低于額定功率的風力渦輪機中的產(chǎn)能優(yōu)化的制作方法
【專利摘要】風力渦輪機的每個轉(zhuǎn)子葉片具有能夠感測失速狀態(tài)發(fā)生的多個光纖式壓力變化傳感器。失速狀態(tài)傳感器的輸出為給失速計數(shù)回路的輸入，所述失速計數(shù)回路每當接收到失速指示時增加失速計數(shù)信號。失速計數(shù)信號隨時間成指數(shù)級衰減，當前信號與來自前一采樣周期的衰減信號求和，以形成一值，失速余量依據(jù)所述值來確定。葉尖速度風速比λ相對于槳距角參考θ的λ：θ曲線隨后依據(jù)失速余量來確定。
【專利說明】低于額定功率的風力渦輪機中的產(chǎn)能優(yōu)化

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及風力渦輪機，并且更具體地涉及當渦輪機低于額定功率運轉(zhuǎn)時改善產(chǎn) 能。

【背景技術】
[0002] 當變速式風力渦輪機在轉(zhuǎn)子速度低于額定功率的情況下運轉(zhuǎn)時，共同槳距角依據(jù) 由槳距角Θ與葉尖/風速比λ之間的關系定義的曲線來設定，所述曲線優(yōu)化功率系數(shù)Cp， 利用所述曲線給出低于額定功率的最優(yōu)產(chǎn)能。這個曲線在下文中稱為λ :θ曲線，所述關 系定義為λ = QR/V，其中Ω為風力渦輪機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，R為轉(zhuǎn)子半徑，V為風速。常規(guī) λ :θ曲線的實施例在圖1中示出。商用規(guī)模的風力渦輪機中的槳距控制是周知的，共同 槳距參考是施加到所有轉(zhuǎn)子葉片（在現(xiàn)代商用水平軸式風力渦輪機中通常施加到三個轉(zhuǎn) 子葉片）的控制信號。
[0003] 如能從圖1中看出的那樣，風速是渦輪機必須對其做出反應的變量，當?shù)陀陬~定 功率時，產(chǎn)能通過依照測量到的平均風速設定轉(zhuǎn)速參考來優(yōu)化。設定速度參考之后是調(diào)節(jié) 輸出功率。結(jié)果是特定的葉尖速度/風速比，為實現(xiàn)所述葉尖速度/風速比，共同槳距角依 照圖1的曲線來調(diào)節(jié)。
[0004] 當風力渦輪機葉片的入射角α改變時，將會存在閾值a s，在所述閾值以上葉片可 能失速。失速導致發(fā)出的噪聲增加和在負載方面的增加。失速的實際發(fā)生還將會取決于空 氣情況。例如，壓力或湍流。由于在風速和風向方面的快速波動，特別是在湍流的情況下， 因此入射角將會獨立于根據(jù)圖1的λ:θ曲線設定的槳距角來改變。在推導曲線時必須將 這些變化考慮在內(nèi)，以便避免或降低過度的葉片失速。因此，推導出的曲線應當定義在零湍 流下的標稱失速余量，以避免發(fā)生過度的失速，例如，在高度湍流的情況下。失速余量β可 以定義為a s-%，其中％是在零湍流情況下的入射角。失速余量在圖2中展示，所述圖示 出風力渦輪機葉片的升力曲線，其繪制為在X軸上的入射角α相對于在y軸上的升力系數(shù) Q。這個圖表啟示圖1的曲線應當謹慎地定義，以將失速降低到最小等級。
[0005] 盡管降低失速是重要且必要的，但采用謹慎的λ :θ曲線不能優(yōu)化低于額定功率 的產(chǎn)能。因此，本發(fā)明的目的是降低失速余量，以便使得低于功率的產(chǎn)能在可能的情況下能 夠增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種以低于額定功率的方式操作風力渦輪機的方法，包括：使用 在風力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片上的一個或多個失速狀態(tài)傳感器來感測失速狀態(tài)，基于感測到的失 速狀態(tài)來確定失速余量，根據(jù)確定出的失速余量來選擇葉尖速度風速比相對于葉片槳距角 的曲線，以及依照選擇出的曲線來改變至少一個風力渦輪機葉片的葉片槳距角。
