RS67496B1 - Vetroturbina i način rada vetroturbine - Google Patents

Description

[0001] Opis

[0003] Oblast tehnike pronalaska

[0005] Predmetni pronalazak se odnosi na vetroturbinu i postupak rada vetroturbine sa algoritmom za kontrolu opterećenja, pri čemu vetroturbina sadrži kontrolni sistem konfigurisan da kontroliše rad vetroturbine. Kontrolni sistem prati nivo opterećenja i menja granični parametar rada kada se ispune određeni uslovi.

[0007] Stanje tehnike pronalaska

[0009] Poznato je da se kontinuirano prati i reguliše rad vetroturbina kako bi se maksimizovala proizvodnja energije uz održavanje rada u granicama bezbednosti rada. Algoritmi za kontrolu opterećenja su implementirani u kontrolni sistem da se smanje opterećenja u vetroturbini, pri čemu kontrolni algoritmi mogu da generišu parametar kontrole nagiba za podešavanje ugla nagiba lopatice vetroturbine. Ovi algoritmi za kontrolu opterećenja smanjuju ukupna opterećenja u vetroturbini, ali imaju negativan efekat na proizvodnju energije.

[0010] WO 2015/192853 A1 stavlja na uvid javnosti kontrolni algoritam za ograničavanje potiska za smanjenje maksimalnog mehaničkog opterećenja na tornju vetroturbine, pri čemu estimator vetra i estimator turbulencije generišu određeni broj izlaznih signala koji se unose u graničnik potiska. Graničnik potiska sadrži sigurnosni prekidač koji prima ulaz od detektora turbulencije i eksternu kontrolu. Razlika između izlaznog signala sa ovog sigurnosnog prekidača i procenjene sile potiska se unosi u modul za naknadnu obradu koji generiše drugi izlazni signal. Ovaj izlazni signal se zatim kombinuje sa graničnikom potiska signala unapred da bi se generisao signal kontrole visine tona. Ugao nagiba lopatica vetroturbine se podešava prema ovom signalu za kontrolu nagiba. Navedeno je da je gornji algoritam upravljanja ograničavanjem potiska visoko efikasan pri srednjim brzinama vetra. Kao što je takođe navedeno, ova šema kontrole će i dalje imati negativan uticaj na proizvodnju električne energije, iako smanjen efekat.

[0011] WO 2011/042369 A1 stavlja na uvid javnosti algoritam za kontrolu opterećenja za regulisanje rada vetroturbine, pri čemu algoritam kontrole opterećenja prati signal opterećenja koji predstavlja dinamička opterećenja na rotoru. Algoritam za kontrolu opterećenja zatim procenjuje radni parametar na osnovu ovog signala opterećenja i određuje varijacije ovog radnog parametra tokom vremena. Varijacije se zatim upoređuju sa vrednošću praga gde je rad vetroturbine umanjen ili se modifikuje radni parametar, ako varijacije prelaze vrednost praga. Ako su varijacije ispod vrednosti praga, onda rad vetroturbine ostaje nepromenjen. Navedeno je da se kontrola opterećenja aktivira ako se detektuju visoke turbulencije. Ova kontrolna šema se zasniva na merenju brzine vetra, međutim, anemometar je normalno pozicioniran iza rotora i zbog toga merenje ometaju lopatice vetroturbine koje prolaze. Dalje, merenje brzine vetra se može izvršiti korišćenjem LIDAR-a, međutim, ovo merenje u više tačaka još uvek ne daje pouzdan prikaz brzine vetra unutar područja rotora koji se okreće.

[0012] WO 2017/036481 A1 stavlja na uvid javnosti kontrolnu šemu za rad vetroturbine gde kontrolni sistem koristi zonu brzine isključivanja brzine rotacije da kontroliše brzinu rotacije rotora. Zona brzine isključenja brzine rotacije je poravnata sa referentnom brzinom rotacije koja predstavlja sopstvenu frekvenciju tornja vetroturbine. Brzina rotacije rotora se zatim kontroliše tako da se trenutna brzina rotacije pomera van ove zone isključenja, čime se smanjuju oscilirajuća kretanja u tornju vetroturbine. Navedeno je da je širina ove zone isključenja brzine rotacije određena kao funkcija izmerenog vibracijskog signala.

[0013] Dokument US 2007/0057517 A1 odnosi se na postupak za ograničavanje opterećenja u vetroturbini korišćenjem izmerenih opterećenja ili brzine vetra za povećanje minimalnog ugla nagiba za duže periode.

[0014] Dakle, postoji potreba za poboljšanim postupkom kontrole opterećenja za smanjenje opterećenja u vetroturbini i istovremeno minimiziranje gubitka snage. Dalje, postoji potreba za poboljšanim postupkom kontrole opterećenji koja se aktivira samo u ključnim situacijama dok ima minimalan efekat u drugim situacijama.

[0016] Cilj pronalaska

[0018] Cilj pronalaska je da obezbedi postupak i vetroturbinu koja prevazilazi gore navedene probleme citiranog stanja tehnike.

[0019] Drugi cilj pronalaska je da obezbedi postupak i vetroturbinu koja smanjuje mehanička opterećenja u vetroturbini uz održavanje proizvodnje energije.

[0020] Dalji cilj pronalaska je da obezbedi postupak i vetroturbinu koji omogućavaju povećan zazor od vrha do tornja pri velikim opterećenjima lopatica.

[0021] Još jedan cilj pronalaska je da obezbedi postupak i vetroturbinu koja smanjuje efekte ekstremnih uslova opterećenja vetrom.

[0023] Opis pronalaska

[0025] Predmetni pronalazak je definisan priloženim nezavisnim patentnim zahtevima. Pogodna tehnička rešenja su opisana u priloženim zavisnim patentnim zahtevima. Tehnička rešenja i/ili primeri pomenuti u opisu koji ne spadaju u obim patentnih zahteva korisni su za razumevanje predmetnog pronalaska.

[0026] Cilj sadašnjeg pronalaska kako se zahteva u pratećim patentnim zahtevima je postignut postupkom upravljanja vetroturbinom, pri čemu vetroturbina sadrži toranj vetroturbine, gondole postavljene na vrhu tornja vetroturbine, rotora sa najmanje dve lopatice vetroturbine postavljene rotirajuće u odnosu na gondolu, i sistem za upravljanje vetroturbinom koji sadrži kontroler i senzorsku jedinicu, pri čemu je kontroler konfigurisan da kontroliše rad vetroturbine, a senzorska jedinica je električno povezana sa kontrolerom i konfigurisana da meri signal vibracije vetroturbine, pri čemu postupak obuhvata korake:

[0027] - merenje signala vibracije vetroturbine koji ukazuje na turbulenciju,

[0028] - izračunavanje indikatora ozbiljnosti na osnovu signala vibracije,

[0029] - određivanje radnog graničnog parametra kao funkcije indikatora ozbiljnosti,

[0030] - određivanje kontrolnog signala na osnovu radnog graničnog parametra, i

[0031] - upravljanje radom vetroturbine prema kontrolnom signalu.

[0032] Ovo obezbeđuje jednostavan i pouzdan postupak kontrole za smanjenje ekstremnih opterećenja u vetroturbini bez smanjenja godišnje proizvodnje energije (AEP - annual energy production). Predmetni postupak kontrole eliminiše potrebu za direktnim merenjem turbulencije vetra koja je obično povezana sa velikim nesigurnostima. Ovo dalje smanjuje potrebu za konstantnim vršnim opterećenjem (peak shaving) potrošnje nivoa potiska i/ili smanjenjem rada vetroturbine, što će zauzvrat negativno uticati na proizvodnju energije.

