CN102906418B - 风力涡轮机 - Google Patents

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Abstract

一种风力涡轮机（30）包括：具有多个叶片（38）的转子（36）和控制器（100）。控制器（100）被设置为在作用于风力涡轮机（30）上的风速低于额定风速时，独立地控制多个叶片（38）中的各叶片和/或各叶片（38）的一个或者更多个部件，使各叶片（38）的驱动力矩独立于其它叶片（38）地增加。控制器（100）还被附加或者另选地设置为在作用于叶片（38）上的风力高于切出风速时，独立地控制多个叶片（38）中的各叶片和/或各叶片（38）的一个或者更多个部件，以减少风力涡轮机（30）的至少一部分所承受的机械负荷。

Description

风力涡轮机
技术领域
本发明涉及风力涡轮机、风力涡轮机控制器以及控制风力涡轮机的方法。尤其涉及适于在风力场的大型发电中使用的风力涡轮机。
背景技术
在图1中，图表12的实线10例示出大型发电中使用的典型风力涡轮机的功率输出随风速（在轮毂（hub）的高度测得的）的变化。本领域中已知，对于具有双馈感应发电机（DFIG:doublyfedinductiongenerator）的风力涡轮机来说，在非常低的风速下（典型地在0与3m/s之间或者0与4m/s之间），风力涡轮机空转。换言之，风力涡轮机的叶片并未以使得风力涡轮机产生电力的方式旋转。这是因为，从风力可获得的能量并不总是足以使风力涡轮机产生电力。这是低风速空转区14。在下切入风速Vmin下（典型在3或者4m/s之间），风力涡轮机的叶片开始旋转以产生部分电力或者局部（电）负荷。这称为部分负荷区16。该部分负荷区通常在风速3或者4m/s与12或者13m/s之间。对于具有全转换器（fullconverter）的风力涡轮机来说，可以没有这样的空转区域，在该空转区域叶片旋转但从风力涡轮机没有产生电力。在具有全转换器的典型风力涡轮机中，一旦风力克服了传动系（drivetrain）中的摩擦力并且转子叶片开始旋转，则风力涡轮机开始产生电力。因此，在本发明中，可将具有全转换器的风力涡轮机的下切入风速Vmin定义为叶片开始旋转并且产生电力的风速。
随着风速增加，风力涡轮机进入全负荷区18，在额定风速Vr或者超过额定风速Vr，风力涡轮机的叶片旋转，在此区域中在任何风速下产生大致相同的电力。换言之，在该全负荷区中，风力涡轮机产生发电机的最大允许输出功率，并且电力输出基本上不依赖于风速。电力输出被调整为大致恒定。该全负荷区通常在12或者13m/s的风速与25m/s的风速之间。最终，在Vmax（上切出风速）或以上的高风速下，风力涡轮机空转（风力涡轮机的叶片不以产生电力的方式旋转，并且风力涡轮机的发电机与配电网络或者电网断开连接），并且这称为高风速空转区20。上切出风速Vmax通常为20m/s或者25m/s。在这些高风速下，处于安全因素，特别是为了减少作用于风力涡轮机上的可能损坏风力涡轮机的负荷，关闭风力涡轮机。
风力涡轮机通常具有用于改变作用于其叶片上的风的空气动力效应的机制。这些机制包括叶片变桨距（风力涡轮机的各叶片绕其纵轴旋转）或者提供作为风力涡轮机叶片的一部分的可移动翼片（flap）。这些机制以特定方式在特定风速下使用。
通常，叶片变桨距用于补偿在风力涡轮机的高度上由所谓的风切变引起的风速变化。典型的是，为了进行补偿，风力涡轮机结构包括在以额定风速旋转时以循环方式变桨距的叶片，诸如在美国专利申请No.US2008/0206055中所述。在风力涡轮机的高度上风速的这种变化还导致作用于风力涡轮机叶片的负荷在各叶片上变化，并且在这些情况下已知叶片变桨距可减少在风力涡轮机上产生的不对称负荷，诸如如下文献中所描述的：欧洲专利申请No.EP1978246、美国专利申请No.US2007/0286728、美国专利申请No.US2007/0212209、美国专利申请No.US2006/0145483、美国专利申请No.US2002/004725以及Bossanyi，E.A.“IndividualBladePitchControlforLoadReduction”；WindEnergy，第6卷，第119-128页。
