CN103906921A - 用于确定风力涡轮机的偏转角误差的方法和设备和风力涡轮机 - Google Patents
用于确定风力涡轮机的偏转角误差的方法和设备和风力涡轮机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103906921A CN103906921A CN201280054422.6A CN201280054422A CN103906921A CN 103906921 A CN103906921 A CN 103906921A CN 201280054422 A CN201280054422 A CN 201280054422A CN 103906921 A CN103906921 A CN 103906921A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- angle
- wind turbine
- rotor
- moment
- yaw error
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 37
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 2
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 241001672694 Citrus reticulata Species 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 208000035126 Facies Diseases 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
Images
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
- F03D7/0204—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
-
- 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
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/321—Wind directions
-
- 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
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/329—Azimuth or yaw angle
-
- 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
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/331—Mechanical loads
-
- 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
一种用于确定风力涡轮机的偏转角误差的方法包括步骤:基于作用于风力涡轮机的至少一个转子叶片上的力矩来确定(545)偏转角误差。
Description
本发明涉及一种用于确定风力涡轮机的偏转角误差的方法和设备以及一种风力涡轮机。
在风力涡轮机中转子被固定在吊舱处。吊舱可以被转动,以便使转子相应于风向进行定向。为了测量风向,在吊舱上安装有风向标。风向标位于转子平面的后面并且由此处于转子的尾流中。在那里存在非常湍激的流动。因此风向标的测量在通常10分钟的长的时间段上进行平均。基于风向标的平均信号确定偏转角误差,即,风力涡轮机相对于风的定向误差,并且使吊舱的方位与风相适配。因此风力涡轮机不能够跟随风向的短期的改变。此外由于在吊舱上的该测量产生系统误差,因此风力涡轮机本身在较长的时间段上具有若干度数的平均定向误差。其原因在于,风在转子表面上具有在分布上不同的入流方向。因此在吊舱上的某一点处的测量不对应于在转子表面上平均的风向。此外,转子的尾流可以如此地影响风向标,即风向标本身在平均上没有探测到在转子平面上的正确风向。
本发明的目的是提供用于确定风力涡轮机的偏转角(偏航角)误差的一种改进的方法和一种改进的设备,和一种改进的风力涡轮机(风力发电设备)。
这个目的通过根据主权利要求所述的用于确定风力涡轮机的偏转角误差的一种方法和一种设备以及通过一种风力涡轮机来实现。
在风力涡轮机的转子的转子叶片上作用有力,这些力在转子叶片的叶根的区域中,即在转子叶片和转子轴之间的过渡区中,导致弯曲力矩。在转子叶片的叶根的区域中作用的力矩可以被测量。代表这种力矩的测量值可以用于确定偏转角误差。对转子的每个转子叶片,可以探测至少一个相应的力矩并且用于确定偏转角误差。
有利地,可以以这样的方式提供一种与风向标的信号相比改进的、用于确定偏转角误差的测量信号。通过使用这种改进的测量信号可以将风力涡轮机更精确地在风中定向,因为避免了系统测量误差。附加地,也可以实现风力涡轮机跟随短期的风向改变。因此实现了优化的功率输出并且同时减少由于斜向入流产生的不对称载荷。
