風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件、風(fēng)力渦輪機(jī)及其風(fēng)力渦輪機(jī)組的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件、風(fēng)力渦輪機(jī)及其風(fēng)力渦輪機(jī)組，風(fēng)力渦輪機(jī)具有來自切入風(fēng)速的功率輸出和處于額定風(fēng)速時的額定功率，風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件包括：具有下端和上端的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架，其上端對接機(jī)艙，機(jī)艙對接輪轂，輪轂傳遞捕獲的能量并對接葉片組，葉片組包括至少兩個風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，轉(zhuǎn)子葉片至少一部分通過變槳系統(tǒng)以一槳距角變槳；每個轉(zhuǎn)子葉片具有固定端和自由端之間的葉片長度，固定端固定在輪轂上，在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，捕獲風(fēng)能，葉片組包括：第一葉片組至少一部分具有根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第一外形，用于捕獲風(fēng)速閾值以上的高風(fēng)速，第二葉片組至少一部分具有根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第二外形，用于捕獲風(fēng)速閾值以下的低風(fēng)速。
【專利說明】風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件、風(fēng)力渦輪機(jī)及其風(fēng)力渦輪機(jī)組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件，其用于組裝風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有來自切入風(fēng)速的功率輸出以及處于額定風(fēng)速時的額定功率，所述風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件包括至少兩組風(fēng)力渦輪機(jī)塔架、風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙、輪轂和葉片組，其中:
[0002]-所述風(fēng)力渦輪機(jī)塔架具有下端和上端，所述上端設(shè)置為對接至
[0003]-所述風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙，該風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙設(shè)置為對接至
[0004]-所述輪轂，該輪轂設(shè)置為傳遞所捕獲到的能量，并設(shè)置為對接至
[0005]-所述葉片組，該葉片組包括至少兩個風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片的至少一部分設(shè)為通過變槳系統(tǒng)以一槳距角變槳；并且每個所述轉(zhuǎn)子葉片具有介于固定端和自由端之間的葉片長度，所述固定端設(shè)為固定在輪轂上，以便在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并捕獲風(fēng)能，
[0006]所述至少兩組葉片組包括:
[0007]-第一葉片組的至少一部分具有根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第一外形，該根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第一外形設(shè)置為捕獲風(fēng)速閾值以上的高風(fēng)速，以及
[0008]-第二葉片組的至少一部分具有根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第二外形，該根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第二外形設(shè)置為捕獲風(fēng)速閾值以下的低風(fēng)速。
[0009]【背景技術(shù)】
[0010]本發(fā)明涉及用于低風(fēng)速和高風(fēng)速的風(fēng)力渦輪機(jī)組件以及風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0011]通常地，風(fēng)力渦輪機(jī)和風(fēng)力渦輪機(jī)組由對于特定風(fēng)力條件最優(yōu)化的組件制成。這意味著，對于特定的位置或風(fēng)力條件，風(fēng)力渦輪機(jī)建造為通過使用統(tǒng)一的或相同的風(fēng)力渦輪機(jī)，盡可能多地獲得能量。因此，風(fēng)力渦輪機(jī)將設(shè)計為在特定風(fēng)速下表現(xiàn)出最佳的性能。這可以用于低風(fēng)速，或者用于高風(fēng)速。
[0012]實(shí)用新型內(nèi)容
[0013]本發(fā)明的一個目的是提供用于風(fēng)力渦輪機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)元件，同時提供使風(fēng)力渦輪機(jī)組能夠在低風(fēng)速下和高風(fēng)速下捕獲能量的技術(shù)手段。
[0014]本發(fā)明的另一個目的是提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)組，該風(fēng)力渦輪機(jī)組可由相同的元件或組件建造而成，并產(chǎn)生最佳的功率輸出，即使在大范圍的風(fēng)速內(nèi)，也可能實(shí)現(xiàn)。