在其它结构中，对全部叶片施加相同的桨距角，诸如欧洲专利申请No.EP1666723中所描述的。在这些系统中，为了减少在低负荷或者全负荷下叶片上的应力，对所有叶片施加相同的桨距角。
叶片变桨距还用于减少在高风速下风力涡轮机叶片中的力，诸如欧洲专利申请No.EP1890034中，其中这些风况下叶片的桨距角之间存在相互依赖；并且诸如在德国专利申请No.DE102005034899中，风力涡轮机的叶片一起变桨距以使风力涡轮机停止。欧洲专利申请No.EP1630415中描述的风力涡轮机包括用于减少在恶劣风况（诸如暴风或者飓风）期间的力的另一种机制。此文献中的风力涡轮机具有在这些极端环境下折起以减少升力的外侧叶片部。
在US专利申请No.2007/0003403中描述了一种构造，该构造描述了在风力涡轮机叶片中使用翼片来改变叶片的空气动力特性。所描述的构造的目的是允许涡轮机在超过上切出风速的风速下运转，否则在该上切出风速下涡轮机将停止运转以防止对风力涡轮机施加过大负荷。调整在特定旋转位置处特定叶片的翼片，使得它们采用其它叶片的翼片在相同旋转位置时的位置。换言之，翼片位置之间存在相互依赖关系。
如果风力涡轮机在额定风速以下的低风速下产生增加的电力，这是有利的。在此描述的系统的发明人率先认识到，当作用于叶片上的风速低于额定值（低于切入风速和/或在切入风速与额定风速之间）时，风力涡轮机的叶片可以独立于其它叶片而被控制（诸如通过使叶片变桨距），和/或独立地控制各叶片的一个或者多个部件（诸如通过移动各叶片的翼片或者调整片（tap）），以增加各叶片的驱动力矩。因此，增加在低风速下的发电。
发明内容
在所附独立权利要求中限定了本发明的各个方面。在所附从属权利要求中限定了优选特征。
下面更详细描述本发明的优选实施方式，并且采用下列风力涡轮机的形式，所述风力涡轮机包括：具有多个叶片的转子和控制器。所述控制器被设置为在作用于所述风力涡轮机的风速低于额定风速时，独立地控制所述多个叶片中的各叶片和/或独立控制所述叶片中的一个或者更多个部件，使各叶片的驱动力矩独立于其它叶片地增加。
增加在低于额定风速的风速下的驱动力矩，使风力涡轮机的能源成本降低。驱动力矩的增加在下切入风速与额定风速之间产生更好的功率曲线（powercurve），和/或使切入风速降低，使得风力涡轮机在更低的风速下开始发电。这对于位于低风速区的风力涡轮机尤为重要，而这些低风速区正日益成为用于安装风力涡轮机的重要地区。
本发明可应用于具有DFIG或者全转换器的风力涡轮机。
出于本发明的目的，术语“切入风速”或者“下切入风速”指的是风力涡轮机开始产生电力的风速。对于DFIG来说，其通常是涡轮机连接至电网时的风速。对于具有全程转换器（fullspanconverter）的风力涡轮机来说，其通常是转子叶片开始旋转时的风速。
附图说明
现在以示例的方式并且参考附图来描述本发明的优选实施方式，在附图中：
图1是示出已知风力涡轮机的和实现本发明的一个方面的风力涡轮机的电功率输出相对于风速的曲线图；
图2是已知风力涡轮机的前视图；
图3是与本发明的实施方式一起使用的风力涡轮机叶片的前视图；
图3A是图3的风力涡轮机叶片的截面的侧视图；
图4是例示出本发明的一个方面的实施方式的示意图；
图5是例示出本发明的一个方面的实施方式的流程图；
图6是风力涡轮机转子的视图；以及
图7是例示出本发明的一个方面的实施方式的示意图。
具体实施方式
图2例示出实现本发明的风力涡轮机30。风力涡轮机30包括上面安装有风力涡轮机机舱34的风力涡轮机塔32。包括多个叶片38的风力涡轮机转子36安装在轮毂40上。轮毂40通过从机舱前方延伸的低速轴（未示出）连接至机舱34。图2例示出的风力涡轮机可以是用于家用或者照明设施用途的小型设备，或者可以是诸如适用于例如风电场的大规模发电的大型设备。在后一种情况下，转子的直径可以达到100米或者更大。