一种用于确定风力涡轮机的偏转角误差的方法包括以下步骤:
基于作用于风力涡轮机的至少一个转子叶片处的力矩来确定偏转角误差。
风力涡轮机可以具有转子,通过转子的旋转可以驱动发电机。为了使转子相对于风向进行定向,转子可以围绕风力涡轮机的一个垂直轴可转动(枢转地)地进行布置。
更确切地说,转子固定在吊舱处并且吊舱可转动地(枢转地)固定在塔上。这样,在吊舱转动时转子与吊舱一起转动。通过使转子围绕垂直轴转动,可以将转子的转动轴在风中如此地调节,即转动轴平行于风向或者至少平行于风向的一个水平分量地进行定向。通过风向的该水平分量可以理解是一个平行于转子的转动平面延伸的风分量。如果转动轴平行于风向定向,那么不存在偏转角误差。该转动轴可以对应于转子的转子轴的纵轴。风力涡轮机的偏转角误差可以定义为在风向和转子的转动轴之间的水平角。转子可以具有至少一个转子叶片。如果转子具有多个转子叶片,那么基于在多个转子叶片处各作用的力矩来确定偏转角误差。力矩的值可以经由与探测装置的接口被接收,探测装置设计成用于探测力矩。力矩的值可以连续地,即在转子每一整转中多次地探测并且与在相应的探测时间点存在的、涉及转子围绕转动轴转动的转子位置一起被用于确定偏转角误差。
按照一个实施方式,在所述确定步骤中,偏转角误差基于至少一个转子叶片的叶根弯曲力矩来确定。转子叶片的叶根可以通过在转子叶片和转子的转子轴之间的一个过渡区来定义。叶根弯曲力矩因此可以对应于在过渡区处存在的弯曲力矩。叶根弯曲力矩可以具有一个垂直于转子平面作用的弯曲力矩分量,即所谓的冲击弯曲力矩,和一个使转子围绕转动轴转动的弯曲力矩分量。叶根弯曲力矩可以以已知的方式借助于合适的传感器例如应变仪来探测,这些传感器布置在至少一个转子叶片处或里面。对于现代的调节方法而言,如独立的(单个的)变桨距调节,可以连续地探测叶根弯曲力矩,以便调整转子叶片的桨距角。在这种情况下,已经探测的测量值可以附加地用于确定偏转角误差。
备选地或附加地,在所述确定步骤中,偏转角误差可以基于用于调整至少一个转子叶片的桨距角的调整装置的转动力矩来确定。调整装置可以是一种变桨距驱动器(叶片螺距调节驱动器)借助于转动力矩可以使转子叶片围绕转子叶片轴转动,以改变当前的桨距角(螺旋角),或转子叶片可以被阻止围绕转子叶片轴转动,以便保持当前的桨距角。转动力矩的值可以借助于布置在调整装置处的传感器探测或者通过评价控制参数,例如用于控制调整装置的控制电流或控制电压来确定。通常,转子叶片的桨距角在风力涡轮机运行中被连续地匹配调整,因此提供调整装置的转动力矩的连续地更新的值。
在计算(求出)的一个步骤中,可以基于力矩求出风力涡轮机的转子的不对称的载荷。在所述确定步骤中,偏转角误差可以基于该不对称的载荷来确定。除了其它方面外,不对称的载荷可以由此产生,即转子的转动轴相对于风向倾斜地定向。不对称的载荷可以通过作用在风力涡轮机处的俯仰力矩和附加地或备选地通过作用在风力涡轮机处的偏转力矩(横摆力矩)确定。俯仰力矩和偏转力矩可以分别通过从转子叶片传递到转子轴上的力矩产生。在一个确定的时间点,偏转力矩和俯仰力矩可以由在该确定的时间点探测的叶根弯曲力矩,在该确定的时间点存在的桨距角和在确定的时间点存在的转子位置求出。不对称的载荷可以在风力涡轮机运行期间通过独立的变桨距调节来确定。在这种情况下,偏转角误差可以基于已经存在的数据来确定。
例如在所述确定步骤中,偏转角误差可以基于不对称的载荷和在不对称的载荷和偏转角误差之间的已知的关系来确定。不对称的载荷的一个分量可以由此产生,即转子的转动轴相对于风向倾斜地定向。偏转角误差因此可以基于在偏转角误差和不对称的载荷的通过偏转角误差产生的分量的分量之间的已知关系来确定。不对称的载荷可以通过作用在风力涡轮机处的俯仰力矩和附加地或备选地通过作用在风力涡轮机处的偏转力矩确定。
按照一个实施方式,在所述确定步骤中,偏转角误差此外可以基于风向测量装置的指示风向的风向信号来确定。风向测量装置可以布置在风力涡轮机处或其上面。风向测量装置例如可以布置在风力涡轮机的转子的高度上。风向测量装置可以包括一个或多个风向标。风向信号可以指示在风向测量装置的测量区中存在的风向。为了确定偏转角误差,风向信号可以与作用在至少一个转子叶片处的力矩或与由此求得的参量组合。
在所述确定步骤中,偏转角误差例如可以在使用观察系统下来确定。作为观察系统可以使用已知的方法,例如龙贝格观测器(Luenberg-Beobachter)或卡尔曼滤波器(Kalmanfilter)。作用在至少一个转子叶片处的力矩可以作为输入参数输入观察系统中。观察系统可以设计成,将基于风力涡轮机的偏转性能的模型求得的模型化的偏转角误差用例如风力涡轮机的传感器的测量值进行补偿。例如可以借助于观察系统将基于力矩确定的偏转角误差与风向测量装置的风向信号或由风向信号确定的偏转角误差联系起来。因此可以将至少一个另外的测量值,例如风向信号,作为输入参数输入观察系统中。此外可以将转子的当前的定向(方位)作为输入参数输入观察系统中。通过使用观察系统可以将不同的测量值相互组合起来,以实现精确地确定偏转角误差,这些不同的测量值在本身单独地使用下不适合用于确定偏转角误差。
一种用于确定风力涡轮机的偏转角误差的设备具有以下特征:
用于基于力矩确定偏转角误差的装置,该力矩代表作用在风力涡轮机的至少一个转子叶片处的力矩。
