CN114687923A - 风力发电机组的叶片和控制方法 - Google Patents
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Abstract
公开一种风力发电机组的叶片和控制方法。所述叶片包括：前缘和后缘，沿第一方向位于所述叶片的相对侧；压力面和吸力面，沿与第一方向垂直的第二方向位于所述叶片的相对侧，并且设置在前缘与后缘之间；辅助装置，设置在吸力面上靠近前缘的位置处，并且被构造为通过从内嵌状态改变为凸出状态来执行叶片辅助操作。本发明使用辅助装置来降低升力系数极值点，从而可在不影响正常工作点的气动性能的情况下降低叶片的极限载荷并且减小净空。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电领域，更具体地讲，涉及风力发电机组的叶片和控制方法。
背景技术
目前，风力发电机组的叶片的结构设计及其最终重量与叶片极限载荷强相关，并且叶片极限载荷及重量的下降可直接降低整机载荷、重量及成本。因此，降低叶片极限载荷是降低整机载荷、提高机组安全性、降载整机成本的有效方式。
叶片载荷主要来自叶片本身自重、旋转产生的转动惯力以及气动外力等。其中，气动外力易受外界及控制的影响而变动，并且叶片极限载荷的变化均与气动外力有关。
现有的降低叶片极限载荷的方式主要是通过提前变桨以及减扭矩提转速以减小运行攻角，从而达到降低气动受力以实现降载。然而，现有的降低叶片极限载荷的方式的降载效果有限并且无法有效降低净空。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够降低叶片极限载荷并且有效降低净空的风力发电机组的叶片和控制方法。
根据本发明构思的一个实施例，一种风力发电机组的叶片包括：前缘和后缘，沿第一方向位于所述叶片的相对侧；压力面和吸力面，沿与第一方向垂直的第二方向位于所述叶片的相对侧，并且设置在前缘与后缘之间；辅助装置，设置在吸力面上靠近前缘的位置处，并且被构造为通过从内嵌状态改变为凸出状态来执行叶片辅助操作。
可选地，所述辅助装置沿所述叶片的长度方向被布置为一个或多个，且从所述前缘测量，处于翼型弦长的0-1％占比区域内。
可选地，所述辅助装置具有铰链翻转机构，并且所述辅助装置通过所述铰链翻转机构实现内嵌状态和凸出状态；或者所述辅助装置具有螺杆伸缩机构，并且所述辅助装置通过所述螺杆伸缩机构实现内嵌状态和凸出状态；或者所述辅助装置具有可膨胀结构，并且所述辅助装置通过抽充气机构实现形式实现内嵌状态和凸出状态。
可选地，叶片辅助操作包括叶片降载操作，其中，所述辅助装置被构造为通过从内嵌状态改变为凸出状态来执行叶片降载操作。
可选地，所述辅助装置被构造为通过控制凸出状态的凸出程度来执行叶片降载操作。
可选地，叶片辅助操作包括叶片除冰操作，其中，所述辅助装置被构造为通过从内嵌状态改变为凸出状态来执行叶片除冰操作。
根据本发明构思的一个实施例，一种风力发电机组的控制方法包括：接收与风力发电机组相关联的数据；根据所述数据确定是否需要执行叶片辅助操作；响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制叶片的辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态，其中，所述辅助装置设置在所述叶片的吸力面上靠近所述叶片的前缘的位置处。
可选地，所述辅助装置被构造为降低与所述叶片的正攻角对应的翼型升力系数。
可选地，所述辅助装置被构造为降低与所述叶片的正攻角对应的翼型升力系数的极值点。
可选地，所述辅助装置具有铰链翻转机构，其中，响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制叶片的辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态的步骤包括：响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制所述铰链翻转机构以将所述辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态，或者所述辅助装置具有螺杆伸缩机构，其中，响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制叶片的辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态的步骤包括：响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制所述螺杆伸缩机构以将所述辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态。
可选地，所述数据包括风速数据，叶片辅助操作包括叶片降载操作，其中，响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制叶片的辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态的步骤包括：响应于确定需要执行叶片降载操作，控制所述辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态。
可选地，响应于确定需要执行叶片降载操作，控制所述辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态的步骤包括：响应于确定需要执行叶片降载操作，基于风速数据控制所述辅助装置的凸出状态的凸出程度。
可选地，风速数据是距离所述风力发电机组预定距离处的风速数据，其中，根据风速数据获得风速和风速加速度；响应于风速超出风速阈值并且风速加速度超出加速度阈值，确定需要执行叶片降载操作，其中，所述控制方法还包括：响应于风速加速度小于加速度阈值并持续预定时间，控制所述辅助装置从凸出状态改变为内嵌状态。
可选地，根据风速数据确定是否需要执行叶片降载操作的步骤包括：基于风速数据检测所述叶片是否进入失速状态；响应于检测到所述叶片进入失速状态，确定需要执行叶片降载操作，其中，所述控制方法还包括：基于风速数据检测所述叶片是否退出失速状态；响应于检测到所述叶片退出失速状态，控制所述辅助装置从凸出状态改变为内嵌状态。
可选地，所述数据包括叶片结冰数据，叶片辅助操作包括叶片除冰操作，其中，根据所述数据确定是否需要执行叶片辅助操作的步骤包括：根据叶片结冰数据确定是否需要执行叶片除冰操作，其中，响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制叶片的辅助装置在内嵌状态与凸出状态之间进行切换的步骤包括：响应于确定需要执行叶片除冰操作，控制所述辅助装置从内嵌状态切换为凸出状态。
根据本发明构思的一个实施例，一种风力发电机组的控制器包括：采集模块，用于获取与风力发电机组相关联的数据；控制模块，用于当确定需要执行叶片辅助操作时，控制叶片的辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态。
根据本发明构思的一个实施例，一种风力发电机组包括：如上所述的叶片；传感器，用于感测与风力发电机组相关联的数据；如上所述的控制器。
根据本发明构思的一个实施例，一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的风力发电机组的控制方法。
根据本发明构思的一个实施例，一种控制装置包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的风力发电机组的控制方法。
本发明使用辅助装置来降低升力系数极值点，从而可在不影响正常工作点的气动性能的情况下降低叶片的极限载荷并且减小净空。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的以上和/或其他方面将变得清楚和更容易理解。
图1是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的叶片的示图。
图2是示出根据本公开的实施例的内嵌状态的辅助装置的示图。
图3是示出根据本公开的实施例的凸出状态的辅助装置的示图。
图4和图5是示出根据本公开的实施例的具有铰链翻转机构的辅助装置的示图。
图6是示出根据本公开的实施例的具有螺杆伸缩机构的辅助装置的示图。
图7是示出根据本公开的实施例的辅助装置改变翼型升力系数的示图。
图8是示出根据本公开的实施例的辅助装置沿叶片的长度方向的布置的示图。
图9是示出根据本公开的实施例的控制方法的流程图。
图10和图11是示出根据本公开的第一实施例的图9的步骤S200的详细流程图。
图12是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的控制器的框图。
图13是示出根据本公开的实施例的控制方法的控制装置的框图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本公开的实施例。
图1是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的叶片100的示图。图2是示出根据本公开的实施例的内嵌状态的辅助装置150的示图。图3是示出根据本公开的实施例的凸出状态的辅助装置150的示图。
参照图1至图3，根据本公开的实施例的叶片100包括：前缘110、后缘120、压力面130、吸力面140和辅助装置150。
叶片100可对应于风力发电机组的叶片。前缘110和后缘120沿第一方向位于叶片100的相对侧。例如，图1中所示的叶片100(具体地讲，叶片100的翼型)的尖点(位于图1的叶片100的最右侧)为后缘120，叶片100(具体地讲，叶片100的翼型)上距后缘120最远的点(位于图1的叶片100的最左侧)称为前缘110。压力面130和吸力面140沿与第一方向垂直的第二方向位于叶片100的相对侧，并且设置在前缘110与后缘120之间。例如，图1中所示的叶片100的下表面为压力面130，图1中所示的叶片100的上表面为吸力面140。
辅助装置150设置在吸力面140上靠近前缘110的位置处，并且被构造为通过从内嵌状态改变为凸出状态来执行叶片辅助操作。例如，在一个示例中，辅助装置150可设置在吸力面140上靠近前缘110的与0-1％弦长(前缘110与后缘120之间的连线)占比区域对应的位置处。如图2所示，当辅助装置150处于内嵌状态时，叶片100的前缘110和吸力面140保持原始形状。如图3所示，当辅助装置150处于凸出状态时，叶片100的前缘110和吸力面140的原始形状被破坏。
在下文中，将参照图4至图8详细描述根据本公开的实施例的辅助装置150的构造、功能和布置。
以下，将参照图4至图6详细描述根据本公开的实施例的辅助装置150的构造。
图4和图5是示出根据本公开的实施例的具有铰链翻转机构的辅助装置150的示图。
在一个示例中，辅助装置150可具有铰链翻转机构，并且辅助装置150可通过铰链翻转机构实现内嵌状态和凸出状态。根据本发明构思的实施例，铰链翻转机构可包括如图4所示的三角形式的铰链翻转机构和如图5所示的梯形形式的铰链翻转机构。
如图4所示，三角形式的铰链翻转机构可包括驱动铰链151-1、外边151-2和折叠边151-3。当辅助装置150处于内嵌状态时，折叠边151-3被外边151-2覆盖并且被贴合到叶片本体151-4上，使得叶片100的前缘110和吸力面140保持原始形状。当辅助装置150从内嵌状态改变为凸出状态时，驱动铰链151-1驱动外边151-2沿例如图4中的顺时针方向打开，从而外边151-2带动折叠边151-3向外打开，使得叶片100的前缘110和吸力面140的原始形状被破坏。
如图5所示，梯形形式的铰链翻转机构可包括驱动铰链152-1、外边152-2、第一折叠边152-3-1和第二折叠边152-3-2。当辅助装置150处于内嵌状态时，第一折叠边152-3-1和第二折叠边152-3-2被外边152-2覆盖并且被贴合到叶片本体(未示出)上，使得叶片100的前缘110和吸力面140保持原始形状。当辅助装置150从内嵌状态改变为凸出状态时，驱动铰链152-1驱动外边152-2沿例如图5中的顺时针方向打开，从而外边152-2带动第一折叠边152-3-1向外打开并且第一折叠边152-3-1带动第二折叠边152-3-2向外打开，使得叶片100的前缘110和吸力面140的原始形状被破坏。
图6是示出根据本公开的实施例的具有螺杆伸缩机构的辅助装置150的示图。
在另一示例中，辅助装置150可具有螺杆伸缩机构代替图4和图5所示的铰链翻转机构，并且辅助装置150可通过螺杆伸缩机构代替图4和图5所示的铰链翻转机构，来实现内嵌状态和凸出状态。
如图6所示，螺杆伸缩机构可包括伸缩块153-1和螺杆153-2。当辅助装置150从凸出状态改变为内嵌状态时，伸缩块153-1围绕螺杆153-2向内旋转从而从叶片100的前缘110和吸力面140向内嵌入，使得叶片100的前缘110和吸力面140恢复原始形状。当辅助装置150从内嵌状态改变为凸出状态时，伸缩块153-1围绕螺杆153-2向外旋转从而从叶片100的前缘110和吸力面140向外推出，使得叶片100的前缘110和吸力面140的原始形状被破坏。
此外，虽然以上参照图4和图5详细描述了具有铰链翻转机构的辅助装置150的构造并且参照图6详细描述了具有螺杆伸缩机构的辅助装置150的构造，但是实施例不限于此。例如，图6所示的螺杆伸缩机构的螺杆153-2可使用其他机械推拉装置或气动推拉装置代替。此外，辅助装置150还可具有可膨胀结构，并且辅助装置150可通过抽充气机构实现形式实现内嵌状态和凸出状态。例如，可膨胀结构可以是气囊伸缩机构，辅助装置150可通过气囊伸缩机构代替图4和图5所示的铰链翻转机构或图6所示的螺杆伸缩机构，来实现内嵌状态和凸出状态。此外，辅助装置的外形可不限于图4至图5所示的形状。例如，辅助装置150还可具有方形、弧形、契形、波浪线等其他形式。
以下，将参照图7详细描述根据本公开的实施例的辅助装置150的功能。
图7是示出根据本公开的实施例的辅助装置150改变翼型升力系数的示图。
在图7中，横轴为攻角，纵轴为翼型升力系数，A点为翼型设计工作点。在一种情况下，当风速Vwind急剧增大时，叶片转速未及时升高，此时翼型工作点将达到B点，其中，B点为翼型升力系数极值点。当工作攻角处于B点时，叶片转矩急剧增大，此时叶片受载增大，净空下降。在另一种情况下，叶片经由急剧增大的风，使得工作攻角处于D点，其中，D点为叶片失速工作点。此时，需要增大桨距角将工作攻角从D点拉回至A点，此过程攻角将经过B点，仍然存在受载过大，净空下降问题。
根据本公开的实施例，辅助装置150可被构造为降低与叶片100的正攻角对应的翼型升力系数。具体地讲，根据本公开的实施例，辅助装置150可被构造为降低与叶片100的正攻角对应的翼型升力系数的极值点。例如，辅助装置150可被构造为降低与叶片100的右侧的攻角的翼型升力系数的极值点。因此，可在不改变设计工作区域(例如，图7中的A点)的气动参数的情况下，通过降低气动参数峰值(例如，将图7中的B点降低到C点)，对叶片极限载荷进行降载，同时还起到控制叶片净空的作用。
因此，根据本公开的实施例，叶片辅助操作可包括叶片降载操作，并且辅助装置150可被构造为通过从内嵌状态改变为凸出状态来执行叶片降载操作。也就是说，由于辅助装置150从内嵌状态改变为凸出状态，因此可在不改变设计工作区域(例如，图7中的A点)的气动参数的情况下降低气动参数峰值(例如，图7中的B点)。在下文中，将详细描述辅助装置150执行叶片降载操作的细节。
