專利名稱：用于風(fēng)力渦輪制動的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
關(guān)于聯(lián)邦政府資助研究&開發(fā)的聲明如由能源部/國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室分部所授予的合同No.DE-AC36-98GO10337的條款所規(guī)定的，美國政府對本發(fā)明享有一定的權(quán)利。
本發(fā)明大致涉及風(fēng)力渦輪，并且更具體涉及用于風(fēng)力渦輪制動的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
至少某些公知的風(fēng)力渦輪可能包括冗余的制動系統(tǒng)以滿足安全需要。例如，至少某些公知的風(fēng)力渦輪包括盤式制動器以便有助于阻止風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子克服全部的風(fēng)扭矩，以及儲能源，例如液壓蓄能器、存儲的彈簧能量、電容器、和/或電池，以便能夠在動力故障的過程中進(jìn)行制動。此外，至少某些公知的風(fēng)力渦輪還包括通過將轉(zhuǎn)子葉片俯仰到羽狀位置內(nèi)以空氣動力學(xué)方式對轉(zhuǎn)子進(jìn)行制動的制動系統(tǒng)。這種制動系統(tǒng)還可以包括在動力故障的過程中能夠使轉(zhuǎn)子葉片俯仰的儲能源。然而，將轉(zhuǎn)子葉片俯仰到羽狀位置內(nèi)來通過空氣動力學(xué)方式對轉(zhuǎn)子進(jìn)行制動可能將振動應(yīng)力或其他作用力引發(fā)(induce)到風(fēng)力渦輪和/或其關(guān)聯(lián)部件內(nèi)，例如塔架，這可能損壞這些部件和/或使這些部件產(chǎn)生故障。此外，至少某些公知的風(fēng)力渦輪以有助于盡可能快地降低轉(zhuǎn)子速度的恒定速率將轉(zhuǎn)子葉片俯仰到羽狀位置內(nèi)。然而，這種俯仰角度的恒定改變速率可能增加引發(fā)到風(fēng)力渦輪和/或其關(guān)聯(lián)部件內(nèi)的振動應(yīng)力或其他作用力的量或者強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供了一種用于制動包括至少一個耦合到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪的方法。該方法包括至少部分基于風(fēng)力渦輪的部件的設(shè)計參數(shù)選擇性控制該至少一個轉(zhuǎn)子葉片相對風(fēng)向的俯仰角度，以便有助于減小由于制動引發(fā)到風(fēng)力渦輪部件內(nèi)的作用力。
另一方面，一種配置為耦合到電力網(wǎng)的風(fēng)力渦輪制動系統(tǒng)包括包括至少一個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子、葉片俯仰促動器以及耦合到葉片俯仰促動器的處理器。該處理器配置為至少部分基于風(fēng)力渦輪的部件的設(shè)計參數(shù)選擇性控制該至少一個轉(zhuǎn)子葉片相對風(fēng)向的俯仰角度，以便有助于減小引發(fā)到風(fēng)力渦輪部件內(nèi)的作用力。


圖1是示范性風(fēng)力渦輪的示范性實(shí)施例的透視圖；圖2是圖1所示的風(fēng)力渦輪的一部分的部分?jǐn)嗝嫱敢晥D；圖3是用于圖1和圖2所示的風(fēng)力渦輪的控制系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的示意框圖；圖4是顯示用于制動圖1和圖2所示的風(fēng)力渦輪的方法的示范性實(shí)施例的流程圖；圖5是顯示圖4所示的方法的一部分的實(shí)例的圖表；圖6是顯示施加在圖1和圖2所示的風(fēng)力渦輪的塔架上的風(fēng)速以及各種力矩之間差異的示范性數(shù)據(jù)表示的圖表。
元件列表10風(fēng)力渦輪12風(fēng)力發(fā)電機(jī)14塔架16主體18轉(zhuǎn)子20轉(zhuǎn)軸22樞軸
24葉片26發(fā)電機(jī)28系統(tǒng)30偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)32轉(zhuǎn)軸34風(fēng)速計35傳感器36俯仰系統(tǒng)38促動器40總線42處理器44RAM46裝置48處理器50裝置52傳感器界面54方法56控制58控制60檢測61改變62第一速率63圖表64第二速率66風(fēng)速68力矩70力矩