在图2的风力涡轮机中，通过改变叶片的面朝作用于叶片上的风的有效形状，来改变各叶片38所提供的升力。例如，叶片可以分别被变桨距，换言之，绕其纵轴42旋转。可以由致动器（诸如电动机或者液压装置（未示出））使叶片变桨距。各叶片的面朝作用于该叶片上的风的有效形状可以通过位于叶片上的或者形成叶片的一部分的翼片（诸如在叶片尾缘上的翼片）和/或调节片（诸如微调节片）来附加地或者另选地改变。下面描述翼片构造。
图3例示出具有多个可移动空气动力装置形式的一个或者更多个部件的风力涡轮机叶片38，可移动空气动力装置为沿着叶片的后缘48定位的翼片44的形式。在此示例中，翼片被定位为靠近叶片的自由端48，具体来说，靠近自由端大约位于叶片的一半。翼片沿着叶片的尾缘分开。各翼片在与尾缘分开的缘处沿着枢轴（由虚线50示出）枢接至叶片。翼片通过绕枢轴枢转或移动来改变叶片的有效形状。由诸如电动机、气动装置或者液压设备（未示出）的致动器使翼片绕枢轴枢转。叶片有效形状的变化改变了该叶片所提供的升力。尽管不同位置处风切变不同，湍流不同，但是因为叶片的不同部分暴露于不同风况下，叶片的攻角（图3A中例示的叶片的弦c与相对气流线v之间的锐角a）沿着该叶片发生变化。叶片上的各个不同的翼片对叶片提供的升力的影响不同。按照类似方式，如果在叶片上提供微调节片形式的可移动空气动力装置，则各个可移动空气动力装置对叶片提供的升力的影响不同。可移动空气动力装置（无论是例如翼片还是微调节片）能够独立移动，使得优化了各部件（翼片或者微调节片）的功率系数。翼片各包括安装于各翼片（翼片方向）的应力测量仪53和/或风速和攻角检测感应装置（未示出）。
返回图2，图2的风力涡轮机30具有位于机舱34上用于测量吹在风力涡轮机30上的风速的风速计56。作用于风速计上的风受到转子36干扰。因此，为了提供对自由流（未受干扰的）流体的测量，对风速计测得的风速应用函数，以提供自由流风速的估算。另选的是，可以使用LIDAR装置来测量风力涡轮机前较远（例如100m至200m）处的自由流风况。风力涡轮机的叶片38上面还具有用于测量作用于叶片上的负荷的应力测量计52。应力测量计沿着叶片的长度方向设置。如图3中所示，应力测量计典型地位于叶根54处，以及位于叶片半径的20%、40%、50%、60%、75%以及80%处。
图4以用于风力涡轮机30的控制器100的形式示出本发明的示例。控制器位于风力涡轮机的机舱34中。控制器分别且独立地控制由风力涡轮机（诸如图2所示）的多个叶片38中的各叶片所提供的升力，以针对风力涡轮机的各叶片，分别且独立于所有其它叶片（完全独立）增加该叶片的驱动力矩。风力涡轮机叶片的完全独立控制使得在额定风速以下转子功率最大化，并且在下列两种条件下执行风力涡轮机叶片的完全独立控制：
（i）当作用于叶片上的风力或者风速低于下切入风速Vmin（并且结果是Vmin减小）；
（ii）和/或作用于叶片上的风力或者风速在额定风速与下切入风速之间（部分负载运转）。
换言之，风力涡轮机的叶片的冲角和/或叶片部件（诸如翼片和调节片）被控制得与从相关叶片提供更大或者最大驱动力矩的冲角更紧密地匹配。以此方式，在额定风速以下的风速下产生更大功率。具体来说，分别使用叶片变桨距和/或叶片上（on-blade）控制装置（可移动空气动力装置）来最大化或者改善恰好在涡轮机正常开始发电的风速（下切入风速Vmin）以下（例如大约3至4m/s）的风速下的转子功率。与采用其它结构的风力涡轮机在轻风下相比，上述结构导致风力涡轮机更快离开空转模式（例如，对于DFIG风力涡轮机，在下切入风速以下）并且向电网供电，由此改善图1的功率曲线的最低风速区（部分负荷）中的能量获取。
另外，在此示例中，控制器100还在风速大于上切出风速Vmax并且风力涡轮机30不发电（风力涡轮机30与配电系统或者电网断开）时，分别并且独立地控制风力涡轮机30的多个叶片38中的各叶片所提供的升力。这是通过分别且独立（完全独立）控制各叶片的升力（诸如通过对叶片进行变桨距或者通过移动可移动空气动力装置，诸如叶片的翼片44或者调节片），使得机械负荷减少，并且降低风力涡轮机的至少一部分（诸如风力涡轮机的叶片、塔以及基座）承受的极端负荷或者极端机械负荷来实现的。
