用于控制风力涡轮机的控制方法以及包括被配置用于施行所述控制方法的控制装置的风力涡轮机制造方法及图纸

用于控制风力涡轮机的控制方法，所述风力涡轮机包括：具有轴（3）和至少两个叶片（13）的转子轮毂（2），以及通过偏航系统（7）可旋转地耦合到塔架（5）的机舱（4）。所述控制方法包括用于如下各项的步骤：测量与机舱（4）相关的第一周期性变量；测量与轴（3）相关的第二周期性变量；基于从第一变量获得的数据估计偏航力矩；处理对应于估计的偏航力矩的信号以从所述信号中提取1P频率分量；校准估计的偏航力矩；以及调整对应叶片（13）的桨距角，以抵消在校准之后的偏航力矩的估计信号的1P频率分量，进而将其与第二变量的信号进行比较。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制风力涡轮机的控制方法以及包括被配置用于施行所述控制方法的控制装置的风力涡轮机
本专利技术涉及用于控制风力涡轮机的控制方法，并且涉及包括被配置用于施行所述控制方法的控制装置的风力涡轮机。现有技术已知适用于通过风对其叶片的作用而生成电能的风力涡轮机包括锚定到地面的塔架、具有耦合到其的至少两个叶片的转子、以及借助于偏航系统耦合到塔架的机舱，除了其他元件之外，机舱还包括发电机和允许放大发电机中转子转速的传动系统。偏航系统包括固定到塔架的至少一个轴承和允许机舱相对于塔架旋转的至少一个马达。附加地，已知风力涡轮机的转子中引起的不平衡造成其机械组件中的振荡，即传动系统、偏航系统和/或发电机中的振荡，所述振荡导致机械组件变得磨损并且甚至断裂。归因于它们的定位，和/或归因于每个风力涡轮机的叶片不完全相同的事实，每个叶片可能受到不同的气动力。除了其他结果之外，所述不同的气动力还引起转子中的振荡扭矩，所述振荡扭矩被传递到风力涡轮机的传动系统，并从那里传递到风力涡轮机的发电机。所述振荡扭矩也称为1P（每转1个）振荡，这是因为由所述扭矩引起的振动以转子一次回转的步速振荡。该振荡扭矩影响风力涡轮机的大多数组件。对该问题的解决方案之一是每个叶片的桨距角校准，即测量叶片之间的桨距角差，并基于该数据计算针对每个叶片的桨距角的补偿，所述补偿取决于涡轮机类型。所述补偿系统要求昂贵的装备，并且必须定期执行补偿以确保问题不会再次出现。KK风力解决方案的题为“Rotorimbalancecancellation”的文档描述了一种基于连续测量机舱加速度和转子方位角位置的解决方案，使得基于所述变量来计算示出不平衡大小和不平衡位置的矢量。基于该矢量计算针对每个叶片的新的补偿桨距角，所述新的补偿桨距角寻求最小化矢量的幅度。另一方面，专利文档WO2010/100271A1描述了一种用于包括控制系统的风力涡轮机的偏航系统，所述控制系统以这样的方式连续操作至少一个偏航马达：使得偏航马达力图根据设定点操控机舱，从而如果机舱上的外部偏航方面的扭矩超过至少一个偏航马达的允许扭矩容量，则允许机舱从设定点转向。控制系统可以实现四象限控制，使得偏航马达在第二或第四象限中作为发电机操作，而在风速高于预定水平的情况下，第一和第三象限中的至少一个偏航马达的操作可以停止。此外，该控制系统使用偏航马达的至少一个属性来检测转子中的不平衡，并且后续通过更改至少一个涡轮机叶片的桨距角来最小化所述不平衡。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种用于控制风力涡轮机的控制方法，以及一种包括被配置用于施行如权利要求中限定的控制方法的控制装置的风力涡轮机。本专利技术的第一方面涉及用于控制风力涡轮机的控制方法，所述风力涡轮机包括：转子轮毂，其包括具有轴和至少两个叶片的转子；机舱，其包括耦合到轴的发电机，机舱通过偏航系统可旋转地耦合到塔架，并且转子轮毂可旋转地耦合到机舱，所述控制方法包括以下步骤：●测量与机舱相关的第一周期性变量，●测量与转子相关的第二周期性变量，●基于从第一变量获得的数据估计偏航力矩，●处理对应于估计的偏航力矩的信号，以从所述信号中提取1P频率分量，以及●校准估计的偏航力矩，根据所述估计的偏航力矩，在至少一个叶片中强加已知的不平衡，并且测量其对第一变量的测量的影响，从而建立应用于偏航力矩估计的校正因子，以及●调整对应叶片的桨距角，以抵消在校准之后的估计的偏航力矩的信号的1P频率分量，进而将其与第二变量的信号进行比较。由此获得一种控制方法，其完全消除气动力不平衡，而不管所使用的测量设备和所选择的信号类型如何。此外，所述控制方法可以实时地并且通过任何可编程逻辑控制器（也称为PLC）施行。本专利技术的第二方面涉及风力涡轮机，其包括：塔架；转子轮毂，其包括具有轴和至少两个叶片的转子；机舱，其包括耦合到转子的发电机，机舱通过偏航系统可旋转地耦合到塔架，并且转子轮毂可旋转地耦合到机舱；以及被配置用于施行所述控制方法的控制装置。根据本专利技术的附图和详细描述，本专利技术的这些和其他优点及特征将变得清楚。附图说明图1示出了根据本专利技术的风力涡轮机的实施例的视图。图2示出了图1中所示的风力涡轮机的示意性剖视图。具体实施方式图1和2示出了风力涡轮机1，其包括：锚定到地面的塔架5；转子轮毂2，其包括具有轴3和耦合到轮毂2的至少两个叶片13的转子；以及机舱4，其通过偏航系统7可旋转地耦合到塔架5。