FI117352B - Menetelmä tuulivoimalan roottorin pysäyttämiseksi - Google Patents

Menetelmä tuulivoimalan roottorin pysäyttämiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI117352B
FI117352B FI20050256A FI20050256A FI117352B FI 117352 B FI117352 B FI 117352B FI 20050256 A FI20050256 A FI 20050256A FI 20050256 A FI20050256 A FI 20050256A FI 117352 B FI117352 B FI 117352B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
rotor
tower
blade
wind
angular velocity
Prior art date
Application number
FI20050256A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20050256A0 (fi
Inventor
Georg Boehmeke
Original Assignee
Winwind Oy
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 Winwind Oy filed Critical Winwind Oy
Priority to FI20050256A priority Critical patent/FI117352B/fi
Publication of FI20050256A0 publication Critical patent/FI20050256A0/fi
Priority to EP20060396006 priority patent/EP1701034A3/en
Application granted granted Critical
Publication of FI117352B publication Critical patent/FI117352B/fi

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224Adjusting blade pitch
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0264Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for stopping; controlling in emergency situations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/96Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00Control
    • F05B2270/30Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/328Blade pitch angle
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind 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)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Description

! 117352
MENETELMÄ TUULIVOIMALAN ROOTTORIN PYSÄYTTÄMISEKSI KEKSINNÖN ALA
Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä tuulivoimalan 5 roottorin pysäyttämiseksi ajoasennosta.
KEKSINNÖN TAUSTA
Tuulivoimalan torniin kohdistuu normaali s sa tuotantotilanteessa tuulen paineesta johtuva suhteel-10 lisen suuri voima, joka taivuttaa tornia tuulen suuntaan. Tuulivoimala pysäytetään kääntämällä lapojen la-pakulmat ajoasennosta jarrutusasentoon eli kohti myrs-kyasentoa. Kun tuulivoimalan roottori joudutaan pysäyttämään etenkin erilaisissa vikatilanteissa mahdol-15 lisimman nopeasti, synnyttää pyörivä roottori negatiivisen työntövoiman eli voimala imee itsensä tuulta vasten. Tällainen voimakas imu yhdessä tornin kimmoisuuden kanssa aiheuttaa torniin heilahdusliikkeen, joka voi olla tuulta vastaan suurempi kuin tuulen suun-20 täinen taipuma normaalissa tuotantotilanteessa.
# Jarrutustilanteissa ilmenevät taivutusmomen- '/··“ tit voivat vahingoittaa tornin rakenteita ja joka ta- i.i : pauksessa ne on otettava huomioon rakenteiden suunnit- * · *.**: telussa lisäten tarvittavia rakennevahvuuksia ja kas- ί.,.ϊ 25 vattaen kustannuksia.
« « · • · ·
····. KEKSINNÖN TARKOITUS
• · ·
Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat.
:"**· 30 Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uudenlainen menetelmä, jolla tuulivoimala saa- t · t daan pysäytetyksi nopeasti mutta kuitenkin niin, että * * '··** torniin kohdistuu mahdollisimman vähän sitä taivutta- :T: via ja rasittavia voimia.
35 • t ··· 2 117352
KEKSINNÖN YHTEENVETO
Keksinnön mukaiselle tuulivoimalan roottorin pysäytysmenetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.
5 Keksinnön mukainen menetelmä kohdistuu tuu livoimalan roottorin pysäyttämiseen normaalista toimintatilanteesta tai normaalissa toimintatilanteessa havaitussa vikatilanteessa, kun lapakulmat ovat ajoasennossa ja torni on kallistuneena tuulen paineesta 10 johtuen tuulen suuntaan. Keksinnön mukaisessa menetelmässä roottorin lapojen lapakulmia säädetään ajoasennosta kohti myrskyasentoa siten, että ensimmäisessä vaiheessa roottorin lapojen lapakulmia käännetään ensimmäisellä lapakulmanopeudella siten, että roottori 15 jarruttaa, jolloin mahdollisesti jopa ylikierroksilla pyörivän roottorin pyörimisnopeus saadaan nopeasti laskemaan. Toisessa vaiheessa alkujarrutuksen jälkeen lapakulmanopeutta alennetaan siten, että roottori toimii ajoasennossa tornin heilahduksen vaimentamiseksi 20 tuulta vastaan. Kolmannessa vaiheessa tornin heilah duksen kääntyessä tuulen suuntaiseksi lapakulmanopeut-. ta nostetaan lapojen jarrutuksen lisäämiseksi.
•*[*# Täten keksinnössä on olennaista, että rootto- • * * y/ l ria ei jarruteta mahdollisimman nopeasti ja heti täy- 25 sin pysähdyksiin, vaan vain aluksi pyörimisnopeutta • » ***** lasketaan mahdollisimman tehokkaasti. Sitten ennen * * • ♦ « I.: Ϊ kuin torni ehtii kallistua voimakkaasti jarrutuksen • « · ·...· vaikutuksesta tuulta kohti kaartuvaan asentoon, lapa- kulmien säätöä eli lapakulmanopeutta muutetaan niin, · 30 että roottori toimii ajoasennossa. Tällöin roottorin iJlj aiheuttama voima torniin vaimentaa tornin värähdyslii- :**·, kettä suorasta perusasennosta tuuleen päin. Kolmannes- £ * ,··'β sa vaiheessa tornin vaimennetun värähdysliikkeen käänsi* tyessä takaisin tuulen suuntaiseksi muutetaan lapakul- *·' : 35 manopeutta jälleen niin, että lavat jarruttavat.