更具体来说，图4的控制器100具有用于输入作用于风力涡轮机30的风力的表示或者指示的输入102，例如，表示风速计56（例如转杯风速计（如图4中所示））或者光探测和测距（LIDAR：lightdetectionandranging）风速计测得的风速指标的电信号。可以测量风力涡轮机处的风力。作用于风力涡轮机上的风力可附加或者另选地包括对风力涡轮机的转子36的风场上游的测量。另选或者附加地，所述电信号可表示或者指示从位于风力涡轮机的叶片上的应力测量计（由图4中的参考标记52示出）测得的作用于叶片上的负荷。当使用LIDAR测量风速时，可以不使用应力测量计。
控制器100具有用于输出控制信号的至少一个输出，在此情况下，具有多个输出106，各输出用于将控制信号输出至风力涡轮机30的各叶片38的一个致动器108或多个致动器38，致动器38用于通过包括分别进行叶片变桨距和/或叶片上控制装置（诸如翼片、调节片或者微调节片），来控制风力涡轮机的多个叶片中的各叶片所提供的升力。
控制器100还具有至少一个输入，在此情况下，具有多个输入110。一些输入是来自风力涡轮机30的各叶片38的一个应力测量计52、53或者多个应力测量计的电信号。应力测量计52、53可以是已经位于风力涡轮机叶片38上的应力测量计或者可以是附加的应力测量计。它们包括沿着风力涡轮机叶片的纵轴42分开的、边缘方向的应力测量计52（其提供驱动力矩的指示）和（在风力涡轮机叶片包括翼片的情况下）位于风力涡轮机的翼片上的翼片方向的应力测量计53（提供设计驱动负荷的指示）。
“翼片方向”在本领域中典型地用于表示与叶片的弦大致垂直的方向，其中“弦”是前沿与尾缘之间的距离，即翼片方向是空气动力升力作用的方向。“边缘方向”在本领域中典型地用于表示与叶片的弦大致平行的方向。因为叶片可以被变桨距，所以翼片方向和边缘方向不一定在转子平面内。当用于改变叶片的有效形状的一个叶片上控制装置或多个叶片上控制装置包括翼片或者微调节片时，输入110可以来自从控制装置本身对叶片负荷的测量。还提供用于下述电信号的输入112，该电信号表示风力涡轮机所产生的功率和/或风力涡轮机转子的转速的指示。还可以提供一个输入114或多个输入114以接收如下电信号，该电信号给出了来自风力涡轮机的除叶片以外的其它机械部件（诸如风力涡轮机的基座）的负荷的指示。
在电力输入端口104向控制器100和测量计或者其它传感器提供电力。
由控制器100执行的方法可实现为计算机上的软件形成的计算机程序或者实现为专用硬件。所述计算机程序可存储在计算机可读介质上，诸如CD-ROM或者DVD-ROM上。
由控制器100对风速进行测量或者采样，或者控制器的控制时间步（controltimestep）之间的时间是相对高带宽控制；这不是慢的运转监控行为。换言之，采样率通常低于100ms，优选地低于50ms，并且优选地为几十ms。
图5的流程图例示出控制器100的操作。控制器在输入102处接收来自风速计56的电信号，以产生风速的指示或者表示（步骤152）（此指示可由应力测量计52、53附加或者另选地提供）。控制器评估该风速是否低于Vmin（步骤154）。对于DFIG涡轮机，风速涡轮机可以低速空转，而对于全转换器涡轮机，转子不旋转。如果风速低于Vmin，则控制器从输出106产生电信号，以指示叶片38的致动器108中的每一个独立地增加各叶片的驱动力矩（步骤156）。如果通过叶片增加了驱动力矩，则反映在表示转子的转速已经增加的电信号中。这还意味着风力涡轮机产生的功率增加，并且这也反映在适当的电信号中。驱动力矩中的增加还反映在来自特定叶片的边缘方向的应力测量计52（如果安装了）的、在控制器的针对该叶片的输入110处的电信号中。这是因为，如果叶片的驱动力矩增加，则该叶片上的应力和相应应变将增加（这将由应力测量计来指示）。通过（i）分别对叶片进行变桨距，使得叶片的攻角与从该叶片提供增加的驱动力矩或者最大的驱动力矩的攻角相匹配或者更加匹配；和/或（ii）利用叶片上的翼片或者调节片，使得各个叶片部件的空气动力性能与在该给定部件占主流的风况相匹配或者更加匹配，使来自各叶片的驱动力矩增加或者最大化。
图6和7描述了关于驱动力矩如何增加或者最大化的下列说明。