机舱4可以绕沿着塔架5的长度延伸的轴线A而旋转，以用于如下目的：取决于风向来使叶片13定向，以便获得风力涡轮机1的最佳性能。附加地，转子轮毂2可旋转地耦合到机舱4，在机舱4中，转子轮毂2可以绕基本上水平的轴线B而旋转。在附图中所示的实施例中，转子轮毂2包括三个叶片13，所述三个叶片13相对于彼此偏移120°布置。机舱4还包括发电机12、适用于制动机舱4相对于塔架5的旋转的至少一个制动器、以及传动系统11，轴3通过传动系统11与发电机12连接。假设轴3具有低转速，传动系统11的目的是要在发电机12中获得合适的转速。偏航系统7包括固定到塔架5的至少一个轴承9、以及使得机舱4能够相对于塔架5旋转的至少一个马达8。风力涡轮机1还至少包括测量与机舱4相关的第一变量的第一传感器20。第一传感器20测量周期性信号。在所描述的实施例中，第一传感器20测量偏航系统7的马达8的电流，所述第一传感器20被布置在所述偏航系统7中。在其他实施例中，第一传感器20可以测量发电机12的速度或者机舱4的加速度。在所述实施例中，第一传感器20将分别被布置在发电机12中或机舱4中。风力涡轮机1至少包括测量与发电机12相关的第二变量的第二传感器21，所述第二传感器21被布置在机舱4中。第二传感器21测量周期性信号。在所描述的实施例中，风力涡轮机1包括测量发电机12的转速的第二传感器21和用于获得相对于轴3的回转固定点的角度参考的第三传感器22。所述第三传感器22也被布置在机舱4中。借助于第二传感器21和第三传感器22获得至少一个叶片13的方位角的值。在轴3的每一完整回转中，连续校正所获得的方位角的值。为此，在轴3中布置有板（附图中未描绘），所述板与所述轴3一起旋转。感应传感器（附图中未描绘）捕获当板经过感应传感器时产生的信号，然后将通过感应传感器测量的数据与通过第二传感器21和第三传感器22获得的方位角的值进行比较，其中可能的偏差被校正。风力涡轮机1还包括控制装置，所述控制装置被配置用于施行将在下面详细描述的控制方法。当至少一个叶片13受到不同的气动力——归因于其相对于风向的定位和/或因为不是所有的叶片13都完全相同——时，在轴3中生成力，所述力随着轴3本身旋转，从而引起轴3中的振动，所述振动根据1P频率振荡。该振动被传送到风力涡轮机1的其他元件，甚至到达发电机12。为了最小化由于叶片13中不同气动力的不平衡而对风力涡轮机1的其余组件产生的影响，根据本专利技术的用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制风力涡轮机的控制方法，所述风力涡轮机包括：转子轮毂（2），其包括轴（3）和至少两个叶片（13）；机舱（4），其包括耦合到所述轴（3）的发电机（12），所述机舱（4）通过偏航系统（7）可旋转地耦合到塔架（5），并且所述转子轮毂（2）可旋转地耦合到所述机舱（4），所述控制方法包括以下步骤：/n● 测量与所述机舱（4）相关的第一周期性变量，/n● 测量与所述轴（3）相关的第二周期性变量，/n● 基于从第一变量获得的数据估计偏航力矩，/n● 处理对应于所估计的偏航力矩的信号，以从所述信号中提取1P频率分量，以及/n● 校准偏航力矩估计，根据所述偏航力矩估计，在至少一个叶片（13）中强加已知的不平衡，并且测量其对所述第一变量的测量的影响，从而建立应用于所述偏航力矩估计的校正因子，以及/n● 调整对应叶片（13）的桨距角，以抵消在校准之后偏航力矩的估计信号的1P频率分量，进而将其与第二变量的信号进行比较。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171214 ES P2017007941.一种用于控制风力涡轮机的控制方法，所述风力涡轮机包括：转子轮毂（2），其包括轴（3）和至少两个叶片（13）；机舱（4），其包括耦合到所述轴（3）的发电机（12），所述机舱（4）通过偏航系统（7）可旋转地耦合到塔架（5），并且所述转子轮毂（2）可旋转地耦合到所述机舱（4），所述控制方法包括以下步骤：
●测量与所述机舱（4）相关的第一周期性变量，
●测量与所述轴（3）相关的第二周期性变量，
●基于从第一变量获得的数据估计偏航力矩，
●处理对应于所估计的偏航力矩的信号，以从所述信号中提取1P频率分量，以及
●校准偏航力矩估计，根据所述偏航力矩估计，在至少一个叶片（13）中强加已知的不平衡，并且测量其对所述第一变量的测量的影响，从而建立应用于所述偏航力矩估计的校正因子，以及
●调整对应叶片（13）的桨距角，以抵消在校准之后偏航力矩的估计信号的1P频率分量，进而将其与第二变量的信号进行比较。


2.根据权利要求1所述的用于控制风力涡轮机的控制方法，其中，针对每个风力涡轮机（1）施行一次校准步骤，从而应用相同的校正因子，来基于从所述第一变量获得的数据校正对应偏航力矩的估计。


3.根据前述权利要求中任一项所述的用于控...

【专利技术属性】
技术研发人员：O埃尔南德斯马斯卡雷利，RM马丁内斯维嘉，C皮萨罗德拉芬特，J苏亚雷斯艾斯蓬，KD缇嘉，P维塔尔阿穆查斯缇古，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源创新与技术有限公司，
类型：发明
国别省市：西班牙;ES