CN102741546A - 风力涡轮发电机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风力涡轮发电机及其控制方法，即使在该发电机位于风力不是总是很强的位置时，也能够防止发电效率的下降。风力涡轮发电机(1)主要包括风向仪(5)、风速仪(7)、转动吊舱(4)的吊舱旋转机构(20)、和控制所述吊舱旋转机构(20)的控制单元(40)，该控制单元(40)控制所述吊舱旋转机构(20)，以在从风速仪(5)的测量结果获得的风速超过小于接通风速的第一阈值Vth1时，基于从风向仪(7)的测量结果获得的风向执行吊舱(4)的旋转，并且在从风速仪的测量结果获得的风速不大于第一阈值Vth1时，停止所述吊舱(4)的旋转。

Description

风力涡轮发电机及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮发电机和用于控制风力涡轮发电机的控制方法，且特别地，涉及一种风力涡轮发电机及该风力涡轮发电机的控制方法，在该风力涡轮发电机中，吊舱(nacelle)根据来自风向仪和风速仪的测量结果旋转。
背景技术
近些年，从保护全球环境的观点，使用风力涡轮发电机产生可再生能量已经变得很普遍了。
通常，风力涡轮发电机配备有叶片的转子头、容纳动力传递系统和旋转轴的吊舱、以及支撑吊舱的塔架。为了改进发电效率，大多数风力涡轮发电机采用沿风向旋转吊舱的偏航旋转和沿斜度(pitch)方向旋转叶片的斜度控制。
作为这种类型的风力涡轮发电机，存在一种风力涡轮发电机，其中基于来自设置在吊舱上的风速仪和风向仪的测量结果控制吊舱的方位。例如，专利文献1公开了，在由风向仪测量的风向的波动范围小于第一参数且由风速仪测量的风速的波动范围小于第二参数时，通过控制吊舱随着由风向仪测量的风向而有效地产生电力。
在这种类型的风力涡轮发电机中，风向仪通常设置在风轮机的下游侧，因此在吹向涡轮叶片之后测量风向，这产生了测量偏差。因此，功率输出相对于由风向仪测量的风向和吊舱的方位的波动范围(风向的波动范围)的分布曲线提前获得，且通过将该分布曲线中的峰值的波动范围用作修正量来修正风向仪的测量结果(如，专利文献2)。
[相关的专利文献]
[专利文献1]JP2008-3090997A
[专利文献2]JP9-317760A(1997年公开)
发明内容
专利文献1或专利文献2都没有公开如何在风速小于接通风速和几乎无风时转动吊舱，但是在大多数类型的风力涡轮发电机中，在风速小于接通风速时，吊舱不被控制以随着由风向仪测量的风向。
然而，如果不在风力变强时沿风向引导吊舱，则不能在风速为接通风速或更快时迅速改变至正常的操作。特别地，对于设置在不总是有风的区域中的风力涡轮发电机，难以有效地发电，除非吊舱转向风向。
已经考虑到上述情况设计了本发明，并且本发明的目标是提供一种风力涡轮发电机和控制该风力涡轮发电机的方法，即使在风力涡轮发电机位于风力不是总是很强的地方时也能够降低发电效率的下降。
本发明提供了一种风力涡轮发电机，包括：吊舱；风向仪；风速仪；转动吊舱的吊舱旋转机构；和控制单元，该控制单元控制吊舱旋转机构，使得在从风速仪的测量结果获得的风速超过小于接通风速的第一阈值时，基于从风向仪的测量结果获得的风向执行吊舱的旋转，并且在从风速仪的测量结果获得的风速不大于第一阈值时，停止吊舱的旋转。。
在这里，“从风速仪的测量结果获得的风速”可以为由风速仪测量的风速，或者为通过对由风速仪测量的风速执行某种修正获得实际风速。以类似的方式，“从风向仪的测量结果获得的风向”可以为由风向仪测量的风向，或者为通过对由风向仪测量的风向执行某种修正获得实际风向。
在上述风力涡轮发电机中，即使当从风速仪的测量结果获得的风速小于接通风速时，只要风速大于第一阈值，则基于从风向仪的测量结果获得的风向执行吊舱的旋转。因此，当风力变强并且风速超过接通风速时，吊舱的方向大致沿着风力的方向，并且迅速转换至接通风速或更快风速下的正常操作模式是可能的。即使在风力涡轮发电机位于风力不是总是很强的位置时，也能够避免发电效率的下降。
