CN115667705A - 用于响应于电网扰动的风力涡轮机操作方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种操作连接到公用电网（6）的风力涡轮机（1）的至少一个转子叶片（15）的至少一个可调适气流调节系统（13）的方法，该方法包括：接收关于电网扰动的信息（10）；当风力涡轮机（1）保持连接到公用电网（6）时，特别是在扰动持续期间，基于信息（10）来调适气流调节系统（13）。

Description

用于响应于电网扰动的风力涡轮机操作方法

技术领域

本发明涉及在电网扰动的情况下操作连接到公用电网的风力涡轮机的至少一个转子叶片的至少一个可调适气流调节系统的方法和装置。此外，本发明涉及包括该装置的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机可以与多个其他风力涡轮机连接到公用电网，例如经由公共连接点和风电场变压器。在正常操作期间，公用电网可具有名义电压和名义频率。例如，在公用电网的一个或多个部件中出现故障的情况下，电网可能经历扰动，诸如电网电压跌落，其甚至可能下降到零伏。

如今，用于风力发电集成的电网规范可要求风力涡轮机在电网故障期间保持连接，甚至当电网电压跌落到零时也是如此。此外，风力涡轮机可能还需要注入与电压跌落成比例的无功电流。特别是，风力涡轮机可能需要符合标准IEC 61400-1，该标准定义了电网扰动、特别是电网跌落（DLC 2.1）的负载情况。

电网故障可以是在风力涡轮机操作期间检测到的电网跌落。电网跌落可导致风力涡轮机的输出功率迅速变为零。这还包括机械转矩被迅速从发电机移除，给予负载的阶跃式变化，从而在结构中引发高负载循环，并可驱动转子朝向超速。刚好在电网跌落之前的平衡点（涡轮机的操作点）可依赖于转子能够向电气系统传递机械转矩以平衡旋转速度。每当来自发电机的反转矩被突然移除时（例如在公用电网电压跌落的情况下），转矩过剩会影响转子的加速。这可涉及风力涡轮机部件损坏的危险情形和风险。

常规地，控制方法可已经使风力涡轮机叶片变桨，即改变风力涡轮机叶片的桨距角，以便降低转子加速超过旋转速度阈值的风险。其中，控制系统可花费一段时间来变桨以限制输入功率并停止加速。

一些电网规范还要求在电网返回到正常操作状态之后不久就恢复接近故障前的电力生产，在电网故障事件之后很少或不允许电力生产中的振荡。因此，来自发电机的机械转矩被快速地重新建立（即，意味着增加到故障前的值），并且控制系统现在必须使转子叶片变桨到来自转子的重新建立的转矩。

常规的，在电压跌落的情况下，至少一个转子叶片的桨距角可能已经改变。因此，可能已经满足电网故障穿越（GFRT）的要求。常规地，风力涡轮机叶片已经尽可能早地开始迎风变桨，以避免转子超速。所谓的变桨反冲（pitch kick）功能在被触发时会在正方向上引入桨距角的快速变化，即意味着增大桨距角。

然而，已经观察到，在电压跌落的情况下使叶片变桨并不是在所有情形下都提供可靠且安全的操作。此外，可能已经观察到变桨、特别是在大型涡轮机上变桨太慢而不能调整驱动转矩，从而导致转子速度的不期望的变化。当转矩重新建立时，变化既可以高于名义速度（超速是速度变化的严重示例），还可以低于名义速度。后者是成问题的，因为低于名义值的速度会降低涡轮机的电力生产能力。

此外，当发生大量电网扰动时，对转子叶片应用变桨可能会对变桨设备的寿命具有负面影响。此外，使转子叶片变桨可能不够快，不足以适当地确保避免转子超速。

因此，可能需要一种方法和相应的装置，用于在公用电网扰动、特别是公用电网电压跌落的情况下确保风力涡轮机的安全且可靠的操作。此外，可能需要一种用于操作风力涡轮机的方法和装置，其中在公用电网电压跌落的情况下可以改善响应时间。

发明内容

这种需要可以通过独立权利要求的主题来满足。从属权利要求指定了本发明的特定实施例。

根据本发明的一个实施例，提供了一种操作连接到公用电网的风力涡轮机的至少一个转子叶片的至少一个可调适气流调节系统（也称为附加装置，例如升力调节装置，例如包括相对于叶片的外部翼型在位置和/或取向上可改变的空气动力学活动表面）的方法，该方法包括：接收关于电网扰动的信息；当风力涡轮机保持连接到公用电网时，特别是在扰动持续期间，基于该信息调适气流调节系统，其中控制气流调节系统包括：相对于转子叶片的翼型部分移动气流调节系统的至少一个空气动力学活动表面的位置和/或取向。

该方法可以部分地在软件和/或硬件中实施。该方法可以例如由风力涡轮机控制器的软件模块（部分地）执行。可调适气流调节系统可包括一个或多个部件，这些部件布置在转子叶片的翼型部分处或接近转子叶片的翼型部分布置。气流调节系统可以例如包括扰流器，该扰流器可以特别地包括若干个段，这些段可以沿着转子叶片的纵向方向布置，例如在转子叶片翼型的吸力侧处。此外，替代地或附加地，气流调节系统可包括一个或多个襟翼，例如，襟翼接近转子叶片的后缘安装或安装在该后缘处。

气流调节系统在某种意义上是可调适的，因为气流调节系统的空气动力学性质、特别是结合转子叶片的翼型部分是可变的。例如，由于气流调节系统的特定适应性，当风冲击转子叶片时以及当转子叶片旋转时，转子叶片受到的升力或推力可能是可变的。因此，气流调节系统可以设置在一个或多个不同的状态。例如，当气流调节系统包括多个段时，那些单独的段可被单独控制成处于关闭状态或开启状态，包括例如改变至少一个活动表面部分相对于转子叶片翼型的位置和/或取向。在其它实施例中，调适可以是连续的方式，在于至少一个活动表面部分可以相对于转子叶片翼型连续地改变取向和/或位置。气流调节系统也可以称为活动附加装置。

为了调适气流调节系统，意味着将其设置为不同的状态，例如可以利用气动系统。在一个实施例中，气流调节系统可包括扰流器，该扰流器可放置在转子叶片的吸力侧处。气流调节系统还可以包括一个或多个涡流发生器，例如如从前缘看放置在扰流器后面的流线中的涡流发生器。该一个扰流器或多个扰流器可以使用放置在活动表面（例如襟翼）下的压力软管来激活，当空气充气被推入软管中时，压力软管可以使活动表面上升到叶片表面以上。当该一个扰流器或多个扰流器被激活时，例如向上倾斜以从转子叶片翼型突出时，可通过在遍及转子叶片的气流上引发至少局部失速来实现叶片负载（以及空气动力学升力）的快速减小。

通过调适气流调节系统（例如将其设置在一个或多个不同状态），转子叶片翼型和经调适的气流调节系统的组合的升力可以改变。进而，当升力减小时，风施加在转子叶片上的空气动力学转矩也减小。因此，转子的加速度也减小，特别是可以减小例如电网扰动之前存在的转矩的10%到70%。

控制气流调节系统可以例如包括向气动系统发送适当的控制信号，该气动系统在接收到信号时可以生成气动压力，以便对例如软管进行充气（或放气），该软管在充气或放气时移动活动表面部分（例如在扰流器的情况下）。当气流调节系统包括若干段时，不同的单独的控制信号可以供应给气流调节系统的各个段。例如，不同的段可以用不同的方式控制。可以打开一个或多个段（包括向外倾斜相应的活动表面），并且可以关闭一个或多个其它的段。该控制可以使得由于空气动力学或由于气流产生的升力减小。

接收信息可以包括从公用电网运营商接收信息，和/或从公用电网运营商或从测量系统接收关于电网电性质的信息。此外，接收信息可以涉及或包括接收关于公用电网电压的测量值的信息。该方法还可以涉及或包括检测电网扰动，例如通过评估关于公用电网电压的测量值。电网扰动可以例如包括名义公用电网电压的10%和100%之间的公用电网电压的电压跌落。如果公用电网电压跌落高于应用特定的阈值，则可以仅执行调适气流调节系统。

