過位于轉(zhuǎn)子尾流中的裝置測量風(fēng)向。測量風(fēng)向的裝置可以優(yōu)選位于風(fēng)力渦輪機的機艙上。有利地，風(fēng)向標(biāo)可以用作測量風(fēng)向的裝置。本發(fā)明的優(yōu)點在于，可以最小化風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子的偏航誤差。這可以通過改進所測量的風(fēng)向信號來實現(xiàn)。最小化偏航誤差的優(yōu)點在于，提高發(fā)電量以及最小化結(jié)構(gòu)上的載荷。從而，提高經(jīng)濟收益并降低組件成本。風(fēng)向可以作為分選參數(shù)的函數(shù)而被測量，并且可以根據(jù)分選參數(shù)對所測量的風(fēng)向進行分選。例如，風(fēng)向可以作為轉(zhuǎn)子方位角的函數(shù)而被測量。然后，可以根據(jù)轉(zhuǎn)子方位角對所獲得的風(fēng)向信號進行分選。優(yōu)選地，可以根據(jù)表示空氣流受干擾的周期(例如時間周期)對風(fēng)向信號進行分選。在測量位置的空氣流會由于例如當(dāng)轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)時經(jīng)過風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片而受到干擾。轉(zhuǎn)子方位角和/或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和/或重力傳感器(G傳感器)信號和/或載荷傳感器信號可以用作分選參數(shù)。重力傳感器和/或載荷傳感器可以位于轉(zhuǎn)子葉片處。換言之，可以測量轉(zhuǎn)子方位角和/或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和/或重力傳感器(例如位于轉(zhuǎn)子葉片處)信號和/或載荷傳感器(例如位于轉(zhuǎn)子葉片處)信號，用于對所測量的風(fēng)向信號進行分選。此外，利用偏航控制器可以對風(fēng)向信號進行分選。一般而言，可以即時地和/或連續(xù)地對風(fēng)向信號進行分選。這樣做的優(yōu)點在于，可以減小測量和獲得改進結(jié)果之間可能的時間延遲。優(yōu)選地，可以通過根據(jù)至少一個分選參數(shù)揀出或去除特定風(fēng)向信號來對風(fēng)向信號進行分選。例如，可以去除特定轉(zhuǎn)子方位角度處的風(fēng)向信號，所述特定轉(zhuǎn)子方位角度可以例如對應(yīng)于穿過朝向測量位置的空氣流的轉(zhuǎn)子葉片。這樣做的優(yōu)點在于，可以去除被轉(zhuǎn)子葉片干擾的信號并且僅揀出與未受干擾的空氣流相對應(yīng)的信號。此外，使用至少一個優(yōu)化參數(shù)可以進一步優(yōu)化經(jīng)分選的信號。這進一步改進了所獲得的信號并且可以降低偏航誤差。
例如，風(fēng)速信號和/或功率信號和/或槳距角信號和/或載荷單元信號可以用作優(yōu)化參數(shù)?？梢詼y量風(fēng)速信號和/或功率信號和/或槳距角信號和/或載荷單元信號，以便優(yōu)化經(jīng)分選的風(fēng)向信號。利用所測量的風(fēng)速來指示經(jīng)分選的風(fēng)向標(biāo)信號是否正確，可以優(yōu)化經(jīng)分選的風(fēng)向標(biāo)信號。這可以在偏航控制器中通過查找表(例如與風(fēng)速(優(yōu)化參數(shù))、轉(zhuǎn)子方位角信號(分選參數(shù))和風(fēng)向標(biāo)信號相關(guān)的特定查找表數(shù)字的加、減、乘和/或除)來完成。一般而言，利用查找表可以優(yōu)化經(jīng)分選的信號。本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機包括轉(zhuǎn)子和用于測量風(fēng)向的裝置。所述用于測量風(fēng)向的裝置位于轉(zhuǎn)子尾流中。風(fēng)力渦輪機進一步包括用于分選所測量的風(fēng)向信號的至少一個裝置。其優(yōu)點在于，可以獲得經(jīng)改進的風(fēng)向信號，該風(fēng)向信號僅代表不受干擾的空氣流風(fēng)向。此外，風(fēng)力渦輪機可以包括用于優(yōu)化經(jīng)分選的信號的至少一個裝置。這可以進一步改進所獲得的風(fēng)向信號。特別低，基于操作條件，通過使用測量來自風(fēng)力渦輪機的至少一個優(yōu)化參數(shù)的一個或多個傳感器，可以去除風(fēng)向信號或風(fēng)向標(biāo)信號的變化部分。風(fēng)力渦輪機可以包括風(fēng)向標(biāo)，作為測量風(fēng)向的裝置。此外，風(fēng)力渦輪機可以包括偏航控制器，該偏航控制器包括用于對測量風(fēng)向信號進行分選的裝置和/或用于優(yōu)化經(jīng)分選的信號的裝置。例如，用于對所測量的風(fēng)向信號進行分選的裝置可以包括重力傳感器和/或載荷傳感器。重力傳感器和/或載荷傳感器可以優(yōu)選位于風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片上。