CN101709689B - 两阶段停止风力涡轮机的方法 - Google Patents

两阶段停止风力涡轮机的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101709689B
CN101709689B CN200910221413.1A CN200910221413A CN101709689B CN 101709689 B CN101709689 B CN 101709689B CN 200910221413 A CN200910221413 A CN 200910221413A CN 101709689 B CN101709689 B CN 101709689B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind turbine
stage
high speed
rotor
speed shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200910221413.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101709689A (zh
Inventor
M·弗里德里克
R·安德森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gamesa Eolica SA
Original Assignee
Gamesa Eolica SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gamesa Eolica SA filed Critical Gamesa Eolica SA
Publication of CN101709689A publication Critical patent/CN101709689A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101709689B publication Critical patent/CN101709689B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0264—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for stopping; controlling in emergency situations
    • F03D7/0268—Parking or storm protection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0244—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0244—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking
    • F03D7/0248—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking by mechanical means acting on the power train
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/90—Braking
    • F05B2260/901—Braking using aerodynamic forces, i.e. lift or drag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/90—Braking
    • F05B2260/902—Braking using frictional mechanical forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

停止桨距控制的风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括具有至少一个叶片(11)的转子、位于高速轴上的机械制动器(31)、用于调节叶片桨距角的变桨距系统(21，23，25)，该方法包括：a)第一阶段，变桨距系统(21，23，25)用于使转子减速；b)第二阶段，变桨距系统(21，23，25)和机械制动器(31)均用于使转子停止。当以下情况的其中之一出现时，第二阶段开始：高速轴的旋转速度低于预定值So；达到相对于第一阶段开始的预定时间延迟To；达到预定的高速轴扭矩水平TLo。