具體實(shí)施例方式
如本申請所使用的，術(shù)語“葉片”傾向于代表任何在相對周圍流體運(yùn)動時提供反作用力的裝置。如本申請所使用的，術(shù)語”風(fēng)力渦輪”傾向于代表從風(fēng)能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動能的，并且更具體是風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的任何裝置。如本申請所使用的，術(shù)語”風(fēng)力發(fā)電機(jī)”傾向于代表能夠從由風(fēng)能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動能產(chǎn)生電力，并且更具體是將從風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電力的任何風(fēng)力渦輪。如本申請所使用的，術(shù)語”風(fēng)車”傾向于代表任何出于除產(chǎn)生電力以外的預(yù)定目的，例如(但不局限于)汲取流體和/或研磨物質(zhì)而使用由風(fēng)能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動能，并更具體是由風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換成的機(jī)械能的風(fēng)力渦輪。
圖1是示范性風(fēng)力渦輪10的示范性實(shí)施例的透視圖。圖2是風(fēng)力渦輪10的一部分的部分?jǐn)嗝嫱敢晥D。本申請所描述并顯示的風(fēng)力渦輪10包括用于從風(fēng)能產(chǎn)生電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)12。然而，在某些實(shí)施例中，除了或者替換風(fēng)力發(fā)電機(jī)12，風(fēng)力渦輪10可以包括任意類型的風(fēng)力渦輪，例如(但不局限于)風(fēng)車(未圖示)。此外，本申請所描述并顯示的風(fēng)力渦輪10包括水平軸配置。然而，在某些實(shí)施例中，除了或代替水平軸配置，風(fēng)力渦輪10可以包括豎直軸配置(未圖示)。風(fēng)力渦輪10可以耦合到電力網(wǎng)(未圖示)，以便從其接收電力來驅(qū)動風(fēng)力渦輪10和/或其關(guān)聯(lián)部件的操作和/或用于向其供應(yīng)風(fēng)力渦輪10所產(chǎn)生的電力。盡管在圖1和圖2中僅顯示了一個風(fēng)力渦輪10，但在某些實(shí)施例中可以將多個風(fēng)力渦輪10聚集到一起，有時稱為”風(fēng)力農(nóng)場”。
在某些實(shí)施例中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)12安裝在塔架14上，然而，在某些實(shí)施例中，除了或代替安裝在塔臺上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)12，風(fēng)力渦輪10包括接近地面和/或水面的風(fēng)力發(fā)電機(jī)(和/或其他類型的風(fēng)力渦輪)?？梢曰诒绢I(lǐng)域公知的因素和條件選擇塔架14的高度。風(fēng)力發(fā)電機(jī)12包括主體16，有時稱為“吊艙”，以及耦合到主體16以便繞旋轉(zhuǎn)軸20相對主體16旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(一般由18所標(biāo)識)。轉(zhuǎn)子18包括樞軸22和從樞軸22徑向向外延伸以便將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動能的多個葉片24(有時稱為“翼面”)。盡管在本申請中轉(zhuǎn)子18描述并顯示為具有三個葉片24，但轉(zhuǎn)子18可以具有任意數(shù)量的葉片24。葉片24可以分別具有任意長度(無論在本申請中是否描述)。例如，在某些實(shí)施例中，一個或多個轉(zhuǎn)子葉片24大約0.5米長，而在某些實(shí)施例中一個或多個轉(zhuǎn)子葉片24大約50米長。葉片24長度的其他實(shí)例包括10米或者更少、大約20米、大約37米以及大約40米。其他實(shí)例還包括長大約50到大約100米之間的轉(zhuǎn)子葉片。
不管在圖1中如何顯示轉(zhuǎn)子葉片24，轉(zhuǎn)子18可以具有任意形狀的葉片24，并且可以具有任意形式和/或任意配置的葉片24，無論這些形狀、類型和/或配置是否在本申請中進(jìn)行了描述和/或顯示。轉(zhuǎn)子葉片24的另一類型、形狀和/或配置的實(shí)例是具有包含在管道(未圖示)內(nèi)的渦輪(未圖示)的管道式轉(zhuǎn)子(未圖示)。轉(zhuǎn)子葉片24的另一類型、形狀和/或配置的另一實(shí)例是打蛋形(darrieus)風(fēng)力渦輪，有時稱為“打蛋器”渦輪。轉(zhuǎn)子葉片24的另一類型、形狀和/或配置的又一實(shí)例是桶形(savonious)風(fēng)力渦輪。轉(zhuǎn)子葉片24的另一類型、形狀和/或配置的再一實(shí)例是用于汲水的傳統(tǒng)風(fēng)車，例如(但不限于)具有木制閘板和/或纖維帆布的四葉片轉(zhuǎn)子。此外，在某些實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪10是其內(nèi)轉(zhuǎn)子18面向逆風(fēng)方向以便利用風(fēng)能的風(fēng)力渦輪，并且/或者可以是其中轉(zhuǎn)子18以便面向順風(fēng)方向以利用能量的風(fēng)力渦輪。當(dāng)然，在任何實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子18不必精確面向逆風(fēng)方向和/或順風(fēng)方向，而是可以一般以任意角度(可以是可變的)相對風(fēng)向面向，以便從其利用能量。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)12包括耦合到轉(zhuǎn)子18以便從由轉(zhuǎn)子18產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動能產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)26。發(fā)電機(jī)26可以是任何適當(dāng)類型的發(fā)電機(jī)，例如(但不局限于)繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)從轉(zhuǎn)子18的轉(zhuǎn)動能產(chǎn)生電力的一般性操作是本領(lǐng)域公知的，并且因而在本申請中將不進(jìn)行詳細(xì)描述。在某些實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪10包括耦合到風(fēng)力發(fā)電機(jī)12的某些或所有部件以便一般性控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)12和/或其某些或所有部件(無論這些部件是否在本申請中進(jìn)行描述和/或顯示)的操作的一個或多個控制系統(tǒng)28。在示范性實(shí)施例中，控制系統(tǒng)28安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)12上。然而，附加或備選地，一個或多個控制系統(tǒng)28可遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪10的風(fēng)力發(fā)電機(jī)12和/或其他部件。控制系統(tǒng)28可用于(但不限于)整個系統(tǒng)監(jiān)測和控制，包括例如俯仰以及速度調(diào)節(jié)、高速軸以及偏轉(zhuǎn)制動應(yīng)用、偏轉(zhuǎn)以及泵浦發(fā)動機(jī)應(yīng)用和/或故障監(jiān)測。在某些實(shí)施例中可以使用備選的分布式或中央式控制體系。
在某些實(shí)施例中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)12可以包括用于對轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動，以便例如減緩轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)，制動轉(zhuǎn)子18克服全部風(fēng)扭矩和/或減小從發(fā)電機(jī)26產(chǎn)生的電力的盤式制動器(未圖示)。此外，在某些實(shí)施例中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)12可以包括用于繞轉(zhuǎn)軸32旋轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)12以改變轉(zhuǎn)子18的偏轉(zhuǎn)，并且更具體用于改變由轉(zhuǎn)子18所面向的方面的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)30，以便例如調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子18所面向的方向和風(fēng)向之間的角度。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)30可以耦合到控制系統(tǒng)28，以便由其控制。在某些實(shí)施例中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)12可以包括用于測量風(fēng)速和/或風(fēng)向的風(fēng)速計34。在某些實(shí)施例中，風(fēng)速計34可以耦合到控制系統(tǒng)28，以便向控制系統(tǒng)28發(fā)送測量結(jié)果來對其進(jìn)行處理。例如并且盡管風(fēng)速計34可以耦合到控制系統(tǒng)28以便向其發(fā)送測量結(jié)果來控制風(fēng)力渦輪10的其他操作，但風(fēng)速計34可以向控制系統(tǒng)28發(fā)送測量結(jié)果以便使用偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)30控制和/或改變轉(zhuǎn)子18的偏轉(zhuǎn)。作為備選方案，風(fēng)速計34可以直接耦合到偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)30，以便控制和/或改變轉(zhuǎn)子18的偏轉(zhuǎn)。風(fēng)力渦輪10還可以包括耦合到風(fēng)力農(nóng)場10和/或電力網(wǎng)的一個或多個部件上的一個或多個其他傳感器35(無論這些部件是否在本申請中進(jìn)行了描述或顯示)，以便測量這些部件的參數(shù)、傳感器35可以包括(但不局限于)配置為測量位移、偏轉(zhuǎn)、俯仰、力矩、應(yīng)變、壓力、扭曲、損壞、故障、轉(zhuǎn)子扭矩、轉(zhuǎn)子速度、電力網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)異常和/或供應(yīng)到風(fēng)力渦輪10任何部件的動力異常。盡管示范性傳感器35在本申請中顯示為耦合到風(fēng)力渦輪10的各種部件，例如塔架14、葉片24和樞軸22，但本申請所顯示的傳感器35不限于各傳感器所顯示為耦合到的部件，也不局限于在這些部件上所示的位置。更確切地，傳感器35可以在其任何位置耦合到風(fēng)力渦輪10和/或電力網(wǎng)的任何部件，以便測量其任意參數(shù)，無論這些部件、位置和/或參數(shù)是否在本申請中進(jìn)行了描述和/或顯示。風(fēng)力渦輪10的一般性操作，并且更具體的風(fēng)力發(fā)電機(jī)12，是本領(lǐng)域所公知的，并且因而將不在本申請中進(jìn)行詳細(xì)描述。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)12包括可變的葉片俯仰系統(tǒng)36，以便擇性控制，包括(但不局限于)改變轉(zhuǎn)子葉片24相對風(fēng)向的俯仰角度。俯仰系統(tǒng)36可以耦合到控制系統(tǒng)28以便由其控制。在某些實(shí)施例中，葉片24的俯仰角度由俯仰系統(tǒng)36單獨(dú)控制。俯仰系統(tǒng)36包括一個或多個耦合到樞軸22和葉片24的促動器38，以便通過相對樞軸22旋轉(zhuǎn)葉片24來改變?nèi)~片24的俯仰角度。促動器38可以包括任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)、配置、排列、裝置和/或部件，無論是否在本身情中進(jìn)行了描述和/或顯示，例如(但不局限于)電動機(jī)、液壓缸、彈簧和/或伺服機(jī)構(gòu)。此外，促動器38可以由任何適當(dāng)?shù)氖侄悟?qū)動，無論是否在本申請中進(jìn)行描述和/或顯示，例如(但不局限于)液壓流體、電力、電化學(xué)動力和/或機(jī)械動力，例如(但不局限于)彈簧作用力。附加或備選地，促動器38可以由從轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)慣性和/或在耦合到風(fēng)力渦輪10的電力網(wǎng)的網(wǎng)異常過程中向風(fēng)力渦輪10的部件，例如(但不局限于)控制系統(tǒng)28和/或俯仰系統(tǒng)36供應(yīng)能量的儲能源(未圖示)提取的能量所驅(qū)動。例如，公用電力網(wǎng)的網(wǎng)異常包括(但不限于)動力故障、欠壓狀態(tài)、過壓狀態(tài)和/或頻率不符狀態(tài)。同樣，儲能源在網(wǎng)異常過程中能夠使葉片24俯仰。盡管在在某些實(shí)施例中可以使用其他儲能源，該儲能源包括液壓蓄能器、發(fā)電機(jī)、存儲的彈簧能量、電容器和/或電池。儲能源可以位于風(fēng)力渦輪10內(nèi)、鄰近和/遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪10的任意位置。在某些實(shí)施例中，儲能源存儲從轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)慣性提取的能量、存儲在風(fēng)力渦輪10轉(zhuǎn)換器(未圖示)內(nèi)和/或其他輔助能量源的能量，例如(但不局限于)耦合到風(fēng)力渦輪20的輔助風(fēng)力渦輪(未圖示)、太陽能電池板和/或水利發(fā)電設(shè)施。
圖3是控制系統(tǒng)28的示范性實(shí)施例的示意框圖。在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)28包括總線40或傳達(dá)信息的其他通信裝置。一個或多個處理器42耦合到總線40以處理信息，包括來自風(fēng)速計34和/或傳感器35的信息。控制系統(tǒng)28還可以包括一個或多個隨即存取存儲器(RAM)44和/或其他存儲裝置46。RAM44和存儲裝置46耦合到總線40，以便存儲并傳輸信息以及要由處理器42運(yùn)行的指令。RAM44(和/或如果包括的存儲裝置46)還用于在處理器42運(yùn)行指令的過程中存儲臨時變量或其他中間信息?？刂葡到y(tǒng)28還可以包括一個或多個只讀存儲器(ROM)48和/或耦合到總線40的其他靜態(tài)存儲裝置以便存儲并向處理器42提供靜態(tài)(即，不變的)信息和指令。輸入/輸出裝置50可以包括本領(lǐng)域公知的任何裝置以便向控制系統(tǒng)28提供輸入數(shù)據(jù)并且/或者提供輸出，例如(但不局限于)偏轉(zhuǎn)控制和/或俯仰控制輸出。指令可以經(jīng)以有線或無線方式存取一個或多個可電存取介質(zhì)等的遠(yuǎn)程連接從存儲裝置，例如(但不局限于)磁盤、只讀存取器(ROM)集成電路、CD-ROM和/或DVD，提供到存儲器。在某些實(shí)施例中，可以使用硬連線電路代替或組合軟件指令。因而，指令序列的運(yùn)行不限于任何硬件電路和軟件指令的特定組合，無論是否在本申請中進(jìn)行了描述和/或顯示。控制系統(tǒng)28還可以包括允許控制系統(tǒng)28與風(fēng)速計34和/或傳感器35通信的傳感器界面52。傳感器界面52可以是或可以包括，例如一個或多個將模擬信號轉(zhuǎn)換成處理器48所使用的數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
圖4是顯示用于制動風(fēng)力渦輪10的方法54的示范性實(shí)施例的流程圖。方法54包括使用控制系統(tǒng)28和/或俯仰系統(tǒng)36對一個或多個轉(zhuǎn)子葉片24的俯仰角度進(jìn)行選擇性控制56。例如，對葉片24的俯仰角度進(jìn)行選擇性控制56包括(但不限于)選擇葉片24的俯仰角度，改變?nèi)~片24的俯仰角度和/或控制葉片24的俯仰角度改變的速率。某些俯仰角度和/或俯仰角度的改變可以將振動應(yīng)力和/或其他作用力引發(fā)到風(fēng)力渦輪10的部件內(nèi)(無論這些部件是否在本申請中進(jìn)行了描述和/或顯示)，可能導(dǎo)致這些部件的損壞和/或故障。例如，某些俯仰角度和/或俯仰角度的改變可能產(chǎn)生損壞和/或使葉片24和/或風(fēng)力渦輪10的其他部件出現(xiàn)故障的葉片24之間俯仰角度的不平衡。另一實(shí)例包括由某些俯仰角度和/或俯仰角度的改變引起的塔架14中能夠損壞塔架14和/或使塔架14出現(xiàn)故障的彎曲力矩。此外，某些俯仰角度和/或俯仰角度的改變可以引發(fā)出引起風(fēng)力渦輪10的部件，例如(但不局限于)葉片24、樞軸22、塔架14和風(fēng)力發(fā)電機(jī)12之間的互連件、塔架14的臺板(未圖示)、風(fēng)力渦輪10的基座(未圖示)、風(fēng)力渦輪10的變速箱、風(fēng)力渦輪10的軸承和/或風(fēng)力渦輪10的動力傳動系統(tǒng)損壞和/或故障的負(fù)載。
因而，在某些實(shí)施例中，方法54包括至少部分基于風(fēng)力渦輪10和/或電力網(wǎng)的一個或多個部件的設(shè)計參數(shù)并且/或者至少部分基于由風(fēng)速計34和/或一個或多個傳感器35測量的風(fēng)力渦輪10和/或電力網(wǎng)的一個或多個部件的參數(shù)對葉片24的俯仰角度進(jìn)行選擇性控制58。因而，葉片24的俯仰角度控制可以選為有助于減小或消除引發(fā)到風(fēng)力渦輪10的一個或多個預(yù)定部件的振動應(yīng)力和/或其他作用力。例如，可以選擇葉片24的俯仰角度、葉片24的俯仰角度的改變和/或葉片24的俯仰角度改變速率，以減小或消除引發(fā)到風(fēng)力渦輪10的一個或多個部件內(nèi)的振動應(yīng)力和/或其他作用力。風(fēng)力渦輪10的一個或多個部件的設(shè)計參數(shù)可以包括(但不局限于)部件的尺寸、形狀、硬度、應(yīng)變、加壓和/或強(qiáng)度，包括任何安全因素。由風(fēng)速計34和/或傳感器35測量的風(fēng)力渦輪10的一個或多個部件的參數(shù)包括(但不局限于)位移、偏轉(zhuǎn)、俯仰角度、力矩、風(fēng)速、風(fēng)向、應(yīng)變、應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)、損壞、故障、轉(zhuǎn)子扭矩和/或轉(zhuǎn)子速度。
如上文所描述的，在某些實(shí)施例中對葉片24的俯仰角度進(jìn)行控制56包括改變?nèi)~片24的俯仰角度。在某些實(shí)施例中，改變?nèi)~片24的俯仰角度以便以空氣動力學(xué)方式制動轉(zhuǎn)子18。更具體地，葉片24從相對風(fēng)向成角度以使風(fēng)驅(qū)動轉(zhuǎn)子18旋轉(zhuǎn)的第一位置改變到第二位置，有時稱為“羽狀位置”，也就是說相對風(fēng)向成角度以使風(fēng)對轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行減速。因而，轉(zhuǎn)子葉片24的俯仰角度從第一位置到第二位置的改變56有助于以空氣動力學(xué)方式制動轉(zhuǎn)子18。盡管第一位置可以包括其他俯仰角度，但在某些實(shí)施例中葉片24相對風(fēng)向所成的角度在大約-5°和大約5°之間。此外，盡管第二位置可以包括其他俯仰角度，但在某些實(shí)施例中葉片24相對風(fēng)向成角度在大約85°和大約95°之間。在某些實(shí)施例中，并且例如，在控制系統(tǒng)28對電力網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)異常進(jìn)行檢測60時，控制系統(tǒng)28命令俯仰系統(tǒng)36改變轉(zhuǎn)子葉片24的俯仰角度，由此響應(yīng)該網(wǎng)異常以空氣動力學(xué)方式制動轉(zhuǎn)子18。在網(wǎng)異常的情況下，能量可以從儲能源提取并供應(yīng)到控制系統(tǒng)28和/或俯仰系統(tǒng)36以便其進(jìn)行操作。
為了進(jìn)一步有助于減小或消除引發(fā)到風(fēng)力渦輪10的一個或多個部件內(nèi)的振動應(yīng)力和/或其他作用力，并且如上文所描述的，在某些實(shí)施例中，方法56包括對轉(zhuǎn)子葉片24的俯仰角度改變速率進(jìn)行變化61。例如，在某些實(shí)施例中，葉片24的俯仰角度的改變速率可以隨葉片24在第一位置和第二位置之間移動而進(jìn)行變化61，以便以空氣動力學(xué)方式制動轉(zhuǎn)子18。這種改變速率的變化包括(但不局限于)各特定改變速率的時間，可以至少部分基于風(fēng)力渦輪10和/或電力網(wǎng)的一個或多個部件的設(shè)計參數(shù)并且/或者至少部分基于由風(fēng)速計34和/或一個或多個傳感器35所測量的風(fēng)力渦輪10和/或電力網(wǎng)的一個或多個部件的參數(shù)。因而，可以選擇包括(但不局限于)各種特定速率改變的時間在內(nèi)的改變速率的變化，以便有助于減小或消除引發(fā)到風(fēng)力渦輪10的一個或多個預(yù)定部件內(nèi)的振動應(yīng)力和/或其他作用力。例如，改變速率的變化可以有助于減小或消除葉片俯仰不平衡和/或其影響。
圖5是顯示對葉片24的俯仰角度改變速率進(jìn)行變化61的一個實(shí)例的圖表63。在圖5的示范性實(shí)施例中，葉片24從第一位置俯仰到第二位置以便以空氣動力學(xué)方式制動轉(zhuǎn)子18。隨著葉片24從第一位置俯仰到第二位置，俯仰角度以第一速率62改變并隨后以小于第一速率62的第二速率64改變。更具體地，并且例如，在控制系統(tǒng)28在大約t0時刻檢測公用電網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)異常，控制系統(tǒng)28命令俯仰系統(tǒng)36將一個或多個葉片24的俯仰角度以第一速率62從第一位置向第二位置移動。一旦轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)已經(jīng)減慢預(yù)定量，控制系統(tǒng)28在t1時刻命令俯仰系統(tǒng)36將以第二速率64移動葉片24的俯仰角度，直到葉片24在t2時刻處于第二位置。在某些實(shí)施例中，第一速率62有助于盡可能快地減小轉(zhuǎn)子18的速度和/或扭矩，而減小的第二速率64有助于減小或消除引發(fā)到風(fēng)力渦輪10的一個或多個部件內(nèi)的振動應(yīng)力和/或其他作用力。例如，第二速率64有助于對塔架14的振動進(jìn)行減震。圖6是顯示在使用圖5所示的葉片24俯仰角度改變的變化的塔架14上所施加的力矩減小的示范性數(shù)據(jù)表示的圖表。更具體地，圖6顯示了使用恒定的葉片24俯仰角度改變速率塔架14上所施加的風(fēng)速66、力矩68和使用圖5所示的葉片24俯仰角度變換的變化的塔架14所施加的力矩70之間的差異。
上文所描述和/或顯示方法和系統(tǒng)對于制動風(fēng)力渦輪是費(fèi)用低廉并有效的。更具體地，通過至少部分基于風(fēng)力渦輪的一個或多個部件的確定的設(shè)計參數(shù)和測量參數(shù)中的至少一個選擇性控制一個或多個轉(zhuǎn)子葉片的俯仰角度，本申請所描述和/或顯示的方法和系統(tǒng)有助于減小或消除引發(fā)到風(fēng)力渦輪部件內(nèi)的作用力。此外，本申請所描述和/或顯示的方法和系統(tǒng)有助于在風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子的制動過程中通過變化轉(zhuǎn)子葉片俯仰角度的改變速率減小或消除引發(fā)到風(fēng)力渦輪部件內(nèi)的作用力。因而，本申請所描述和/或顯示的方法和系統(tǒng)可以有助于減小風(fēng)力渦輪部件的損壞和/或故障，同時仍有助于有效制動風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子。同樣地，本申請所描述和/或顯示的方法和系統(tǒng)的技術(shù)效果可以包括有助于減小或消除引發(fā)到風(fēng)力渦輪部件內(nèi)的作用力，以便有助于減小風(fēng)力渦輪部件的損壞和/或故障，同時還有助于有效制動風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子。
盡管針對風(fēng)力渦輪，并且更具體是制動風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，對本申請所描述和/或顯示的系統(tǒng)和方法進(jìn)行了描述和/或顯示，但本申請所描述和/或顯示的系統(tǒng)和方法的實(shí)現(xiàn)不限于風(fēng)力發(fā)電機(jī)并且通常也不限于風(fēng)力渦輪。更確切地，本申請所描述和/或顯示系統(tǒng)和方法適用于制動具有一個或多個葉片的任何轉(zhuǎn)子。
在本申請中詳細(xì)描述和/或顯示了系統(tǒng)和方法的示范性實(shí)施例。本系統(tǒng)和方法不限于本申請所描述的特定實(shí)施例，而是，各系統(tǒng)的部件以及各方法的步驟可以獨(dú)立并且與本申請所描述的其他部件和步驟分開應(yīng)用。各部件以及各方法步驟還可以與其他部件和/或方法步驟組合使用。
在介紹本申請所描述和/或顯示的組件和方法的組成部分/部件/等時，冠詞”一”、“一個”、“該”、“所述”以及“至少一個”傾向于是指存在一個或多個組成部分/部件/等。術(shù)語“包含”、“包括”以及”具有”傾向于是包括性并且意味著除了所列的組成部分/部件/等外還可以存在附加組成部分/部件/等。
盡管已經(jīng)依照各種特定實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識到可以通過不脫離本權(quán)利要求的精神和范圍的改型來實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種配置為耦合到電力網(wǎng)的風(fēng)力渦輪系統(tǒng)，所述風(fēng)力渦輪包括包括至少一個轉(zhuǎn)子葉片(24)的轉(zhuǎn)子(18)；葉片俯仰促動器(38)；以及耦合到所述葉片俯仰促動器的處理器(42)，所述處理器配置為至少部分基于所述風(fēng)力渦輪的部件的設(shè)計參數(shù)選擇性控制所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片相對風(fēng)向的俯仰角度，以便有助于減小引發(fā)到風(fēng)力渦輪部件內(nèi)的作用力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述處理器(42)配置為使用所述葉片俯仰促動器(38)在第一位置和第二位置之間改變所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片(24)相對風(fēng)向的俯仰角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述處理器(42)配置為使用所述葉片俯仰促動器(38)在所述第一位置和所述第二位置之間變化所述轉(zhuǎn)子葉片俯仰角度的改變速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述處理器(42)配置為響應(yīng)所述電力網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)異常改變所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片的俯仰角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述處理器(42)配置為通過使用所述葉片俯仰促動器(38)改變所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片的俯仰角度以空氣動力學(xué)方式制動所述轉(zhuǎn)子。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述處理器(42)配置為以第一速率改變所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片(24)的俯仰角度并隨后使用所述葉片俯仰促動器(38)以低于所述第一速率的第二速率改變所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片的俯仰角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括耦合到所述處理器(40)和所述葉片俯仰促動器(38)的用于在所述電力網(wǎng)的網(wǎng)異常過程中向所述處理器和所述葉片俯仰促動器中的至少一個供應(yīng)能量的儲能源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述儲能源包括液壓蓄能器、發(fā)電機(jī)、彈簧、電容器以及電池中的至少一個。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)力渦輪(10)進(jìn)一步包括耦合到所述風(fēng)力渦輪部件的用于測量所述風(fēng)力渦輪部件的參數(shù)的傳感器(35)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述葉片俯仰促動器(38)包括電動機(jī)、液壓缸，彈簧以及伺服機(jī)構(gòu)中的至少一個。
全文摘要
一種用于制動包括至少一個耦合到轉(zhuǎn)子(18)的轉(zhuǎn)子葉片(24)的風(fēng)力渦輪(10)的方法。該方法包括基于該風(fēng)力渦輪的部件的設(shè)計參數(shù)選擇性控制至少一個轉(zhuǎn)子葉片相對風(fēng)向的俯仰角度，以便有助于減小由于制動引發(fā)到所述風(fēng)力渦輪部件內(nèi)的作用力。
文檔編號F03D11/00GK1966973SQ200610139900
公開日2007年5月23日 申請日期2006年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者C·巴布, R·泰希曼, A·阿瓦利亞諾, L·C·卡默, K·G·皮爾斯, D·S·佩塞特斯基, P·戈歇爾 申請人:通用電氣公司