此外，用于優(yōu)化經(jīng)分選的信號的裝置可以包括載荷單元(load cell)。所述載荷單元可以優(yōu)選位于風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片上。通過利用本發(fā)明，通過改進風(fēng)向信號(例如風(fēng)向標(biāo)信號)、通過利用一個或多個傳感器信號對風(fēng)向信號(分選參數(shù))進行分選和/或結(jié)合一個或多個優(yōu)化傳感器信號(優(yōu)化參數(shù))，可以最小化風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子的偏航誤差。


根據(jù)下文對實施例所作的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明進一步的特征、性能和優(yōu)點將變得清楚。所提及的特征可有利地彼此分開或任意結(jié)合。圖I示意性地示出了一個風(fēng)力渦輪機。圖2以透視圖的形式示意性地示出了風(fēng)力渦輪機的一部分。
圖3示意性地示出了將風(fēng)向作為轉(zhuǎn)子方位角的函數(shù)通過風(fēng)向標(biāo)進行測量。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照圖I至3來描述本發(fā)明的實施例。
圖I示意性地示出了風(fēng)力渦輪機I。風(fēng)力渦輪機I包括塔2、機艙3和轉(zhuǎn)子或輪轂4。機艙3位于塔2的頂上。輪轂4包括多個風(fēng)力渦輪機葉片5。轉(zhuǎn)子或輪轂4安裝在機艙3上。此外，可樞轉(zhuǎn)地安裝轉(zhuǎn)子4，使得轉(zhuǎn)子4可繞旋轉(zhuǎn)軸線9轉(zhuǎn)動。發(fā)電機6位于機艙3內(nèi)。風(fēng)力渦輪機I可以是直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪機。機艙3包括面向轉(zhuǎn)子4的近側(cè)19和與轉(zhuǎn)子4相反的遠側(cè)20。風(fēng)向標(biāo)10位于機艙的頂上，優(yōu)選靠近遠側(cè)20。圖2以透視圖的方式示意性地示出了風(fēng)力渦輪機I的一部分。箭頭7指示風(fēng)向。箭頭8指示轉(zhuǎn)子4的轉(zhuǎn)動方向。用于測量風(fēng)向(例如用于控制或計算偏航角)的風(fēng)向標(biāo)10位于轉(zhuǎn)子4的尾流中。這意味著，空氣流在達到風(fēng)向標(biāo)10之前首先經(jīng)過轉(zhuǎn)子4。到達風(fēng)向標(biāo)10處的空氣流通常由于轉(zhuǎn)子葉片5的影響而受到干擾。圖3示意性地示出了通過風(fēng)向標(biāo)10測量的作為轉(zhuǎn)子4方位角的函數(shù)的風(fēng)向。在圖3中，X軸表示轉(zhuǎn)子方位角。y軸表示所測量的風(fēng)向。附圖標(biāo)記11表示所測量的風(fēng)向信號。所測量的曲線11示出了各部分12，在其處，風(fēng)速在至少一個轉(zhuǎn)子周期內(nèi)是近似恒定的。這些部分12代表未受干擾的空氣流。這意味著，在特定轉(zhuǎn)子方位角部分測量的風(fēng)向代表了也出現(xiàn)在風(fēng)力渦輪機I的環(huán)境中的風(fēng)向。此方向不受轉(zhuǎn)子葉片5影響。在本實施例中，三葉片式轉(zhuǎn)子4在每轉(zhuǎn)動120度的每個葉片經(jīng)過位置產(chǎn)生干擾。在圖3中，在轉(zhuǎn)子方位角為120°、240°、360°等時，轉(zhuǎn)子葉片經(jīng)過風(fēng)向標(biāo)10并且干擾朝向風(fēng)向標(biāo)10的空氣流。在對應(yīng)葉片經(jīng)過位置14的這些角度附近的轉(zhuǎn)子方位角區(qū)域中，所測量的風(fēng)速顯示快速變化的信號。這些信號不相當(dāng)于風(fēng)力渦輪機環(huán)境中的實際方向，并且不能用于進一步的偏航角計算或偏航控制。去除受干擾的測量信號14，并揀出未受干擾的測量信號13，用于進一步計算。由于風(fēng)向標(biāo)測量的風(fēng)氣流在每個葉片經(jīng)過位置處受到干擾，因此轉(zhuǎn)子方位角信號(轉(zhuǎn)子角)可以用于分選即時和連續(xù)存儲的實時/歷史風(fēng)向標(biāo)信號。通過在特定轉(zhuǎn)子方位角度揀出或去除特定的風(fēng)向標(biāo)信號可以即時或連續(xù)地存儲風(fēng)向標(biāo)信號，例如，如圖3所示。這可以通過用于控制風(fēng)力渦輪機I轉(zhuǎn)子4和機艙3的偏航角的偏航控制器直接完成。利用例如所測量的風(fēng)速來指示所分選的風(fēng)向標(biāo)信號是否正確，可以進一步優(yōu)化所分選的風(fēng)向標(biāo)信號。這可以在偏航控制器中通過查找表(例如與風(fēng)速(優(yōu)化參數(shù))、轉(zhuǎn)子方位角信號(分選參數(shù))和風(fēng)向標(biāo)信號相關(guān)的特定查找表數(shù)字的加、減、乘和/或除)來完成。去除一部分偏航信號或風(fēng)向信號可以通過各種方式來實現(xiàn)。下表示出不同的選擇