如果风速表示风力涡轮机不是低风速空转（在Vmin以下），则控制器然后评估风力涡轮机是否在Vmin（下切入风速）与Vr（额定风速）之间以部分负荷运行（步骤158）。如果风速表示风力涡轮机以部分负荷（风速在大约3至4m/s与13m/s之间）下运行，则控制器从输出产生电信号，以指示叶片38的致动器中的每一个独立地增加各叶片的驱动力矩（步骤160）。如果通过叶片增加了驱动力矩，则这进而反映在指示转子的转速已经增加的电信号中以及表示风力涡轮机所产生的功率增加的电信号中。这附加地反映在来自特定叶片的边缘方向的应力测量计52（如果安装了）的、在控制器的针对该叶片的输入110处的电信号中。通过（i）分别对叶片进行变桨距，使得叶片的攻角与从该叶片提供增加的驱动力矩或者最大驱动力矩的攻角相匹配或者更加匹配；和/或（ii）利用叶片上的翼片或者调节片，使得各个叶片部件的空气动力性能与在该给定部件占主流的风况相匹配或者更加匹配，使来自各叶片的驱动力矩增加或者最大化。
如果风速表示风力涡轮机未在部分负荷（在Vmin与Vr之间的风速下）下运转，则控制器然后评估风力涡轮机是否在全负荷运转（风速在额定风速Vr与上切出风速Vmax之间）由此提供最大允许功率（步骤162）。如果风速表示风力涡轮机在全负荷（风速在大约13与25m/s之间）下运转，则按照本领域中的已知方式通过集中循环方式对叶片进行变桨距来调节功率产生，从而控制风力涡轮机（步骤164）。
如果风速表示风力涡轮机没有在全负荷下运转，则控制器随后评估风速是否超过上切出风速Vmax因此关闭风力涡轮机且不产生功率（步骤166）。在关闭时，通常风力涡轮机以大约1rpm空转，叶片被变桨距为与旋转方向成90°，并且轴制动器关闭。如果风速表示风力涡轮机关闭并且风速超过Vmax（风速超过约25m/s），则控制器从输出产生如下电信号，该电信号表示叶片的致动器中的每一个独立地控制各叶片（步骤168）以减少作用于风力涡轮机上的负荷。如果负荷减少，则这进而通过特定叶片上的应力和相应应变的减少，反映在控制器的针对该叶片的输入110处的、来自该特定叶片的边缘方向的应力测量计52（如果安装了）的（尤其是，翼片方向应力测量计53（如果安装了）的）电信号中，并且还反映在来自表示风力涡轮机的诸如基座的其它部件中的应力的其它测量计的电信号中。通过（i）分别对叶片进行变桨距，使得叶片的攻角产生的升力减小或者产生最小可能升力；和/或（ii）利用叶片上的翼片或者调节片减少或者产生由该叶片所产生的最小可能升力，来减少负荷。虽然已经将上切出风速描述为大约25m/s，但也可以是基于风力涡轮机设计的其它风速，诸如18m/s、20m/s或者30m/s。
叶片的分别控制对于减轻风力涡轮机36在罕见“EWM”（极端风速模型）条件（由InternationalElectrotechnicalCommission（国际电工技术委员会）（IEC）在61400-1标准中定义）期间所承受的负荷特别有帮助。在这种极端负荷下，偏航机构由于失去电网连接而无法使用，使得涡轮机不能根据风调整自已以减轻所承受的负荷。控制器100可以确定34的偏航误差（这是当前风向与机舱方向之间的差），和给定叶片的方位角（这是叶片的角位置），随后查找表提供了针对各叶片的、作为偏航误差、方位角以及10分钟平均风速的函数的桨距角。脱机选择桨距角，使得各叶片所产生的升力和阻力低于针对特定风速和偏航误差的一定限制。针对各叶片独立选择这些桨距角，以尽可能减少风力涡轮机承受的机械负荷。另选的是，可以实时测量各叶片处的本地风速和各叶片的冲角，以将各叶片产生的升力和阻力保持在一定限制以下。
如图1的虚线22所示，这种结构使得在低于额定风速的风速处得到更大功率输出。此系统还能够更快地减少风力涡轮机30在超过Vmax的高风速中所承受的负荷，以防止风力涡轮机损坏。后一优点导致极端负荷的减少和疲劳负荷的一定程度的减少。因此可以将叶片建造得抵抗更低的极端负荷即可，从而减少建造风力涡轮机的成本。虽然已经将此系统描述为分别在低风速空转、低于额定风速（部分负荷）、以及高于切出风速时控制风力涡轮机的各叶片，但是该控制器也可以在一个或多个这些状况下控制叶片。
控制器100还可以控制风力涡轮机36，使得风力涡轮机36偏航，特别是当使用LIDAR来确定风况时。偏航是机舱35绕风力涡轮机塔32的纵轴旋转。在额定风速以下，控制器可以控制风力涡轮机使风力涡轮机偏航，使得在独立于其它叶片的控制来控制各叶片38所提供的升力以增加该叶片的驱动力矩之前，将转子36偏航至面朝作用于该转子上的、LIDAR所测得的风。在高于切出风速时，在独立于其它叶片的控制来控制各叶片所提供的升力以独立于其它叶片来减少各叶片的机械负荷之前，控制器可以控制风力涡轮机，使得风力涡轮机的转子朝向或者偏离LIDAR所测得的风向偏航。
在使用LIDAR确定风况时，控制器100还可以通过利用从LIDAR装置获得的信息来控制风力涡轮机30。LIDAR装置能够测量转子36上游（例如转子上游100米至200米）的风况。风况的该预报信息（例如，可以检测到阵风）可以提供给控制器100。在高于切出风速时，控制器100可以利用LIDAR测得的风预报信息，来控制风力涡轮机，使得在阵风袭击风力涡轮机之前，独立于其它叶片来控制各叶片38以独立于其它叶片减少各叶片的机械负荷。
图6例示出如何确定各叶片的驱动力矩的示例。图6示出了连接至轮毂40的三个叶片38_1、38_2、以及38_3。叶片旋转轮毂40和连接至齿轮箱（未示出）的低速轴41。轴41的驱动力矩（或者扭矩）是三个叶片的驱动力矩的总和，即：
MT=M1+M2+M3
其中，M1、M2、M3是三个叶片各个在转子平面中的驱动力矩。
驱动力矩可以根据安装在叶片中的测量叶片的翼片方向应力和叶片的边缘方向应力的应力测量计来确定。已知翼片方向应力和边缘方向应力以及当前桨距角，则可以确定转子平面内的驱动力矩。
图7示出如何通过对叶片进行变桨距使各叶片的驱动力矩增加或者最大的示例。在步骤170，根据叶片的当前桨距角φ1、叶片根翼片方向应力εflap和叶片根边缘方向应力εedge来确定第一叶片在转子平面内的驱动力矩M1。
在步骤171，控制算法计算使得转子平面内的驱动力矩M1最大的最佳桨距角需求φD1_opt。控制算法可以是学习算法，学习哪种桨距角需求得到转子平面内的最大驱动力矩M1。另选的是，171可包括绘出了与桨距需求角相对应的测得风速的查找表。
风力涡轮发电机通常具有用于设置转子的转速的速度控制器，在图7中示为172。来自速度控制器172的输出是针对转子的三个叶片的公共桨距需求φD_comm，用于将转速保持在正确的运转范围内。
在173，将最佳桨距角需求φD1_opt与公共桨距需求φD_comm合并（即将最佳桨距角需求φD1_opt叠加在公共桨距需求φD_comm上），以提供将提供给桨距致动器174（即液压桨距驱动器或者电桨距驱动器）的、用于设置叶片的桨距角φ1的桨距需求角φD1。
图7针对一个叶片进行了详细示出。然而，针对全部三个叶片执行该处理。图7示出了如何将第二叶片和第三叶片的最佳桨距角需求也与公共桨距需求φD_comm合并，发送至各自桨距致动器。应该注意到，计算各叶片的最佳桨距角需求φDi_opt的步骤是独立执行的；换言之，步骤170和171针对各叶片是分开的并且彼此没有依赖性。
图7已经描述了通过对叶片分别进行变桨距使驱动力矩最大化的情况。然而，也可以通过利用翼片使驱动力矩最大化，因此步骤170和171可以适用于控制叶片上的翼片角度，以增加各叶片的驱动力矩。
纯粹出于例示目的，已经参照示例性实施方案描述了本发明。本发明不限于这些，本领域的技术人员能够想到大量修改例和变型例。根据所附权利要求书来理解本发明。

Claims (38)

1.一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括：
具有多个叶片的转子；以及
控制器，
其中，所述控制器被设置为当作用于所述风力涡轮机上的风速低于所述风力涡轮机的额定风速时，独立地控制所述多个叶片中的各叶片和/或各叶片的一个或者更多个部件，使各叶片的驱动力矩独立于其它叶片地增加；
其中，各叶片所提供的驱动力矩是通过改变该叶片的面朝作用于该叶片上的风的有效形状来改变的；
