[發(fā)明專利]基于操作軌跡驗(yàn)證的風(fēng)力渦輪機(jī)的控制手段

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580049333.6
• 申請日: 2015-08-14
• 公開（公告）號: CN107076113B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: K·哈默魯姆;T·G·霍夫高;D·斯蒂爾
• 申請（專利權(quán)）人: 維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D7/04
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 李隆濤

本發(fā)明涉及基于預(yù)測的操作軌跡對風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行控制。描述了如下用于風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)：其中，主控制器計算一個或多個預(yù)測的操作軌跡，安全性控制器對一個或多個預(yù)測的操作軌跡中的至少一者進(jìn)行驗(yàn)證。如果驗(yàn)證成立，則控制系統(tǒng)利用預(yù)測的控制軌跡控制風(fēng)力渦輪機(jī)；如果驗(yàn)證不成立，則控制系統(tǒng)利用安全模式控制軌跡控制風(fēng)力渦輪機(jī)。在實(shí)施例中，主控制器體現(xiàn)為滾動時域控制器，例如，呈模型預(yù)測控制器(MPC)的形式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于操作軌跡驗(yàn)證的風(fēng)力渦輪機(jī)的控制手段。

背景技術(shù)

通常，運(yùn)營風(fēng)力渦輪機(jī)或風(fēng)力渦輪機(jī)場的目的在于，使投入的資金獲得最大的收益；因此，風(fēng)力渦輪機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)造成：在保持風(fēng)力渦輪機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)極限內(nèi)的前提下，使輸出功率最大化，即，使風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以便從可利用的風(fēng)能中獲得最大的能量。

在將風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計成考慮到多種變化的條件(風(fēng)力渦輪機(jī)就是在這些條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的)的同時，風(fēng)力渦輪機(jī)通常還包括安全系統(tǒng)。安全系統(tǒng)的目的在于，在發(fā)生無法預(yù)料的狀況、部件故障或其他問題的情況下，保持結(jié)構(gòu)的完整性，因?yàn)樵谶@些情況下可能要求渦輪機(jī)在可控的安全模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，所述安全模式是指降低產(chǎn)能的模式或者將渦輪機(jī)關(guān)停。

現(xiàn)有的風(fēng)力渦輪機(jī)安全系統(tǒng)以渦輪機(jī)狀態(tài)的小子集的測量值(例如，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、塔頂加速度和載荷測量值等)為基礎(chǔ)。安全系統(tǒng)通常將測量值與被認(rèn)為是安全的預(yù)定極限值進(jìn)行比較。如果超出了預(yù)定極限值，則風(fēng)力渦輪機(jī)關(guān)停或者以降低產(chǎn)能的模式運(yùn)轉(zhuǎn)。結(jié)果，僅當(dāng)故障或極端狀況已發(fā)展到超出了預(yù)定的物理或機(jī)械極限的程度時，現(xiàn)有的安全系統(tǒng)才做出反應(yīng)。這樣就產(chǎn)生了增大結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的內(nèi)在需求，以適應(yīng)由于這么晚地檢測到故障情況而引起的載荷。

在不同的方案中，風(fēng)力渦輪機(jī)可以從多個傳感器獲得數(shù)據(jù)，并使用這些數(shù)據(jù)來預(yù)測渦輪機(jī)是否即將超出預(yù)定的結(jié)構(gòu)極限。然而，由于與安全相關(guān)的設(shè)備需要通過適于安全使用的認(rèn)證，所以這種設(shè)備比較昂貴。此外，預(yù)測算法比較復(fù)雜，并且需要高性能計算設(shè)備。因此，安全系統(tǒng)的計算任務(wù)的復(fù)雜性受限。

本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)意識到，需要有安全地操作風(fēng)力渦輪機(jī)的其他方法。

發(fā)明內(nèi)容

有益的是，獲得如下所述的用于風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)：該控制系統(tǒng)能夠預(yù)測風(fēng)力渦輪機(jī)是否即將超出常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)極限地運(yùn)轉(zhuǎn)，并以安全的方式對這種預(yù)測結(jié)果采取適當(dāng)?shù)拇胧４送猓幸娴氖谦@得如下所述的控制系統(tǒng)：該控制系統(tǒng)能夠以有限的安全認(rèn)證計算能力并以安全的方式處理風(fēng)力渦輪機(jī)的預(yù)計運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

因此，根據(jù)第一方面，提供一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)，包括：

主控制器，其設(shè)置成用于計算一個或多個預(yù)測的操作軌跡，一個或多個預(yù)測的操作軌跡包括預(yù)測的控制軌跡，其中，軌跡包括至少一個變量的時間序列；

安全性控制器，其設(shè)置成用于接收一個或多個預(yù)測的操作軌跡，并根據(jù)至少一個驗(yàn)證程序，對用作未來時間段的成立的操作軌跡的至少一個預(yù)測的操作軌跡進(jìn)行驗(yàn)證，以確定操作軌跡成立或不成立；

其中，如果驗(yàn)證成立，則控制系統(tǒng)利用預(yù)測的控制軌跡來控制風(fēng)力渦輪機(jī)；如果驗(yàn)證不成立，則控制系統(tǒng)利用安全模式控制軌跡來控制風(fēng)力渦輪機(jī)。

因此，本發(fā)明涉及基于預(yù)測的操作軌跡對風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行控制的手段。提供一種控制系統(tǒng)，其中，主控制器計算一個或多個預(yù)測的操作軌跡，并且安全性控制器對一個或多個預(yù)測的操作軌跡中的至少一者進(jìn)行驗(yàn)證。如果驗(yàn)證成立，則控制系統(tǒng)利用預(yù)測的控制軌跡來控制風(fēng)力渦輪機(jī)；如果驗(yàn)證不成立，則控制系統(tǒng)利用安全模式控制軌跡來控制風(fēng)力渦輪機(jī)。

在本發(fā)明中，基于計算出的操作軌跡(包括控制軌跡)操作渦輪機(jī)。軌跡是關(guān)于特定時間段的變量的時間序列，其中包括關(guān)于與該變量相關(guān)的操作參數(shù)的下一個變量值以及關(guān)于特定參數(shù)的預(yù)定數(shù)量的未來變量值。例如，控制軌跡可以是槳距軌跡，其中包括下一條槳距指令以及預(yù)定數(shù)量的未來槳距指令。