權(quán)利要求
1.一種測量風(fēng)向(7)的方法，包括步驟 測量風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子(4)尾流中的風(fēng)向，以及 使用至少一個分選參數(shù)對所獲得的風(fēng)向信號進行分選。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中 根據(jù)表示空氣流受干擾的周期的信號，對所述風(fēng)向信號(11)進行分選。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中 將轉(zhuǎn)子方位角和/或所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和/或重力傳感器的信號和/或載荷傳感器的信號用作分選參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3之一所述的方法，其中 即時地和/或連續(xù)地對所述風(fēng)向信號進行分選。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一所述的方法，其中 通過根據(jù)所述至少一個分選參數(shù)揀出或去除特定風(fēng)向信號來對所述風(fēng)向進行分選。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5之一所述的方法，其中 將所述風(fēng)向(7)作為所述轉(zhuǎn)子(4)的方位角的函數(shù)進行測量，并且根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的方位角對所測量的所述風(fēng)向信號進行分選。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6之一所述的方法，其中 使用至少一個優(yōu)化參數(shù)優(yōu)化經(jīng)分選的信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中 將風(fēng)速信號和/或功率信號和/或槳距角信號和/或載荷單元信號用作優(yōu)化參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中 通過利用查找表來優(yōu)化經(jīng)分選的信號。
10.一種風(fēng)力渦輪機(1)，包括轉(zhuǎn)子(4)和測量所述轉(zhuǎn)子的尾流中的風(fēng)向的裝置，其中 所述風(fēng)力渦輪機(I)包括用于對所測量的風(fēng)向信號進行分選的至少一個裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的風(fēng)力渦輪機(1)，其中 所述風(fēng)力渦輪機(I)包括用于優(yōu)化經(jīng)分選的信號的至少一個裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的風(fēng)力渦輪機(1)，其中 所述風(fēng)力渦輪機(I)包括風(fēng)向標(biāo)(10)，該風(fēng)向標(biāo)(10)用作測量風(fēng)向(7)的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12之一所述的風(fēng)力渦輪機(1)，其中 所述風(fēng)力渦輪機(I)包括偏航控制器，所述偏航控制器包括用于對所測量的風(fēng)向信號進行分選的裝置和/或用于優(yōu)化經(jīng)分選的信號的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13之一所述的風(fēng)力渦輪機(I)，其中 所述用于對所測量的風(fēng)向信號進行分選的裝置包括重力傳感器和/或載荷傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14之一所述的風(fēng)力渦輪機(1)，其中 用于優(yōu)化經(jīng)分選的信號的裝置包括載荷單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及測量風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子尾流中的風(fēng)向的方法。具體地，描述了一種測量風(fēng)向(7)的方法，所述方法包括步驟測量風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子(4)尾流中的風(fēng)向，以及使用至少一個分選參數(shù)對所獲得的風(fēng)向信號進行分選。
文檔編號G01P13/02GK102749478SQ201210114080
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者S.O.林德 申請人:西門子公司