该设备可以设计成,在合适的装置中实施用于确定偏转角误差的方法的步骤。该设备在此处可以理解为一种电气装置,它处理传感器信号并且依据该传感器信号输出控制信号。该设备可以具有接口,其可以按照硬件方式和/或软件方式进行设计。在按照硬件方式的设计下,接口例如可以是所谓的ASIC系统的一部分,其具有该设备的极其不同的功能。但是也可能的是,接口是自己的集成的开关电路或至少部分地由分立的零部件构成。在按照软件方式的设计下,接口可以是软件模块,其例如在微控制器上设置在另外的软件模块旁。
该设备可以包括至少一个用于探测力矩的探测装置。探测装置例如可以设计成用于探测至少一个转子叶片的弹性变形,例如弯曲。探测装置为此可以实施成应变仪,它固定在转子叶片的一个壁处。探测装置也可以设计成,用于测量或探测在转子叶片和在其处固定转子叶片的转子叶片轴之间作用的力或在转子叶片和转子叶片轴之间作用的力矩。探测装置为此例如可以布置在转子叶片的变桨距驱动器处或者与变桨距驱动器耦联,用于测量变桨距驱动器的至少一个位置参数或运行参数,由此可以求得力矩。设备可以具有合适的接口用于接收代表力矩的探测装置的值。一般地,作为探测装置可以使用合适的传感器或合适的测量装置。相应的探测装置通常已经设置在风力涡轮机处。
一种风力涡轮机可以包括以下特征:
用于确定风力涡轮机的偏转角误差的设备;和
在使用偏转角误差下对风力涡轮机的转子定向的方位驱动装置。
该设备可以设计成用于产生代表偏转角误差的信号并且经由合适的接口输出到方位驱动装置。设备也可以设计成用于基于偏转角误差产生控制信号并且经由合适的接口输出到方位驱动装置。控制信号可以适用于如此地控制方位驱动装置,即减少偏转角误差。方位驱动装置可以设计成用于使转子或转子的转动轴在一个水平的平面中转动。这样,转子可以相应于风向被定向,即例如转到风的方向。该设备可以是一个用于控制风力涡轮机的控制装置的一部分。
一种具有程序编码的计算机程序产品也是有利的,程序编码可以储存在可机器读出的载体上如半导体储存器、硬盘或光学储存器上并且当该程序在一个相应于计算机的装置上执行时用于实施根据前述实施方式之一所述的方法。
本发明以下借助于附图举例说明地进行详细解释。附图中所示:
图1是按照本发明的一个实施例的转子的示意图,
图2是按照本发明的一个实施例的变桨距驱动器的示意图;
图3是按照本发明的一个实施例的风力涡轮机的示意俯视图;
图4是按照本发明的一个实施例的风力涡轮机的示意图;和
图5是用于确定按照本发明的一个实施例的风力涡轮机的偏转角误差的方法的流程图。
相同的或相似的元件在下面的图示中采用相同的或相似的附图标记。此外附图的图示,它们的说明以及权利要求包含大量的特征组合。在此,专业人员清楚的是也可以单独地考虑这些特征或者将它们组合成在此处没有明确说明的其它的组合。
图1示出了按照本发明的一个实施例的风力涡轮机的转子101的示意图。转子101具有三个转子叶片103。转子叶片103固定在转子轴105处。转子叶片103的桨距角ß1,ß2,ß3可以调整。桨距角ß1,ß2,ß3之一的调整导致相应的转子叶片103围绕相应的转子叶片103的纵轴(纵轴线)转动。转子叶片103的数量是举例选择的。
图2示出了按照本发明的一个实施例的变桨距驱动器210的示意图。借助于变桨距驱动器210,转子叶片103,例如在图1中示出的转子叶片之一,在其转子叶片根处经由变桨(距)轴承可转动地固定在转子轴105处。起驱动作用的转动力矩经由变桨轴承引导到转子轴105上,转子轴在此处作为轮毂或轴的代表被提及。
示出了通过转子叶片103的转子叶片根的一个横剖图。通过操作变桨距驱动器210可以使转子叶片103围绕转子叶片纵轴转动,因此改变转子叶片103的桨距角。
变桨距驱动器210设计成用于施加力矩212,所谓的变桨力矩或保持力矩,其使转子叶片103围绕它的纵轴转动或使转子叶片103围绕它的纵轴保持固定。力矩212可以因此涉及一种转动力矩,它引起转子叶片103相对于轴105的转动或者力矩212可以因此涉及一种保持力矩,由于该保持力矩,转子叶片103的当前的桨距角被保持。力矩22的大小可以通过探测装置测量或求出并且用于确定风力涡轮机的偏转角误差。
在风力涡轮机运行中,转子叶片被风环流。按照这个实施例,风的风向214平行于转子轴105的纵轴走向。因此风力涡轮机的转子直接地被风从前面流入,因此不存在偏转角误差。冲击到转子叶片103上的风在转子叶片103的叶根处产生叶根弯曲力矩216。叶根弯曲力矩216可以划分成从一个转子平面作用出来的冲击弯曲力矩220和在该转子平面中作用的驱动弯曲力矩218。驱动弯曲力矩218和冲击弯曲力矩220经由变桨距驱动器210的变桨轴承引导到转子轴105上。冲击弯曲力矩220可以与另外的转子叶片的另外的冲击弯曲力矩一起产生俯仰力矩,该俯仰力矩可以导致风力涡轮机的俯仰运动。此外冲击弯曲力矩220可以产生偏转力矩,其可以与另外的转子叶片的另外的冲击弯曲力矩一起导致风力涡轮机的偏转运动。偏转力矩可以围绕一个垂直轴,例如风力涡轮机的塔的纵轴引导。叶根弯曲力矩216的大小可以通过探测装置测量或求出并且被用于确定风力涡轮机的偏转角误差。
按照一个实施例,为了确定偏转角误差,可以先针对各个转子叶片103由叶根弯曲力矩216确定出冲击弯曲力矩220。由冲击弯曲力矩220又可以确定出偏转力矩并且由偏转力矩和在偏转力矩和偏转角误差之间的已知的关系可以确定出偏转角误差。