电网扰动可以是任何电网扰动，其可能需要卸载转子叶片，即减少转子叶片的空气动力学升力或减少由转子叶片上的冲击风生成的空气动力学转矩。电网扰动可以例如持续0.1 s到10 s之间，特别是1 s到5 s之间。在电网扰动的整个长度期间，例如在长达10 s的时间跨度期间，风力涡轮机可以保持连接到公用电网。在电网扰动期间，特别是电压跌落期间，风力涡轮机输出功率可以被调节到零。此外，在正常操作中抵消由转子施加的空气动力学转矩的发电机转矩也可以被调节到基本为零。

气流调节系统可以在一个方向上调整，以减小转子叶片的升力，并因此也减小空气动力学转矩。因此，可以降低转子的加速度。可附加地或替代地采用其它措施来降低转子叶片升力，例如还包括改变（多个）转子叶片的桨距角。然而，这些措施可能仅应用于第二阶段，并且可能例如不如调适气流调节系统那样快。因此，提供了一种可靠的方法来响应于公用电网电压跌落以及通常可能需要降低转子叶片升力的任何电网扰动。

活动装置的最大好处可以是能够根据需要比变桨更快地快速降低（例如在电网电压跌落期间）和重新建立（例如在电网扰动结束之后）驱动转矩。

相对于转子叶片的翼型部分移动气流调节系统的至少一个空气动力学活动表面的位置和/或取向可通过适当地控制气动系统（例如压电系统或其组合）或液压系统来实现，这取决于气流调节装置或系统的应用和特定实施方式。例如，将空气动力学活动表面的取向移动到开启状态（例如，部分或完全转出）可能例如导致气流的局部失速。将活动表面设置在关闭状态可建立遍及活动表面的气流，该气流可根据转子叶片的正常翼型表面形状来成形。

根据本发明的实施例，电网扰动包括电网电压的特别是在0.1秒和10秒之间的持续时间内的电网电压跌落，特别是名义电网电压的0 %和50 %之间的电网电压跌落，其中仅当电网电压跌落大于阈值时，才执行调适气流调节系统。

电网电压跌落可以非常高的速率发生，诸如例如在0.1秒到10毫秒之间从名义电网电压到0 V。无论是变桨装置还是活动装置（例如附加装置）都不能如此快速地做出反应，即系统的响应可能总是滞后，并且转子速度将会增加。然而，通过操作附加装置提供的响应越快，转子速度增加越少。活动装置（例如附加装置）可以比变桨更快，从而减少速度变化。

电网扰动持续时间可以涉及开始于电压跌落并结束于当电网电压恢复到例如名义电网电压的至少90%或100%时的时间点处的时间范围。如果电网扰动持续的时间长于例如30秒，则可以采取或执行进一步的措施，例如包括使转子叶片变桨和/或使制动转子和/或使风力涡轮机与电网断开连接。

根据本发明的实施例，电网电压跌落越大，转子叶片的空气动力学升力和/或空气动力学转矩减小得越多。

当只有相对小的电压跌落时，例如低于至名义电网电压的10%或20%，发电机的反转矩可不减小到零，而是可保持在小的值。

例如，对于电网电压跌落20%，至电网的最大功率可降低30%。在故障开始时（当速度尚未改变时），这也意味着转矩减少30%。（随着速度增加，但功率恒定，转矩进一步跌落）。

在这种情况下，可不需要在最大可能程度上将空气动力学升力降低，而是稍微降低升力就可足够，以避免由于加速度过高而导致转子超速。调适气流调节系统可以例如使得空气动力学升力的减小至少基本上与公用电网电压跌落的大小成比例。因此，可提供针对不同电压跌落单独定制的响应，从而改善风力涡轮机的操作。

根据本发明的实施例，调适气流调节系统包括在扰动之前、特别是在0.1秒和3秒之间的时间跨度内、特别是在0.5秒和2秒之间的时间跨度内，减小转子叶片的空气动力学升力和/或作用在安装有叶片的转子上的空气动力学转矩，特别是分别减小10%和70%之间的升力或转矩。