此外，根据本公开的实施例，辅助装置150可被构造为通过控制凸出状态的凸出程度来执行叶片降载操作。在下文中，将详细描述辅助装置150通过控制凸出状态的凸出程度来执行叶片降载操作的方法。
此外，根据本公开的实施例，叶片辅助操作可包括叶片除冰操作。由于叶片运行时结冰特性为前缘结冰，并且冰层的中心点位于前缘110附近。因此只需在前缘110对冰层的中心点进行除冰，冰层的两端由于冰层的中间点断裂而导致附着力下降，即可实现整个叶片表面除冰。根据本公开的实施例，辅助装置150可通过以下两种方式的任意组合来执行叶片除冰操作。
在第一种方式中，根据本公开的实施例，辅助装置150可被构造为通过从内嵌状态改变为凸出状态来执行叶片除冰操作。也就是说，可通过将辅助装置150从内嵌状态改变为凸出状态，对位于前缘100附近的冰层的中间点进行机械破坏，来实现叶片除冰。
在第二种方式中，根据本公开的实施例，辅助装置150可包括升温组件，并且辅助装置150可被构造为通过启动升温组件来对叶片执行叶片除冰操作。也就是说，可通过启动升温组件来对位于前缘100附近的冰层的中间点进行加热进而使冰层的中间点融化，来实现叶片除冰。在这种方式中，所述升温组件包括加热丝或导热流体介质。这里，导热流体介质不限于液体，还可包括气体。例如，不管辅助装置150的凸起状态或内嵌状态，可将辅助装置150的腔分为内腔和外腔两个腔室(例如，图4至图6中的左侧为外侧)，使用循环热流体介质以外腔为入流，内腔为回流对叶片100的前缘110进行加热，起到融冰作用。或者，例如，不管辅助装置150的凸起状态或内嵌状态，可通过在辅助装置150内部埋置金属或非金属加热丝、加热条等，来对叶片100的前缘110进行加热，起到融冰作用。
虽然上面分别描述了使用机械和加热手段通过辅助装置150进行除冰的方式，但是本领域技术人员将理解，可使用机械手段和加热手段二者中的任意一个或任意组合进行除冰。此外，虽然以上描述了使用机械和加热手段通过辅助装置150进行除冰的方式，但是实施例不限于此。例如，可使用各种手段(例如，振动、微波等)通过辅助装置150进行除冰。此外，虽然上面描述了通过在外腔和内腔中循环导热流体介质进行加热来融化冰的方式，但是本公开不限于此。例如，还可通过在辅助装置的表面以微孔形式进行渗透热流体或融冰剂的方式来融化冰。
以下，将参照图8详细描述根据本公开的实施例的辅助装置150的布置。
根据本公开的实施例，辅助装置150沿叶片100的长度方向被布置为一个或多个，且从前缘110处测量，处于翼型弦长的0-1％占比区域内。图8中的a示出辅助装置150沿叶片100的长度方向被布置为多个以减小叶片各个截面的极限受载的分段布置方式，图8中的b示出辅助装置150沿叶片100的长度方向在叶尖部分被布置为一个以通过减小叶尖极限受载来减小叶尖向叶片100的各个截面施加的扭矩的连续布置方式。
虽然图8分别示出了分段布置方式和连续部分方式，但是本领域技术人员将理解，可以以分段布置方式和连续部分方式中的任意一种方式或它们的任何组合的方式来布置辅助装置150。
在下文中，将参照图9至图11来描述根据本公开的实施例的控制方法。
图9是示出根据本公开的实施例的控制方法的流程图。
根据本公开的实施例，控制方法包括步骤S100至S300。
在步骤S100中，接收与风力发电机组相关联的数据。在步骤S200中，根据数据确定是否需要执行叶片辅助操作。在步骤S300中，响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制叶片的辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态。
根据本公开的实施例，辅助装置设置在叶片的吸力面上靠近叶片的前缘的位置处。辅助装置可被构造为降低与叶片的正攻角对应的翼型升力系数，具体地讲，辅助装置可被构造为降低与叶片的正攻角对应的翼型升力系数的极值点。此外，辅助装置可沿叶片的长度方向被布置为一个或多个，且从前缘110处测量，处于翼型弦长的0-1％占比区域内。由于在上文中已经参照图1至图3、图7和图8详细描述了辅助装置的位置、功能和布置，因此相同的描述在此将被省略。
在下文中，将根据辅助装置的不同构造来描述步骤S300的细节。
在一个示例中，辅助装置可具有铰链翻转机构。在辅助装置具有铰链翻转机构的情况下，步骤S300可具体包括：响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制铰链翻转机构以将辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态。在另一示例中，辅助装置可具有螺杆伸缩机构代替铰链翻转机构。在辅助装置具有螺杆伸缩机构的情况下，步骤S300可具体包括：响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制螺杆伸缩机构以将辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态。由于在上文中已经参照图4至图6详细描述了辅助装置的构造，因此相同的描述在此将被省略。
在下文中，将根据不同的数据和不同的叶片辅助操作来描述步骤S200和步骤S300的细节。
根据本公开的第一实施例，数据可包括风速数据，叶片辅助操作可包括叶片降载操作。在一个示例中，风速数据可以是距离风力发电机组预定距离处的风速数据。优选地，预定距离可以是100米。下面将参照图10和图11在数据包括风速数据并且叶片辅助操作包括叶片降载操作的第一实施例的情况下来描述步骤S200和步骤S300的细节。
图10和图11是示出根据本公开的第一实施例的图9的步骤S200的详细流程图。
根据本公开的第一实施例，在数据包括风速数据并且叶片辅助操作包括叶片降载操作的情况下，步骤S200可具体包括：根据风速数据确定是否需要执行叶片降载操作。也就是说，当通过风速数据判别有超过设计规范的阵风时，将辅助模块伸出(即，改变为凸出状态)，以便降低最大升力系数。
参照图10，在第一示例中，根据风速数据确定是否需要执行叶片降载操作的步骤可包括步骤S211和步骤S212。在步骤S211中，根据风速数据获得风速和风速加速度。在步骤S212中，响应于风速超出风速阈值并且风速加速度超出加速度阈值，确定需要执行叶片降载操作。
当风速突然增大时，可能发生极限超载(即，极限载荷过大)。因此可通过判断风速加速度来确定风速是否突然增大。此外，风速越大扭矩越大，即载荷越大；所以在低风速段，即使攻角运行于升力系数极值点，载荷也不一定有较明显的增大，但如若此时减小升力系数极值会导致发电量减小。为了平衡载荷与发电量，故在小风段不执行伸出辅助装置，也不执行收桨。这里，小风段可被定义为额定风速-4×风速常数，其中，风速常数可被定义为额定风速与第一风速之差，当风速小于第一风速时，叶片负载不变。然而，本公开不限于此，小风段也可使用其他方式被定义。也就是说，需要判断风速和风速加速度两个变量来确定是否需要执行叶片降载操作。以正常风速采集频率为50Hz为例，风速加速度阈值为Vramp，测得来流方向100m远处某一点风速为Vt，在下一个采样数据为Vt+0.02，当(Vt+0.02-Vt)×50>Vramp时，则判定为机组将发生极限超载。其中，风速加速度阈值可根据不同的算法或风况而具有不同的值，本申请对此不做具体限制。
这里，步骤S212中对风速是否超出风速阈值的判断以及对风速加速度是否超出加速度阈值的判断可同时执行，或者可以任意顺序单独地执行。可选地，当在步骤S212中确定需要执行叶片降载操作时，还可通过执行收桨操作进一步降低极限载荷。
此外，由于凸出状态的辅助装置会存在使气流在叶片表面提前分离的风险，即，在某些正常控制情况下叶片存在失速风险，因此，在第一示例中，控制方法还可包括步骤S400。在步骤S400中，响应于风速加速度小于加速度阈值并持续预定时间，控制辅助装置从凸出状态改变为内嵌状态。例如，预定时间可被设置为10分钟。在辅助装置收回(即，改变为内嵌状态)之后，叶片的前缘与原始外形一致，因此可确保辅助装置收回之后原始翼型性能不受影响并且避免在正常控制情况下的叶片失速风险。
参照图11，在第二示例中，根据风速数据确定是否需要执行叶片降载操作的步骤可包括步骤S221和步骤S222。在步骤S221中，基于风速数据检测叶片是否进入失速状态。在步骤S222中，响应于检测到叶片进入失速状态，确定需要执行叶片降载操作。可选地，当在步骤S222中确定需要执行叶片降载操作时，还可通过执行收桨操作进一步降低极限载荷。此外，在第二示例中，控制方法还可包括步骤S500和步骤S600。在步骤S500中，500基于风速数据检测叶片是否退出失速状态。在步骤S600中，响应于检测到叶片退出失速状态，控制辅助装置从凸出状态改变为内嵌状态。
此外，根据本公开的第一实施例，在数据包括风速数据并且叶片辅助操作包括叶片降载操作的情况下，步骤S300可包括：响应于确定需要执行叶片降载操作，控制辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态。在一个示例中，响应于确定需要执行叶片降载操作，控制辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态的步骤包括：响应于确定需要执行叶片降载操作，基于风速数据控制所述辅助装置的凸出状态的凸出程度。也就是说，当风速处于辅助装置的工作风速范围内时，为平衡载荷与发电量，可将辅助装置的伸出长度(即，凸出长度)与风速进行线性比照，如公式L＝a×((额定风速+风速常数)-风速)，其中L为辅助装置的伸出长度，系数a可通过试验确定，并且系数a在不同叶片和机组中存在差异。根据如上所示的公式，当风速>(额定风速+风速常数)时，辅助装置可全部推出。
根据本公开的第二实施例，数据可包括叶片结冰数据，叶片辅助操作可包括叶片除冰操作。根据本公开的第二实施例，可通过以下两种方式的任意组合来执行叶片除冰操作。
在第一种方式中，根据本公开的第二实施例，步骤S200可包括：根据叶片结冰数据确定是否需要执行叶片除冰操作。步骤S300可包括：响应于确定需要执行叶片除冰操作，控制辅助装置从内嵌状态切换为凸出状态。
在第二种方式中，根据本公开的第二实施例，辅助装置可包括升温组件，并且步骤S200可包括：根据叶片结冰数据确定是否需要执行叶片除冰操作。此外，在第二种方式中，根据本公开的第二实施例，控制方法还可包括步骤S700。在步骤S700中，响应于确定需要执行叶片除冰操作，启动升温组件。