图3示出了按照本发明的一个实施例的风力涡轮机的一个示意俯视图。示出了转子101,它经由转子轴105被固定在吊舱325处。转子101可以是借助于图1描述的转子。在吊舱325处布置风向标327形式的风向测量装置。风向标327设计成用于探测在风向标327区域中吹的风的风向214并且输出与该风向214对应的风向信号。
按照该实施例,转子轴105的定向偏离于风向214,因此存在偏转角误差329,它通过在风向214和转子轴105的纵轴线之间的角度定义。偏转角误差329可以通过吊舱325围绕一个垂直轴转动来改变。如果吊舱325如此地转动,即转子101的转子叶片平面正交于风向214地定向并且转子101对着风指向,那么就不存在偏转角误差329。
按照该实施例,风向标327在风力涡轮机运行期间布置在转子101的背风面。通过转子101可以使风涡旋,从而由风向标327探测的风向会与在转子101迎风面上存在的风向不同。因此可以存在偏转角误差329,尽管风向标327平行于转子轴105定向。
为了能够更精确地确定偏转角误差329,可以评价在转子101的转子叶片上作用的力矩,例如借助于图2描述的力矩。
图4示出了按照本发明的一个实施例的风力涡轮机的一个示意图。在此可以涉及到借助于图3描述的风力涡轮机。风力涡轮机具有转子101,转子经由转子轴105被固定在吊舱325上。在吊舱325中布置发电机430,发电机可以经由转子轴105直接地或者经由传动机构来驱动。通过发电机430可以利用转子轴105转动运动来产生电能。在吊舱325的顶面上布置用于探测风向214的风向标327。吊舱325可转动地布置在塔432上。风力涡轮机具有方位(角)驱动装置434。方位驱动装置434设计成用于使吊舱325围绕一个垂直轴,在此处是塔432的纵轴,转动。通过转动吊舱325可以使转子101摆动,使得转子101直接地迎风地指向。如果风向214的一个水平分布的分量平行于转子轴105定向,那么不存在偏转角误差。如果风向214的该水平分布的分量偏离转子轴105的纵轴线,那么存在偏转角误差。为了实现风力涡轮机的理想的运行状态,要不断地尝试消除或至少减小偏转角误差。
风力涡轮机具有用于确定风力涡轮机的偏转角误差的设备436。设备436具有接口,经由该接口将设备436与布置在转子101处的探测装置相连接。该探测装置可以是一种如借助于图2描述的探测装置。探测装置设计成用于针对转子101的每个转子叶片探测一个在相应的转子叶片上作用的力矩并且将对应于探测到的力矩的值输出到设备436。设备436设计成用于从探测装置输出的被探测的力矩的值中确定偏转角误差。为了确定偏转角误差,设备436可以附加地使用转子101的转子叶片的角度位置,其是在与所述力矩被探测的相应的时间点处被探测的。
按照一个实施例,设备436设计成用于从偏转角误差产生用于控制方位驱动装置434的控制信号并且经由输出接口输出到方位驱动装置434。控制信号设计成用于如此地控制方位驱动装置434,即吊舱325被如此地枢转(摆动),使得所述偏转角误差被减小。为了产生控制信号,设备436可以设计成用于从方位驱动装置434接收吊舱325的当前的位置。
按照一个实施例,设备436设计成用于经由另一个接口接收风向标327的风向信号并且用于确定或用于防止偏转角误差。为此设备可以设计成用于将接收的转子101的转子叶片力矩和风向标327的风向信号用作风力涡轮机的观察系统的输入参数并且借助于观察系统确定偏转角误差。
图5示出了一种用于确定按照本发明的一个实施例的风力涡轮机的偏转角误差的方法的流程图。风力涡轮机可以是在图4中示出的风力涡轮机。该方法可以在例如图4中示出的用于确定偏转角误差的设备中实施。
在步骤541中接收作用于风力涡轮机的至少一个转子叶片处的力矩的至少一个值。在步骤543中,接收风力涡轮机的风向测量装置的至少一个风向信号。在步骤545中,将力矩的至少一个值与风向信号组合,以便确定风力涡轮机的偏转角误差。在步骤547中,输出或进一步处理偏转角误差的值,例如为了产生用于控制风力涡轮机的驱动的控制信号,以便如此地控制风力涡轮机,即消除或减小偏转角误差。步骤541,543,545,547可以连续地重复,以便能够及早地控制(反制)新出现的偏转角误差。
以下借助于图1至5描述本发明的一些实施例。
按照本发明的一个实施例实现对风力涡轮机的方位驱动装置434的控制。该控制可以称为增强的偏转角控制(偏航控制)(Enhancd Yaw Control)。方位驱动装置434转动风力涡轮机的吊舱325并且将风力涡轮机平行于风的入流地定向。为了确定风的入流方向214,附加地或替代风向标327地,使用实际信号,该实际信号直接地与在转子叶片103上作用的力和力矩相关联。按照一个实施例,该作用的力是叶根弯曲力矩216,它们普遍在现代调节方法如独立的变桨距调节中作为输入信号用于调整叶片103的桨距角ß1,ß2,ß3。按照另一个实施例,使用转动力矩作为这种实际信号来保持或调节叶片103的桨距角ß1,ß2,ß3。
风力涡轮机应该总是尽可能垂直于风的入流地定向转子平面,以便实现最佳的功率输出。通过使转子101垂直于风向214地定向,此外减小了转子101上的不对称载荷,由此在总体上减小了风力设备的载荷。