Description

两阶段停止风力涡轮机的方法
技术领域
本发明涉及停止风力涡轮机的方法，特别涉及运用空气动力和机械制动装置停止风力涡轮机的方法。
背景技术
风力涡轮机是将机械能转换成电能的装置。典型的风力涡轮机包括安装在塔架上的机舱，机舱装载用于将转子的旋转传递给发电机的传动系统。
风力涡轮机的效率取决于很多因素。其中之一是转子叶片相对于气流方向的方位，转子叶片的方位通常由桨距系统控制，所述桨距系统允许调节转子叶片的桨距角以将转子的速度保持在某个值或给定的范围内。然而，特别是在高风速下，转子的负载将会超过风力涡轮机的结构强度设定的极限。
有两种基本的方法用于改变转子叶片的桨距角从而控制风力涡轮机的功率：“桨距”控制法和“失速”控制法。在“桨距”控制法中转子叶片的桨距角变化形成较小的攻角以减少能量捕获，形成较大的攻角以增加能量捕获。该方法可以灵敏和稳定地控制空气动力能量捕获和转子速度。
停止风力涡轮机是最关键的操作之一，因为它涉及风力涡轮机部件的高负载。
通常来说，在桨距控制的风力涡轮机中，任何停机操作都包括向顺桨位置倾斜叶片的步骤，众所周知的几种不同的停机方法如下。
EP1701034A2披露了当叶片的角度处于工作位置且塔架面对风向时停止风力设备转子的方法，其中转子叶片的叶片角度从工作位置调节到顺桨位置，因此在第一步骤，以第一叶片角速度改变叶片角度从而转子制动；在第二步骤，叶片角速度降低从而在工作位置转子用作缓和塔架抵抗风的晃动。
US2007/0116572A1披露了用于风力涡轮机制动的方法，包括根据风力涡轮机部件的设计参数有选择地相对于风向控制至少一个转子叶片的桨距角，以便于减小由于制动而引入风力涡轮机部件的力。
不同的特定制动装置可用于实现停止风力涡轮机，制动装置可以分为两个类别：机械制动器和空气动力制动器，如空气制动器、前缘襟翼或摆动叶尖。
在具有三级齿轮箱的风力涡轮机中，机械制动器(通常是盘式制动器)通常放置在高速轴上，因为其上的扭矩相对较低。扭矩越低，盘式制动器越小。在没有齿轮箱或只带有两级齿轮箱的风力涡轮机中，扭矩较高从而盘式制动器需要较大。
现代风力涡轮机需要优选的停机方法，而本发明用于满足这种需求。
发明内容
本发明的目的是提供用于停止桨距控制的风力涡轮机的方法，该方法能减小机械制动器的尺寸。
实现本发明的这个和其他目的通过提供用于停止桨距控制的风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括具有至少一个叶片的转子、高速轴上的机械制动器、用于调节叶片桨距角的桨距系统，该方法包括：
-第一阶段，桨距系统用于使转子减速。
-第二阶段，桨距系统和机械制动器均用于使转子停止。
在几个实施例中，当高速轴旋转速度低于预定值So时，或者达到相对于第一阶段开始的时间延迟To时，或达到预定的高速轴扭矩水平TLo时，第二阶段开始。在所有情况下，使用制动扭矩有限的机械制动器可以实现该停机方法。
通过以下合附附图的详细说明可以理解本发明的其他特征和优点。
附图说明
图1是本发明方法的框图。
具体实施方式
现代桨距控制的风力涡轮机采用的操作策略是尽可能多地避免会减少能量产生的停机。
在任何情况下，许多管辖区的管理规章要求风力涡轮机装备至少两个能控制转子速度的制动系统，从而现代风力涡轮机一方面具有桨距控制装置的空气动力制动功能，另一方面具有特殊制动装置，例如位于高速轴上的机械盘式制动器。
两个制动系统可以完全不同的方式应用于风力涡轮机的停机操作中。
按照本发明的优选实施例，特别应用于紧急停止的停机方法分两阶段执行：
-在第一阶段，当停机操作开始时，叶片开始转向顺桨位置。因而，仅空气动力制动器应用于该阶段。
-在第二阶段，叶片保持顺桨位置，并且当高速轴达到预定的旋转速度So时，机械制动器开始工作。因而空气动力和机械制动器都应用在该阶段。
根据盘式制动器的容量和高速轴的所述预定旋转速度So，风力涡轮机完全停止所需的时间及在这样的情况下(圆盘中的附带应力和温度)产生的热量(其必须被排空)将会不同。尤其重要的是要考虑如果温度太高，制动效果将会降低，进而温度升高得更多，正如开车时一直利用刹车而不是用发动机制动，以致最后刹车过热而不能使汽车停止。
当达到预定旋转速度So时，在典型的盘式制动器中液压装置开始施加压力耗时0.1秒，且自此之后直到达到额定的制动扭矩还需耗时0.3秒(总共0.4秒)。在电动或气动盘式制动器的情况下，反应时间将会不同。
选择制动器开始工作的高速轴的旋转速度So有两个基本的限制。它们是：
-不能过高(也就是高于额定转速的25％)，否则系统运行的时间过长，盘中温度相应地增加。除此之外，由于与空气动力制动器相比，机械制动器的容量低，整个制动过程的持续时间不会受到影响。
-不能过低(也就是低于额定的转速的5％)，否则我们可能冒着在任何时候都不会达到这个速度的风险，在某种意义上空转速度大于这个值。
例如So的合适值可以是额定转速的10％～15％。
在另一优选实施例中，当达到与第一阶段开始有关的预定时间延迟To时，机械制动器开始工作。
当停止涡轮机时，叶片将调整到顺桨位置且在叶片达到顺桨位置之前使用制动器，从而可使涡轮机完全停止。在10度/秒的桨距速度和90度的桨距移动的情况下，To可能是8秒。如果在几个桨距速度步骤中或以变化的桨距速度实现停止涡轮机，停止时间为30～40秒。因此根据该方法在8～35秒后使用盘式制动器，桨距达到顺桨位置。
在另一优选实施例中，当到达预定的高速轴扭矩水平TLo时，机械制动器将开始工作。该扭矩水平可在轴上测量得到或由发电机功率和转速进行估计(如果发电机在停止期间保持连接)。
瞬间增加发电机中的扭矩或甚至仅仅保持发电机连接即可达到所述扭矩水平TLo。如果是永磁发电机，可以短路系统以达到制动扭矩。此外，短期内会引起功率基准大于额定功率，同时电力系统能在短时间内处理额外的功率。
合适的TLo值为额定扭矩的30％。
在另一优选实施例中，当以下情况中的任意一个率先出现时，机械制动器将开始工作：高速轴的旋转速度低于预定值So，或达到相对于第一阶段开始的预定时间延迟To。
在另一优选实施例中，当以下情况中的任意一个率先出现时，机械制动器将开始工作：高速轴的旋转速度低于预定值So，或达到相对于第一阶段开始的预定时间延迟To，或达到预定的高速轴扭矩水平TLo。
可使用已知变速风力涡轮机中的可用控制装置实现依照本发明的停机方法，如图1所示。
桨距控制装置包括叶片11、执行机构23、调节传动装置21和控制装置25。控制装置25从发电机13和/或另一风力涡轮机部件15、17接收输入数据，且发送输出数据到执行机构23用于按照预定的规则改变叶片11的角位置。控制装置25还连接到盘式制动器31以能够控制其起动。
在优选实施例中，所述控制装置25是第二控制装置，其在第一控制装置故障造成的紧急停机的情况下运行故障保护。
根据本发明的方法，当控制装置25接收到对应于紧急停机的信号时，其发送输出数据给执行机构23将叶片11的角位置改变到顺桨位置。在第二阶段，当控制装置25检测到高速轴的旋转速度低于预定值So或其他上述情况中的任意一个时，开始向盘式制动器31发送起动信号。
设计该方法从而在控制装置25出现故障时，自动起动停机操作。
根据本发明，实现停机方法所需的盘式制动器不需要能够使风力涡轮机在任意条件下停止，因此可以是较小的圆盘从而降低了成本。原则上该制动器设计为仅在紧急停机和维护停机的情况下工作，其间整个风力涡轮机将被提升一段时间，且需要转子锁定系统的冗余系统。
虽然已充分结合优选实施例描述了本发明，但显然可在本发明的范围内引入修改，这些实施例不视为对本发明的限制，本发明由权利要求的内容限定。