[0015]本發(fā)明的目的通過一種風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件實(shí)現(xiàn)，該風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件用于組裝風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有由切入風(fēng)速產(chǎn)生的功率輸出以及處于額定風(fēng)速時的額定功率，所述風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件包括至少兩組風(fēng)力渦輪機(jī)塔架、風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙、輪轂和葉片組，其中:
[0016]-所述風(fēng)力渦輪機(jī)塔架具有下端和上端，所述上端設(shè)置為對接至
[0017]-所述風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙，該風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙設(shè)置為對接至
[0018]-所述輪轂，該輪轂設(shè)置為傳遞捕獲的能量，并設(shè)置為對接至
[0019]-所述葉片組，該葉片組包括至少兩個風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片的至少一部分設(shè)為通過變槳系統(tǒng)以一槳距角變槳；并且每個所述轉(zhuǎn)子葉片具有介于固定端和自由端之間的葉片長度，所述固定端設(shè)為固定在輪轂上，以便在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并捕獲風(fēng)能，[0020]所述至少兩組葉片組包括:
[0021]-第一葉片組的至少一部分具有根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第一外形，該根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第一外形設(shè)置為捕獲風(fēng)速閾值以上的高風(fēng)速，以及
[0022]-第二葉片組的至少一部分具有根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第二外形，該根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第二外形設(shè)置為捕獲風(fēng)速閾值以下的低風(fēng)速。
[0023]在一個特定的實(shí)施例中，所述根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的外形為，其中，第一葉片組中的第一葉片具有第一葉片長度，第二葉片組中的第二葉片具有第二葉片長度，所述第二葉片長度大于所述第一葉片長度。
[0024]所述風(fēng)速閾值為風(fēng)速分布的中間值或平均值，其通過威布爾分布估算得到，或者通過在特定地點(diǎn)進(jìn)行測量或預(yù)估得到。通常地該風(fēng)速包括方向信息，并且用風(fēng)向圖表示。
[0025]本領(lǐng)域技術(shù)人員理解這些差異，并注重常規(guī)觀測。對于有給定方向，或者簡化至不包含方向信息的情況，風(fēng)速分布中有個峰，風(fēng)速閾值簡單地將風(fēng)速分為低風(fēng)速部分和高風(fēng)速部分。通常，風(fēng)速閾值剛好在峰的周圍，并且很多時候只是在峰的較高一端上。
[0026]假設(shè)，風(fēng)速閾值的分布、或者擬合的起始點(diǎn)為，這些測量、擬合或分析確定的分布的平均值。
[0027]從而，使得風(fēng)力渦輪機(jī)組件可以更為流水線地生產(chǎn)、運(yùn)輸、組裝和維護(hù)，這從總體上將減少資源，降低包括人力資本在內(nèi)的成本。
[0028]從而，根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種風(fēng)力渦輪機(jī)組件，其能夠有效地用于建設(shè)風(fēng)力發(fā)電廠或渦輪機(jī)一包括風(fēng)力渦輪機(jī)組一這些風(fēng)力渦輪機(jī)能夠在大范圍風(fēng)速內(nèi)運(yùn)行并且發(fā)電，從而提高捕獲風(fēng)能的總體可靠性。
[0029]本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，盡管組件中的元件或模塊理解為對每個低風(fēng)速或高風(fēng)速捕獲渦輪機(jī)來說都是相同的，然而對不同元件或模塊間的界面進(jìn)行些許調(diào)整，也是理所當(dāng)然的需要，并且仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的葉片組包括不同的實(shí)施方式。
[0031]在一種實(shí)施方式中，葉片組包括三個葉片，每個葉片從輪轂處的安裝點(diǎn)延伸至葉尖。這些葉片可設(shè)置為通過變槳系統(tǒng)進(jìn)行變槳，所述變槳系統(tǒng)位于輪轂和葉片之間。
[0032]在另一種實(shí)施方式中，葉片組包括兩個葉片，每個葉片具有內(nèi)側(cè)葉片部分和外側(cè)葉片部分，所述內(nèi)側(cè)葉片部分安裝至輪轂上，所述外側(cè)葉片部分通過介于兩葉片部分之間的變槳系統(tǒng)，相對于內(nèi)側(cè)葉片部分進(jìn)行變槳。
[0033]在部分變槳實(shí)施方式的優(yōu)選實(shí)施例中，第一葉片組的內(nèi)側(cè)葉片部分和第二葉片組的內(nèi)側(cè)葉片部分相同。在該實(shí)施例中，第一外側(cè)葉片部分具有用于高風(fēng)速捕獲的根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第一外形，第二外側(cè)葉片部分具有用于低風(fēng)速捕獲的根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的