风力涡轮机的转速在高于额定风速上被如此地调节,即通过改变转子叶片103的迎角(攻角),使得空气动力学浮力(升力)并且因此驱动力矩被以这样的方式改变,即设备可以被保持在额定转速的范围中。在这种所谓的集体式叶片调节情况下,由于不对称的空气动力学负荷,在转子101上产生俯仰力矩和偏转力矩。该不对称的负荷例如由在垂直方向上的风剪切作用产生,例如通过边界层,偏转角误差329,阵风和紊流,在塔处的流动的阻塞等等产生。减小这种不对称的空气动力学负荷的一种方法是独立(单独)地调节叶片103的迎角,也称为桨距角(英文:Individual Pitch Control,IPC(独立变桨距控制))。在此情况下通常在转子叶片103中或处安装传感器,用于测量叶根弯曲力矩216。然后借助于转子叶片103的已知的桨距角ß1,ß2,ß3,由此确定出冲击弯曲力矩220。冲击弯曲力矩220涉及到从转子平面作用出来的力矩。该力矩然后用作为用于独立的叶片调节的调节参数。
从为了独立的变桨距调节而测量的叶根弯曲力矩216和由此计算出的转子101的不对称的载荷,即尤其是俯仰力矩和偏转力矩,可以确定存在的偏转角误差329。通过改变风力设备的定向,可以减小所述偏转角误差329。
风力涡轮机的纯的斜入流主要导致转子101处的俯仰力矩,其与较小的偏转力矩相关联。如果在偏转角误差329和产生的不对称的载荷之间的关系是已知的,那么可以从不对称的载荷中计算出偏转角误差329。但是这种不对称的载荷也可以由其它的作用如在垂直方向上(边界层)的风剪切作用,阵风和紊流,在塔处的流动阻塞等等产生。因此要区别,哪个分量是通过偏转角误差329产生的,并且哪个分量以不同的方式产生。这通过使用另外的测量信号实现。因此,例如可以使用一种例如卡尔曼过滤器作为观察器。它用于将不同的传感器的传感器数据融合起来。因此可以使用风向标327作为观察器的输入端,风向标提供正确的但是被强烈的噪音和可能地偏移量叠加的测量信号。相反,俯仰力矩的改变速率提供一种测量信号,它被叠加小很多的噪音。如果针对该测量仅仅使用俯仰力矩的改变速率,那么测量信号会随着时间产生漂移而偏离实际的值。
卡尔曼过滤器现在能够由两个描述的测量参数确定一个修正的偏转角误差信号,该信号通过测量俯仰力矩快速地跟随实际的偏转角误差329并且也在长的时间间隔上通过经风向标327的该修正保持正确。
为了确定俯仰力矩,可以使用用于测量叶根弯曲力矩220的合适的传感装置和用于由叶根弯曲力矩220确定俯仰力矩的评价装置和可能地附加地要求的数据,如例如当前的桨距角或当前的转子叶片位置。
按照本发明的另一个实施例,从变桨系统210的转动力矩212中进行信号的进一步导出。这些从转动力矩212中导出的信号例如可以用于衰减(阻尼)功能、转动力矩支持(援助)和用于方位驱动装置434。
正常情况下,对在变桨距驱动器210处的转动力矩212的识别可以被用于控制衰减功能或者被用作转动力矩支持。附加地或备选地,对在变桨距驱动器210处的转动力矩212的识别可以被用于控制变桨距驱动器210以减小主转动力矩。附加地或备选地,对在变桨距驱动器210处的转动力矩212的识别可以被用于风向识别并且因此用于控制方位驱动装置。
从测量的力或在转动力矩轴处的力矩212中可以实施一个额定值的确定或产生用于变桨距驱动器210的信号。
测量的信号212可以用于补偿转动力矩支持、衰减的最佳位置和最佳桨距角。
通过使用测量的力矩212,216来确定偏转角误差329,风力涡轮机可以非常快速地跟随风向的改变。一个相应的调节机构也可以作为现有的设备调节机构的附加物来使用。
示出的实施例仅仅是举例说明地选择的并且可以相互组合。所描述的方法步骤可以重复并且以不同的顺序执行。
附图标记表
101转子
103转子叶片
105转子轴
210变桨距驱动器
212力矩
214风向
216叶根弯曲力矩
218驱动弯曲力矩
220冲击弯曲力矩
325吊舱
327风向标
329偏转角误差
432塔
434方位驱动装置
436设备
541,543,545,547方法步骤。
Claims (10)
1.用于确定风力涡轮机的偏转角误差(329)的方法,所述方法包括以下步骤:
基于作用于风力涡轮机的至少一个转子叶片(103)上的力矩(212,216)来确定(547)偏转角误差(329)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,在所述确定步骤中,所述偏转角误差(329)基于至少一个转子叶片(103)的叶根弯曲力矩(216)来确定。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在所述确定步骤中,所述偏转角误差(329)基于一个用于调整至少一个转子叶片(103)的桨距角(ß1,ß2,ß3)的调整装置(210)的转动力矩(212)来确定。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,包括基于所述力矩(212,216)求得风力涡轮机的转子(101)的不对称的载荷的步骤和其中,在所述确定步骤中,所述偏转角误差(329)基于所述不对称的载荷来确定。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,在所述确定步骤中,所述偏转角误差(329)基于所述不对称的载荷和在所述不对称的载荷和所述偏转角误差之间的已知的关系来确定。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在所述确定步骤中,所述偏转角误差(329)此外基于一个风向测量装置(327)的指示风向(214)的风向信号来确定。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在所述确定步骤中,所述偏转角误差(329)在使用一个观察系统下来确定。