其中，各叶片的所述有效形状是通过改变各叶片的桨距来改变的。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，作用于所述风力涡轮机上的所述风速低于所述额定风速包括所述风速低于切入风速。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，作用于所述风力涡轮机上的所述风速低于所述额定风速包括所述风速在切入风速与低于所述额定风速之间。
4.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其中，作用于所述风力涡轮机上的所述风速是基于所述风力涡轮机产生的功率的测量来评估的。
5.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机，其中，所述切入风速大致为4m/s。
6.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机，其中，所述切入风速大致为3m/s。
7.根据权利要求1-4任一项所述的风力涡轮机，其中，所述额定风速大致为13m/s。
8.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其中，所述额定风速大致为13m/s。
9.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其中，所述额定风速大致为13m/s。
10.根据权利要求1-4、8-9任一项所述的风力涡轮机，其中，所述额定风速大致为12m/s。
11.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其中，所述额定风速大致为12m/s。
12.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其中，所述额定风速大致为12m/s。
13.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其中，所述额定风速大致为12m/s。
14.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，各叶片的所述有效形状是通过至少一个可移动空气动力装置来改变的。
15.根据权利要求14所述的风力涡轮机，其中，所述至少一个可移动空气动力装置包括所述叶片的至少一个翼片。
16.根据权利要求14或者15所述的风力涡轮机，其中，所述至少一个可移动空气动力装置包括所述叶片的至少一个调节片。
17.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，作用于所述风力涡轮机上的风速是基于对风速的测量和/或作用于所述叶片上的负荷和/或所述转子的转速和/或各叶片的所述一个或者更多个部件中的至少一个部件的位置和/或发电机输出功率来评估的。
18.根据权利要求17所述的风力涡轮机，其中，风速是通过所述风力涡轮机的风速计测量的。
19.根据权利要求18所述的风力涡轮机，其中，所述风速计包括光探测和测距LIDAR风速计。
20.根据权利要求18或19所述的风力涡轮机，其中，所述风速计测量所述转子的上游的风速。
21.根据权利要求17至19中的任一权利要求所述的风力涡轮机，其中，所述叶片包括测量作用于所述叶片上的负荷的应力测量计。
22.根据权利要求20所述的风力涡轮机，其中，所述叶片包括测量作用于所述叶片上的负荷的应力测量计。
23.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述控制器的控制时间步之间的时间小于100ms。
24.根据权利要求23所述的风力涡轮机，其中，所述控制器的控制步之间的时间小于50ms。
25.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述风力涡轮机进一步设置为使得在增加各叶片的驱动力矩之前或者在与增加各叶片的驱动力矩大致相同的时间，所述转子被偏航为面朝作用于所述风力涡轮机上的风。
26.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述控制器被设置为独立地控制各个所述叶片，使所述叶片产生的升力最大。
27.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述控制器进一步被设置为当作用于所述叶片上的风力高于切出风速时，独立地控制所述多个叶片中的各叶片和/或各叶片的一个或者更多个部件，使各叶片的机械负荷独立于其它叶片地减少。
28.根据权利要求27所述的风力涡轮机，其中，所述切出风速大致为18m/s。
29.根据权利要求27所述的风力涡轮机，其中，所述切出风速大致为20m/s。
30.根据权利要求27所述的风力涡轮机，其中，所述切出风速大致为25m/s。
31.根据权利要求27所述的风力涡轮机，其中，所述切出风速大致为30m/s。
32.一种用于控制风力涡轮机的叶片的风力涡轮机控制器，该控制器包括：
至少一个输入，其用于输入作用于风力涡轮机上的风力的表示，
至少一个输出，其用于输出控制信号，该控制信号用于控制风力涡轮机的多个叶片中的各个叶片所提供的驱动力矩，其中，
所述控制器被设置为输出控制信号，以在所述至少一个输入处输入的风力的表示指示作用于所述叶片上的风速低于额定风速时，使各叶片的驱动力矩独立于其它叶片地增加；
其中，各叶片所提供的驱动力矩是通过改变该叶片的面朝作用于该叶片上的风的有效形状来改变的；
其中，各叶片的所述有效形状是通过改变各叶片的桨距来改变的。
33.一种控制风力涡轮机的方法，该方法包括以下步骤：在作用于所述风力涡轮机的多个叶片上的风力低于额定风速时，控制所述多个叶片，使得各叶片的驱动力矩独立于其它叶片地增加；
其中，各叶片所提供的驱动力矩是通过改变该叶片的面朝作用于该叶片上的风的有效形状来改变的；
其中，各叶片的所述有效形状是通过改变各叶片的桨距来改变的。
34.一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括：
具有多个叶片的转子；以及
控制器，
其中，所述控制器被设置为在作用于所述风力涡轮机上的风速低于所述风力涡轮机的额定风速时，独立地控制所述多个叶片中的各叶片和/或各叶片的一个或者更多个部件，使各叶片的驱动力矩独立于其它叶片地增加；
其中，所述风力涡轮机还被设置为使得在增加各叶片的驱动力矩之前或者在与增加各叶片的驱动力矩大致相同的时间，所述转子被偏航为面朝作用于所述风力涡轮机上的风；
其中，各叶片所提供的驱动力矩是通过改变该叶片的面朝作用于该叶片上的风的有效形状来改变的；
其中，各叶片的所述有效形状是通过改变各叶片的桨距来改变的。
35.根据权利要求34所述的风力涡轮机，其中，风速是在所述转子的上游测量的。
36.根据权利要求34或者35所述的风力涡轮机，其中，所述风速是通过光探测和测距LIDAR风速计测量的。
37.一种风力涡轮机控制器，该风力涡轮机控制器被设置为在作用于风力涡轮机上的风速低于所述风力涡轮机的额定风速时，独立地控制所述风力涡轮机的多个叶片中的各叶片和/或各叶片的一个或者更多个部件，使各叶片的驱动力矩独立于其它叶片地增加；以及
在增加各叶片的驱动力矩之前或者在与增加各叶片的驱动力矩大致相同的时间，将所述风力涡轮机的转子偏航为面朝作用于所述风力涡轮机上的风；
其中，各叶片所提供的驱动力矩是通过改变该叶片的面朝作用于该叶片上的风的有效形状来改变的；
其中，各叶片的所述有效形状是通过改变各叶片的桨距来改变的。
38.一种控制风力涡轮机的方法，该方法包括以下步骤：
在作用于风力涡轮机上的风速低于所述风力涡轮机的额定风速时，独立地控制所述风力涡轮机的多个叶片中的各叶片和/或各叶片的一个或者更多个部件，使各叶片的驱动力矩独立于其它叶片地增加；以及
在增加各叶片的驱动力矩之前或者在与增加各叶片的驱动力矩大致相同的时间，将所述风力涡轮机的转子偏航为面朝作用于所述风力涡轮机上的风；
其中，各叶片所提供的驱动力矩是通过改变该叶片的面朝作用于该叶片上的风的有效形状来改变的；
其中，各叶片的所述有效形状是通过改变各叶片的桨距来改变的。
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