專利名稱：用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片的末梢速度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開涉及用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行的系統(tǒng)，且具體而言，涉及一種以最 小的能量輸出損失滿足特定噪聲水平的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)風(fēng)能系統(tǒng)作為一種能量源已經(jīng)獲得越來(lái)越多的重要性。由于適合它們的經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行的地區(qū)在許多國(guó)家都相對(duì)稀少，因此越來(lái)越多的風(fēng)能系統(tǒng)被定位于有人居住的地區(qū) 附近。由于風(fēng)能系統(tǒng)中的風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)引起噪聲，這導(dǎo)致各種問(wèn)題，例如來(lái)自鄰里的抗 拒等。有多種因素造成此類系統(tǒng)的總體噪聲排放，例如音調(diào)噪聲(tonal noise)排放和空 氣動(dòng)力學(xué)噪聲排放。用來(lái)降低風(fēng)能系統(tǒng)的噪聲排放的方法已經(jīng)被討論了許久。例如，已經(jīng)提出通過(guò)系 統(tǒng)的速度/轉(zhuǎn)矩控制來(lái)降低由葉片引起的空氣動(dòng)力學(xué)噪聲，以便在某些時(shí)間間隔期間(例 如夜間)將渦輪機(jī)速度保持低速。其他人已經(jīng)提出單獨(dú)地降低風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)力渦輪機(jī)的速度 /轉(zhuǎn)矩，以便獲得系統(tǒng)的最大整體性能，同時(shí)防止使一部分風(fēng)力渦輪機(jī)以明顯高于所有渦輪 機(jī)的平均速度的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。已經(jīng)明確肯定，要限制由風(fēng)力渦輪機(jī)葉片發(fā)出的噪聲，其旋轉(zhuǎn)所具有的最大末梢 速度必須被限制。末梢速度的限制需要減小額定功率，以限制在渦輪機(jī)的傳動(dòng)系中產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)矩。這降低了渦輪機(jī)的年能量輸出。然而，對(duì)于較高的風(fēng)速不需要限制葉片的最大末梢 速度，因?yàn)轱L(fēng)的背景噪聲(例如在環(huán)繞風(fēng)力渦輪機(jī)的地區(qū)中風(fēng)本身的環(huán)境或背景聲音)將 覆蓋風(fēng)力渦輪機(jī)的甚至更大的噪聲產(chǎn)生。因此，提供這樣一種系統(tǒng)將是有利的，在該系統(tǒng)中 當(dāng)環(huán)境條件允許時(shí)渦輪機(jī)可以重新加速并獲得原始的額定功率，從而提供這樣一種系統(tǒng)， 其以最小的年能量輸出損失而滿足特定的最大噪聲水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開的一方面涉及一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片的末梢速度的方法，該 風(fēng)力渦輪機(jī)具有附接到帶有軸的輪轂上的葉片，以及發(fā)電機(jī)。該方法包括但不限于，監(jiān)視緊 鄰風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)速；在高于第一預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速并低于第二預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速(其大于第一預(yù) 定標(biāo)稱風(fēng)速)的可變的風(fēng)速期間保持葉片的末梢的第一大體恒定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；在高于第二 預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速的可變的風(fēng)速期間保持葉片末梢的第二大體恒定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。葉片末梢的第 二恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度大于葉片末梢的第一恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度。由風(fēng)在第二預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速下產(chǎn)生的噪 聲大于由葉片在葉片末梢的第二恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度下所產(chǎn)生的噪聲。該方法可包括通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩來(lái)控制軸的轉(zhuǎn)矩，從而控制葉片的末梢速 度。此外，該方法可包括在改變?nèi)~片的槳距角和維持葉片的槳距角大體上恒定以維持第一 大體恒定的葉片末梢轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間交替。而且，該方法可包括在改變?nèi)~片的槳距角和維持 葉片的槳距角大體上恒定以維持第二大體恒定的葉片末梢轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間交替。葉片的槳距角可基于發(fā)電機(jī)的測(cè)量電功率輸出。葉片的槳距角還可基于發(fā)電機(jī)和軸的其中一個(gè)的測(cè)量轉(zhuǎn)矩以及發(fā)電機(jī)和軸的其中一個(gè)的測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)速度。該方法可包括用來(lái)監(jiān)視風(fēng)速的傳感器，以及向控制系統(tǒng)提供輸入的傳感器，控制 系統(tǒng)將監(jiān)視到的風(fēng)速與第一預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速進(jìn)行比較。本發(fā)明公開的另一方面還涉及一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片的末梢速度的方 法。該方法包括但不限于，確定緊鄰風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)速；在高于第一編程標(biāo)稱風(fēng)速并低于第 二編程標(biāo)稱風(fēng)速(第一編程標(biāo)稱風(fēng)速小于第二編程標(biāo)稱風(fēng)速)的可變的風(fēng)速期間保持葉片 末梢的第一大體恒定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；在高于第二預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速的可變的風(fēng)速期間保持葉片末 梢的第二大體恒定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。葉片末梢的第二恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度大于葉片末梢的第一恒定轉(zhuǎn) 動(dòng)速度。由風(fēng)在第二編程標(biāo)稱風(fēng)速下產(chǎn)生的噪聲大于由葉片在葉片末梢的第二恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速 度下所產(chǎn)生的噪聲。該方法可包括通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩來(lái)控制軸的轉(zhuǎn)矩，從而控制葉片的末梢速 度。該方法還可包括在改變?nèi)~片的槳距角和維持葉片的槳距角大體上恒定以維持第一大體 恒定的葉片末梢轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間交替。而且，該方法可包括在改變?nèi)~片的槳距角和維持葉片 的槳距角大體上恒定以維持第二大體恒定的葉片末梢轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間交替。葉片的槳距角可基于發(fā)電機(jī)的測(cè)量電功率輸出。此外，葉片的槳距角可基于發(fā)電 機(jī)和軸的其中一個(gè)的測(cè)量轉(zhuǎn)矩以及發(fā)電機(jī)和軸的其中一個(gè)的測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)速度。該方法可包括向控制系統(tǒng)提供輸入的傳感器，控制系統(tǒng)可利用來(lái)自傳感器的輸入 來(lái)確定風(fēng)速，并可將確定的風(fēng)速與第一預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速進(jìn)行比較。另外，該方法可包括用來(lái)確 定風(fēng)速的傳感器。傳感器可向控制系統(tǒng)提供輸入，控制系統(tǒng)可將確定的風(fēng)速與第一預(yù)定標(biāo) 稱風(fēng)速進(jìn)行比較。本發(fā)明公開還涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其具有帶輪轂的轉(zhuǎn)子，聯(lián)接到該輪轂上的至 少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，以及聯(lián)接到該輪轂上以隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子軸。發(fā)電機(jī)聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸上，并構(gòu) 造成聯(lián)接到電氣負(fù)載上。用來(lái)感測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)的狀況的傳感器緊鄰風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)置。控制 系統(tǒng)聯(lián)接到傳感器上，并配置成通過(guò)確定緊鄰風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)速而控制轉(zhuǎn)子葉片的末梢速 度；將確定的風(fēng)速與第一編程標(biāo)稱風(fēng)速以及第二編程標(biāo)稱風(fēng)速進(jìn)行比較。其中該控制系統(tǒng) 在高于第一編程標(biāo)稱風(fēng)速且低于第二編程標(biāo)稱風(fēng)速的可變風(fēng)速期間維持葉片末梢的第一 大體恒定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。該第一編程標(biāo)稱風(fēng)速小于第二編程標(biāo)稱風(fēng)速。其中該控制系統(tǒng)在高 于第二預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速的可變風(fēng)速期間保持葉片末梢的第二大體恒定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。葉片末梢 的第二恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度大于葉片末梢的第一恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度。該風(fēng)力渦輪機(jī)控制系統(tǒng)可配置成通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩而控制轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)矩，從 而控制葉片的末梢速度。該控制系統(tǒng)還可配置成在改變?nèi)~片的槳距角和維持葉片的槳距角 大體上恒定以維持第一大體恒定的葉片末梢轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間交替。此外，該控制系統(tǒng)可配置 成在改變?nèi)~片的槳距角和維持葉片的槳距角大體上恒定以維持第二大體恒定的葉片末梢 轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間交替。風(fēng)力渦輪機(jī)可包括用于確定風(fēng)速的至少一個(gè)傳感器。該至少一個(gè)傳感 器可向控制系統(tǒng)提供輸入，控制系統(tǒng)可將確定的風(fēng)速與第一預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速進(jìn)行比較。本文描述的系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括但不限于，以最小的年能量輸出損失滿足特 定最大噪聲水平的能力。系統(tǒng)監(jiān)視風(fēng)速或其它參數(shù)，并相應(yīng)地調(diào)整風(fēng)力渦輪機(jī)的最大末梢 速度。對(duì)于較低的風(fēng)速，限制最大末梢速度以最小化由葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲量。然而，對(duì) 于較高的風(fēng)速不需要限制葉片的最大末梢速度，因?yàn)轱L(fēng)的背景噪聲(即在環(huán)繞風(fēng)力渦輪機(jī)的地區(qū)中風(fēng)本身的環(huán)境或背景聲音)將覆蓋風(fēng)力渦輪機(jī)的甚至更大的噪聲產(chǎn)生。另外，在 升高的風(fēng)速期間向順槳的葉片變槳運(yùn)動(dòng)限制了風(fēng)力渦輪機(jī)噪聲產(chǎn)生。因此，由于不是對(duì)所 有的風(fēng)速都要求末梢速度限制，渦輪機(jī)可重新加速并達(dá)到初始的額定功率，而不會(huì)導(dǎo)致風(fēng) 力渦輪機(jī)的噪聲水平上升超過(guò)由風(fēng)產(chǎn)生的背景噪聲。結(jié)合通過(guò)示例圖示本發(fā)明公開的原理的附圖，本發(fā)明公開的其它特征和優(yōu)點(diǎn)由優(yōu) 選實(shí)施例的以下更詳細(xì)的描述將更明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明公開的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)示例性風(fēng)力渦輪機(jī)的透視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明公開的一個(gè)實(shí)施例的圖1中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)的一部分的部分 剖切透視圖。圖3是圖1和圖2中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)的示意圖。圖4是圖示一種用于控制圖1-3中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子速度的方法的示意性 實(shí)施例的流程圖。圖5是圖示風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片的槳距與風(fēng)速相關(guān)的圖表。圖6是圖示風(fēng)力渦輪機(jī)的rpm與風(fēng)速相關(guān)的圖表。圖7是圖示由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的功率與風(fēng)速相關(guān)的圖表。圖8是圖示一種基于風(fēng)速控制風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片的末梢速度的方法的示例性實(shí) 施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式如本文所用，用語(yǔ)“葉片”意在代表當(dāng)相對(duì)于周圍流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)提供反作用力的 任何裝置。如本文所用，用語(yǔ)“風(fēng)力渦輪機(jī)”意在代表由風(fēng)能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)能，并且更具體地，將 風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的任何裝置。如本文所用，用語(yǔ)“風(fēng)力發(fā)電機(jī)”意在代表由從風(fēng)能產(chǎn) 生的旋轉(zhuǎn)能產(chǎn)生電力的任何風(fēng)力渦輪機(jī)，并且更具體地，將從風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換來(lái)的機(jī)械能轉(zhuǎn) 換成電力的任何風(fēng)力渦輪機(jī)。如本文所用，用語(yǔ)“風(fēng)車”意在代表使用從風(fēng)能產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能 的任何風(fēng)力渦輪機(jī)，并且更具體地，將從風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換而來(lái)的機(jī)械能用于除了產(chǎn)生電力之 外的預(yù)定目的(例如但不限于，泵送流體和/或研磨物質(zhì))的風(fēng)力渦輪機(jī)。圖1是根據(jù)本發(fā)明公開的一個(gè)實(shí)施例的示例性風(fēng)力渦輪機(jī)10的透視圖。圖2是 根據(jù)本發(fā)明公開的一個(gè)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)10的一部分的部分剖切透視圖。圖3是風(fēng)力 渦輪機(jī)10的示意圖。本文描述并圖示的風(fēng)力渦輪機(jī)10是用于從風(fēng)能產(chǎn)生電力的風(fēng)力發(fā)電 機(jī)。然而，在一些實(shí)施例中，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)之外或替代風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)力渦輪機(jī)10可為任何 類型的風(fēng)力渦輪機(jī)，例如但不限于，風(fēng)車(未示出)。此外，本文描述和圖示的風(fēng)力渦輪機(jī) 10包括水平軸構(gòu)造。然而，在一些實(shí)施例中，在水平軸構(gòu)造之外或替代水平軸構(gòu)造，風(fēng)力渦 輪機(jī)10可包括垂直軸構(gòu)造(未示出)。風(fēng)力渦輪機(jī)10可聯(lián)接到電氣負(fù)載(未示出)上，例 如但不限于，用于從其接受電力以驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)10和/或其相關(guān)的部件的運(yùn)行和/或用 于將風(fēng)力渦輪機(jī)10產(chǎn)生的電力供應(yīng)到其上的電網(wǎng)(未示出)。盡管在圖1-3中僅示出一 個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)10，但在一些實(shí)施例中，可將多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)10群組到一起，有時(shí)稱為“風(fēng)電 場(chǎng)”。
6
風(fēng)力渦輪機(jī)10包括主體16，有時(shí)稱為“外罩(nacelle) ”，以及聯(lián)接到主體16上以 相對(duì)于主體16繞旋轉(zhuǎn)軸線20旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(總體上由18標(biāo)示)。在該示例性實(shí)施例中，外 罩16安裝在塔架14上。塔架14的高度可為使得風(fēng)力渦輪機(jī)10能夠如本文所述起作用的 任何合適的高度。轉(zhuǎn)子18包括輪轂22和從輪轂22徑向向外延伸以將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)能 的多個(gè)葉片24 (有時(shí)稱作“翼型件”)。各葉片24均具有位于其端部的末梢25，該端部遠(yuǎn)離 輪轂22。盡管轉(zhuǎn)子18在本文中描述并圖示為具有三個(gè)葉片24，但轉(zhuǎn)子18可具有任何數(shù)量 的葉片24。葉片24可各具有任何長(zhǎng)度(不管是否在本文中描述)。不管在圖1中如何圖示轉(zhuǎn)子葉片24，轉(zhuǎn)子18可具有任何形狀的葉片24，并且可具 有任何類型和/或任何構(gòu)造的葉片24，不管其是否是本文描述和/或圖示的形狀、類型和/ 或構(gòu)造。轉(zhuǎn)子葉片24的另一種類型、形狀和/或構(gòu)造的另一個(gè)示例是達(dá)里爾型(darrieus) 風(fēng)力渦輪機(jī)，有時(shí)被稱作“打蛋器”渦輪機(jī)。轉(zhuǎn)子葉片24的另一種類型、形狀和/或構(gòu)造 的又另一個(gè)示例是索旺尼斯型(savonious)風(fēng)力渦輪機(jī)。轉(zhuǎn)子葉片24的另一種類型、形 狀和/或構(gòu)造的再另一個(gè)示例是用于泵送水的傳統(tǒng)的風(fēng)車，例如但不限于具有木質(zhì)遮擋板 (shutter)和/或織物帆的四葉型轉(zhuǎn)子。此外，在一些實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)10可為這樣的 風(fēng)力渦輪機(jī)，其中轉(zhuǎn)子18通常面向逆風(fēng)以利用風(fēng)能，和/或可為這樣的的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中 轉(zhuǎn)子18通常面向順風(fēng)以利用能量。當(dāng)然，在任何實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子18均不可正好面向逆風(fēng)和 /或順風(fēng)，但可大體上以相對(duì)于風(fēng)的方向的任何角度(其可變化)而面向，從而利用由此而 來(lái)的能量?，F(xiàn)在參考圖2和3，風(fēng)力渦輪機(jī)10包括聯(lián)接到轉(zhuǎn)子18上用于從由轉(zhuǎn)子18產(chǎn)生的 旋轉(zhuǎn)能產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)26。發(fā)電機(jī)26可為任何合適類型的發(fā)電機(jī)，例如但不限于，繞線 轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)26包括定子(未示出)和轉(zhuǎn)子(未示出)。轉(zhuǎn)子18包括聯(lián)接到 轉(zhuǎn)子輪轂22上以隨其旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子軸30。發(fā)電機(jī)26聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸30上，使得轉(zhuǎn)子軸30的 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，并從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)26的運(yùn)行。在該示例性實(shí)施例中，發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子具有連接到其上并聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸30上的轉(zhuǎn)子軸28，使得轉(zhuǎn)子軸30的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子。在其它實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸30上，有時(shí)稱作“直接驅(qū)動(dòng)式風(fēng)力 渦輪機(jī)”。在該示例性實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸28通過(guò)齒輪箱32聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸30上，盡管 在其它實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸28直接聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸30上。更具體而言，在該示例性實(shí)施 例中，齒輪箱32具有連接到轉(zhuǎn)子軸30上的低速側(cè)34和聯(lián)接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸28上的高速側(cè) 36。轉(zhuǎn)子18的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，從而由轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生可變頻率的交流電力。發(fā) 電機(jī)26在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間具有氣隙轉(zhuǎn)矩，其對(duì)抗轉(zhuǎn)子18的轉(zhuǎn)矩。變頻器38聯(lián)接到 發(fā)電機(jī)26上，用于將可變頻率的交流轉(zhuǎn)換成固定頻率的交流，用于輸送到聯(lián)接到發(fā)電機(jī)26 上的電氣負(fù)載(未示出)上，例如但不限于電網(wǎng)(未示出)。變頻器38可在風(fēng)力渦輪機(jī)10 內(nèi)或遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪機(jī)10定位在任何位置。例如，在該示例性實(shí)施例中，變頻器38位于塔架 14的基座(未示出)內(nèi)。風(fēng)力渦輪機(jī)10包括一個(gè)或多個(gè)控制系統(tǒng)40，該控制系統(tǒng)40聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)10 的其中一些或全部部件上，用于總體上控制風(fēng)力渦輪機(jī)10和/或它的其中一些或全部部件 (不管此類部件是否在本文描述和/或圖示)的運(yùn)行，并且特別是用于控制葉片24的末梢 速度以控制由葉片24產(chǎn)生的噪聲。例如，在該示例性實(shí)施例中，控制系統(tǒng)40聯(lián)接到轉(zhuǎn)子控 制器41上，用于總體上控制轉(zhuǎn)子18。在該示例性實(shí)施例中，控制系統(tǒng)40安裝在外罩16內(nèi)。然而，附加地或備選地，一個(gè)或多個(gè)控制系統(tǒng)40可遠(yuǎn)離外罩16和/或風(fēng)力渦輪機(jī)10的其 它部件?？刂葡到y(tǒng)40可用于但不限于，噪聲水平相對(duì)功率產(chǎn)生的監(jiān)視，并控制包括例如槳 距和速度調(diào)整，高速軸和偏航制動(dòng)應(yīng)用，偏航和泵馬達(dá)應(yīng)用，和/或故障監(jiān)視。在一些實(shí)施 例中可使用交錯(cuò)分布或集中式控制架構(gòu)。在一些實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)10可包括碟剎(未示出)，其用于制動(dòng)轉(zhuǎn)子18的旋 轉(zhuǎn)以例如減緩轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)，反抗全風(fēng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)轉(zhuǎn)子18，和/或減少來(lái)自發(fā)電機(jī)26的電力 產(chǎn)生。此外，在一些實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)10可包括偏航系統(tǒng)42，用于圍繞旋轉(zhuǎn)軸線44使 外罩16旋轉(zhuǎn)，以改變轉(zhuǎn)子18的偏航，并且更具體地，用于改變由轉(zhuǎn)子18面向的方向，以例 如調(diào)整由轉(zhuǎn)子18面向的方向和風(fēng)向之間的角度。偏航系統(tǒng)42可聯(lián)接到控制系統(tǒng)40上以 由此進(jìn)行控制。在一些實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)10可包括用于測(cè)量風(fēng)速和/或風(fēng)向的風(fēng)力測(cè) 量裝置46。在一些實(shí)施例中，風(fēng)力測(cè)量裝置46可聯(lián)接到控制系統(tǒng)40上，用于將測(cè)量值發(fā)送 至控制系統(tǒng)40，以對(duì)其進(jìn)行處理。例如，盡管風(fēng)力測(cè)量裝置46可連接到控制系統(tǒng)40上用于 向那里發(fā)送測(cè)量值以控制風(fēng)力渦輪機(jī)10的其它操作，但風(fēng)力測(cè)量裝置46可將測(cè)量值發(fā)送 到控制系統(tǒng)40用于使用偏航系統(tǒng)42控制和/或改變轉(zhuǎn)子18的偏航。備選地，風(fēng)力測(cè)量裝 置46可直接聯(lián)接到偏航系統(tǒng)42上，用于控制和/或改變轉(zhuǎn)子18的偏航。風(fēng)力渦輪機(jī)10還可包括多個(gè)傳感器48 (圖3)，各傳感器聯(lián)接到對(duì)應(yīng)的葉片24上， 用來(lái)測(cè)量每個(gè)葉片24的槳距，或者更具體地，每個(gè)葉片24相對(duì)于風(fēng)向和/或相對(duì)轉(zhuǎn)子輪轂 22的角度。傳感器48可為具有在風(fēng)力渦輪機(jī)10內(nèi)或遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪機(jī)10的任何合適位置 的任何合適的傳感器，例如但不限于，變槳系統(tǒng)56內(nèi)的光學(xué)編碼器(以下描述)。在一些實(shí) 施例中，傳感器48可聯(lián)接到控制系統(tǒng)40上，用于將測(cè)量值發(fā)送至控制系統(tǒng)40，以對(duì)其進(jìn)行 處理。風(fēng)力渦輪機(jī)10還可包括聯(lián)接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸28上的一個(gè)或多個(gè)傳感器50用來(lái)測(cè) 量轉(zhuǎn)子軸28的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和/或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸28的轉(zhuǎn)矩。傳感器50可為具有在風(fēng)力渦輪 機(jī)10內(nèi)或遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪機(jī)10的任何合適位置的任何合適的傳感器，例如但不限于，光學(xué)編 碼器、數(shù)字接近度傳感器、應(yīng)變儀和/或轉(zhuǎn)速計(jì)。在一些實(shí)施例中，傳感器50聯(lián)接到控制系 統(tǒng)40上，用于將測(cè)量值發(fā)送至控制系統(tǒng)40，以對(duì)其進(jìn)行處理。風(fēng)力渦輪機(jī)10還可包括聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸30上的一個(gè)或多個(gè)傳感器52用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn) 子軸28的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和/或轉(zhuǎn)子軸30的轉(zhuǎn)矩。傳感器52可為具有在風(fēng)力渦輪機(jī)10內(nèi)或遠(yuǎn) 離風(fēng)力渦輪機(jī)10的任何合適位置的任何合適的傳感器，例如但不限于，光學(xué)編碼器、數(shù)字 接近度傳感器、壓電傳感器、應(yīng)變儀和/或轉(zhuǎn)速計(jì)。在一些實(shí)施例中，傳感器52聯(lián)接到控制 系統(tǒng)40上，用于將測(cè)量值發(fā)送至控制系統(tǒng)40，以對(duì)其進(jìn)行處理。風(fēng)力渦輪機(jī)10還可包括聯(lián)接到發(fā)電機(jī)26上用于測(cè)量發(fā)電機(jī)26的電功率輸出的 一個(gè)或多個(gè)傳感器54 (圖3)。在一些實(shí)施例中，傳感器54聯(lián)接到控制系統(tǒng)40上，用于將測(cè) 量值發(fā)送至控制系統(tǒng)40，以對(duì)其進(jìn)行處理。傳感器54可為具有在風(fēng)力渦輪機(jī)10內(nèi)或遠(yuǎn)離 風(fēng)力渦輪機(jī)10的任何合適位置的任何合適的傳感器，例如但不限于，霍爾效應(yīng)電流變換器 (CT)和/或電容式電壓互感器(CVT)。風(fēng)力渦輪機(jī)10還可包括聯(lián)接到控制系統(tǒng)40上的一個(gè)或多個(gè)傳感器55(圖3)，用 于將測(cè)量值發(fā)送至控制系統(tǒng)40以對(duì)其進(jìn)行處理。傳感器55可為具有在風(fēng)力渦輪機(jī)10內(nèi) 或遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪機(jī)10的任何合適位置的任何合適的傳感器，例如但不限于，風(fēng)速計(jì)。
8
風(fēng)力渦輪機(jī)10還可包括聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)10的一個(gè)或多個(gè)部件上和/或電氣負(fù) 載上的一個(gè)或多個(gè)其它傳感器(未示出)，不管此類部件是否在此處描述或圖示，用來(lái)測(cè)量 此類部件的參數(shù)。此類其它傳感器可包括但不限于，配置成測(cè)量移位、偏航、變槳、力矩、應(yīng) 變、應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)、損傷、失效、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子速度、電氣負(fù)載異常和/或供應(yīng)至風(fēng)力渦輪機(jī)10 的任何部件的動(dòng)力異常的傳感器。此類其它傳感器可聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)10的任何部件上 和/或位于風(fēng)力渦輪機(jī)的任何位置處的電氣負(fù)載上，用于測(cè)量其任何參數(shù)，不管此類部件、 位置和/或參數(shù)是否在此處描述和/或圖示。風(fēng)力渦輪機(jī)10包括用于控制的可變?nèi)~片變槳系統(tǒng)56，包括但不限于響應(yīng)于諸如 風(fēng)速的條件而改變轉(zhuǎn)子葉片24 (圖1-3中所示)的槳距角。再次參考圖3，在一些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)40包括總線62或其它通訊裝置以傳達(dá) 信息。一個(gè)或多個(gè)處理器64聯(lián)接到總線62上以處理信息，包括來(lái)自風(fēng)速計(jì)46、傳感器48， 50，52，54和/或55和/或其它傳感器的信息?？刂葡到y(tǒng)40還可包括一個(gè)或多個(gè)隨機(jī)存取 存儲(chǔ)器66和/或其它存儲(chǔ)裝置68。RAM66和存儲(chǔ)裝置68聯(lián)接到總線62上，以存儲(chǔ)并傳輸 信息和將由處理器64執(zhí)行的指令。RAM66(另外和/或存儲(chǔ)器68，如果包括的話)還可以 被用來(lái)存儲(chǔ)由處理器64執(zhí)行指令期間的臨時(shí)變量和/或其它中間信息?？刂葡到y(tǒng)40還可 包括一個(gè)或多個(gè)只讀存儲(chǔ)器(ROM) 70和/或聯(lián)接到總線62上以存儲(chǔ)并向處理器64提供靜 態(tài)(即，不變的)信息和指令的其它靜態(tài)存儲(chǔ)裝置。輸入/輸出裝置72可包括本領(lǐng)域已知 的任何裝置，以向控制系統(tǒng)40提供輸入數(shù)據(jù)和/或提供輸出，例如但不限于偏航控制和/ 或變槳控制輸出?？蓮拇鎯?chǔ)裝置經(jīng)由有線或者無(wú)線的遠(yuǎn)程連接向存儲(chǔ)器提供信息，存儲(chǔ)裝 置例如但不限于磁盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM)集成電路、⑶-ROM和/或DVD，向一個(gè)或多個(gè)電可 存取介質(zhì)提供存取等。在一些實(shí)施例中，硬接線電路可用來(lái)代替軟件指令或者和軟件指令 結(jié)合。因此，指令序列的執(zhí)行不限于任何硬件電路和軟件指令的特定組合，不管是否在本文 描述和/或圖示?？刂葡到y(tǒng)40還可包括允許控制系統(tǒng)40與風(fēng)速計(jì)46、傳感器48，50，52， 54和/或55和/或其它傳感器通訊的傳感器接口 74。傳感器接口 74可為或可包括例如 一個(gè)或多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成可由處理器64使用的數(shù)字信號(hào)。圖4是圖示一種用于控制轉(zhuǎn)子18的速度和葉片末梢25的速度的方法的示意性實(shí) 施例的流程圖。葉片末梢25的速度的控制在應(yīng)用中是重要的，因?yàn)橛娠L(fēng)力渦輪機(jī)10發(fā)出 的噪聲必須被控制以滿足已設(shè)定的噪聲水平要求。通常，當(dāng)葉片末梢25旋轉(zhuǎn)得更快時(shí)，由 風(fēng)力渦輪機(jī)10發(fā)出的噪聲增大。在特定應(yīng)用中，已經(jīng)強(qiáng)加了噪聲限制，從而限制允許由風(fēng) 力渦輪機(jī)10發(fā)出的噪聲，并從而限制葉片末梢25可以以之旋轉(zhuǎn)的速度。方法100包括控制發(fā)電機(jī)26的轉(zhuǎn)矩(在圖2和3中所示)以從而控制轉(zhuǎn)子軸30 的轉(zhuǎn)矩(圖2中所示)，并在改變一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片24的槳距角(圖1和2中所示)以 便于控制轉(zhuǎn)子18的速度的步驟104和維持一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片24的槳距角大體恒定的步 驟106之間交替變換?？刂瓢l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的步驟102可包括但不限于選擇發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，改變 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和/或控制改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的速率。所選擇、改變和/或控制的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的 值可為其任何合適的值或范圍，例如但不限于預(yù)定額定轉(zhuǎn)矩的+/_20%。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控 制可在調(diào)整槳距角的步驟104和維持槳距角的步驟106之間變換的任何部分期間執(zhí)行。例 如，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩可在改變?nèi)~片槳距角和/或在維持槳距角期間被控制。在一些實(shí)施例中，并 且例如，如果控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的步驟102足以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子18的期望轉(zhuǎn)動(dòng)速度，例如，產(chǎn)生發(fā)機(jī)26的期望功率輸出的速度，則可改變?nèi)~片槳距角。在一些實(shí)施例中，例如與調(diào)整槳距角 (步驟104)同時(shí)地控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，以促進(jìn)防止在高于或低于預(yù)定極限的速度和/或轉(zhuǎn)矩 下的風(fēng)力渦輪機(jī)10的運(yùn)行。改變?nèi)~片24的槳距角的步驟104可包括控制改變一個(gè)或多個(gè)葉片24的槳距角所 處的速率。被改變(即步驟104)和/或維持(即步驟106)的葉片槳距角的值可為其任何 合適的值或范圍，例如但不限于，在大約_5度和大約+30度之間。在一些實(shí)施例中，葉片槳 距的改變可包括死區(qū)，以適應(yīng)例如齒隙或其它運(yùn)行條件。在一些實(shí)施例中，死區(qū)取決于槳距 角變化的方向而不同?？刂瓢l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸28的轉(zhuǎn)矩并在調(diào)整一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片24的槳距角(即步驟 104)和維持一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片24的槳距角大體上恒定(即步驟106)之間交替可使用任 何合適的結(jié)構(gòu)、過(guò)程和/或機(jī)構(gòu)實(shí)施。在該示例性實(shí)施例中，方法100使用控制系統(tǒng)40(圖 2和3中所示)以及來(lái)自風(fēng)力測(cè)量裝置46 (圖1和2中所示)、傳感器48，50，52，54和/或 55、和/或其它傳感器的輸入來(lái)控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩并在改變一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片24的槳距角 與維持一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片24的槳距角大體上恒定之間交替。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩可在步驟102中 使用任何合適的結(jié)構(gòu)、過(guò)程和/或機(jī)構(gòu)控制。在該示例性實(shí)施例中，變頻器38(圖2和3中 所示)通過(guò)控制發(fā)電機(jī)26的轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙轉(zhuǎn)矩(步驟105)而控制發(fā)電機(jī)26的 轉(zhuǎn)矩。此外，在該示例性實(shí)施例中，變頻器38控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸28(圖2和3中所示)的 轉(zhuǎn)矩以從而控制轉(zhuǎn)子軸30的轉(zhuǎn)矩。然而，在其它實(shí)施例中，例如其中風(fēng)力渦輪機(jī)10是直接 驅(qū)動(dòng)式風(fēng)力渦輪機(jī)，變頻器38可控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子軸30之間的聯(lián)接，從而控制轉(zhuǎn)子軸 30的轉(zhuǎn)矩。可使用合適的結(jié)構(gòu)、過(guò)程和/或機(jī)構(gòu)控制葉片槳距。在該示例性實(shí)施例中，在步 驟102使用可變?nèi)~片變槳系統(tǒng)56控制葉片槳距。盡管方法100可包括控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩(步驟102)，以及在調(diào)整葉片槳距(步驟 104)和維持葉片槳距(步驟106)之間交替，但在風(fēng)力渦輪機(jī)10以預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速或低于預(yù) 定標(biāo)稱風(fēng)速(其可基于發(fā)電機(jī)26的期望功率輸出)的可變速度運(yùn)行期間，在該示例性實(shí)施 例中方法100控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩并在調(diào)整和維持葉片槳距之間交替，以促進(jìn)風(fēng)力渦輪機(jī)10的 通常第一恒定運(yùn)行速度(保持轉(zhuǎn)子18的第一大體恒定速度)處于或高于第一預(yù)定標(biāo)稱風(fēng) 速，而風(fēng)力渦輪機(jī)10的通常第二恒定運(yùn)行速度(保持轉(zhuǎn)子18的第二大體恒定速度)處于或 高于第二預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速。在一些實(shí)施例中，風(fēng)速在預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速之上可變，使得方法100控 制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩并在改變和維持葉片槳距之間交替，以利于可變風(fēng)速期間風(fēng)力渦輪機(jī)10在 預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速之上的大體上恒定速度運(yùn)行。參考圖5至圖7，將參考圖形描述風(fēng)力渦輪機(jī)10的運(yùn)行。在正常運(yùn)行中，即，其中 不存在噪聲限制的運(yùn)行，葉片24的槳距被維持在零度直至風(fēng)速達(dá)到特征性風(fēng)速，如圖5中 的曲線202所示，該特征性風(fēng)速顯示為大約9米/秒(m/s)。在風(fēng)速在大約9m/s到25m/s 的情況下，槳距在零度和大約28度之間變化。葉片24的槳距的該調(diào)整導(dǎo)致葉片末梢25、 葉片24和轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)隨圖6的曲線204。如圖所示，當(dāng)風(fēng)速為零時(shí)轉(zhuǎn)子18的每分鐘轉(zhuǎn) 速(rpm)處于零，并且當(dāng)風(fēng)速為大約9m/s或更高時(shí)增長(zhǎng)至設(shè)計(jì)限制轉(zhuǎn)動(dòng)速度。旋轉(zhuǎn)不允許 超過(guò)設(shè)計(jì)限制轉(zhuǎn)動(dòng)速度(在圖6中顯示為17rpm)，因?yàn)楦叩膔pm會(huì)導(dǎo)致相對(duì)于風(fēng)力渦輪 機(jī)10的損壞和不安全條件?？刂葡到y(tǒng)40使用來(lái)自風(fēng)傳感器55的輸入并將該輸入與預(yù)定 或預(yù)編程標(biāo)稱風(fēng)速進(jìn)行比較以確定對(duì)于給定風(fēng)速的最大rpm。在備選實(shí)施例中，控制系統(tǒng)40可通過(guò)使用來(lái)自其它傳感器的輸入計(jì)算或確定風(fēng)速，并將該輸入與存儲(chǔ)的信息進(jìn)行比較 以計(jì)算風(fēng)速。通過(guò)使用本文描述的任何方法或控制轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)的任何其它已知方法來(lái) 控制轉(zhuǎn)子18的rpm，包括改變某些葉片的槳距和維持其它葉片的槳距的方法。如圖7中所 示，聯(lián)接到發(fā)電機(jī)26上的轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致根據(jù)曲線206產(chǎn)生功率。由各風(fēng)力渦輪機(jī)10 產(chǎn)生的功率的范圍在零和最大“標(biāo)稱功率”之間變化，取決于轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)，該標(biāo)稱功率可 為例如1500千瓦(kW)或更多，轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)同樣取決于風(fēng)速。如圖6和圖7中所示，大 致與達(dá)到最大rpm同時(shí)達(dá)到最大功率發(fā)生。所產(chǎn)生的功率與rpm相關(guān)，最大功率限制于大 于9m/s的風(fēng)速。因此，風(fēng)速、葉片槳距、轉(zhuǎn)子速度以及功率輸出僅為示例性值。風(fēng)速、葉片 槳距、轉(zhuǎn)子速度和功率輸出可具有例如取決于風(fēng)力渦輪機(jī)10的位置、風(fēng)力渦輪機(jī)10整體和 /或其任何部件的設(shè)計(jì)參數(shù)、和/或風(fēng)力渦輪機(jī)10的其它特性的任何其它適合的值。在末梢速度不受限制的正常運(yùn)行中，rpm和功率發(fā)生受風(fēng)力渦輪機(jī)10的物理限制 所限。未考慮所產(chǎn)生的噪聲或此類噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響。在降低噪聲或末梢速度限制運(yùn)行中，即其中對(duì)于超過(guò)大約9m/s的風(fēng)速要求且維 持噪聲限制的運(yùn)行中，葉片24的槳距維持在零度，直至風(fēng)速達(dá)到特征性風(fēng)速，該特征性風(fēng) 速顯示為大約9米/秒(m/s)，如圖5中的曲線302所示。在風(fēng)速在大約9m/s到25m/s的 情況下，槳距在零度和大約37度之間變化。葉片24的槳距的該調(diào)整導(dǎo)致葉片末梢25、葉 片24和轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)隨圖6的曲線304。如圖所示，當(dāng)風(fēng)速為零時(shí)轉(zhuǎn)子18的每分鐘轉(zhuǎn)速 (rpm)處于零，并且以無(wú)限制的方式增長(zhǎng)至如圖6中顯示為13rpm的噪聲受限轉(zhuǎn)動(dòng)速度，此 時(shí)風(fēng)速為大約7m/s或更高。Rpm不允許增長(zhǎng)至高于噪聲受限轉(zhuǎn)動(dòng)速度，因?yàn)楦叩膔pm會(huì) 導(dǎo)致來(lái)自葉片24的噪聲超過(guò)允許的來(lái)自風(fēng)力渦輪機(jī)10的最高噪聲水平?？刂葡到y(tǒng)40使 用來(lái)自風(fēng)傳感器55的輸入并將該輸入與預(yù)定或預(yù)編程標(biāo)稱風(fēng)速進(jìn)行比較以確定對(duì)于給定 風(fēng)速的最大rpm。在備選實(shí)施例中，控制系統(tǒng)40可通過(guò)使用來(lái)自其它傳感器的輸入計(jì)算或 確定風(fēng)速，并將該輸入與存儲(chǔ)的信息進(jìn)行比較以計(jì)算風(fēng)速。通過(guò)使用本文描述的任何方法 或控制轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)的任何其它已知方法來(lái)控制轉(zhuǎn)子18的rpm，包括改變某些葉片的槳距 和維持其它葉片的槳距的方法。如圖7中所示，聯(lián)接到發(fā)電機(jī)26上的轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致 根據(jù)曲線306產(chǎn)生功率。取決于轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)，由各風(fēng)力渦輪機(jī)10產(chǎn)生的功率范圍在零 和1100千瓦(kW)之間變化，轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)取決于風(fēng)速。如圖6和圖7中所示，達(dá)到最大 rpm之后很快達(dá)到最大功率發(fā)生。所產(chǎn)生的功率與rpm相關(guān)，最大功率限制于大于7m/s的 風(fēng)速。因此，風(fēng)速、葉片槳距、轉(zhuǎn)子速度以及功率輸出僅為示例性值。風(fēng)速、葉片槳距、轉(zhuǎn)子 速度和功率輸出可具有例如取決于風(fēng)力渦輪機(jī)10的位置、風(fēng)力渦輪機(jī)10整體和/或其任 何部件的設(shè)計(jì)參數(shù)、和/或風(fēng)力渦輪機(jī)10的其它特性的任何其它適合的值。在降低噪聲運(yùn)行中，rpm和功率發(fā)生受允許由風(fēng)力渦輪機(jī)10產(chǎn)生的最大噪聲發(fā)生 限制。噪聲發(fā)生水平由當(dāng)?shù)胤?、法律、法?guī)等決定，不考慮背景噪聲的易變特性，或此類背 景噪聲與風(fēng)力渦輪機(jī)10的運(yùn)行的關(guān)系。在混合或再加速運(yùn)行中，即其中對(duì)于某些風(fēng)速要求且維持降低噪聲的運(yùn)行，而對(duì) 其它風(fēng)速使用并維持正常運(yùn)行，葉片24的槳距維持在零度，直至風(fēng)速達(dá)到特征性風(fēng)速，該 特征性風(fēng)速顯示為大約9米/秒(m/s)，如圖5中的曲線402所示。在風(fēng)速在大約9m/s到 大約12m/s的情況下，槳距在零度和11度之間變化。在風(fēng)速在12m/s到13m/s的情況下， 槳距維持在11度。在風(fēng)速在大約13m/s到大約25m/s的情況下，槳距在11度和大約28度之間變化。葉片24的槳距的該調(diào)整導(dǎo)致葉片末梢25、葉片24和轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)隨圖6的 曲線404。如圖所示，當(dāng)風(fēng)速為零時(shí)轉(zhuǎn)子18的每分鐘轉(zhuǎn)速(rpm)處于零，并且以無(wú)限制的 方式增長(zhǎng)至如圖6中顯示為13rpm的受限轉(zhuǎn)動(dòng)速度，此時(shí)風(fēng)速為大約7m/s。當(dāng)風(fēng)速?gòu)?m/ s增長(zhǎng)至大約12m/s時(shí)rpm維持在13。在大約12m/s的風(fēng)速下，rpm增加至17。rpm不允 許超過(guò)設(shè)計(jì)限制轉(zhuǎn)動(dòng)速度(在圖6中顯示為17rpm)，因?yàn)楦哂诔俎D(zhuǎn)動(dòng)速度的rpm會(huì)導(dǎo)致 損壞和相對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)10的不安全條件?？刂葡到y(tǒng)40使用來(lái)自風(fēng)傳感器55的輸入并 將該輸入與預(yù)定或預(yù)編程標(biāo)稱風(fēng)速進(jìn)行比較以確定對(duì)于給定風(fēng)速的最大rpm。在備選實(shí)施 例中，控制系統(tǒng)40可通過(guò)使用來(lái)自其它傳感器的輸入計(jì)算或確定風(fēng)速，并將該輸入與存儲(chǔ) 的信息進(jìn)行比較以計(jì)算風(fēng)速。通過(guò)使用本文描述的任何方法或控制轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)的任何 其它已知方法來(lái)控制轉(zhuǎn)子18的rpm，包括改變某些葉片的槳距和維持其它葉片的槳距的方 法。如圖7中所示，聯(lián)接到發(fā)電機(jī)26上的轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致根據(jù)曲線406產(chǎn)生功率。取 決于轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)，由各風(fēng)力渦輪機(jī)10產(chǎn)生的功率范圍在零和1500千瓦(kW)之間變化， 轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)取決于風(fēng)速。如圖6和圖7中所示，大致與達(dá)到最大rpm同時(shí)達(dá)到最大功率 發(fā)生。所產(chǎn)生的功率與rpm相關(guān)，最大功率限制于大于12m/s的風(fēng)速。因此，風(fēng)速、葉片槳 距、轉(zhuǎn)子速度以及功率輸出僅為示例性值。風(fēng)速、葉片槳距、轉(zhuǎn)子速度和功率輸出可具有例 如取決于風(fēng)力渦輪機(jī)10的位置、風(fēng)力渦輪機(jī)10整體和/或其任何部件的設(shè)計(jì)參數(shù)、和/或 風(fēng)力渦輪機(jī)10的其它特性的任何其它適合的值。在混合運(yùn)行中，rpm和功率發(fā)生受限定環(huán)境條件下風(fēng)力渦輪機(jī)10所允許的最大噪 聲產(chǎn)生以及其它環(huán)境條件下風(fēng)力渦輪機(jī)10的物理極限的限制。對(duì)功率發(fā)生的這種分級(jí)的 接近允許當(dāng)風(fēng)在大約12m/s以下吹時(shí)風(fēng)力渦輪機(jī)10在有限的rpm下運(yùn)行，從而降低由風(fēng)力 渦輪機(jī)10產(chǎn)生的噪聲。對(duì)于大于大約12m/s的風(fēng)，由風(fēng)力渦輪機(jī)10所產(chǎn)生的噪聲小于由 風(fēng)本身產(chǎn)生的背景噪聲。因此，允許風(fēng)力渦輪機(jī)10恢復(fù)正常運(yùn)行，產(chǎn)生明顯更多的功率以 最小化與噪聲降低運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的能量輸出方面的損失。這提供了一種風(fēng)力渦輪機(jī)10，其提 供有效的噪聲降低同時(shí)最小化能量輸出方面的損失。參考圖8，用示意示了用來(lái)在混合運(yùn)行期間控制風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片的末梢速 度的方法800。如步驟802中所示，如上所述監(jiān)視或以其他方式確定緊鄰風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng) 速。在步驟804將該風(fēng)速與第一預(yù)定風(fēng)速進(jìn)行比較。如步驟806中所示，如果該風(fēng)速低于 該第一預(yù)定風(fēng)速，則葉片末梢的轉(zhuǎn)動(dòng)速度不受限制。如果該風(fēng)速高于第一預(yù)定風(fēng)速，在步驟 808中，將該風(fēng)速與第二預(yù)定風(fēng)速進(jìn)行比較。如果該風(fēng)速高于第一預(yù)定風(fēng)速但低于第二預(yù)定 風(fēng)速，則葉片末梢的轉(zhuǎn)動(dòng)速度保持在第一大體恒定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，如步驟810中所示。如果該 風(fēng)速高于第二預(yù)定風(fēng)速，則葉片末梢的轉(zhuǎn)動(dòng)速度保持在第二大體恒定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，如步驟 812中所示。此過(guò)程持續(xù)重復(fù)以根據(jù)風(fēng)速適當(dāng)?shù)卣{(diào)整葉片末梢的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。如之前所描述 的，由風(fēng)在第二預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速下產(chǎn)生的噪聲大于由葉片在葉片末梢的第二恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度下 所產(chǎn)生的噪聲。本文描述和/或圖示的實(shí)施例具有以年能量輸出方面最小的損失滿足特定最大 噪聲水平的能力。系統(tǒng)監(jiān)視風(fēng)速或其它參數(shù)，并相應(yīng)地調(diào)整風(fēng)力渦輪機(jī)的最大末梢速度。對(duì) 于較低的風(fēng)速，限制最大末梢速度以最小化由葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲量。然而，對(duì)于較高的 風(fēng)速，沒(méi)有限制葉片的最大末梢速度的需要，因?yàn)轱L(fēng)的背景噪聲將覆蓋風(fēng)力渦輪機(jī)甚至更 大的噪聲產(chǎn)生。另外，在升高的風(fēng)速期間向順槳的葉片變槳運(yùn)動(dòng)限制了風(fēng)力渦輪機(jī)噪聲產(chǎn)生。因此，由于不是對(duì)所有的風(fēng)速都要求末梢速度限制，渦輪機(jī)可重新加速并達(dá)到初始的額 定功率，而不會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)的噪聲水平上升超過(guò)由風(fēng)產(chǎn)生的背景噪聲。盡管本文描述和/或圖示的實(shí)施例相對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行描述和/或圖示，其更 具體地相對(duì)于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子速度，但本文描述和/或圖示的實(shí)施例的實(shí)踐并不限 于風(fēng)力渦輪機(jī)。相反，本文描述和/或圖示的實(shí)施例適用于控制具有一個(gè)或多個(gè)葉片的任 何轉(zhuǎn)子的速度。盡管本發(fā)明公開已經(jīng)關(guān)于優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解的 是可做出各種改變，且可用等價(jià)物替代其元件，而不背離本發(fā)明的范圍。此外，可做出許多 變更以使得特定的情況或材料適應(yīng)于本發(fā)明的教導(dǎo)而不背離其本質(zhì)范圍。因此，其意圖在 于本發(fā)明不限于設(shè)想用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式而公開的特定實(shí)施例，相反，本發(fā)明將包 括落入所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的全部實(shí)施例。
1權(quán)利要求
一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的葉片(24)的末梢(25)速度的方法，所述葉片(24)附接在具有軸(30)的輪轂(22)上，并且發(fā)電機(jī)(26)聯(lián)接到所述輪轂(22)上，所述方法包括監(jiān)視緊鄰所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的風(fēng)速；在可變風(fēng)速高于第一預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速且低于第二預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速期間，保持所述葉片(24)的所述末梢(25)的第一大體恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度，所述第一預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速低于所述第二預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速；以及在可變風(fēng)速高于所述第二預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速期間，保持所述葉片(24)的所述末梢(25)的第二大體恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度，所述葉片(24)的所述末梢(25)的第二恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度大于所述葉片(24)的所述末梢(25)的第一恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括通過(guò)控制所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn) 矩而控制所述軸(30)的轉(zhuǎn)矩，從而控制所述葉片(24)的所述末梢(25)的速度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在改變所述葉片(24)的槳 距角和維持所述葉片(24)的槳距角大體上恒定以維持所述葉片(24 的所述末梢(25)的 所述第一大體恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間交替。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在改變所述葉片(24)的槳 距角和維持所述葉片(24)的槳距角大體上恒定以維持所述葉片(24)的所述末梢(25)的 所述第二大體恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間交替。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括所述葉片(24)的所述槳距 角基于所述發(fā)電機(jī)(26)的測(cè)量電力輸出。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括所述葉片(24)的所述槳距 角基于所述發(fā)電機(jī)(26)和所述軸(30)的其中一個(gè)的測(cè)量轉(zhuǎn)矩以及所述發(fā)電機(jī)(26)和所 述軸(30)的其中一個(gè)的測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括提供傳感器(46，48，50，52， 54，55)以測(cè)量所述風(fēng)速，所述傳感器(46，48，50，52，54，55)向控制系統(tǒng)(40)提供輸入，所 述控制系統(tǒng)(40)將監(jiān)視的風(fēng)速與所述第一預(yù)定標(biāo)稱風(fēng)速進(jìn)行比較。
8.一種風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，包括包括輪轂(22)的轉(zhuǎn)子(18)，聯(lián)接到所述輪轂(22)上的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子(18)葉片(24)， 以及聯(lián)接到所述輪轂(22)上以隨其旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(28)軸(30)；聯(lián)接到轉(zhuǎn)子(18)軸(30)上的發(fā)電機(jī)(26)，所述發(fā)電機(jī)(26)配置成聯(lián)接到電氣負(fù)載上；用于感測(cè)所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的狀況的傳感器(46，48，50，52，54，55)；以及聯(lián)接到所述傳感器(46，48，50，52，54，55)上的控制系統(tǒng)(40)，所述控制系統(tǒng)(40)配置 成通過(guò)如下方式控制所述轉(zhuǎn)子(18)葉片(24)的末梢(25)的速度確定緊鄰所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的風(fēng)速并將確定的風(fēng)速與第一編程標(biāo)稱風(fēng)速和第二編 程標(biāo)稱風(fēng)速進(jìn)行比較；其中在可變風(fēng)速高于所述第一編程標(biāo)稱風(fēng)速且低于所述第二編程標(biāo)稱風(fēng)速期間，保持 所述葉片(24)的所述末梢(25)的第一大體恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度，所述第一編程標(biāo)稱風(fēng)速低于所 述第二編程標(biāo)稱風(fēng)速；其中在可變風(fēng)速高于所述第二編程標(biāo)稱風(fēng)速期間，所述控制系統(tǒng)(40)保持所述葉片 (24)的所述末梢(25)的第二大體恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度，所述葉片(24)的所述末梢(25)的第二恒 定轉(zhuǎn)動(dòng)速度大于所述葉片(24)的所述末梢(25)的第一恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
9.如權(quán)利要求8所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)(40)配置成通過(guò) 控制所述發(fā)電機(jī)(26)的轉(zhuǎn)矩而控制所述轉(zhuǎn)子(18)軸(30)的轉(zhuǎn)矩，從而控制所述葉片(24) 的所述末梢(25)的速度。
10.如權(quán)利要求8所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)(40)配置成在 改變所述葉片(24)的槳距角和維持所述葉片(24)的槳距角大體上恒定以維持所述葉片 (24)的所述末梢(25)的所述第一大體恒定轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間交替。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片的末梢速度的方法和裝置，具體而言，涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，其包括轉(zhuǎn)子(18)、聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子(18)上的發(fā)電機(jī)(26)、用于感測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的狀況的傳感器(46，48，50，52，54，55)以及聯(lián)接到傳感器(46，48，50，52，54，55)上的控制系統(tǒng)(40)。該控制系統(tǒng)(40)配置成通過(guò)確定緊鄰風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的風(fēng)速而控制轉(zhuǎn)子(18)葉片(24)的末梢(25)的速度，并將確定的風(fēng)速與第一編程標(biāo)稱風(fēng)速以及第二編程標(biāo)稱風(fēng)速進(jìn)行比較。
文檔編號(hào)F03D7/04GK101943117SQ20101023119
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者B·珀蒂讓, K·金奇, S·赫爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司