降低风力涡轮机的噪声排放制造技术

本发明专利技术提供了一种降低风力涡轮机的噪声排放的方法。该方法包括接收指示风力涡轮机附近的风力条件的数据，并根据风力涡轮机的期望运行确定运行设定点信号，该运行设定点信号基于所接收的数据确定。该方法包括将扰动信号应用于运行设定点信号，以获得修正的运行设定点信号，以及使用修正的运行设定点信号控制风力涡轮机的运行，以降低风力涡轮机的噪声排放。扰动信号被应用，以使得修正的运行设定点信号比运行设定点信号具有更大的时间变化。比运行设定点信号具有更大的时间变化。比运行设定点信号具有更大的时间变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】降低风力涡轮机的噪声排放


[0001]本专利技术涉及控制风力涡轮机的运行，特别是涉及通过对风力涡轮机的期望或最佳运行设定点信号应用扰动信号(perturbation signal)来降低风力涡轮机的噪声排放。

技术介绍

[0002]风力涡轮机控制技术用于优化功率和最小化负载。许多不同的负载(诸如空气动力、重力、离心力和惯性负载)作用于风力涡轮机。风力涡轮机所经历的负载变化可能由风力涡轮机附近的风力条件(例如风切变或湍流)引起，也可能由风力涡轮机的运行变化(例如电网损耗)引起。
[0003]众所周知，风力涡轮机因不同的来源(例如，诸如传动系统音调的机械来源，以及来自转子叶片周围的气流的空气动力来源)而生成声音或噪声。风力涡轮机的尺寸不断扩大导致排放的噪声水平的问题越来越多。
[0004]音调噪声(或音调可听度)指向特定频率的噪声。在风力涡轮机中，这可能与发电机或转子速度相关，并可能与风力涡轮机传动系统的共振相关。也就是说，当风力涡轮机以与风力涡轮机的一个或多个结构部件的共振频率相对应的特定发电机或转子速度运行时，可能会排放噪声。
[0005]一个已知的降低这种音调噪声的方法是引入所谓的风力涡轮机运行的“避免带”，即控制风力涡轮机，使其不在对应于与高水平音调噪声相关的转子速度的特定转子速度范围内运行。然而，这种方法的缺点是风力涡轮机运行效率的损失，例如，当涡轮机的最佳运行涉及避免带中的转子速度时，生产的功率会降低。
[0006]其他已知的解决音调噪声问题的方法包括安装调谐质量阻尼器，或用低振动单元替换齿轮箱。然而，这些方法是不利的，因为提供相关设备具有相关联的成本，以及与风力涡轮机停机以安装/替换这些部件相关联的成本。
[0007]正是在这种背景下提出了本专利技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的专利技术人已经意识到，来自风力涡轮机的噪声排放——特别是音调噪声排放——不仅与风力涡轮机转子/发电机速度相关，而且与风力涡轮机转子/发电机速度随时间的变化相关。特别是，本专利技术人已经意识到，修改或扰动转子/发电机速度以增加其随时间的变化可以导致与风力涡轮机相关联的噪声排放降低。
[0009]根据本专利技术的一个方面，提供了一种降低风力涡轮机的噪声排放的方法。该方法包括接收指示风力涡轮机附近的风力条件的数据。该方法包括根据风力涡轮机的期望运行确定运行设定点信号，该运行设定点信号依据所接收的数据确定。该方法包括将扰动信号应用于运行设定点信号以获得修正的运行设定点信号。该方法包括使用修正的运行设定点信号控制风力涡轮机的运行，以降低风力涡轮机的噪声排放。扰动信号被应用，以使得修正的运行设定点信号比运行设定点信号具有更大的时间变化。
[0010]该方法可特别针对降低风力涡轮机的音调可听度排放。风力涡轮机的音调可听度可被视为每个风速区间(bin)中的音调和可听度标准之间的差异，其中音调是每个风速区间中音调周围临界带中的音调水平和掩蔽噪声水平之间的差异，可听度标准是由听觉测试确定的，并且反映了“典型”听众对不同频率的音调的主观反应的取决于频率的标准曲线。音调和可听度的概念在IEC 61400
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11Ed.3标准中进行了处理。
[0011]该方法可以包括依据指示风力涡轮机的噪声排放的数据确定是否需要应用扰动信号。该方法可以包括仅在确定需要应用扰动信号时激活扰动信号的应用。可选地，指示噪声排放的数据可以包括所接收的指示风力条件的数据。
[0012]在一些实施例中，确定是否需要应用扰动信号可以包括确定风力涡轮机的运行参数是否在预定义的临界值范围内。在这样的实施例中，仅在运行参数被确定为在规定的临界范围内时，才可以激活扰动信号的应用。
[0013]在一些实施例中，确定是否需要应用扰动信号可以包括确定风力涡轮机的运行参数的时间变化是否低于规定的阈值变化。在这样的实施例中，仅在时间变化低于规定的阈值变化时，才可以激活扰动信号的应用。
[0014]确定时间变化可以包括确定运行参数的标准偏差。规定的阈值变化可以是规定的阈值标准偏差。
[0015]运行参数可以包括运行设定点信号。
[0016]运行参数可以包括以下至少一个：风力涡轮发电机速度；风力涡轮机功率；风力涡轮机扭矩；风力涡轮机音调可听度；风力涡轮机附近的风速；以及，风力涡轮机附近的风向。
[0017]在一些实施例中，如果确定不需要应用扰动信号，则该方法可以包括使用确定的运行设定点信号控制风力涡轮机的运行。
[0018]在一些实施例中，如果在激活了扰动信号的应用时确定不需要扰动信号，则该方法可以包括继续应用扰动信号，直到满足停用条件。替代地或另外，如果在停用了扰动信号的应用时确定需要扰动信号，则该方法可以包括仅在满足激活条件时应用扰动信号。
[0019]扰动信号可以被应用，以使得修正的运行设定点信号的时间平均值基本等于运行设定点信号的平均值。
[0020]扰动信号可以是确定性的。可选地，扰动信号可以包括正弦波信号、余弦波信号、三角波信号和方波信号中的一个或组合。可选地，扰动信号可以基于所接收的指示风力条件的数据确定。替代地，扰动信号可以是非确定性的随机信号(可选地带有特定的时间变化)。
[0021]运行设定点信号可以是以下至少一个：风力涡轮发电机速度设定点信号；以及，风力涡轮机功率设定点信号。
[0022]在一些实施例中，控制风力涡轮机的运行可以包括依据修正的运行设定点信号确定控制输出。在这些实施例中，控制风力涡轮机的运行可以包括使用确定的控制输出来控制风力涡轮机的运行。可选地，控制输出可以包括用于控制风力涡轮机的一个或多个叶片的桨距的桨距参考值。可选地，控制输出可以包括用于控制风力涡轮机的功率生成的功率参考值。
[0023]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种非临时性、计算机可读存储介质，其上存储有指令，当由处理器执行时，使处理器执行上述方法。
[0024]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于降低风力涡轮机的噪声排放的控制器。该控制器被配置为接收指示风力涡轮机附近的风力条件的数据。控制器被配置为根据风力涡轮机的期望运行确定运行设定点信号，该运行设定点信号依据所接收的数据确定。控制器被配置为将扰动信号应用于运行设定点信号，以获得修正的运行设定点信号，并使用修正的运行设定点信号控制风力涡轮机的运行，以降低风力涡轮机的噪声排放。扰动信号被应用，以使得修正的运行设定点信号比运行设定点信号具有更大的时间变化。
[0025]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括如上所述的控制器。
附图说明
[0026]现在将参照附图对本专利技术的示例进行描述，其中：
[0027]图1是根据本专利技术的一个示例的风力涡轮机的示意图；
[0028]图2显示了图1的风力涡轮机的控制器，以及由该控制器控制的风力涡轮机的致动器系统；
[0029]图3显示了图2的控制器的组成部件或模块，以及控制器的输入和输出；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种降低风力涡轮机(10)的噪声排放的方法(50)，所述方法(50)包括：接收(52)指示所述风力涡轮机(10)附近的风力条件的数据；根据所述风力涡轮机(10)的期望运行确定(54)运行设定点信号(34)，所述运行设定点信号(34)依据所接收的数据确定；将扰动信号(38)应用(56)于所述运行设定点信号(34)，以获得修正的运行设定点信号(42)；以及使用所述修正的运行设定点信号(42)控制(58)所述风力涡轮机(10)的运行，以降低所述风力涡轮机(10)的噪声排放，其中，所述扰动信号(38)被应用，以使得所述修正的运行设定点信号(42)比所述运行设定点信号(34)具有更大的时间变化。2.根据权利要求1所述的方法(50)，包括依据指示所述风力涡轮机(10)的噪声排放的数据确定是否需要应用所述扰动信号(38)，以及仅在确定需要应用所述扰动信号(38)时激活所述扰动信号(38)的应用，可选地其中指示噪声排放的数据包括所接收的指示风力条件的数据。3.根据权利要求2所述的方法(50)，其中，确定是否需要应用所述扰动信号(38)包括确定所述风力涡轮机(10)的运行参数是否在预定义的临界值范围内，并且其中仅在确定所述运行参数在规定的临界范围内时，才激活所述扰动信号(38)的应用。4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法(50)，其中，确定是否需要应用所述扰动信号(38)包括确定所述风力涡轮机(10)的运行参数的时间变化是否低于规定的阈值变化，并且其中仅在所述时间变化低于所述规定的阈值变化时，才激活所述扰动信号(38)的应用。5.根据权利要求4所述的方法(50)，其中，确定时间变化包括确定所述运行参数的标准偏差，并且其中所述规定的阈值变化是规定的阈值标准偏差。6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法(50)，其中，所述运行参数包括所述运行设定点信号(34)。7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法(50)，其中，所述运行参数包括以下至少一个：风力涡轮发电机速度；风力涡轮机功率；风力涡轮机扭矩；风力涡轮机音调可听度；风力涡轮机(10)附近的风速；以及风力涡轮机(10)附近的风向。8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法(50)，其中，如果确定不需要应用所述扰动信号(38)，则所述方法(50)包括使用确定的运行设定点信号(34)控...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
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：