风力涡轮机电力生产中的塔架阻尼制造技术

公开了一种用于风力涡轮机塔架阻尼的方法，以及相关联的控制器和风力涡轮机。该方法包括：使用一个或多个传感器信号确定风力涡轮机的塔架在电力生产期间的动态状态信息，其中该动态状态信息包括塔架频率。该方法还包括：使用塔架频率确定至少一个控制回路增益值；以及使用所述至少一个控制回路增益值生成用于控制风力涡轮机的转子的旋转速度的一个或多个控制信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风力涡轮机电力生产中的塔架阻尼
本公开中提出的实施例大体上涉及风力涡轮机，并且更具体地涉及使用风力涡轮机的塔架的动态状态信息来控制风力涡轮机的电力生产。
技术介绍
风力涡轮机通常包括塔架和位于塔架顶部的机舱。较高的塔架通常有利于通过风力涡轮机生产较大量的电能，因为较高的塔架可以支持使用较大直径的转子和/或将转子布置成更远离地面附近发生的自由风流的负面影响(诸如地面阻力和湍流)。较高的塔架往往更柔性，这可能会引起塔架移动和转子速度之间的动态相互作用。例如，转子所经历的风速(和空气动力学转矩)受塔架的顶部运动的影响。可以通过使风力涡轮机叶片变桨以抵消空气动力学转矩来控制风力涡轮机的电力生产。使风力涡轮机叶片变桨会影响作用在塔架上的力，并因此影响塔架的顶部运动，进而影响所经历的风速和空气动力学转矩。在某些情况下，动态相互作用会将不稳定性引入对风力涡轮机的控制中。
技术实现思路
本公开的一个实施例是一种方法，其包括：使用一个或多个传感器信号确定风力涡轮机的塔架在电力生产期间的动态状态信息，其中，所述动态状态信息包括塔架频率。该方法还包括使用塔架频率确定至少一个控制回路增益值。该方法还包括使用所述至少一个控制回路增益值生成用于控制所述风力涡轮机的转子的旋转速度的一个或多个控制信号。有利地，所述方法允许减轻引入到风力涡轮机控制中的由转子和塔架之间发生的动态相互作用导致的不稳定性。此外，通过考虑转子动力学特性和/或转子-风的关系的影响，可以更加积极地调谐风力涡轮机，从而产生比其他可能的情况更大的电力生产。本文描述的另一个实施例是一种用于风力涡轮机的控制器，所述控制器包括一个或多个计算机处理器，以及包括计算机可读代码的内存，当使用所述一个或多个计算机处理器执行所述计算机可读代码时，所述计算机可读代码执行操作。所述操作包括使用一个或多个传感器信号确定风力涡轮机的塔架在电力生产期间的动态状态信息，其中，所述动态状态信息包括塔架频率。所述操作还包括使用所述塔架频率确定至少一个控制回路增益值。所述操作还包括使用所述至少一个控制回路增益值生成用于控制所述风力涡轮机的转子的旋转速度的一个或多个控制信号。有利地，所述控制器允许减轻引入到风力涡轮机控制中的由转子和塔架之间发生的动态相互作用导致的不稳定性。此外，通过考虑转子动力学特性和/或转子-风的关系的影响，可以更加积极地调谐风力涡轮机，从而产生比其他可能的情况更大的电力生产。附图说明为了便于可以详细理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例来对上面简要概括的本公开进行更具体的描述，所述实施例中的一些在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本公开的典型实施例，并且因此不应被视为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他等效的实施例。图1示出了根据一个或多个实施例的示例性风力涡轮机的示意图。图2是根据一个或多个实施例的示例性风力涡轮机的框图。图3是示出根据一个或多个实施例的使用风力涡轮机塔架的动态状态信息来控制风力涡轮机转子的旋转速度的框图。图4是示出根据一个或多个实施例的使用风力涡轮机塔架的动态状态信息来确定控制回路增益值的框图。图5是示出根据一个或多个实施例的在部分负荷运行期间适配桨距参考信号的框图。图6示出了根据一个或多个实施例的使用风力涡轮机塔架的动态状态信息来控制风力涡轮机转子的旋转速度的示例性方法。图7示出了根据一个或多个实施例的在部分负荷运行期间适配桨距参考信号的示例性方法。为了便于理解，在可能的地方使用了相同的附图标记来表示图中共有的相同元件。可以预期，在一个实施例中公开的元件可以在没有具体叙述的情况下有益地用于其他实施例。具体实施方式本文公开的实施例描述了用于在电力生产期间获取风力涡轮机的塔架的动态状态信息、以及用于基于该动态状态信息来控制风力涡轮机的运行的技术。图1示出了示例性风力涡轮机100的示意图。尽管风力涡轮机100被示出为水平轴风力涡轮机，但是本文描述的原理和技术可以应用于其他风力涡轮机实施方式(诸如竖直轴风力涡轮机)。风力涡轮机100通常包括塔架102和位于塔架102顶部的机舱104。转子106可以通过延伸出机舱104的低速轴与机舱104连接在一起。如图所示，转子106包括安装在公共轮毂110上的在转子平面内旋转的三个转子叶片108，但是转子106可以包括任何合适数量的叶片(诸如一个、两个、四个、五个或更多个叶片)。叶片108(或翼型件)通常均具有空气动力学形状，其具有用于面向风的前缘112、位于叶片108的弦线的相对端处的后缘114、末端116和用于以任何合适的方式附接到轮毂110的根部118。对于一些实施例，叶片108可以使用变桨轴承120连接到轮毂110，使得每个叶片108可以绕其纵轴旋转以调节叶片的桨距。叶片108相对于转子平面的桨距角可以由例如连接在轮毂110和叶片108之间的线性致动器、液压致动器或步进电动机控制。尽管未在图1中进行描绘，但是风力涡轮机100的替代实施方式可以包括与机舱104(或与多个机舱104)连接的多个转子106。在这样的实施方式中，塔架102可以包括一个或多个结构构件，该结构构件被配置为向多个转子106提供期望的布置(例如，提供不重叠的转子平面)。图2是根据一个或多个实施例的示例性风力涡轮机200的框图。风力涡轮机200可以与本文描述的其他实施例结合使用。例如，风力涡轮机200代表图1所示的风力涡轮机100的一种可能的实施方式。风力涡轮机200包括与桨距控制器210以及与风力涡轮发电机215联接的控制器205。控制器205被配置为接收一个或多个传感器信号280，并生成用于控制风力涡轮机200的转子的旋转速度的一个或多个控制信号。控制器205包括一个或多个计算机处理器(或“处理器”)和内存。所述一个或多个处理器代表任意数量的处理元件，每个处理元件可以包括任意数量的处理核。所述一个或多个处理器的一些非限制性示例包括微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成芯片(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)或其组合。所述内存可以包括易失性内存元件(例如随机存取内存)、非易失性内存元件(例如固态、磁性、光学或基于闪存的存储器)及其组合。此外，所述内存可以分布在不同的介质(例如，网络存储器或外部硬盘驱动器)上。所述内存可以包括用于执行本文描述的各种功能的多个“模块”。在一个实施例中，每个模块包括可由所述处理器中的一个或多个执行的程序代码。但是，其他实施例可以包括部分或完全地以硬件(即，电路)或固件实现的模块。所述一个或多个传感器信号280可以包括与转子动力学特性和/或塔架动力学特性有关的任何合适的信息。在一个非限制性示例中，所述一个或多个传感器信号280包括风力涡轮发电机215的发电机速度和塔架加速度。在一些实施例中，所述控制器205包括满负荷控制模块225、部分负荷控制模块230和塔架阻尼模块235。满负荷控制模块225被配置为在适于至少生产风力涡轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：/n使用一个或多个传感器信号确定风力涡轮机的塔架在电力生产期间的动态状态信息，其中，所述动态状态信息包括塔架频率；/n使用所述塔架频率确定至少一个控制回路增益值；以及/n使用所述至少一个控制回路增益值生成用于控制所述风力涡轮机的转子的旋转速度的一个或多个控制信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171214 DK PA2017709431.一种方法，包括：
使用一个或多个传感器信号确定风力涡轮机的塔架在电力生产期间的动态状态信息，其中，所述动态状态信息包括塔架频率；
使用所述塔架频率确定至少一个控制回路增益值；以及
使用所述至少一个控制回路增益值生成用于控制所述风力涡轮机的转子的旋转速度的一个或多个控制信号。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述一个或多个控制信号包括：
生成桨距参考信号以控制所述风力涡轮机的一个或多个转子叶片的桨距。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述塔架的所述动态状态信息包括：
确定对应于所述塔架的参考位置的速度信息和位置信息中的至少一个，
其中所述塔架频率取决于所述速度信息和所述位置信息中的所述至少一个，并且
其中生成所述桨距参考信号包括：将所述至少一个控制回路增益值应用于所确定的所述速度信息和所述位置信息中的至少一个。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定速度信息和位置信息中的至少一个包括：
确定所述速度信息和所述位置信息，并且
其中应用所述至少一个控制回路增益值包括：将第一控制回路增益值应用于所述速度信息，以及将第二控制回路增益值应用于所述位置信息。


5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
响应于确定所述塔架频率小于第一阈值频率，使与所述第一控制回路增益值相关联的第一控制回路失效或失谐。


6.根据权利要求4或5所述的方法，还包括：
响应于确定所述塔架频率大于第二阈值频率，使与所述第二控制回路增益值相关联的第二控制回路失效或失谐。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，生成所述桨距参考信号包括：
生成对应于所述风力涡轮机的指令电力生产的第一桨距参考信号；
使用所述动态状态信息生成桨距参考偏移信号；以及
将所述桨距参考偏移信号与所述第一桨距参考信号相加以生成所述桨距参考信号。


8.一种用于风力涡轮机的控制器，所述控制器包括：
一个或多个计算机处理器；以及
包括计算机可读代码的内存，当使用所述一个或多个计算机处...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·卡波内蒂，J·S·汤姆森，
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