··
Yleensä jo tällä tornin tuulensuuntaisella liikeradalla roottori saadaan pysähtymään. Joka tapauksessa 3 117352 roottorin pyörimisnopeus saadaan tässä kolmannessa vaiheessa lasketuksi niin alhaiselle tasolle, että jarrutusta voidaan jatkaa tästä eteenpäin jatkuvasti roottorin pysähdykseen asti. Pienellä roottorin pyöri-5 misnopeudella tornin taipuminen tuulen suunnassa jompaankumpaan suuntaan on merkityksettömän vähäistä.
Keksinnön mukainen menetelmä perustuu lapojen lapakulmanopeuden sopivaan säätöön niin, että lapakul-manopeus eli lavan lapakulman kääntönopeus ajoasennos-10 ta myrskyäsentoon vaihtelee sopivasti roottorin pyörimisnopeuden mukaan siten, että välillä lavat jarruttavat ja välillä kiihdyttävät roottorin pyörimisnopeutta.
Edullisesti ensimmäisen vaiheen jarrutusasento 15 lopetetaan tornin ollessa olennaisesti pystysuorassa asennossa. On kuitenkin mahdollista, että ensimmäisen vaiheen roottorin jarrutus muutetaan tornin heilahduksen vaimennukseen muullakin hetkellä ennen tai jälkeen tornin pystysuoran asennon. Tämän hetken määritykseen 20 voi vaikuttaa esimerkiksi roottorin pyörimisnopeus, käytettävä jarrutusteho tai tornin värähdysominaisuu- . det, kuten värähdysamplitudi.
* * * /*** Edullisesti kolmannessa vaiheessa lapakulmat • * ··· : pidetään jarrutusasennossa roottorin pysähtymiseen * * *.**: 25 saakka eli kolmannessa vaiheessa lavat lopuksi käänne- * ** tään myrskyasentoon.
Myös on mahdollista, että lapakulmien säätö ajoasennon ja jarrutusasennon välillä tornin kallis- * * * tusliikkeen suunnan mukaan lopetetaan roottorin pyöri-: 3 0 misnopeuden laskettua määrätyn rajan alapuolelle, min- • I i ,···[ kä jälkeen roottori pysäytetään lapojen jarrutusasen- * * nossa.
M · : '.· Keksinnössä lapakulmanopeudet voidaan pitää olennaisen vakioina aina tiettyj en koko vaiheiden .···. 3 5 ajan, mutta myös on mahdollista olennaisesti jatkuvat * * * lapakulmanopeuksien muutokset pysäytyksen eri vaihei- • · den mukaan.. Olennaista on lapakulmanopeuksien valinnat 4 117352 siten, että roottorin pyörimisnopeuteen sovitettuna lavat välillä jarruttavat roottoria ja välillä vaimentavat tornin heilahtelua ohjatulla tavalla.
Keksinnön mukaisella pysäytysmenetelmällä on 5 merkittäviä etuja tunnettuun tekniikkaan verrattuna. Keksinnön avulla roottori saadaan pysähtymään turvallisesti voimalan tornia rasittamatta. Tämä taas johtaa säästöihin tornin rakenteissa sekä käyttökustannuksissa.
10 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityis kohtaisesti oheisten piirustusten avulla, joissa kuva 1 esittää kaavioilisesti tuulivoimalan tornin liikkeitä pysäytyksessä ja kuva 2 esittää lapakulmanopeuden ja lapakul-15 man muutosta ajan funktiona keksinnön mukaisessa menetelmässä.
Kuvassa 1 on esitetty kaaviollisesti tuulivoimalan torni 1, joka on ajoasennossa A normaalissa tuotantotilanteessa eli tuulen w suuntaisesti kallis-20 tuneena. Tällöin kuvan 2 mukaisesti lapakulmanopeus on 0 °/s ja lapakulma 0°.
. Kun roottori halutaan pysäyttää nopeasti eli *···" lapakulmat kääntää 90° myrskyasentoon tapahtuu se kek- * * * *·· l sinnön mukaisesti seuraavasti. Aluksi lapakulmanopeus *,*·: 25 nostetaan vaiheen I alussa riittäväksi niin, että * l # roottori jarruttaa voimakkaasti. Lapakulmanopeus on esimerkiksi noin 15°/s. Tällöin roottori imeytyy tuul- :***: ta vasten ja torni alkaa kääntyä voimakkaasti sekä * * roottorin vaikutuksesta että tornin kimmoisuudesta : ,·. 30 johtuen suoraksi kohti tuulta.
! * * ..." Kun torni on olennaisesti suoristunut eli on • ♦ • · T pystysuorassa asennossa, siirrytään toiseen vaiheeseen ** :'V 11 * esimerkiksi noin 0,75 sekunnin kuluttua. Tällöin :[[[: lapakulmat ovat kääntyneet noin 10°. Tässä vaiheessa m*\·. 35 lapakulmanopeus pudotetaan kolmannekseen eli nopeuteen * * t I,.' noin 5°/s. Tällöin roottori ei enää jarruta, vaan se ***** toimii generaattorina ja tekee työtä tuulta w vastaan.
5 117352 Näin se vaiheessa II vaimentaa tornin heilahdusliiket-tä tuuleen päin.
Kun tornin heilahdus on saavuttanut ääriasentonsa tuuleen päin, siirrytään vaiheeseen III. Tässä 5 vaiheessa lapakulmat ovat noin 14° ja lapakulmanopeus nostetaan takaisin vaiheen I arvoon eli noin 15°/s. Tornin kallistuessa tuulen suuntaan jarruttava roottori vaimentaa tehokkaasti myös tornin heilahdusliiket-tä. Tällä nopeudella lapakulmat voidaan kääntää myrs-10 kyasentoon ja roottori pysähtyy. Vaikka torni heilah-täisikin vielä takaisin tuulta vasten ennen pysähtymistä, ei sillä ole enää haitallisia vaikutuksia tornin rakenteisiin, koska roottorin pyörimisnopeus ja tornin heilahdusliike ovat merkittävästi pienentyneet 15 jarrutuksen aloitushetkestä.
Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä esimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.
* · · • 1 · ·· · • · • · · » « i • · « · • · • · φ • t· • » • ·· • · « 1 ···, • · • · · • 1 · »·· · • Il
• I
* ·
• M
• · · • · ·
• M
• » • 1
III
M I • · · • # • 1 IM • · • I « « · *
IM
• · I
• « · ·1 • · • 1 • · ·

