[發(fā)明專利]使用實時增益計算的風力渦輪機的控制

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780026695.2
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN109072875B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·D·格林內(nèi)特;T·克呂格爾;A·扎伊博;J·S·湯姆森
• 申請（專利權(quán)）人: 維斯塔斯風力系統(tǒng)集團公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;F03D7/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 李隆濤

一種風力渦輪機控制系統(tǒng)，包括：配置成輸出用于風力渦輪機的控制機構(gòu)的控制信號的至少一個控制模塊；以及用于計算與所述控制模塊相關(guān)聯(lián)的增益參數(shù)的增益計算器，其中所述增益參數(shù)基于計算機化的實時葉片模型計算，所述計算機化的實時葉片模型使用確定的風力渦輪機操作點作為輸入。所述葉片模型可以是葉片元件動量模型。另一方面，本發(fā)明可以被表述為一種控制風力渦輪機的控制機構(gòu)的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于控制風力渦輪機的機構(gòu)或致動系統(tǒng)的方法、一種相關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)并且還涉及一種配備有這種控制系統(tǒng)的風力渦輪機。

背景技術(shù)

現(xiàn)代公用事業(yè)規(guī)模的風力渦輪機被設(shè)計用于在各種風況下操作以便最大化從風的能量提取。為了實現(xiàn)該目的，風力渦輪機通常配備有葉片，葉片的槳距角可以通過葉片槳距控制系統(tǒng)來控制。通過使每個葉片圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)來控制葉片槳距，該旋轉(zhuǎn)改變?nèi)~片相對于迎面而來的風流的迎角。

槳距控制是高于額定風速的主要控制機制，其中風力渦輪機將傾向于滿載荷策略操作，該策略的目的是保持恒定的功率輸出。這可以通過控制葉片槳距角來實現(xiàn)，以確保由轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不會增加超過可允許的極限，例如由功率參考設(shè)定點確定的極限。

葉片槳距控制可以集體地和單獨地應用。例如，集體部件是其中所有葉片的槳距角同時改變的槳距調(diào)節(jié)，并且是用于調(diào)節(jié)由轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的主要控制動作。相反，單獨的槳距部件可以彼此獨立地調(diào)節(jié)所選葉片的槳距并且可以用于平衡施加在轉(zhuǎn)子軸上的載荷。

槳距控制系統(tǒng)的配置，特別是在控制系統(tǒng)中實施的各種控制器的環(huán)路增益，很大程度上由風力渦輪機的操作范圍確定。通常，在設(shè)計階段期間執(zhí)行建模以確定確保槳距控制系統(tǒng)能夠跨越風力渦輪機的大致上整個預測的操作范圍實現(xiàn)其期望的控制目的所需的增益。然而，該方法具有局限性，因為僅針對風力渦輪機的操作范圍的選定點模擬了環(huán)路增益。這可能降低系統(tǒng)在更不尋常或極端的操作條件期間控制轉(zhuǎn)子載荷的能力。

正是在這種背景下設(shè)計了本發(fā)明的各實施方式。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種風力渦輪機控制系統(tǒng)，其包括：配置成輸出用于風力渦輪機的控制機構(gòu)的控制信號的至少一個控制模塊；以及用于計算與所述控制模塊相關(guān)聯(lián)的增益參數(shù)的增益計算器，其中基于計算機化的實時葉片模型來計算增益參數(shù)，所述計算機化的實時葉片模型使用確定的風力渦輪機操作點作為輸入。葉片模型可以是葉片元件動量模型。

另一方面，本發(fā)明可以被表述為一種控制風力渦輪機的控制機構(gòu)的方法，該方法包括：確定至少一個增益參數(shù)，其中所述增益參數(shù)基于來自計算機化的實時葉片模型的輸出，所述計算機化的實時葉片模型使用至少一個測量的風力渦輪機操作點作為輸入；以及基于所確定的至少一個增益參數(shù)確定用于控制機構(gòu)的控制信號。

本發(fā)明還可以被認為存在于：一種風力渦輪機，其包括如上定義的控制系統(tǒng)；一種包括處理器、存儲器模塊和輸入/輸出系統(tǒng)的控制器，并且其中所述存儲器包括一組程序代碼指令，當由處理器執(zhí)行該程序代碼指令時，實施如上定義的方法；以及一種從通信網(wǎng)絡(luò)可下載和/或存儲在機器可讀介質(zhì)上的計算機程序制品，該計算機程序制品包括用于實施如上定義的方法的程序代碼指令。

在一個實施例中，增益參數(shù)是反饋控制模塊的一部分，并且所述增益參數(shù)是在反饋控制模塊中實施的控制律的控制項。盡管可以計算單個增益參數(shù)，但是本發(fā)明還可應用于包括與一個或多個控制模塊相關(guān)聯(lián)的多個增益模塊的實施例。

有利地，本發(fā)明提供了一種更靈活和響應更快的控制系統(tǒng)，即使那些風況超出通常預測的范圍，該控制系統(tǒng)也能夠適應變化的風況。由于控制器增益參數(shù)是實時計算的并且基于建模的葉片特征，因此葉片響應于控制變量(例如葉片槳距角)的變化的方式可以被調(diào)整為考慮風況的嚴重性。

所述增益參數(shù)或每個增益參數(shù)可以基于由計算機化的實時葉片模型計算的相應空氣動力學靈敏度值，其中該靈敏度值是力響應于控制變量的變化的靈敏度的指示。在這樣的實施例中，靈敏度值是以下組中的一個：