而且，在从风速仪的测量结果获得的风速不大于第一阈值时，停止吊舱的旋转。在几乎无风时，风向不稳定，吊舱必须频繁地旋转，以沿风向引导吊舱。因此，在从风速仪的测量结果获得的风速不大于第一阈值时，停止吊舱的旋转，以避免吊舱的不必要的频繁旋转，并且还节省了大量用于旋转的电力。因此，即使在风力涡轮发电机位于风力不是总是很强的位置时，也能够避免发电效率的下降。
采用上述风力涡轮发电机，优选的是，在吊舱的旋转停止的状态中，当从风速仪的测量结果获得的风速不小于大于第一阈值并小于接通风速的第二阈值时，控制单元控制吊舱旋转机构，以基于从风向仪的测量结果获得的风向再次开始吊舱的旋转。
以这种方式，当从风速仪的测量结果获得的风速不小于大于第一阈值并小于接通风速的第二阈值时，恢复吊舱的旋转，使得在风力变强并且风速超过接通风速时，吊舱的方向大致沿着风力的方向，并且迅速转换至接通风速或更快风速下的正常操作模式是可能的。因此，即使在风力涡轮发电机位于风力不是总是很强的位置时，发电效率的下降被进一步地抑制。
上述风力涡轮发电机还包括沿斜度方向将叶片旋转为打开或关闭的斜度驱动机构，其中，当从风速仪的测量结果获得的风速小于接通风速时，控制单元控制斜度驱动机构，以在其中叶片的斜度角具有上限的空转模式中运转，并且在从风速仪的测量结果获得的风速不小于接通风速时，控制单元控制斜度驱动机构，以在其中允许叶片的斜度角达到全打开状态的正常操作模式中运转。
以这种方式，当从风速仪的测量结果获得的风速小于接通风速时，控制单元控制斜度驱动机构，以在其中叶片的斜度角具有上限的空转模式中运转，使得在风力变强并且超过接通风速时，能够执行至正常操作模式的快速转换。
该风力涡轮发电机优选还包括风向修正装置，该风向修正装置基于由风向仪测量的风向离吊舱的获得风力涡轮发电机的最大功率曲线所沿的方向的偏差修正由风向仪测量的风向，其中控制单元控制吊舱旋转机构，使得在从风速仪的测量结果获得的风速大于第一阈值时，吊舱跟随由风向修正装置修正的风向。
通常将风向仪设置在位于叶片后面的吊舱上。因此，由风向仪检测的风力为已经吹在叶片上的风力，导致由风向仪测量的风向不同于实际风向。因此，如上所述，风向修正装置设置为基于由风向仪测量的风向离吊舱的获得风力涡轮发电机的最大功率曲线所沿的方向的偏差修正由风向仪测量的风向，并且因此更精确地沿着风向引导吊舱，并改善发电效率。
本发明提供了一种控制风力涡轮发电机的方法，该风力涡轮发电机配备有吊舱、风速仪、风向仪和用于旋转吊舱的吊舱旋转机构，该方法包括下述步骤：在从风速仪的测量结果获得的风速超过小于接通风速的第一阈值时，基于从风向仪的测量结果获得的风向，由吊舱旋转机构旋转吊舱；以及在从风速仪的测量结果获得的风速不大于第一阈值时，由吊舱旋转机构停止吊舱的旋转。
根据这种控制风力涡轮发电机的方法，即使当从风速仪的测量结果获得的风速小于接通风速时，只要风速大于第一阈值，则基于从风向仪的测量结果获得的风向执行吊舱的旋转，使得当风力变强并且风速超过接通风速时，吊舱的方向大致沿着风力的方向，并且迅速转换至接通风速或更快风速下的正常操作模式是可能的。因此，即使在风力涡轮发电机位于风力不是总是很强的位置时，发电效率的下降被抑制。
而且，根据这种控制风力涡轮发电机的方法，在从风速仪的测量结果获得的风速不大于第一阈值时，停止吊舱的旋转。通过这样做，避免了吊舱的不必要的频繁旋转，并且还节省了大量用于旋转的电力。因此，即使在风力涡轮发电机位于风力不是总是很强的位置时，也能够避免发电效率的下降。
采用上述风力涡轮发电机，优选的是，还包括：在吊舱的旋转的步骤之后，当从风速仪的测量结果获得的风速不小于大于第一阈值并小于接通风速时，基于从风向仪的测量结果获得的风向，恢复吊舱的旋转的步骤。
以这种方式，当从风速仪的测量结果获得的风速不小于大于第一阈值并小于接通风速的第二阈值时，恢复吊舱的旋转，使得在风力变强并且风速超过接通风速时，吊舱的方向大致沿着风力的方向，并且迅速转换至接通风速或更快风速下的正常操作模式是可能的。
控制还包括沿斜度方向将叶片旋转为打开或关闭的斜度驱动机构的风力涡轮发电机的方法还包括下述步骤：当从风速仪的测量结果获得的风速小于接通风速时，在其中叶片的斜度角具有上限的空转模式中由斜度驱动机构调整叶片的斜度角；以及在从风速仪的测量结果获得的风速不小于接通风速时，在其中允许叶片的斜度角达到全打开状态的正常操作模式中由斜度驱动机构调整叶片的斜度角。
以这种方式，即使在从风速仪的测量结果获得的风速小于接通风速时，也能够在叶片的斜度角的具有上限的空转模式调整叶片的斜度角，以在风力变强并且风速超过接通风速时平稳地转换至正常操作模式。
采用上述控制风力涡轮发电机的方法，优选的是，还包括基于由风向仪测量的风向离吊舱的获得风轮机的最大功率曲线所沿的方向的偏差修正由风向仪测量的风向的步骤，并且其中，在旋转吊舱的步骤中，吊舱被旋转为跟随在修正风向的步骤中修正的风向。
以这种方式，设置风向修正装置，并且基于由风向仪测量的风向离吊舱的获得风轮机的最大功率曲线所沿的方向的偏差修正由风向仪测量的风向，使得在旋转吊舱的步骤中，更精确地沿着风向引导吊舱，并改善发电效率。
在本发明中，即使当从风速仪的测量结果获得的风速小于接通风速时，只要风速大于第一阈值，则基于从风向仪的测量结果获得的风向执行吊舱的旋转，使得当风力变强并且风速超过接通风速时，吊舱的方向大致沿着风力的方向，并且迅速转换至接通风速或更快风速下的正常操作模式是可能的。
而且，根据这种控制风力涡轮发电机的方法，在从风速仪的测量结果获得的风速不大于第一阈值时，停止吊舱的旋转。通过这样做，避免了吊舱的不必要的频繁旋转，并且还节省了大量用于旋转吊舱的电力。因此，即使在风力涡轮发电机位于风力不是总是很强的位置时，也能够避免发电效率的下降。
附图说明
图1为示出风力涡轮发电机的整体结构的例子的视图。
图2为示出图1的风力涡轮发电机的每个部件的详细结构的侧视图。
图3为示出吊舱旋转机构的例子的横截面视图。
图4为示出图1的风力涡轮发电机的每个部件的操作的例子的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图，详细描述本发明的优选实施方式。然而，目的是，除非有特殊指示，尺寸、材料、形状、它的相关位置等应当解释为仅仅是说明性的，并且不限制本发明的保护范围。
图1为示出风力涡轮发电机的整体结构的例子的视图。如图1所示，风力涡轮发电机1主要包括设置为直立在基座B上的塔架2、设置在塔架2上端的吊舱4、设置在吊舱4上的转子头6、连接至转子头6的多个叶片8。
如图1所示，塔架2具有从基座B向上延伸(到达图1的上端)的柱状形状。塔架2例如可以由单个柱状构件形成，或由沿直立方向排列并相互联接的多个部件形成。如果塔架2由多个部件形成，则吊舱4设置在位于塔架2的顶部上的部件上。
吊舱4支撑转子头6，并容纳包围齿轮箱14的动力传递系统10和发电机18等。在吊舱4上，风速仪5用于测量周围的风速，风向仪用于测量周围的风向。优选的是，由风速仪5和风向仪测量的风速和风向分别地由随后描述的风速修正装置42和风向修正装置44修正。
在吊舱4内部，设置有用于控制风力涡轮发电机1的每个部件的控制单元40。控制单元40接收已经由风速修正装置42和风向修正装置44分别地修正的风速值和风向值，并向吊舱旋转机构20或斜度驱动机构30发送指令。随后将说明由控制单元40控制的风力涡轮发电机1的每个部件的操作。图1图示了一种例子，其中控制单元40设置在吊舱4中，但不应当限制控制单元40的位置。例如，控制单元40可以设置在塔架2下面。
下文说明风力涡轮发电机1的每个部件的详细结构。图2示出了风力涡轮发电机的每个部件的详细结构的例子。
图2示出了吊舱4内部的动力传递系统10和发电机18的详细视图。动力传递系统10包括连接至转子头6的转子轮轴6A的主轴12、连接至主轴12的齿轮箱14和将齿轮箱14联接至发电机18的联接器16。在风力涡轮发电机1中，当叶片8接收到风力时，主轴12与转子轮轴6A一起旋转，且主轴12的旋转速度由齿轮箱14增加，并且随后经由联接器16输入到发电机18。
而且，用于沿偏航方向旋转吊舱4的吊舱旋转机构20设置在吊舱4的下部上。
图3为示出吊舱旋转机构20的例子的剖视图。如图3所示，吊舱旋转机构20包括偏航马达22、通过偏航马达22的驱动旋转的小齿轮24、与小齿轮24啮合的内齿轮26、以及配备有制动盘28A和刹车块28B的偏航制动机构28。在这种吊舱旋转机构20中，偏航马达22、小齿轮24和刹车块28B保持到吊舱4侧，而内齿轮26和刹车块28B保持在塔架2侧。
