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      用于操作變槳距的風(fēng)力渦輪機(jī)的方法

      文檔序號:5187409閱讀:315來源:國知局
      專利名稱:用于操作變槳距的風(fēng)力渦輪機(jī)的方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及用于操作變槳距的風(fēng)力渦輪機(jī)的方法,其中根據(jù)發(fā)電機(jī)或轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來提供發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值。取決于轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩設(shè)定值的分配規(guī)律具有過渡點(diǎn),在該過渡點(diǎn)處出現(xiàn)從部分負(fù)載操作到標(biāo)稱負(fù)載操作的過渡。在標(biāo)稱負(fù)載操作中,主要通過調(diào)節(jié)至少一個轉(zhuǎn)子葉片的調(diào)整槳距角來完成旋轉(zhuǎn)速度的控制。
      背景技術(shù)
      通常,在風(fēng)力渦輪機(jī)的研發(fā)中,假設(shè)規(guī)定的標(biāo)稱空氣密度例如為P=L 225kg/m3。從DE10109553B4中可以得知利用在風(fēng)力渦輪機(jī)所處位置處的空氣密度數(shù)據(jù)來控制具有發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)的方法。在該方法中,發(fā)電機(jī)由控制單元控制,該控制單元處理空氣密度數(shù)據(jù),控制發(fā)電機(jī)并且根據(jù)空氣密度調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的性能數(shù)據(jù)。在該已知方法中,考慮了風(fēng)力渦輪機(jī)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(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生出的且分配給轉(zhuǎn)子速度并且與之一起分配給特定的尖端速度比的功率能夠進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié);也就是說,可以減小該功率,從而由于控制單元提供的激勵功率,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩不會超過發(fā)電機(jī)可產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩??傮w上,根據(jù)功率曲線確定出的效率將被保持,并且應(yīng)該從風(fēng)中獲取最大量的能量。從EP1939445A2中可以得知一種用于計(jì)算高海拔位置的功率曲線的方法。這里,從在功率系數(shù)Cp和尖端速度比λ之間的關(guān)系開始確定出在電輸出功率P和風(fēng)速之間的關(guān)系。從ΕΡ1918581Α2中已知這樣一種風(fēng)力渦輪機(jī),其中在空氣溫度下降至低于預(yù)設(shè)閾值時,輸出功率減小。功率減小的原因在于,隨著溫度低于_20°C,風(fēng)力渦輪機(jī)的工作會需要其它負(fù)載計(jì)算。對于空氣密度在風(fēng)力渦輪機(jī)的產(chǎn)出上的作用,認(rèn)為在變槳距的風(fēng)力渦輪機(jī)中,空氣條件中的變化會導(dǎo)致具有不期望的空氣動力學(xué)失速效應(yīng)。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于提供用于操作變槳距風(fēng)力渦輪機(jī)的改進(jìn)方法,該風(fēng)力渦輪機(jī)按照可靠的方式切換成滿負(fù)載操作,同時避免了在轉(zhuǎn)子葉片處出現(xiàn)不期望的失速效應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明,該目的是通過具有權(quán)利要求1的特征的方法來實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選實(shí)施方案形成從屬權(quán)利要求的主題。在根據(jù)本發(fā)明的方法中,提供一種操作變槳距風(fēng)力渦輪機(jī)的方法,其中根據(jù)發(fā)電機(jī)或轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速η預(yù)先確定用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)M。為了規(guī)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn),提供過渡點(diǎn)113和禮,在該過渡點(diǎn)處出現(xiàn)了在部分負(fù)載操作和滿負(fù)載操作之間的變換。通常,在風(fēng)力渦輪機(jī)的操作中,在部分負(fù)載操作和滿負(fù)載操作之間要作出區(qū)分,有時也被稱為標(biāo)稱負(fù)載操作。在部分負(fù)載操作中,用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)隨著轉(zhuǎn)速增大而增大。在滿負(fù)載操作中,通過調(diào)節(jié)至少一個轉(zhuǎn)子葉片的葉片槳距角來進(jìn)行發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。從部分負(fù)載操作到滿負(fù)載操作的過渡時期在過渡點(diǎn)處發(fā)生,該過渡點(diǎn)由轉(zhuǎn)速n3的數(shù)值和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩M3的設(shè)定點(diǎn)來限定。根據(jù)本發(fā)明,確定出空氣密度的數(shù)值。另外,根據(jù)本發(fā)明的方法在預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速處開始設(shè)定至少一個轉(zhuǎn)子葉片的預(yù)設(shè)槳距角。預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速小于在過渡點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速n3。預(yù)設(shè)槳距角這里指的是葉片槳距角,該葉片槳距角已經(jīng)在風(fēng)力渦輪機(jī)的部分負(fù)載操作中存在并且能夠一直持續(xù)至在標(biāo)稱負(fù)載操作中的規(guī)定控制設(shè)定值。通過設(shè)定預(yù)設(shè)槳距角,從而風(fēng)力渦輪機(jī)在過渡點(diǎn)處已經(jīng)具有除了零值之外的葉片槳距角。根據(jù)本發(fā)明,預(yù)設(shè)槳距角的數(shù)值取決于所確定的空氣密度數(shù)值。如此規(guī)定了相關(guān)性,從而在空氣密度更低的情況下,設(shè)定比在空氣密度更高的情況下更大的預(yù)設(shè)槳距角。與其中過渡點(diǎn)的預(yù)設(shè)槳距角是恒定的方案相比,在根據(jù)本發(fā)明的方法中,與空氣密度相關(guān)的預(yù)設(shè)槳距角防止了在高空氣密度的情況中選擇太大的預(yù)設(shè)槳距角。本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識,即在高空氣密度的情況下,較大的預(yù)設(shè)槳距角對于大多數(shù)情況而言是不必要的并且對于風(fēng)力渦輪機(jī)的產(chǎn)出不利。在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施方案中,槳距角從最小轉(zhuǎn)速直到到達(dá)預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速為止都是恒定的,優(yōu)選預(yù)先規(guī)定為零度值。預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速為開始調(diào)節(jié)預(yù)槳距時的第一轉(zhuǎn)速。在根據(jù)本發(fā)明的方法的這個實(shí)施方案中,對于在最小轉(zhuǎn)速和預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速范圍預(yù)先給定恒定的葉片槳距角。在優(yōu)選實(shí)施方案中,槳距角從預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速開始直到到達(dá)最大預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速位置是增大的,并且最大預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速大于或等于在過渡點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速。該增大可以是線性、分階段線性或以其它形式發(fā)生。在該方法的這個實(shí)施方案中,確保了槳距角從到達(dá)預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速開始直到到達(dá)過渡點(diǎn)時為止都是增大的。優(yōu)選的是,槳距角的不斷增大完全線性或分階段線性進(jìn)行。在優(yōu)選實(shí)施方案中,在某一轉(zhuǎn)速處例如在過渡點(diǎn)的轉(zhuǎn)速處的預(yù)設(shè)槳距角的數(shù)值通過下面的公式確定
      (Ppre = maxOUm, (Pb + Αφ(1 - ~—)),
      P norm其中(plim、(Pb和Δφ為槳距角的恒定值,并且ρ_指的是在正常條件下的空氣密度。(Plim為取決于尖端轉(zhuǎn)速比的轉(zhuǎn)子葉片的常數(shù)。在預(yù)設(shè)槳距角<Ppre和空氣密度P之間的上述關(guān)系確保了,在低空氣密度下,選擇比在高空氣密度情況更大的預(yù)設(shè)槳距角。在該預(yù)設(shè)槳距角的公式中包含所確定的空氣密度P。如果風(fēng)力渦輪機(jī)在正常條件下的空氣密度Pnmi對應(yīng)的空氣密度下工作,則得到預(yù)設(shè)槳距角<Pb。如果空氣密度明顯低于在正常條件下的空氣密度,則預(yù)設(shè)槳距角(Ppre增大Δφ。函數(shù)“max((. ..1...)) ”選擇了兩個自變量值中的更大一個,因此避免了負(fù)的預(yù)設(shè)槳距角。(Pb的數(shù)值大約為“1° ”;Δφ大約為“10° ”。在根據(jù)本發(fā)明的方法中,根據(jù)測量出的空氣溫度T和測量出的空氣壓力ρ以及濕度Ψ的數(shù)值來確定出空氣密度??諝鉁囟鹊臄?shù)值和空氣壓力的數(shù)值優(yōu)選在風(fēng)力渦輪機(jī)處直接測量出。濕度Ψ可以根據(jù)日期時間和/或年份預(yù)先確定。在該預(yù)先規(guī)定中,預(yù)先規(guī)定濕度Ψ的相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)值??蛇x的是,也可以直接測量出濕度Ψ。


      下面參照在圖中所示的實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
      圖1顯示出作為轉(zhuǎn)速的函數(shù)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)的過程;以及圖2顯示出槳距角隨著轉(zhuǎn)速的變化。
      具體實(shí)施例方式圖1顯示出作為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速η的函數(shù)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩M的設(shè)定點(diǎn)。對于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)的過程可以劃分總共四個部分。在第一部分10中,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)隨著轉(zhuǎn)速增大而線性增大。在第二部分12中,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)遵循轉(zhuǎn)子的理想特征曲線。通過下面最佳功率P。pt的函數(shù)來計(jì)算出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn),其中
      權(quán)利要求
      1.一種操作變槳距風(fēng)力渦輪機(jī)的方法,所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有發(fā)電機(jī)和至少一個能夠圍繞著其縱向軸線調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片,其中根據(jù)發(fā)電機(jī)或轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(η)確定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩(M)的設(shè)定點(diǎn),并且其中設(shè)置了過渡點(diǎn)(n3,M3),在該過渡點(diǎn)處存在從部分負(fù)載操作到滿負(fù)載操作的轉(zhuǎn)換,其特征在于,該方法包括以下步驟確定空氣密度的數(shù)值(P);在預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速(ri4)處開始設(shè)定預(yù)設(shè)槳距角((ppre ),該預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速(ri4)小于在所述過渡點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速( );其中所述預(yù)設(shè)槳距角(φρΓβ )取決于空氣密度(P)所確定的數(shù)值,使得在空氣密度與在空氣密度較高時相比較低時設(shè)定更大的預(yù)設(shè)槳距角。
      2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,槳距角從在最小轉(zhuǎn)速(Ii1)處開始直至到達(dá)所述預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速(ri4)都為恒定的。
      3.如權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,槳距角的恒定值為零。
      4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,槳距角從所述預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速(η4)開始直至到達(dá)所述最大預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速(ri5)是增大的,所述最大預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速( )大于或等于在所述過渡點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速( )。
      5.如權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于,槳距角是線性地增大的。
      6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,在預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速下的預(yù)設(shè)槳距角的數(shù)值是根據(jù)下面公式得到的
      7.如權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于,所述預(yù)設(shè)槳距角(φρΓβ)是對于所述過渡點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速(η3)而確定的。
      8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,根據(jù)所測量的空氣溫度(T)、所測量的空氣壓力(P)以及濕度(Ψ)的數(shù)值來確定所述空氣密度(P)。
      9.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,所述濕度(V)根據(jù)日期和/或年而預(yù)先給出ο
      10.如權(quán)利要求8或9所述的方法,其特征在于,測量出所述濕度(V)的數(shù)值。
      全文摘要
      一種操作變槳距風(fēng)力渦輪機(jī)的方法,所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有至少一個可以圍繞著其縱向軸線調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片和發(fā)電機(jī),其中根據(jù)發(fā)電機(jī)或轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n確定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩M的設(shè)定點(diǎn),并且其中提供過渡點(diǎn)n3和M3,在那里存在從部分負(fù)載操作到滿負(fù)載操作的轉(zhuǎn)換,其特征在于,該方法包括以下步驟確定空氣密度的數(shù)值ρ;在預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速n4處開始設(shè)定預(yù)設(shè)槳距角該預(yù)設(shè)槳距轉(zhuǎn)速n4小于在所述過渡點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速n3;其中所述預(yù)設(shè)槳距角取決于針對空氣密度ρ確定的數(shù)值,使得在空氣密度與在空氣密度較高時相比更低時設(shè)定更大的預(yù)設(shè)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(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
      發(fā)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
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