Claims (6)

117352 I PATENTTIVAATIMUKSET
1. Menetelmä tuulivoimalan roottorin pysäyt- I tämiseksi lapakulmien ollessa ajoasennossa ja tornin I kallistuneena tuulen suuntaan, jossa menetelmässä I 5 roottorin lapojen lapakulmia säädetään ajoasennosta I kohti myrskyasentoa siten, että I - ensimmäisessä vaiheessa lapakulmia käänne- I tään ensimmäisellä lapakulmanopeudella si- I ten, että roottori jarruttaa, I 10 tunnettu siitä, että I - toisessa vaiheessa lapakulmanopeutta alen- I netaan siten, että roottori toimii ajoasen- I nossa tornin heilahduksen vaimentamiseksi I tuulta vastaan ja I 15 kolmannessa vaiheessa tornin heilahduksen I kääntyessä tuulen suuntaiseksi lapakulmano- I peutta nostetaan lapojen jarrutuksen lisää- I miseksi.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, H 20 tunnettu siitä, että ensimmäisen vaiheen jarru- I tusasento lopetetaan tornin ollessa olennaisesti pys- # tysuorassa asennossa.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mene- H ; telmä, tunnettu siitä, että lapakulmanopeudet 25 ovat vakioita vastaavien vaiheiden ajan. H j"":
4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mene- *** telmä, tunnettu siitä, että lapakulmanopeudet .··. ovat olennaisen jatkuvasti muuttuvia vastaavien vaihei- den ajan. . 30
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisen vaiheen lapakulmano-"···" peus pidetään olennaisesti pienempänä, kuten alle puo- ·;· let, ensimmäisen vaiheen lapakulmanopeudesta,
.***; 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että toisessa vaiheessa lapakul-···· manopeus on nolla. 117352
FI20050256A 2005-03-09 2005-03-09 Menetelmä tuulivoimalan roottorin pysäyttämiseksi FI117352B (fi)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20050256A FI117352B (fi) 2005-03-09 2005-03-09 Menetelmä tuulivoimalan roottorin pysäyttämiseksi
EP20060396006 EP1701034A3 (en) 2005-03-09 2006-03-02 Method for stopping the rotor of a wind power plant

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20050256 2005-03-09
FI20050256A FI117352B (fi) 2005-03-09 2005-03-09 Menetelmä tuulivoimalan roottorin pysäyttämiseksi

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20050256A0 FI20050256A0 (fi) 2005-03-09
FI117352B true FI117352B (fi) 2006-09-15

Family

ID=34385055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20050256A FI117352B (fi) 2005-03-09 2005-03-09 Menetelmä tuulivoimalan roottorin pysäyttämiseksi

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP1701034A3 (fi)
FI (1) FI117352B (fi)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2553578T3 (es) 2007-07-14 2015-12-10 Vestas Wind Systems A/S Control de rotor durante un procedimiento de parada de una turbina eólica
US8240990B2 (en) * 2007-12-06 2012-08-14 General Electric Company Apparatus and method for reducing asymmetric rotor loads in wind turbines during shutdown
DE102008009740A1 (de) 2008-02-18 2009-08-20 Imo Holding Gmbh Windkraftanlage sowie Verfahren zum Betrieb derselben
ES2358711B1 (es) 2008-09-18 2012-03-23 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Mã‰todo para parar un aerogenerador en dos etapas.
EP2365214B1 (en) 2009-01-22 2013-05-29 Vestas Wind Systems A/S Control of rotor during a stop process of a wind turbine
WO2010084131A2 (en) 2009-01-22 2010-07-29 Vestas Wind Systems A/S Control of a wind turbine rotor during a stop process using pitch and a surface altering device
EP2256342B8 (de) 2009-05-28 2013-10-23 Nordex Energy GmbH Verfahren zur Notbremsung einer Windenergieanlage sowie Windenergieanlage mit einer Rotorblattverstellung zur Notbremsung
CN102797630A (zh) * 2012-08-15 2012-11-28 湘电风能有限公司 一种风力发电机组停机控制方法及装置
US8987929B2 (en) 2012-11-01 2015-03-24 General Electric Company System and method for operating wind farm
US10145361B2 (en) * 2013-11-25 2018-12-04 General Electric Company Methods and systems to shut down a wind turbine
DE102015014296A1 (de) 2015-11-06 2017-05-11 Senvion Gmbh Verfahren und Steuerungssystem zum Steuern eines Anstellwinkels eines Rotorblatts sowie Windenergieanlage und Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4189648A (en) * 1978-06-15 1980-02-19 United Technologies Corporation Wind turbine generator acceleration control
US4462753A (en) * 1982-06-22 1984-07-31 United Technologies Corporation Blade feathering system for wind turbines
DE19811952A1 (de) * 1998-03-15 1999-09-16 Tacke Windenergie Gmbh Verfahren zur Verstellung der Rotorblätter einer Windkraftanlage
US7891944B2 (en) * 2004-07-23 2011-02-22 Vestas Wind Systems A/S Method of controlling the pitch velocity of a wind turbine blade and control system therefore

Also Published As

Publication number Publication date
EP1701034A3 (en) 2012-08-15
EP1701034A2 (en) 2006-09-13
FI20050256A0 (fi) 2005-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI117352B (fi) Menetelmä tuulivoimalan roottorin pysäyttämiseksi
JP5806280B2 (ja) 浮き基礎を持つ部分ピッチ風力タービン
EP2107236B1 (en) Method of damping tower vibrations of a wind turbine and control system for wind turbines
EP2063110B1 (en) Method of damping tower vibrations of a wind turbine and inclination control system
CA2557396C (en) Wind turbine generator, active damping method thereof, and windmill tower
EP2450567A2 (en) Horizontal axis wind turbine
CA2566376A1 (en) Wind energy installation
US20100068057A1 (en) Method for stopping a wind turbine in two stages
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
JP2007064062A (ja) 水平軸風車
JP6363123B2 (ja) 風車並びにそのヨー制御装置及び運転制御方法
WO2014102956A1 (ja) 浮体式風力発電装置の制御方法及び制御装置、並びに浮体式風力発電装置
RU2364748C1 (ru) Способ управления частотой вращения ротора ветродвигателя с вертикальной осью и ветродвигатель для его осуществления
CA2776216A1 (en) A wind turbine and wind turbine blade
US11686290B2 (en) Lifting device for a wind turbine rotor blade
CA2425447C (en) Wind turbine blade unit
JP6388759B2 (ja) 浮体式風力発電装置
JP6462388B2 (ja) 風力発電装置
CN111587319B (zh) 具有端缘流襟翼的风能设备
KR20100042239A (ko) 수동 전력 제어를 갖는 수중 발전소
EP1696122A3 (en) Method for controlling a wind power plant
JP4690800B2 (ja) 水平軸風車
EP4058670B1 (en) A hinged blade wind turbine with tilted axis and/or coned rotor
JP6997049B2 (ja) 風力発電装置とその制御方法
US20190360460A1 (en) Method for Rotating the Rotor of a Wind Turbine

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 117352

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed