用于稳定浮动式风力涡轮机的控制系统技术方案

描述了一种用于稳定浮动式风力涡轮机（100）的控制系统（170），所述控制系统（170）包括：检测装置（271、272、273、274），其构造成用于监测与所述浮动式风力涡轮机（100）的预定浮动体纵摇角（393）的偏移（231）和/或与所述浮动式风力涡轮机（100）的预定浮动体艏摇角的偏移，其中，所述检测装置（271、272、273、274）还被构造成用于监测浮动体纵摇角（392）的振荡运动（396）和/或浮动体艏摇角的振荡运动，其中，所述预定浮动体纵摇角（393）和所述预定浮动体艏摇角限定了所述浮动式风力涡轮机（100）的预定平衡状态，其中，所述浮动体纵摇角（392）的所述振荡运动（396）的阈值（394、395）和所述浮动体艏摇角的所述振荡运动的阈值进一步限定了所述浮动式风力涡轮机（100）的所述预定平衡状态；以及致动装置（281、282），其构造成用于操纵所述浮动体纵摇角（392）和/或所述浮动体艏摇角，直到满足所述预定平衡状态，其中，所述致动装置（281、282）还被构造成用于操纵所述浮动体纵摇角（392）的所述振荡运动（396）和/或所述浮动体艏摇角的所述振荡运动，直到满足所述浮动式风力涡轮机（100）的所述预定平衡状态。此外，描述了一种浮动式风力涡轮机（100）。另外，还描述了一种用于稳定浮动式风力涡轮机（100）的方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于稳定浮动式风力涡轮机的控制系统


[0001]本专利技术涉及一种用于稳定浮动式风力涡轮机的控制系统。此外，本专利技术涉及一种浮动式风力涡轮机和一种用于稳定浮动式风力涡轮机的方法。

技术介绍

[0002]在浮动式风力涡轮机的
中，已知与常规的风力涡轮机相比，浮动式风力涡轮机可能由于附加的自由度而经受附加的运动。这种附加的运动可能会造成浮动式风力涡轮机上的严重载荷和年度电力生产的下降。例如，如果浮动体纵摇，则塔架与机舱之间的界面处的剪切力可能会由于增加的重力载荷而增加。此外，对于浮动式风力涡轮机的杆型浮标浮动体概念，常规的传动系闭环速度
‑
纵摇控制可能导致浮动体纵摇运动的不稳定。这可能是由于浮动体纵摇运动的干扰和控制系统的固有频率向浮动式风力涡轮机系统中添加了负阻尼。当今的浮动式风力涡轮机的另一个挑战可能是浮动式基础的可能的大运动，例如浮动式基础在艏摇中的旋转可能导致系泊缆索系统上的严重载荷。然而，垂荡中的竖直运动也可能导致严重的载荷。此外，还可能存在以下潜在风险，即：在特定波频率下可能发生涡流引入的振动，这可能导致引发的结构振动。
[0003]浮动体纵摇运动可能会在现有估计中进一步引入挑战，例如根据轮毂加速度和塔架加速度中的其他分量来确定旋转速度。例如，垂荡运动可能会干扰加速度计和陀螺仪，从而在控制器中使用之后产生错误的估计。
[0004]因此，在当今的浮动式风力涡轮机中，浮动体纵摇运动不稳定性通过以如下方式向速度
‑
纵摇控制添加附加的参考速度信号来解决，即：使得控制器参考不会干扰浮动式风力涡轮机系统。输入来自测量浮动式风力涡轮机的倾斜角或测量塔架加速度的陀螺仪或加速度计。
[0005]其他当前的学术解决方案是使速度纵摇控制器失谐以降低带宽（频率），使得其不对浮动体纵摇频率做出反应。然而，这伴随着不佳的旋转速度跟踪能力。失谐可能是稳定性和控制性能之间的折衷。还实施了艏摇运动控制，以避免杆型浮动体（spar floater）概念中的过大的艏摇运动。
[0006]因此，可能需要提供一种主动系统，其能够主动地改变浮动式风力涡轮机的全局系统行为，使得可按照安全和最优的方式提供对浮动式风力涡轮机的控制。因此，浮动式风力涡轮机在操作期间的平移和/或旋转受到限制，相应地得以稳定。另外，可增加电力生产。另外，可减少作用在浮动式风力涡轮机上的载荷，并且因此，可增加浮动式风力涡轮机的耐用性。

技术实现思路

[0007]该需要可通过根据独立权利要求所述的主题来满足。本专利技术的有利实施例通过从属权利要求来描述。
[0008]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于稳定浮动式风力涡轮机的控制系统。该
控制系统包括检测装置，其构造成用于监测与浮动式风力涡轮机的预定浮动体纵摇角的偏移和/或与浮动式风力涡轮机的预定浮动体艏摇角的偏移，其中，该检测装置还被构造成用于监测浮动体纵摇角的振荡运动和/或浮动体艏摇角的振荡运动，其中，该预定浮动体纵摇角和预定浮动体艏摇角限定了浮动式风力涡轮机的预定平衡状态，其中，该浮动体纵摇角的振荡运动的阈值和该浮动体艏摇角的振荡运动的阈值进一步限定了该浮动式风力涡轮机的预定平衡状态；致动装置，其构造成用于操纵该浮动体纵摇角和/或浮动体艏摇角，直到满足该预定平衡状态，其中，该致动装置还被构造成用于操纵该浮动体纵摇角的振荡运动和/或该浮动体艏摇角的振荡运动，直到满足该浮动式风力涡轮机的预定平衡状态。
[0009]所描述的控制系统是基于如下构思，即：可提供一种控制系统，其可稳定浮动式风力涡轮机的不期望的平移和/或旋转和/或振荡运动。因此，该浮动式风力涡轮机可按照安全和最优的方式操纵，而具有增加的电力生产和减少的浮动式风力涡轮机的子结构上的载荷。
[0010]这可导致风电场的年度电力生产增加以及浮动式风力涡轮机上的载荷减少。
[0011]浮动式风力涡轮机包括可移动的浮动式基础。通过该浮动式基础的移动，安装在该浮动式基础上的浮动式风力涡轮机相应地移动。浮动式基础的运动或相应的浮动式风力涡轮机的运动可分成六个单独的自由度，即三个平移：纵荡、横荡和垂荡，以及三个旋转：横摇、纵摇和艏摇。
[0012]此外，天生不规则的风载荷、波浪载荷和/或流载荷，以及空气动力、结构和/或流体动力载荷，以及控制驱动，全都有助于复杂的动力行为。
[0013]由于叶片的变桨（pitch）与浮动式基础的纵摇（pitch）之间在命名上的相似性，因此在本申请中通过区别开浮动体纵摇和叶片变桨来进行明确区分。浮动体纵摇表示浮动式基础围绕其旋转点的旋转，并且叶片变桨表示叶片的受控变桨距。同样，浮动体艏摇表示浮动式基础围绕其竖直轴线（垂荡）的旋转，并且涡轮机偏摆表示机舱的旋转。
[0014]将检测装置设置为单件式检测装置可提供以下可能性，即：用一个装置来检测与预定浮动体纵摇角的偏移和与预定浮动体艏摇角的偏移以及浮动体纵摇角的振荡运动和浮动体艏摇角的振荡运动。因此，可提供用于监测浮动式风力涡轮机是否在预定平衡状态下操作的成本有效的方式。
[0015]将检测装置设置为多部分检测装置可提供以下可能性，即：在浮动式风力涡轮机上的不同位置处，可单独检测浮动体纵摇角的值和/或浮动体艏摇角的值以及浮动体纵摇角的振荡运动和/或浮动体艏摇角的振荡运动，使得即使在暴露位置处检测也是可能的。因此，可提供浮动式风力涡轮机是否在预定平衡状态下操作的精确检测。
[0016]将致动装置设置为单件式致动装置可提供以下可能性，即：利用一个单一致动装置，可一个接一个地或者一次全部地致动多个浮动式风力涡轮机。因此，可提供低维护的致动装置。
[0017]将致动装置设置为多部分致动装置可提供以下可能性，即：每个浮动式风力涡轮机可单独且准确地致动。因此，可提供具有时间效率的致动。
[0018]根据本专利技术的预定浮动体纵摇角可表示对应于浮动式风力涡轮机的竖直对准的浮动体纵摇角。该竖直对准还可表示略微偏离竖直的对准，以便确保浮动式风力涡轮机的转子相对于来风场最优地定位，并且同时，作用在机舱和塔架之间的连接上的剪切力偏离
