ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2020 года по МПК F03D7/04 F03D17/00 

Данное изобретение касается измерительной системы ветроэнергетической установки для определения силы тяги ротора, ветроэнергетической установки с такой измерительной системой, способа определения силы тяги ротора и способа эксплуатации ветроэнергетической установки. Кроме того, данное изобретение охватывает также ветропарк и способ эксплуатации ветропарка.

Ветроэнергетические установки, которые из кинетической энергии ветра вырабатывают электрическую энергию и подают в электрическую сеть, широко известны. В настоящее время такие ветроэнергетические установки большей частью эксплуатируются в форме ветропарка, т.е. группы ветроэнергетических установок на ограниченной площади.

При планировании и эксплуатации такого ветропарка следует учитывать то, как отдельные ветроэнергетические установки такого ветропарка влияют друг на друга. В частности, в спутной струе, т.е. за ротором ветроэнергетической установки, могут возникать сильные турбулентности. Ветроэнергетическая установка, находящаяся точно в этих турбулентностях расположенной перед ней ветроэнергетической установки, может подвергаться воздействию этих турбулентностей таким образом, что уменьшается выход энергии или даже ветроэнергетическая установка повреждается.

По этой причине при планировании ветропарка эти турбулентности в спутной струе каждой отдельной ветроэнергетической установки учитываются как ограничивающий фактор для определения расстояния между отдельными ветроэнергетическими установками. С помощью методов моделирования эти турбулентности позади отдельных ветроэнергетических установок рассчитываются для различных направлений ветра, и затем при учете преобладающего направления ветра в конкретном месте и при задании степени безопасности определяется минимальное расстояние между ветроэнергетическими установками. При этом из соображений безопасности расстояния между ветроэнергетическими установками должны выбираться бόльшими, чем это было бы нужно бόльшую часть времени работы ветропарка. Вследствие этого на единицу площади может устанавливаться существенно меньшее количество ветроэнергетических установок, и ветропарк, у которого зачастую в распоряжении имеется лишь ограниченная площадь, сильно ограничивается по своей мощности. К тому же, несмотря на это при экстремальных событиях или, например, если направление ветра не соответствует предусмотренному преобладающему направлению ветра, могут возникнуть проблемы с турбулентностями в спутной струе ветроэнергетических установок.

Поэтому в основу изобретения положена задача решения по меньшей мере одной из вышеуказанных проблем. В частности, необходимо улучшить уровень техники и предложить решение, которое позволит упростить определение турбулентностей в спутной струе ветроэнергетической установки и, тем самым, улучшить регулирование ветропарка.

Эта задача согласно изобретению решается посредством измерительной системы ветроэнергетической установки, имеющей башню и аэродинамический ротор с по меньшей мере одной роторной лопастью, для определения силы тяги этого ротора, причем эта система содержит:

- измерительное устройство для определения первого изгибающего момента башни на первой высоте и второго изгибающего момента башни на второй высоте, которая отличается от первой высоты, причем первый и второй изгибающие моменты складываются соответственно из составляющей собственного момента, составляющей момента тангажа (Nickmomentkomponente – составляющая продольного момента) и составляющей момента силы тяги,

- блок определения силы тяги для определения силы тяги, базирующегося на первом контрольном значении, определяемом на основе сравнения указанных по меньшей мере первого и второго изгибающих моментов, причем первое контрольное значение не зависит от составляющей собственного момента и от составляющей момента тангажа.

Благодаря тому, что измерительное устройство определяет первый и второй изгибающие моменты башни на разной высоте, причем первый и второй изгибающие моменты складываются соответственно из составляющей собственного момента, составляющей момента тангажа и составляющей момента силы тяги, блок определения силы тяги позволяет определять силу тяги, базируясь на первом контрольном значении между первым и вторым изгибающими моментами, причем первое контрольное значение является независимым от составляющей собственного момента и составляющей момента тангажа. Предпочтительно доли составляющей собственного момента и составляющей момента тангажа в контрольном значении относительно друг друга сообразно с этим взрастают или, соответственно, убираются. Поскольку известно, что сила тяги ротора прямо коррелирует с турбулентностями в спутной струе, то сила тяги непосредственно предоставляет параметр для оценки турбулентности, создаваемой посредством ветроэнергетической установки. Благодаря определению силы тяги в режиме реального времени с помощью блока определения силы тяги во время работы ветроэнергетической установки создаваемая посредством ветроэнергетической установки турбулентность в спутной струе может определяться для любого момента времени, так что становится возможным так управлять ветроэнергетической установкой, что турбулентность в любой момент времени ограничивается.

Составляющая собственного момента возникает вследствие того, что центр тяжести гондолы не находится на одной линии с вертикальной средней осью башни, т.е. между центром тяжести гондолы и средней осью башни имеется горизонтальное расстояние больше нуля. Составляющая собственного момента зависит от действующей на гондолу силы веса и от расстояния между центром тяжести гондолы и средней осью башни. Составляющая собственного момента действует постоянно по всей высоте башни.

Составляющая момента тангажа возникает вследствие силы давления ветра, действующей на разной высоте на роторные лопасти. Эта неравномерность вызывает крутящий момент, который действует также на ротор и ротором передается на башню. Также и этот составляющая момента тангажа действует по высоте башни постоянно. Составляющая силы тяги создается действующей на ротор силой тяги и зависит от высоты башни ветроэнергетической установки.

Кроме того, предлагается, чтобы измерительное устройство имело первый датчик для измерения первого изгибающего момента башни на первой высоте и второй датчик для измерения второго изгибающего момента башни на второй высоте, которая отличается от первой высоты.

Поскольку измерительное устройство выполнено так, чтобы иметь первый и второй датчики соответственно на первой и на второй высоте, то изгибающий момент может измеряться прямо на башне на соответствующей высоте. Это значительно повышает точность измерения, а тем самым и точность определения силы тяги по результатам этих измерений.

Далее, предлагается, чтобы первый датчик располагался прямо под гондолой ветроэнергетической установки, а второй датчик - вблизи основания ветроэнергетической установки.

Благодаря тому, что первый датчик расположен прямо под гондолой ветроэнергетической установки, а второй датчик находится вблизи основания ветроэнергетической установки, обеспечивается максимальное удаление друг от друга и, тем самым, максимальная разница по высоте между обоими датчиками. Чем больше удаление этих датчиков на башне друг от друга, тем больше и различие между измеренным первым изгибающим моментом и измеренным вторым изгибающим моментом, так что упомянутое первое контрольное значение может особенно точно определяться из сравнения первого и второго изгибающего момента. Благодаря этому может повышаться также точность определения силы тяги. В связи с этим «прямо» означает, что эти датчики размещены максимально близко к гондоле, или, соответственно, к основанию, в частности, на расстоянии менее чем 1-5 м.

Далее, предлагается, чтобы датчики имели тензорезисторы, в частности, тензорезисторные полные мосты (DMS-Vollbrücken). Тензорезисторы, в частности, тензорезисторные полные мосты особенно пригодны для того, чтобы эффективно и экономично определять изгибающий момент башни ветроэнергетической установки.

Далее, предлагается, чтобы блок определения силы тяги в качестве первого контрольного значения определял разность между первым и вторым изгибающими моментами.

Благодаря тому, что первое контрольное значение определяется как разность между первым и вторым изгибающими моментами, гарантируется, что составляющая собственного момента и составляющая момента тангажа исключаются из первого контрольного значения, и в первом контрольном значении остаются только доли составляющей силы тяги. Таким образом, первое контрольное значение является показателем составляющей силы тяги ветроэнергетической установки.

Далее, предлагается, чтобы блок определения силы тяги определял силу тяги ротора, исходя из первого контрольного значения и разницы по высоте между первой и второй высотой, в частности, как соотношение первого контрольного значения и разницы по высоте.

Путем определения этого соотношения первого контрольного значения и разницы по высоте между первой и второй высотой, на которых определяются первый и второй изгибные моменты, может прямо определяться сила тяги ротора.

Далее, предлагается, чтобы измерительное устройство имело по меньшей мере один третий датчик для измерения третьего изгибающего момента башни на третьей высоте, причем эта третья высота располагается между первой и второй высотой, в частности, посередине.

Благодаря тому, что измерительное устройство имеет третий датчик для измерения третьего изгибающего момента на третьей высоте между первой и второй высотой, может гарантироваться, что даже при выходе из строя одного из датчиков на первой и второй высоте возможно определение силы тяги ротора. Это повышает безопасность при эксплуатации ветроэнергетической установки и делает возможным дальнейшую работу ветроэнергетической установки даже при выходе из строя одного из датчиков.

Далее, предлагается, чтобы блок определения силы тяги был выполнен с возможностью определять первую силу тяги, исходя из первого контрольного значения и разницы по высоте между первой и второй высотой, вторую силу тяги, исходя из второго контрольного значения и разницы по высоте между первой и третьей высотой, и третью силу тяги, исходя из третьего контрольного значения и разницы по высоте между третьей и второй высотой.

Благодаря тому, что второе контрольное значение и третье контрольное значение получаются из разности между первым и третьим изгибающими моментами и, соответственно, из разности между третьим и вторым изгибающими моментами, становится возможным, путем сравнения первого, второго и третьего контрольных значений повысить точность при определении изгибающего момента. Так, например, указанные второе и третье контрольные значения должны быть максимально одинаковыми, если третий датчик расположен посередине между первым и вторым датчиками. Если отклонения в заранее заданных соотношениях определяются выше известной границы допуска, то это указывает на то, что по меньшей мере один из задействованных датчиков предоставил ошибочное измерение, и, если при повторении измерения результат не улучшился, то этот датчик возможно имеет неисправность. Тем самым может своевременно обнаружиться неисправность одного из датчиков, и организация, эксплуатирующая ветроэнергетическую установку, может быть оповещена об этой неисправности.

Далее, предлагается, чтобы блок определения силы тяги был выполнен с возможностью определять по меньшей мере одно второе и одно третье контрольное значение, причем второе контрольное значение получается как разность между первым и третьим изгибающими моментами, а третье контрольное значение получается как разность между третьим и вторым изгибающими моментами.

Благодаря тому, что исходя из первого, второго и третьего контрольных значений и из соответствующих разниц по высоте предпочтительно определяются первая, вторая и третья силы тяги, становится возможным сравнение этих определенных сил тяги. При этом все три силы тяги должны находиться в заранее заданном подобном диапазоне, если отсутствуют неисправности или ошибочное измерение датчиков. Далее, три силы тяги могут использоваться для того, чтобы повысить точность измерения силы тяги, в частности, получить среднее значение с первой по третью сил тяги.

Далее, предлагается, чтобы блок определения силы тяги был выполнен с возможностью определять силу тяги ротора как среднее значение из по меньшей мере двух сил тяги - первой, второй и третьей, или чтобы при этом блок определения силы тяги был выполнен с возможностью определения силы тяги ротора как взвешенной комбинации первой, второй и третьей сил тяги, причем веса комбинации основываются на степени точности первой, второй и третьей сил тяги.

Благодаря тому, что сила тяги ротора определяется по взвешенной комбинации первой, второй и третьей сил тяги, причем веса комбинации основываются на степени точности первой, второй и третьей сил тяги, может дополнительно повышаться точность этой определенной силы тяги ротора. В частности, значение силы тяги тем точнее, чем больше разница по высоте между датчиками, т.е. эти веса для комбинации первой - третьей сил сдвига могут выбираться, в частности, в зависимости от разницы в высоте задействованных датчиков. Далее, в эти веса могут также входить сведения о точности измерений соответствующих датчиков. Благодаря этому становится возможным определять силу тяги ротора с высокой точностью.

Согласно изобретению далее предлагается ветроэнергетическая установка с измерительной системой, как она описана выше, причем ветроэнергетическая установка выполнена с возможностью эксплуатации в зависимости этой определенной силы тяги.

Далее, согласно изобретению предлагается ветропарк для генерирования тока, причем этот ветропарк содержит:

- по меньшей мере одну ветроэнергетическую установку с измерительной системой, как она описана выше;

- блок определения турбулентности для определения турбулентности по меньшей мере одной ветроэнергетической установки исходя из силы тяги ротора ветроэнергетической установки, и

- регулировочный блок ветропарка для регулирования указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки этого ветропарка, в частности, для уменьшения мощности этой по меньшей мере одной ветроэнергетической установки ветропарка так, чтобы уменьшалось влияние турбулентности указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки на другие ветроэнергетические установки этого ветропарка.

Благодаря тому, что регулировочный блок ветропарка регулирует мощность ветроэнергетических установок ветропарка исходя из определенной силы тяги ротора каждой ветроэнергетической установки таким образом, что влияние турбулентности в спутной струе ветроэнергетических установок уменьшается, становится возможной интегрирование в ветропарк большего числа ветроэнергетических установок на единицу площади, так что суммарная мощность ветропарка на единицу площади может повышаться без ущерба для безопасности эксплуатации ветроэнергетической установки. Напротив, безопасность эксплуатации ветропарка повышается благодаря тому, что даже при возникновении ситуаций, не предусмотренных при моделировании, значение турбулентности в спутной струе каждой ветроэнергетической установки может регулироваться индивидуально.

Согласно изобретению предлагается также способ определения силы тяги ротора на ветроэнергетической установке, имеющей башню и аэродинамический ротор с по меньшей мере одной роторной лопастью, причем этот способ включает в себя следующие этапы:

- измерение первого изгибающего момента башни на первой высоте и второго изгибающего момента башни на второй высоте, которая отличается от первой высоты, причем первый и второй изгибающие моменты складываются соответственно из составляющей собственного момента, из составляющей момента тангажа и из составляющей момента силы тяги,

- определение силы тяги исходя из первого контрольного значения, полученного на основе сравнения указанного по меньшей мере первого и второго изгибных моментов,

причем первое контрольное значение является независимым от составляющей собственного момента и составляющей момента тангажа.

Предлагается применять этот способ таким образом, как это следует из пояснений к по меньшей мере одному из приведенных выше вариантов выполнения измерительной системы.

Согласно изобретению предлагается способ эксплуатации ветроэнергетической установки, причем ветроэнергетическая установка содержит измерительную систему согласно одному из описанных выше вариантов выполнения, и причем ветроэнергетическая установка эксплуатируется в зависимости от этой определенной силы тяги.

Далее, согласно изобретению предлагается способ эксплуатации ветропарка, причем этот способ включает в себя следующие этапы:

- определение турбулентности по меньшей мере одной ветроэнергетической установки исходя из силы тяги ротора этой ветроэнергетической установки, и

- регулирование ветроэнергетических установок ветропарка, в частности, уменьшение мощности указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки ветропарка так, что снижается воздействие турбулентности этой по меньшей мере одной ветроэнергетической установки на другие ветроэнергетические установки ветропарка.

Следует понимать, что измерительная система согласно независимому пункту 1, ветроэнергетическая установка согласно независимому пункту 11, ветропарк согласно независимому пункту 12 и способы согласно независимым пунктам 13, 14 или 15 имеют подобные и/или идентичные предпочтительные варианты выполнения, которые охарактеризованы, в частности, в зависимых пунктах формулы изобретения.

Данное изобретение ниже поясняется более подробно на примерах выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

Фиг. 1 - схематичный вид ветроэнергетической установки, имеющей измерительную систему;

Фиг. 2 - схематичный вид сложения изгибных моментов, действующих на ветроэнергетическую установку.

На Фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка 100 с башней 102 и гондолой 104. На гондоле 104 установлен аэродинамический ротор 106 с роторными лопастями 108 и обтекателем 110. Во время работы ротор 106 ветром приводится во вращательное движение и тем самым приводит в действие генератор в гондоле 104.

Далее, на башне 102 ветроэнергетической установки 100 расположено измерительное устройство, причем измерительное устройство содержит первый датчик 112, второй датчик 114 и третий датчик 116. Эти первый, второй и третий датчики 112, 114, 116 выполнены каждый с возможностью определять изгибающий момент башни 102 ветроэнергетической установки 100 на соответствующей высоте.

Эти первый, второй и третий датчики 112, 114, 116 в этом примере выполнения образованы из по меньшей мере двух тензорезисторных полных мостов каждый. При этом тензорезисторные полные мосты выполнены так, что на поверхность башни 102 помещается пленка измерительной сетки с тонкими проволоками с большим удельным сопротивлением, причем с помощью мостовой схемы Уитстона, в частности, в этом варианте выполнения - схемы полного моста изменения длины проволоки с большим удельным сопротивлением могут измеряться как изменения сопротивления проволоки с большим удельным сопротивлением. Такого рода тензометрические датчики позволяют с очень большой точностью определять даже очень небольшие изменения, в частности, изгибы носителя, т.е. здесь башни 102 ветроэнергетической установки 100.

На Фиг. 2 схематично показано, из каких составляющих складывается определяемый изгибающий момент башни 102 ветроэнергетической установки 100. Масса гондолы 104 создает силу 202 веса, которая действует на центр 201 тяжести гондолы 104. Поскольку вес роторных лопастей 108 смещает центр тяжести в направлении ротора 106, то центр 201 тяжести гондолы 104 в общем в горизонтальном направлении располагается вне вертикальной средней оси 120 башни 102. Вследствие этого масса гондолы 104 создает собственный момент на башне 102 ветроэнергетической установки 100. Этот собственный момент определяется из силы 202 веса, действующей на гондолу 104, и расстояния 203 между центром 201 тяжести гондолы 104 и средней осью 120 башни 102. Для собственного момента получается следующая формула:

M_Eigen = Fg х l₂,

причем M_eigen - собственный момент гондолы 104, Fg - сила 202 веса, действующая на гондолу 104, и l₂ - расстояние 203 между центром 201 тяжести гондолы 104 и средней осью 120 башни 102. Следует учитывать, что собственный момент гондолы 104 постоянно действует по всей высоте H башни 102.

Далее, на башню 102 ветроэнергетической установки 100 действует момент 210 тангажа. Этот момент 210 тангажа вызывается различными скоростями ветра в ометаемой площади ротора. Так, в общем скорость ветра растет снизу вверх по описываемой ометаемой площади ротора, т.е., роторная лопасть 108, находящаяся выше гондолы 104, подвергается воздействию ветра с большей скоростью, чем роторная лопасть 108, находящаяся ниже гондолы 104. Возникающие вследствие этого силы вызывают на роторных лопастях 108 момент 210 тангажа, причем нагрузка от момента 210 тангажа тоже остается одинаковой по всей высоте H башни 102.

Далее, сила 220 тяги в направлении ветра действует на ротор 106, причем эта сила 220 тяги прикладывается прямо в центре 201 тяжести ротора 106. Вследствие этого сила 220 тяги через башню 102 как рычаг оказывает на эту башню 102 изгибающий момент. В частности, этот изгибающий момент силы 220 тяги зависит от высоты H башни 102 и выполняет при этом следующую закономерность:

M_schub=F_Schub х H,

причем F_Schub - сила 220 тяги, M_Schub - изгибающий момент, создаваемый силой 220 тяги, и H - высота башни 102 ветроэнергетической установки 100.

На графике 300 еще раз схематично показано значение изгибающего момента по высоте ветроэнергетической установки 100. При этом изгибающий момент отложен по оси x, а высота ветроэнергетической установки по оси y. Эта схематичная диаграмма изгибающего момента позволяет при этом понять, что изгибающий момент на любой высоте складывается из трех составляющих момента, а именно из составляющей 301 собственного момента, составляющей 302 момента тангажа и составляющая 303 силы тяги. Поскольку составляющая 301 собственного момента и составляющая 302 момента тангажа, как описывалось выше, являются постоянными по высоте H башни 102, то только составляющая 303 силы тяги показывает изменение, которое зависит от высоты H башни 102, в частности, пропорционален высоте H башни 102. Отсюда получается, что при вычитании изгибающего момента на высоте H2 из изгибающего момента на высоте H1 указанный составляющая 301 собственного момента и указанный составляющая 302 момента тангажа, постоянные по высоте и тем самым имеющие одно значение в обоих изгибающих моментах, отбрасываются. Остается доля составляющей 303 момента силы тяги.

Так как составляющая 303 силы тяги прямо пропорционален высоте H башни 102, то в общем с помощью формулы

F_schub=(B1 - B2)/(H1 - H2)

может рассчитываться сила 220 тяги, которая действует на ротор 106, причем:

B1 - первый изгибающий момент, B2 - второй изгибающий момент, H1 - первая высота и H2 - вторая высота соответствующего изгибающего момента.

Исходя из приведенных выше сведений о взаимосвязи изгибающих моментов, действующих на башню 102 ветроэнергетической установки 100, с помощью измерения этих изгибающих моментов по меньшей мере на двух высотах H1, H2 может определяться сила 220 тяги, действующая на ротор 106.

В показанном здесь варианте выполнения изгибающий момент определяется с помощью первого датчика 112, второго датчика 114 и третьего датчика 116 соответственно на первой высоте H1, второй высоте H2 и третьей высоте H3. Таким образом, по формуле

V1=B2 - B1

может определяться первое контрольное значение V1, причем:

V1 - первое контрольное значение, B1 - изгибающий момент, измеряемый первым датчиком 112, и B2 - второй изгибающий момент, измеряемый вторым датчиком 114. Далее, по формулам

V2=B3 - B1,

V3=B2 - B3,

могут определяться второе и третье контрольные значения, причем:

V2 - второе контрольное значение, V3 - третье контрольное значение и B3 - изгибающий момент, измеряемый третьим датчиком 116.

Как явствует из схематичного представления 300 и как разъяснялось выше, все три контрольных значения содержат только доли составляющей 303 момента силы тяги. Из этого схематичного представления 300 можно также заключить, что составляющая 303 силы тяги с высотой постоянно уменьшается. Отсюда следует, что при корректном измерении изгибающего момента второй и третий изгибающие моменты одинаковы, т.е. справедливо равенство V2=V3. Поскольку в этом примере выполнения третий датчик 116 помещен посередине между первым датчиком 112 и вторым датчиком 114, то справедливо также, что второе контрольное значение и третье контрольное значение должны быть ровно вполовину меньше, чем первое контрольное значение. Если во время работы ветроэнергетической установки эти вычисленные контрольные значения слишком сильно отклоняются от приведенных условий, то это указывает на то, что работа по меньшей мере одного из датчиков нарушена. В частности, может быть установлена степень безопасности, внутри которой еще обеспечивается корректное функционирование датчиков.

Первая, вторая и третья сила тяги ротора 106, как уже пояснялось выше, могут рассчитываться следующим образом:

F_Schub1=V1/ (H1 - H2),

F_{Schub 2}=V2/ (H2 - H3),

F_Schub3=V3/ (H1 - H3),

причем:

H1 - высота, на которой изгибающий момент измеряет первый датчик 112, H2 - высота, на которой изгибающий момент измеряет второй датчик, 114 и H3 - высота, на которой изгибающий момент измеряет третий датчик 116.

С учетом точности измерений все три вычисленные силы тяги будут, следовательно, равны. Для определения силы 220 тяги ротора 106 с учетом точности измерений различных датчиков эти вычисленные выше три силы тяги могут использоваться в следующей формуле:

F_Schub=

причем в этом примере выполнения

i означает от 1 до 3, а W_i - это веса, отражающие точность соответствующих результатов измерения. Для весов Wi справедливо, далее, что сумма всех весов должна соответствовать 1. Веса Wi могут, например, зависеть от разницы по высоте, которая входит в соответствующее вычисление силы тяги. При этом большая разница по высоте является показательной для более точного вычисления силы тяги, чем меньшая разница по высоте. Далее, веса Wi могут содержать данные об известной точности измерений используемых на отдельных высотах датчиков. Поясненным выше образом возможно особенно точное определение силы 220 тяги, действующей на ротор 106.

Это позволяет, исходя из определенной силы 220 тяги ротора 106, определять турбулентность в спутной струе ротора 106. В частности, по измеренной силе 220 тяги может определяться коэффициент тяги ротора 106. При этом чем выше значение коэффициента тяги, тем больше турбулентностей создается вращающимся ротором 106 в спутной струе.

За счет этой прямой зависимости регулирование ветроэнергетической установки 100, исходя из силы 220 тяги или из коэффициента силы тяги, вызывает прямое регулирование турбулентности, создаваемой ротором 106 в спутной струе.

Если ветроэнергетическая установка 100 находится в ветропарке, то ветроэнергетическая установка 100 может эксплуатироваться таким образом, что исходя из определения силы 220 тяги эти турбулентности снижаются так, что другие ветроэнергетические установки этого ветропарка не будут подвергаться их воздействию сверх определенной степени. В частности, при критических значениях силы тяги ветроэнергетическая установка 100 может эксплуатироваться в режиме пониженной мощности. Благодаря этому становится возможным при планировании объединить в одном ветропарке больше ветроэнергетических установок на единицу площади, и при этом без ущерба для безопасности, при одновременном повышении выхода энергии.

В вышеописанном варианте выполнения измерительная система содержит три датчика. В другом предлагаемом изобретением варианте выполнения измерительная система может также два или больше, чем три датчика.

В вышеописанном варианте выполнения в качестве датчиков применяются тензорезисторные полные мосты. В другом варианте выполнения могут применяться и другие датчики, например, оптические тензодатчики, которые выполнены с возможностью определять изгибающие моменты башни ветроэнергетической установки.

Изобретение относится к измерительной системе для ветроэнергетической установки (100) для определения силы (220) тяги ротора. Измерительное устройство определяет первый изгибающий момент башни (102) на первой высоте и второй изгибающий момент башни (102) на второй высоте, отличающейся от первой высоты. Первый и второй изгибающие моменты складываются из составляющей собственного момента, составляющей момента тангажа и составляющей силы тяги. Блок определения силы тяги устанавливает силу (220) тяги ротора (106) на основе сравнения указанных по меньшей мере первого и второго изгибающих моментов, так что составляющая собственного момента и составляющая момента тангажа отбрасываются. Изобретение направлено на упрощение и надежность при определении турбулентностей в спутной струе ветроэнергетической установки. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Измерительная система ветроэнергетической установки (100), имеющей башню (102) и аэродинамический ротор (106) с по меньшей мере одной роторной лопастью (108), для определения силы (220) тяги ротора (106), содержащая:

- измерительное устройство для измерения первого изгибающего момента (B1) башни (102) на первой высоте (H1) и второго изгибающего момента (B2) башни (102) на второй высоте (H2), которая отличается от первой высоты (H1), причем первый и второй изгибающие моменты (B1, B2) складываются соответственно из составляющей собственного момента, из составляющей момента тангажа и из составляющей момента силы тяги,

- блок определения силы тяги для определения силы (220) тяги исходя из первого контрольного значения (V1), определенного на основе сравнения указанных по меньшей мере первого и второго изгибающих моментов (B1, B2), причем первое контрольное значение (V1) является независимым от составляющей собственного момента и составляющей момента тангажа.

2. Измерительная система по п. 1, в которой измерительное устройство имеет первый датчик (112) для измерения первого изгибающего момента (B1) башни (102) на первой высоте (H1) и второй датчик (114) для измерения второго изгибающего момента (B2) башни (102) на второй высоте (H2), которая отличается от первой высоты (H1).

3. Измерительная система по п. 2, в которой первый датчик (112) расположен прямо под гондолой (104) ветроэнергетической установки (100), а второй датчик (114) расположен вблизи основания ветроэнергетической установки (100).

4. Измерительная система по п. 2 или 3, в которой датчики (112, 114) содержат тензорезисторы, в частности тензорезисторные полные мосты.

5. Измерительная система по любому из предыдущих пунктов, в которой блок определения силы тяги выполнен с возможностью измерения разности между первым и вторым изгибающими моментами (B1, B2) в качестве первого контрольного значения (V1).

6. Измерительная система по п. 5, причем блок определения силы тяги выполнен с возможностью определения силы (220) тяги ротора (106) на основе первого контрольного значения (V1) и разницы по высоте между первой и второй высотами (H1, H2), в частности как соотношение первого контрольного значения (V1) и разницы по высоте.

7. Измерительная система по любому из пп. 2-6, в которой измерительное устройство имеет по меньшей мере один третий датчик (116) для измерения третьего изгибающего момента (B3) башни (102) на третьей высоте (H3), причем третья высота (H3) находится между первой и второй высотами (H1, H2), в частности посередине.

8. Измерительная система по п. 7, в которой блок определения силы тяги выполнен с возможностью определения по меньшей мере одного второго и одного третьего контрольного значения (V2, V3), причем второе контрольное значение (V2) формируется как разность между первым и третьим изгибающими моментами (B1, B3), а третье контрольное значение формируется как разность между третьим и вторым изгибающими моментами (B3, B2).

9. Измерительная система по п. 8, в которой блок определения силы тяги выполнен с возможностью определения первой силы тяги на основе первого контрольного значения (V1) по разнице по высоте между первой и второй высотами (H1, H2); второй силы тяги на основе второго контрольного значения (V2) и разницы по высоте между первой и третьей высотами (H1, H3); и третьей силы тяги на основе третьего контрольного значения (V3) и разницы по высоте между третьей и второй высотами (H3, H2).

10. Измерительная система по п. 9, в которой блок определения силы тяги выполнен с возможностью определения силы (220) тяги ротора как среднее значение из по меньшей мере двух из первой, второй и третьей сил тяги, или причем блок определения силы тяги выполнен с возможностью определения силы (220) тяги ротора как взвешенной комбинации первой, второй и третьей сил тяги, причем веса комбинации основаны на степени точности первой, второй и третьей сил тяги.

11. Ветроэнергетическая установка (100) с измерительной системой по любому из пп. 1-10, причем ветроэнергетическая установка (100) выполнена с возможностью эксплуатации в зависимости от определенной силы (220) тяги.

12. Ветропарк для генерации тока, причем ветропарк содержит:

- по меньшей мере одну ветроэнергетическую установку (100) по п. 11;

- блок определения турбулентности для определения турбулентности по меньшей мере одной ветроэнергетической установки (100) на основе силы (220) тяги ротора (106) ветроэнергетической установки (100), и

- регулировочный блок ветропарка для регулирования ветроэнергетической установки (100) ветропарка, в частности для уменьшения мощности указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки (100) ветропарка так, что уменьшаются воздействия турбулентности указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки (100) на другие ветроэнергетические установки ветропарка.

13. Способ определения силы (220) тяги ротора (106) ветроэнергетической установки (100), имеющей башню (102) и аэродинамический ротор (106) с по меньшей мере одной роторной лопастью (108), причем способ включает в себя следующие этапы:

- измерение первого изгибающего момента (B1) башни (102) на первой высоте (H1) и второго изгибающего момента (B2) башни (102) на второй высоте (H2), которая отличается от первой высоты (H1), причем первый и второй изгибающие моменты (B1, B2) складываются соответственно из составляющей собственного момента, из составляющей момента тангажа и из составляющей момента силы тяги,

- определение силы (220) тяги исходя из первого контрольного значения (V1), определенного на основе сравнения указанных по меньшей мере первого и второго изгибающих моментов (B1, B2), причем первое контрольное значение (V1) является независимым от составляющей собственного момента и составляющей момента тангажа.

14. Способ эксплуатации ветроэнергетической установки (100), имеющей измерительную систему по любому из пп. 1-10, причем ветроэнергетическую установку (100) эксплуатируют в зависимости от силы (220) тяги, определяемой способом по п. 13.

15. Способ эксплуатации ветропарка, причем способ включает в себя следующие этапы:

- определение турбулентности по меньшей мере одной ветроэнергетической установки (100) на основе силы (220) тяги ротора (106) ветроэнергетической установки (100), и

- регулирование ветроэнергетических установок ветропарка, в частности уменьшение мощности указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки (100) ветропарка так, что снижается воздействие турбулентности от указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки (100) на другие ветроэнергетические установки ветропарка.