风力涡轮机的部分负载控制器和满载控制器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于在部分负载和满载中控制风力涡轮机的方法。为了避免在部分负载与满载控制器之间切换的缺点，风力涡轮机控制系统配置成使得部分负载控制器和满载控制器两者在部分负载和满载期间提供控制动作。为此目的，部分负载控制器和满载控制器配置有可变的增益，其中增益调度被执行以使得在部分负载期间，部分负载控制器的增益大于满载控制器的增益，并且反之亦然，使得在满载期间，满载控制器的增益大于部分负载控制器的增益。

Partial load controller and full load controller of wind turbine

The present invention relates to a method for controlling a wind turbine in partial load and full load. In order to avoid switching between full load and part load controller shortcomings, the wind turbine control system is configured so that a portion of the load controller and load controller both in partial load and full load during the control action. For this purpose, partial load and full load controller controller is configured with variable gain, the gain scheduling is performed such that in the partial load during part load is greater than the gain controller with the gain of the controller, and vice versa, the full load period, the controller gain is larger than the gain part load controller.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风力涡轮机的部分负载控制器和满载控制器
本专利技术涉及风力涡轮机的控制，特别是风力涡轮机的部分负载控制器和满载控制器。
技术介绍
风力涡轮发电机可以包括部分负载控制器和满载控制器，以确定分别用于变桨致动器和发电机的桨距基准和功率基准。被选择用于低于额定风速的风速的部分负载控制器的目的是从风能的给定可用量中优化电力产出。被选择用于高于额定风速的风速的满载控制器的目的是产生风力涡轮发电机的标称功率。在部分负载控制器与满载控制器之间切换是必需的，因为风速在低于额定风速与高于额定风速的风速之间改变。这样的切换可能在风力涡轮发电机的结构负载、利用风能和其他操作条件上具有不良影响。因此，问题在于风力涡轮机的已知控制方案可能难以处理在不同控制方案之间切换。
技术实现思路
本专利技术的目的是改进风力涡轮机在部分负载和满载期间的控制，特别是避免与依赖于风速部分负载控制器与满载控制器之间切换相关的缺点。本专利技术的另一个目的是降低由于在部分负载控制器与满载控制器之间切换而造成的风力涡轮机部件的结构负载和振荡。在本专利技术的第一方面中提供一种用于控制风力涡轮机的方法，其中风力涡轮机包括具有至少一个叶片的转子以及连接到转子的发电机，所述叶片具有能够依赖于桨距请求控制的桨距角，所述发电机具有能够依赖于发电机请求控制的电力产出，其中发电机的发电机速度能够经由桨距请求和发电机请求控制，所述方法包括：-通过依赖于第一发电机速度误差确定发电机请求来控制发电机速度，所述第一发电机速度误差依赖于发电机速度基准、发电机速度和第一速度修正确定，其中发电机请求通过将第一发电机速度误差最小化确定，其中第一速度修正被确定以使得对于低于额定风速的风速而言，发电机速度接近发电机速度基准，其中第一速度修正被确定以使得对于高于额定风速的风速而言，发电机请求接近最大发电机请求，其中最大发电机请求是部分负载控制器的饱和极限，并且其中第一速度误差以可变的第一增益被放大，-通过依赖于第二发电机速度误差确定桨距请求来控制发电机速度，所述第二发电机速度误差依赖于发电机速度基准、发电机速度和第二速度修正确定，其中桨距请求通过将第二发电机速度误差最小化确定，其中第二速度修正被确定以使得对于高于额定风速的风速而言，发电机速度接近发电机速度基准，其中第二速度修正被确定以使得对于低于额定风速的风速而言，桨距请求接近最小桨距请求，其中最小桨距请求是满载控制器的饱和极限，并且其中第二速度误差以可变的第二增益被放大，-确定可变的第一和第二增益，以使得至少对于低于额定风速的某些风速而言，第一增益大于第二增益，使得至少对于高于额定风速的某些风速而言，第一增益小于第二增益，并且使得至少对于在额定风速附近的单一风速而言，第一增益等于第二增益。