NL1018670C2

NL1018670C2 - Wind turbine regulator

Info

Publication number: NL1018670C2
Application number: NL1018670A
Authority: NL
Inventors: Robert Roelofs
Original assignee: Ngup Holding B V
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2003-02-03

Abstract

The invention concerns a method for regulating a wind turbine, consisting of a number of rotor blades and sensors placed in the rotor blades for detecting them bending. The procedure comprises the following stages:- continuous measurement of the extent to which the rotor blades are bending;- storing measurement values corresponding to at least one full rotation;- analysis of the measurement values stored;- regulation of the wind turbine based on the analysis results.

Description

WINDTURBINEREGELINGWIND TURBIN ARRANGEMENT

De uitvinding betreft een werkwijze voor het regelen van een windturbine, die een aantal rotorbladen en in de rotorbladen aangebrachte doorbuigingssensoren omvat.The invention relates to a method for controlling a wind turbine, which comprises a number of rotor blades and deflection sensors arranged in the rotor blades.

5 Er zijn reeds windturbines bekend, waarin doorbuigingssensoren zijn aangebracht in de rotorbladen van de windturbine. Deze doorbuigingssensoren worden gebruikt om trillingen in de rotorbladen te detecteren. Bij het overschrijden van een bepaalde drempelwaarde van 10 de doorbuigingssensoren wordt de windturbine uitgeschakeld. Voor een evaluatie achteraf, worden metingen van de periode rondom het moment waarop de drempelwaarde wordt overschreden opgeslagen. Zo kan men achteraf evalueren waarom de regeling de windturbine 15 heeft uitgeschakeld.Wind turbines are already known in which deflection sensors are arranged in the rotor blades of the wind turbine. These deflection sensors are used to detect vibrations in the rotor blades. When a certain threshold value of the deflection sensors is exceeded, the wind turbine is switched off. For an ex post evaluation, measurements of the period around the time when the threshold value is exceeded are stored. In this way it is possible to evaluate afterwards why the control has switched off the wind turbine 15.

Windturbines worden ontworpen en doorgerekend op basis van vooraf bepaalde windbelastingen. Nadat een windturbine gebouwd is en op een zekere locatie geplaatst is, kan het echter zo zijn dat de daadwerkelijke 20 windbelasting niet overeenkomt met de windbelasting waarmee rekening gehouden is tijdens het ontwerp van de windturbine. Dit kan leiden tot grotere slijtage van de windturbine of tot inefficiënt gebruik van de windturbine.Wind turbines are designed and calculated on the basis of predetermined wind loads. After a wind turbine has been built and placed at a certain location, however, it may be that the actual wind load does not correspond to the wind load that was taken into account during the design of the wind turbine. This can lead to greater wear of the wind turbine or to inefficient use of the wind turbine.

25 Bestaande windturbines hebben verder het nadeel dat zij in veel gevallen niet goed gericht naar de wind zijn. Hierdoor wordt de windturbine scheef belast en werkt de windturbine niet optimaal.Existing wind turbines further have the disadvantage that in many cases they are not properly oriented towards the wind. As a result, the wind turbine is skewed and the wind turbine does not work optimally.

Het is een doel van de uitvinding een werkwijze 30 te verschaffen voor het regelen van een windturbine, waarbij bovengenoemde nadelen gedeeltelijk of zelfs geheel worden voorkomen. Dit doel wordt bereikt met een werkwijze volgens de uitvinding, die de stappen omvat: 1018670 2 - het continu meten van de doorbuiging van de rotorbladen; - het opslaan van met ten minste één omwenteling overeenkomende meetwaarden; 5 - het analyseren van de opgeslagen meetwaarden; - het aan de hand van de analyse regelen van de windturbine.It is an object of the invention to provide a method for controlling a wind turbine, wherein the above-mentioned disadvantages are partially or even completely avoided. This object is achieved with a method according to the invention, which comprises the steps of: 1018670 2 - continuously measuring the deflection of the rotor blades; - storing measured values corresponding to at least one revolution; 5 - analyzing the stored measurement values; - controlling the wind turbine on the basis of the analysis.

Doordat de meetwaarden van een omwenteling worden opgeslagen, kan tijdens de analyse nagegaan worden hoe een rotorblad bij een bepaalde stand belast wordt.Because the measured values of a revolution are stored, it can be checked during the analysis how a rotor blade is loaded at a certain position.

Aan de hand van deze analyse kan dan de windturbine 5 geregeld worden.The wind turbine 5 can then be regulated on the basis of this analysis.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding worden de metingen van ten minste een deel van één omwenteling van de rotor gelijk aan de reciproque van het aantal rotorbladen 10 opgeslagen. Indien een windturbine bijvoorbeeld drie rotorbladen heeft met elk een daarin aangebrachte doorbuigignssensor kan al bij een derde omwenteling nagegaan worden hoe een rotorblad bij een bepaalde stand belast wordt. Indien twee rotorbladen aanwezig zijn, dan 15 volstaat een halve omwenteling.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the measurements of at least a part of one revolution of the rotor are stored equal to the reciprocal of the number of rotor blades 10. If, for example, a wind turbine has three rotor blades, each having a deflection sensor mounted therein, it can already be checked with a third revolution how a rotor blade is loaded at a certain position. If two rotor blades are present, then half a revolution is sufficient.

In een andere voorkeursuitvoeringsvorm zijn de rotorbladen roteerbaar aangebracht op een kruibare gondel. De werkwijze omvat daarbij verder de stappen: - het bij het analyseren vergelijken van de 20 doorbuigingsmeetwaarden aan de ene zijde van de krui-as met de meetwaarden van aan de andere zijde van de krui-as; - het regelen van de windturbine, zodat de gondel zodanig gekruid wordt, dat de 25 doorbuigingsmeetwaarden aan beide zijden van de krui-as gelijk zijn.In another preferred embodiment, the rotor blades are rotatably mounted on a rotatable gondola. The method further comprises the steps of: - comparing the deflection measurement values on one side of the cross axis with the measurement values of on the other side of the cross axis when analyzing; - controlling the wind turbine, so that the gondola is seasoned in such a way that the deflection measurement values are the same on both sides of the axis of rotation.

Doordat de meetwaarden van een gehele omwenteling beschikbaar zijn, kan gekeken worden hoe de belasting van een rotorblad ten opzichte van de verticaal 30 aan de ene zijde van de gondel is ten opzichte van de belastingen aan de andere zijde. Zo kan bepaalde worden 1018670 3 of het rotorblad aan beide zijden gelijk belast wordt door de wind of dat hier een verschil in zit, als gevolg waarvan de gondel gekruid moet worden om deze recht in de wind te richten.Because the measured values of an entire revolution are available, it is possible to see how the load of a rotor blade is relative to the vertical on one side of the gondola relative to the loads on the other side. It can thus be determined whether the rotor blade is equally loaded on both sides by the wind or whether there is a difference in it, as a result of which the gondola must be seasoned to direct it straight into the wind.

5 Bij een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is de pitch van de rotorbladen afzonderlijk instelbaar en omvat de werkwijze verder de stappen: - bij het analyseren van de meetwaarden bepalen 10 van de optimale pitch van een rotorblad bij een rotor- bladstand; - het regelen van de windturbine, zodat tijdens het roteren van de rotorbladen de bij de rotorstand bepaalde optimale pitch voor elk rotorblad wordt inge- 15 steld.In another embodiment of the method according to the invention, the pitch of the rotor blades can be adjusted separately and the method further comprises the steps of: - determining the optimum pitch of a rotor blade at a rotor blade position when analyzing the measured values; - controlling the wind turbine, so that during the rotation of the rotor blades the optimum pitch determined for each rotor blade is determined at the rotor position.

indien een windturbine door een laminaire windstroom wordt aangedreven, dan zal de lokale windsnelheid afhankelijk zijn van de afstand en windrichting tot de grond, de windrichting kan dicht bij 20 de grond afwijken van de richting op grotere afstand van de grond. De windsnelheden dicht bij de grond zullen lager liggen dan op grotere afstand van de grond. De pitchstand van rotorbladen wordt ingesteld naar aanleiding van de heersende windsnelheid en windrichting. 25 Om een windturbine zo efficiënt mogelijk aan te drijven, wordt aldus volgens de uitvinding de pitchstand van de rotorbladen ingesteld afhankelijk van de rotorstand. Als het rotorblad zich aan de onderzijde van de gondel bevindt, dan is de pitchstand ingesteld op de lagere 30 windsnelheden en/of afwijkende windrichting wanneer het rotorblad zich boven de gondel bevindt, is de pitchstand ingesteld voor hogere windsnelheden en bijbehorende windrichting.if a wind turbine is driven by a laminar wind flow, the local wind speed will depend on the distance and wind direction to the ground, the wind direction close to the ground may deviate from the direction at a greater distance from the ground. The wind speeds close to the ground will be lower than at a greater distance from the ground. The pitch position of rotor blades is set based on the prevailing wind speed and wind direction. In order to drive a wind turbine as efficiently as possible, the pitch position of the rotor blades is thus set according to the invention depending on the rotor position. If the rotor blade is at the bottom of the gondola, then the pitch position is set to the lower wind speeds and / or deviating wind direction when the rotor blade is above the gondola, the pitch position is set for higher wind speeds and associated wind direction.

In weer een andere uitvoeringsvorm omvat de 35 werkwijze volgens de uitvinding de stap dat bij het analyseren van de meetwaarden de belasting van elk rotorblad wordt vastgesteld. Aan de hand van deze 1018870 4 berekende belasting kan vastgesteld worden hoe groot de technische levensduur van de rotorbladen nog is.In yet another embodiment, the method according to the invention comprises the step of determining the load of each rotor blade when analyzing the measured values. On the basis of this calculated load 1018870 4, it can be determined how long the technical life of the rotor blades is.

In een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding kan de werkwijzestap zijn voorzien 5 dat bij het overschrijden van een drempelwaarde van de belasting de windturbine wordt afgeremd. Bij een te hoge belasting van een rotorblad kan dit leiden tot scheurvorming, breuk of andere schade aan het rotorblad. Om dit te voorkomen kan de windturbine stilgezet worden. 10 In weer een andere werkwijzestap volgens de uitvinding is de hoogte van de drempelwaarde afhankelijk van de momentane energievraag. Wanneer een rotorblad veel belast wordt, zal de technische levensduur snel verminderen. Dit kan opwegen tegen de geldelijke 15 opbrengst, die gegenereerd wordt als gevolg van de momentane energievraag. Zo zal het overdag aantrekkelijker zijn om de windturbine onder hogere belastingen te laten functioneren, dan 's-nachts.In another embodiment of the method according to the invention, the method step can be provided that when the threshold value of the load is exceeded, the wind turbine is braked. Excessive load on a rotor blade can lead to cracking, breakage or other damage to the rotor blade. To prevent this, the wind turbine can be stopped. In yet another method step according to the invention, the height of the threshold value depends on the current energy demand. When a rotor blade is heavily loaded, the technical life will quickly decrease. This can outweigh the monetary revenue that is generated as a result of the current energy demand. For example, it will be more attractive during the day for the wind turbine to function under higher loads than at night.

Deze en andere kenmerken worden nader 20 toegelicht aan de hand van de bijgaande figuur.These and other features are further elucidated with reference to the accompanying figure.

De figuur toont schematisch de verschillende stappen voor het uitvoeren van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding.The figure schematically shows the different steps for performing an embodiment of the method according to the invention.