[0007] 本發(fā)明還提供一種以低于額定功率的方式操作風力渦輪機的控制系統(tǒng)，包括：在 風力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片上的用于感測失速狀態(tài)的一個或多個失速狀態(tài)傳感器，用于基于感測 到的失速狀態(tài)來確定失速余量的失速余量確定設備，用于根據(jù)確定出的失速余量來選擇葉 尖速度風速比相對于轉(zhuǎn)子葉片槳距角的曲線的控制器，以及用于依照選擇出的曲線來改變 至少一個轉(zhuǎn)子葉片的葉片槳距角的槳距角控制器。
[0008] 本發(fā)明的實施方式具有以下優(yōu)點：失速余量可以取決于由至少一個失速傳感器感 測失速狀態(tài)的速率來自適應地確定。這轉(zhuǎn)而意味著由渦輪機產(chǎn)出的功率能通過選擇激進的 葉尖速度/風速比相對于槳距角參考的曲線來優(yōu)化，當風狀況允許時以所述曲線操作風力 渦輪機。
[0009] 優(yōu)選地，失速余量的確定包括使用失速事件計數(shù)器來確定失速事件計數(shù)/計量。 所述確定基于來自一個或多個失速狀態(tài)傳感器輸出，其中失速余量依據(jù)失速事件計數(shù)/計 量來確定。失速事件計數(shù)/計量取決于由至少一個失速傳感器輸出的感測到的失速狀態(tài)之 間的時間。
[0010] 在一個實施方式中，失速事件計數(shù)器在由至少一個失速狀態(tài)傳感器感測到失速狀 態(tài)的情況下增加失速事件計數(shù)/計量并且隨時間衰減失速事件計數(shù)/計量。這個實施方式 具有以下優(yōu)點：確定失速余量的失速事件計數(shù)/計量響應于由至少一個失速狀態(tài)傳感器輸 出的感測到的失速事件的相對時間。
[0011] 在一個實施方式中，來自至少一個失速狀態(tài)傳感器的輸出被處理，以確定失速事 件信號中的增加，并且通過根據(jù)風狀況確定的量來成比例設置。
[0012] 在一個實施方式中，被處理且成比例設置的輸出與來自前一采樣時間周期的通過 根據(jù)風狀況確定的量來加權(quán)的被處理且成比例設置的輸出求和。
[0013] 在一個實施方式中，被求和的輸出被映射，以形成失速余量，失速余量用于選擇葉 尖速度風速比相對于共同葉片槳距角的曲線。
[0014] 在一個實施方式中，第一常數(shù)以風速或風湍流為基礎來確定，第一常數(shù)用于成比 例設置失速事件信號中的增加。
[0015] 在一個實施方式中，失速余量取決于失速事件計數(shù)器輸出而在標稱值與最優(yōu)值之 間改變。這使得渦輪機在低于額定功率的情況下能夠取決于感測到的失速事件和所述失速 事件對于參數(shù)（諸如發(fā)出的噪聲）的影響的測量而在標稱輸出與最優(yōu)輸出之間自適應地運 轉(zhuǎn)。
[0016] 在一個實施方式中，至少一個失速狀態(tài)傳感器包括在風力渦輪機的每個轉(zhuǎn)子葉片 上的多個失速狀態(tài)傳感器。這些傳感器能夠為光纖式壓力變化傳感器，在一個實施方式中， 所述傳感器包括設置在葉片表面中的孔上方的膜、以及設置在孔內(nèi)的光纖式光發(fā)射器和光 纖式光接收器，以通過感測在由光纖式光接收器接收的光的強度方面的波動來感測膜的振 動。這些在強度方面的波動由膜的振動導致，所述振動轉(zhuǎn)而由湍流導致并且指示出失速狀 態(tài)。這樣的傳感器具有以下優(yōu)點：耐用、安裝相對便宜、以及可靠。
[0017] 在一個實施方式中，槳距角控制器是用于依照選擇出的曲線以公共量改變風力渦 輪機葉片的葉片槳距角的公共槳距角控制器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 本發(fā)明的實施方式在此將僅通過實施例方式并參照附圖來描述，其中：
[0019] 圖1，（上文中提到的）示出低于額定功率的風力渦輪機的常規(guī)λ : θ曲線；
[0020] 圖2,（上文中提到的）示出常規(guī)風力渦輪機葉片的升力曲線；
[0021] 圖3a或圖3b示出用于感測葉片失速的光纖壓力變化計；
[0022] 圖4示意性地示出本發(fā)明的估算失速余量的實施方式；
[0023] 圖5是示出圖4的失速余量估算器的框圖；
[0024] 圖6展示計數(shù)失速事件可以如何用于調(diào)節(jié)槳距參考；
[0025] 圖7示出失速事件計數(shù)器常數(shù)可以如何依賴于風湍流或平均風速來自適應地調(diào) 節(jié)；
[0026] 圖8是失速事件相對于失速余量的圖表；以及
[0027] 圖9示出失速事件計數(shù)可以如何映射到失速余量并且轉(zhuǎn)換成共同葉片槳距參考。

【具體實施方式】
[0028] 在本發(fā)明的待描述的實施方式中，失速余量響應于感測到的風狀況來自適應地控 制。然而，為使這成為可能，必要的是能夠準確地確定發(fā)生失速的可能性。圖3展示可以用 于此目的的失速傳感器。應當理解的是，所述失速傳感器是示例性的并且其他失速傳感器 也可以使用，無論直接式或間接式。圖3的失速傳感器首先在W0-A-2011/015383中描述，所 述專利文獻的內(nèi)容通過引用來結(jié)合在本文中。圖3示出W0-A-2011/015383的公開的一個 實施方式。圖3a以橫截面圖來示出風力渦輪機葉片100,其中空氣在空氣動力學表面上方 從前緣110流動到后緣120。最初，流動將會為層流，但是在沿上表面的某點處層流將會分 離，流動將會變?yōu)橥牧?，可能導致失速。流動從層流過渡為湍流的點將會取決于多個因素， 所述多個因素包括入射角、槳距角、風速、空氣狀況以及葉片表面情況。
[0029] 多個湍流傳感器130附著在葉片的接近后緣的后半部分上沿葉片的上表面設置。 如在W0-A-2011/015383中徹底描述的那樣，傳感器沿葉片放置在邊界層有可能分離并且 發(fā)生失速的點處。圖3b更詳細地示出一個湍流傳感器。傳感器包括一對光纖裝置200, 210。 第一裝置包括光纖線纜220和光發(fā)射器230,第二裝置包括光纖線纜240和光接收器250。 兩個裝置設置在葉片表面中的小孔內(nèi)。由于光纖線纜的尺寸，因此這個孔可以小到5_直 徑或更小。光纖線纜延伸到葉片的內(nèi)部，而光發(fā)射器230和光接收器240定位在孔的邊緣 處。柔性或彈性的膜260以在孔上方支撐的方式跨過孔放置，如圖3b所示。膜對于由跨過 葉片的上表面的空氣湍流導致的壓力變化敏感并且將會取決于風速和湍流的程度兩者而 振動。光發(fā)射器230和光接收器240定位成使得來自發(fā)射器230的光從膜260的內(nèi)表面反 射到接收器240。由接收器接收的光將會取決于膜的振動，發(fā)送與接收的光之間的建設性 (有益）和破壞性的干擾將會導致在接收器處的光強度方面的波動，所述波動能夠受到監(jiān) 控，以確定膜的振動的等級，由此所述波動可以被校準，以測量葉片表面的湍流并且用作失 速感測器。由于多個傳感器在葉片的關鍵點處使用，因此來自所有這些傳感器的共同信號 能夠用于感測失速的發(fā)生和失速在葉片表面上方的發(fā)展。
[0030] 在圖3中，多個失速傳感器沿葉片的橫截面設置在葉片上表面上。如下文中說明 的那樣，這些傳感器用作失速余量的自適應控制算法的基礎，所述自適應控制算法轉(zhuǎn)而使 得能夠推導出更激進的λ : Θ曲線并且因此允許在低于額定功率的情況下的更大產(chǎn)能。
[0031] 我們已認識到的是，在風湍流低且風向相對不變的良性風狀況下，更小的失速余 量是可接受的而不會影響發(fā)出的噪聲。即，在所述良性風狀況下，發(fā)生失速比較不會導致發(fā) 出噪聲。因此，在這些良性風狀況下，渦輪機能夠以更加激進的λ :θ曲線運行。在狀況不 太良性且具有更嚴重湍流氣流和在風向方面的更大變化的情況下，λ :θ曲線較不激進。
[0032] 圖4示意性地示出，失速余量估算器如何用于將輸入提供給λ : Θ曲線計算器 300。在圖4中，渦輪機轉(zhuǎn)子葉片310Α，Β和C中的每個具有如參照上文中的圖3描述的失 速傳感器的陣列。這些失速傳感器的輸出提供到失速余量估算器320,所述失速余量估算 器分析失速傳感器輸出并且確定針對感測到的情況的適當?shù)氖儆嗔浚S后將失速余量β 信號輸出到λ : Θ計算器300。
[0033] λ : Θ計算器300接收葉尖速度/風速比λ作為其另一個輸入并且計算適當?shù)?共同槳距參考信號Θ作為其輸出。
[0034] 在圖4中的布置中，失速余量估算器320基于來自每個葉片上的多個失速感測器 的信號來估算失速的余量β。
[0035] 當估算出高失速余量時，λ : Θ曲線在300處朝向能夠最大化功率輸出的最優(yōu)曲 線激進地調(diào)節(jié)。然而，當估算出低失速余量時，調(diào)節(jié)朝向標稱曲線更加保守。因此，在實踐 中，當估算出高失速余量（表明與在當估算出較低失速余量時的正常情況下相比，失速和 良性情況的可能性更低）時，葉片更多地變槳距入風。因此，在高失速余量情況下，與在正 常操作情況下相比，能夠從風中提取出更多功率。
[0036] 圖5更詳細地示出失速估算器。應當理解的是，這僅僅是失速估算器如何構(gòu)成的 實施例，其他變化是可能的并且將會由本領域的技術人員想到。
[0037] 在圖5中，輸入是來自圖3中所描述的失速傳感器的輸出。所述輸入可以是分別 來自每個傳感器的多個輸入，或指示出由任何傳感器感測到失速的簡單輸入。在這個實施 方式中，信號處理模塊405的輸入是二進制的并且將會為零，除非任何傳感器感測到失速， 在這種情況下，輸入將會為1。能夠使用其他模擬式或數(shù)字式輸入構(gòu)造。盡管圖4示出在每 個葉片上的傳感器陣列，但是能夠使用在每個葉片上的單一傳感器。對于上述這些情況中 的每個，存在失速事件計數(shù)器的實例，以使得對于每個葉片估算失速余量β。在一個實施例 中，三個失速余量估算中的最小值用于以下文中所描述的方式來調(diào)整曲線，并且因此適應 共同槳距角。在另一個實施例中，可以確定λ :θ曲線的三個實例，每個實例對應于每個葉 片，每個曲線基于單一傳感器或兩個或更多傳感器的陣列。曲線的每個實例可以用于設定 葉片的獨立槳距角而非共同槳距角，因此施加到槳距控制器的控制信號是對于每個葉片的 獨立葉片槳距控制信號。
[0038] 當由失速傳感器400感測到失速事件時，具有成指數(shù)級衰減的值ε的失速事件計 數(shù)器410以常數(shù)&增加并且隨后以取決于第二常數(shù)k 2的速率朝向零降低。因此，如果在相 對較短的時間段中例如由不同葉片上的多個傳感器感測到多個失速事件，則ε的值將會 大幅增加。如果各失速事件之間的時間相對較長，則ε將會維持相對較低。
[0039] 圖5中的失速事件計數(shù)器是離散時間裝置，其中Ts為采樣時間，f為一個采樣延 遲模塊，U>U，為感測傳感器信號中的增加的邏輯運算器。因此，來自失速傳感器400的輸 出將輸入s提供給邏輯運算器420,所述邏輯運算器以來自傳感器的輸入為基礎確定失速 事件的數(shù)量是否例如通過遞增計數(shù)器而大于前一時間周期中的失速事件的數(shù)量。邏輯運算 器產(chǎn)生輸出，所述輸出在放大器430處與常數(shù)相乘，所述放大器的輸出將輸入提供給加法 器440。加法器的輸出為給等于一個采樣延遲的時間延遲450的輸入，延遲的輸出提供失 速事件計數(shù)器信號ε，失速寬度在模塊460處依據(jù)所述失速事件計數(shù)器信號來計算。延遲 450的輸出還形成給放大器470的輸入，所述輸入以量（l-eTs/Kz)與延遲的值相乘，以將第二 輸入提供給加法器440。這個放大器提供成指數(shù)級衰減。
[0040] 失速事件計數(shù)器的效果能夠在圖6中觀察到。在這個圖中，圖表a)示出失速計數(shù) 器的輸出S相對于米樣次數(shù)η ;圖表b)不出邏輯運算器υ>υζ4420在這個時間段中的輸出； 圖表c)示出失速事件計數(shù)信號ε。圖表a)示出到計數(shù)器的輸入已在三個單獨的時間周期 中變高，這產(chǎn)生來自邏輯運算器420的高輸出V。在圖c)中，對于感測到的每個失速事件， 在失速事件計數(shù)信號ε方面的增加的量度等于第一常數(shù)h。ε的值隨后成指數(shù)級衰減， 直到來自邏輯運算器420的下一個高輸出。在這個實施例中，第二和第三事件靠在一起，因 此在第二事件之后ε的值在第三時間發(fā)生時僅僅衰減到大約其值的一半，從而使得ε的 值上升到高于閾值ε ^，所述值維持高于所述閾值一段時間，直到所述值在未發(fā)生其他事件 的情況下衰減到低于％。
[0041] ki，k2的值取決于風狀況并且能夠連續(xù)地調(diào)整，以增加或減小給失速事件計數(shù)器的 為失速事件的感測所賦予的權(quán)重。所述調(diào)整可以對應于由于失速事件而測量到的發(fā)出的噪 聲和/或測量到的負載來完成。圖7示出1可以如何以發(fā)出的噪聲為基礎來調(diào)整。圖7是 平均風速相對于湍流的圖表。X軸上的平均風速具有三個關鍵值：速度對于轉(zhuǎn)子而言足夠 高以開始旋轉(zhuǎn)并且產(chǎn)生功率的切入值；渦輪機輸出其額定功率值的額定值；以及風速對于 安全運轉(zhuǎn)而言過高或?qū)u輪機運轉(zhuǎn)停機（例如通過將葉片順槳或?qū)⑥D(zhuǎn)子偏航出風）的切出 值。
[0042] 在圖7中，限定出六個不同區(qū)域，調(diào)諧考慮因素如下：
[0043] 區(qū)域 1
[0044] 風速尚于切入值但是遠低于額 失速事件的風險低，失速事件 定風速。湍流程度低。 或發(fā)出的噪聲的影響低，因此1^設 定為相對較低。
[0045] 區(qū)域 2
[0046] 風速遠高于切入值但是低于額 失速事件的風險但是失速事件 定值。湍流程度低。 對于發(fā)出的噪聲產(chǎn)生的影響高，因 5此^設定在中間區(qū)域中。
[0047] 區(qū)域 3
[0048] 平均風速高于額定值，但是低 失速事件的風險低，失速對于 于切出值，湍流程度低。 噪聲的影響低。因此h設定為低。
[0049] 區(qū)域 4
[0050] 平均風速高于切入值但是遠低 失速事件的風險高但是所述事 于額定值。湍流程度高。 件對于噪聲的影響低，h設定在中 5間區(qū)域中。
[0051] 區(qū)域 5
[0052] 平均風速遠高于切入值，但是 失速事件的風險和所述事件對 低于額定值。湍流程度高。 于噪聲的影響兩者都高，因此kiS 5定為相對較高。
[0053] 區(qū)域 6
[0054] 平均風速高于額定值，但是低 失速事件的風險高但是所述事 于切出值，湍流程度高。 件對于噪聲的影響低。h設定在中 5間區(qū)域中。
[0055] 如能夠從圖6中觀察到的那樣，失速事件計數(shù)器具有三個值范圍：低于ε ^ ;在ε。 與h之間；以及高于ει。ε的值通過圖5中的映射函數(shù)460來映射到失速余量。適當?shù)?映射的實施例在圖8中展示，依據(jù)所述實施例能夠觀察到的是：
[0056] 在ε〈 ε ^的情況下，失速計數(shù)器相對較低，可以使用最優(yōu)λ : Θ曲線來優(yōu)化產(chǎn)能；
[0057] 在％彡ε彡ει的情況下，失速計數(shù)器處于中間區(qū)域中，其中應當使用在最優(yōu)曲 線與標稱曲線之間的λ :θ曲線來在最優(yōu)產(chǎn)能和所發(fā)出的噪聲的指示之間找到折衷方案；
[0058] 在ε > ε i的情況下，失速計數(shù)器相對較高，應當使用標稱λ : Θ曲線來限制所發(fā) 出的噪聲。
[0059] 圖9示出圖9a中的ε的值可以如何映射到圖9b中的失速余量β和圖9c中的 公共葉片槳距參考Θ。圖9a中的失速速率計數(shù)的圖表為重復的圖6c中的失速速率計數(shù)的 圖表，以便于理解。因此，能夠觀察到的是，失速余量和槳距參考維持在最優(yōu)處，除了當?shù)诙?事件導致ε的值超過％時出現(xiàn)短暫的漂移。然而，隨著所述漂移衰減殆盡，最優(yōu)值恢復， 直到第三事件，其中ε的值超過％但是在其衰減期間維持高于％。這導致在β方面的 朝向β標稱的下降和朝向β最優(yōu)的逐漸恢復。在此刻，槳距參考從最優(yōu)值朝向標稱值增 加并且隨后返回最優(yōu)值，遵循對于給定λ定義的失速余量到槳距參考的映射，所述映射在 圖4中稱為λ : Θ調(diào)節(jié)。在槳距參考方面的調(diào)節(jié)可以通過引入失速余量信號上的速率限制 器來持續(xù)進行而不存在不連續(xù)的步驟。映射可以作為存儲在渦輪機控制器內(nèi)的存儲器中的 查找表來實施。
[0060] 所描述的實施方式可以在風力渦輪機控制器內(nèi)或甚至在更高等級的控制一個以 上風力渦輪機的風場控制器上實施。現(xiàn)有的風力渦輪機控制器包括取決于槳距角與轉(zhuǎn)子速 度之間的關系來計算最優(yōu)共同槳距角的部件。所描述的實施方式可以方便地作為現(xiàn)有的槳 距角控制系統(tǒng)的改型來實施。
[0061] 因此，通過使用在葉片的上表面上的適當位置處的失速傳感器來準確測量失速事 件，能夠控制施加到槳距參考相對于葉尖速度/風速比的曲線的失速余量，使得當失速的 風險低時能夠優(yōu)化來自渦輪機的功率輸出，失速余量能夠根據(jù)失速的風險和失速對于參數(shù) (諸如發(fā)出噪聲或期望去控制的控制葉片負載）的影響來自適應地控制。
[0062] 本發(fā)明的實施方式不但能夠在低于額定風速下優(yōu)化產(chǎn)能，而且還能夠降低維護成 本，因為防止葉片在失速區(qū)域中持續(xù)運轉(zhuǎn)。此外，如參照圖3所描述的那樣，雖然使用光纖 傳感器不是必需的，但是其具有以下優(yōu)點：所述光纖傳感器是低成本且可靠的，這在可能定 位在人跡罕至位置的風力渦輪機中是非常理想的。對于所描述的實施方式進行多種改型是 可能的并且將會由本領域的技術人員想到而不脫離本發(fā)明的由以下權(quán)利要求所限定的范 圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種以低于額定功率的方式操作風力渦輪機的方法，包括使用在風力渦輪機轉(zhuǎn)子葉 片上的一個或多個失速狀態(tài)傳感器來感測失速狀態(tài)，基于感測到的失速狀態(tài)來確定失速余 量，根據(jù)確定出的失速余量來選擇葉尖速度風速比相對于葉片槳距角的曲線，以及依照選 擇出的曲線來改變風力渦輪機葉片中的至少一個的葉片槳距角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中失速余量的確定包括使用失速事件計數(shù)器基于來 自一個或多個失速狀態(tài)傳感器的輸出來確定失速事件計數(shù)，失速余量依據(jù)失速事件計數(shù)來 確定，其中失速事件計數(shù)取決于由至少一個失速傳感器輸出的感測到的失速狀態(tài)之間的時 間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中失速事件計數(shù)器在由至少一個失速狀態(tài)傳感器感 測到失速狀態(tài)的情況下增加失速事件計數(shù)，并且隨時間衰減失速事件計數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中來自至少一個失速狀態(tài)傳感器的輸出被處理，以 確定失速事件信號中的增加，并且通過根據(jù)風狀況確定的量來成比例設置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中被處理且成比例設置的輸出與來自前一采樣時間 周期的通過根據(jù)風狀況確定的量來加權(quán)的被處理且成比例設置的輸出求和。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中被求和的輸出映射到失速余量，葉尖速度風速比 相對于葉片槳距角的曲線依據(jù)映射的失速余量來確定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中失速余量取決于失速事件計數(shù)輸出而在標稱值與 最優(yōu)值之間改變。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4, 5,6或7所述的方法，其中第一常數(shù)以風速或風湍流為基礎來確定， 第一常數(shù)用于對失速事件信號中的增加成比例設置。
9. 根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中至少一個失速狀態(tài)傳感器包括在風力 渦輪機的每個轉(zhuǎn)子葉片上的多個失速狀態(tài)傳感器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中失速狀態(tài)傳感器是光纖式壓力變化傳感器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中光纖式壓力變化傳感器包括：設置在葉片表面 中的孔上方的膜、設置在孔內(nèi)的光纖式光發(fā)射器和光纖式光接收器，以通過感測在由光纖 式光接收器接收的光的強度方面的波動來感測膜的振動。
12. 根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中依照選擇出的曲線改變至少一個風 力渦輪機葉片的葉片槳距角的改變是以公共量改變所有葉片的槳距角。
13. -種以低于額定功率的方式操作風力渦輪機的控制系統(tǒng)，包括：在風力渦輪機轉(zhuǎn) 子葉片上的用于感測失速狀態(tài)的一個或多個失速狀態(tài)傳感器，用于基于感測到的失速狀態(tài) 來確定失速余量的失速余量確定設備，用于根據(jù)確定出的失速余量來選擇葉尖速度風速比 相對于轉(zhuǎn)子葉片槳距角的曲線的控制器，以及用于依照選擇出的曲線來改變至少一個轉(zhuǎn)子 葉片的葉片槳距角的槳距角控制器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制系統(tǒng)，其中用于確定失速余量的設備包括用于基于來 自一個或多個失速狀態(tài)傳感器的輸出來確定失速事件計數(shù)的失速事件計數(shù)器，失速余量依 據(jù)失速事件計數(shù)來確定，失速事件計數(shù)取決于由至少一個失速傳感器輸出的感測到的失速 狀態(tài)之間的時間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的控制系統(tǒng)，其中失速事件計數(shù)器在由至少一個失速狀態(tài)傳 感器感測到失速狀態(tài)的情況下增加失速事件計數(shù)，并且隨時間衰減失速事件計數(shù)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制系統(tǒng)，其中失速事件計數(shù)器確定來自至少一個失速狀 態(tài)傳感器的失速事件信號中的增加，失速事件信號根據(jù)風狀況來成比例設置。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的控制系統(tǒng)，包括用于將被處理且成比例設置的輸出與來自 前一采樣時間周期的通過根據(jù)風狀況確定的量來加權(quán)的被處理且成比例設置的輸出求和 的加法器。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制系統(tǒng)，包括存儲失速余量和相對應的葉尖速度風速比 相對于葉片槳距角的曲線的映射圖的裝置。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的控制系統(tǒng)，其中失速余量取決于失速事件計數(shù)器輸出而在 標稱值與最優(yōu)值之間改變。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16,17,18或19所述的控制系統(tǒng)，其中第一常數(shù)以平均風速和風湍流 為基礎來確定，第一常數(shù)用于對失速信號事件方面的增加成比例設置。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13至20中任一項所述的控制系統(tǒng)，其中至少一個失速傳感器包括在 風力渦輪機的每個轉(zhuǎn)子葉片上的多個失速狀態(tài)傳感器。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制系統(tǒng)，其中失速狀態(tài)傳感器是光纖式壓力變化傳感 器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的控制系統(tǒng)，其中光纖式壓力變化傳感器包括：設置在轉(zhuǎn)子 葉片表面中的孔上方的膜、以及設置在孔內(nèi)的光纖式光發(fā)射器和光纖式光接收器，以通過 感測在由光纖式光接收器接收的光的強度方面的波動來感測膜的振動。
24. 根據(jù)權(quán)利要求13至23中任一項所述的控制系統(tǒng)，其中槳距角控制器是用于依照選 擇出的曲線以公共量改變風力渦輪機葉片的葉片槳距角的公共槳距角控制器。
25. -種風力渦輪機，其具有根據(jù)權(quán)利要求13至24中任一項所述的控制系統(tǒng)。
【文檔編號】F03D7/02GK104093973SQ201280068411
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月29日
【發(fā)明者】A·S·安德森, J·S·湯姆森, J·K·克里斯托弗森, I·S·奧勒森, J·龍博拉德 申請人:維斯塔斯風力系統(tǒng)集團公司