具有改进的风向跟踪的风力涡轮机偏航控制系统技术方案

一种包括偏航控制的风力涡轮机，其包括控制器，该控制器接收输入信号，并向偏航致动器提供输出控制信号。控制器的输入信号基于：第一反馈信号，其指示相对于风力涡轮机确定的相对风向，其中第一反馈信号由第一低通滤波器滤波；以及第二反馈信号，其指示偏航致动器的活动。本发明专利技术的控制技术显著提高了偏航系统在稳态风力条件下保持零度偏航误差(或者换句话说，保持机舱指向风的准确航向)以及减小在偏航系统激活期间经历的最大偏航误差的能力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的风向跟踪的风力涡轮机偏航控制系统
本专利技术涉及风力涡轮机偏航控制系统。
技术介绍
现代的实用规模的风力涡轮机通常配备有主动偏航控制系统，以确保机舱和转子在电力生成期间面向风。常见类型的主动偏航控制系统涉及电动或液压致动器的使用，该致动器驱动风力涡轮机的机舱相对于塔架在方位角上成角度地移动。通常，机舱通过滚动偏航轴承或滑动偏航轴承安装在塔架上，以允许机舱平稳地偏航。还可以提供偏航制动系统，以根据指令将机舱锁定在特定的方位角位置。主动偏航控制系统由合适的控制器控制，该控制器的任务是将机舱移动至指令的偏航位置，或相对于相对风向保持零航向。尽管由控制器实现的控制理论通常非常简单，但实际上，风的可变性质意味着需要对与风向有关的信息进行滤波，以将偏航致动器的激活保持在将磨损降至最低的可接受水平。然而，已经观察到，为保持偏航控制系统的健康而设计的措施会导致偏航系统准确地跟踪风向的能力降低。EP2314869A1公开了一种用于风力涡轮发电机的偏航控制技术，即使风向在延长的时间段上逐渐变化，该偏航控制技术也可以减小风向偏差的幅度，同时抑制偏航旋转次数的增加。此外，其公开了通过早期检测风向的过渡变化而在适当的时机执行偏航旋转。正是在这种背景下设计了本专利技术。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供了一种风力涡轮机，其包括安装在塔架上的机舱以及可操作用于使所述机舱相对于所述塔架偏航的偏航控制系统，所述偏航控制系统包括：控制器，所述控制器接收输入信号，并向偏航致动器提供输出控制信号；其中，所述偏航致动器可操作用于响应于从所述控制器接收到的所述控制信号来使所述机舱偏航；其中所述控制器的所述输入信号基于：第一反馈信号，其指示相对于风力涡轮机确定的相对风向，其中，所述第一反馈信号由第一低通滤波器滤波；第二反馈信号，其指示所述偏航致动器的活动，其中所述第二反馈信号提供由所述偏航致动器驱动的、由于所述第一反馈信号由所述低通滤波器滤波而尚未指示在该信号中的机舱的偏航航向的指示，并且其中所述第二反馈信号基于第一信号分量和第二信号分量，其中所述第一信号分量表示所述机舱的偏航航向，所述第二信号分量为所述机舱的偏航航向的滤波值，所述第二信号分量由第二滤波器滤波。本专利技术还可以表示为并且因此包括用于风力涡轮机的控制方法，所述风力涡轮机包括：安装在塔架上的机舱；以及偏航系统，所述偏航系统包括偏航致动器，所述偏航致动器可操作用于使所述机舱相对于所述塔架偏航。该方法包括基于指示相对风向的低通滤波信号和指示偏航致动器的活动的信号来控制偏航致动器。本专利技术还在于：可从通信网络下载和/或存储在机器可读介质上的计算机程序产品，其包括用于实现上面限定的方法的程序代码指令；以及用于风力涡轮机系统的控制器，所述风力涡轮机系统包括安装在塔架上的机舱、具有多个叶片的转子，其中所述控制器包括处理器、内存模块和输入/输出系统，并且其中所述内存模块包括一组程序代码指令，所述程序代码指令在由所述处理器执行时实现如上所述的方法。本专利技术的控制技术显著提高了偏航系统在稳态风力条件下保持零度偏航误差(或者换句话说，保持机舱指向风的准确航向)的能力。除了提高偏航系统在稳态条件下的准确性外，该控制技术还减少了在偏航系统激活期间经历的最大偏航误差。此外，作为本专利技术的结果，偏航致动器被激活的频率较低，这减少了系统的各个组件(例如电接触器、齿轮齿和轴承表面)上的磨损。第二反馈信号提供由所述偏航致动器驱动的、由于所述第一反馈信号由所述低通滤波器滤波而尚未指示在该信号中的机舱的偏航航向的指示。因此，第二信号指示偏航致动器的实时或同期活动，使得在控制环境内反馈有关偏航驱动致动器如何实时操作的信息，无论该信息是致动器在某个时间点的特定位置还是从中得出的信息。然而，该信息不受系统干扰(例如死区时间或滤波延迟)的影响，因此可以在控制算法中进行适当的调整，以通过考虑第二信号提供的信息来补偿第一信号固有的滤波延迟。与第一反馈信号中固有的明显的滤波器延迟(由于其需要滤除波动的风力条件的影响)形成对比，其是具有较慢时间常数的滤波器，该时间常数例如约为10s秒、通常大于50秒，并且在本申请中设想为80至110秒之间(尤其是90秒)。第二反馈信号基于第一信号分量和第二信号分量。第一信号分量可以表示机舱的偏航航向，第二信号分量可以是机舱的偏航航向的滤波值，第二信号分量由第二滤波器滤波。第二滤波器可以是低通滤波器，并且在一些实施例中，第一滤波器和第二滤波器具有基本相等的时间常数。将时间常数配置为基本相同优化了通过使用第二反馈信号实现的补偿。在一个实施例中，控制器接收第二输入信号，该第二输入信号指示相对于机舱确定的相对风向，其中第二输入信号由另一滤波器滤波。所述另一滤波器可以具有与所述第一滤波器的时间常数不同的时间常数。在一些实施例中，所述另一滤波器可以具有某一时间常数，其为第一滤波器和第二滤波器的时间常数的一部分。例如，所述另一滤波器的时间常数可以是第一和第二滤波器的时间常数的大约10％。在一些实施例中，第一滤波器的时间常数可以在80至110秒之间，优选地在90至100秒之间。类似地，第二滤波器的时间常数可以在80至110秒之间，优选地在90至100秒之间。第一和第二滤波器的时间常数可以在另一滤波器的时间常数的5％至20％之间。例如，所述另一滤波器的时间常数可以在80至100秒之间，并且第一滤波器的时间常数可以在5至20秒之间。在一些实施例中，可以通过监测偏航致动器的操作来提供第二反馈信号。然而，在其他实施例中，第二反馈信号由偏航致动器模型生成。如果无法使用合适的监测设备来测量偏航致动器，则此方法很有用。这也意味着该控制技术更适合于改装到现有的风力涡轮机系统上。因此，偏航致动器模型可以提供指示机舱的偏航航向的信号。这可以通过适当的积分函数来实现，该积分函数基于已知的或预定的偏航速度值以及指示致动器被停用或激活的控制输入以及旋转方向的指示。在本申请的范围内，其明确意图是：在前面的段落、权利要求和/或以下描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和替代方案、尤其是其各个特征可以独立使用或以任何组合使用。也就是说，除非这些特征不兼容，否则可以以任何方式和/或组合来组合所有实施例和/或任何实施例的特征。申请人保留更改任何原始提交的权利要求或相应地提出任何新权利要求的权利，包括修改任何原始提交的权利要求以依赖于和/或结合任何其他权利要求的任何特征的权利(尽管原始时未以该方式要求保护)。附图说明现在将参考附图仅通过举例的方式详细描述本专利技术，其中：图1是其中可结合本专利技术实施例的风力涡轮机的前视图；图2是图1中的风力涡轮机的机舱偏航系统的示意图，其包括作用在合适的偏航致动器上的偏航控制器；图3是可以由图2的偏航系统的偏航控制器实现的算法的示例的示意性框图；图4是可以由图2中的偏航系统的偏航控制器实现的算法的另一示例的示意性框图；以及图5是可以由图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力涡轮机，其包括安装在塔架上的机舱以及可操作用于使所述机舱相对于所述塔架偏航的偏航控制系统，所述偏航控制系统包括：/n控制器，所述控制器接收输入信号，并向偏航致动器提供输出控制信号；/n其中，所述偏航致动器可操作用于响应于从所述控制器接收到的所述控制信号来使所述机舱偏航；/n其中所述控制器的所述输入信号基于：/n第一反馈信号，其指示相对于风力涡轮机确定的相对风向，其中，所述第一反馈信号由第一低通滤波器滤波；/n第二反馈信号，其指示所述偏航致动器的活动，其中所述第二反馈信号提供由所述偏航致动器驱动的、由于所述第一反馈信号由所述低通滤波器滤波而尚未指示在该信号中的机舱的偏航航向的指示，并且其中所述第二反馈信号基于第一信号分量和第二信号分量，其中所述第一信号分量表示所述机舱的偏航航向，所述第二信号分量为所述机舱的偏航航向的滤波值，所述第二信号分量由第二滤波器滤波。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170531 DK PA2017704151.一种风力涡轮机，其包括安装在塔架上的机舱以及可操作用于使所述机舱相对于所述塔架偏航的偏航控制系统，所述偏航控制系统包括：
控制器，所述控制器接收输入信号，并向偏航致动器提供输出控制信号；
其中，所述偏航致动器可操作用于响应于从所述控制器接收到的所述控制信号来使所述机舱偏航；
其中所述控制器的所述输入信号基于：
第一反馈信号，其指示相对于风力涡轮机确定的相对风向，其中，所述第一反馈信号由第一低通滤波器滤波；
第二反馈信号，其指示所述偏航致动器的活动，其中所述第二反馈信号提供由所述偏航致动器驱动的、由于所述第一反馈信号由所述低通滤波器滤波而尚未指示在该信号中的机舱的偏航航向的指示，并且其中所述第二反馈信号基于第一信号分量和第二信号分量，其中所述第一信号分量表示所述机舱的偏航航向，所述第二信号分量为所述机舱的偏航航向的滤波值，所述第二信号分量由第二滤波器滤波。


2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述第二滤波器是低通滤波器。


3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中，所述第一滤波器和所述第二滤波器具有基本相等的时间常数。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制器接收第二输入信号，所述第二输入信号指示相对于所述机舱确定的相对风向，其中所述第二输入信号由另一滤波器滤波。


5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其中，所述另一滤波器具有与所述第一滤波器的时间常数不同的时间常数。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述第一滤波器的时间常数在80至110秒之间，优选地在90至100秒之间。


7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述第二滤波器的时间常数在80至110秒之间，优选地在90至100秒之间。


8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·G·霍夫高，M·M·瑟恩森，
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