SE535202C2 - En metod och ett styrsystem för att styra ett uppströms vindkraftverk - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser en metod för att styra ett uppströms vindkraftverk till enviloposition, där metoden innefattar steget att vrida ett maskinhus (2) hosvindkraftverket (1) till en viloposition som skiljer sig en vinkel (ot) från enarbetsposition, varvid nämnda vinkel (ot) är större än l20°. Uppfinningen avser också ettstyrsystem för ett uppströms vindkraftverk, varvid nämnda vindkraftverk (1) innefattarett maskinhus (2) som åtminstone delvis inhyser en rotor, och där nämnda maskinhus(2) är anordnat i anslutning till en mast eller ett tom på ett sådant sätt att nämndamaskinhus (2) är roterbart rörligt i förhållande till nämnda mast eller tom, och därnämnda styrsystem är anordnat att kunna rotera nämnda maskinhus (2) till enviloposition och att nämnda viloposition är skild från en arbetsposition hosvindkraftverket (1) varvid skillnaden mellan nämnda viloposition och nämnda arbetsposition utgörs av en vinkel (ot), och där nämnda vinkel (ot) är större än l20°.

Description

535 202 kraftmoment där vinden försöker vrida turbinen, och påfrestningen på såväl turbinen som de girbromsar som vanligtvis används för att hålla den på plats gentemot masten eller tomet riskerar att skada de ingående komponenterna. Om bromskraften helt förloras genom en sådan skada tappas samtidigt möjligheten att låsa turbinen i ett önskat läge gentemot tomet eller masten, vilket allvarligt försvårar säker och effektiv drift av anläggningen.

Det finns därför ett behov av en bättre lösning för att minska de påfrestningar som ett vindkraftverk i avstängt läge utsätts för, samtidigt som man undviker skada på viktiga komponenter.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att eliminera eller åtminstone minimera ovan närrmda problem, vilket åstadkommes genom en metod i enlighet med ingressen till patentkrav 1, kärmetecknad av att nämnda vinkel a mellan en viloposition och en arbetsposition är större än l20°, föredraget större än 15 O°, mer föredraget större än 170°. Härigenom kan ett stabilt viloläge nås där en rotoraxel hos vindkrafiverket ställs parallellt med vinden men där man inte behöver nyttja stor kraft eller är beroende av en stadig strömtillfórsel för att hålla maskinhuset kvar i denna position.

Enligt en aspekt av uppfinningen innefattar metoden även steget att hålla kvar maskinhuset i vilopositionen. genom kan maskinhuset antingen hållas på plats med hjälp av en girbroms eller liknande som minskaren svängningsrörelse som kan skapas genom vindens inverkan, eller genom en girmotor som aktivt för maskinhuset till den önskade vilopositionen. Man kan också tänka sig att enbart vinden sj älv håller kvar vindkraftverket i vilopositionen.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen innefattar metoden även steget att kontinuerligt känna av en förändring i vindriktningen och korrigera maskinhusets position i enlighet med denna. genom kan vilopositionen med maskinhuset pekande längs vindriktningen upprätthållas, så att ett minskat luftmotstånd kan erhållas och belastningen på vindkrafiverkets struktur därigenom minskas.

Enligt ytterligare en aspekt av uppfinningen innefattar metoden även steget att flöjla åtminstone ett rotorblad hos maskinhuset. Härigenom kanluflmotståndet minskas ytterligare, och en lägre belastning på vindkraftverkets struktur erhållas. 535 202 Enligt en annan aspekt av uppfinningen innefattar metoden även steget att låsa en rotor hos maskinhuset i ett i vertikalled rotationssymmetriskt läge. Härigenom kan vindens kraft mot rotorbladen i så stor utsträckning som möjligt göras symmetrisk, så att risken fór att ett vridmoment skapas i girled kan minskas. Tack vare detta kan maskinhuset också enklare hållas kvar i vilopositionen utan ökad belastning på bromsar eller andra komponenter.

Enligt ytterligare en aspekt av uppfinningen innefattar metoden även steget att uppnå vridningen till en viloposition genom användningen av åtminstone en girmotor anordnad i anslutning till maskinhuset. Härigenom kan rörelsen utföras kontrollerat och precist, oberoende av vindstyrka och andra externa faktorer.

Enligt en arman aspekt av uppfinningen innefattar metoden även steget att uppnå vridningen till en viloposition genom användning av vindens egen kraft. Härigenom kan man spara in på den energiåtgång som annars skulle krävas fór att styra vridningen på andra sätt, och systemet kan göras felsäkert så att vilopositionen intas även om stoppet från driftposition sker på gnmd av ett fel som orsakar strömavbrott eller liknande.

KORT FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer_i det följande att beskrivas i mer detalj med hänvisning till de bifogare ritningsfigurerna, i vilka: Fig. 1 visar en schematisk vy av en töredragen utfóringsform av ett vindkraftverk enligt uppfinningen i en driftposition, och Fig. 2 visar en schematisk vy av vindkraftverket i Fig. l i en viloposition.

DETALIERAD F IGURBESKRIVNIN G l Fig. l visas en schematisk vy av en fóredragen utfóringsform av ett uppströms vindkraftverk l enligt uppfinningen sett uppifiån. Vindkrafiverket 1 omfattar ett maskinhus 2 som är placerat rakt ovanpå en mast eller ett torn (ej visat). Nämnda maskinhus 2 inhyser åtminstone delvis en rotor innefattande ett nav 4 där åtminstone ett, föredraget två eller tre, rotorblad 3 är fästade. Genom rotation av nämnda rotorblad 3 fångas energin i en vind som blåser vid vindkraitverket i form av rörelseenergi som vid en generator placerad inuti maskinhuset 2 omvandlar denna rörelse till elektrisk energi för användning direkt i ett elnät eller för lagring. eller liknande. I figuren vindriktníngen visad med en pil 5 och en axel A som sträcker sig längs maskinhuset 2, och i detta drifiläge är maskinhusets nav 4 och rotorbladen 3 positionerade så att navet 4 535 202 pekar väsentligen rakt mot vinden. Denna position kan kallas en arbets- eller driftposition hos vindkrafiverket 1.

Att vindkraftverket 1 betecknas som ett uppströms vindkraftverk innebär att rotorn med rotorbladen 3 och navet 4 under drift positioneras så att en spets hos navet 4 riktas upp mot vinden, såsom visas av den i Fig. 1 visade driftpositionen. Motsatsen är ett nedströms vindkraftverk där rotorbladen delvis skärmas av av maskinhuset.

I Fi g. 2 visas en schematisk vy av samma vindkraftverk, där vindkrafiverket l befinner sig i ett viloläge. Navet 4 med rotorbladen 3 är nu vänt så att det pekar längs med vindriktningen, alltså längs axeln A men bort från vinden. Denna lägesförändring innebär en rotation i girled, alltså väsentligen horisontellt, av maskinhuset 2 som resulterar i en vinkel a hos rotorn i vilopositionen, järnfört med nämnda rotors läge i drifipositionen, som är minst l20°, föredraget minst l50°, mer föredraget minst l70° men idealt omkring 180° järnfört med driftpositionen i Fig. 1.

Drifien av vindkraftverket 1, särskilt med avseende på förändringen från en driñsposition till en viloposition, skall nu beskrivas mer i detalj.

Vid drift av vindkraftverket är maskinhuset 2 generellt vinklat mot vinden, såsom visas i F ig. 1, så att riktningen hos vinden, som visas av pilen 5, löper väsentligen parallellt med maskinhuset 2 längs en axel A. Rotorbladen 3 är i detta läge väsentligen ortogonala mot denna vindriktning, och ett högt lufimotstånd kan därigenom uppnås. Genom att välja en lämplig vinkling av rotorbladen 3 kan en rotationshastighet välj as som är gynnsam för att alstra elektrisk ström. En vindriktningssensor för att kärma av vindriktningen (ej visad) kan tillhandahållas i anslutning till rotorbladen 3, i anslutning till maskinhuset 2 eller på något armat sätt i anslutning till vindlaaftverket 1.

Exempelvis genom att regelbundet uppmäta vindens riktning kan maskinhuset 2 vridas så att den mest gynnsamma vinkeln mot vinden kan uppnås och den position som därigenom erhålls kan benämnas arbetsposition för vindkrafiverket.

Vid vissa tillfällen kan det vara fördelaktigt att inte ha vindkraftverket l i drift. Det kan handla om tídsrymder där vindstyrkan är för låg eller för hög för att kraftverket l skall kunna drivas, om inplanerade vilostunder för att utföra underhåll eller reparationer på kraftverket I, eller om nödstopp till följd av olyckor eller skador. I ett sådant läge är det fördelaktigt att ställa vindkraftverket l i ett viloläge där belastningen på själva kraftverket 1 inklusive det tom eller mast som håller maskinhuset 2 är lägre än när 535 202 anläggningen är i drift, och där man kan vara säker på att kraftverket 1 är i vila så att man inte riskerar oplanerad rotation av rotorbladen 3 eller oönskad ginörelse hos maskinhuset 2. I dessa lägen kan ett kontrollsystem hos vindkrañverket 1 vara anordnat att så snart som möjligt föra maskinhuset till det önskade viloläget i ett antal steg.

I ett första steg bromsas rotorbladen 3 in genom att bladen flöjlas så att de ger minimalt, eller åtminstone väsentligen minskat, luftmotstånd. Ett bromssystem såsom en mekanisk eller elektronisk broms kan också användas för att säkerställa att rörelsen stannar av till ett viloläge där rotorbladen 3 inte rör sig alls i förhållande till maskinhuset 2. När bladen sålunda är stillastående kan de låsas genom något lämpligt bladlås i en i vertikalled symmetrisk position, såsom lodrätt eller vågrätt om kraftverket 1 har tvâ rotorblad 3, eller med ett av bladen rakt uppåt eller nedåt om kraftverket 1 har tre eller fler rotorblad 3, osv. Tack vare detta syrnmetriska läge blir vindens kraft mot rotorbladen 3 syrrmietrisk kring en lodrät axel, vilket minimerar risken för att ett vridmoment uppkommer på grund av en ojämn vindstyrka på olika delar av rotorn eller rotorbladen 3.

Efter att rotorbladen 3 sålunda bromsats in och starmat i ett önskat läge, används girmotorer eller liknande system för att kontrollerat vrida maskinhuset 2 i girled så att den placeras i ett läge med navets 4 spets bort från den inkommande vinden, såsom visas i Fig 2, och där vinkeln a gentemot läget i Fig. 1 uppgår till omkring 180°. l detta läge kan girbromsar användas för att fixera maskinhuset 2 i detta läge, eller så kan maskinhuset 2 hållas på plats genom vindens egen kraft eller på något armat lämpligt sätt. När viloläget är intaget behövs ingen tillförd kraft, i form av energi hos girmotorema till exempel, för att hålla kraftverket 1 kvar i detta läge, vilket lämpar sig väl för länge tids vila eller för nödstopp där hela kraftverket 1 blivit strömlöst. Om girbromsar används under ett planerat stopp kan man regelbundet fortsätta att kärma av vindrilctiiingen och låta maskinhuset 2 gira i enlighet med denna för att sedan åter låsas i det önskade läget.

För den händelse ett nödstopp krävs, kan systemet för att föra vindkraftverket 1 till vilopositionen vara utformat rent mekaniskt så att rörelsen från driñläge till viloläge är möjligt även om hela anläggningen är strömlös. Genom en felsäker broms kan rotorbladen 3 bromsas in och låsas i ett flöjlat, symmetriskt läge, och rotationen av maskinhuset 2 till läget där a närmar sig l80° kan ske genom att girbromsar eller liknande komponent som under drift håller maskinhuset 2 på plats släpper efter så att maskinhuset 2 kan röra sig fritt. Genom vindens .påverkan kommer nänmda maskinhuset 535 202 2 då att roteras till viloläget nås, antingen medsols eller motsols beroende på vad som innebär den enklaste rotationen. När viloläget nåtts kan vinden sj älv hålla maskinhuset 2 i detta läge tills man åter önskar uppta driften av kraftverket 1, exempelvis genom att starta girmotorer eller liknande.

Under rörelsen från drifiläge till viloläge kan hastigheten i rotationen, särskilt om rotationen som sådan styrs av vindens kraft, leda till att maskinhuset 2 svänger förbi viloläget så att korrektion krävs för att vrida den tillbaka, men sådana rättelser kan även de ske genom vindens egen kraft. Om man så önskar kan någon bromsande faktor, exempelvis en girbroms som aktivt används eller automatiskt appliceras i händelse av nödstopp, användas för att sakta in rotationsrörelsen så att ett sådant överslag inte uppstår eller så att detta blir betydligt mindre än annars skulle vara fallet. Även efter att vilopositionen nåtts kan en sådan svängningsrörelse eller överslag uppstå, och för att minska detta kan girbromsar appliceras under hela eller delar av tiden då vindkraftverket står i sitt viloläge.

Ovan beskrivna steg för att föra vindkraftverket 1 till en viloposition kan utföras i arman ordning än den ovan beskrivna, eller integreras så att flera steg utförs samtidigt.

Exempelvis kan en flöj ling av bladen 3 ske saintidigt med en girrörelse hos maskinhuset 2.

Det skall noteras att vinkeln a kan uppmätas både medurs, såsom visas i Fig. 2, och moturs, men att de gradtal som ovan anges är avsedda att tillämpas på den av dessa medurs- och motursvinklar som är minst. En vinkel på 270° medurs från driftpositionen innebär då att samma position ger en vinkel på 90° moturs, vilket betyder att vinkeln a får den mindre av dessa gradtal, alltså 90°. Denna vinkel är alltså mindre än de riktvärden som anges som lämpliga för en viloposition inom ramen för föreliggande uppfinning.

Uppfinningen begränsas inte av ovan beskrivna föredragna utföringsfonner, utan kan varieras inom omfånget av vidhängande patentkrav, såsom inses av fackmannen. I Exempelvis kan de ingående komponentema integreras med varandra eller varieras i sin utformning och placering, och de steg som används för att föra vindkraftverket till ett viloläge kan utföras i olika ordningsföljd eller integrerat så att flera steg sker samtidigt.

Metoden kan också initieras på olika sätt, exempelvis genom strömlöshet eller annan nödsituation, genom en kontrollerad signal från ett kontrollsystem eller på bestämda 535 202 tider, exempelvis, och olika typer av motorer eller bromsar kan användas för att skapa en ginörelse hos vindkrafiverket.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 535 202 PATENTKRAV 1. b) En metod för att styra ett uppströms vindkraftverk till en viloposition, varvid nämnda vindkraftverk (1) innefattar ett maskinhus (2) anordnat i anslutning till en mast eller ett torn, och där en rotor innefattande åtminstone ett rotorblad (3) är anordnad i anslutning till nämnda maskinhus (2), varvid metoden innefattar steget: att genom en rörelse i girled vrida maskinhuset (2) hos vindkraftverket (1) till en viloposition där ett nav (4) hos nämnda maskinhus (2) är vänt bort från vinden, som skiljer sig en vinkel (a) från en arbetsposition, där nämndavinkel (a) är större än l20°, och varvid metoden kännetecknas av att vindkraftverket (1) aktivt hålls kvar i nämnda viloposition genom en girrnotor och av att metoden även innefattar steget: att innan steg a) låsa rotorn hos vindkraftverket (1) i ett i vertikalled symmetriskt läge så att rotom befinner sig nämnda i vertikalled symmetriska läge under det att maskinhuset vrids till nämnda viloposition. En metod enligt patentkrav 1, varvid nämnda vinkel a är större än l50°. . En metod enligt patentkrav 1 eller 2, varvid nämnda vinkel ot är större än l70°. En metod enligt något av föregående krav, varvid metoden även innefattar steget: att flöjla åtminstone ett rotorblad (3) hos vindkraftverket (1). En metod enligt något av föregående krav, varvid metoden även innefattar steget: att uppnå vridningen i a) genom användningen av åtminstone en girrnotor anordnad i anslutning till maskinhuset (2). En metod enligt något av kraven 1-4, varvid metoden även innefattar steget: att uppnå vridningen i 1) genom användning av vindens egen kraft genom att nämnda girbroms släpper efter så att maskinhuset (2) kan röra sig fritt. Ett styrsystem för ett uppströms vindkraftverk, varvid nämnda vindkraftverk (1) innefattar ett maskinhus (2) som är anordnat i anslutning till en rotor, och där nämnda maskinhus (2) är anordnat i anslutning till en mast eller ett torn på ett sådant sätt att nämnda maskinhus (2) är roterbart rörligt i förhållande till nämnda 10 15 20 25 30 35 10. 11. 12. 13. 535 202 mast eller torn, varvid nänmda styrsystem är anordnat att kunna rotera närrmda maskinhus (2) i girled till en viloposition där ett nav (4) hos nämnda maskinhus (2) är vänt bort från vinden, där nämnda viloposition är skild från en arbetsposition hos vindkraftverket (1) och skillnaden mellan nämnda viloposition och nämnda arbetsposition utgörs av en vinkel (a) som är större än l20°, och kännetecknat av att nämnda styrsystem innefattar åtminstone en girmotor som är anordnad att aktivt hålla kvar nämnda maskinhus (2) i nämnda viloposition, och varvid nämnda styrsystem även innefattar låsmedel anordnade att låsa nämnda rotor i ett i vertikalled rotationssymmetriskt läge. Ett styrsystem enligt patentkrav 7, varvid nämnda vinkel (a) är större än 150°. Ett styrsystem enligt patentkrav 7 eller 8, varvid nämnda vinkel (a) är större än l70°. Ett styrsystem enligt något av patentkrav 7-9, varvid nänmda styrsystem innefattar åtminstone en girbroms som är anordnad att hålla kvar närrmda maskinhus (2) i nämnda viloposition genom att motverka oönskad rotation av nämnda maskinhus (2) i förhållande till nämnda mast eller tom. Ett styrsystem enligt något av patentkrav 7-10, varvid nänmda styrsystem innefattar flöjlingsmedel för att flöjla åtminstone ett rotorblad (3) hos nämnda rotor. Ett styrsystem enligt något av patentkrav 7-11, varvid nämnda styrsystem även innefattar åtminstone en girmotor anordnad i anslutning till närrmda maskinhus (2) och nämnda mast eller tom, och där nämnda girmotor är anordnad att rotera nämnda maskinhus (2) i förhållande till nämnda mast eller tom så att nämnda viloposition kan uppnås. Ett styrsystem enligt patentkrav 7, varvid nämnda styrsystem är anordnat att, genom att nämnda girbroms släpper efter så att maskinhuset (2) kan röra sig fritt, använda kraften hos en vind i anslutning till vindkraftverket (1) för att erhålla en rotation av nämnda maskinhus (2) i förhållande till nämnda mast eller torn så att nämnda viloposition kan uppnås.