8.用于确定风力涡轮机的偏转角误差(329)的设备(436),包括以下特征:
用于基于力矩来确定偏转角误差(329)的装置,所述力矩代表作用于风力涡轮机的至少一个转子叶片(103)上的力矩(212,216)。
9.风力涡轮机,包括以下特征:
根据权利要求8所述的、用于确定风力涡轮机的偏转角误差(329)的设备(436);和
用于在使用偏转角误差(329)下使风力涡轮机的转子(101)的定方位的方位驱动装置(434)。
10.带有程序编码的计算机程序产品,当所述程序在一种设备上被执行时,用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011112732A DE102011112732A1 (de) | 2011-09-07 | 2011-09-07 | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen eines Gierwinkelfehlers einer Windkraftanlage und Windkraftanlage |
DE102011112732.5 | 2011-09-07 | ||
PCT/EP2012/003417 WO2013034235A1 (de) | 2011-09-07 | 2012-08-09 | Verfahren und vorrichtung zum bestimmen eines gierwinkelfehlers einer windkraftanlage und windkraftanlage |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103906921A true CN103906921A (zh) | 2014-07-02 |
CN103906921B CN103906921B (zh) | 2016-11-16 |
Family
ID=46829688
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201280054422.6A Active CN103906921B (zh) | 2011-09-07 | 2012-08-09 | 用于确定风力涡轮机的偏转角误差的方法和设备和风力涡轮机 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103906921B (zh) |
DE (1) | DE102011112732A1 (zh) |
WO (1) | WO2013034235A1 (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104314757A (zh) * | 2014-10-15 | 2015-01-28 | 国电联合动力技术有限公司 | 一种风力发电机组偏航控制方法及系统 |
CN105909466A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-08-31 | 华电电力科学研究院 | 风力发电机组偏航误差分析方法 |
CN107208607A (zh) * | 2015-01-28 | 2017-09-26 | Kk风能解决方案公司 | 校准风力机的风向标 |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014212473A1 (de) * | 2014-06-27 | 2015-12-31 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Steuergerät zum Nachführen eines Rotors einer Windenergieanlage nach einer Windrichtung |
CN104314754B (zh) * | 2014-08-20 | 2017-04-05 | 国家电网公司 | 一种偏航控制方法与偏航控制系统 |
DE102014223183A1 (de) * | 2014-11-13 | 2016-05-19 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Steuergerät zum Betreiben einer Windenergieanlage |