因此，如果偏航马达22被驱动，则小齿轮24旋转，使得吊舱4可以旋转至偏航方向。如果刹车块28B咬住制动盘28A，则中断吊舱4的偏航旋转。偏航马达和偏航制动机构28由控制单元40控制。
图1中示出的转子头6可以旋转地支撑在吊舱4上，旋转轴线大致沿水平方向延伸，并包括配备有叶片8的转子轮轴6A和用于覆盖该转子轮轴6A的毂壳6B。
而且，如图2所示，转子轮轴6A配备有斜度驱动装置30，斜度驱动装置30使叶片8围绕旋转轴(沿图2中的箭头指示的方向)旋转，并改变叶片8的斜度角。
如图2所示，斜度驱动装置30包括汽缸32和连接至叶片8的连杆34。叶片8由杆轴承36可旋转地支撑，用于沿斜度方向旋转。由于这种结构，当连杆34通过汽缸32旋转时，叶片8与连杆34一起沿斜度方向旋转。斜度驱动装置30设置在每个叶片8上，并由未示出的连杆机构连接在一起，并可以设置为使得叶片8的斜度角控制装置互连。
接下来，说明由控制单元40控制的风力涡轮发电机1的每个部件的操作。图4为示出风力涡轮发电机1的每个部件的操作的流程图。
如图4所示，环境风速V0和风向θ0分别由风力涡轮发电机1中的风速仪5和风向仪7测量(步骤S2)。
如图1和图2所示，一般是将风力涡轮发电机1的风速仪5和风向仪7设置在位于叶片8后面的吊舱4中，因此，风力在吹向涡轮叶片之后由风速仪5和风向仪7测量，这产生了与实际风速行和风向的测量偏差。
因此，优选的是，通过风速修正装置42和风向修正装置44修正分别由风速仪5和风向仪7测量的风速V0和风向θ0，并且还计算实际风速V和实际风向θ(步骤S4)。例如，由风速仪5测量的测量风速V0和实际风速(原始风速)的相关性可以提前获得，并基于风速修正装置42中的相关性修正风速V0。以类似的方式，由风向仪7测量的测量风向θ0和实际风向(原始风向)的相关性可以提前获得，并基于风向修正装置44中的相关性修正风向θ0。
修正风向修正装置44中的风向θ0时使用的相关性可以作为由风向仪从吊舱4方向测量的风向θ0的偏差而获得，在所述吊舱4方向处，获得风力涡轮发电机1的最大功率曲线。功率曲线与风速和预定斜度角处的输出相关，并具有这种特性，即当吊舱4的方向与实际风向一致时，获得最大功率曲线，并且该最大功率曲线大于吊舱4的方向和实际风向不匹配的情况。换句话说，获得风力涡轮发电机1的最大功率曲线的吊舱4方向与实际风向(原始风向)一致。也就是说，上述偏差示出了由风向仪7测量的风向θ0和实际风向(原始风向)的相关性。
以上述方式获得的风速V和风向θ被发送至控制单元40，在控制单元40中确定风速V是否小于接通(cut-in)风向V接通。
当风速不小于接通风向V接通(在步骤S6确定为是)时，风力涡轮发电机1将操作切换至正常操作模式(步骤S8)。具体地，在控制单元40的控制下，叶片8由斜度驱动机构30旋转(斜度角变大)，而吊舱由吊舱旋转机构20旋转，以随着风向θ，并且产生电力。在正常操作模式中，允许叶片的斜度角达到全打开状态，而没有任何上限。
相反，当风速V小于接通风速V接通(在步骤S6确定为否)时，风力涡轮发电机1将操作切换至空转模式(步骤S10)。在空转模式中，叶片8的斜度角有上限，并在控制单元40的控制之下，斜度驱动机构将叶片8的斜度角控制在不超过该上限的范围之内。
接下来，在步骤S12中，在控制单元40的控制之下，吊舱4由吊舱旋转机构20旋转，以跟随风向θ(即，执行偏航跟踪)。
接下来，在步骤S14中，确定风速V是否大于第一阈值Vth1。在该过程中，第一阈值Vth1小于接通风速V接通，换句话说，关系满足不等于0＜Vth1＜V接通。
并且，当风速不大于第一阈值Vth1(在步骤S14中确定为是)时，该过程进行到步骤S16，并且在控制单元40的控制下，吊舱4的旋转由吊舱旋转机构20停止(即，偏航跟踪停止)。另一方面，当风速V大于第一阈值Vth1(在步骤S14中确定为否)时，该过程返回步骤S6，在此确定风速V是否不小于接通风速V接通。
在吊舱4的旋转在步骤S16中停止之后，确定风速V是否小于第二阈值Vth2(步骤S18)。在这里，第二阈值Vth2小于接通风速V接通并大于第一阈值Vth1，换句话说，它满足不等式Vth1＜Vth2＜V接通。
并且在风速V不小于Vth2(在步骤S18中确定为是)时，该过程返回至步骤S12，并且恢复偏航跟踪，以沿风向θ引导吊舱4。另一方面，当风速V小于第二阈值Vth2(步骤S18中确定为否)时，该过程返回步骤S16，并且风力涡轮发电机保持这样一种状态，以便停止吊舱4的旋转。
以上参照图4已经说明了由风速修正装置42和风向修正装置44修正风速和风向的例子。然而，可行的是跳过步骤S4，并采用有风速仪5和风向仪7测量的风速V0和风向θ0，而不修正该测量，以进行后续步骤。在这种情况中，在步骤S6、S14和S18中，确定风速V0与接通风速V接通、第一阈值Vth1和第二阈值Vth2中的每一个的关系，并在步骤S8和S12中，执行偏航跟踪，以沿由风向仪7测量的风向θ0引导吊舱4。
如上所述，在本发明中，本发明的风力涡轮发电机包括风向仪5；风速仪7；转动吊舱4的吊舱旋转机构20；和控制单元40，该控制单元控制吊舱旋转机构20，使得在从风速仪5的测量结果V0获得的风速(V或V0)超过小于接通风速Vth1的第一阈值Vth1时，基于从风向仪7的测量结果θ0获得的风向(θ或θ0)执行吊舱4的旋转，并且在从风速仪的测量结果(V或V0)获得的风速(V或V0)不大于第一阈值Vth1时，停止吊舱4的旋转。
在本实施方式的上述风力涡轮发电机1中，即使在从风速仪5的测量结果获得的风速(V或V0)小于接通风速V接通时，只要风速(V或V0)大于第一阈值Vth1，那么基于从风向仪7的测量结果获得的风向(θ或θ0)执行吊舱4的旋转。因此，当风力变强并且风速超过接通风速V接通时，吊舱的方向大致沿着风力的方向，并且迅速转换至在接通风速或更快风速处的正常操作模式是可能的。即使在风力涡轮发电机位于风力不是总是很强的位置时，也能够避免发电效率的下降。
而且，当从风速仪5获得的风速(V或V0)不大于第一阈值Vth1时，停止吊舱4的旋转。在几乎无风时，风向不稳定，并且吊舱4必须频繁地旋转以沿风向引导吊舱。因此，当从风速仪的测量结果获得的风速(V或V0)不大于第一阈值Vth1时，停止吊舱4的旋转，以避免吊舱4的不必要的频繁旋转，并且还节省了大量用于旋转的电力。因此，即使在风力涡轮发电机1位于风力不是总是很强的位置时，也能够避免发电效率的下降。
在本发明中，优选的是，在吊舱4的旋转停止的状态中，当从风速仪5的测量结果获得的风速(V或V0)不小于大于第一阈值Vth1并小于接通风速V接通的第二阈值Vth2时，控制单元40控制吊舱旋转机构20，以基于从风向仪7的测量结果获得的风向(θ或θ0)再次开始吊舱的旋转。
以这种方式，当从风速仪5的测量结果获得的风速(V或V0)不小于大于第一阈值Vth1并小于接通风速V接通的第二阈值Vth2时，恢复吊舱4的旋转，使得在风力变强并且风速超过接通风速V接通时，吊舱的方向大致沿着风力的方向，并且迅速转换至在接通风速或更快风速处的正常操作模式是可能的。
本实施方式的风力涡轮发电机1还包括沿斜度方向将叶片8旋转为打开或关闭的斜度驱动机构30，其中，当从风速仪5的测量结果获得的风速小于接通风速V接通时，控制单元40控制斜度驱动机构30，以在其中叶片的斜度角具有上限的空转模式中运转，并且当从风速仪5的测量结果获得的风速不小于接通风速V接通时，控制单元40控制斜度驱动机构30，以在其中允许叶片的斜度角达到全打开状态的正常操作模式中运转。
以这种方式，当从风速仪的测量结果获得的风速小于接通风速V接通时，叶片的斜度角在空转模式中调整，在空转模式中叶片的斜度角具有上限，使得当风力变强并且超过接通风速时，能够执行至正常操作模式的快速转换。
而且，本实施方式的风力涡轮发电机1优选还包括风向修正装置44，该风向修正装置基于由风向仪7测量的风向θ0离吊舱4的获得风力涡轮发电机1的最大功率曲线所沿的方向的偏差修正由风向仪7测量的风向θ0，其中控制单元40控制吊舱旋转机构20，使得当从风速仪5的测量结果获得的风速(V或V0)大于第一阈值Vth1时，吊舱跟随由风向修正装置44修正的风向θ。
以这种方式，风向修正装置44设置为基于由风向仪7测量的风向θ0离吊舱4的获得风力涡轮发电机1的最大功率曲线所沿的方向的偏差修正由风向仪7测量的风向θ0，并且因此更精确地沿着风向引导吊舱，并改善发电效率。
以上，已经说明了本发明的一个例子。然而，将会明白，在不背离本发明的范围的程度下，可以进行各种改变或修改。

Claims (8)

1.一种风力涡轮发电机，包括：
吊舱；
风向仪；
风速仪；
转动所述吊舱的吊舱旋转机构；和
控制单元，该控制单元控制所述吊舱旋转机构，使得当从所述风速仪的测量结果获得的风速超过小于接通风速的第一阈值时，基于从所述风向仪的测量结果获得的风向执行所述吊舱的旋转，并且当从所述风速仪的测量结果获得的风速不大于所述第一阈值时，停止所述吊舱的旋转。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮发电机，其中，在所述吊舱的旋转停止的状态中，当从所述风速仪的测量结果获得的所述风速不小于大于所述第一阈值并小于所述接通风速的第二阈值时，所述控制单元控制所述吊舱旋转机构，以基于从所述风向仪的测量结果获得的所述风向再次开始所述吊舱的旋转。
3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮发电机，还包括沿斜度方向将所述叶片旋转为打开或关闭的斜度驱动机构，其中，当从所述风速仪的测量结果获得的所述风速小于所述接通风速时，所述控制单元控制所述斜度驱动机构以空转模式运转，在所述空转模式中所述叶片的斜度角具有上限，并且在从所述风速仪的测量结果获得的所述风速不小于所述接通风速时，所述控制单元控制所述斜度驱动机构以正常操作模式运转，在所述正常操作模式中允许所述叶片的斜度角达到全打开状态。
4.根据权利要求3所述的风力涡轮发电机，还包括风向修正装置，该风向修正装置基于所述风向仪测量的所述风向与风轮机获得最大功率曲线时的所述吊舱的方向的偏差来修正所述风向仪测量的所述风向，
其中，所述控制单元控制所述吊舱旋转机构，使得在从所述风速仪的测量结果获得的所述风速大于所述第一阈值时，所述吊舱跟随由所述风向修正装置修正的风向。
5.一种控制风力涡轮发电机的方法，该风力涡轮发电机配备有吊舱、风速仪、风向仪和用于旋转所述吊舱的吊舱旋转机构，该方法包括下述步骤：
在从所述风速仪的测量结果获得的风速超过小于接通风速的第一阈值时，基于从所述风向仪的测量结果获得的风向，所述吊舱旋转机构旋转所述吊舱；以及
在从所述风速仪的测量结果获得的所述风速不大于所述第一阈值时，所述吊舱旋转机构停止所述吊舱的旋转。
6.根据权利要求5所述的控制风力涡轮发电机的方法，还包括：在所述吊舱的旋转的步骤之后，当从所述风速仪的测量结果获得的所述风速不小于大于所述第一阈值并小于所述接通风速的第二阈值时，基于从所述风向仪的测量结果获得的所述风向，恢复所述吊舱的旋转的步骤。
7.根据权利要求5或6所述的控制风力涡轮发电机的方法，该风力涡轮发电机还包括沿斜度方向将所述叶片旋转为打开或关闭的斜度驱动机构，该方法还包括下述步骤：
当从所述风速仪的测量结果获得的所述风速小于所述接通风速时，所述斜度驱动机构以空转模式调整所述叶片的斜度角，在所述空转模式中所述叶片的斜度角具有上限；以及
在从所述风速仪的测量结果获得的所述风速不小于所述接通风速时，所述斜度驱动机构以正常操作模式调整所述叶片的所述斜度角，在所述正常操作模式中允许所述叶片的斜度角达到全打开状态。
8.根据权利要求7所述的控制风力涡轮发电机的方法，还包括基于所述风向仪测量的所述风向与风轮机获得最大功率曲线时的所述吊舱的方向的偏差来修正由所述风向仪测量的所述风向的步骤，并且
其中，在旋转所述吊舱的步骤中，所述吊舱被旋转以跟随在修正所述风向的步骤中修正的风向。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7892798B2 (en) 1999-06-25 2011-02-22 Evonik Degussa Gmbh Nucleic acid molecules encoding metabolic regulatory proteins from Corynebacterium glutamicum, useful for increasing the production of methionone by a microorganism