In de figuur is een windturbine 1 getoond met 25 een kruibare gondel 2 waarop een drietal rotorbladen 3 roteerbaar zijn aangebracht. In elk rotorblad 3 is een sensor 4 aangebracht, die de belasting van het bijbehorende rotorblad door middel van doorbuiging meet. De meetwaarden van de sensoren 4 gaan via leidingen 5 30 naar een verwerkingseenheid 6. Samen met de hoekstand a van de rotorbladen 3 worden de signalen van de sensoren 4 opgeslagen in een opslagdeel 7.The figure shows a wind turbine 1 with a rotatable gondola 2 on which three rotor blades 3 are rotatably mounted. A sensor 4 is arranged in each rotor blade 3, which sensor measures the load of the associated rotor blade by deflection. The measured values of the sensors 4 go via lines 5 to a processing unit 6. Together with the angular position a of the rotor blades 3, the signals from the sensors 4 are stored in a storage part 7.

De hoekstand α kan door middel van een hoeksensor gemeten worden, maar kan tevens worden 35 afgeleid uit de signalen van de sensoren 4. Aangezien deze signalen sinusvormig zijn, daar de doorbuiging van de rotorbladen althans gedeeltelijk door het eigen 1018670 5 gewicht veroorzaakt wordt, kan de hoekstand a uit deze signalen worden afgeleid.The angular position α can be measured by means of an angle sensor, but can also be derived from the signals from the sensors 4. Since these signals are sinusoidal, since the deflection of the rotor blades is caused at least in part by its own weight, the angular position a from these signals are derived.

De in de eenheid 7 opgeslagen signalen geven een relatie tussen de hoekstand a en de belasting P. Dit 5 kan door een analyse-eenheid 8 geanalyseerd worden en naar aanleiding van deze analyse kan door middel van een signaal 9 worden ingegrepen op de windturbine 1. Dit kan bijvoorbeeld door het laten kruien van de gondel 2, door het uitschakelen van de windturbine of door het 10 verstellen van de rotorbladen 3. Dit alles ten einde de windturbine 1 zo optimaal mogelijk te laten functioneren in de aanwezige omstandigheden.The signals stored in the unit 7 provide a relationship between the angular position a and the load P. This 5 can be analyzed by an analysis unit 8 and, as a result of this analysis, the wind turbine 1 can be engaged by means of a signal 9. This can be done, for example, by allowing the gondola 2 to crouch, by switching off the wind turbine or by adjusting the rotor blades 3. All this in order to allow the wind turbine 1 to function as optimally as possible in the circumstances present.

10186701018670

Claims

A method for controlling a wind turbine comprising a number of rotor blades and deflection sensors arranged in the rotor blades, the method comprising the steps of: 5. continuously measuring the deflection of the rotor blades; - storing measured values corresponding to at least one revolution; - analyzing the stored measurement values; 10. controlling the wind turbine on the basis of the analysis.

2. Method as claimed in claim 1, wherein the measurements of at least a part of one revolution of the rotor are stored equal to the reciprocal of the number of rotor blades.

3. Method as claimed in claim 1 or 2, wherein the rotor blades are rotatably arranged on a rotatable gondola, which method further comprises the steps of: - comparing the deflection measurement values on one side of the axis of rotation with the measurement values of on the other side of the spindle axis; - controlling the wind turbine, so that the gondola is seasoned in such a way that the deflection measurement values are the same on both sides of the axis of rotation.

Method according to one of the preceding claims, wherein the pitch of the rotor blades is individually adjustable, which method further comprises the steps of: <018670 * - determining the optimum pitch of a rotor blade at a rotor when analyzing the measured values -leaf; - controlling the wind turbine, so that during the rotation of the rotor blades the optimum pitch determined for each rotor blade is determined at the rotor position.

Method according to one of the preceding claims, comprising the step of: 10. determining the load of each rotor blade when analyzing the measured values.

6. Method as claimed in claim 5, comprising the step of: - braking the wind turbine when exceeding a threshold value of the load.

Method according to claim 6, wherein the height of the threshold value depends on the current energy demand. 1018670