[發明專利]可變速度風力渦輪機、諧振控制系統、運行可變速度風力渦輪機的方法、可變速度風力渦輪機中方法的使用以及諧振控制系統的使用

有效

• 申請號: 200880022906.6
• 申請日: 2008-05-30
• 公開（公告）號: CN101688518A
• 公開（公告）日: 2010-03-31
• 發明（設計）人: G·K·安德森;K·B·拉森;F·B·本迪克森
• 申請（專利權）人: 維斯塔斯風力系統有限公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 楊曉光;郭曉華

技術領域

本發明涉及可變速度風力渦輪機、諧振控制系統、運行可變速度風力 渦輪機的方法、可變速度風力渦輪機中方法的使用以及諧振控制系統的使 用。

背景技術

一般而言，風力渦輪機將風力中的能量轉換為供給市電網的電能。

由于作用在風力渦輪機轉子上的風在風力渦輪機的傳動系(drive train)中產生旋轉轉矩，且風力渦輪機的轉子受到例如由于風切變、交變 的平均風速、波動的風、湍流等等引起的變化的風力情況的影響，傳動系 的旋轉速度相應地變化，因此，發電機的旋轉速度也相應地變化。這又對 風力渦輪發電機產生的電力品質產生影響。另外，變化的旋轉速度可在傳 動系中產生變化的機械轉矩，其可對傳動系的機械部件具有疲勞影響。

美國專利申請2006/0066111公開了一種風力渦輪機振動阻尼系統，基 于關于發電機旋轉速度的信息，其對由風力渦輪發電機產生的傳動系中的 轉矩進行控制。

與此系統有關的一個問題在于，希望阻尼的風力渦輪機的頻率基于表 示發電機旋轉速度的采樣信號的傅里葉變換來計算。與此問題有關的問題 在于，連續傅里葉變化和計算耗時良多并占據風力渦輪機控制器的計算能 力，由于時間延遲，阻尼的準確度因此減弱。

本發明的目的在于提供一種沒有上面提到的缺點的阻尼風力渦輪機傳 動系中變化的旋轉振動的有利方法。

發明內容

本發明提供了一種連接到市電網的可變速度風力渦輪機，包含：

-轉子，其包含至少一個葉片，

-傳動系，其連接到所述轉子，所述傳動系包含至少一個發電機以及至 少一個齒輪箱的選擇，

-測量裝置，其建立傳動系的至少一個旋轉速度信號，

-至少一個風力渦輪機功率控制器，其連接到所述至少一個發電機和所 述市電網。

所述風力渦輪機還包含至少一個諧振控制裝置，該裝置響應于所述至 少一個旋轉速度信號修改功率基準值。

響應于至少一個旋轉速度信號修改功率基準值是有利的，因為影響例 如風力渦輪發電機旋轉速度的風力渦輪機的機械系統中的振動能受到阻 尼，進一步確保風力渦輪機部件上的負載能被最小化。

通過使用諧振控制裝置，甚至進一步確保了僅僅具有特定頻率的振動 能被選擇，確保了例如傳動系諧振頻率上的振動可被控制以及阻尼。

通過修改功率基準值，甚至進一步確保了風力渦輪機控制系統的帶寬 不依賴于諧振控制裝置的帶寬，并能實現更為快速且更為準確的傳動系振 動補償，這是因為例如內部電流/轉矩控制環和外部功率控制環的不同帶 寬。

在本發明一實施形態中，所述諧振控制裝置包含一個或多于一個的 PID控制器，例如一個或多于一個的諧振PID控制器。通過使用PID控制 器，確保了使用公知且可靠的控制器技術，確保了獲得諧振控制裝置的希 望的特性。另外，通過使用諧振控制器，進一步確保了可為阻尼以及控制 選擇特定的頻率，例如傳動系諧振頻率。

在本發明另一實施形態中，所述諧振控制裝置在傳動系的一個諧振頻 率上具有相對較高的增益。由此，確保了在所述一個諧振頻率上所述至少 一個旋轉速度信號中即使是小的響應或變化導致反饋信號的高的值，由此 產生所述功率基準值的修改，其又導致所述變化的非常有效的控制和/或阻 尼。

在本發明另一實施形態中，所述諧振控制裝置的帶寬可通過改變所述 諧振控制裝置的至少一個運行參數來改變。設置所述諧振控制裝置的運行 參數確保了所述諧振控制裝置具有相對較高增益的頻率范圍能受到控制， 且諧振控制裝置能對更為接近的頻率產生有效的響應。通過在運行中改變 所述運行參數中的至少一個，進一步確保了如果例如諧振控制裝置基本調 諧到例如傳動系本征頻率，運行過程中例如由于溫度變化引起的傳動系實 際本征頻率中的變化可被補償，且所述變化因此僅僅對控制裝置具有微小 的影響，從而產生有效的響應。

在本發明的另一實施形態中，一個諧振頻率上所述諧振控制裝置的增 益可通過改變所述諧振控制裝置的至少一個運行參數來改變，例如在DC 頻率上。由此，確保了諧振頻率修改一個功率基準值的水平可受到控制， 且例如傳動系振蕩阻尼的有效性可得到控制。

在本發明另一實施形態中，在傳動系的一個諧振頻率上，所述諧振控 制裝置的相移基本為零。由此，確保了獲得在一個諧振頻率上對一個旋轉 速度信號的準確的無延遲的響應，且進一步的相位信號處理是不必要的。