EP2273104B1 (en) * 2009-06-30 2013-06-19 Vestas Wind Systems A/S A wind turbine with improved yaw control
TW201402940A (zh) * 2012-02-08 2014-01-16 Romo Wind Ag 用於調整風力機之橫擺的裝置
KR101304916B1 (ko) * 2012-02-16 2013-09-05 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기의 블레이드의 피치 제어 방법
KR101654498B1 (ko) 2012-12-26 2016-09-05 엠에이치아이 베스타스 오프쇼어 윈드 에이／에스 제어 장치 및 방법 그리고 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 기록 매체, 그것을 구비한 부체식 풍력 발전 장치
KR101379268B1 (ko) * 2013-01-11 2014-03-28 삼성중공업 주식회사 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템
EP2754886B1 (en) * 2013-01-14 2016-01-06 ALSTOM Renewable Technologies Method of operating a wind turbine rotational system and wind turbine rotational system
DE102015203629A1 (de) * 2015-03-02 2016-09-08 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
KR20170046928A (ko) 2015-10-22 2017-05-04 지유 주식회사 소형 풍력발전기의 블레이드 폴딩 조절장치
US11181096B2 (en) 2015-12-23 2021-11-23 Vestas Wind Systems A/S Control method for a wind turbine
US11168664B2 (en) 2016-03-31 2021-11-09 Vestas Wind Systems A/S Control method for a wind turbine
GB2598376A (en) * 2020-08-28 2022-03-02 Vortex Wind Tech Limited Alignment of wind turbine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1549897A (zh) * 2001-12-28 2004-11-24 三菱重工业株式会社 逆风型风力涡轮机及其操作方法
JP2005320891A (ja) * 2004-05-07 2005-11-17 Nabtesco Corp 風力発電装置
JP2006057469A (ja) * 2004-08-17 2006-03-02 Ntt Power & Building Facilities Inc 風力発電システム及びその制御方法
CN1992464A (zh) * 2005-12-30 2007-07-04 中国科学院电工研究所 一种风电机组控制系统
US20090047129A1 (en) * 2005-05-31 2009-02-19 Shigeo Yoshida Horizontal axis wind turbine