有利地，通过针对第一和第二速度误差确定发电机请求、桨距请求和增益三者来控制发电机速度，可以通过针对高于和低于额定风速的风速更新发电机请求和桨距请求两者来连续地控制发电机速度。因为发电机请求和桨距请求两者依赖于可变的增益和已调节的第一和第二误差适配，所以无需在针对低于额定风速的风速确定发电机请求与针对高于额定风速的风速确定桨距请求之间切换。第一速度修正的确定可以通过将第一速度修正设定或确定到较小值(例如0或接近于0)来执行，第一速度修正的确定被执行以使得对于低于额定风速的风速而言，发电机速度接近发电机速度基准。第一速度修正的确定可以通过针对高于额定风速的风速修正第一发电机速度误差(即，将第一发电机速度误差降低或增加到非0值)来执行，第一速度修正的确定被执行以使得发电机请求接近最大发电机请求(即，部分负载控制器的饱和极限)。速度误差的修正可以通过以第一速度修正值修正第一发电机速度基准(例如通过将已修正第一速度修正值与第一发电机速度基准相加)来执行。部分负载控制器的饱和极限是限制来自确定发电机请求的部分负载控制器的输出的极限。第二速度修正的确定可以通过就第一速度修正设定或确定到较小值(例如0或接近于0)来执行，第二速度修正的确定被执行以使得对于高于额定风速的风速而言，发电机速度接近发电机速度基准。第二速度修正的确定可以通过针对高于额定风速的风速修正第二发电机速度误差(即，将误差速度降低或增加到非0值)来执行，第二速度修正的确定被执行以使得桨距请求接近最小桨距请求(即，满载控制器的饱和极限)。速度误差的修正可以通过以第二速度修正值修正第二发电机速度基准(例如通过将已修正第二速度修正值与第二发电机速度基准相加)来执行。满载控制器的饱和极限是限制来自确定桨距请求的满载控制器的输出的极限。根据一个实施方式，所述方法包括通过针对低于、高于和处于额定风速的风速确定发电机请求、桨距请求和第一和第二增益来控制发电机速度。所述方法可以还包括确定第一和第二速度修正。根据一个实施方式，第一和第二增益被确定以使得第一和第二增益的和在包括额定风速的风速范围中是基本上恒定的。例如，第一和第二增益被确定以使得第一和第二增益的和在从切入风速延伸到切出风速的风速范围中是基本上恒定的，其中所述范围包括额定风速。有利地，通过以增益的和应当是恒定的这一标准约束第一和第二增益的确定，可以确保来自部分负载控制器和满载控制器的结合的控制动作是恒定的。在相对较大和较小的风速下(例如在完全满载或部分负载中)，增益的和可以被允许大于接近额定风速而不会导致控制器不稳定。根据一个实施方式，第一增益和/或第二增益依赖于实际桨距与桨距基准之间的差距确定。因为实际桨距在部分负载期间通常接近于桨距基准，所以这能够被用于确定增益，例如通过在桨距差距较小时将第一增益设定到相对较大的值(大于第二增益的值)，或通过将增益确定为桨距差距的函数。根据一个实施方式，第一增益和/或第二增益依赖于实际功率与功率基准之间的差距确定。因为实际功率在满载期间通常接近于功率基准，所以这能够用于确定增益，例如通过在功率差距较小时将第二增益设定到相对较大的值(大于第一增益的值)，或通过将增益确定为功率差距的函数。根据一个实施方式，第一速度修正依赖于实际桨距与桨距基准之间的差距确定。通过以这样的方式确定第一速度修正，第一速度修正随着桨距差距增加(即，在风力涡轮机进入满载操作时)而逐渐增加(或减少)。根据一个实施方式，第二速度修正依赖于实际功率与功率基准之间的差距确定。因此，第二速度修正随着功率差距增加(即，在风力涡轮机进入部分负载操作时)而逐渐增加(或减少)。根据一个实施方式，第一发电机速度误差依赖于第一已修正发电机速度基准和发电机速度确定，其中第一已修正发电机速度基准通过将第一速度修正与发电机速度基准相加确定。根据一个实施方式，第二发电机速度误差依赖于第二已修正发电机速度基准和发电机速度确定，其中第二已修正发电机速度基准通过将第二速度修正与发电机速度基准相加确定。本专利技术的第二方面涉及一种用于控制风力涡轮机的控制系统，其中风力涡轮机包括具有至少一个叶片的转子以及连接到转子的发电机，所述叶片具有能够依赖于桨距基准控制的桨距，所述发电机具有能够依赖于发电机基准控制的电力产出，其中转子的发电机速度能够经由桨距基准和发电机基准控制，控制系统包括，-部分负载速度误差计算单元，其配置成用于依赖于发电机速度基准、发电机速度和第一速度修正确定第一发电机速度误差，-满载速度误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制风力涡轮机的方法，其中风力涡轮机包括具有至少一个叶片的转子以及连接到转子的发电机，所述叶片具有能够依赖于桨距请求(θreq)控制的桨距角，所述发电机具有能够依赖于发电机请求(Preq)控制的电力产出，其中发电机的发电机速度(ωm)能够经由桨距请求(θreq)和发电机请求(Preq)控制，所述方法包括：‑通过依赖于第一发电机速度误差(e1ω)确定发电机请求(Preq)来控制发电机速度(ωm)，所述第一发电机速度误差依赖于发电机速度基准(ωref)、发电机速度(ωm)和第一速度修正(ΔPLC)确定，其中发电机请求(Preq)通过将第一发电机速度误差(e1ω)最小化确定，其中第一速度修正(ΔPLC)被确定以使得对于低于额定风速的风速而言，发电机速度(ωm)接近发电机速度基准(ωref)，并且其中第一速度修正(ΔPLC)被确定以使得对于高于额定风速(vrated)的风速而言，发电机请求(Preq)接近最大发电机请求(Pmax，Prated)，其中最大发电机请求是部分负载控制器的饱和极限，并且其中第一速度误差(e1ω)以可变的第一增益(G1)被放大，‑通过依赖于第二发电机速度误差(e2ω)确定桨距请求(θreq)来控制发电机速度(ωm)，所述第二发电机速度误差依赖于发电机速度基准(ωref)、发电机速度(ωm)和第二速度修正(ΔFLC)确定，其中桨距请求(θreq)通过将第二发电机速度误差(e2ω)最小化确定，其中第二速度修正(ΔFLC)被确定以使得对于高于额定风速的风速而言，发电机速度(ωm)接近发电机速度基准(ωref)，并且其中第二速度修正(ΔFLC)被确定以使得对于低于额定风速(vrated)的风速而言，桨距请求(θreq)接近最小桨距请求(θmin)，其中最小桨距请求(θmin)是满载控制器的饱和极限，并且其中第二速度误差(e2_ω)以可变的第二增益(G2)被放大，‑确定可变的第一和第二增益(G1，G2)，以使得至少对于低于额定风速的某些风速而言，第一增益(G1)大于第二增益(G2)，使得至少对于高于额定风速的某些风速而言，第一增益(G1)小于第二增益(G2)，并且使得至少对于在额定风速附近的单一风速而言，第一增益(G1)等于第二增益(G2)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.29 DK PA2015700501.一种用于控制风力涡轮机的方法，其中风力涡轮机包括具有至少一个叶片的转子以及连接到转子的发电机，所述叶片具有能够依赖于桨距请求(θreq)控制的桨距角，所述发电机具有能够依赖于发电机请求(Preq)控制的电力产出，其中发电机的发电机速度(ωm)能够经由桨距请求(θreq)和发电机请求(Preq)控制，所述方法包括：-通过依赖于第一发电机速度误差(e1ω)确定发电机请求(Preq)来控制发电机速度(ωm)，所述第一发电机速度误差依赖于发电机速度基准(ωref)、发电机速度(ωm)和第一速度修正(ΔPLC)确定，其中发电机请求(Preq)通过将第一发电机速度误差(e1ω)最小化确定，其中第一速度修正(ΔPLC)被确定以使得对于低于额定风速的风速而言，发电机速度(ωm)接近发电机速度基准(ωref)，并且其中第一速度修正(ΔPLC)被确定以使得对于高于额定风速(vrated)的风速而言，发电机请求(Preq)接近最大发电机请求(Pmax，Prated)，其中最大发电机请求是部分负载控制器的饱和极限，并且其中第一速度误差(e1ω)以可变的第一增益(G1)被放大，-通过依赖于第二发电机速度误差(e2ω)确定桨距请求(θreq)来控制发电机速度(ωm)，所述第二发电机速度误差依赖于发电机速度基准(ωref)、发电机速度(ωm)和第二速度修正(ΔFLC)确定，其中桨距请求(θreq)通过将第二发电机速度误差(e2ω)最小化确定，其中第二速度修正(ΔFLC)被确定以使得对于高于额定风速的风速而言，发电机速度(ωm)接近发电机速度基准(ωref)，并且其中第二速度修正(ΔFLC)被确定以使得对于低于额定风速(vrated)的风速而言，桨距请求(θreq)接近最小桨距请求(θmin)，其中最小桨距请求(θmin)是满载控制器的饱和极限，并且其中第二速度误差(e2_ω)以可变的第二增益(G2)被放大，-确定可变的第一和第二增益(G1，G2)，以使得至少对于低于额定风速的某些风速而言，第一增益(G1)大于第二增益(G2)，使得至少对于高于额定风速的某些风速而言，第一增益(G1)小于第二增益(G2)，并且使得至少对于在额定风速附近的单一风速而言，第一增益(G1)等于第二增益(G2)。2.根据权利要求1所述的方法，包括通过针对低于、高于和处于额定风速的风速确定发电机请求(Preq)、桨距请求(θreq)和第一和第二增益(G1，G2)来控制发电机速度。3.根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中第一和第二增益(G1，G2)被确定以使得在包括额定风速的风速范围中，第一和第二增益的和是基本上恒定的。4.根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中第一增益(G1)或第二增益(G2)依赖于实际桨距(θm，θreq)与桨距基准(θref)之间的差距确定。5.根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中第一增益(G1)或第二增益(G2)依赖于实际功率(Pm，Preq)与功率基准(Pref，Prated)之间的差距确定。6.根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中第一速度修正(ΔPLC)依赖于实际桨距(θm，θreq)与桨距基准(θref)之间的差距确定。7.根据在前权利要求中任一项所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·卡波内蒂，J·S·汤姆森，J·D·格林内特，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK