用于风力涡轮机中的共振阻尼的方法和系统技术方案

本发明专利技术“用于风力涡轮机中的共振阻尼的方法和系统”。一种用于风力涡轮机的共振阻尼系统，风力涡轮机具有连接到电力网的发电机，该共振阻尼系统包括可操作以对发电机提供控制信号的自适应共振阻尼器，其中，根据表示电网状况的参数来自动地调节自适应共振阻尼器的可变的转矩信号。

【技术实现步骤摘要】
用于风力涡轮机中的共振阻尼的方法和系统
本文描述的主题大体涉及用于共振阻尼的方法和系统，并且更具体而言，涉及用于风力涡轮机中的共振阻尼的方法和系统。
技术介绍
一般地，风力涡轮机包括具有转子的涡轮，转子包括具有多个叶片的可旋转的毂组件。叶片将风能转变成机械旋转转矩，机械旋转转矩通过转子来驱动一个或多个发电机。发电机有时（但不总是）通过变速箱而旋转地耦合到转子上。变速箱提高发电机的转子的固有地较低的旋转速度，以高效地将旋转机械能转换成电能，电能通过至少一个电气连接件而馈送到电网中。也存在无齿轮直接驱动风力涡轮机。转子、发电机、变速箱和其它构件典型地安装在壳体或机舱内，壳体或机舱定位在基座的顶部上，基座可为桁架或管状塔。一些风力涡轮机配置包括双馈式感应发电机（DFIG）。这样的配置还可包括功率转换器，功率转换器用来将产生的电功率的频率转换成基本类似于公用电网频率的频率。此外，这样的转换器与DFIG一起还在公用电网和发电机之间传输电功率，以及从到公用电网连接件的连接件中的一个将发电机激励功率传输给绕线发电机转子。备选地，一些风力涡轮机配置包括（但不限于）备选类型的感应发电机、永磁（PM）同步发电机和电激励式同步发电机和开关磁阻发电机。这些备选配置还可包括功率转换器，功率转换器如上面描述的那样用来转换频率，以及在公用电网和发电机之间传输电功率。已知的风力涡轮机具有多个机械构件和电气构件。各个电气构件和/或机械构件可具有独立的或与其它构件不同的运行限制，诸如电流、电压、功率和/或温度限制。此外，已知的风力涡轮机典型地设计和/或组装成具有预先限定的额定功率限制。为了在这样的额定功率限制内运行，电气构件和/或机械构件可以以针对运行限制的大余裕运行。这种运行可引起低效的风力涡轮机运行，而且可能未充分利用风力涡轮机的功率生产能力。现代风力涡轮机需要主动地抑制机械共振/振动，以便减小例如传动系和叶片处的机械负载，或者避免不稳定性。US7501798公开了一种用于主动地抑制风能厂中的传动系的方法，其中确定了发电机控制器的修正力矩（moment）。US7309930公开了一种振动阻尼器，其对风力涡轮机系统的发电机所产生的控制转矩提供可变的信号。可变的转矩控制信号基于发电机速度，并且具有基于风力涡轮机的塔的振荡的共振频率的第一局部峰值。在各种各样的电网环境中部署了现代风力涡轮机。共振阻尼的有效性取决于涡轮所连接到的电网的设置和状况。如果电网状况未知，或者在时间上有一些可变性，则设计将在运行期间可能发生的各个电网状况下工作的共振阻尼器是有挑战性的。对于在阻尼系统的初始设计中未考虑的至少一些状况，传统的共振阻尼器可导致机械负载增大，并且能减少风力涡轮机构件的寿命。解决这个问题的一个以前的尝试是基于局部电网状况来单独地重新调谐共振阻尼器。但是，这是昂贵的方法，因为它要求单独地处理各个位置。另外，电网状况不仅在地点之间有所改变，而且还能随时间而变化，并且确切的状况也许甚至是未知的。一般不能靠重新调谐来处理这个问题。考虑到以上，具有避免所述缺点的、用于风力涡轮机的共振阻尼方法和系统是合乎需要的。
技术实现思路
在一方面，提供一种用于风力涡轮机的共振阻尼系统，风力涡轮机具有连接到电力网的发电机。该共振阻尼系统包括可操作以对发电机提供控制信号的自适应共振阻尼器，其中，根据表示电网状况的参数来自动地调节自适应共振阻尼器的可变的转矩信号。在另一方面，提供一种用于风力涡轮机的振动阻尼方法，风力涡轮机具有安装在塔上且通过传动系耦合到发电机上的涡轮转子，风力涡轮机连接到电力网上。该振动阻尼方法包括：基于发电机的感测到的旋转速度来确定发电机需求转矩；通过提供可变的转矩信号来用自适应共振阻尼器调制发电机需求转矩；检测至少一个参数所表示的电网状况；以及，根据至少一个电网参数所表示的电网状况来自动地调节自适应共振阻尼器的可变的转矩信号。在又一方面，提供一种具有连接到电力网的发电机的风力涡轮机，该风力涡轮机具有自适应共振阻尼系统。该共振阻尼系统包括自适应共振阻尼器，自适应共振阻尼器可操作以提供可变的转矩信号，以控制发电机产生的转矩，其中，根据至少一个电网参数表示的电网状况来自动地调节自适应共振阻尼器的可变的转矩信号。根据从属权利要求、描述和附图，本专利技术的另外的方面、优点与特征是显而易见的。附图说明在说明书的其余部分对本领域普通技术人员更具体地阐述了完整和能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书包括对附图的参照，其中：图1是示例性风力涡轮机的一部分的透视图；图2是适于用于图1中示出的风力涡轮机的示例性电气和控制系统的示意图；图3是根据实施例的共振阻尼控制系统的示意图；图4是根据实施例的另外的共振阻尼控制系统的示意图；图5是根据实施例的另外的共振阻尼控制系统的示意图；图6是根据实施例的共振阻尼器的示意图。部件列表100风力涡轮机；102机舱；103转子和传动系系统；104塔；106转子；108叶片；110毂；112低速轴；114变速箱；118发电机；120发电机定子；122发电机转子；200控制系统；202涡轮控制器；206同步开关；208定子总线；210功率转换组件；212转子总线；214变压器断路器；215信号处理块；216系统总线；218转子滤波器；219滤波器总线；220转子侧功率转换器；222线路侧功率转换器；223线路侧功率转换器总线；224线路滤波器；225线路总线；226线路接触器；228转换断路器；230转换断路器总线；232连接总线；234电功率主变压器；236发电机侧总线；238电网断路器；240断路器侧总线；242通过电网总线的配电网；244DC链路；246正轨；248负轨；250电容器；252电流传感器；254电流传感器；256电流传感器；262转换器控制器；264电流传感器；301气隙转矩；302旋转速度传感器；303测量发电机/转子速度；306速度和功率控制器；307转矩命令；310自适应共振阻尼器；314控制律计算选择；318电网强度估计器；322信号处理块；327电气时间常数；330信号发生器；332系统识别块。具体实施方式现在将详细参照各种实施例，在各图中示出了实施例的一个或多个示例。以解释而非限制的方式来提供各个示例。例如，示出或描述成一个实施例的一部分的特征可用于其它实施例上或与其它实施例结合起来使用，以产生又一个实施例。本公开意于包括这样的修改和变化。本文描述的实施例包括使得有效的共振阻尼成为可能的风力涡轮机系统。更具体而言，它们包括适于改变涡轮（一个或多个）连接到其上的电网的运行状况的风力涡轮机系统。本文描述的实施例包括电网自适应共振阻尼器。这个阻尼器是主涡轮控制器中的功能，其使用现代风力涡轮机的转矩控制能力，通过调节发送给电气系统和发电机的转矩命令来抑制涡轮的机械共振，诸如传动系振动、塔的左右振动或叶片沿边振动，所以其抑制振荡。此类共振阻尼的有效性基本是电网状况的函数。取决于电网特性，需要不同地设置这些阻尼器，以便实现最大性能，以及在艰难的情况下完全能工作。因此，根据实施例的自适应共振阻尼器根据电网状况来自动地调节它本身。这允许在广泛的电网状况范围内进行共振阻尼。由于根据实施例的阻尼系统和方法的自适应性质的原因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于风力涡轮机的共振阻尼系统，所述风力涡轮机具有连接到电力网的发电机，所述共振阻尼系统包括：自适应共振阻尼器，其可操作以对所述发电机提供控制信号，其中，根据表示电网状况的参数来自动地调节所述自适应共振阻尼器的可变的转矩信号。