第二外形。
[0034]在另一種實(shí)施方式中，第一內(nèi)側(cè)葉片部分設(shè)置為高風(fēng)速捕獲，第二內(nèi)側(cè)葉片部分設(shè)置為低風(fēng)速捕獲。
[0035]根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明的特別之處在于，其具有控制器，該控制器用于在低風(fēng)速捕獲模式和高風(fēng)速捕獲模式下，操控已組裝好的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件。
[0036]從而，相同的控制器可用于不同的低風(fēng)速風(fēng)力渦輪機(jī)或者高風(fēng)速風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0037]本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，風(fēng)力渦輪機(jī)組件可制作為帶有一個控制器，該控制器具有適合于低風(fēng)速運(yùn)行的程序或一組操控指令。同樣，也可提供另一個控制器，其具有僅適合于高風(fēng)速運(yùn)行的程序或者一組操控指令。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，本發(fā)明的特別之處在于，其具有:
[0039]-第一葉片組中的第一葉片，其具有第一葉片長度，和
[0040]-第二葉片組中的第二葉片，其具有第二葉片長度，所述第二葉片長度長于所述第一葉片長度。
[0041]從而，提供了兩種不同的風(fēng)力渦輪機(jī)組件，其中，較長的葉片允許捕獲低風(fēng)速的風(fēng)，較短的葉片允許捕獲高風(fēng)速的風(fēng)。
[0042]具有相同的結(jié)構(gòu)元件，并且基本上僅僅是葉片長度不同，這是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的一種特別簡單的方式。
[0043]根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明的特別之處在于，所述塔架包括:
[0044]-至少第一塔架，其具有第一塔架高度，和
[0045]-至少第二塔架，其具有第二塔架高度。
[0046]從而，提供了兩種不同的風(fēng)力渦輪機(jī)組件，其中，在大多數(shù)情況下，較高的風(fēng)力渦輪機(jī)將捕獲大部分的能量。
[0047]在大多數(shù)情況下，較高的塔架半徑較小，用于高風(fēng)速捕獲，從而提供了一種本發(fā)明的特別容易配置的實(shí)施方式。
[0048]根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明的特別之處在于，在低風(fēng)速捕獲的情況下，所述控制器在風(fēng)速高于風(fēng)速閾值時切斷發(fā)電，該風(fēng)速閥值可以是7米/秒，優(yōu)選為6至9米/秒，
[0049]從而，提供了一種低風(fēng)速捕獲渦輪機(jī)的組件，其設(shè)為從低風(fēng)速捕獲能量，其中組件或風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)為在低風(fēng)速運(yùn)行，以捕獲能量。
[0050]通常，控制器設(shè)置為減少葉片旋轉(zhuǎn)，以使風(fēng)力渦輪機(jī)在風(fēng)速超過風(fēng)速閾值2至3米/秒時，即大約為8至10米/秒時停止發(fā)電。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，其特別之處在于還包括至少兩個:
[0052]-軸，其一端連接至輪轂，另一端連接至
[0053]-發(fā)電機(jī)，其連接至電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
[0054]根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明的特別之處在于，發(fā)電機(jī)包括:
[0055]-第一類發(fā)電機(jī)，其用于捕獲高風(fēng)速，并以風(fēng)力渦輪機(jī)的額定功率發(fā)電；該第一類發(fā)電機(jī)優(yōu)選為雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)，和
[0056]-第二類發(fā)電機(jī)，其用于捕獲低風(fēng)速，并以組裝的風(fēng)力渦輪機(jī)的額定功率的一半(或介于30-60%之間)發(fā)電；第二類發(fā)電機(jī)優(yōu)選為雙饋式感應(yīng)(DFIG)發(fā)電機(jī)或永磁(PM)發(fā)電機(jī)。
[0057]從而，有效地提供了用于高風(fēng)速捕獲的最佳的第一類發(fā)電機(jī)，以及一同使用的合適的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，以和用于高風(fēng)速捕獲的第一類風(fēng)力渦輪機(jī)相匹配。此外，提供了用于低風(fēng)速捕獲的第二類發(fā)電機(jī)，其尺寸小于第一類發(fā)電機(jī)的尺寸。此外，其優(yōu)勢在于所需的空間更小，所需的材料更少。
[0058]根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明的特別之處在于包括至少兩個第一類發(fā)電機(jī)，用于低風(fēng)速捕獲和高風(fēng)速捕獲，該第一類發(fā)電機(jī)設(shè)為以風(fēng)力渦輪機(jī)的額定功率發(fā)電；該第一類發(fā)電機(jī)優(yōu)選為雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)，此外還包括:[0059]-至少一個輔助發(fā)電機(jī)，該輔助發(fā)電機(jī)為第二類發(fā)電機(jī)，用于低風(fēng)速捕獲，其設(shè)置為以組裝好的風(fēng)力渦輪機(jī)額定功率的一半(或介于30-60%之間)發(fā)電；該第二類發(fā)電機(jī)優(yōu)選為雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)，或優(yōu)選為永磁發(fā)電機(jī)。