在一个示例中，升温组件可包括加热丝或导热流体介质。在上文中，已经详细描述了升温组件，因此相同的描述在此将被省略。
以上描述了使用辅助装置通过降低升力系数极值点来降低极限载荷的叶片和控制方法，但是本领域技术人员将理解，还可在此基础上结合或配合其他方法(诸如，前缘气动附件、前缘主动气流扰动、表面粗糙度变化等)来降低升力系数极值点。
图12是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的控制器的框图。
参照图12，根据本公开的实施例的风力发电机组的控制器200包括采集模块210和控制模块220。采集模块210用于获取与风力发电机组相关联的数据，控制模块220用于当确定需要执行叶片辅助操作时控制叶片的辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态。
此外，本公开还涉及一种风力发电机组的控制***。该控制***包括传感器和控制器，其中，传感器被配置为感测与风力发电机组相关联的数据，控制器被配置为执行如上所述的控制方法。
此外，本公开还涉及一种风力发电机组。该风力发电机组(或者，叶片***)包括如上所述的叶片、用于感测与风力发电机组相关联的数据的传感器和如上所述的控制器。
图13是示出根据本公开的实施例的控制方法的控制装置的框图。
参照图13，根据本公开的实施例的控制方法的控制装置300可以是(但不限于)可编程逻辑控制器(PLC)工控机。根据本公开的实施例的控制方法的控制装置300可包括处理器310和存储器320。处理器310可包括(但不限于)中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、片上***(SoC)、微处理器、专用集成电路(ASIC)等。存储器320存储将由处理器310执行的计算机程序。存储器320包括高速随机存取存储器和/或非易失性计算机可读存储介质。当处理器310执行存储器320中存储的计算机程序时，可实现如上所述的控制方法。
可选择地，控制装置300可以以有线/无线通信方式与***中的其他组件进行通信，还可以以有线/无线通信方式与***中的其他装置进行通信。此外，控制装置300可以以有线/无线通信方式与***外部的装置进行通信。此外，控制装置300可具有计时器和编码器功能。
根据本公开的实施例的控制方法可被编写为计算机程序并被存储在计算机可读存储介质上。当所述计算机程序被处理器执行时，可实现如上所述的控制方法。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪存、非易失性存储器、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、蓝光或光盘存储器、硬盘驱动器(HDD)、固态硬盘(SSD)、卡式存储器(诸如，多媒体卡、安全数字(SD)卡或极速数字(XD)卡)、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其他装置，所述任何其他装置被配置为以非暂时性方式存储计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将所述计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机能执行所述计算机程序。在一个示例中，计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机***上，使得计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构通过一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。
本发明使用辅助装置来降低升力系数极值点，从而可在不影响正常工作点的气动性能的情况下降低叶片的极限载荷并且减小净空。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。
Claims (19)
1.一种风力发电机组的叶片，其特征在于，所述叶片包括：
前缘和后缘，沿第一方向位于所述叶片的相对侧；
压力面和吸力面，沿与第一方向垂直的第二方向位于所述叶片的相对侧，并且设置在前缘与后缘之间；
辅助装置，设置在吸力面上靠近前缘的位置处，并且被构造为通过从内嵌状态改变为凸出状态来执行叶片辅助操作。
2.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述辅助装置沿所述叶片的长度方向被布置为一个或多个，且从所述前缘测量，处于翼型弦长的0-1％占比区域内。
3.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，
所述辅助装置具有铰链翻转机构，并且所述辅助装置通过所述铰链翻转机构实现内嵌状态和凸出状态；或者
所述辅助装置具有螺杆伸缩机构，并且所述辅助装置通过所述螺杆伸缩机构实现内嵌状态和凸出状态；或者
所述辅助装置具有可膨胀结构，并且所述辅助装置通过抽充气机构实现形式实现内嵌状态和凸出状态。
4.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，叶片辅助操作包括叶片降载操作，
其中，所述辅助装置被构造为通过从内嵌状态改变为凸出状态来执行叶片降载操作。
5.如权利要求4所述的叶片，其特征在于，所述辅助装置被构造为通过控制凸出状态的凸出程度来执行叶片降载操作。
6.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，叶片辅助操作包括叶片除冰操作，
其中，所述辅助装置被构造为通过从内嵌状态改变为凸出状态来执行叶片除冰操作。
7.一种风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
接收与风力发电机组相关联的数据；
根据所述数据确定是否需要执行叶片辅助操作；
响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制叶片的辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态，
其中，所述辅助装置设置在所述叶片的吸力面上靠近所述叶片的前缘的位置处。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述辅助装置被构造为降低与所述叶片的正攻角对应的翼型升力系数。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述辅助装置被构造为降低与所述叶片的正攻角对应的翼型升力系数的极值点。
10.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，
所述辅助装置具有铰链翻转机构，其中，响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制叶片的辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态的步骤包括：响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制所述铰链翻转机构以将所述辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态，或者
所述辅助装置具有螺杆伸缩机构，其中，响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制叶片的辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态的步骤包括：响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制所述螺杆伸缩机构以将所述辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态。
11.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述数据包括风速数据，叶片辅助操作包括叶片降载操作，
响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制叶片的辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态的步骤包括：响应于确定需要执行叶片降载操作，控制所述辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，响应于确定需要执行叶片降载操作，控制所述辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态的步骤包括：
响应于确定需要执行叶片降载操作，基于风速数据控制所述辅助装置的凸出状态的凸出程度。
13.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，风速数据是距离所述风力发电机组预定距离处的风速数据，
其中，根据风速数据确定是否需要执行叶片降载操作的步骤包括：
根据风速数据获得风速和风速加速度；
响应于风速超出风速阈值并且风速加速度超出加速度阈值，确定需要执行叶片降载操作，
其中，所述控制方法还包括：
响应于风速加速度小于加速度阈值并持续预定时间，控制所述辅助装置从凸出状态改变为内嵌状态。
14.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，根据风速数据确定是否需要执行叶片降载操作的步骤包括：
基于风速数据检测所述叶片是否进入失速状态；
响应于检测到所述叶片进入失速状态，确定需要执行叶片降载操作，
其中，所述控制方法还包括：
基于风速数据检测所述叶片是否退出失速状态；
响应于检测到所述叶片退出失速状态，控制所述辅助装置从凸出状态改变为内嵌状态。
15.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述数据包括叶片结冰数据，叶片辅助操作包括叶片除冰操作，
其中，根据所述数据确定是否需要执行叶片辅助操作的步骤包括：根据叶片结冰数据确定是否需要执行叶片除冰操作，