CN101568721A (zh) * 2007-05-25 2009-10-28 三菱重工业株式会社 风力发电装置、风力发电系统以及风力发电装置的发电控制方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5894880U (ja) 1981-12-19 1983-06-27 三菱重工業株式会社 風車の方向制御装置
JPS5993972A (ja) 1982-11-19 1984-05-30 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 風車制御装置
JPH09317760A (ja) 1996-05-30 1997-12-09 Ntn Corp 自動調心ころ軸受
JP4939286B2 (ja) * 2007-04-10 2012-05-23 三菱重工業株式会社 風力発電装置及びその制御方法
JP4994947B2 (ja) * 2007-05-21 2012-08-08 三菱重工業株式会社 風力発電装置および風力発電装置のヨー旋回駆動方法
JP4914294B2 (ja) * 2007-06-05 2012-04-11 富士重工業株式会社 水平軸風車
JP2008309097A (ja) 2007-06-15 2008-12-25 Ebara Corp 風力発電設備及び風力発電用風車制御方法
US7823437B2 (en) * 2007-06-18 2010-11-02 General Electric Company Anemometer calibration method and wind turbine
KR100883099B1 (ko) * 2007-06-26 2009-02-11 주식회사 케이.알 수직축 풍력발전시스템의 제어장치 및 방법
US8183707B2 (en) * 2007-10-30 2012-05-22 General Electric Company Method of controlling a wind energy system and wind speed sensor free wind energy system
US8242618B2 (en) * 2008-06-11 2012-08-14 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine generator
ES2393046T3 (es) * 2009-06-24 2012-12-18 Siemens Aktiengesellschaft Disposición y método para controlar la guiñada de una turbina eólica

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1549897A (zh) * 2001-12-28 2004-11-24 三菱重工业株式会社 逆风型风力涡轮机及其操作方法
JP2005320891A (ja) * 2004-05-07 2005-11-17 Nabtesco Corp 風力発電装置
JP2006057469A (ja) * 2004-08-17 2006-03-02 Ntt Power & Building Facilities Inc 風力発電システム及びその制御方法
US20090047129A1 (en) * 2005-05-31 2009-02-19 Shigeo Yoshida Horizontal axis wind turbine
CN1992464A (zh) * 2005-12-30 2007-07-04 中国科学院电工研究所 一种风电机组控制系统
CN101568721A (zh) * 2007-05-25 2009-10-28 三菱重工业株式会社 风力发电装置、风力发电系统以及风力发电装置的发电控制方法

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Publication number Publication date
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