[0060]從而，提供一種有效的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其中，第一類發(fā)電機(jī)應(yīng)用在全部風(fēng)力渦輪機(jī)組件中，第二種類型的第二發(fā)電機(jī)或輔助發(fā)電機(jī)可安裝或改裝在風(fēng)力渦輪機(jī)中，以適用于低風(fēng)速捕獲。
[0061]特別地，使用永磁發(fā)電機(jī)可更為有效地在低風(fēng)速捕獲能量。
[0062]特別地，第一類發(fā)電機(jī)為雙饋式感應(yīng)類型，第二類發(fā)電機(jī)為永磁型，這使得總體捕獲為可靈活運(yùn)行的和有效的。
[0063]本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)和永磁發(fā)電機(jī)在成本上的區(qū)別，且自然包括這些考慮，在一些情況下會發(fā)現(xiàn)，最佳的整體配置是第一類發(fā)電機(jī)為雙饋式感應(yīng)類型，并且第二類發(fā)電機(jī)也為雙饋式感應(yīng)類型——并且或許甚至尺寸也與第一類發(fā)電機(jī)的尺寸相同。
[0064]根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明的特別指出在于還具有第三個、第四個、第五個或第六個以下兩者中的任一個:
[0065]-葉片組，其具有不同且相互區(qū)別的葉片長度，以及
[0066]-塔架組，其具有不同且相互區(qū)別的塔架高度。
[0067]從而，制得適用于各級風(fēng)速的風(fēng)力渦輪機(jī)的組件。
[0068]應(yīng)當(dāng)想到，多個組件或系列是更為有利的，然而計算、制作、儲存、管理的成本和人
力會耗費(fèi)更多。
[0069]同樣，根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，其特別之處在于還具有第三個、第四個、第五個或第六個以下兩者中的任意一個:第一發(fā)電機(jī)或第二發(fā)電機(jī)。
[0070]通過將所公開的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件進(jìn)行組裝，得到風(fēng)力渦輪機(jī)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個目的。
[0071]應(yīng)當(dāng)理解，風(fēng)力渦輪機(jī)可由所公開的組件或套件組裝得到。經(jīng)由所述組件或套件，可組裝至少第一風(fēng)力渦輪機(jī)和至少第二風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0072]此外，應(yīng)當(dāng)理解，組件中的相同元件或模塊可采用同一設(shè)計、生產(chǎn)線和組裝程序，不同的模塊需要不同的設(shè)計、生產(chǎn)線和組裝程序。
[0073]然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解并探測模塊之間或元件之間的界面，并且被鼓勵對其進(jìn)行修改，以使模塊相互組裝在一起。
[0074]本發(fā)明的目的通過風(fēng)力渦輪機(jī)組實(shí)現(xiàn)，該風(fēng)力渦輪機(jī)組包括至少一個用于低風(fēng)速捕獲的風(fēng)力渦輪機(jī)，以及至少一個用于高風(fēng)速捕獲的風(fēng)力渦輪機(jī)，這些風(fēng)力渦輪機(jī)如所公開地經(jīng)由風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件組裝得到。
[0075]根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明的特別之處在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)組包括多個風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)經(jīng)由所公開的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件組裝而成，x%為低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)，(100-x)%為高風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，X選擇為操控風(fēng)力渦輪機(jī)組處于有效邊界，以最優(yōu)地減少風(fēng)力渦輪機(jī)組的輸出的總體變化性，并降低風(fēng)力渦輪機(jī)組的發(fā)電成本。
[0076]本領(lǐng)域技術(shù)人員將從科技文獻(xiàn)和金融文獻(xiàn)中可利用的多個組合優(yōu)化方法中尋找靈感。[0077]—個例子是馬柯維茲優(yōu)化理論的使用，但這并非唯一的例子。
[0078]本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道，在對獲得或捕獲一定量能量的變化性或風(fēng)險選擇物理測量時，需要一定的自由度。
[0079]起始點(diǎn)確定了基于風(fēng)速變化的風(fēng)險的相對測量。
[0080]同樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，在對收益即風(fēng)能捕獲選擇物理測量時，可以有一定的
自由度。
[0081]—個起始點(diǎn)為風(fēng)力渦輪機(jī)的能量輸出。另一個起始點(diǎn)為風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電成本。
[0082]使用眾所周知的優(yōu)化路徑或程序，本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲得不同類型的風(fēng)力渦輪機(jī)的特定最優(yōu)值。
[0083]這些最優(yōu)值組成一組優(yōu)選的風(fēng)險收益組合。這些最優(yōu)值，或者最優(yōu)解，常常被稱作“有效邊界”(effective frontier),而本領(lǐng)域技術(shù)人員嘗試著設(shè)計并安排風(fēng)力潤輪機(jī)接近該有效邊界，或處于有效邊界。
[0084]在最低風(fēng)險時產(chǎn)生最高收益的特殊組合或比例是極為有利的。取決于所選的方法，該優(yōu)選的最優(yōu)值被稱為切線解。這種用于選擇風(fēng)力渦輪機(jī)的最優(yōu)組合比的特殊方法為起始點(diǎn)，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，對于特殊的要求，處于有效邊界的其他最優(yōu)值可能是更為有利的。
[0085]根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明的特別指出在于，風(fēng)力渦輪機(jī)組包括通訊裝置，該通訊裝置用于在至少兩種風(fēng)力渦輪機(jī)之間傳遞運(yùn)行信息，優(yōu)選地在風(fēng)力渦輪機(jī)組中每臺風(fēng)力渦輪機(jī)之間傳遞運(yùn)行信息。
[0086]從而，提供了用于整體控制風(fēng)力渦輪機(jī)組的方法，從而使得受控制的功率輸出覆蓋從零至風(fēng)力渦輪機(jī)的最大功率輸出值，并且盡可能少地變化。
[0087]根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明的特殊之處在于，風(fēng)力渦輪機(jī)組包括至少50%的組裝為適用于低風(fēng)速捕獲的風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0088]該實(shí)施方式的優(yōu)勢在于，提供了一種總體有效的風(fēng)力渦輪機(jī)組合或集合，因?yàn)檫@很容易建立，且風(fēng)力渦輪機(jī)可并聯(lián)拆除。
[0089]本發(fā)明的一個目的通過一種操控風(fēng)力渦輪機(jī)組的方法實(shí)現(xiàn)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)組包括組裝好的用于低風(fēng)速捕獲的風(fēng)力渦輪機(jī)和用于高風(fēng)速捕獲的風(fēng)力渦輪機(jī)，所述方法包括以下操控模式:
[0090]-對于介于切入風(fēng)速和風(fēng)速閾值之間的風(fēng)速:操控低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)和高風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)，通過使葉片以一槳距角變槳，該槳距角對給定風(fēng)速是最佳的，產(chǎn)出最大功率;
[0091]-對于介于風(fēng)速閾值和額定風(fēng)速之間的風(fēng)速:操控高風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)，通過使第一葉片組以一槳距角變槳，該槳距角對給定風(fēng)速是最佳的，產(chǎn)出最大功率；并且
[0092]通過使第二葉片組變槳，產(chǎn)出功率，使低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)功率降低，以使低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)和高風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)的功率之和產(chǎn)出額定功率；
[0093]-對于高于額定風(fēng)速的風(fēng)速；操控高風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)，通過使第一葉片組以產(chǎn)生額定功率的槳距角變槳，產(chǎn)出額定功率；操控低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)，以產(chǎn)出零功率。
[0094]從而提供了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)集合的操控模式，產(chǎn)生最佳的功率輸出，或接近最佳的功率輸出。[0095]根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明的特別指出在于操控風(fēng)力渦輪機(jī)組的方法，其中，當(dāng)操控低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)至產(chǎn)出零功率時，該低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)的操控方式為，通過控制器，使第二葉片組以一槳距角變槳，使輪轂上的負(fù)載最小。
[0096]從而提供了 一種操控模式，該操控模式確保了低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)可在無多余機(jī)械負(fù)載的情況下空轉(zhuǎn)。
[0097]根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明的特別指出在于操控組裝好的用于低風(fēng)速運(yùn)行的風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，該方法包括用于以下的操控模式:
[0098]-對于介于切入風(fēng)速和風(fēng)速閾值之間的風(fēng)速:通過使葉片以一槳距角變槳，該槳距角對給定的風(fēng)速而言是最佳的，產(chǎn)生最大功率，