其中，响应于确定需要执行叶片辅助操作，控制叶片的辅助装置在内嵌状态与凸出状态之间进行切换的步骤包括：响应于确定需要执行叶片除冰操作，控制所述辅助装置从内嵌状态切换为凸出状态。
16.一种风力发电机组的控制器，其特征在于，所述控制器包括：
采集模块，用于获取与风力发电机组相关联的数据；
控制模块，用于当确定需要执行叶片辅助操作时，控制叶片的辅助装置从内嵌状态改变为凸出状态。
17.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括：
如权利要求1至6中的任意一项所述的叶片；
传感器，用于感测与风力发电机组相关联的数据；
如权利要求16所述的控制器。
18.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求7至15中的任意一项所述的风力发电机组的控制方法。
19.一种控制装置，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求7至15中的任意一项所述的风力发电机组的控制方法。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030091436A1 (en) * | 2000-09-29 | 2003-05-15 | Henrik Stiesdal | Method for regulating a windmill and an apparatus for the use of said method |
| US20090285682A1 (en) * | 2008-05-16 | 2009-11-19 | Frontier Wind, Llc | Wind Turbine With Deployable Air Deflectors |
| CN102996331A (zh) * | 2011-09-13 | 2013-03-27 | 通用电气公司 | 用于风力发电机转子叶片的致动式扰流板组件 |
| US20140271192A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Frontier Wind, Llc | Actuation mechanisms for load management devices on aerodynamic blades |
| EP3029317A1 (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for reduction of fatigue and gust loads on wind turbine blades |
| CN110645144A (zh) * | 2019-09-26 | 2020-01-03 | 上海理工大学 | 一种带有前缘主动伸缩滑片的垂直轴风力机 |
-
2020
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030091436A1 (en) * | 2000-09-29 | 2003-05-15 | Henrik Stiesdal | Method for regulating a windmill and an apparatus for the use of said method |
| US20090285682A1 (en) * | 2008-05-16 | 2009-11-19 | Frontier Wind, Llc | Wind Turbine With Deployable Air Deflectors |
| US20120263601A1 (en) * | 2008-05-16 | 2012-10-18 | Frontier Wind, Llc | Wind Turbine With Deployable Air Deflectors |
| CN102996331A (zh) * | 2011-09-13 | 2013-03-27 | 通用电气公司 | 用于风力发电机转子叶片的致动式扰流板组件 |
| US20140271192A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Frontier Wind, Llc | Actuation mechanisms for load management devices on aerodynamic blades |
| EP3029317A1 (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for reduction of fatigue and gust loads on wind turbine blades |
| CN110645144A (zh) * | 2019-09-26 | 2020-01-03 | 上海理工大学 | 一种带有前缘主动伸缩滑片的垂直轴风力机 |
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