【技术特征摘要】
2011.09.27 US 13/2459791.一种用于风力涡轮机的共振阻尼系统，所述风力涡轮机具有连接到电力网的发电机，所述共振阻尼系统包括：自适应共振阻尼器，其能够操作以对所述发电机提供控制信号，其中，根据表示电网状况的参数来自动地调节所述自适应共振阻尼器的可变的转矩信号。2.根据权利要求1所述的共振阻尼系统，其中，所述自适应共振阻尼器适于根据至少一个测量值来计算表示电网状况的参数。3.根据权利要求2所述的共振阻尼系统，其中，所述至少一个测量值是所述发电机的电压和/或电流。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的共振阻尼系统，其中，表示所述电网状况的所述电网参数是时间常数。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的共振阻尼系统，所述共振阻尼系统还包括：动态观测器，其适于比较测量值与内部模型，以及根据测量值与由所述模型预测的参数的差异来更新所述内部模型，以及其中，所述观测器进一步适于将所述内部模型的参数馈送到所述自适应共振阻尼器，以及其中，所述测量值包括：发电机速度；转子速度；用于所述发电机的转矩信号。6.根据权利要求5所述的共振阻尼系统，其中，所述动态观测器包括卡尔曼滤波器。7.根据权利要求1所述的共振阻尼系统，所述共振阻尼系统还包括：a）信号发生器；以及b）系统识别块；c）其中，对来自所述涡轮的主速度和功率控制器的所述转矩信号添加所述信号发生器产生的信号，以进行激励，以及其中，所述系统识别块然后比较所测量的对所述激励的响应与所述激励，并且计算模型的参数。8.根据权利要求7所述的共振阻尼系统，其中，所述信号为具有将被所述自适应共振阻尼器抑制的共振频率的谐波信号。9.一种用于风力涡轮机的振动阻尼方法，所述风力涡轮机具有安装在塔上且通过传动系耦合到发电机上的涡轮转子，所述风力涡轮机连接到电力网上，所述振动阻尼方法包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：A克尔伯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：