例如，当激活设置在转子叶片吸力侧处的分段扰流器的一段时，气流可能至少部分地受到扰动，从而在转子叶片的该部分处实现气流失速。取决于被激活或打开至开启状态的段的数量，升力的减小可以以步进方式调整，例如在10%至70%或20%至60%或20%至50%的范围内调整。取决于具体使用的气流调节系统，并且例如在分段扰流器的情况下取决于段的数量，升力减小的其他值也是可能的。当在0.1秒和3秒之间的相对小的时间跨度内实现该减小时，可以使得能够对公用电网电压跌落的快速响应。因此，可以降低甚至避免转子超速的风险。

根据本发明的实施例，调适气流调节系统包括调整设置，该设置取决于：风力涡轮机的至少一个操作参数；至少一个外部条件；电网扰动的至少一个性质，外部条件特别包括风速、风湍流中的至少一者，操作参数特别包括以下各者中的一者：转子叶片的桨距角；转子的旋转速度；功率输出。

取决于操作参数、外部条件和/或电网扰动的性质，可能需要或设置不同程度的空气动力学升力减小。此外，转子叶片升力的变化可受到气流调节系统的活动表面元件的位置和/或取向的移动或变化的影响，该位置和/或取向对于风力涡轮机的不同操作参数可不同。例如，对于风力涡轮机的任何操作点（包括风力涡轮机的多个操作参数的定义），在转子叶片的空气动力学升力和气流调节系统的活动表面的机械设置量（例如角度或距离）之间可能存在预先给定的关系或特性。例如，当风力涡轮机处于气流调节系统的机械调整参数的小变化实现空气动力学升力的相对大的变化的操作点时，与在另一个操作点处相比，气流调节系统的机械调整值可以在更小的程度上变化，其中对于气流调节系统的机械调整参数的相同变化量，空气动力学升力的变化更小。

考虑操作参数和/或外部条件和/或电网扰动的性质以调适气流调节系统可进一步改进该方法并确保风力涡轮机的可靠且安全的操作。

根据本发明的实施例，调适气流调节系统还基于风力涡轮机的操作点，其中在气流调节系统的设置变化对转子叶片的升力具有更大影响的第一操作点处，与其中设置变化对转子叶片的升力具有较小影响的第二操作点相比，气流调节系统的设置在更小的程度上（对气流/失速/升力的影响更小）变化（例如，活动表面的位置和/或取向变化）。

气流调节系统的状态或设置可以由气流调节系统的一个或多个活动表面部分的位置和/或取向来限定。例如，在分段扰流器的情况下，状态或设置可由处于开启状态（即完全向外倾斜，包括向外倾斜的活动表面部分）的段的数量，以及多少段处于关闭状态（即处于其中活动表面部分完全缩回以便不干扰遍及风力涡轮机吸力侧的气流的状态）来限定。在关闭状态下，升力不减小，而在开启状态下，提升力被最大程度地移除。

例如在后缘襟翼的情况下，设置或状态可以由机械调整值的连续值限定，例如，诸如移出襟翼的量或倾斜襟翼的角度。因此，气流调节系统的设置变化涉及一个或多个活动表面部分的机械调整参数的变化。该实施例还涉及调适气流调节系统的增益调度。因此，对于不同的操作条件，对电网扰动的响应可以得到改善。

根据本发明的实施例，该方法还包括至少在扰动持续时间的一部分内：保持转子叶片的桨距角至少基本不变；或者该方法还包括，在扰动持续时间内：基于信息改变转子叶片的桨距角，特别是以便减小转子叶片的升力。

保持桨距角基本恒定可避免变桨轴承上的高负载。保持转子叶片的桨距角至少基本不变只能在这样的情形下执行，即，在这样的情形中，空气动力学升力可以通过调适气流调节系统而充分减小。如果这不再可能，则可以在一个方向上附加地改变桨距角，以进一步减小转子叶片的升力。因此，对电网扰动的响应或反应可以进一步得到改善，特别是取决于电网扰动的严重性，特别是电网电压跌落的严重性。

根据本发明的实施例，如果电网没有在预定的阈值时间范围内返回到正常操作，该该方法包括：停止风力涡轮机，特别包括：调适气流调节系统，使得实现最大气流失速；和/或使转子叶片变桨；和/或制动转子。

在这种情况下，停止风力涡轮机可能是电网规范所要求的，或者可能至少是为了保护风力涡轮机的部件的更安全措施。使转子叶片变桨可包括改变桨距角，使得进一步减小升力。制动转子可能包括机械制动或电制动。

根据本发明的实施例，在电网扰动之后，电网恢复到名义电网状态，特别是名义电网电压，该方法包括：调适气流调节系统以增加转子叶片的升力，特别是增加到扰动之前存在的扰动前升力（和/或气流调节装置的扰动前设置），特别是基于以下至少一项：电网扰动持续时间、重新建立（扰动前）功率输出的速率、转子速度、桨距角。

扰动前升力（和/或气流调节装置的扰动前设置）可已经被存储在电子存储器中。增加转子叶片空气动力学升力可恢复如在电网扰动之前存在的风力涡轮机的功率输出。通过适当地控制例如连接到发电机的转换器，可以在电网扰动持续时间之后恢复或者至少可以增加功率输出。通过这种用于恢复风力涡轮机输出功率的控制，发电机转矩可以以步进方式或连续增加。对应于发电机转矩的这种步进或连续的增加，空气动力学转矩（如通过转子叶片的升力增加而实现）也可以增加，特别是基本上并行地或以对应的方式增加。因此，可以适当地控制转子速度以达到名义转子速度或保持在名义转子速度处。

根据本发明的实施例，调适气流调节系统至扰动前升力在0.1秒和3秒之间、特别是在0.5秒和2秒之间的时间跨度内执行。当在这个相对小的时间跨度内实现扰动前升力时，风力涡轮机输出功率也可以恢复到扰动前输出功率。因此，可以提高效率。

根据本发明的实施例，接收关于电网扰动的信息包括：检测电网扰动；以及基于检测到的电网扰动导出信息。电网扰动可以例如通过将测量的电网电压与名义电网电压进行比较来检测。检测电网扰动例如也可以由风力涡轮机控制器或者由例如风力涡轮机外部或内部的测量或监控系统来执行。该信息可以例如包括电网扰动的特性，例如电网扰动是电压跌落、频率下降还是类似情况。此外，该信息可以包括关于电压跌落的值或量或者电网扰动的严重性的信息。

根据本发明的实施例，气流调节系统包括以下至少一者：襟翼，特别是布置在转子叶片的后缘处的襟翼；特别是分段扰流器，其布置在叶片的吸力面处，其中所述气流调节系统不同于桨距角改变系统。

因此，可以支持常规可用的调节系统。扰流器可以例如包括五至十段，这些段沿着转子叶片的纵向方向并排布置，并且设置在或安装在转子叶片的吸力侧处。

应当理解，为操作至少一个可调适气流调节系统的方法所公开、描述、解释或提供的特征单独地或以任何组合的方式也可以（单独地或以任何组合的方式）适用于根据本发明实施例的用于操作至少一个可调适气流调节系统的装置，且反之亦然。

根据本发明的实施例，提供了一种用于在电网扰动的情况下操作连接到公用电网的风力涡轮机的至少一个转子叶片的至少一个可调适气流调节系统的装置，该装置包括：处理器，其适于基于关于电网扰动的信息导出控制信号，以便在扰动期间调适气流调节系统，其中调适气流调节系统（13）包括相对于转子叶片的翼型部分移动气流调节系统的至少一个空气动力学活动表面的位置和/或取向。

该装置例如可以是风力涡轮机控制器的一部分。根据本发明的实施例，该装置还可以包括致动器，该致动器可以被配置成接收控制信号并实现气流调节系统的至少一个活动表面部分的位置和/或取向的调整。例如，致动器可以包括压缩机，该压缩机可以连接到软管，该软管可以在充气或放气时引起气流调节系统的活动表面部分（例如扰流器或后缘襟翼）的位置和/或取向的变化。

根据本发明的实施例，还提供了一种风力涡轮机，包括：风力涡轮机机舱；容纳在机舱中的转子轴，多个转子叶片安装在该转子轴处，至少一个转子叶片具有至少一个可调适气流调节系统；以及被连接以控制气流调节系统的根据前述实施例的装置。

根据下文将要描述的实施例的示例，本发明的上述方面和其他方面是显而易见的，并且参照实施例的示例进行解释。下文将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明不限于此。

现在参照附图描述本发明的实施例。本发明不限于图示或描述的实施例。

附图说明

图1示意性地图示了根据本发明实施例的风力涡轮机，该风力涡轮机包括根据本发明实施例的装置；和

图2图示了在电网扰动的情况下操作连接到公用电网的风力涡轮机的至少一个转子叶片的至少一个可调适气流调节系统的方法方案，该方法方案例如可由图1所示的装置执行。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。

图1中示意性图示的风力涡轮机1包括竖立在未图示的基座上的风力涡轮机塔架3。风力涡轮机还包括机舱5，机舱5可旋转地安装在风力涡轮机塔架3的顶部上。风力涡轮机机舱5包括安装在机舱5内的转子轴7（具有轴线8）。转子轴驱动发电机9，发电机9生成电能，电能被供应给转换器11，转换器11将变频AC功率流转换成基本固定频率的功率流，该基本固定频率的功率流被提供给风力涡轮机变压器，风力涡轮机变压器将输出电压转换成更高的值。

风力涡轮机1还包括控制至少一个可调适气流调节系统13的装置20，该气流调节系统设置在至少一个风力涡轮机叶片15处。其中，旋转轴7具有毂17，多个转子叶片15（具有叶片尖端25）经由叶片根部12安装在毂17处。至少一个转子叶片具有流动调节系统13。

在所示的实施例中，流动调节系统包括分段扰流器，该扰流器具有扰流器段19a、19b、19c、19d、19e、19f，这些扰流器段沿着转子叶片15的纵向轴线21布置在吸力侧14上。气流调节系统13还可以包括在后缘16处的至少一个襟翼，其中襟翼用附图标记23指示。

装置20适于控制可调适气流调节系统13。因此，装置20执行如图2所示的方法30。在方法步骤31中，接收关于电网扰动的信息。其中，该信息可以例如从公用电网6的运营商接收，其中该信息在图1中用附图标记10表示，由装置20经由信号线41接收。

图1所示的装置20包括未图示的处理器，该处理器被配置成执行根据本发明实施例的调节或调适气流调节系统13的方法。在方法步骤33中，当风力涡轮机保持连接到公用电网时，基于信息10调适（或调整或设置在特定状态）气流调节系统（例如图1中的系统13）。因此，风力涡轮机1经由电力线22向公用电网6提供AC功率输出18。

取决于应用，装置20可以例如布置在风力涡轮机的毂17内，或者可以布置在机舱5内。

然后，装置20通过供应适当的控制信号来控制流动调节系统19a、19b、19c、19d、19e、19f和/或23，例如经由到各个段19a、……、19f的控制线47和到襟翼23的控制线48。这些段19a-19f然后可以单独开启或关闭，例如如果它们包括两个不同的或分立的状态的话。在其他实施例中，附加地或替代地，可以执行流动调节装置13的连续调适，例如通过连续移动后缘襟翼23的取向和/或位置。通过由装置20控制气流调节系统13，可以实现对公用电网6中的扰动的适当反应或响应。

每个扰流器段19a、……、19s具有相应的空气动力学活动表面，该表面暴露于转子叶片15周围或遍及转子叶片15（的吸力侧14）的气流。由于从装置20供应的控制信号，该活动表面在位置和/或取向上移动。例如，在开启状态下，例如使用布置在活动表面下方的充气软管，活动表面可以向外翻转到特定程度。例如，在关闭状态下，活动表面可向内翻转，使得该表面完全缩回，以不扰动或影响遍及转子叶片15的吸力侧表面14的气流。

