用於操作變槳距的風力渦輪機的方法

2023-06-02 16:59:06 5

專利名稱：用於操作變槳距的風力渦輪機的方法
技術領域：
本發明涉及用於操作變槳距的風力渦輪機的方法，其中根據發電機或轉子的轉速來提供發電機轉矩的設定值。取決於轉速的發電機轉矩設定值的分配規律具有過渡點，在該過渡點處出現從部分負載操作到標稱負載操作的過渡。在標稱負載操作中，主要通過調節至少一個轉子葉片的調整槳距角來完成旋轉速度的控制。
背景技術：
通常，在風力渦輪機的研發中，假設規定的標稱空氣密度例如為P=L 225kg/m3。從DE10109553B4中可以得知利用在風力渦輪機所處位置處的空氣密度數據來控制具有發電機的風力渦輪機的方法。在該方法中，發電機由控制單元控制，該控制單元處理空氣密度數據，控制發電機並且根據空氣密度調節發電機的性能數據。在該已知方法中，考慮了風力渦輪機所處位置的海拔高度，由此在功率曲線中考慮了更低的空氣密度。這樣，由風力渦輪機產生出的且分配給轉子速度並且與之一起分配給特定的尖端速度比的功率能夠進行相應的調節；也就是說，可以減小該功率，從而由於控制單元提供的激勵功率，發電機轉矩不會超過發電機可產生的轉矩。總體上，根據功率曲線確定出的效率將被保持，並且應該從風中獲取最大量的能量。從EP1939445A2中可以得知一種用於計算高海拔位置的功率曲線的方法。這裡，從在功率係數Cp和尖端速度比λ之間的關係開始確定出在電輸出功率P和風速之間的關係。從ΕΡ1918581Α2中已知這樣一種風力渦輪機，其中在空氣溫度下降至低於預設閾值時，輸出功率減小。功率減小的原因在於，隨著溫度低於_20°C，風力渦輪機的工作會需要其它負載計算。對於空氣密度在風力渦輪機的產出上的作用，認為在變槳距的風力渦輪機中，空氣條件中的變化會導致具有不期望的空氣動力學失速效應。

發明內容
本發明的目的在於提供用於操作變槳距風力渦輪機的改進方法，該風力渦輪機按照可靠的方式切換成滿負載操作，同時避免了在轉子葉片處出現不期望的失速效應。根據本發明，該目的是通過具有權利要求1的特徵的方法來實現的。優選實施方案形成從屬權利要求的主題。在根據本發明的方法中，提供一種操作變槳距風力渦輪機的方法，其中根據發電機或轉子的轉速η預先確定用於發電機轉矩的設定點M。為了規定發電機轉矩的設定點，提供過渡點113和禮，在該過渡點處出現了在部分負載操作和滿負載操作之間的變換。通常，在風力渦輪機的操作中，在部分負載操作和滿負載操作之間要作出區分，有時也被稱為標稱負載操作。在部分負載操作中，用於發電機轉矩的設定點隨著轉速增大而增大。在滿負載操作中，通過調節至少一個轉子葉片的葉片槳距角來進行發電機轉速的控制。從部分負載操作到滿負載操作的過渡時期在過渡點處發生，該過渡點由轉速n3的數值和發電機轉矩M3的設定點來限定。根據本發明，確定出空氣密度的數值。另外，根據本發明的方法在預設槳距轉速處開始設定至少一個轉子葉片的預設槳距角。預設槳距轉速小於在過渡點處的轉速n3。預設槳距角這裡指的是葉片槳距角，該葉片槳距角已經在風力渦輪機的部分負載操作中存在並且能夠一直持續至在標稱負載操作中的規定控制設定值。通過設定預設槳距角，從而風力渦輪機在過渡點處已經具有除了零值之外的葉片槳距角。根據本發明，預設槳距角的數值取決於所確定的空氣密度數值。如此規定了相關性，從而在空氣密度更低的情況下，設定比在空氣密度更高的情況下更大的預設槳距角。與其中過渡點的預設槳距角是恆定的方案相比，在根據本發明的方法中，與空氣密度相關的預設槳距角防止了在高空氣密度的情況中選擇太大的預設槳距角。本發明基於這樣的認識，即在高空氣密度的情況下，較大的預設槳距角對於大多數情況而言是不必要的並且對於風力渦輪機的產出不利。在根據本發明的方法的優選實施方案中，槳距角從最小轉速直到到達預設槳距轉速為止都是恆定的，優選預先規定為零度值。預設槳距轉速為開始調節預槳距時的第一轉速。在根據本發明的方法的這個實施方案中，對於在最小轉速和預設槳距轉速之間的轉速範圍預先給定恆定的葉片槳距角。在優選實施方案中，槳距角從預設槳距轉速開始直到到達最大預設槳距轉速位置是增大的，並且最大預設槳距轉速大於或等於在過渡點處的轉速。該增大可以是線性、分階段線性或以其它形式發生。在該方法的這個實施方案中，確保了槳距角從到達預設槳距轉速開始直到到達過渡點時為止都是增大的。優選的是，槳距角的不斷增大完全線性或分階段線性進行。在優選實施方案中，在某一轉速處例如在過渡點的轉速處的預設槳距角的數值通過下面的公式確定
(Ppre = maxOUm, (Pb + Αφ(1 - ~—))，
P norm其中(plim、(Pb和Δφ為槳距角的恆定值，並且ρ_指的是在正常條件下的空氣密度。(Plim為取決於尖端轉速比的轉子葉片的常數。在預設槳距角<Ppre和空氣密度P之間的上述關係確保了，在低空氣密度下，選擇比在高空氣密度情況更大的預設槳距角。在該預設槳距角的公式中包含所確定的空氣密度P。如果風力渦輪機在正常條件下的空氣密度Pnmi對應的空氣密度下工作，則得到預設槳距角<Pb。如果空氣密度明顯低於在正常條件下的空氣密度，則預設槳距角(Ppre增大Δφ。函數「max((. ..1...)) 」選擇了兩個自變量值中的更大一個，因此避免了負的預設槳距角。(Pb的數值大約為「1° 」;Δφ大約為「10° 」。在根據本發明的方法中，根據測量出的空氣溫度T和測量出的空氣壓力ρ以及溼度Ψ的數值來確定出空氣密度。空氣溫度的數值和空氣壓力的數值優選在風力渦輪機處直接測量出。溼度Ψ可以根據日期時間和/或年份預先確定。在該預先規定中，預先規定溼度Ψ的相應經驗值。可選的是，也可以直接測量出溼度Ψ。


下面參照在圖中所示的實施方案對本發明進行詳細說明。
圖1顯示出作為轉速的函數的發電機轉矩的設定點的過程；以及圖2顯示出槳距角隨著轉速的變化。
具體實施例方式圖1顯示出作為發電機轉速η的函數的發電機轉矩M的設定點。對於發電機轉矩的設定點的過程可以劃分總共四個部分。在第一部分10中，發電機轉矩的設定點隨著轉速增大而線性增大。在第二部分12中，發電機轉矩的設定點遵循轉子的理想特徵曲線。通過下面最佳功率P。pt的函數來計算出發電機轉矩的設定點，其中
權利要求
1.一種操作變槳距風力渦輪機的方法，所述風力渦輪機具有發電機和至少一個能夠圍繞著其縱向軸線調節的轉子葉片，其中根據發電機或轉子的轉速(η)確定發電機轉矩(M)的設定點，並且其中設置了過渡點(n3，M3),在該過渡點處存在從部分負載操作到滿負載操作的轉換，其特徵在於，該方法包括以下步驟確定空氣密度的數值(P)；在預設槳距轉速(ri4)處開始設定預設槳距角((ppre )，該預設槳距轉速(ri4)小於在所述過渡點處的轉速( )；其中所述預設槳距角(φρΓβ )取決於空氣密度(P)所確定的數值，使得在空氣密度與在空氣密度較高時相比較低時設定更大的預設槳距角。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，槳距角從在最小轉速(Ii1)處開始直至到達所述預設槳距轉速(ri4)都為恆定的。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，槳距角的恆定值為零。
4.如權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，槳距角從所述預設槳距轉速(η4)開始直至到達所述最大預設槳距轉速(ri5)是增大的，所述最大預設槳距轉速( )大於或等於在所述過渡點處的轉速( )。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，槳距角是線性地增大的。
6.如權利要求1至5中任一項所述的方法，其特徵在於，在預設轉速下的預設槳距角的數值是根據下面公式得到的
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述預設槳距角(φρΓβ)是對於所述過渡點處的轉速(η3)而確定的。
8.如權利要求1至7中任一項所述的方法，其特徵在於，根據所測量的空氣溫度(T)、所測量的空氣壓力(P)以及溼度(Ψ)的數值來確定所述空氣密度(P)。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述溼度(V)根據日期和/或年而預先給出ο
10.如權利要求8或9所述的方法，其特徵在於，測量出所述溼度(V)的數值。
全文摘要
一種操作變槳距風力渦輪機的方法，所述風力渦輪機具有至少一個可以圍繞著其縱向軸線調節的轉子葉片和發電機，其中根據發電機或轉子的轉速n確定發電機轉矩M的設定點，並且其中提供過渡點n3和M3，在那裡存在從部分負載操作到滿負載操作的轉換，其特徵在於，該方法包括以下步驟確定空氣密度的數值ρ；在預設槳距轉速n4處開始設定預設槳距角該預設槳距轉速n4小於在所述過渡點處的轉速n3；其中所述預設槳距角取決於針對空氣密度ρ確定的數值，使得在空氣密度與在空氣密度較高時相比更低時設定更大的預設槳距角。
文檔編號F03D7/00GK102562446SQ201110409258
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月9日 優先權日2010年12月10日
發明者H·羅赫霍爾茨, W·卡巴茨克 申請人:德國恩德能源有限公司