SE0950127A1 - Girsystem för ett vindkraftverk - Google Patents

Girsystem för ett vindkraftverk Download PDF

Info

Publication number
SE0950127A1
SE0950127A1 SE0950127A SE0950127A SE0950127A1 SE 0950127 A1 SE0950127 A1 SE 0950127A1 SE 0950127 A SE0950127 A SE 0950127A SE 0950127 A SE0950127 A SE 0950127A SE 0950127 A1 SE0950127 A1 SE 0950127A1
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
turbine
gear
wind
yaw
nacelle
Prior art date
Application number
SE0950127A
Other languages
English (en)
Other versions
SE535044C2 (sv
Inventor
Mikael Bjoerk
Anders Wickstroem
Christian Haag
Original Assignee
Sw Vindkraft Aktiebolag
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 Sw Vindkraft Aktiebolag filed Critical Sw Vindkraft Aktiebolag
Priority to SE0950127A priority Critical patent/SE535044C2/sv
Priority to US13/254,172 priority patent/US9273668B2/en
Priority to PCT/EP2010/052863 priority patent/WO2010100271A2/en
Priority to DK10708968.2T priority patent/DK2404058T3/en
Priority to EP10708968.2A priority patent/EP2404058B1/en
Priority to ES10708968.2T priority patent/ES2578638T3/es
Priority to CN2010800111216A priority patent/CN102341595B/zh
Publication of SE0950127A1 publication Critical patent/SE0950127A1/sv
Publication of SE535044C2 publication Critical patent/SE535044C2/sv

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
    • 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
    • F03D7/0204Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • 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
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/101Nacelles
    • F03D1/181Nacelles characterised by the connection to the tower, e.g. yaw systems
    • 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
    • F03D7/04Automatic control; Regulation
    • 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
    • F05B2260/90Braking
    • F05B2260/903Braking using electrical or magnetic forces
    • 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
    • F05B2270/329Azimuth or yaw angle
    • 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
    • F05B2270/60Control system actuates through
    • F05B2270/602Control system actuates through electrical actuators
    • 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
    • Y02E10/723

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

För att använda girrnotom måste de applicerade girbromsarna lossas och starten av en sådan förflyttningsoperation kan vara svår att uppnå utan att orsaka plötslig start eller oönskade vibrationer. Ett vanligt sätt att undvika detta är att fortsätta använda åtmins- tone en av bromsarna även under användning av girmotom för att åstadkomma en mer kontrollerad rörelse. Detta kräver en kraft från girmotom som är större än den som annars behövs för sj älva rörelsen om inte någon broms hade applicerats.
Eftersom detta girsystem är konstruerat att hålla nacellen fixerad (styv) i ett läge tills ett tillräckligt stort girfel upptäcks, utförs också alla externa belastningar medelst girbrom- sama och den totala konstruktionen. Storleken på dessa belastningar är ofta okänd och detta faktum, tillsammans med de ändringar som inträffar i belastningarna när vind- styrkan' hastigt ändrar sig, kan leda till skador på turbinen och vindkraftverket och speciellt på girbromsarna när belastningarna överförs till påkänningar i girsystem- materialet.
Liknande system är också kända genom US 7 ,436,083 (Shibata et al.) och genom JP 2006-281655 (Ebara Corp.), men några tillförlitliga lösningar beskrivna häri visas inte.
Det finns därför ett behov av ett tillförlitligare girsystem som kan uppskatta belastning- arna och reducera slitage på och sönderslitning av vindkraftverket och som också kan öka den kraft som genereras av vindkraftverket.
REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att eliminera eller åtminstone minimera ovan beskrivna problem. Detta uppnås med ett girsystem för ett vindkraftverk enligt ingressen till bifogade krav 1, varvid girsystemet dessutom innefattar styrorgan för att kontinuerligt driva åtminstone en girmotor på sådant sätt att nämnda girmotor strävar efter att manövrera nacellen enligt ett börvärde. Därigenom kan driften av vindkraft- verket optimeras och skador på vindkraftverket från vindstyrkan minimeras.
Enligt en aspekt på uppfinningen är nämnda girmotor anordnad att ge både negativt respektive positivt vridmoment (-M, +M). Därigenom kan turbinen vridas såväl medsols som motsols med användning av samma girsystem, och girfelet kan minimeras på ett lämpligt och tillförlitligt sätt.
Enligt en annan aspekt på uppfinningen är nämnda styrorgan anordnade att uppnå fyrkvadrantstyrning. Därigenom kan en lämplig och mångsidig styrning av girsystemet uppnås och girsystemet göras mjukt i stället för styvt, varigenom man undviker skapande av onödiga påkänningar i sj älva vindkraftverket eller girsystemet.
Enligt ännu en annan aspekt på uppfinningen är åtminstone en girmotoregenskap i nämnda fyrkvadrantstyrning anordnad att använda styrorganet för att styra en pitch- vinkel hos åtminstone ett turbinblad i turbinen. Belastningen på turbinen kan därigenom minskas och möjligt energiutfall fiån generatom ökas. Om mer än ett turbinblad används hos vindkraftverket, kan bladens pitchvinkel styras individuellt och därigenom möjliggöra pitchvinkelj usteringar motsvarande ett optimalt läge på bladen med hänsyn till de omgivande förhållandena.
Enligt en ytterligare aspekt på uppfmningen är nämnda styrorgan anordnat att känna av obalanser hos turbinen med användningen av åtminstone en styrmotoregenskap. Varje faktor som bidrar till att öka belastningen eller minska det energiutfall som är tillgäng- ligt från systemet kan därigenom kännas av och systemet kan användas för att minimera dessa obalanser för att ytterligare optimera driften av vindkraftverket.
Enligt en annan aspekt på uppfinningen är styrorganet dessutom anordnat att fastställa vindtörhållanden såsom vindhastighet, vindriktning, vindskjuvning eller uppåtflöde baserat på åtminstone nämnda girmotoregenskap. Girsystemet kan därigenom användas för att fastställa de omgivande förhållanden på ett enkelt och tillförlitligt sätt.
Enligt ytterligare en aspekt på uppfinningen är nämnda styrsystem anordnat att reagera genom att aktivera en alarmfunktion om de upptäckta obalanserna överstiger ett förut- bestämt värde. Därigenom kan vindkraftverket stängas av om risken för skador bero- ende på obalanserad turbin är alltför stor, eller också kan en alarmsignal genereras, som sigialerar att underhåll behövs.
KORT FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer nu att beskrivas mer i detalj med hänvisning till bifogade ritningar, av vilka: Fig. 1 utgör en perspektivvy av ett vindkrafiverk innefattande ett girsystem enligt en _ föredragen utföringsform av uppfmningen, Fig. 2 visar en perspektivvy i genomskärning av en sektion av girsystemet enligt Fig. 1, Fig. 3 utgör en schematisk vy av driften av girsystemet enligt Fig. 1 och 2, Fig. 4 utgör ett diagram av motormomentet M hos girmotorn i girsystemet med hänsyn till vinkelhastigheten V hos vindkraftverkets turbinblad, Fig. 5 a utgör en schematisk vy uppifrån av ett önskat läge på ett uppvindskraftverk relativt vindens riktning, Fig. 5b utgör en schematisk vy uppifrån av ett läge för ett uppvindskrafiverk som kräver korrigering i medsols riktning, och Fig. 5c utgör en schematisk vy uppifrån av ett läge för ett uppvindskraftverk som kräver korrigering i motsols riktning.
DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Fig. l visar ett vindkraftverk 1 med ett girsystem 5 enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen, varvid ett tom 2 som är fast monterat på marken är förenat med en naeell 3 som rymmer en elektrisk laaftgenerator 7 (visas ej). Nämnda kraftgenerator 7 innefattar en generator med en spindel 71 som kan fås att rotera runt en axel A utmed nacellens 3 längd, och på nämnda spindel 71 är en turbin 4 monterad med ett nav 42, där åtminstone ett, företrädesvis två eller tre turbinblad 51 i sin tur är monterade. När nacellen justeras så att turbinen 4 vänder mot den ungefärliga riktningen för en armalkande vind, kan nämnda vind som samverkar med turbinbladen 41 åstadkomma en rotation av turbinen 4 och resultera i att elektrisk kraft genereras av generatom 7 och överförs till ett kraftnät eller lagras i ett lärnplig lagringsorgan (visas ej).
Termen turbin som används häri skall tolkas som ett nav 42 som innefattar åtminstone ett blad 41 och som är konstruerat att rotera runt en axel för att alstra en elektrisk kraft i en kraftgenerator 7 eller annan lärnplig anordning för användning av den rotationsenergi som sålunda skapas. Sj älva rotationsrörelsen åstadkoms huvudsakligen genom påverkan av en vind.
För att turbinens 4 riktning skall kunna justeras kan nacellen 3 rotera nmt en axel B som sträcker sig längs tomets 2 längd, dvs. från marken och huvudsakligen vertikalt uppåt såsom antyds i Fig. 1. Rotationen åstadkoms med ett girsystem 5 som är placerat i skarven mellan tornet 2 och nacellen 3 och innefattar ett girlager 5 lb som är monterat på tomet 2 och anordnat att samverka med ett lager 51a som är monterat på nacellen 3.
Detta gör att en glidande rotationsrörelse möjliggörs, varvid nacellen 3 kan vrida sig. runt nämnda axel B. Ett glidspår 54 kan också vara anordnat i girsystemet 5 för att ytterligare möjliggöra girrörelsen.
Glidrörelsen skapas av åtminstone en, men företrädesvis 2-6 girmotorer 52, som är monterade på nacellen 3 och anordnade att samverka med tornets 2 girlager 51 på sådant sätt att nämnda glidrörelse kan styras. Närrmda åtminstone en girrnotor 52 kan arbeta med ett vridmoment M som är mindre än eller lika med ett maximalt vridmoment Mm. Åtminstone en girsensor 53 är monterad intill girsystemet och är anordnad att känna av åtminstone en egenskap, såsom girposition, vinkelhastíghet eller acceleration, hos en punkt på eller intill girsystemet.
Vindsensororgan 6 är också anordnade som kan vara monterade på nacellen 3, och som kan känna av egenskaper hos vinden vid platsen för vindkraftverket 1. Ett styrsystem 8 placerat inuti nacellen 3 är anordnat att styra girsystemet och andra egenskaper vid driften av vindkraftverket 1.
Fig. 2 visar en perspektivvy i genomskäming av en del av girsystemet 5, med en girmotor 52 monterad på nacellen 3 vilken samverkar med girlagret 51 på sådant sätt att en sektion 51b, som är monterad på tornet 2, och en arman sektion 5 la, som är monterad på en huvudram och sj älva gírmotom 52, kan röra sig i förhållande till varandra och därigenom skapa nacellens 3 glidrörelse relativt tomet 2.
I Fig. 3 visas driften av girsystemet 5, varvid styrsystemet 8 är anordnat att ta emot indata från vindsensorn 6 beträffande styrka och riktning W på en annalkande vind och för girsensom 53 beträffande position, hastighet och/eller acceleration av en punkt som påverkas av driften av girsystemet, såsom nämns ovan. Närrmda punkt kan placeras på Omkretsen av det yttre lagret 5la, intill en girmotor 52, eller på någon annan lärnplig plats såsom inuti nacellen 3. Styrsystemet 8 tar också emot indata från själva girmotorn 62 beträffande det aktuella motormomentet M och andra driftsförhållanden och ger instruktioner till nämnda girmotor 52 i form av utdata. Utdata kan innefatta en instruk- tion beträffande magnituden på det önskade motormomentet M och den önskade riktningen på förflyttning av nacellen 3 relativt tomet 2.
Den optimala driften av vindkraftverket 1 uppnås när nacellen 3 med turbinen 4 vrids så att det pekar in en specifik riktning, nedan kallad girbörpunkt. Denna riktning kan fastställas genom avkänning av vindriktriingen eller andra faktorer som bedöms vara relevanta. Ett exempel på en girbörpunkt kan vara att uppnå en orientering av turbinens 4 plan, dvs. det plan som innefattar turbinbladen 41, vinkelrätt mot vindriktningen.
Girbörpunkten kan också vara ett värde som inte motsvarar en specifik inriktning utan andra egenskaper hos girsystemet, såsom exempelvis girhastighet, giracceleration eller girmoment.
Efter beslut om girbörpunkten jämförs turbinens 4 aktuella riktning med börpunkten och skillnaden fastställs som girfel. Girsystemet 5 applicerar kontinuerligt ett vridmoment M på nämnda åtminstone en girmotor 52 för att minimera detta girfel och vrida nacellen 3 och turbinen 4 mot girbörpunkten. Girbörpunkten kan kontinuerligt övervakas och omräknas när som helst för att hålla börpunkten up to date när vindriktningen eller vindstyrkan ändrar sig, och systemet 5 strävar kontinuerligt efter att minimera girfelet och nå girbörpunkten.
Fig. 4 visar ett diagram över motormomentet M hos girrnotorn eller girmotorerna 52 med hänsyn till nacellens 3 vinkelhastighet V enligt en metod för fyrkvadrantstyrning.
Vridmomentet M kan vara positivt eller negativt, dvs. vara riktat i motsols eller medsols riktning, beroende på den förflyttningsriktning som krävs för att bringa turbinen 4 i linje med vinden. Ett exempel på det önskade läget vid börpunkten, när navets 42 riktning D är i linje med vindens W riktning, visas schematiskt i Fig. 5a. Den faktiska börpunkten kan i en del fall vara någon annan än den där turbinen 4 är vinkelrät mot vinden.
Fig. 5a-5c visar olika positioner för vindkraftverkets 1 nacell 3 med hänsyn till rikt- ningen W på den armalkande vinden. Det antas att den valda börpunkten är när riktningen D på turbinen 4 och nacellen 3 befirmer sig längs linjen W för vindrikt- ningen.
Om förflyttning i en motsols riktning krävs, såsom visas med Fig. 5c där en rotation i denna riktning krävs för att möta vinden W, kan ett positivt vridmoment Ma appliceras på girsystemet, motsvarande en vinkelgirhastighet av V, för nacellen 3 visat i den första kvadranten Ql i diagrammet i Fig. 4. Om vridmomentet ökas mot ett maximum av Mmax, ökas också den resulterande vinkelhastigheten, vilket resulterar i en vinkel- hastighet av Vb. Det absoluta värdet för hastigheten kan bero på faktorer såsom vindstyrka eller bladens 4l pitchvinkel samt på nacellens 3 riktning.
När turbinbladens 41 pitchvinkel ändras, kan en kollektiv pitchstyrning användas för att ändra pitchen för mer än ett blad 41 kollektivt, medan en individuell pitchstyrning används för att ändra pitchen på endast ett blad 41. Kollektiv pitchstyrning används huvudsakligen för att ändra mängden energi som tas från vinden, medan individuell pitchstyrning bland annat används för att åstadkomma girmoment eller motverka obalans i turbinen 4, Genom att använda en förskjutning, dvs. en ändring av den individuella pitchvinkeln, kan denna obalans minimeras såsom beskrivs ytterligare nedan.
Om förflyttning i motsols riktning krävs, såsom indikeras med Fig. 5b där en rotation i denna riktning krävs för att möta 'vinden W, kan ett negativt vridmoment ~Ma appli- ceras, vilket resulterar i en vinkelgirhastighet -Va för nacellen 3, och en ökning av det negativa vridmomentet mot ett maximivärde, -Mmm resulterar i en vinkelgirhastighet - Vß för nacellen 3. Detta visas i den tredje kvadranten, Q3, i diagrammet i Fig. 4. Det absoluta värdet [VI för hastigheten beror fortfarande på olika faktorer samt på navets 42 riktning, och som en konsekvens av detta är |Va| vanligen inte lika med l-Val, och |Vb| är vanligen inte lika med [Vß|.
Under vissa förhållanden, exempelvis i mycket stark vind, kan ett vridmoment som är större än IMmaXI krävas för att rotera nacellen 3. I dessa fall kan det maximala vrid- momentet, Mmax eller -Mmm appliceras för att försöka skjuta nacellen 3 mot vinden.
Den resulterande rörelsen är emellertid riktad i motsatt riktning beroende pä de kring- liggande förhållandena. Resultatet kan således bli en ökning av girfelet och visas som en hastighet -VY i den fjärde kvadranten Q4 i diagrammet eller hastigheten V5 i den andra kvadranten Q2. Gírsystemet 5 tillåter därigenom att nacellen 3 omdirigeras från girbör- punkten när helst externt girmoment på nacellen 3 överskrider tillåten girmotorkapa- citet, dvs. när det maximala vridmomentet Mum eller ~Mmax appliceras. Denna girrörelse från girbörpunkten motverkas därigenom av ett girmotormoment M.
När nacellen 3 skjuts bort från den önskade riktningen, minskas kraften på bladen 41, eftersom ändringen av riktning också ändrar bladens 41 attackvinkel relativt riktningen W. En position nås således där kraften från vinden och det maximala vridmomentet Mmax balanseras och där nacellen 3 kan hållas stadig tills vinden ändrar sig. Vrid- momentet Mmax används i denna operation för att motverka avvikelsen från börpunkten och fortsätta att sträva mot nämnda börpunkt. Under sådan drift är belastníngarna på systemet från vinden mindre än fallet vore om ett styvt girsystem användes, eftersom girsystemet nu är mjukt och i stånd att gira från vinden om styrkan på den armalkande vinden är mycket kraftig och i sj älva verket skyddar vindkraftverket 1 från orimliga belastningar som eljest skulle orsaka påkänningar eller skador på girsystemet 5 eller turbinen 4.
Under sådana driftsförhållanden, när rotationen av nacellen 3 hittas i kvadrantema Q2 eller Q4, arbetar girmotorerna 52 i sj älva verket som generatorer. Detta innebär att drift i Q2 och Q4 genererar kraft. Denna kraft kan antingen förbrukas i resistorer, lagras i en ackurnulator eller föras tillbaka till det nät eller den krafttillförsel som normalt driver ginnotorerna. Eftersom drift i Q2 och Q4 förbrukar kraft, arbetar girsystemet som en dämpare ur mekanisk synpunkt. Denna dämpningseffekt är gynnsam, eftersom storleken på rörelse och belastníngar minskas.
I extrema vindhastigheter över en förutbestämd nivå eller under andra extraordinära förhållanden stoppas motorverksanilieten i Ql och Q3 av styrsystemet 8. Den önskade hastigheten på nacellens girrotation är noll och under dessa förhållanden tillåts drift endast i Q2 och Q4. Resultatet av detta driftsätt är att nacellen 3 kommer att firma ett girläge där externt girmoment når ett Denna position kan vara såväl nedåtvind som uppåtvind eller vilket girläge som helst, och tack vare detta driftsätt minskas belastningen på hela konstruktionen och-därigenom minskas också risken för skador på vindkraftverket eller girsystemet 5.
Driften av girsystemet kommer nu att beskrivas med hänvisning till figurerna.
Styrsystemet 8 (se Fig. 3) styr girsystemet, såsom beskrivits tidigare, med girmotorn eller girmotorerna 52 för att nå den önskade riktning som visas i Fig. Sa, och gir- motorema 52 används kontinuerligt för att sträva mot och/eller bibehålla detta läge.
Vindsensorn 6 övervakar vindriktningen och förmedlar denna till styrsystemet, som också tar emot indata från girsensorn 53 som känner av den aktuella positionen på nacellen 3 och rotationsfart (riktning och hastighet) och/eller nacellens 3 motsvarande acceleration. Med användning av dessa indata bestämmer styrsystemet 8 vilket vridmoment M som är lämpligt vid en speciell tidpunkt, och förmedlar detta till girmotorn eller girrnotorerna 52. Girprocessen är kontinuerlig ochstyrsystemet ändra vridmomentet M om så behövs för att rotera nacellen 3 och minimera girfelet. Från girmotorn 52 sänds data beträffande vridmomentet M och andra relevanta egenskaper vid varje bestämd tidpunkt kontinuerligt som feedback till styrsystemet 8.
När ett girfel upptäcks, dvs. när en riktning Dför nacellen 3 skiljer sig från börpunkten, dvs. riktningen på vinden W, exempelvis såsom visas i Fig. 5b, känner styrsystemet 8 av detta genom bearbetning av data från vindsensom 6 och gírsensom 53 och fastställer sj älva girfelet tillsammans med den rotationsriktning i vilken en förflyttning önskas för att reducera nämnda girfel. I Fig. 5b är denna önskade rotationsriktriing medsols, och ett vridmoment -M appliceras i denna riktning för att skapa en rotation. Den faktiska förflyttningen kan observeras ingående genom övervakning av nacellens 3 aktuella läge samt den hastighet med vilken det roterar och accelerationen av rotationen. Därigenom kan vridmomentet anpassas för att skapa en styrd och effektiv förflyttning för att ge extra kraft om så behövs eller för att minska vridmomentet och därigenom verka som en broms på rotationen när den önskade positionen nås för att undvika överflödig förflytt- ning förbi utstakningen av riktníngarna D, W och åstadkomma behov av en ny korrige- ring från den motsatta riktningen. Altemativt beräknas endast den riktning som krävs för att rotera nacellen 3 för att nå börpunkten och inte storleken på hela girfelet.
Varje gång ett turbinblad 41 passerar framför tomet 2, förekommer det en periodisk inverkan på den mekaniska konstruktionen. Med det mjuka och aktiva girsystem 5 som beskrivs häri känns en liten periodisk gir-rörelse av vilken dämpas av den aktiva gir- styrníngen. Detta erbjuder en signifikant förbättring jämfört med känd teknik, eftersom motsvarande periodiska inverkan hos tidigare kända vindkraftverk inte dämpas utan skapar påkänningar i tornets material och speciellt i turbinen och girsystemet.
En övervakning av dessa data tillsammans med det faktiska vridmomentet -M från girmotom eller girmotorema 52 möjliggör därigenom att styrsystemet 8 anpassar sig och styr de olika rotationsaspektema.
När den önskade position som visas i F ig. 5a nås, används girmotorn eller -motorema 52 för att bibehålla denna position genom att använda ett lämpligt vridmoment M i den nödvändiga riktningen för att kompensera för ändringar i de förhållanden som drabbar vindkraftverket 1, såsom vindriktning och vindstyrka, vilka annars skulle skjuta undan nacellen och skapa en oönskad ginnässig rotation bort från denna position. Den optimala positionen kan därigenom bibehållas så snart den har nåtts och den kraft som genereras från vindkraftverket kan maximeras.
Under vissa omständigheter, exempelvis vid stor vindhastighet, såsom nämnts ovan, är det maximala vridmomentet Mmax eller ~Mmax inte tillräckligt för att rotera nacellen 3 i önskad riktning men genom att kontinuerligt applicera detta vridmoment kan vindkraft- verket behållas stadigt i ett så bra läge som möjligt, dvs. så nära den önskade positionen i Fig. 5a som kan uppnås.
Eftersom inte några bromsar behövs för att behålla positionen, kan orimligt slitage och sönderslitning av bromssystemet undvikas och genom att övervaka de faktorer som beskrivs ovan i samband med styrsystemet 6 kan systemet känna av den mängd kraft som turbinbladen 41 och resten av vindkraftverket 1 utsätts för. Om denna kraft är tillräckligt stor för att orsaka skador på systemet, kan denna användas som ett skäl för att stänga av kraftalstringssystemet och därigenom nå normala avstängningsmetoder (säkring) eller för att ändra turbinbladens 41 pitch för att minska denna kraft och göra det möjligt för girsystemet att rotera nacellen 3 mot ett bättre läge. Även andra faktorer såsom ett girfel av en viss storlek eller den konstanta ökningen av girfelet, även om det maximala vridmomentet Mmax används, kan också användas för att bestämma om systemet behöver stängas ned av säkerhetsskäl eller om olika bladpitch eller andra ändringar är tillräckliga för att hålla de krafter för vilka vindkraftverket l är utsatt inom rimlig omfattning. Det tidigare kända sättet att upptäcka bortkopplingsförhållanden är att använda en vindhastighetssensor och bestämma om stopp baserat enbart på denna information. Tack vare föreliggande uppfinning är det emellertid möjligt att driva turbinen 4 i högre vindhastigheter om belastningarna är tillräckligt låga, och beslut om stängning av vindkraftverket 1 om nödvändigt kan baserad på en kombination av avkänd vindhastighet och girsystemets 5 status, huvudsakligen det motormoment M som appliceras på girmotorerna 52.
Tack vare detta kan bromsar som används med girsystemet 5 hållas för nödsituationer eller ovanliga förhållanden och eftersom slitage eller skador på bromsarna kan hållas på ett minimum, är behovet av reparation väsentligt lägre än hos konventionella system.
Eftersom bromsarna inte slits ned genom ordinarie användning, ökas också broms- systemets tillförlitlighet.
Girmotorns egenskaper, såsom vridmoment, vinkelhastighet, ström, spänning, frekvens och liknande, kan användas för att känna av obalanser i turbinen 4. Dessa obalanser kan exempelvis bero på felaktig pitch hos ett individuellt turbinblad 41, skador på bladen 41 från orimliga belastningar på vindkraftverket 1 eller från blixtnedslag eller andra oväntade händelser, eller från isbildning på turbinbladen 41 vintertid. Om obalansema är små, kan de korrigeras genom ändring av den individuella pitchen på ett enskilt blad 41, men om obalanserna är tillräckligt stora, är korrigering av dessa kanske inte möjligt och det kan uppstå risk för allvarlig skada på själva vindkraftverket 1. I detta fall kan en alarrnfunktion iriitialiseras, vilken tar kontroll över driften av vindkraftverket l och initialiserar tillvägagångssätt för att begränsa eventuella skador. En alarmsignal kan exempelvis sändas för att signalera att underhåll krävs, och turbinen 4 kan stängas av helt och hållet eller hållas i drift med lägre hastighet, allt efter vad som bedöms lämpligt för tillfället medan man väntar på att underhållspersonalen skall anlända. lO ll Uppfinningen är inte begränsad till de föredragna utföringsformema som beskrivs ovan utan kan varieras inom ramen för bifogade krav såsom lätt inses av fackmän inom området. Exempelvis kan ovan beskrivna komponenter, såsom styrsystem, sensororgan etc., placeras på olika ställen i víndkraftverket och kan kommunicera med varandra medelst vilka lämpliga organ som helst. Girsensorn kan också integreras med girmotorn eller -motorema och styrsystemets interna processer kan skilja sig från ovan beskrivna.
Girmotorer kan anordnas på såväl tomet som på nacellen, och metoden för att etablera en girbörpunkt kan skilja sig från vad som beskrivits med hänvisning till de föredragna utföringsforrnema.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 12 . Girsystem för ett vindkraftverk, varvid vindkraftverket (1) innefattar ett tom (2) och en nacell (3) och tomet (2) och nacellen (3) är förenade med närrmda girsystem (5), och girsystemet (5) dessutom innefattar ett lager (51) som är monterat vid tornet (2), på vilket lager (51) nacellen (3) vilar och glider i en girande rörelse, varvid girsystemet dessutom innefattar åtminstone en girmotor (52) anordnad att tillåta nacellen (3) att företa en rotationsrörelse längs lagret (51), k ä n n e t e c k n at av att girsystemet (5) dessutom innefattar styrorgan (8) för att kontinuerligt driva nämnda åtminstone en girmotor (52) på sådant sätt att nämnda girmotor (52) strävar efter att manövrera nacellen mot en börpunkt. . Girsystem enligt krav l, k ä n n e t e e k n a t av att nämnda girmotor (52) är anordnad att sörja för både negativt respektive positivt vridmoment (-M, +M). . Girsystem enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda styrorgan (8) är anordnat att uppnå fyrkvadrantstyrning. . Girsystem enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att åtminstone en girmotor- egenskap från nänmda fyrkvadrantstymíng är anordnad att använda styrorganet (8) för att styra en pitchvinkel på åtminstone ett turbinblad (41) på en turbin (4) eller själva nämnda turbin (4). . Girsystem enligt krav 4, k ä n n e t e e k n a t av att nämnda girsystem (5) är anordnat att styra pitchvinkeln på åtminstone två turbinblad (41) oberoende av varandra. . Girsystem enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda styrorgan (8) är anordnat att känna av obalanser på turbinen (4) med användning av åtmins- tone nämnda åtminstone en girmotoregenskap. . Girsystem enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda styrorgan (8) vid avkänning av nämnda obalanser är anordnat att minimera nämnda obalanser genom att ändra pitchvinkeln på åtminstone ett turbinblad (41). . Girsystem enligt något av kraven 4-7, k ä n n e t e c k n at av att nämnda styrorgan (8) dessutom är anordnat att fastställa en riktning på nacellen (3) som är den gynnsammaste med hänsyn till de förhållanden som påverkar vind- 10 15 20 25 30 35 10. 11. 12. 13. 14. 13 kraftverket (l), med användning av åtminstone nämnda åtminstone en gir- motoregenskap. Girsystem enligt något av kraven 4-8, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda styrorgan (8) dessutom är anordnat att fastställa vindförhållanden, såsom vindhastighet, vindriktning, vindskjuvning eller uppflöde, baserat åtminstone på nämnda åtminstone en girmotoregenskap. Girsystem enligt krav 6, k ä n n e t e c k n at av att nämnda styrsystem (8) är anordnat att reagera genom att aktivera en alarmfunktion om de upptäckta obalanserna överstiger ett förutbestämt värde. Metod för styrning av girningen hos ett vindkraftverk, innefattande stegen att a) fastställa en börpunkt för vindkraftverket, b) fastställa ett girfel- baserat på nämnda börpunkt och aktuell inriktning på vindkraftverket, c) fastställa storlek och riktning på ett vridmoment (M) baserat åtminstone på nänmda girfel, och d) applicera nämnda vridmoment (M) på åtminstone en girmotor (52) i ett girsystem (5) för att vrida nämnda turbin (4), k ä n n e t e c k n a d av att metoden också innefattar steget att: e) kontinuerligt beräkna nämnda girfel och applicera nämnda vridmoment (M) för att sträva mot nämnda börpunkt. Metod enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a d av att metoden dessutom innefattar ' verkställande av fyrkvadrantstyrning för att styra girsystemet (5). Metod enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att en feedback för girmotor- momentet från nämnda fyrkvadrantstyming används för att styra en pitchvinkel på åtminstone ett turbinblad (41) på turbinen (4). Metod enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda girsystem (5) styr pitchvinkeln på åtminstone två turbinblad (41) oberoende av varandra. V 10 15 14 15. Metod enligt krav 13 eller 14, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda feedback för girmotormomentet används för att känna av obalanser på turbinen (4). _16. Metod enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av ändring av pitchvinklama for åtminstone ett turbinblad (41) för att minimera nämnda obalanser. 17. Metod enligt något av kraven 13-16, k ä n n e t e c k n a d av fastställande av en riktning for turbinen (4) som är den mest gynnsamma med hänsyn till vindrikt- ningen med användning av åtminstone feedbacken för girmotormomentet. 18. Metod enligt något av kraven 13-17, k ä n n e t e c k n a d av fastställande av vindiörhållanden såsom vindhastighet, vindriktning, vindskjuvníng eller uppflöde, baserat åtminstone på nämnda feedback avseende girmotormomentet.
SE0950127A 2009-03-05 2009-03-05 Girsystem för ett vindkraftverk SE535044C2 (sv)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0950127A SE535044C2 (sv) 2009-03-05 2009-03-05 Girsystem för ett vindkraftverk
US13/254,172 US9273668B2 (en) 2009-03-05 2010-03-05 Yaw system for a windmill
PCT/EP2010/052863 WO2010100271A2 (en) 2009-03-05 2010-03-05 Yaw system for a windmill
DK10708968.2T DK2404058T3 (en) 2009-03-05 2010-03-05 Yaw system for a wind turbine
EP10708968.2A EP2404058B1 (en) 2009-03-05 2010-03-05 Yaw system for a windmill
ES10708968.2T ES2578638T3 (es) 2009-03-05 2010-03-05 Sistema de guiñada para un aerogenerador
CN2010800111216A CN102341595B (zh) 2009-03-05 2010-03-05 用于风力机的偏航系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0950127A SE535044C2 (sv) 2009-03-05 2009-03-05 Girsystem för ett vindkraftverk

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE0950127A1 true SE0950127A1 (sv) 2010-09-06
SE535044C2 SE535044C2 (sv) 2012-03-27

Family

ID=42710056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0950127A SE535044C2 (sv) 2009-03-05 2009-03-05 Girsystem för ett vindkraftverk

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9273668B2 (sv)
EP (1) EP2404058B1 (sv)
CN (1) CN102341595B (sv)
DK (1) DK2404058T3 (sv)
ES (1) ES2578638T3 (sv)
SE (1) SE535044C2 (sv)
WO (1) WO2010100271A2 (sv)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011035788A2 (en) * 2009-09-28 2011-03-31 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine stand still load reduction
US8178989B2 (en) * 2010-12-15 2012-05-15 General Electric Company System and methods for adjusting a yaw angle of a wind turbine
DE102011077613A1 (de) 2011-06-16 2012-12-20 AVAILON GmbH Windnachführungsanordnung und Verfahren zur Nachführung eines Rotors einer Windenergieanlage sowie Überwachungsvorrichtung hierfür
WO2013004244A2 (en) * 2011-07-04 2013-01-10 Vestas Wind Systems A/S A method of yawing a rotor of a wind turbine
DK2639449T3 (en) * 2012-03-15 2016-03-21 Siemens Ag Electrical yaw drive for a wind turbine, the wind turbine and method for operating a wind turbine
ES2716997T3 (es) * 2012-11-09 2019-06-18 Vestas Wind Sys As Sistemas de control de la orientación de turbina eólica
EP2803853B1 (en) * 2013-05-17 2015-09-02 Siemens Aktiengesellschaft Damping wind turbine tower oscillations using gyroscopic forces
US20150076822A1 (en) * 2013-09-13 2015-03-19 Justin Creaby Damping an oscillatory movement of a nacelle of a wind turbine
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
CN104989592B (zh) * 2015-07-07 2018-05-04 中能电力科技开发有限公司 风力发电机组机舱风向校正方法
DK3157161T3 (da) * 2015-10-12 2019-05-20 Siemens Ag Fremgangsmåde til styring af en vindkraftinstallation
US11022100B2 (en) * 2015-12-17 2021-06-01 General Electric Company System and method for controlling wind turbines
JP6475292B2 (ja) 2017-07-28 2019-02-27 株式会社日立製作所 風力発電装置とその制御方法並びに改修方法
ES2716774A1 (es) 2017-12-14 2019-06-14 Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation & Technology SL Método de control de un aerogenerador y un aerogenerador que comprende unos medios de control configurados para llevar a cabo el método de control
JP2019143583A (ja) 2018-02-23 2019-08-29 株式会社日立製作所 風力発電装置とその制御方法
JP7520542B2 (ja) * 2020-03-24 2024-07-23 ナブテスコ株式会社 トルク推定装置、トルク推定方法及びトルク推定プログラム
CN112963303B (zh) * 2021-02-22 2022-12-23 上海电气风电集团股份有限公司 一种用于风电机组的偏航载荷监测控制方法及系统
CN113048013B (zh) * 2021-04-13 2022-03-04 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 风力发电机组偏航极端工况控制方法、系统、发电机组
EP4253753A1 (de) * 2022-04-01 2023-10-04 Wobben Properties GmbH Verfahren zum erfassen einer blattfehlstellung eines rotorblattes eines rotors einer windenergieanlage
CN116335878B (zh) * 2023-05-17 2023-09-19 中车山东风电有限公司 一种风电机组偏航运行时反向滑移控制方法及控制终端

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5140856A (en) * 1990-12-03 1992-08-25 Dynamic Rotor Balancing, Inc. In situ balancing of wind turbines
FR2751806B1 (fr) 1996-07-26 1998-09-11 Cegelec Procede de commande d'une machine electrique tournante a double alimentation et machine utilisant ce procede
WO1998042980A1 (en) 1997-03-26 1998-10-01 Forskningscenter Risø A wind turbine with a wind velocity measurement system
GB9706542D0 (en) 1997-04-01 1997-05-21 Bennett Peter Wind turbine yaw control and damping system
DE19920504C2 (de) * 1998-11-26 2002-02-28 Aloys Wobben Azimutantrieb für Windenergieanlagen
AU2002367344A1 (en) 2001-12-28 2003-07-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Up-wind type windmill and operating method therefor
US7322794B2 (en) 2003-02-03 2008-01-29 General Electric Company Method and apparatus for condition-based monitoring of wind turbine components
EP1571334A1 (en) 2004-03-04 2005-09-07 Gamesa Eolica, S.A. (Sociedad Unipersonal) Wind turbine yawing system and yawing process
US7086834B2 (en) * 2004-06-10 2006-08-08 General Electric Company Methods and apparatus for rotor blade ice detection
US7118339B2 (en) 2004-06-30 2006-10-10 General Electric Company Methods and apparatus for reduction of asymmetric rotor loads in wind turbines
US7175389B2 (en) 2004-06-30 2007-02-13 General Electric Company Methods and apparatus for reducing peak wind turbine loads
US7126236B2 (en) 2005-03-15 2006-10-24 General Electric Company Methods and apparatus for pitch control power conversion
JP2006281655A (ja) 2005-04-01 2006-10-19 Ichikoh Ind Ltd 紫外線照射装置
JP4690776B2 (ja) * 2005-05-31 2011-06-01 富士重工業株式会社 水平軸風車
DE102006029640B4 (de) * 2006-06-28 2010-01-14 Nordex Energy Gmbh Windenergieanlage mit einem Maschinenhaus
KR20090094808A (ko) 2006-10-02 2009-09-08 클립퍼 윈드파워 테크놀로지 인코포레이티드 전단풍 및 바람 오정렬을 보상하기 위한 블레이드 피치 제어를 갖춘 풍력 터빈
JP5022102B2 (ja) * 2007-05-25 2012-09-12 三菱重工業株式会社 風力発電装置、風力発電システムおよび風力発電装置の発電制御方法
EP2037119B1 (en) * 2007-09-12 2011-10-26 Siemens Aktiengesellschaft Controller for wind turbine yaw system and method for reducing the loads acting on such a yaw system
US8215905B2 (en) 2007-12-31 2012-07-10 General Electric Corporation Methods and apparatus for error reduction in rotor loading measurements

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010100271A3 (en) 2011-05-12
EP2404058B1 (en) 2016-05-11
DK2404058T3 (en) 2016-07-18
CN102341595B (zh) 2013-12-25
CN102341595A (zh) 2012-02-01
US9273668B2 (en) 2016-03-01
ES2578638T3 (es) 2016-07-28
EP2404058A2 (en) 2012-01-11
SE535044C2 (sv) 2012-03-27
US20110311359A1 (en) 2011-12-22
WO2010100271A2 (en) 2010-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE0950127A1 (sv) Girsystem för ett vindkraftverk
EP3344870B1 (en) A wind turbine and a method of operating a wind turbine with a rotational speed exclusion zone
CN104976056B (zh) 用于风力涡轮的推力速度控制的系统和方法
US8353667B2 (en) Method and apparatus for adjusting a yaw angle of a wind turbine
EP3728832B1 (en) Thrust balance control of a multirotor wind turbine based on constraints
US20100054941A1 (en) Wind tracking system of a wind turbine
US20100098540A1 (en) Blade pitch management method and system
US20120112458A1 (en) Wind turbine generator and yaw rotation control method for wind turbine generator
US20130088009A1 (en) Method to Prevent Over Torque of Yaw Drive Components in a Wind Turbine
AU2007303956A1 (en) Wind turbine with blade pitch control to compensate for wind shear and wind misalignment
CN1982699A (zh) 根据转速用于风力装置的转矩和节距控制的方法
EP2957767B1 (en) Methods and systems to operate a wind turbine
CN101715515A (zh) 风车的间距角控制装置及其方法
JP2010121518A (ja) 縦軸式マグナス型風力発電装置
EP4116582A1 (en) Azimuth sensors in wind turbines
US9695802B2 (en) Wind turbine load mitigation
KR101363516B1 (ko) 풍력 발전기용 발전기의 제어 방법
WO2011065840A2 (en) Method for turning a wind power plant relative to the wind direction
EP2607688B1 (en) Method for controlling a wind turbine
JP2019078223A (ja) 水平軸風車の制御装置、水平軸風車、水平軸風車の制御プログラム
EP4127459A1 (en) Controlling the yaw to reduce motor speed
US20230038784A1 (en) Yaw control using mean motor speed reference as feedback
SE0950304A1 (sv) Viloläge för ett vindkraftverk
CN117005986A (zh) 风力涡轮控制
CN203717246U (zh) 一种可调节叶片角度的垂直轴风力发电机