SE0950602A1 - Kontrollsystem för vindturbin - Google Patents

Description

att tillhandahålla resistorer som monteras på rotorn och kan anslutas till kondensatorn utan behov av manuell inblandning vid regelbundna intervaller. Emellertid har detta den allvarliga nackdelen att det kräver att sådana resistorer, som i allmänhet är skrymmande och dyrbara, är ständigt närvarande på rotorn under normal drift. Rotorns vikt ökas således betydligt, vilket resulterar i mindre effektiv och dyrare drift av vindturbinen i sin helhet.

Det finns därför klart ett behov av ett bättre system for att testa en reservenergikälla i en vindturbin.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att lösa eller åtminstone minimera ovan beskrivna problem. Detta uppnås med ett kontrollsystem enligt ingressen till krav l, varvid den elektriska anordningen är anordnad att testa åtminstone en egenskap hos nämnda energikälla. Därigenom kan en pålitlig testning av energikällan uppnås utan behov av att någon separat komponent, såsom en resistor, är närvarande på rotorn och utan behov av manuell anslutning eller frånkoppling av anordningar vid en testning.

Enligt en aspekt på uppfinningen är närrmda elektriska anordning anordnad att testa nämnda energikälla vid ett fórutbestämt intervall. Därigenom möjliggörs kontinuerlig övervakning av systemet utan behov av manuellt underhåll, och energikällans egen- skaper kan analyseras efter behov, även på avstånd från den plats där vindturbinen är placerad.

Enligt en arman aspekt på uppfinningen är en frekvensomriktare anordnad intill närrmda elektriska anordning. Därigenom kan ett fórutbestämt vridmoment och frekvens uppnås, och egenskaper såsom strömmen från energikällan kan mätas. En noggrarm övervakning av energikällans beteende underlättas därigenom.

Enligt en aspekt på uppfinningen utgörs nämnda elektriska anordning av en bladpitch- motor fór att justera pitchen på åtminstone ett rotorblad. Därigenom kan en anordning som redan finns och verkar i vindturbinen användas också i syfte att testa en energikälla, och tack vare användningen av motorn kan egenskapernabeträffande ström från energikällan, samt vilka andra egenskaper som helst, mätas på ett tillförlitligt och mycket exakt sätt.

Enligt ytterligare en aspekt på uppfinningen är nämnda energikälla en kondensator.

Därigenom kan en tillförlitlig, enkelt omladdningsbar och kostnadseffektiv energikälla användas med vindturbinen och kontrollsystemet enligt uppfinningen.

Enligt en annan aspekt på uppfinningen är nämnda elektriska anordning värmeisolerad.

Därigenom kan risken för brand eller annan skada som orsakas av omåttlig värme effektivt minimeras och tillförlitlig drift av vindturbinen säkerställas ytterligare.

Enligt ärmu en annan aspekt på uppfinningen tillhandahålls också en metod för att testa en energikälla, vilken metod innefattar stegen att ansluta en motor till en energikälla, skapa en ström genom nämnda motor för urladdning av nämnda energikälla och göra en värdering beträffande åtminstone en egenskap hos nämnda energikälla baserad på strömmen genom nämnda motor. Därigenom kan en pålitligt testning av energikällan uppnås utan behov av att någon separat komponent såsom en resistor är närvarande på rotorn och utan behov av manuell anslutning eller frånkoppling av anordningar vid testning.

Enligt en ytterligare aspekt på uppfinningen kan testningen genomföras automatiskt vid bestämda interval och utan behov av mänsklig inblandning. Därigenom kan behovet av underhållspersonal och liknande på platsen för vindturbinen minskas markant och testningsförfarandet kan genomföras såsom är lämpligt utan att det kräver övervakning eller kontroll vid testningstidpunkten.

KORT FIGURBESKRIVNIN G Uppfinningen kommer nu att beskrivas mer i detalj med hänvisning till bifogade ritningar, varvid: Fig. 1 visar en perspektivvy av en vindturbin med ett kontrollsystem enligt en föredragen utföringsforni av uppfinningen, och Fig. 2a visar ett kontrollsystem enligt en uttöringsform enligt känd teknik, Fig. 2b visar ett kontrollsystem enligt en annan utföringsfonn enligt känd teknik, och Fig. 2c visar ett kontrollsystem enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN 'I Fig. l visas en vindturbin med en nacell 3 som rymmer en elektrisk energigenerator 7 som vilar på ett torn 2 (visas ej). Nacellen 3 kan vridas relativt tornet 2 medelst ett girsystem 5 som styrs av ett styrsystem 9 (visas ej). Ett nav 4 är monterat på nacellen 3 och rymmer en rotoraxel 71 som är kopplad till en kula 42 i nämnda nav 4, där rotorbladen 41 är anslutna till nämnda nav 4 medelst en bladlagerkuggkrans 43.

Nämnda rotorblads 41 pitch kan ändras medelst en bladpitchmotor 91 som är monterad i navet 4 och styrs av nänmda styrsystem 9.

Fig. 2a visar ett system för att förse bladpitchmotom 91 med ström i händelse av ström- avbrott, enligt känd teknik. En energikälla för reservenergi i form av en kondensator 92, t.ex. en ultrakondensator, visas, som förser bladpitchmotom 91 med ström. Det skall emellertid noteras att energikällan alternativt kan vara ett batteri eller någon annan energikälla som är lämplig för användning tillsammans med vindkraftverket.

Närrmda bladpitchmotor 91 är en likströmsmotor och är anordnad att samverka med kuggkransen 43. I händelse av ett strömavbrott verkar kondensatorn 92 som en energikälla och kan driva bladpitchmotom 91 tillräckligt länge for att motorn 91 skall kunna samverka med kuggkransen 43 för att ställa in turbinbladet 41 i ett flöjlat läge, , varigenom risken för okontrollerad vindturbinsrotation under strömavbrottet reduceras effektivt. När vindturbinen har återgått till normalläge och normal drift kan återupptas, kan kondensatom 92 uppladdas på nytt medelst den energikälla som används för att driva vindturbinen och därigenom göras klar för en andra användning vid ett annat tillfälle.

I figuren visas också en resistor 101 som är ansluten till kondensatom 92 för att bilda en krets med omkopplingar 102 och 103 för att öppna och stänga nämnda krets. Under testning av kondensatorn 92, ett förfarande som normalt genomförs medan vindturbinen 1 står stilla, är omkopplama 102, 103 stängda och resistom 101 ansluten till kondensatorn 92. En ström l(t) kommer nu att strömma genom kretsen, från en positiv sida av kondensatorn 92 till en negativ sida genom den anordnade resistom 101.

Storleken på strömmen l(t) kan kontrolleras genom val av en lämplig resistor 101, och genom övervakning av förfarandet och den tidsmängd som krävs för att ladda ur energikällan, dvs. att tömma kondensatom 92, kan nämnda kondensators 92 kapacitet uppskattas. Resistorn 101 kan avlägsnas efter testning och på nytt monteras intill kondensatom 92 nästa gång testning krävs, eller kan vara pennanent monterad på vindturbinen 1.

Det skall noteras att de komponenter som visas i Pig. 2a-2c hänför sig till bladpitch- motom 91 och energikällan 92 hos ett av turbinbladen 41. Eftersom mer än ett turbinblad 41 vanligen finns i ett vindkraftverk 1, kan ett sådant system med pitchmotor 91 och energikälla 92 finnas på vart och ett av nämnda turbinblad 41, eller också kan ett centralt system användas för att driva alla turbinbladen 41 samtidigt.

Fig. 2b visar ett armat kontrollsystem enligt känd teknik, där en växelströmsmotor används som bladpitchmotor 91 och samverkar med kuggkransen 43. För att kondensa- tom 92 skall kunna förse bladpitchmotorn 91 med energi är en frekvensomriktare 93 monterad mellan kondensatorn 92 och motorn 91 och omvandlar likström som levereras av kondensatom 92 till växelström som är lämplig för att driva motorn 91. I denna utföringsform är en resistor 101 liknande den i Fig. 2a anordnad för att skapa en sluten krets via omkopplingar 102, 103 med kondensatorn 92, och testningen genomförs på ett liknande sätt som det i Fig. 2a.

Fig. 2c visar däremot ett kontrollsystem enligt en föredragen utföringsform av före- liggande uppfinning, där kondensatorn 92 är ansluten till bladpitchmotorn 91 via en frekvensomriktare 93 utan behov av separata komponenter, såsom resistorer eller liknande, för att testa kondensatorn 92. I denna utföringsform används själva bladpitchmotorn 91 för att testningsförfarandet, där en ström l(t) tillåts strömma från kondensatorn 92 genom bladpitchmotorn 91 och förfarandet att tömma kondensatorn 92 kan övervakas ingående.

Genom att kontrollera frekvensomriktaren 93 för att få ett förutbestämt vridmoment och frekvens och genom förhållandet mellan detta vridmoment och strömmen l(t) som är känt som direkt proportionellt kan kondensatorn 92 tömmas med användning av bladpitchmotorn 91 och en urladdningskurva kan ritas som ingående beskriver förfarandet. Därigenom blir det möjligt att uppnå en väldefinierad urladdning och erhålla kunskap om kondensatorns 92 totala prestanda.

Metoderna enligt känd teknik kräver däremot närvaron av en separat och ofta skrym- mande komponent i form av resistom 101, som antingen alltid måste finnas i vind- turbinens 1 nav 4, och därigenom markant öka vindturbinens 1 vikt under drift, eller också måste monteras av underhållspersonal specifikt för testning av kondensatorn 92 viden förutbestämd tidpunkt, varigenom testningsförfarandet blir allt dyrare. För att uppnå exakt urladdningsinforrnation måste resistorn 101 också vara i god kondition och bör företrädesvis vara av hög kvalitet, vilket i allmänhet är dyrare. Närvaron av en resistor 101 vid navet 4 under normal drift kan också utgöra en brandrisk, eftersom användningen av resistom 101 vanligen genererar värme. Om resistorn 101 inte är monterad på rätt sätt så att den omges av ett luftskikt för kylning, kan temperaturen bli farligt hög, och om ett skikt med smuts och fett har ackumulerats på resistom, kan antändning ske, vilket resulterar i eventuell skada på hela vindturbinen 1.

Genom att använda ett system enligt uppfinningen kan emellertid de nackdelar som beskrivs i anslutning till känd teknik undvikas, och tack vare precisionen i den infor- mation som kan fås från bladpitchmotorn 91 kan en detaljerad urladdningskurva erhållas till relativt låg kostnad. Risken för brand eller andra skador är också betydligt lägre, eftersom en motor vanligen är inkapslad i isoleringsmaterial för att just minska den risken och för att skydda motorn från slitage beroende på yttre faktorer.

En arman fördel med uppfinningen är möjligheten att testa hela systemet, något som krävs för ett nödstopp av vindturbinen, dvs. hela förfarandet från normal drift till stillestånd, varvid bladpitchmotorn eller -motorerna 91 samtidigt testar kapaciteten hos kondensatom eller annan energikälla. Om det vore nödvändigt att montera en separat komponent, såsom en resistor, på vindturbinen före testningsförfarandet skulle detta inte vara möjligt, eftersom testning enligt känd teknik skulle kräva att vindturbinen stod stilla.

Det skall noteras att metoden att testa energikällan också kan användas i andra tillämpningar än för vindturbiner, såsom exempelvis vilken tillämpning som helst där en kondensator används för att leverera energi till ett system eller anordning.

Uppfinningen skall inte anses begränsad till den föredragna utföringsform som beskrivs ovan utan kan modifieras inom ramen för bifogade krav, såsom enkelt inses av fackmän inom området. Exempelvis kan vilken typ av energikälla som helst, såsom olika typer av kondensatorer eller batterier av olika slag, såsom t.ex. Pb eller NiCd, användas för att driva nödstoppssystemen i vindturbinen. Andra egenskaper än ström från energikållan kan också testas, direkt eller indirekt, och tillståndet på energikällan fastställas med ledning av en enda faktor eller flera.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 KRAV . Kontrollsystem for en vindturbin, vilket innefattar en elektrisk anordning som är anordnad att användas under normal drift av en vindturbin och en energikälla som är anordnad att användas som reservenergikälla för nämnda elektriska anordning, k ä n n e t e c k n at av att den elektriska anordningen är anordnad att testa åtminstone en egenskap hos nämnda energikälla. Kontrollsystem enligt krav 1, varvid nänmda bladpitchmotor är anordnad att testa nämnda energikälla vid ett förutbestämt intervall. Kontrollsystem enligt krav l eller 2, varvid en frekvensomriktare är anordnad intill nämnda bladpitchmotor. Kontrollsystem enligt något av kraven 1-3, varvid nämnda elektriska anordning utgörs av en bladpitchmotor för justering av ett rotorblads pitch. Kontrollsystem enligt något av föregående krav, varvid nämnda energikälla utgörs av en kondensator. Kontrollsystem enligt något av föregående krav, varvid nämnda energikälla är värrneisolerad. Metod att testa en energikälla, vilken metod innefattar stegen att a) ansluta en motor till en energikälla, b) skapa ström genom nämnda motor for urladdning av nämnda energikälla, och i c) göra en värdering beträffande åtminstone en egenskap hos nämnda energi källa baserad på steg b). i Metod enligt krav 4, varvid stegen i krav 4 genomförs automatiskt vid givna intervall och utan behov av mänsklig inblandning. Metod enligt krav 5 eller 6, varvid nämnda energikälla utgörs av en kondensator.