DE102015010686A1 (de) * | 2015-08-19 | 2017-02-23 | Senvion Gmbh | Verfahren und System zur Überwachung einer Einzelblattverstellung einer Windenergieanlage |
DE102018007749A1 (de) * | 2018-10-02 | 2020-04-02 | Senvion Gmbh | Verfahren und System zum Betreiben einer Windenergieanlage |
CN109667727B (zh) * | 2018-11-18 | 2020-01-10 | 浙江大学 | 一种基于功率曲线分析的风电机组偏航误差固有偏差辨识及补偿方法 |
EP3667067A1 (en) * | 2018-12-13 | 2020-06-17 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Detecting a wind turbine rotor blade adjustment fault |
EP4112926A1 (en) * | 2021-07-02 | 2023-01-04 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Control system for aligning a nacelle of a wind turbine with a target yaw angle |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101435408A (zh) * | 2007-11-15 | 2009-05-20 | 歌美飒创新技术公司 | 操作风力涡轮机的方法和系统 |
CN101660494A (zh) * | 2008-08-27 | 2010-03-03 | 通用电气公司 | 风力涡轮机的风力追踪系统 |
CN102046966A (zh) * | 2008-03-24 | 2011-05-04 | 诺蒂克风电有限公司 | 从流体流动中产生能量的涡轮机和系统及其方法 |
US7939961B1 (en) * | 2010-04-28 | 2011-05-10 | General Electric Company | Wind turbine with integrated design and controlling method |
-
2011
- 2011-09-07 DE DE102011112732A patent/DE102011112732A1/de active Pending
-
2012
- 2012-08-09 CN CN201280054422.6A patent/CN103906921B/zh active Active
- 2012-08-09 WO PCT/EP2012/003417 patent/WO2013034235A1/de active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101435408A (zh) * | 2007-11-15 | 2009-05-20 | 歌美飒创新技术公司 | 操作风力涡轮机的方法和系统 |
CN102046966A (zh) * | 2008-03-24 | 2011-05-04 | 诺蒂克风电有限公司 | 从流体流动中产生能量的涡轮机和系统及其方法 |
CN101660494A (zh) * | 2008-08-27 | 2010-03-03 | 通用电气公司 | 风力涡轮机的风力追踪系统 |
US7939961B1 (en) * | 2010-04-28 | 2011-05-10 | General Electric Company | Wind turbine with integrated design and controlling method |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104314757A (zh) * | 2014-10-15 | 2015-01-28 | 国电联合动力技术有限公司 | 一种风力发电机组偏航控制方法及系统 |
WO2016058115A1 (zh) * | 2014-10-15 | 2016-04-21 | 国电联合动力技术有限公司 | 一种风力发电机组偏航控制方法及系统 |
CN104314757B (zh) * | 2014-10-15 | 2017-03-29 | 国电联合动力技术有限公司 | 一种风力发电机组偏航控制方法及系统 |
CN107208607A (zh) * | 2015-01-28 | 2017-09-26 | Kk风能解决方案公司 | 校准风力机的风向标 |
CN105909466A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-08-31 | 华电电力科学研究院 | 风力发电机组偏航误差分析方法 |
CN105909466B (zh) * | 2016-04-18 | 2018-11-16 | 华电电力科学研究院 | 风力发电机组偏航误差分析方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103906921B (zh) | 2016-11-16 |
WO2013034235A1 (de) | 2013-03-14 |
DE102011112732A1 (de) | 2013-03-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103906921A (zh) | 用于确定风力涡轮机的偏转角误差的方法和设备和风力涡轮机 | |
EP1559910B1 (en) | Horizontal axis wind turbine and method for controlling horizontal axis wind turbine | |
EP3158191B1 (en) | Control of wind turbines in response to wind shear | |
CN101970866B (zh) | 用于风力涡轮机冗余控制的控制系统和方法 | |
US8901763B2 (en) | Apparatus and method for reducing yaw error in wind turbines | |
US7363808B2 (en) | Method, system and computer program product for nacelle wind speed correction | |
EP2489872A1 (en) | Blade load reduction for wind turbine | |
EP2762721B2 (en) | Method and apparatus for wind turbine noise reduction | |
US10036692B2 (en) | System and method for estimating rotor blade loads of a wind turbine | |
US11002250B2 (en) | Controlling bearing wear | |
CN103206342B (zh) | 桨叶载荷传感器的标定 | |
US20080111379A1 (en) | Wind Turbine and Method for the Automatic Correction of Wind Vane Settings | |
US20050042093A1 (en) | Horizontal axis wind turbine and method for controlling horizontal axis wind turbine | |
US11313351B2 (en) | Methods and systems of advanced yaw control of a wind turbine | |
US20120263592A1 (en) | Method for measuring the wind direction in the wake of a wind turbine rotor | |
CN110520621A (zh) | 取决于空气密度的涡轮机操作 | |
CN101493068A (zh) | 风力涡轮机计量系统 | |
KR101314811B1 (ko) | 풍력 발전기의 풍향 풍속 측정장치 | |
WO2021121527A1 (en) | Device for determining the distance between a wind turbine blade and its wind turbine tower at passing | |
JP6147335B2 (ja) | 少なくとも1つの風力タービンブレードのピッチ角を制御するための方法 | |
US20200182225A1 (en) | Determining a wind speed value | |
CN105317627A (zh) | 用于根据风向跟踪调整风能设备的转子的方法和控制设备 | |
CN114303012A (zh) | 低于额定风速时控制风力涡轮机的功率输出 | |
EP4232706B1 (en) | Multi-rotor wind turbine yaw control | |
CN103867384A (zh) | 降低加载风能设备的转子的俯仰力矩的方法和装置 |
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 | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171226 Address after: Dresden, Germany Patentee after: Wade Miller Fan Monitoring System Co., Ltd. Address before: Stuttgart, Germany Patentee before: Robert Bosch Ltd. |
|
TR01 | Transfer of patent right |