SE534544C2 - Kontrollsystem för vindturbin - Google Patents

Description

534 544 systemet. En annan metod är att tillhandahålla resistorer som monteras på rotom 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 alhnänhet är skrymmande och dyrbara, är ständigt närvarande på rotom under nonnal drift. Rotoms vikt ökas således betydligt, vilket resulterar i mindre effektiv och dyrare drifi av vindturbinen i sin helhet.

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

REDoGöRBLsE FÖR UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att lösa eller åtminstone minimera ovan beskrivna problem. Detta uppnås med ett kontrollsystem enligt ingressen till krav 1, 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 rotom och utan behov av manuell anslutning eller frånkoppling av anordningar vid en testning.

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

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

Enligt en aspekt på uppfinningen utgörs nämnda elektriska anordning av en bladpitch- motor för 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 motom kan egenskapema beträffande ström från energikällan, samt vilka andra egenskaper som helst, mätas på ett tillförlitligt och mycket exakt sätt. 534 544 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 ännu 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 nänmda motor. Därigenom kan en pålitligt testning av energikällan uppnås utan behov av att någon separat komponent såsom en resistor är närvarande på rotom och utan behov av manuell anslutning eller frånkoppling av anordningar vid testning.

Enligt en ytterligare aspekt på uppfinningen kan testningen genomföras automatiskt vid bestämda intervall 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 FIGURBESKRIVNING 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 i föredragen utföringsform av uppfinningen, och Fig. 2a visar ett kontrollsystem enligt en utföringsfonn 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 tom 2 (visas ej). Nacellen 3 kan vridas relativt tomet 2 medelst ett girsystem 5 som styrs av ett styrsystem 9 (visas ej). Ett nav 4 är monterat på nacellen 3 534 544 och rymmer en rotoraxel 71 som är kopplad till en kula 42 i nänmda nav 4, där rotorbladen 41 är anslutna till nänmda 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 nämnda styrsystem 9.

Fig. 2a visar ett system för att förse bladpitchmotorn 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 bladpitchmotorn 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 vindkrafiverket.

Nämnda bladpitchmotor 91 är en likströmsmotor och är anordnad att samverka med kuggkransen 43. I händelse av ett strömavbrott verkar kondensatom 92 som en energikälla och kan driva bladpitchmotom 91 tillräckligt länge för att motorn 91 skall kunna samverka med kuggkransen 43 för att ställa in turbinbladet 41 i ett flöj lat läge, varigenom risken för okontrollerad vindturbinsrotation under strömavbrottet reduceras effektivt. När vindturbinen har återgått till nonnalläge 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 armat tillfälle.

I figuren visas också en resistor 101 som är ansluten till kondensatorn 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 omkopplarna 102, 103 stängda och resistom 101 ansluten till kondensatom 92. En ström I(t) kommer nu att strömma genom kretsen, från en positiv sida av kondensatom 92 till en negativ sida genom den anordnade resistom 101.

Storleken på strömmen I(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. Resistom 101 kan avlägsnas efter testning och på nytt monteras intill kondensatom 92 nästa gäng testning krävs, eller kan vara permanent monterad på vindturbinen 1.

Det skall noteras att de komponenter som visas i Fig. 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 534 544 91 och energikälla 92 finnas på vart och ett av närrmda turbinblad 41, eller också kan ett centralt system användas för att driva alla turbinbladen 41 samtidigt.

Fig. 2b visar ett annat kontrollsystem enligt känd teknik, där en växelströmsmotor används som bladpitchmotor 91 och samverkar med kuggkransen 43. För att kondensa- tom 92 skall kunna förse bladpitchmotom 91 med energi är en frekvensomriktare 93 monterad mellan kondensatom 92 och motom 91 och omvandlar likström som levereras av kondensatom 92 till växelström som är lämplig för att driva motom 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 kondensatom 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 kondensatom 92 är ansluten till bladpitchmotom 91 via en fi-ekvensomriktare 93 utan behov av separata komponenter, såsom resistorer eller liknande, för att testa kondensatom 92. I denna utföringsforrn används själva bladpitchmotom 91 för att testningsförfarandet, där en ström I(t) tillåts strömma från kondensatom 92 genom bladpitchmotom 91 och förfarandet att tömma kondensatom 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 I(t) som är känt som direkt proportionellt kan kondensatom 92 tömmas med användning av bladpitchmotom 91 och en urladdningskurva kan ritas som ingående beskriver förfarandet. Därigenom blir det möjligt att uppnå en väldefinierad urladdning och erhålla kunskap om kondensatoms 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 fmnas i vind- turbinens 1 nav 4, och därigenom markant öka vindturbinens I vikt under drifi, eller också måste monteras av underhållspersonal specifikt för testning av kondensatom 92 vid en förutbestämd tidpunkt, varigenom testningsförfarandet blir allt dyrare. För att uppnå exakt urladdningsinformation måste resistom 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 drifi kan också utgöra en brandrisk, eftersom användningen av resistom 101 vanligen genererar värme. Om resistom 101 inte är monterad på rätt sätt så att den omges av ett luñskikt för kylning, kan temperaturen bli 534 544 farligt hög, och om ett skikt med smuts och fett har ackumulerats på resistorn, kan antändning ske, vilket resulterar i eventuell skada på hela vindturbinen l.

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 bladpitchmotom 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 motom från slitage beroende på yttre faktorer.

En annan 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 bladpitchmotom eller -motorerna 91 samtidigt testar kapaciteten hos kondensatorn eller arman 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.

Uppfrnningen 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 firån energikällan kan också testas, direkt eller indirekt, och tillståndet pâ energikällan fastställas med ledning av en enda faktor eller flera.

Claims (1)

1. 20 25 30 KRAV 1. 7. 534 544 Kontrollsystem för vindturbin, innefattande en elektrisk anordning (91) som är anordnad att användas under nonnal drift av en vindturbin och en energikälla (92) som är anordnad att användas som reservenergikälla till nämnda elektriska anordning (91), varvid nämnda elektriska anordning utgörs av en bladpitchmotor (91) för justering av ett rotorblads (41) pitch, och nämnda bladpitchmotor (91) är anordnad att anslutas till nänmda energikälla (92) och är anordnad att testa åtminstone en egenskap hos nämnda energikälla (92), k ä n n e t e c k n a d av att en frekvensomriktare (93) är anordnad intill nämnda bladpitchmotor (91). Kontrollsystem enligt krav 1, varvid nämnda bladpitchmotor (91) är anordnad att testa nämnda energikälla (92) vid ett förutbestämt intervall. Kontrollsystem enligt något av föregående krav, varvid nämnda energikälla (92) utgörs av en kondensator. Kontrollsystem enligt något av föregående krav, varvid nämnda elektriska anordning (91) är värmeisolerad. Metod för att testa en energikälla, vilken metod innefattar stegen att ansluta en motor (91) till en energikälla (92), skapa en ström genom nämnda motor (91) för urladdning av nämnda energikälla (92), och göra en värdering beträffande åtminstone en egenskap hos nänmda energikälla (92) baserad på steg b), varvid nämnda motor utgörs av en bladpitchmotor (91) och energikällan (92) är ansluten till bladpitchmotom (91) via en drivanordning (93) med variabel frekvens. Metod enligt krav 5, varvid stegen i krav 5 genomförs automatiskt vid givna intervall och utan behov av mänsklig inblandning. Metod enligt krav 5 eller 6, varvid nämnda energikälla utgörs av en kondensator.