[0099]-對于介于風(fēng)速閾值和額定風(fēng)速之間的風(fēng)速，通過使第二葉片組變槳，產(chǎn)出功率，減少低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)的功率，以使低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)和高風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)所產(chǎn)生的功率之和達(dá)到高風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)的額定功率，以及
[0100]-對于高于額定風(fēng)速的風(fēng)速，操控低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)，以產(chǎn)出零功率。
[0101]從而提供了一種操控模式，其提供了一種持久模式，其中，低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)在沒有過多負(fù)載的情況下空轉(zhuǎn)。
[0102]“功率降低”理解為，當(dāng)達(dá)到特定的條件，例如特定的風(fēng)速或機(jī)械負(fù)載時，連續(xù)地或逐步地減少功率或降低轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。該特定的條件可以是警報，或者當(dāng)發(fā)生迫使元件達(dá)到設(shè)計極限或類似的閾值極限或范圍的危險的時候。這可以與實(shí)際風(fēng)速或?qū)θ~片的入射
速度無關(guān)。
[0103]根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明的特別指出在于，組裝好的用于低風(fēng)速運(yùn)行的風(fēng)力渦輪機(jī)的操控方法，其中，當(dāng)操控低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)以產(chǎn)出零功率時，該低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)的操控方式為，通過控制器使第二葉片組以一槳距角變槳，該槳距角使輪轂上的
負(fù)載最小化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0104]圖1示出了風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件，其包括塔架、機(jī)艙、輪轂和葉片組；
[0105]圖2示出了風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件的另一實(shí)施方式，其包括塔架、機(jī)艙、輪轂和葉片組；
[0106]圖3示出了風(fēng)速分布的例子，平均風(fēng)速為3米/秒、5米/秒和7米/秒；
[0107]圖4示出了風(fēng)速分布圖，以及低風(fēng)速捕獲和高風(fēng)速捕獲之間的分界；
[0108]圖5示出了組裝好的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件，其具有低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)和高風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)；
[0109]圖6A和B示出了根據(jù)風(fēng)速的功率曲線；
[0110]圖7示出了風(fēng)力渦輪機(jī)組或風(fēng)電場的實(shí)施例；以及
[0111]圖8A示出了使用第一葉片組和第二葉片組的“高”風(fēng)速捕獲/ “低”風(fēng)速捕獲；B示出了總體優(yōu)化的風(fēng)力渦輪機(jī)組，該風(fēng)力渦輪機(jī)組包括多個組裝好的風(fēng)力渦輪機(jī)，葉片組件的分配比例根據(jù)風(fēng)力渦輪機(jī)組的組合最優(yōu)化，設(shè)置為在有效邊界上運(yùn)行，該有效邊界為最優(yōu)地可使風(fēng)力渦輪機(jī)組功率輸出的總體變化減少，并降低發(fā)電成本。
[0112]
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件(1)，用于組裝成風(fēng)力渦輪機(jī)(100)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)具有來自切入風(fēng)速的功率輸出，以及基于額定風(fēng)速的額定功率，其中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件(I)包括至少兩組風(fēng)力渦輪機(jī)塔架(2)、風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙(5)、輪轂(6)和葉片組(7)，其中: 所述風(fēng)力渦輪機(jī)塔架(2)具有下端(3)和上端(4)，所述上端(4)設(shè)置為對接至所述風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙(5)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙(5)設(shè)置為對接至所述輪轂(6)，所述輪轂(6)設(shè)置為傳遞所捕獲到的能量，并設(shè)置為對接至所述葉片組(7)，所述葉片組(7)包括至少兩個風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片(8)，其中所述轉(zhuǎn)子葉片(8)的至少一部分設(shè)為通過變槳系統(tǒng)(10)以一槳距角變槳；每個所述轉(zhuǎn)子葉片(8)具有介于固定端(12)和自由端(13)之間的葉片長度(11),所述固定端(12)設(shè)為固定在輪轂(6)上，以便在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并用于捕獲風(fēng)能， 所述至少兩組葉片組(7)包括: 第一葉片組(7')的至少一部分具有根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第一外形(14')，該根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第一外形(If )用于風(fēng)速閾值(21)以上的高風(fēng)速捕獲(15)，以及 第二葉片組(7〃)的至少一部分具有根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第二外形(14")，該根據(jù)空氣動力學(xué)構(gòu)筑的第二外形(14")用于風(fēng)速閾值(21)以下的低風(fēng)速捕獲(16)，并且其中，第一葉片組(7')中的第一葉片(8')具有第一葉片長度(11')，并且第二葉片組(7〃)中的第二葉片(8〃)具有第二葉片長度(11")，所述第二葉片長度(11")大于所述第一葉片長度(1P )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件(1)，其特征在于還包括控制器(17)，所述控制器(17)以高風(fēng)速捕`獲模式和低風(fēng)速捕獲模式，操控組裝好的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件(1)，其特征在于，所述塔架(2)包括: 至少第一塔架(2')，其具有第一塔架高度，和 至少第二塔架(2 ")，其具有第二塔架高度，所述第二塔架高度與所述第一塔架高度不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件(I)，其特征在于，在低風(fēng)速捕獲(16)的情況下，所述控制器(17)在風(fēng)速高于風(fēng)速閾值(21)時切斷發(fā)電，所述風(fēng)速閾值為7米/秒，優(yōu)選為6至9米/秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件(1)，其特征在于還包括至少兩個: 軸，其一端連接至輪轂(6 )，另一端連接至 發(fā)電機(jī)，其連接至電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件(1)，包括: -至少兩個第一類發(fā)電機(jī)，所述第一類發(fā)電機(jī)用于低風(fēng)速捕獲(16)和高風(fēng)速捕獲(15)，所述第一類發(fā)電機(jī)以風(fēng)力渦輪機(jī)的額定功率發(fā)電；所述第一類發(fā)電機(jī)為雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)，以及 -至少一個輔助發(fā)電機(jī)，所述輔助發(fā)電機(jī)為第二類發(fā)電機(jī)，用于低風(fēng)速捕獲(16)，所述第二類發(fā)電機(jī)以介于組裝好的第一風(fēng)力渦輪機(jī)(100')額定功率的30-60%之間進(jìn)行發(fā)電；所述第二類發(fā)電機(jī)為雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)或永磁電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件(1)，其特征在于還具有第三個、第四個、第五個或第六個以下兩者中的任意一個: 葉片組(7)，其具有不同且相互區(qū)別的葉片長度(11)，以及 塔架組(2)，其具有不同且相互區(qū)別的塔架高度。
8.一種風(fēng)力渦輪機(jī)(100)，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)由根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件(I)組裝而成。
9.一種風(fēng)力渦輪機(jī)組(110)，包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求1的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件(I)組裝而成的用于低風(fēng)速捕獲(16)的風(fēng)力渦輪機(jī)(100〃)，以及至少一個組裝用于高風(fēng)速捕獲(15)的第二種風(fēng)力渦輪機(jī)(100')。
10.一種風(fēng)力渦輪機(jī)組(110)，包括多個根據(jù)權(quán)利要求1的風(fēng)力渦輪機(jī)模塊化組件(I)組裝而成的風(fēng)力渦輪機(jī)(100)，X%為低風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)，(100-X) %為高風(fēng)速捕獲風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，X選擇為操控風(fēng)力渦輪機(jī)組處于有效邊界，所述有效邊界是使風(fēng)力渦輪機(jī)組(110)功率輸出的總體變化減少，并降低風(fēng)力渦輪機(jī)組(110)的發(fā)電成本的最佳值。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的風(fēng)力渦輪機(jī)組(110)，包括通訊裝置，所述通訊裝置用于在至少兩種風(fēng)力渦輪機(jī)(100'、100")之間傳遞運(yùn)行信息，并優(yōu)選用于在風(fēng)力渦輪機(jī)組(110)中每臺風(fēng)力渦輪機(jī)(100)之間傳遞運(yùn)行信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的風(fēng)力渦輪機(jī)組(110)，包括至少50%的組裝為適用于低風(fēng)速捕獲(16)的風(fēng)力渦輪機(jī)(100)。`
【文檔編號】F03D1/02GK203515963SQ201320403819
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月9日
【發(fā)明者】彼得·葛利普 申請人:遠(yuǎn)景能源（江蘇）有限公司