多转子风力涡轮机振荡衰减制造技术

提供了一种衰减多转子风力涡轮机中的振荡的方法以及一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括风力涡轮机支撑结构，并且至少包括具有第一转子的第一机舱和具有第二转子的第二机舱，所述机舱中的至少一个位于远离风力涡轮机支撑结构的中央纵向轴线的位置。该方法包括以下步骤：接收并处理运动数据；选择衰减算法并生成桨距控制信号。该处理包括确定风力涡轮机支撑结构的至少一种突出的振荡模式并选择对应的衰减算法。衰减算法。衰减算法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多转子风力涡轮机振荡衰减


[0001]本专利技术涉及一种衰减多转子风力涡轮机中的振荡的方法。本专利技术还涉及利用该方法的多转子风力涡轮机。

技术介绍

[0002]本领域中已知的风力涡轮机包括支撑机舱的风力涡轮机塔架和具有多个桨距可调节的转子叶片的转子。随着时间的推移，风力涡轮机变得越来越大，以试图降低所产生的电能的每兆瓦时(MWh)的成本价格。
[0003]作为大型涡轮机的替代，还可以通过为风力涡轮机塔架配备多个具有较小转子叶片的机舱来提高每个风力涡轮机塔架的发电量。在这种多转子风力涡轮机中，机舱通常位于从中央塔架结构伸出的一个或多个支撑臂的远端。在替代配置中，风力涡轮机可以包括在公共基座上的V形支撑结构，其中机舱安装在每个支撑臂的较外端。网状或蜂窝状布置也已用于将多个机舱安装在一种构造中。
[0004]任何风力涡轮机都容易振动，因为它包括放置在细长塔架或塔架结构的端部处的大质量物体。这些振动包括在横向方向以及前后方向上的机舱移动。在本领域中已知的是，可以通过主动地使叶片变桨以生成反作用力来减小机舱移动，从而衰减振动。在这方面，叶片桨距的共同调节(其中所有的转子叶片均以相同的桨距角被调节)可以用来抵消在前后方向上的振荡。这可以通过改变推力来实现。对于横向振动，可以使用单独的叶片桨距调节来抵消塔架的横向振荡。单独的叶片桨距调节可以为每个转子叶片提供单独的桨距角设置，以生成横向合力。
[0005]在US7692322中，描述了一种具有主动衰减方法的风力涡轮机。在该专利文献中，描述了通过确定共同桨距角调节量以在转子叶片上生成推力以便取消机舱的振动，来衰减前后机舱振动。共同桨距角调节量基于机舱移动的速度估计，该估计是根据在前后方向上检测到的加速度信号确定的。
[0006]在多转子风力涡轮机中，也会发生类似的前后机舱振动。然而，仅仅应用已知的振荡衰减方法可能不足以抵消多转子涡轮机中的所有此类振动。在从风力涡轮机塔架伸出的长臂的较外端提供重型机舱和转子会导致新的振动模式，并需要新的策略来抵消所有振动。
[0007]因此，需要提供一种还适用于多转子风力涡轮机的衰减振荡的方法。

技术实现思路

[0008]根据本专利技术，该目的通过提供一种衰减多转子风力涡轮机中的振荡的方法来实现，所述风力涡轮机包括风力涡轮机支撑结构，并且至少包括具有第一转子的第一机舱和具有第二转子的第二机舱，所述机舱中的至少一个位于远离所述风力涡轮机支撑结构的中央纵向轴线的位置。所述方法包括以下步骤：接收表示所述第一机舱和所述第二机舱的移动的运动数据；处理接收的运动数据，以确定所述风力涡轮机支撑结构的至少两种突出的
(prominent)振荡模式；对于每一种突出的振荡模式，选择对应的衰减算法；基于选择的衰减算法和接收的运动数据中的每一个，生成用于所述转子中的至少一个转子的桨距控制器的部分桨距控制信号；将生成的部分桨距控制信号组合成用于所述转子中的所述至少一个转子的桨距控制器的组合桨距控制信号；以及基于所述组合桨距控制信号，指示相应的桨距控制器适配所述转子中的所述至少一个转子的桨距。专利技术人已经认识到，通过从混合运动数据信号中适当地隔离不同的振动模式，以及通过为不同的模式选择合适的衰减算法，可以通过仅向每个桨距控制器提供一个组合桨距控制信号来一次抵消多种振动模式。
[0009]检测并尝试减弱多转子风力涡轮机中的振荡的一个问题在于：除了已知的前后塔架振荡之外，还存在单转子风力涡轮机中不会出现的其他振动模式。例如，转子上的在转子臂端部处的推力可能会在风力涡轮机支撑结构中的臂附接的点处或附近引起塔架扭转和扭转振动。具有不同幅度、相位和频率的不同振动模式一起导致复杂而模糊的运动数据信号，并且使得难以仅应用用于单转子风力涡轮机的振荡抑制的已知方法。根据本专利技术的方法提供了如下能力：在混合运动数据信号中的各种振动模式之间进行区分，将必须处理的突出的振荡模式以及向我们更感兴趣的运动数据信号中增加噪声的不太突出的振荡模式区分开。结果，可以以专门解决不希望的振荡的主要原因的方式来控制一个或多个转子的转子桨距。使用特定于振荡模式的衰减算法非常重要，因为相同的桨距调节量可能会对风力涡轮机支撑结构的振动运动产生完全不同的结果。
[0010]注意，中央纵向轴线将大体上与风力涡轮机塔架的中央纵向轴线重合。在不具有直立的中央塔架的风力涡轮机支撑结构中，相对于支撑结构的基座定义中央纵向轴线。
[0011]除了来自不同机舱的运动数据之外，根据本专利技术的方法还可以利用表示风力涡轮机支撑结构的移动的运动数据。该运动数据可以包括位置数据、速度数据和/或加速度数据。例如，GPS设备、加速度计和/或陀螺仪可以用于测量这种运动数据。替代地，在塔架基座中或在转子臂到风力涡轮机支撑结构的附接点处的应变仪可以提供表示所监测的振荡的数据信号。
[0012]在将两个转子臂附接到风力涡轮机支撑结构的配置中，第一机舱和第二机舱由相应的转子臂承载，运动数据可以包括来自与相应的机舱相关联的加速度计的加速度信号。在该示例性配置中，突出的振荡模式可以被确定为塔架扭转模式，并且用于塔架扭转模式的对应的衰减算法可以至少包括：从第二机舱的加速度信号中减去第一机舱的加速度信号。事实证明，这种处理运动数据的特定方式对于准确地确定和/或衰减扭转振动非常有用。专利技术人已经认识到，在前后塔架振荡运动中，两个机舱同相移动。在扭转振荡运动中，两个机舱以180
°
的相位差振荡。从第二机舱的加速度信号中减去第一机舱的加速度信号取消了前后振动并放大了扭转振动。通过如此获得的塔架扭转信号，然后生成两个机舱的桨距校正，以抵消这些扭转振动。
[0013]在具有相同配置的风力涡轮机中，当突出的振荡模式被确定为塔架前后模式时，用于塔架前后模式的对应的衰减算法可以至少包括：将第一机舱的加速度信号与第二机舱的加速度信号相加。由于两个机舱中的两个检测到的扭转振动的相位差，将两个信号相加可以完全取消这些扭转振动，从而隔离其余的振动模式(诸如前后塔架振荡)。
[0014]在有利的实施例中，两种突出的振荡模式被确定为塔架扭转模式和塔架前后模式。在这种情况下，用于塔架扭转模式的对应的衰减算法的第一部分桨距控制信号至少包
括从第二机舱的加速度信号中减去第一机舱的加速度信号，并且用于塔架前后模式的对应的衰减算法的第二部分桨距控制信号至少包括将第一机舱的加速度信号与第二机舱的加速度信号相加。因此，通过创建加速度信号的差信号和和信号，可以以简单的方式减轻两种突出的振荡模式。
[0015]在实施例中，突出的振荡模式的确定是通过加速度信号的相减和/或相加结合决策步骤来完成的，在该决策步骤中，确定如果差信号和/或和信号中的信号成分在一定阈值或预定义的阈值以上，则确定存在该振荡模式。
[0016]为了分析和衰减单独的振荡模式的振动，桨距控制信号的生成可以包括：基于相应的衰减算法的突出的振荡模式的频率窗口特征应用频率滤波器。在实施例中，可以增加一个以上的频率滤波器以针对不同的信号方面。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种衰减多转子风力涡轮机(100)中的振荡的方法，所述风力涡轮机(100)包括风力涡轮机支撑结构(101)，并且至少包括具有第一转子(110)的第一机舱(111)和具有第二转子(120)的第二机舱(121)，所述机舱(111，121)中的至少一个位于远离所述风力涡轮机支撑结构(101)的中央纵向轴线的位置，所述方法包括以下步骤：接收表示所述第一机舱(111)和所述第二机舱(121)的移动的运动数据处理接收的运动数据以确定所述风力涡轮机支撑结构(101)的至少两种突出的振荡模式，对于每一种突出的振荡模式，选择对应的衰减算法(31，32，33)，基于选择的衰减算法(31，32，33)和接收的运动数据中的每一个，生成用于所述转子(110，120)中的至少一个转子的桨距控制器(115，125)的部分桨距控制信号，将生成的部分桨距控制信号组合成用于所述转子(110，120)中的所述至少一个转子的桨距控制器(115，125)的组合桨距控制信号(Δθ1，Δθ2)，以及基于所述组合桨距控制信号(Δθ1，Δθ2)，指示相应的桨距控制器(115，125)适配所述转子(110，120)中的所述至少一个转子的桨距。2.根据权利要求1所述的衰减多转子风力涡轮机(100)中的振荡的方法，其中，所述运动数据还表示所述风力涡轮机支撑结构(101)的移动。3.根据前述权利要求中任一项所述的衰减多转子风力涡轮机(100)中的振荡的方法，其中，所述运动数据包括位置数据、速度数据和/或加速度数据4.根据前述权利要求中任一项所述的衰减多转子风力涡轮机(100)中的振荡的方法，其中，至少两个转子臂(105)附接到所述风力涡轮机支撑结构(101)，所述第一机舱(111)和所述第二机舱(121)由相应的转子臂(105)承载，所述运动数据包括来自与相应的机舱(111，121)相关联的加速度计的加速度信号所述至少两种突出的振荡模式中的一种被确定为塔架扭转模式，并且用于所述塔架扭转模式的对应的衰减算法(31，32，33)至少包括从所述第二机舱(121)的加速度信号中减去所述第一机舱(111)的加速度信号5.根据前述权利要求中任一项所述的衰减多转子风力涡轮机(100)中的振荡的方法，其中，至少两个转子臂(105)附接到所述风力涡轮机支撑结构(101)，所述第一机舱(111)和所述第二机舱(121)由相应的转子臂(105)承载，所述运动数据包括来自与相应的机舱(111，121)相关联的加速度计的加速度信号所述至少两种突出的振荡模式中的一种被确定为塔架前后模式，并且
用于所述塔架前后模式的对应的衰减算法(31，32，33)至少包括将所述第一机舱(111)的加速度信号与所述第二机舱(121)的加速度信号相加。6.根据权利要求4和5所述的衰减多转子风力涡轮机(100)中的振荡的方法，其中，所述突出的振荡模式中的一种被确定为塔架扭转模式，并且所述突出的振荡模式中的一种被确定为塔架前后模式，其中用于所述塔架扭转模式的对应的衰减算法(31，32，33)的第一部分桨距控制信号至少包括从所述第二机舱(121)的加速度信号中减去所述第一机舱(111)的加速度信号并且用于所述塔架扭转模式的对应的衰减算法(31，32，33)的第二部分桨距控制信号至少包括将所述第一机舱(111)的加速度信号与所述第二机舱(121)的加速度信号相加。7.根据前述权利要求中任一项所述的衰减多转子风力涡轮机(100)中的振荡的方法，其中，所述桨距控制信号(Δθ1，Δθ2)的生成包括：基于相应的衰减算法(31，32，33)的突出的振荡模式的频率窗口特征应...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
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：