[0033] Predmetni postupak kontrole može indirektno smanjiti maksimalni potisak u uslovima ekstremnog opterećenja. Dalje, predmetni postupak kontrole može imati iznenađujući efekat povećanja nominalne brzine vetra. Ovo zauzvrat omogućava povećanje zazora od vrha do tornja pri velikim opterećenjima lopatica. Ovo se može postići bez povećanja krutosti lopatica i krutosti pri savijanju tornja vetroturbine, čime se štedi na težini i troškovima.

[0034] Predmetni postupak kontrole prati nivo vibracija vetroturbine umesto praćenja turbulencije kao u konvencionalnim postupcima kontrole. Ovo omogućava pouzdanije merenje jer ne zavisi od direktnog merenja vetra. Pokazalo se da karakteristike vibracija pružaju veoma dobru korelaciju sa karakteristikama turbulencije. Dakle, nivo vibracija se može meriti korišćenjem postojećih senzorskih jedinica u vetroturbini, čime se dodatno uštede troškovi. Alternativno, nivo vibracija se može meriti instaliranjem jedne ili više senzorskih jedinica u vetroturbinu i električnim povezivanjem nje/njih sa kontrolerom. Izmereni signal(i) senzora se zatim unose u kontroler i koriste za izračunavanje ili procenu indikatora ozbiljnosti.

[0035] Termin "indikator ozbiljnosti" je ovde definisan kao signal koji ukazuje na nivo ozbiljnosti trenutnih vibracija vetroturbine. Na primer, ali bez ograničenja, indikator ozbiljnosti može biti vrednost pika, vrednost od pika do pika, prosečna vrednost ili srednju kvadratnu vrednost (RMS -root-mean-square). Indikator ozbiljnosti može dalje biti vrednost opterećenja, kao što je vrednost opterećenja zbog zamora.

[0036] Vibracije se poželjno mogu meriti korišćenjem jednog ili više senzora vibracija postavljenih na jednoj ili više komponenti vetroturbine tako da su u stanju da mere vibracije.

[0037] Prema jednom tehničkom rešenju, signal vibracije se meri u gornjem delu vetroturbine.

[0038] Vibracije se poželjno mogu meriti u gornjem delu vetroturbine, kao što je stacionarni referentni okvir. Alternativno, vibracije se mogu meriti u rotirajućem referentnom okviru i zatim transformisati u stacionarni referentni okvir. Na primer, vibracije se mogu meriti na ili u glavčini rotora ili lopaticama vetroturbine. U drugom primeru, vibracije se mogu meriti na ili u gondoli ili tornju vetroturbine. Ovo omogućava indirektno merenje turbulencije vetra jer signal(i) senzora pružaju reprezentativno merenje nivoa turbulencije.

[0039] [0021] Vibracije se mogu pogodno meriti u jednom pravcu, npr. duž ose rotacije rotora ili duž ose upravne na osu rotacije. Osa rotacije može da definiše X-osu, osa okomita na osu rotacije može da definiše Y-osu, dok toranj vetroturbine može da definiše Z-osu. Na primer, vibracije se mogu meriti kao ubrzanja, brzine i/ili pomeranja. Vibracije se stoga mogu meriti kao vibracije u prednjem delu, npr. ubrzanja, vetroturbine. Ovo omogućava pouzdano merenje nivoa vibracija.

[0040] Prema jednom tehničkom rešenju, vibracije se mere u realnom vremenu.

[0041] Vibracije se poželjno mogu meriti u realnom vremenu ili skoro u realnom vremenu za izračunavanje trenutnog nivoa ozbiljnosti. Ovo omogućava predmetnom postupku kontrole da otkrije ekstremne uslove naleta vetra, kao i uslove ekstremnog opterećenja. Ovo povećava fleksibilnost predmetnog postupka kontrole, dok konvencionalni postupci kontrole opterećenja mogu detektovati samo ekstremne uslove opterećenja.

[0042] Vibracije se mogu meriti u vremenskom domenu i funkcija transformacije se može primeniti na izmereni signal vibracije da bi se signal vibracije transformisao u frekvencijski domen. Na primer, algoritam transformacije može biti funkcija Fourier-ove transformacije, algoritam impulsnog odziva, algoritam Z-transformacije, diskretni algoritam ili drugi odgovarajući algoritam transformacije. Algoritam Fourier-ove transformacije može biti funkcija brze Fourierove transformacije (FFT - Fast Fourier Transform). Funkcija impulsnog odziva može biti algoritam filtera sa konačnim impulsnim odzivom (FIR - Finite Impulse Response). Alternativno, vibracije se mogu meriti direktno u frekvencijskom domenu. Analiza spektra se tada može izvršiti na transformisanom signalu vibracije da bi se odredio indikator ozbiljnosti.

[0043] Alternativno, analiza spektra se može izvesti na izmerenom signalu vibracije. Ovo omogućava da se indikator ozbiljnosti odredi ili u vremenskom ili u frekvencijskom domenu u zavisnosti od tipa senzorske jedinice koja se koristi.

[0044] Prema jednom tehničkom rešenju, indikator ozbiljnosti se izračunava unutar unapred određenog vremenskog perioda.

[0045] Indikator ozbiljnosti može povoljno da bude kratkoročna vrednost, npr., parametar opterećenja na zamor. Indikator ozbiljnosti, npr. parametar opterećenja na zamor, može se izračunati unutar unapred određenog vremenskog perioda, npr., od nekoliko minuta. Na primer, vremenski period se može izabrati između 30 sekundi do 5 minuta, poželjno između 1 i 3 minuta. Međutim, bilo koji vremenski period između toga može biti izabran u zavisnosti od kapaciteta i konfiguracije vetroturbine. Ovo pruža veoma dobru indikaciju turbulencije vetra jer se indikator jačine može odrediti kao kratkoročna vrednost.

[0046] [0028] Na primer, algoritam cikličkog brojanja može se primeniti na izmereni ili transformisani signal vibracije za izračunavanje indikatora ozbiljnosti. Indikator ozbiljnosti, npr. parametar opterećenja na zamor, može se akumulirati u vremenskom periodu da bi se obezbedila akumulirana vrednost, npr. parametar akumuliranog opterećenja. Algoritam cikličkog brojanja može na primer, ali ne ograničavajući se na, biti „rainflow counting“ algoritam. Međutim, „range-pair“ algoritam ili drugi algoritam cikličkog brojanja može se koristiti za izračunavanje parametra opterećenja zamorom. Ovo daje dobar prikaz opterećenja vetroturbine zamorom. Alternativno, jednostavna RMS ili funkcija usrednjavanja može se primeniti na izmereni signal vibracije za izračunavanje indikatora ozbiljnosti. Ovo takođe daje dobar prikaz opterećenja vetroturbine.

[0047] Prema pronalasku, radni granični parametar se određuje kao funkcija indikatora ozbiljnosti.

[0048] Termin "radni granični parametar" je ovde definisan kao vrednost praga koja se koristi za ograničavanje radnog opsega tog radnog parametra. Na primer, radni granični parametar može ukazivati na gornju graničnu vrednost i/ili donju graničnu vrednost radnog opsega.

[0049] U tehničkom rešenju za koju se ne traži zaštita, radni granični parametar određenog kontrolnog signala može se jednostavno odrediti korišćenjem tabele za traženje implementirane u kontroleru. Vrednosti pregledne (look-up) tabele mogu se na primer odrediti korišćenjem parametara projektovanja vetroturbine. Alternativno ili dodatno, vrednosti se mogu odrediti korišćenjem simulacija dinamike i/ili stabilnog stanja vetroturbine.

[0050] Prema pronalasku, radni granični parametar se određuje kao funkcija izračunatog indikatora ozbiljnosti. Funkcija može biti kontinuirana funkcija ili funkcija po komadima koja se sastoji od dve ili više podfunkcija. Na primer, kontinuirana funkcija ili podfunkcija može biti funkcija koraka, funkcija rampe, sigmoidna funkcija ili druga pogodna funkcija. Funkcije mogu definisati jednu ili više krajnjih vrednosti, od kojih svaka ukazuje na unapred određeni radni granični parametar i/ili unapred određeni nivo ozbiljnosti. Radni granični parametar se tako može prilagoditi trenutnom nivou vibracija.

[0051] Dalje, vrednosti pregledne tabele i/ili parametri gornje funkcije (ili podfunkcija) mogu se podesiti korišćenjem jedne ili više metoda podešavanja koje odgovaraju na statistiku. Na primer, vrednosti/parametri se mogu podesiti na osnovu odnosa prvog principa, ali se mogu koristiti i druge metode podešavanja. Alternativno ili dodatno, vrednosti pregledne tabele i/ili parametri gornje funkcije mogu se podesiti korišćenjem jedne ili više naprednih metoda podešavanja koje uključuju analizu vremenskih serija. Ovo omogućava optimalniji rad i time poboljšane performanse vetroturbine. Ovo takođe omogućava da se sadašnji postupak kontrole podesi tako da se aktivira samo za ključne situacije dok ima minimalan uticaj na druge situacije.

[0052] Funkcija može jednostavno da deluje kao funkcija vršnog opterećenja koja može da smanji lokalne pikove u radnom parametru koji se nalazi iznad unapred određene vrednosti praga. Takve funkcije vršnog opterećenja poznate su stručnjaku. Na taj način se može primeniti ili aktivirati vršno opterećenje tokom trajanja (tj. opsega) u kome radni parametar ostaje iznad vrednosti praga, čime se ograničava radni parametar. Izvan trake, vršno opterećenje se ne primenjuje i stoga radni parametar nije ograničen. Funkcija se može koristiti za smanjenje lokalnih pozitivnih pikova kao i lokalnih negativnih pikova.

[0053] Konvencionalni postupci kontrole opterećenja se aktiviraju korišćenjem snage, ugla nagiba, brzine vetra ili sličnog signala kao ulaza, što ih sprečava da razlikuju normalne i abnormalne nivoe vibracija. Ovo utiče na AEP jer vetroturbina često ne radi u režimu maksimalne snage. Predmetni postupak kontrole ima prednost u tome što se aktivira samo kada je nivo vibracije nenormalan (detektovano preko indikatora jačine), tako da ima zanemarljiv efekat na AEP.

[0054] Prema pronalasku, radni granični parametar ukazuje na minimalnu ili maksimalnu granicu radnog opsega radnog parametra.

[0055] Tokom rada, radni parametar se može menjati u okviru unapred određenog radnog opsega definisanog minimalnom radnom granicom i/ili maksimalnom radnom granicom. Radni granični parametar može ukazivati na maksimalnu operativnu granicu, pri čemu operativni parametar može slobodno da varira ispod maksimalne radne granice. Na primer, maksimalna radna granica može biti maksimalna vrednost potiska, maksimalna vrednost brzine rotacije ili vrednost maksimalne snage. Ovo omogućava turbini da radi u sigurnim uslovima.

[0056] Alternativno ili dodatno, radni granični parametar može ukazivati na minimalnu radnu granicu pri čemu radni parametar može slobodno da varira iznad minimalne radne granice. Na primer, minimalna radna granica može biti minimalna vrednost nagiba. Ovo ograničava minimalni ugao nagiba lopatica vetroturbine.

[0057] U ovoj konfiguraciji, radni granični parametar može se koristiti direktno u generatoru zadate tačke za generisanje kontrolnog signala za taj radni parametar. Na primer, ali ne ograničavajući se na, radni granični parametar i kontrolni signal mogu biti isti, npr. ugao nagiba, brzina rotacije, potisak ili drugi parametar koji se može kontrolisati. Dakle, nema potrebe da se generiše drugi kontrolni signal (npr. ugao nagiba) na osnovu radnog graničnog parametra (npr. potisak). Ovo omogućava da predmetna kontrolna šema deluje kao pametna funkcija vršnog opterećenja.

[0058] Funkcija može poželjno biti kontinuirana funkcija koja omogućava nesmetan početak i/ili kraj vršnog opterećenja. Alternativno, funkcija može biti funkcija po komadima koja definiše jednu ili više prelaznih traka na ili oko vrednosti praga, tako da se vršno opterećenje postepeno smanjuje i/ili gubi.

[0059] U gornjem postupku kontrolisanja vetroturbine, korak određivanja radnog graničnog parametra obuhvata:

[0060] - podela opsega indikatora ozbiljnosti na operativne zone definisane vrednostima praga, pri čemu vrednosti praga sadrže prvu vrednost praga i drugu vrednost praga, i

[0061] - upoređivanje indikatora ozbiljnosti sa vrednostima praga, pri čemu vrednosti praga sadrže prvu vrednost praga i drugu vrednost praga,

[0062] - pri čemu ako je indikator ozbiljnosti ispod prve vrednosti praga, određuje se prvi granični radni parametar, zatim vetroturbina radi u režimu upozorenja, a vetroturbina se stavlja u smanjeni radni režim da bi se detektovali ekstremni udari vetra; i

[0063] - pri čemu ako je indikator ozbiljnosti ili radni parametar iznad druge vrednosti praga, određuje se drugi radni granični parametar, tada vetroturbina radi u režimu smanjenog opterećenja, a rad vetroturbine se smanjuje da bi se smanjila ekstremna opterećenja.

[0064] Vrednosti praga označavaju radne zone, od kojih svaka definiše namensku podfunkciju ili vrednost radnog graničnog parametra. Ovo omogućava adaptivno aktiviranje predmetnog postupka kontrole.

[0065] Prema pronalasku, indikator ozbiljnosti (npr. parametar opterećenja zamorom) sadrži prvu vrednost praga i drugu vrednost praga. Prva vrednost praga i nula mogu zajedno da definišu zonu niskog opterećenja u kojoj nema ili ima niskih turbulencija. Prva i druga vrednost praga mogu zajedno da definišu zonu normalnog rada gde je prisutan normalan nivo turbulencija. Druga vrednost praga i više mogu zajedno da definišu zonu visokog opterećenja gde su prisutne ekstremne turbulencije. Rad vetroturbine se stoga može prilagoditi različitim nivoima vibracija.

[0066] [0044] Na primer, zona niskog opterećenja može da definiše prvi radni granični parametar ili podfunkciju, zona visokog opterećenja može da definiše drugi radni granični parametar ili podfunkciju, a normalna radna zona može da definiše treći radni granični parametar ili podfunkciju. Prvi radni granični parametar ili podfunkcija može se razlikovati od drugog radnog graničnog parametra ili podfunkcije. Dalje, treći radni granični parametar ili podfunkcija mogu se razlikovati od prvog i/ili drugog radnog graničnog parametra ili podfunkcija. Rad vetroturbine može se dalje prilagoditi različitim ograničenjima zadate tačke za kontrolni signal.

[0067] Pojedinačne vrednosti praga mogu se prilagoditi ili podesiti na određenu konfiguraciju vetroturbine. Predmetni postupak kontrole opterećenja se stoga može fino podesiti tako da se aktivira samo za kritične situacije i ima zanemarljiv efekat u drugim situacijama.

[0068] Prema jednom tehničkom rešenju, prvi kontrolni signal se određuje na osnovu prvog radnog graničnog parametra, pri čemu vetroturbina radi u prvom režimu u skladu sa prvim kontrolnim signalom.

[0069] Radni granični parametar se može uneti u generator zadate tačke u kontroleru zajedno sa jednim ili više drugih ulaznih signala. Generator zadate tačke može biti konfigurisan da generiše odgovarajući kontrolni signal za kontrolu određenog radnog parametra vetroturbine, kao što je objašnjeno kasnije, tokom rada. Kontrolni signal može da definiše referentnu zadatu vrednost za taj radni parametar, pri čemu radni granični parametar može da definiše gornju ili donju granicu tog radnog parametra. Na primer, radni parametar može biti sila potiska koja deluje na vetroturbinu, obrtni moment ili brzina rotacije rotora, zajednički ili pojedinačni ugao nagiba lopatica vetroturbine, generisana snaga ili drugi pogodan radni parametar.

[0070] Kontrolor može da utvrdi da je izračunati indikator ozbiljnosti između prve i druge vrednosti praga, a zatim vetroturbina može da radi u normalnom režimu rada. U ovom normalnom režimu rada, vetroturbina može da radi kako bi proizvela maksimalnu snagu i različite kontrolne signale, npr. referentne zadate vrednosti, mogu se odrediti u skladu sa tim. U ovom normalnom režimu rada, radni parametar može slobodno da varira ispod gornje granice i/ili iznad donje granice, tako da kontrolni signal može ostati nepromenjen.

[0071] Ako radni parametar pređe gornju granicu ili padne ispod donje granice, trenutna kontrola opterećenja može da se aktivira i generator zadate tačke može da modifikuje kontrolni signal da smanji opterećenje. Kada radni parametar ponovo prođe gornju ili donju granicu, predmetna kontrola opterećenja se može deaktivirati i generator zadate tačke može slobodno odrediti kontrolni signal. Ovo omogućava predmetnom postupku kontrole da otkrije ekstremne udare vetra, kao što su udari ekstremne koherentnosti sa promenom smera (ECD).

[0072] U skladu sa jednim tehničkim rešenjem, drugi kontrolni signal se određuje na osnovu drugog radnog graničnog parametra, pri čemu vetroturbina radi u drugom režimu prema drugom kontrolnom signalu.

[0073] Prema pronalasku, ako kontroler utvrdi da je izračunati indikator ozbiljnosti ispod prve vrednosti praga, onda vetroturbina radi u režimu upozorenja. U ovom režimu upozorenja, vetroturbina se stavlja u smanjeni režim rada kako bi detektovala ekstremne nalete vetra. Generator zadate tačke može tako da modifikuje kontrolni signal tako da se radni parametar smanji ispod gornje granice definisane prvim radnim graničnim parametrom. Predmetna kontrola opterećenja se tada može aktivirati ili deaktivirati, kao što je gore opisano.

[0074] Prema pronalasku, ako kontroler utvrdi da je izračunati indikator ozbiljnosti iznad druge vrednosti praga, onda vetroturbina radi u režimu smanjenog opterećenja. U ovom režimu smanjenog opterećenja, rad vetroturbine je smanjen da bi se smanjila ekstremna opterećenja. Generator zadate tačke može tako da modifikuje kontrolni signal tako da se radni parametar smanji ispod gornje granice definisane drugim radnim graničnim parametrom. Predmetna kontrola opterećenja se tada može aktivirati ili deaktivirati, kao što je gore opisano.

[0075] Po izboru, parametri predmetne kontrolne šeme mogu da se izaberu tako da vetroturbina može da radi u režimu pojačanog rada gde je zadata vrednost snage povećana. Po izboru, parametri predmetne kontrolne šeme mogu da se izaberu tako da vetroturbina može da radi u režimu rada sa smanjenom nominalnošću gde je smanjena zadata vrednost snage. Po izboru, parametri predmetne kontrolne šeme mogu biti odabrani tako da se kontrolni signal može koristiti za obavljanje individualne kontrole nagiba lopatica vetroturbine, čime se smanjuje moment savijanja korena lopatice.

[0076] Cilj predmetnog pronalaska se dalje postiže vetroturbinom koja sadrži:

[0077] - toranj vetroturbine,

[0078] - gondolu postavljenu na vrhu tornja vetroturbine,

[0079] - rotor sa najmanje dve lopatice vetroturbine koje su rotirajuće u odnosu na gondolu, - kontrolni sistem vetroturbine koji se sastoji od kontrolera i senzorske jedinice, pri čemu senzorska jedinica sadrži senzor vibracija, pri čemu je kontroler konfigurisan da kontroliše rad vetroturbine, senzorska jedinica je električno povezana sa kontrolerom i senzor vibracija je konfigurisan da meri signal vibracije vetroturbine koji ukazuje na turbulenciju, - pri čemu je kontroler dalje konfigurisan da izračunava indikator ozbiljnosti na osnovu signala vibracije, da odredi višestruki radni granični parametri kao funkciju indikatora ozbiljnosti, da odredi višestruki kontrolni signal na osnovu radnih graničnih parametara i da kontroliše rad vetroturbine prema kontrolnom signalu.

[0080] Kontroler je konfigurisan da odredi radni granični parametar kao funkciju indikatora ozbiljnosti na sledeći način:

[0081] - podela opsega indikatora ozbiljnosti na operativne zone definisane najmanje jednom vrednošću praga, pri čemu najmanje jedna vrednost praga sadrži prvu vrednost praga i drugu vrednost praga, i

[0082] - upoređivanje indikatora ozbiljnosti sa najmanje jednom vrednošću praga, pri čemu - ako je indikator jačine ispod prve vrednosti praga, određuje se prvi radni granični parametar, zatim vetroturbina radi u režimu upozorenja, a vetroturbina se stavlja u smanjeni režim rada kako bi se detektovali ekstremni udari vetra;

[0083] - ako je indikator ozbiljnosti iznad druge vrednosti praga, određuje se drugi radni granični parametar, tada vetroturbina radi u režimu smanjenog opterećenja, a rad vetroturbine se smanjuje da bi se smanjila ekstremna opterećenja.

[0084] Ovo obezbeđuje jednostavnu i pouzdanu šemu upravljanja za smanjenje ekstremnih opterećenja u vetroturbini bez smanjenja godišnje proizvodnje energije (AEP - annual energy production). Nema potrebe za merenjem turbulencije vetra koja je obično povezana sa velikim nesigurnostima. Zazor od vrha do tornja pri velikim opterećenjima lopatica može se stoga povećati bez povećanja krutosti, a time i težine lopatica vetroturbine. Ovo zauzvrat omogućava da se smanji zamor staze u ležajevima lopatica, ležajevima glavčine i glavnim ležajevima.

[0085] Predmetna kontrolna šema prati nivo ozbiljnosti vetroturbine meren pomoću senzora vibracija dajući pouzdan prikaz turbulencije. Konvencionalne kontrolne šeme koje koriste senzore turbulencije za direktno merenje turbulencije, međutim, takva merenja nisu pouzdana jer se polje vetra meri u ograničenom broju tačaka. Nivo vibracije se koristi za određivanje radnog graničnog parametra određenog kontrolnog signala koji se koristi za kontrolu rada vetroturbine. Ovo omogućava da se predmetna kontrolna šema implementira u sistem kontrole vetroturbina novih vetroturbina.

[0086] [0058] Vetroturbina sadrži toranj vetroturbine, gondolu postavljenu na vrhu tornja vetroturbine i rotor postavljen u odnosu na gondolu. Rotor sadrži dve ili više lopatica vetroturbine povezanih sa glavčinom rotora. Rotor je povezan sa generatorom preko rotacionog vratila. Rotor, gondola i gornji deo tornja vetroturbine zajedno definišu gornji deo vetroturbine. Sistem ležaja za nagib je postavljen između glavčine i korena lopatice ili između dva dela lopatice za usmeravanje najmanje spoljašnjeg dela lopatice vetroturbine. Između tornja vetroturbine i gondole postavljen je sistem ležaja za skretanje, za skretanje gondole i rotora u odnosu na smer vetra.

[0087] U vetroturbini je ugrađen kontrolni sistem vetroturbine za kontrolu i praćenje rada vetroturbine. Kontrolni sistem vetroturbine sadrži kontroler koji je električno povezan sa jednim ili više senzora vibracija koji se nalaze u gornjem delu vetroturbine. Dalji senzori mogu biti postavljeni na ili u vetroturbini i električno povezani sa kontrolerom za praćenje drugih parametara rada. Na primer, vetroturbina može da sadrži senzor ugla nagiba, senzor obrtnog momenta, senzor brzine rotacije, senzor potiska i/ili druge odgovarajuće senzore

[0088] Prema jednom tehničkom rešenju, senzorska jedinica je postavljena u gornjem delu vetroturbine, pri čemu je senzorska jedinica konfigurisana da meri najmanje jedno od ubrzanja, brzina ili pomeranja u najmanje jednom smeru.

[0089] Senzor vibracija može na primer, ali nije ograničen na, biti merač naprezanja, senzor pomeranja, akcelerometar, senzor brzine ili optička senzorska jedinica. Senzorska jedinica sa optičkim vlaknima može da sadrži optički izvor svetlosti koji prenosi optički signal u optičko vlakno gde detektor prima optički signal koji se odbija od optičkog vlakna. Ovo omogućava merenje vibracija korišćenjem bilo kog odgovarajućeg senzora vibracija

[0090] Poželjno, senzor vibracija je akcelerometar konfigurisan da meri ubrzanja u najmanje jednom smeru. Alternativno, akcelerometar može biti konfigurisan da meri ubrzanja u više smerova, kao što su X-osa, Y-osa i/ili Z-osa. Senzor vibracija, npr. akcelerometar, može biti postojeći senzor u vetroturbini, tako da ne treba instalirati nove senzore. Alternativno, vetroturbina može biti naknadno opremljena senzorom vibracija, npr. akcelerometar, kako bi se izmerila ubrzanja. Ovo omogućava da se predmetna kontrolna šema takođe naknadno ugradi u kontrolni sistem vetroturbine postojećih vetroturbina, čime se omogućava nadogradnja postojećih vetroturbina.

[0091] Karakteristike vibracija, npr. ubrzanja, pokazali su da imaju veoma dobru korelaciju sa karakteristikama turbulencije vetra. Zbog toga se turbulencije mogu meriti indirektno preko senzora vibracija, npr. akcelerometar, koji obezbeđuje pouzdano merenje. Nema potrebe za senzorom turbulencije.

[0092] Prema jednom tehničkom rešenju, indikator ozbiljnosti je kratkoročna vrednost.

[0093] [0065] Kontroler može biti konfigurisan da izračuna indikator ozbiljnosti, npr. parametar opterećenja na zamor, zasnovan na izmerenom signalu vibracije. Alternativno, izmereni signal vibracije se može transformisati u frekvencijski domen pre izračunavanja indikatora ozbiljnosti. Indikator ozbiljnosti, ili parametar opterećenja na zamor, može povoljno da bude kratkoročna vrednost, npr. parametar kratkotrajnog opterećenja od zamora. Signal vibracije se može uneti u modul indikatora ozbiljnosti kontrolera koji je konfigurisan da izračuna indikator ozbiljnosti. Ovo omogućava optimalnu detekciju nivoa vibracija. U skladu sa jednim tehničkim rešenjem, kontroler je konfigurisan da izračuna indikator ozbiljnosti koristeći najmanje jedan od cikličnog brojača, RMS algoritma ili algoritma za usrednjavanje.

[0094] Modul indikatora ozbiljnosti može poželjno koristiti algoritam cikličkog brojanja za izračunavanje parametra akumuliranog opterećenja zamora u realnom vremenu. Na primer, ciklični brojač može biti brojač za „rainflow“. Međutim, može se koristiti i drugi tip cikličnog brojača. Ovo omogućava optimalan proračun nivoa ozbiljnosti.

[0095] Međutim, modul ozbiljnosti može takođe da koristi RMS ili algoritam za usrednjavanje da izračuna RMS vrednost ili prosečnu vrednost u realnom vremenu. Ovo takođe omogućava optimalan proračun nivoa ozbiljnosti.

[0096] Prema jednom tehničkom rešenju, radni granični parameter određuje kontroler korišćenjem pregledne tabele ili funkcije implementirane u kontroleru.

[0097] Prema tehničkom rešenju za koje se ne traži zaštita, kontroler može da koristi preglednu tabelu da odredi radni granični parametar određenog kontrolnog signala. Pregledna tabela može biti implementirana u kontroleru, ili u bazi podataka koja je povezana sa kontrolerom. Radni granični parametar može se uneti u generator zadate tačke kontrolera, zajedno sa trenutnom vrednošću radnog parametra. Radni parametar može biti određen modulom operativnih parametara kontrolera. Alternativno, radni parametar može da odredi generator zadate tačke. Generator zadate tačke može tada odrediti kontrolni signal prema ovom radnom graničnom parametru i trenutnoj vrednosti. Ovo omogućava jednostavan i efikasan način kontrole rada vetroturbine.

[0098] Prema pronalasku, umesto da koristi preglednu tabelu, kontroler primenjuje unapred određenu funkciju na izračunati indikator ozbiljnosti da bi odredio radni granični parametar. Funkcija može biti kontinuirana funkcija ili funkcija po komadima, kao što je ranije opisano. Ovo omogućava da se radni granični parametar prilagodi trenutnom nivou opterećenja.

[0099] [0071] Kada je radni parametar ispod gornje granice i/ili iznad donje granice, odgovarajući kontrolni signal ostaje nepromenjen. Kada radni parametar pređe gornju granicu i/ili padne ispod donje granice, kontrolni signal se modifikuje kako bi se radni parametar ponovo doveo u bezbedne radne granice.

[0100] Predmetna kontrolna šema može odrediti radne granične parametre višestrukih radnih parametara koristeći pojedinačne funkcije. Pojedinačni radni granični parametri zajedno sa radnim parametrima mogu biti uneti u jedan ili više generatora zadate tačke. Ovo omogućava predmetnoj kontrolnoj šemi da prilagodi rad vetroturbine ako je ispunjeno više uslova. Na primer, generator zadate tačke može povećati zadatu tačku snage, ako su dva ili više radnih parametara ispod odgovarajućih radnih graničnih parametara unutar istog opsega opterećenja.

[0101] Prema jednom tehničkom rešenju, kontrolni signal je najmanje jedan od signala za kontrolu koraka, signala za kontrolu potiska, signala za kontrolu obrtnog momenta ili signala za kontrolu brzine rotacije.

[0102] Kontrolni signal može poželjno biti signal kontrole potiska koji se koristi za kontrolu nivoa potiska koji deluje na vetroturbinu. Ovo je posebno korisno jer potisak ne utiče na proračun snage. Dalje, ovo omogućava povećanje klirensa od vrha do tornja pri velikim opterećenjima.

[0103] Kontrolni signal može takođe biti podešena tačka nagiba koja se koristi za kontrolu zajedničkog ugla nagiba ili pojedinačnih uglova nagiba za lopatice vetroturbine. Kontrolni signal može takođe biti zadata tačka obrtnog momenta ili zadata vrednost brzine rotacije koja se koristi za kontrolu obrtnog momenta ili brzine rotacije rotora. Ovo omogućava predmetnoj kontrolnoj šemi, kada se aktivira, da prilagodi rad vetroturbine.

[0104] Po izboru, kontrolni signal može biti zadata vrednost snage koja se koristi za kontrolu proizvodnje energije vetroturbine. Predmentna kontrolna šema se stoga može koristiti za povećanje ili smanjenje proizvodnje energije u zavisnosti od trenutnog nivoa ozbiljnosti.

[0105] Predmentna kontrolna šema može prilagoditi radni granični parametar prema trenutnom nivou ozbiljnosti, kao što je ranije pomenuto. Opseg indikatora ozbiljnosti može se podeliti na dve ili više zona opterećenja prema vrednostima praga. Dalje, opseg radnog parametra može se podeliti na još dve operativne zone prema vrednostima praga. Granica radnog parametra, a samim tim i kontrolni signal mogu se tako prilagoditi trenutnom nivou ozbiljnosti, npr. nivo opterećenja.

[0106] [0078] Na primer, ako se nivo ozbiljnosti poveća ili smanji preko jedne vrednosti praga, a radni parametar ostane ispod gornje granice i/ili iznad donje granice, tada kontrolni signal, a samim tim i režim rada mogu ostati nepromenjeni. Na primer, ako se nivo ozbiljnosti poveća ili smanji preko jedne vrednosti praga i radni parametar na taj način pređe gornju granicu i/ili padne ispod donje granice, tada se kontrolni signal, a time i režim rada, može promeniti.

[0107] Na primer, ako radni parametar dok ostaje unutar jedne zone opterećenja ostane ispod gornje granice i/ili iznad donje granice, tada kontrolni signal i samim tim način rada mogu ostati nepromenjeni. Na primer, ako radni parametar, dok ostaje u jednoj zoni opterećenja, premašuje gornju granicu i/ili padne ispod donje granice, tada se kontrolni signal, a time i režim rada, može promeniti.

[0109] Opis slika nacrta

[0111] Pronalazak je opisan samo primerom i pozivanjem na slike nacrta, pri čemu:

[0112] Sl. 1 prikazuje primer tehničkog rešenja vetroturbine,

[0113] Sl. 2 prikazuje prvo tehničko rešenje šeme kontrole opterećenja,

[0114] Sl. 3 prikazuje drugo tehničko rešenje predmetne šeme kontrole opterećenja,

[0115] Sl. 4 prikazuje primer grafika vršnog opterećenja radnog parametra,

[0116] Sl. 5 prikazuje primer grafikaa radnog graničnog parametra sa vrednostima praga,

[0117] Sl. 6 prikazuje primer grafika podešenih vrednosti praga radnog graničnog parametra korišćenjem tehnike brzog podešavanja,

[0118] Sl. 7 prikazuje četiri primera grafika podešenih vrednosti praga radnog graničnog parametra korišćenjem različitih tehnika podešavanja,

[0119] Sl. 8 prikazuje grafik izmerenog radnog parametra primera vetroturbine na terenu u kojoj je implementirana predmetna kontrolna šema opterećenja,

[0120] Sl. 9 prikazuje pet radnih parametara primera vetroturbine sa i bez postojeće šeme opterećenja koja se primenjuje tokom malih turbulencija,

[0121] Sl. 10 prikazuje pet radnih parametara primera vetroturbine sa i bez postojeće šeme opterećenja koja se primenjuje tokom normalnog rada, i

[0122] Sl. 11 prikazuje pet radnih parametara primera vetroturbine sa i bez postojeće šeme opterećenja koja se primenjuje tokom velikih turbulencija.

[0123] U daljem tekstu, slike će biti opisane jedna po jedna, a različiti delovi i položaji koji se vide na slikama biće numerisani istim brojevima na različitim slikama. Svi delovi i položaji naznačeni na određenoj slici neće nužno biti razmatrani zajedno sa tom slikom.

[0124] Lista pozivnih oznaka

[0126]

[0127] 1. Vetroturbina

[0128] 2. Toran vetroturbine

[0129] 3. Gondola

[0130] 4. Mehanizam skretanja

[0131] 5. Lopatice vetroturbine

[0132] 6. Glavčina rotora

[0133] 7. Mehanizam nagiba

[0134] 8. Kraj vrha

[0135] 9. Osnova lopatice

[0136] 20. Vodeća ivica

[0137] 11. Zadnja ivica

[0138] 12. Kontrolni sistem vetroturbine 13. Senzor vibracija

[0139] 14. Senzorske jedinice

[0140] 15. Kontrolor

[0141] 16. Mehanizam kočenja

[0142] 17. Modul indikatora ozbiljnosti 18. Indikator ozbiljnosti

[0143] 19. Pregledna tabela

[0144] 20. Radni granični parametar 21. Generator zadate tačke 22. Radni parameter

[0145] 23. Radni signal

[0146] 24. Radni nivo

[0147] 25. Vrednost praga

[0148] 26. Opseg

[0149] 27. Prva vrednost praga 28. Druga vrednost praga

[0151] Detaljan opis pronalaska

[0153] Sl.1 prikazuje vetroturbinu 1 koja sadrži toranj 2 vetroturbine i gondolu 3 postavljenu na vrhu tornja 2 vetroturbine. Mehanizam skretanja 4 je postavljen između gondole 3 i tornja 2 vetroturbine i konfigurisan da zakreće gondolu 3 oko ose skretanja i skretanja. Rotor koji sadrži najmanje dve lopatice 5 vetroturbine i glavčinu je rotirajući postavljen u odnosu na gondolu 3 i povezan je sa pogonom u vetroturbini 1 preko osovine rotora. Lopatice 5 vetroturbine su povezane sa glavčinom 6 rotora preko mehanizma nagiba 7. Mehanizam nagiba 7 je konfigurisan da naginje svaku lopaticu 5 vetroturbine oko nagibne ose u ugao nagiba.

[0154] Svaka lopatica 5 vetroturbine pruža se od vrha 8 do korena 9 lopatice i dalje od prednje ivice 10 do zadnje ivice 11. Lopatica 5 vetroturbine ima školjku lopatice koja ima aerodinamički profil koji definiše stranu pritiska i usisnu stranu.

[0155] Vetroturbina 1 sadrži kontrolni sistem 12 vetroturbe, koji sadrži kontroler 15 konfigurisan da kontroliše rad vetroturbine 1 i niza senzorskih jedinica 14 konfigurisanih za određeni broj radnih parametara. Svaka senzorska jedinica 14 je u komunikaciji sa kontrolerom 15 preko žičane ili bežične veze. Navedene senzorske jedinice 15 sadrže najmanje jedan od senzora ugla nagiba, senzora obrtnog momenta, senzora brzine rotacije, senzora potiska, senzora brzine vetra ili odgovarajućih senzora. Dalje, jedinica 13 senzora vibracija je postavljena u gornjem delu vetroturbine i konfigurisana da meri vibracije vetroturbine 1. Ovde je senzor 13 vibracija postavljen na tornju 2 vetroturbine, ali se može postaviti bilo gde na gornjem delu vetroturbine 1.

[0156] Kočioni sistem je postavljen u odnosu na rotor ili rotaciono vratilo i sadrži mehanizam 16 kočenja konfigurisan da koči brzinu rotacije rotora. Kočioni sistem je povezan sa kontrolerom 15, pri čemu kontroler 15 kontroliše rad kočionog sistema. Dalje, kontroler 15 je povezan i kontroliše rad sistema nagiba za pomeranje lopatica 5 vetroturbine, pri čemu mehanizam 7 nagiba čini deo sistema nagiba.

[0157] Sl. 2 prikazuje prvo tehničko rešenje šeme kontrole opterećenja koja je implementirana u kontroleru 15 kontrolnog sistema 12 vetroturbine.

[0158] Vibracije se mere u realnom vremenu i signal sa senzora 113 vibracije se unosi u modul 17 indikatora ozbiljnosti koji izračunava indikator 18 ozbiljnosti na osnovu signala vibracije.

[0159] Funkcija transformacije, npr. FFT funkcija se primenjuje na izmereni signal vibracija pre izvođenja analize spektra za određivanje indikatora 18 ozbiljnosti. Ovde se indikator 18 ozbiljnosti izračunava kao parametar opterećenja zamorom. Ovo omogućava pouzdano indirektno merenje turbulencije bez upotrebe senzora turbulencije.

[0160] Kontroler 15 koristi preglednu tabelu 19 u ovom tehničkom rešenju za koje se ne traži zaštita za određivanje radnog graničnog parametra 20 za određeni radni parametar vetroturbine 1. Radni granični arametar 20 se unosi u generator 21 zadatih tačaka koji generiše kontrolni signal na osnovu izlaza iz pregledne tabele 19. Ovde je kontrolni signal Θ ugla nagiba. Kontrolni signal koristi kontroler 15 za kontrolu rada vetroturbine 1. Ovo omogućava da se predmetna šema opterećenja aktivira samo u kritičnim situacijama bez uticaja na AEP.

[0161] Sl.3 prikazuje drugo tehničko rešenje šeme kontrole opterećenja za koje se ne traži zaštita u kojoj se indikator 18 ozbiljnosti koristi za određivanje višestrukih kontrolnih signala. Ovde se indikator 18 ozbiljnosti koristi od strane kontrolera 15 za određivanje prvog radnog graničnog parametra 20’ korišćenjem prve pregledne tabele 19’. Prvi radni granični parametar 20’ se unosi u prvi generator 21’ zadate tačke koji generiše prvi kontrolni signal, npr. signal Θ za kontrolu nagiba.

[0162] Slično, indikator 18 ozbiljnosti koristi kontroler 15 za određivanje drugog radnog graničnog parametra 20" koristeći drugu preglednu tabelu 19’’. Drugi radni granični parametar 20" se unosi u drugi generator 21’’ zadate tačke koji generiše drugi kontrolni signal, npr. signal ω za kontrolu brzine rotacije.

[0163] Dalje, indikator 18 ozbiljnosti koristi kontroler 15 za određivanje trećeg radnog graničnog parametra 20‴ korišćenjem treće pregledne tabele 19‴. Treći radni granični parametar 20‴ se unosi u treći generator 21‴ zadate tačke koji generiše treći kontrolni signal, npr. signal τ za kontrolu obrtnog momenta.

[0164] Prema pronalasku, umesto korišćenja pregledne tabele 19, 19’, 19", 19‴, kontroler 15 određuje radni granični parametar 20, 20’, 20’’, 20‴ kao funkciju signala indikatora 18 ozbiljnosti.

[0165] Sl. 4 prikazuje primer grafika vršnog opterećenja izmerenog radnog parametra 22 vetroturbine 1 korišćenjem jedne od senzorskih jedinica 14. X-osa pokazuje radni signal 23 vetroturbine 1, a Y-osa pokazuje radni nivo 24 ili amplitudu radnog parametra 22.

[0166] [0095] Ovde, gornja funkcija primenjena na indikator 18 ozbiljnosti 18 deluje kao vršni „shaver“ koji se aktivira kada radni parametar 22 premaši unapred određenu vrednost 25 praga. Vršno opterećenje se primenjuje unutar opsega 26 definisanog trajanjem tokom kojeg radni parametar ostaje iznad vrednosti 25 praga.

[0167] Širina opsega može da varira u zavisnosti od izabrane vrednosti praga. Na primer, vrednost praga se može odrediti kao procenat maksimalne amplitude radnog parametra 22.

[0168] Sl. 5 prikazuje primer grafika radnog graničnog parametra 20 podeljenog na više zona definisanih skupom vrednosti praga. X-osa označava indikator 18 ozbiljnosti, a Y-osa pokazuje nivo ozbiljnosti ili amplitudu. Opseg indikatora 18 ozbiljnosti podeljen je u tri zone sa prvom vrednošću 27 praga i drugom vrednošću 28 praga, kao što je prikazano na sl.5.

[0169] Prva vrednost 27 praga i nula definišu zonu malog opterećenja u kojoj je gornja granica radnog parametra 22 smanjena na prvi radni granični parametar 20 ’. U ovom režimu, vetroturbina 1 radi u režimu upozorenja tako da vetroturbina 1 može da otkrije i reaguje na ekstremne uslove vetra.

[0170] Prva i druga vrednost 27, 28 praga definišu zonu normalnog rada u kojoj je radni granični parametar 20 postavljen na treći radni granični parametar 20‴ koji ukazuje na maksimalnu gornju granicu. U ovom režimu rada turbina na vetar 1 proizvodi maksimalnu snagu.

[0171] Druga vrednost 28 praga i više definišu zonu visokog opterećenja u kojoj je gornja granica radnog parametra 22 smanjena na drugi radni granični parametar 20".

[0172] U ovom režimu, vetroturbina 1 radi u režimu smanjenog opterećenja gde su ekstremna opterećenja svedena na bezbedne uslove rada.

[0173] Sl. 6 prikazuje primer grafika podešenih vrednosti praga radnog graničnog parametra 20 korišćenjem tehnike brzog podešavanja. Ovde se vrednosti praga podešavaju korišćenjem prethodnih ili simuliranih merenja vetroturbine 1.

[0174] Prva i druga vrednost praga i različiti nivoi radnog graničnog parametra 20 unutar različitih zona su podešeni tako da se trenutna šema opterećenja aktivira samo u kritičnoj situaciji dok ima minimalan efekat u drugim situacijama, kao što je prikazano na sl.7.

[0175] Na sl. 6, različite vrednosti radnog graničnog parametra 20 su podešene koristeći samo statistiku. Međutim, vrednosti radnog graničnog parametra 20 takođe mogu da se podese korišćenjem napredne tehnike podešavanja, kao što je prikazano na sl.7.

[0176] [0105] Sl.7 prikazuje četiri primera grafika podešenih vrednosti praga parametra 20 korišćenjem različitih tehnika podešavanja. Kao što je ilustrovano na sl. 7, gornje granične vrednosti radnig graničnih parametra 20 u različitim zonama su podešene tako da se trenutna šema opterećenja aktivira samo u kritičnim situacijama. Slično tome, prva i druga vrednost 27, 28 praga su podešene tako da je širina opsega svake zone prilagođena podešavanjima i konfiguracijama vetroturbine 1.

[0177] Sl. 8 prikazuje grafik izmerenog radnog parametra 22’ primerne vetroturbine 1' na terenu u kojoj je implementirana predmetna šema opterećenja. Ovde, isprekidana linija označava radni granični parametar 20’ implementiran u toj vetroturbini 1’.

[0178] Ovde, X-osa označava indikator 18 ozbiljnosti, a Y-osa pokazuje nivo ili amplitudu radnog parametra 22’.

[0179] Kao što je ilustrovano, radni parametar 22 prati vrednosti radnog graničnog parametra 20’. Ovo ukazuje da predmetna šema opterećenja ne utiče na AEP, kada je aktivirana.

[0180] Sl. 9 prikazuje pet radnih parametara primera vetroturbine 1" sa i bez postojeće šeme opterećenja primenjene tokom malih turbulencija. U ovoj situaciji vetroturbina 1" radi u režimu malog opterećenja.

[0181] Grafici 30 pokazuju radne parametre vetroturbine 1" sa primenjenom predmetnom šemom opterećenja. Grafici 31 pokazuju radne parametre vetroturbine 1" bez primenjene predmetne šeme opterećenja.

[0182] Kao što je naznačeno na najnižim graficima 30, 31 na sl.9, rastojanje od vrha do tornja je povećano (označeno strelicom 29) sa predmetnom šemom opterećenja. Tako se težina i troškovi lopatica 5 vetroturbine mogu smanjiti jer nije potrebna dodatna čvrstoća strukture. Sl.10 prikazuje pet radnih parametara vetroturbine 1" sa i bez predmetne šeme opterećenja primenjenih tokom normalnog rada. Kao što je prikazano na graficima 30, vetroturbina 1" je bila podvrgnuta ekstremnim uslovima naleta vetra u ovom režimu.

[0183] Ovi ekstremni uslovi naleta vetra su otkriveni (označeni strelicom 32) predmetnom šemom opterećenja i radni parametri 22 vetroturbine 1" su ograničeni u skladu sa radnim graničnim parametrima 20. Dakle, predmetna šema opterećenja takođe deluje kao bezbednosna karakteristika za rad vetroturbine.

[0184] Sl. 11 prikazuje prikazuje pet radnih parametara vetroturbine 1" sa predmetnom šemom opterećenja koja se primenjuje tokom velikih turbulencija. Kao što je prikazano na graficima 30, predmetna šema opterećenja je bila aktivirana samo u kritičnim situacijama opterećenja.

Claims (14)

1. Patentni zahtevi

1. Postupak kontrolisanja vetroturbine (1) pomoću indirektnih merenja turbulencije, pri čemu vetroturbina turbine (1) sadrži toranj (2) vetroturbine, gondolu (3) postavljenu na vrhu tornja (2) vetroturbine, rotor sa najmanje dve lopatice (5) vetroturbine postavljene rotirajuće u odnosu na gondolu (3), i kontrolni sistem (12) vetroturbine koji sadrži kontroler (15) i senzorsku jedinicu (13, 14), pri čemu je kontroler (15) konfigurisan da kontroliše rad vetroturbine (1), a senzorska jedinica (13, 14) je električno povezana sa kontrolerom (15) i konfigurisana da meri signal vibracije vetroturbine (1), pri čemu senzorska jedinica (13, 14) sadrži senzor (13) vibracija, pri čemu postupak obuhvata korake:

- merenje vibracionog signala vetroturbine (1) koji ukazuje na turbulenciju pomoću senzora (13) vibracija,

- izračunavanje indikatora (18) ozbiljnosti na osnovu signala vibracije, pri čemu je indikator (18) ozbiljnosti signal koji ukazuje na nivo jačine trenutnih vibracija vetroturbine (1),

- određivanje radnog graničnog parametra (20) kao funkcije indikatora (18) ozbiljnosti, pri čemu radni granični parametar (20) ukazuje na minimalnu ili maksimalnu granicu radnog opsega radnog parametra (22) vetroturbine (1),

- određivanje kontrolnog signala za upravljanje radnim parametrom (22) na osnovu radnog graničnog parametra (20), i

- kontrolisanje rada vetroturbine (1) prema kontrolnom signalu, pri čemu korak određivanja radnog graničnih parametara (20) obuhvata,

- podelu opsega indikatora (18) ozbiljnosti na operativne zone definisane vrednostima (27, 28) praga, pri čemu vrednosti (27, 28) praga sadrže prvu vrednost (27) praga i drugu vrednost (28) praga, i

- upoređivanje indikatora (18) ozbiljnosti sa vrednostima (27, 28) praga, pri čemu ako je indikator (18) ozbiljnosti iznad prve vrednosti (27) praga, određuje se prvi radni granični parametar (20'), tada vetroturbina radi u režimu upozorenja, a vetroturbina se stavlja u smanjeni režim rada kako bi se detektovali ekstremni udari vetra; i

ako je indikator (18) ozbiljnosti iznad druge vrednosti (28) praga, određuje se drugi radni granični parametar (20"), tada vetroturbina radi u režimu smanjenog opterećenja, a rad vetroturbine se smanjuje radi smanjenja ekstremnih opterećenja.

2. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time da se signal vibracije meri u gornjem delu vetroturbine (1).

3. Postupak prema zahtevu 1 or 2, naznačen time da se vibracije se mere u realnom vremenu.

4. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 3, naznačen time da se indikator (18) ozbiljnosti izračunava u unapred određenom vremenskom periodu.

5. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time da prvi kontrolni signal se određuje na osnovu prvog radnog graničnog parametra (20'), pri čemu vetroturbina (1) radi u prvom režimu prema prvom kontrolnom signalu.

6. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time da se drugi kontrolni signal određuje na osnovu drugog radnog graničnog parametra (20"), pri čemu vetroturbina (1) radi u drugom režimu prema drugom kontrolnom signalu.

7. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time da se treći radni granični parametar (20"’) određuje ako je indikator (18) ozbiljnosti iznad prve vrednosti (27) praga i ispod druge vrednosti (28) praga.

8. Postupak prema zahtevu 7, naznačen time da se treći kontrolni signal određuje na osnovu trećeg radnog graničnog parametra (20‴), pri čemu se vetroturbina (1) kontroliše u normalnom režimu rada prema trećem kontrolnom signalu.

9. Vetroturbina (1) koja sadrži:

- toranj (2) vetroturbine,

- gondolu (3) postavljenu na vrhu tornja (2) vetroturbine,

- rotor sa najmanje dve lopatice (5) vetriturbine postavljene rotirajuće u odnosu na gondolu (3),

- kontrolni sistem (12) vetroturbine koji sadrži kontroler (15) i senzorsku jedinicu (13, 14), pri čemu senzorska jedinica (13, 14) sadrži senzor (13) vibracija, pri čemu je kontroler (15) konfigurisan da kontroliše rad vetroturbine (1), senzorska jedinica (13, 14) je električno povezana sa kontrolerom (15) a senzor (13) vibraciaj je konfigurisan da meri signal vibracije vetroturbine (1),

- pri čemu je kontroler (15) dalje konfigurisan da izračunava indikator (18) ozbiljnosti na osnovu signala vibracije, da odredi radni granični parametar (20) kao funkciju indikatora (18) ozbiljnosti, pri čemu je indikator (18) ozbiljnosti signal koji ukazuje na nivo jačine trenutnih vibracija vetroturbine (1), a radni granični parametar (20) ukazuje na minimalnu ili maksimalnu granicu radnog opsega radnog parametra (22) vetroturbine (1),

- pri čemu je kontroler (15) dalje konfigurisan da odredi kontrolni signal za kontrolu radnog parametra (22) na osnovu radnog graničnog parametra (20), i da kontroliše rad vetroturbine (1) prema kontrolnom signalu,

pri čemu je kontroler (15) dalje konfigurisan da odredi radni granični parametar (20) kao funkciju indikatora (18) ozbiljnosti:

- deljenjem opsega indikatora (18) ozbiljnosti na operativne zone definisane vrednostima (27, 28) praga, pri čemu vrednosti (27, 28) praga sadrže prvu vrednost (27) praga i drugu vrednost (28) praga,

- upoređivanje indikatora (18) ozbiljnosti sa vrednostima (27, 28) praga, i

- ako je indikator (18) ozbiljnosti ispod prve vrednosti (27) prava, određuje se prvi radni granični parametar (20'), tada vetroturbina radi u režimu upozorenja, a vetroturbina se stavlja u smanjeni režim rada kako bi se detektovali ekstremni udari vetra; i

- ako je indikator (18) ozbiljnosti iznad druge vrednosti (28) praga, određuje se drugi radni granični parametar (20"), tada vetroturbina (1) radi u režimu smanjenog opterećenja, a rad vetroturbine (1) se smanjuje radi smanjenja ekstremnih opterećenja.

10. Vetroturbina prema zahtevu 9, naznačen time da je senzor (13) vibracija u gornjem delu vetroturbine (1), pri čemu je senzor (13) konfigurisan da meri najmanje jedno od ubrzanja, brzine ili pomeranja u najmanje jednom smeru.

11. Vetroturbina prema zahtevu 9, naznačen time da je kontroler (15) konfigurisan da izračuna indikator ozbiljnosti koristeći najmanje jedan od cikličnog brojača, RMS algoritma ili algoritma za usrednjavanje.

12. Vetroturbina prema bilo kom od zahteva 9 do 11, naznačen time da je kontrolni signal najmanje jedan od signala (Θ) za kontrolu nagiba, signala za kontrolu potiska, signala (τ) za kontrolu obrtnog momenta ili signala (ω) za kontrolu brzine rotacije.

13. Vetroturbina prema zahtevu 9, naznačen time da kontroler (15) konfigurisan da odredi treći radni granični parametar (20"’) ako indikator (18) ozbiljnosti je iznad prve vrednosti (27) praga i ispod druge vrednosti (28) praga.

14. Vetroturbina prema zahtevu 13, naznačen time da kontroler (15) konfigurisan da odredi treći kontrolni signal na osnovu trećeg radnog graničnog parametra (20‴), pri čemu se vetroturbina (1) kontroliše u normalnom režimu rada prema trećem kontrolnom signalu.