每当检测到可能需要降低发电机转矩或者将降低发电机转矩的电网事件，本发明的实施例就利用活动叶片附加装置来卸载风力涡轮机的转子。

与安装在转子叶片表面处或转子叶片表面上的气流调节系统相比，常规使用的用于调适转子叶片升力的变桨系统可能相对地慢。一般来说，变桨系统的时间常数可较大，这使得较大的涡轮机变得易于发生如电网跌落的这种事件。

活动叶片附加装置（诸如气流调节系统13，包括（多个）扰流器和/或后缘襟翼）可以在非常短的时间内显著改变转子的升力。因此，电网跌落的影响可以比通过应用变桨调节更快地得到补偿，尤其是在变桨系统具有有限的能力（或者可以制造得更便宜而不具有如此高的需求）的情况下。类似地，升力变化（即由转子叶片实现的升力的空气动力学变化）可以在故障之后快速失效，以重新建立全电力生产。

公用电网6具有名义电网电压。在电网扰动期间，电压可能大幅跌落，例如在名义电网电压的0%和100%之间。根据本发明实施例的方法可以处理当电压跌落例如在名义电网电压的0%和50%之间时的情形。通过操作气流调节系统13，升力可以在电网扰动之前降低，例如，降低升力的10%到70%。

风力涡轮机1还包括未详细图示的变桨系统40，该变桨系统40能够改变每个转子叶片15的桨距角，即设置围绕相应转子叶片15的纵向轴线21的特定旋转角α。根据本发明的实施例，只有气流调节系统13被调适，而变桨系统40不被激活，以便响应于电网扰动。

在其他实施例中，气流调节系统13被调适，并且变桨系统40也被激活，以便取决于电网扰动的严重性和风力涡轮机的其他操作参数来将包括气流调节系统13的转子叶片设置成其中升力大幅减小的状态。

在下文中，描述了根据实施例的方法的特定实施方式，然而本发明不限于此：

1）检测电网故障。

2）应用活动叶片附加装置（以从转子叶片移除升力），从而卸载涡轮转子7

- 来自活动叶片附加装置的动作可以附加于或代替变桨发生。

- 来自活动叶片附加装置的动作可以通过增益调度来调度，使得影响调整到操作点，例如，在附加装置对转子的升力/转矩/推力或转子的空气动力学具有较高影响（增益）的操作点处应用较小的变化。

3）如果电网返回到正常操作，则从叶片附加装置移除动作

- 可以基于电网故障持续时间、功率重新建立的速率、转子速度和桨距角来调度叶片附加装置动作的移除

- 如果电网没有返回到正常操作，则涡轮机将停止，并且可以移除叶片附加装置的动作。

本发明的实施例可以提供以下优点：

电网跌落负载情况可以是设计驱动的，并且可能导致风力涡轮机的成本增加，因为风力涡轮机需要能够在电网电压跌落后更快地变桨，或者承受电网扰动事件导致的附加极端负载。引入减少电网跌落的影响的途径（handle）可导致具有更少负载的更便宜的设计。

在电网电压跌落后驱动涡轮机进入超速事件（即转子超速事件）或使其暴露于最终负荷的可能性可通过这种用以调适气流调节系统的附加控制途径来降低。

因为液压或电动变桨系统的能力可以降低，所以成本可以降低。

生产具有成本竞争力的风力涡轮机的能力提高。

满足在重新建立电力生产方面严格的电网规范的要求的能力提高。

应当注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一个”或“一”不排除多个。结合不同实施例描述的元件也可以组合。还应注意的是，权利要求中的附图标记不应该被理解为限制权利要求的范围。

Claims (14)

1.一种操作连接到公用电网（6）的风力涡轮机（1）的至少一个转子叶片（15）的至少一个可调适气流调节系统（13）的方法，所述方法包括：

接收关于电网扰动的信息（10）；

当所述风力涡轮机（1）保持连接到所述公用电网（6）时，特别是在扰动持续期间，基于所述信息（10）调适所述气流调节系统（13），

其中，控制所述气流调节系统（13）包括：

相对于所述转子叶片的翼型部分移动所述气流调节系统的至少一个空气动力学活动表面的位置和/或取向。

2.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述电网扰动包括电网电压的电网电压跌落，所述电网电压跌落特别是在0.1秒和10秒之间的持续时间内特别是将所述电网电压降低到名义电网电压的0 %和50 %之间，其中，仅在所述电网电压跌落大于阈值时，才执行调适所述气流调节系统（13）。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，由于所述气流调节系统（13）的调适，所述电网电压跌落越大，所述转子叶片（15）的空气动力学升力和/或空气动力学转矩降低得越多。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，调适所述气流调节系统（13）包括降低所述转子叶片（15）的空气动力学升力和/或作用在安装有转子叶片（15）的转子（7）上的空气动力学转矩，在扰动之前，特别是在0.1秒和3秒之间的时间跨度内，特别是在0.5秒和2秒之间，特别是相应地降低10%和70%之间的升力或转矩。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，调适所述气流调节系统（13）包括调整设置，所述设置取决于以下至少一项：

风力涡轮机的至少一个操作参数（l）；

至少一个外部条件；

所述电网扰动的至少一个性质，

所述外部条件特别包括以下至少一项：

风速，

风湍流，

所述操作参数特别以下至少一项：

转子叶片的桨距角；

转子的旋转速度；

功率输出。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，调适所述气流调节系统（13）还基于所述风力涡轮机的操作点，

其中，在所述气流调节系统的设置变化对所述转子叶片（15）的升力具有更多影响的第一操作点处，所述气流调节系统（13）的设置变化程度小于设置变化对所述转子叶片（15）的升力具有较小影响的第二操作点。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少在部分扰动持续时间内，还包括：

保持所述转子叶片（15）的桨距角（α）至少基本不变；或者

所述方法还包括，在扰动持续时间内：

基于所述信息改变所述转子叶片（15）的桨距角（α），特别是以便减小所述转子叶片（15）的升力。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，如果所述电网没有在预定的阈值时间范围内返回到正常操作，则所述方法包括：

停止所述风力涡轮机（1），特别包括：

调适所述气流调节系统（13），使得实现最大气流失速；和/或

使所述转子叶片（15）变桨；和/或

制动所述转子（7）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述电网扰动之后，所述电网（6）恢复到名义电网状态、特别是名义电网电压，所述方法包括：

调适所述气流调节系统（13）以增加所述转子叶片（15）的升力，特别是增加到扰动之前存在的扰动前升力，特别是基于以下各项中的至少一项：

电网扰动持续时间，

重新建立（扰动前）功率输出的速率，

转子速度，

桨距角（α）。

10.根据前一权利要求所述的方法，其中，调适所述气流调节系统（13）至扰动前升力是在0.1秒和3秒之间、特别是在0.5秒和2秒之间的时间跨度内执行的。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，接收关于所述电网扰动的信息（10）包括：

检测所述电网扰动；以及

基于检测到的电网扰动导出所述信息（10）。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述气流调节系统包括以下至少一项：

襟翼（23），特别是布置在转子叶片（15）的后缘（16）处的襟翼；

特别是分段扰流器（19a……19f），其布置在所述转子叶片（15）的吸力面（14）处，其中，所述气流调节系统（13其）不同于桨距角改变系统。

13.一种用于在电网扰动的情况下操作连接到公用电网（6）的风力涡轮机（1）的至少一个转子叶片（15）的至少一个可调适气流调节系统（13）的装置（20），所述装置包括：

处理器，其调适成基于关于所述电网扰动的信息导出控制信号，以便在扰动持续时间期间调适所述气流调节系统（13），

其中，调适所述气流调节系统（13）包括：

相对于所述转子叶片的翼型部分移动所述气流调节系统的至少一个空气动力学活动表面的位置和/或取向。

14.一种风力涡轮机（1），包括：

风力涡轮机机舱（5）；

容纳在所述机舱中的转子轴（7），多个转子叶片（15）安装在所述转子轴处，至少一个转子叶片具有至少一个可调适气流调节系统（13）；以及

被连接以控制所述气流调节系统的根据前述权利要求所述的装置（20）。

Images