Claims (4)

1.用于停止桨距控制的风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括具有至少一个叶片(11)的转子、位于高速轴上的机械制动器(31)、用于调节叶片桨距角的桨距系统(21，23，25)，其特征在于所述方法包括：
a)第一阶段，桨距系统(21，23，25)用于使转子减速；
b)第二阶段，桨距系统(21，23，25)和机械制动器(31)均用于使转子停止，当以下情况的其中之一出现时所述第二阶段启动：
-高速轴的旋转速度低于预定值So；
-达到相对于第一阶段开始的预定时间延迟To；
-达到预定的高速轴扭矩水平TLo。
2.根据权利要求1中的停止桨距控制的风力涡轮机的方法，其特征在于所述高速轴旋转速度的预定值So在额定旋转速度的10％～15％的范围内。
3.根据权利要求1中的停止桨距控制的风力涡轮机的方法，其特征在于所述预定时间延迟To在8～35秒之间。
4.根据权利要求1中的停止桨距控制的风力涡轮机的方法，其特征在于所述高速轴扭矩水平的预定值TLo为额定扭矩的30％。
CN200910221413.1A 2008-09-18 2009-09-18 两阶段停止风力涡轮机的方法 Expired - Fee Related CN101709689B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ESP200802646 2008-09-18
ES200802646A ES2358711B1 (es) 2008-09-18 2008-09-18 Mã‰todo para parar un aerogenerador en dos etapas.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101709689A CN101709689A (zh) 2010-05-19
CN101709689B true CN101709689B (zh) 2014-08-13

Family

ID=41478713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910221413.1A Expired - Fee Related CN101709689B (zh) 2008-09-18 2009-09-18 两阶段停止风力涡轮机的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20100068057A1 (zh)
EP (1) EP2166224B1 (zh)
CN (1) CN101709689B (zh)
DK (1) DK2166224T3 (zh)
ES (1) ES2358711B1 (zh)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5566609B2 (ja) * 2009-01-05 2014-08-06 三菱重工業株式会社 風力発電装置及び風力発電装置の制御方法
CN102619688A (zh) * 2012-04-18 2012-08-01 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 一种风力发电机组刹车制动控制装置及方法
CN103266987B (zh) * 2013-05-22 2015-05-20 北京金风科创风电设备有限公司 在单个桨叶卡桨工况下的风力发电机停机方法
CN103967704B (zh) * 2014-05-16 2017-11-21 北京金风科创风电设备有限公司 用于风力发电机组的叶轮锁定的控制方法和控制系统
US9745958B2 (en) 2014-06-30 2017-08-29 General Electric Company Method and system for managing loads on a wind turbine
CN104832369B (zh) * 2015-04-21 2018-03-30 三一重型能源装备有限公司 轮毂自动对销系统和控制方法、以及风力发电机
DE102015110715A1 (de) * 2015-07-02 2017-01-05 Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Steuern einer Rotorblattverstelleinrichtung
CN105134492B (zh) * 2015-08-21 2018-03-02 东方电气风电有限公司 减轻风力发电机齿轮箱齿面点蚀的方法
US9920743B2 (en) * 2015-10-21 2018-03-20 General Electric Company Wind turbine deceleration method and system
CN105781877B (zh) * 2016-03-04 2018-09-11 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的停机控制方法、装置及系统
CN106121914B (zh) * 2016-08-26 2018-11-23 三一重型能源装备有限公司 极端状态下风机的停机方法和系统
EP3673172B1 (en) * 2017-08-24 2022-06-22 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine safety brake control strategy
CN109322787B (zh) * 2018-09-10 2019-10-25 许继集团有限公司 一种风力发电机组停机控制方法和控制装置
CN110067699B (zh) * 2019-05-27 2024-03-08 大连交通大学 一种高速重载工况变压力机械制动方法及大兆瓦风电机机械制动系统
US11994105B2 (en) 2019-06-24 2024-05-28 Vestas Wind Systems A/S Method of shutting down a wind turbine
CN114303012A (zh) 2019-06-27 2022-04-08 维斯塔斯风力系统集团公司 低于额定风速时控制风力涡轮机的功率输出
CN111306012B (zh) * 2020-03-05 2021-03-19 山东中车风电有限公司 风力发电机组传动主轴连接面偏移纠正的方法
DK181381B1 (en) * 2021-11-19 2023-09-19 Shanghai electric wind power group co ltd A wind turbine and controller, method and computer program product for wind turbine

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6265785B1 (en) * 1998-11-30 2001-07-24 Zond Systems, Inc. Non-volatile over speed control system for wind turbines
CN101018948A (zh) * 2004-07-28 2007-08-15 通用电气公司 用于风力涡轮机的机械紧急制动器及其操作方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7175389B2 (en) * 2004-06-30 2007-02-13 General Electric Company Methods and apparatus for reducing peak wind turbine loads
FI117352B (fi) 2005-03-09 2006-09-15 Winwind Oy Menetelmä tuulivoimalan roottorin pysäyttämiseksi
CN102536658B (zh) * 2005-05-31 2014-10-01 株式会社日立制作所 水平轴风车
US7488155B2 (en) 2005-11-18 2009-02-10 General Electric Company Method and apparatus for wind turbine braking
DE102006001613B4 (de) * 2006-01-11 2008-01-31 Repower Systems Ag Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage und Windenergieanlage
US7586216B2 (en) * 2006-06-02 2009-09-08 General Electric Company Redundant electrical brake and protection system for electric generators

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6265785B1 (en) * 1998-11-30 2001-07-24 Zond Systems, Inc. Non-volatile over speed control system for wind turbines
CN101018948A (zh) * 2004-07-28 2007-08-15 通用电气公司 用于风力涡轮机的机械紧急制动器及其操作方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2166224A2 (en) 2010-03-24
CN101709689A (zh) 2010-05-19
DK2166224T3 (en) 2018-12-17
ES2358711B1 (es) 2012-03-23
ES2358711A1 (es) 2011-05-13
US20100068057A1 (en) 2010-03-18
EP2166224B1 (en) 2018-09-12
EP2166224A3 (en) 2016-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101709689B (zh) 两阶段停止风力涡轮机的方法
DK3112676T3 (en) PROCEDURE FOR OPERATING A WINDOW ENERGY INSTALLATION AND A WINDOW ENERGY INSTALLATION
US8143734B2 (en) Wind plant and method of initiating braking actions in different operating modes
EP2067989B1 (en) System and method for controlling a wind power plant
EP2187046B1 (en) Braking system for wind turbine
EP2022981B1 (en) Method of functioning of aerogenerator
EP2698534B1 (en) System and method for braking a wind turbine rotor at an overspeed condition
US10337495B2 (en) System and method for reducing vortex-induced tower vibrations of a wind turbine
CN104662289A (zh) 用于控制风力涡轮机的方法和装置
EP2375063A1 (en) Wind-power generation device and control method for wind-power generation device
EP2336558A2 (en) Method of operating a variable speed wind turbine
US10830208B2 (en) System and method for mitigating blade run-away loads in the event of a pitch system failure
EP3470670B1 (en) System and method for operating wind turbines to avoid stall during derating
US20110140425A1 (en) Method and System For Controlling Wind Turbine Rotational Speed
CN111788383A (zh) 基于约束的多转子风力涡轮机的推力平衡控制
EP3643915B1 (en) System and method for application of a brake for a wind turbine
US8348617B2 (en) Method for the emergency braking of a wind power plant and a wind power plant with a rotor blade pitch control for emergency braking
CN101498280B (zh) 用于停止风力涡轮机的方法
EP4146931B1 (en) Wind turbine operational method for responding to grid disturbance
EP3643916B1 (en) System and method for monitoring rotor blade condition of wind turbines
EP3597906A1 (en) System and method for reducing loads of a wind turbine when a rotor blade becomes stuck
CN117267050A (zh) 一种风力发电机组防飞车控制系统及控制方法
WO2021089098A1 (en) Pivot angle control of blades of a wind turbine with hinged blades
CN115929548A (zh) 用于复杂山区的风力发电机组智能偏航控制系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140813

Termination date: 20210918

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee