CN102536661A - 用于调整风轮机偏航角的***和方法 - Google Patents

用于调整风轮机偏航角的***和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102536661A
CN102536661A CN2011104365650A CN201110436565A CN102536661A CN 102536661 A CN102536661 A CN 102536661A CN 2011104365650 A CN2011104365650 A CN 2011104365650A CN 201110436565 A CN201110436565 A CN 201110436565A CN 102536661 A CN102536661 A CN 102536661A
Authority
CN
China
Prior art keywords
yaw
drive device
control system
sensor
wind turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011104365650A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102536661B (zh
Inventor
C·哈格
F·M·比约克
D·门克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Renovables Espana SL
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN102536661A publication Critical patent/CN102536661A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102536661B publication Critical patent/CN102536661B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0204—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/32—Wind speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/329—Azimuth or yaw angle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/335—Output power or torque
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/15—Special adaptation of control arrangements for generators for wind-driven turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于风轮机的偏航***，所述风轮机包括以可转动方式连接到塔筒的机舱。偏航***包括一个连接到所述机舱的偏航驱动装置，用以将机舱围绕偏航轴旋转；一个连接到风轮机的第一传感器，其配置成感测风轮机的运行条件、并生成至少一个指示所述风轮机的运行条件的第一监控信号；以及一个控制***，以通信方式连接到该传感器以从所述第一传感器接收所生成的第一监控信号。该控制***依据所接收到的第一监控信号来计算机舱相对风向的偏航角度。

Description

用于调整风轮机偏航角的***和方法
技术领域
本发明大体上涉及风力发电领域，特别涉及到一种用于调整风轮机偏航的***和方法。
背景技术
至少一些已知的风轮机包括固定在塔筒上的机舱。所述机舱包括通过轴连接到发电机的转子装置。在现有的转子装置中，多片转子叶片自转子延伸而出。所述转子叶片朝向一定方向定向，这样穿过转子叶片的风就会使转子转动、并使转子轴转动，从而驱动发电机发电。至少一些已知的机舱包括用于控制转子相对于风向的角度的偏航***。
至少一些已知的风轮机包括位于机舱的顶部的用于感测风向的传感器。至少一些已知的传感器位于转子的下风处。在现有风轮机的运行过程中，风向会在风穿过转子时改变。由于风向已改变，因此感测到的风向与击打到转子时的实际风向不同。
至少一些现有的偏航***是根据感测到的风向调整风轮机偏航的。
由于感测到的风向与实际风向不同，因此现有的偏航***可能未将机舱与实际风向对准。机舱的未对准可能会导致现有的风轮机受到因偏航误差而造成的负载增加(例如负载不对称)的影响，从而导致风轮机部件的疲劳循环次数显著增加。随着风轮机部件的磨损程度趋于严重，风轮机的效率也会降低。
发明内容
本发明提供了一种调整风轮机的偏航角的方法和***，所述风轮机包括以可转动方式连接到塔筒的机舱。
其中，所述方法包括：将偏航驱动装置连接到所述机舱，以调整所述机舱相对于风向的方向；从连接到所述风轮机的第一传感器向控制***传送至少一个指示所述风轮机的运行条件的第一监控信号；所述控制***至少部分依据所述第一监控信号计算所述机舱相对于风向的偏航角；以及至少部分依据计算得出的偏航角运行所述偏航驱动装置调整所述机舱的偏航。所述方法进一步包括：确定计算得出的偏航角是否与预定义的偏航角不同；以及在计算得出的偏航角与预定义的偏航角不同时运行所述偏航驱动装置以调整所述机舱的偏航。
本发明的方法进一步包括：从连接到所述偏航驱动装置的第二传感器向所述控制***传送至少一个指示所述偏航驱动装置的扭矩负载的第二监控信号；以及至少部分依据所述第一监控信号和所述第二监控信号计算所述偏航角。当感测到的扭矩负载与预定义的扭矩负载不同时确定计算得出的偏航角与预定义的偏航角不同。
本发明所述偏航装置包括一个连接到偏航电机的电力转换器装置，所述方法进一步包括：从第二传感器向所述控制***传送至少一个指示从所述电力转换器装置向所述偏航电机施加的电力负载的第二监控信号；以及至少部分依据所接收到的第二监控信号计算所述偏航驱动装置的扭矩负载。在确定计算得出的扭矩负载大于预定义的扭矩负载时运行所述偏航驱动装置。
本发明用于风轮机的偏航***包括：连接到所述机舱的偏航驱动装置，所述偏航驱动装置配置成围绕偏航轴转动所述机舱；连接到所述风轮机的第一传感器，所述第一传感器配置成感测所述风轮机的运行条件并生成至少一个指示所述运行条件的第一监控信号；以及一个控制***，其以通信方式连接到所述传感器以从所述第一传感器接收所生成的第一监控信号，所述控制***配置成依据所接收到的第一监控信号计算所述机舱相对于风向的偏航角。
本发明偏航***进一步包括连接到所述偏航驱动装置的第二传感器，所述第二传感器配置成感测所述偏航驱动装置的扭矩负载、并向所述控制***传送至少一个指示感测到的扭矩负载的第二监控信号，所述控制***配置成依据所述第一监控信号和所述第二监控信号计算所述偏航角。所述控制***有效地连接到所述偏航驱动装置，所述控制***配置成在确定计算得出的偏航角与预定义的偏航角不同时运行所述偏航驱动装置。所述控制***可进一步配置成运行所述偏航驱动装置调整所述机舱的偏航，直至计算得出的偏航角与预定义的偏航角大致相等。所述控制***也可配置成在确定感测到的扭矩负载大于预定义的扭矩负载时确定计算得出的偏航角与预定义的偏航角不同，或者，所述控制***配置成在确定感测到的扭矩负载与预定义的扭矩负载不同时运行所述偏航驱动装置。
所述偏航驱动装置包括一个连接到偏航电机的电力转换器装置，所述偏航***包括第二传感器，所述第二传感器配置成感测从所述电力转换器装置向所述偏航电机施加的电力负载，并向所述控制***传送指示所述电力负载的第二监控信号，且所述控制***配置成至少部分依据所接收到的第二监控信号计算所述偏航驱动装置的扭矩负载。所述控制***进一步配置成在确定感测到的电力负载与预定义的电力负载不同时运行所述偏航驱动装置调整所述偏航角。
本发明还可提供一种风轮机***，其包括：塔筒；以可转动方式连接到所述塔筒的机舱；连接在所述机舱和所述塔筒之间的偏航轴承；连接到所述机舱的偏航驱动装置，所述偏航驱动装置配置成围绕偏航轴转动所述机舱；连接到所述风轮机的第一传感器，所述第一传感器配置成感测所述风轮机的运行条件、并生成至少一个指示感测到的运行条件的第一监控信号；以及一个控制***，其以通信方式连接到所述传感器以从所述传感器接收所生成的第一监控信号，所述控制***配置成依据所接收到的第一监控信号计算所述机舱相对于风向的偏航角。
所述控制***有效地连接到所述偏航驱动装置，所述控制***配置成在确定计算得出的偏航角与预定义的偏航角不同时运行所述偏航驱动装置。所述控制***进一步配置成运行所述偏航驱动装置以调整所述机舱的偏航，直至计算得出的偏航角与预定义的偏航角大致相等。
本发明风轮机可进一步包括连接到所述偏航驱动装置的第二传感器，所述第二传感器配置成感测所述偏航驱动装置的扭矩负载，所述控制***进一步配置成在确定感测到的扭矩负载与预定义的扭矩负载不同时确定计算得出的偏航角与预定义的偏航角不同。所述控制***配置成在确定感测到的扭矩负载与预定义的扭矩负载不同时运行所述偏航驱动装置。
所述偏航驱动装置包括一个连接到偏航电机的电力转换器装置，所述风轮机进一步包括第二传感器，所述第二传感器配置成感测从所述电力转换器装置向所述偏航电机施加的电力负载，并向所述控制***传送指示感测到的电力负载的第二监控信号，且所述控制***配置成至少部分依据所接收到的第二监控信号计算所述偏航驱动装置的扭矩负载。
综上所述，一方面，本发明提供一种用于调整风轮机的偏航角的方法。风轮机包括以可转动方式连接到塔筒的机舱。该方法包括将偏航驱动装置连接到机舱，以调整机舱相对于风向的方向。连接到风轮机的第一传感器可向控制***传送至少一个指示风轮机的运行条件的第一监控信号。机舱相对于风向的偏航角由控制***至少部分依据该第一监控信号进行计算。至少部分依据计算得出的偏航角运行偏航驱动装置以调整机舱的偏航。
另一方面，本发明提供一种适用于风轮机的偏航***。所述风轮机包括以可转动方式连接到塔筒的机舱。所述偏航***包括连接到机舱的偏航驱动装置。所述偏航驱动装置配置成围绕偏航轴转动。第一传感器连接到风轮机。所述第一传感器配置成感测风轮机的运行条件并生成至少一个指示感测到的运行条件的第一监控信号。控制***以通信方式连接到用于从第一传感器接收所生成的第一监控信号的传感器。所述控制***配置成依据所接收到的第一监控信号计算机舱相对于风向的偏航角。
又一方面，本发明提供一种风轮机***。所述风轮机***包括塔筒、以可转动方式连接到塔筒的机舱、连接在机舱与塔筒之间的偏航轴承，以及连接到机舱的偏航驱动装置。所述偏航驱动装置配置成围绕偏航轴转动机舱。第一传感器连接到风轮机。所述第一传感器配置成感测风轮机的运行条件并生成至少一个指示感测到的运行条件的第一监控信号。控制***以通信方式连接到用于从第一传感器接收所生成的第一监控信号的传感器。所述控制***配置成依据所接收到的第一监控信号计算机舱相对于风向的偏航角。
附图说明
图1为本发明示例性风轮机的透视图。
图2为图1所示风轮机的一部分的放大透视图，所述风轮机包括示例性偏航装置。
图3为图2所示偏航装置的示意图，所述偏航装置包括一个示例性控制***。
图4为说明调整图1所示风轮机偏航的示例性方法的流程图。
元件符号列表：
Figure BSA00000644631300051
Figure BSA00000644631300061
具体实施方式
本发明的实施例包括一个偏航***，其有助于依据感测到的偏航驱动装置的扭矩负载来调整风轮机偏航。具体而言，本发明的偏航***包括一个控制***，该***配置成至少部分依据感测到的偏航驱动装置的扭矩负载来计算机舱相对于风向的偏航角。
图1为示例性风轮机10的透视图。在较佳实施例中，风轮机10为水平轴风轮机。或者，风轮机10也可为垂直轴风轮机。在较佳实施例中，风轮机10包括从支撑表面14延伸的塔筒12、安装在塔筒12上的机舱16、位于机舱16内的发电机18，以及连接到发电机18的齿轮箱20。转子22通过转子轴24以可转动方式连接到齿轮箱20。转子22包括可转动的轮毂26，以及至少一片连接到轮毂26、并从其向外延伸的转子叶片28。
在较佳实施例中，转子22包括三片转子叶片28。在一个替代实施例中，转子22包括多于或少于三片转子叶片28。在较佳实施例中，塔筒12是使用钢管制造的，以界定在支撑表面14和机舱16之间延伸的腔(未在图1中显示)。在一个替代实施例中，塔筒12为高度合适的任意合适类型的塔筒。
转子叶片28相隔一定距离排列在轮毂26四周，以促使转子22转动，从而使风的动能转化成可用的机械能，随后转化成电能。在较佳实施例中，每片转子叶片28的长度介于约30米(m)(99英尺(ft))到约120m(394ft)之间。或者，转子叶片28的长度可为让风轮机10拥有本发明的功能的任意适宜长度。例如，转子叶片长度的其他非限制性实例包括10m或10m以下、20m、37m，或大于120m的长度。随着风从方向30击打转子叶片28，转子22围绕旋转轴32转动。
在较佳实施例中，偏航***34连接到机舱16和塔筒12，以调整机舱16的偏航。本专利申请文件所用术语“偏航”是指机舱16相对于风向30的方向。在较佳实施例中，偏航***34配置成选择性地相对于塔筒12围绕偏航轴36转动机舱16和转子22，以控制转子22相对于风向30的角度。
图2为风轮机10的一部分的放大透视图。在较佳实施例中，偏航***34包括至少一个偏航驱动装置38以及一个有效地连接到偏航驱动装置38的控制***40。偏航驱动装置38连接到偏航轴承42。偏航轴承42连接在机舱16和塔筒12之间，以有助于相对于塔筒12围绕偏航轴36转动机舱16(如图1所示)。转子轴24位于机舱16内，且连接在转子22和齿轮箱20之间。具体而言，转子轴24连接到轮毂26，这样轮毂26围绕旋转轴32的转动可促使转子轴24围绕旋转轴32转动。高速轴44连接在齿轮箱20和发电机18之间。在较佳实施例中，在风轮机10的运行过程中，转子轴24的转动将以可转动方式驱动齿轮箱20，从而驱动高速轴44。高速轴44以可转动方式驱动发电机18，以促使发电机18发电。齿轮箱20、转子轴24，以及偏航驱动装置38均由底座支架46支撑。发电机18由自底座支架46悬臂设置的发电机机架48支撑。机舱16还包括至少一个测风塔50，所述测风塔包括至少一个传感器52(例如风速计)。传感器52配置成感测风速并向控制***40传送指示风速的信号。或者，传感器52可配置成感测温度、湿度和/或大气压力等多个环境条件。在此类实施例中，传感器52配置成向控制***40传送指示风的环境条件的信号。
在较佳实施例中，偏航轴承42连接到底座支架46和塔筒12。偏航轴承42配置成让机舱16相对于塔筒12转动。在较佳实施例中，偏航轴承42包括以可转动方式连接到外圈56的内圈54(未图示)，这样内圈54可相对于外圈56围绕偏航轴36转动。内圈54连接到底座支架46。外圈56牢固地连接到塔筒12，或与塔筒12合并。外圈56包括多个环绕外圈56的圆周、间隔设置的轴承齿58。轴承齿58与偏航驱动装置38配合，这样偏航驱动装置38的运行可让内圈54相对于外圈56转动并让机舱16环绕偏航轴36转动。或者，外圈56可连接到底座支架46，且偏航驱动装置38可配置成与内圈54配合以便让外圈56相对于内圈54转动。
在较佳实施例中，偏航驱动装置38包括偏航驱动电机60、连接到偏航驱动电机60的偏航齿轮箱62、以可转动方式连接到偏航齿轮箱62的偏航驱动轴64，以及连接到偏航驱动轴64的偏航齿轮66。偏航驱动电机60配置成向偏航齿轮箱62施加机械力。偏航齿轮箱62配置成将所述机械力转换成旋转力，并将所述旋转力施加到偏航驱动轴64。偏航驱动轴64连接在偏航齿轮箱62和偏航齿轮66之间。在偏航驱动装置38的运行过程中，偏航驱动电机60对偏航齿轮箱62施加机械力，而所述偏航齿轮箱转而将该机械力转换成旋转能。随后，偏航齿轮箱62围绕偏航驱动轴68转动偏航驱动轴64。偏航驱动轴64围绕偏航驱动轴68转动偏航齿轮66，这样偏航齿轮66即与偏航轴承42配合并引起机舱16围绕偏航轴36转动。在一个实施例中，偏航驱动装置38包括电连接到偏航驱动电机60的电力变频器70。在此类实施例中，电力变频器70配置成从电源(例如发电机18、电网***(未图示)和/或另一风轮机(未图示))接收交流电或直流电，并将所述电力传送到偏航驱动电机60。在一个替代实施例中，偏航驱动装置38不包括电力变频器70。在该替代实施例中，偏航驱动电机60配置成从电源直接接收电力。
在较佳实施例中，偏航驱动装置38连接到底座支架46，这样至少一部分偏航驱动轴64位于邻近偏航轴承42的位置。偏航齿轮66连接到偏航驱动轴64，这样偏航齿轮66即与偏航轴承42接触。具体而言，偏航齿轮66配置成与轴承齿58配合，这样在偏航齿轮66转动时，机舱16就会围绕偏航轴36转动。具体而言，在较佳实施例中，轴承齿58与偏航驱动装置38配合，这样偏航驱动装置38运行时就会相对于外圈56转动内圈54，从而围绕偏航轴36转动机舱16。或者，外圈56可连接到底座支架46，而偏航驱动装置38与内圈54配合，从而相对于内圈54转动外圈56。
在较佳实施例中，偏航驱动装置38包括至少一个扭矩传感器72，所述传感器连接到偏航驱动装置38以感测偏航驱动装置38的扭矩负载。扭矩传感器72配置成从机舱16向控制***40传送指示施加到偏航驱动装置38的扭矩负载的信号。在一个实施例中，扭矩传感器72连接到偏航驱动电机60。或者，扭矩传感器72连接到偏航齿轮箱62、偏航驱动轴64和/或偏航齿轮66。偏航驱动装置38也包括至少一个连接到偏航驱动装置38的电力输出传感器74。电力输出传感器74配置成感测偏航驱动装置38的电力输出并向控制***40传送指示电力输出的信号。电力输出传感器74配置成感测电力频率、电力电压和/或电力电流等电力特征。在一个实施例中，电力输出传感器74连接到偏航驱动电机60以感测从电网和/或电力变频器70接收的电量。或者，电力输出传感器74连接到电力变频器70以感测从电力变频器70传送到偏航驱动电机60的电力。
在偏航驱动装置38的运行过程中，偏航驱动电机60对偏航齿轮箱62施加机械力，而所述偏航齿轮箱转而将该机械力转换成旋转能。偏航齿轮箱62随后围绕偏航驱动轴68转动偏航驱动轴64。偏航驱动电机60向偏航驱动轴64施加扭矩负载以围绕偏航驱动轴68转动偏航齿轮66。随着偏航齿轮66的转动，偏航齿轮66与偏航轴承42配合并引起机舱16围绕偏航轴36转动。随着风击打转子22，相应风速(用箭头76表示)会对转子22和机舱16施加转矩(用箭头78表示)。第一扭矩负载(用箭头80表示)将通过转矩78施加到偏航驱动装置38。在较佳实施例中，偏航驱动装置38在与第一扭矩负载80相反的方向上向偏航驱动电机60施加第二扭矩负载(用箭头82表示)，以有助于防止机舱16围绕偏航轴36转动，从而维持机舱16相对于风向30的方向。第一扭矩负载80会随着风速76的增加而增加。偏航驱动装置38接着增加向偏航驱动电机60施加的第二扭矩负载82，以有助于维持机舱16相对于风向30的方向。
在较佳实施例中，随着风向30的改变，第一扭矩负载80可能增加、减少，和/或改变方向。偏航驱动装置38会随之增加、减少、和/或改变施加到偏航驱动电机60的第二扭矩负载82的方向，以有助于维持机舱16相对于风向30的方向。在较佳实施例中，当第二扭矩负载82大于预定义的扭矩负载时，偏航驱动装置38可围绕偏航轴36转动机舱16，使得第二扭矩负载82等于，或小于预定义的扭矩负载。
图3为包括控制***40的偏航***34的示意图。图3所示的相同部件已用图2中所使用的相同参考编号标出。在较佳实施例中，控制***40为包括计算机***等任何合适的基于处理器或微处理器的***的实时控制器，所述***包括微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路，和/或能够执行本发明的功能的其他任何电路或处理器。在一个实施例中，控制***40可为包括只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM)的微处理器，例如具有2 Mbit ROM和64 Kbit RAM的32位微型计算机。本专利申请文件所用术语“实时”是指在输入变动影响输出之后的相当短时间内就相应生成输出，且该时间段为可根据结果的重要性和/或***处理输入并生成输出的能力来进行选择的设计参数。
在较佳实施例中，控制***40包括存储区102，其配置成存储可执行的指令和/或一个或多个代表和/或指示风轮机10的运行条件的运行参数。运行参数可代表和/或指示(但不限于)风速、风的温度、扭矩负载、电力输出和/或风向。控制***40进一步包括连接到存储区102的处理器104，所述处理器经过编程以至少部分根据一个或多个运行参数来确定一个或多个风轮机控制装置112，例如偏航驱动电机60，的运行条件。在一个实施例中，处理器104可包括一个处理单元，例如，但不限于，一个集成电路(IC)、一个专用集成电路(ASIC)、一个微型计算机、一个可编程逻辑控制器(PLC)和/或其他任何可编程电路。或者，处理器104可包括多个处理单元(例如在多核配置中)。
在较佳实施例中，控制***40包括传感器接口106，所述传感器接口以信号连通的方式与至少一个传感器108连接，例如传感器52、扭矩传感器72，和电力输出传感器74。在该较佳实施例中，每个传感器108检测风轮机10的多种运行条件。传感器108可包括，但不限于只包括，位置传感器、加速度传感器、振动传感器、应变计和/或其他任何感测各种关于风轮机10的运行的参数的传感器。本专利申请文件所用术语“参数”是指其值可用于定义风轮机10的运行条件的物理性质，例如在定义的位置处的振动、转子转速，以及转子叶片挠度。每个传感器生成并传送与风轮机10的运行参数相对应的信号。并且，每个传感器可不间断、周期性或一次性地传送信号，例如，尽管预期还存在其他信号时序。此外，每个传感器可以模拟形式或数字形式传送信号。控制***40通过处理器104处理信号以生成一个或多个运行参数。在某些实施例中，处理器104经过编程(例如使用存储区102中的可执行指令)以对传感器生成的信号抽样。例如，处理器104可接收来自传感器的一个连续信号，并且作为响应，根据所述连续信号周期性地(例如每五秒一次)计算风轮机10的运行参数。在某些实施例中，处理器104对从传感器108接收的信号进行规格化处理。例如，传感器108可产生具有与运行参数值成正比的参数(例如电压)的模拟信号。处理器104可经过编程以将模拟信号转换成运行参数。在一个实施例中，传感器接口106包括将传感器108产生的模拟电压信号转换成可供控制***40使用的一个多位数字信号的模/数转换器。
控制***40还包括配置成控制偏航驱动装置38的运行的控制接口110。在某些实施例中，控制接口110有效地连接到一个或多个风轮机控制装置112，例如，偏航驱动电机60。
控制接口110与控制装置112之间以及传感器接口106与传感器108之间可存在多种连接。此类连接可包括，但不限于，一个电导体、一个低级串行数据连接(例如推荐标准(RS)232或RS-485)、一个高级串行数据连接(例如通用串行总线(USB)或电气电子工程师学会(IEEE)1394(也称为a/k/a FIREWIRE))、一个并行的数据连接(例如IEEE 1284或IEEE 488)、一个短距离无线通信信道(例如蓝牙)和/或专用(例如无法从风轮机10的外部访问)网络连接，有线或无线。
在风轮机10的运行过程中，控制***40从一个或多个传感器108接收指示风轮机10的运行条件(例如转子轴24的转速)的信号。控制***40配置成至少部分依据感测到的运行条件计算机舱16的偏航角α。本专利申请文件所用术语“偏航角”是指在旋转轴32和风向30之间测量的角度。或者，偏航角可在偏航轴36和风向30之间测量，或相对于旋转轴32、偏航轴36和风向30测量。在较佳实施例中，控制***40进一步配置成将计算得出的偏航角α与预定义的偏航角和/或预定义的偏航角值范围进行比较。如果计算得出的偏航角α不等于预定义的偏航角和/或不在预定义的偏航角值范围内，则控制***40会运行偏航驱动装置38以调整机舱16的偏航。或者，偏航驱动装置38围绕偏航轴36转动机舱16，直至计算得出的偏航角α与预定义的偏航角大致相等，或处于预定义的偏航角值范围内。在一个实施例中，控制***40从传感器52接收指示风速76的信号，并从扭矩传感器72接收指示偏航驱动装置38的扭矩负载82的信号。控制***40配置成至少部分依据风速和偏航驱动装置38的扭矩负载计算机舱16的偏航角α。
在一个替代实施例中，控制***40配置成如果感测到的偏航驱动装置38的扭矩负载82与预定义的扭矩负载不同，则确定计算得出的偏航角α与预定义的偏航角不同。在该实施例中，控制***40配置成运行偏航驱动装置38以调整机舱16的偏航，直至感测到的扭矩负载82小于或等于预定义的扭矩负载。
在一个替代实施例中，控制***40从电力输出传感器74接收指示偏航驱动装置38和/或电力变频器70的电力输出的信号。控制***40配置成至少部分依据偏航驱动装置38和/或电力变频器70的电力输出计算偏航驱动装置38的扭矩负载82。在另一个替代实施例中，控制***40配置成如果感测到的电力输出大于预定义的电力输出，则确定计算得出的偏航角α与预定义的偏航角不同。在该替代实施例中，控制***40配置成运行偏航驱动装置38以调整机舱16的偏航，直至感测到的电力输出小于或大致等于预定义的电力输出。
图4为介绍调整风轮机10的偏航的示例性方法200的流程图。在该较佳实施例中，方法200包括传感器108向控制***40传送至少一个指示偏航驱动装置38的扭矩负载82的第一监控信号(步骤202)。传感器108向控制***40传送至少一个指示风速76的第二监控信号(步骤204)。控制***40至少部分依据所述第一监控信号和/或第二监控信号计算机舱16的偏航角α(步骤206)。控制***40确定计算得出的偏航角α是否与预定义的偏航角不同(步骤208)，并在确定计算得出的偏航角α与预定义的偏航角不同(步骤208)时运行偏航驱动装置38以调整机舱16的偏航(步骤210)。在一个实施例中，传感器108向控制***40传送指示偏航驱动装置38的电力输出的第二信号(步骤212)。在该实施例中，控制***40至少部分依据感测到的电力输出计算扭矩负载82。控制***40确定计算得出的扭矩负载82是否与预定义的扭矩负载不同(步骤214)，并在确定计算得出的扭矩负载82与预定义的扭矩负载不同(步骤214)时运行偏航驱动装置38以调整机舱16的偏航(步骤216)。
本发明的方法、***和设备的示例性技术效应包括以下各项中的至少一项：(a)从第一传感器向控制***传送至少一个指示偏航驱动装置的扭矩负载的第一监控信号；(b)至少部分依据所述第一监控信号计算机舱相对于风向的偏航角；以及(c)在确定计算得出的偏航角与预定义的偏航角不同时运行偏航驱动装置以调整机舱的偏航。
上述的方法、***和设备有助于依据偏航驱动装置的扭矩负载调整风轮机机舱的偏航。此外，本发明的各实施例有助于至少部分依据感测到的偏航驱动***的扭矩负载计算机舱相对于风向的偏航角。通过依据偏航驱动***的扭矩负载计算偏航角，上述的方法、***和设备克服了现有风轮机依赖风向传感器的问题，所述风向传感器会受到转子转动的不利影响。因此，本发明的实施例有助于改进风轮机的运行，从而提高风轮机的年发电量。
以上详细描述了用于调整风轮机偏航的方法、***和设备的各较佳实施例。本发明的***和方法并不限于前述具体实施例，然而***的各元件和/或方法的各步骤可独立于本发明的其他部件和/或步骤单独使用。例如，所述方法也可与其他旋转***结合使用，且并不限于仅使用本发明的偏航***进行实践。同时，各较佳实施例可与许多其他旋转***应用结合实施和使用。
尽管本发明的各种实施例的具体特征可能在某些附图中有显示、而并未在其他附图中显示，但这仅仅是出于方便的考量。根据本发明的原则，附图中的任何特征可结合其他任何附图中的任何特征来进行参照和/或提出权利主张。
本专利申请文件使用了各种实例来揭示本发明(包括最佳模式)，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或***、并实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的一般技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (10)

1.一种用于风轮机(10)的偏航***(34)，所述风轮机包括以可转动方式连接到塔筒(12)的机舱，所述偏航装置包括：
一个连接到所述机舱的偏航驱动装置(38)，所述偏航驱动装置配置成围绕偏航轴(36)转动所述机舱；
一个连接到所述风轮机的第一传感器(52)，所述第一传感器配置成感测所述风轮机的运行条件并生成至少一个指示所述运行条件的第一监控信号；以及
一个控制***(40)，其以通信方式连接到所述传感器以从所述第一传感器接收所生成的第一监控信号，所述控制***配置成依据所接收到的第一监控信号计算所述机舱相对于风向的偏航角。
2.根据权利要求1所述的偏航***(34)，其特征在于，所述偏航***(34)进一步包括一个连接到所述偏航驱动装置(38)的第二传感器(108)，所述第二传感器配置成感测所述偏航驱动装置的扭矩负载、并向所述控制***(40)传送至少一个指示所感测到的扭矩负载的第二监控信号，所述控制***配置成依据所述第一监控信号和所述第二监控信号计算所述偏航角。
3.根据权利要求2所述的偏航***(34)，其特征在于，所述控制***(40)有效地连接到所述偏航驱动装置(38)，所述控制***配置成在确定计算得出的偏航角与预定义的偏航角不同时运行所述偏航驱动装置。
4.根据权利要求3所述的偏航***(34)，其特征在于，所述控制***(40)进一步配置成运行所述偏航驱动装置(38)来调整所述机舱(16)的偏航，直至计算得出的偏航角与预定义的偏航角大致相等。
5.根据权利要求4所述的偏航***(34)，其特征在于，所述控制***(40)进一步配置成在确定所感测到的扭矩负载大于预定义的扭矩负载时确定计算得出的偏航角与预定义的偏航角不同。
6.根据权利要求5所述的偏航***(34)，其特征在于，所述控制***(40)配置成在确定所感测到的扭矩负载与预定义的扭矩负载不同时运行所述偏航驱动装置(38)。
7.根据权利要求1所述的偏航***(34)，其特征在于，所述偏航驱动装置(38)包括一个连接到偏航电机(60)的电力转换器装置，所述偏航***包括第二传感器(108)，所述第二传感器配置成感测从所述电力转换器装置向所述偏航电机施加的电力负载，并向所述控制***传送指示所述电力负载的第二监控信号，且所述控制***(40)配置成至少部分依据所接收到的第二监控信号计算所述偏航驱动装置的扭矩负载。
8.根据权利要求7所述的偏航***(34)，其特征在于，所述控制***(40)进一步配置成在确定所感测到的电力负载与预定义的电力负载不同时运行所述偏航驱动装置(38)调整所述偏航角。
9.一种风轮机***，其包括：
塔筒(12)；
以可转动方式连接到所述塔筒的机舱(16)；
连接在所述机舱和所述塔筒之间的偏航轴承(42)；
连接到所述机舱的偏航驱动装置(38)，所述偏航驱动装置配置成围绕偏航轴(36)转动所述机舱；
连接到所述风轮机(10)的第一传感器(52)，所述第一传感器配置成感测所述风轮机的运行条件、并生成至少一个指示所感测到的运行条件的第一监控信号；以及
以通信方式连接到所述传感器以从所述传感器接收所生成的第一监控信号的控制***(40)，所述控制***配置成依据所接收到的第一监控信号计算所述机舱相对于风向的偏航角。
10.根据权利要求9所述的风轮机(100)，其特征在于，所述控制***(40)有效地连接到所述偏航驱动装置(38)，所述控制***配置成在确定计算得出的偏航角与预定义的偏航角不同时运行所述偏航驱动装置。
CN201110436565.0A 2010-12-15 2011-12-13 用于调整风轮机偏航角的***和方法 Active CN102536661B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/968,525 US8178989B2 (en) 2010-12-15 2010-12-15 System and methods for adjusting a yaw angle of a wind turbine
US12/968525 2010-12-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102536661A true CN102536661A (zh) 2012-07-04
CN102536661B CN102536661B (zh) 2016-05-18

Family

ID=44504893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110436565.0A Active CN102536661B (zh) 2010-12-15 2011-12-13 用于调整风轮机偏航角的***和方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8178989B2 (zh)
EP (1) EP2466125B1 (zh)
CN (1) CN102536661B (zh)
DK (1) DK2466125T3 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105909466A (zh) * 2016-04-18 2016-08-31 华电电力科学研究院 风力发电机组偏航误差分析方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8183707B2 (en) * 2007-10-30 2012-05-22 General Electric Company Method of controlling a wind energy system and wind speed sensor free wind energy system
GB2481789A (en) * 2010-06-30 2012-01-11 Vestas Wind Sys As Reducing yaw error in wind turbines
DK2520794T3 (da) * 2011-05-03 2020-01-02 Siemens Gamesa Renewable Energy As Overvågningsapparat til kontrol af en vindmølle i en vindmøllepark for en krøjningsfejljustering
DK2599994T3 (da) * 2011-11-30 2014-10-06 Siemens Ag Fremgangsmåde til drift af en vindmølle
US10215156B2 (en) 2015-05-04 2019-02-26 General Electric Company Autonomous yaw control for a wind turbine
CA3023642A1 (en) 2016-05-12 2017-11-16 Orsted Wind Power A/S Estimation of yaw misalignment for a wind turbine
US10465655B2 (en) 2016-07-05 2019-11-05 Inventus Holdings, Llc Wind turbine wake steering apparatus
US10539116B2 (en) 2016-07-13 2020-01-21 General Electric Company Systems and methods to correct induction for LIDAR-assisted wind turbine control
CN109340047A (zh) * 2018-11-20 2019-02-15 天津海瑞机械制造有限公司 一种智能转向的风力发电装置
CN112963303B (zh) * 2021-02-22 2022-12-23 上海电气风电集团股份有限公司 一种用于风电机组的偏航载荷监测控制方法及***
US11674498B1 (en) 2022-04-21 2023-06-13 General Electric Renovables Espana, S.L. Systems and methods for controlling a wind turbine
EP4361434A1 (en) * 2022-10-24 2024-05-01 General Electric Renovables España S.L. Protection of wind turbine components during yawing

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1505299A1 (en) * 2003-08-07 2005-02-09 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Method for yawing horizontal axis wind turbine
US20090068013A1 (en) * 2007-09-12 2009-03-12 Siemens Aktiengesellschaft Wind turbine, yaw system controller and yaw system for a wind turbine and method of reducing the acting on such a yaw system
CN101660492A (zh) * 2008-08-27 2010-03-03 通用电气公司 用于调整风力涡轮机偏航角的方法及设备
CN101660494A (zh) * 2008-08-27 2010-03-03 通用电气公司 风力涡轮机的风力追踪***

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4333018A (en) * 1977-11-21 1982-06-01 Ventus Energy Corp. Wind energy conversion system with reaction torque for power control
DE3043611C2 (de) * 1980-11-19 1984-07-05 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Drehpositionierbare Anlage
US4515525A (en) * 1982-11-08 1985-05-07 United Technologies Corporation Minimization of the effects of yaw oscillations in wind turbines
US4815936A (en) * 1988-07-05 1989-03-28 United Technologies Corporation Wind turbine shutdown system
US5155375A (en) * 1991-09-19 1992-10-13 U.S. Windpower, Inc. Speed control system for a variable speed wind turbine
US6441507B1 (en) * 2000-03-22 2002-08-27 The Wind Turbine Company Rotor pitch control method and apparatus for parking wind turbine
DE10033183C2 (de) * 2000-07-07 2002-08-08 Max Planck Gesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung und Vorhersage von Strömungsparametern turbulenter Medien
DE10127451C5 (de) * 2001-06-07 2016-09-01 Aloys Wobben Verfahren zur Steuerung einer Windenergieanlage
US7071578B1 (en) * 2002-01-10 2006-07-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine provided with a controller for adjusting active annular plane area and the operating method thereof
CN101173652B (zh) * 2003-09-19 2011-08-24 通用电气公司 轴承箱
JP4589633B2 (ja) * 2004-01-29 2010-12-01 富士重工業株式会社 水平軸風車及び水平軸風車の制御方法
US7677075B2 (en) * 2006-09-29 2010-03-16 General Electric Company Methods and apparatus for evaluating sensors and/or for controlling operation of an apparatus that includes a sensor
GB2442719A (en) * 2006-10-10 2008-04-16 Iti Scotland Ltd Wave and wind power generation system
US7883317B2 (en) * 2007-02-02 2011-02-08 General Electric Company Method for optimizing the operation of a wind turbine
WO2008150907A1 (en) * 2007-05-30 2008-12-11 Acciona Windpower, S.A. Systems and methods for synchronous speed avoidance in doubly-fed induction generators
EP2017468A1 (en) * 2007-07-20 2009-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Method for wind turbine yaw control
US7895018B2 (en) * 2007-08-10 2011-02-22 General Electric Company Event monitoring via combination of signals
US7944067B2 (en) * 2008-04-01 2011-05-17 General Electric Company System and method for reducing rotor loads in a wind turbine upon detection of blade-pitch failure and loss of counter-torque
US7942629B2 (en) * 2008-04-22 2011-05-17 General Electric Company Systems and methods involving wind turbine towers for power applications
US8057174B2 (en) * 2008-10-09 2011-11-15 General Electric Company Method for controlling a wind turbine using a wind flow model
US8951011B2 (en) * 2008-10-23 2015-02-10 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine and a method for monitoring a wind turbine
SE535044C2 (sv) * 2009-03-05 2012-03-27 Ge Wind Energy Norway As Girsystem för ett vindkraftverk
US8666682B2 (en) * 2009-07-15 2014-03-04 Michigan Technological University Rotational torque measurement device
US20110044811A1 (en) * 2009-08-20 2011-02-24 Bertolotti Fabio P Wind turbine as wind-direction sensor
US7854069B2 (en) * 2009-09-29 2010-12-21 General Electric Company Azimuth angle measurement system and method for operating the same
US8360723B2 (en) * 2009-09-30 2013-01-29 General Electric Company Method for reducing vibrations in wind turbines and wind turbine implementing said method
WO2011060424A1 (en) * 2009-11-16 2011-05-19 Nrg Systems, Inc. Data acquisition system for condition-based maintenance
DE102010029634B4 (de) * 2010-06-02 2024-04-11 Robert Bosch Gmbh Drehratensensor
US8022566B2 (en) * 2010-06-23 2011-09-20 General Electric Company Methods and systems for operating a wind turbine
EP2402597B1 (en) * 2010-06-29 2016-08-03 Siemens Aktiengesellschaft Wind turbine yaw system and method of controlling the same
US8035241B2 (en) * 2010-07-09 2011-10-11 General Electric Company Wind turbine, control system, and method for optimizing wind turbine power production

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1505299A1 (en) * 2003-08-07 2005-02-09 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Method for yawing horizontal axis wind turbine
US20090068013A1 (en) * 2007-09-12 2009-03-12 Siemens Aktiengesellschaft Wind turbine, yaw system controller and yaw system for a wind turbine and method of reducing the acting on such a yaw system
CN101660492A (zh) * 2008-08-27 2010-03-03 通用电气公司 用于调整风力涡轮机偏航角的方法及设备
CN101660494A (zh) * 2008-08-27 2010-03-03 通用电气公司 风力涡轮机的风力追踪***

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105909466A (zh) * 2016-04-18 2016-08-31 华电电力科学研究院 风力发电机组偏航误差分析方法
CN105909466B (zh) * 2016-04-18 2018-11-16 华电电力科学研究院 风力发电机组偏航误差分析方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20110210549A1 (en) 2011-09-01
CN102536661B (zh) 2016-05-18
EP2466125A2 (en) 2012-06-20
DK2466125T3 (da) 2019-10-07
EP2466125A3 (en) 2014-07-02
EP2466125B1 (en) 2019-07-17
US8178989B2 (en) 2012-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102536661A (zh) 用于调整风轮机偏航角的***和方法
EP2670979B1 (en) Systems and method for controlling wind turbine
CN102108936B (zh) 用于监视和控制风机场的***和方法
US7677075B2 (en) Methods and apparatus for evaluating sensors and/or for controlling operation of an apparatus that includes a sensor
EP2390500B1 (en) Systems and methods for monitoring a condition of a rotor blade for a wind turbine
EP2306004B1 (en) Wind turbine comprising an apparatus for controlling acoustic emissions
US7417332B2 (en) Method and apparatus of monitoring a machine
CN202228270U (zh) 用于风力发电设备的控制装置及相应的风力发电设备
EP2520793B1 (en) Methods and apparatus for controlling wind turbine thrust
US20090232635A1 (en) Independent sensing system for wind turbines
EP2466133B1 (en) System and method for measuring shaft deflection in a wind turbine
CN102562468A (zh) 用于监测风力涡轮机的转子叶片的状态的***和方法
CN102338034A (zh) 用于验证风力涡轮的方法和***
EP2258946A2 (en) Load identification system for a wind turbine
CN101545828A (zh) 用于风力涡轮机的独立传感***
WO2012089211A2 (en) Control network for wind turbine park
CN102444544A (zh) 在风力涡轮机中分配空气的***和方法
US11242841B2 (en) System and method for controlling a wind turbine based on a collective pitch-offset
US9291154B2 (en) Methods and systems for use in monitoring a tachometer
CN107041149A (zh) 竖向风电设备以及操作这种设备的方法
EP2742235B1 (en) Wind power plant and method of controlling wind turbine generator in a wind power plant
EP3124789B1 (en) Wind turbine control using secondary controller to adjust wind speed and/or direction input values
EP4083421A1 (en) System and method for slip detection and surface health monitoring in a slip coupling of a rotary shaft
KR101411435B1 (ko) 로터의 회전 상태 측정 장치 및 이를 포함하는 풍력발전기
Wilson et al. Aspects of the dynamic response of a small wind turbine blade in highly turbulent flow: part 1 measured blade response

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240114

Address after: Barcelona, Spain

Patentee after: Ge renewable energy Spain Ltd.

Address before: New York, United States

Patentee before: General Electric Co.

TR01 Transfer of patent right