到塔架中。
[0019]根据本专利技术的预定浮动体艏摇角可表示如下浮动体艏摇角，即：该浮动体艏摇角被调整成使得浮动式风力涡轮机的转子垂直于来风场的风向对准。
[0020]根据本专利技术的浮动体纵摇角的振荡运动可表示浮动式风力涡轮机的不稳定性，该不稳定性可被视为围绕浮动体纵摇角的振荡。该振荡可按照与浮动体纵摇固有频率相同的频率振荡。
[0021]根据本专利技术的浮动体艏摇角的振荡运动可表示浮动式风力涡轮机的不稳定性，该不稳定性可被视为围绕浮动体艏摇角的振荡。该振荡可按照与浮动体艏摇固有频率相同的频率振荡。
[0022]根据本专利技术的浮动体纵摇角的振荡运动的阈值可表示表征对于浮动式风力涡轮机来说仍然可接受的振荡量的值。然而，如果浮动体纵摇角的振荡运动超过该阈值，则浮动体纵摇角的振荡运动可能对浮动式风力涡轮机和/或对浮动式风力涡轮机的固定结构有害。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于稳定浮动式风力涡轮机（100）的控制系统（170），所述控制系统（170）包括：检测装置（271、272、273、274），其构造成用于监测与所述浮动式风力涡轮机（100）的预定浮动体纵摇角（393）的偏移（231）和/或与所述浮动式风力涡轮机（100）的预定浮动体艏摇角的偏移，其中，所述检测装置（271、272、273、274）还被构造成用于监测浮动体纵摇角（392）的振荡运动（396）和/或浮动体艏摇角的振荡运动，其中，所述预定浮动体纵摇角（393）和所述预定浮动体艏摇角限定了所述浮动式风力涡轮机（100）的预定平衡状态，其中，所述浮动体纵摇角（392）的所述振荡运动（396）的阈值（394、395）和所述浮动体艏摇角的所述振荡运动的阈值进一步限定了所述浮动式风力涡轮机（100）的所述预定平衡状态，致动装置（281、282），其构造成用于操纵所述浮动体纵摇角（392）和/或所述浮动体艏摇角，直到满足所述预定平衡状态，其中，所述致动装置（281、282）还被构造成用于操纵所述浮动体纵摇角（392）的所述振荡运动（396）和/或所述浮动体艏摇角的所述振荡运动，直到满足所述浮动式风力涡轮机（100）的所述预定平衡状态。2.根据权利要求1所述的控制系统（170），其中，在所述预定平衡状态下，与所述预定浮动体纵摇角（393）的所述偏移（231）处于
‑
10
°
至+10
°
、特别是
‑5°
至+5
°
、更特别是
‑2°
至+2
°
的范围内，甚至更特别为0
°
。3.根据权利要求1或2所述的控制系统（170），其中，在所述预定平衡状态下，与所述预定浮动体艏摇角的所述偏移处于
‑
10
°
至+10
°
、特别是
‑5°
至+5
°
、更特别是
‑2°
至+2
°
的范围内，甚至更特别为0
°
。4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制系统（170），其中，所述浮动体纵摇角（392）的所述振荡运动（396）的所述阈值和/或所述浮动体艏摇角的所述振荡运动的所述阈值处于
‑5°
至+5
°
、特别是
‑2°
至+2
°
的范围内，更特别为0
°
。5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制系统（170），其中，所述检测装置（271、272、273、274）被安装到所述浮动式风力涡轮机（100）的子结构（120、130、140、160），特别...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：