BR102013005519A2 - Metodos e sistemas para aliviar cargas em aerogeradores marinhos - Google Patents

Metodos e sistemas para aliviar cargas em aerogeradores marinhos Download PDF

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Abstract

Metodos e sistemas para aliviar cargas em aerogeradores marinhos. Métodos e sistemas para alivair cargas em aerogeradores marinhos. Em caso de mal funcionamento do sistema de medição de cargas, utilizam um dos seguintes vectores de ângulo de passagem para o cálculo do comando de ângulo de passagem de cada pá. O vector do ângulo de passagem que está sendo aplicado ao mesmo tempo em um aerogerador do parque eólico. Um valor médio dos vectores de ângulo de passagem que estão sendo aplicados ao mesmo tempo em um grupo de aerogeradores do parque eólico. O vector de ângulo de passagem resultante de uma lei de controlo, obtida a partir de registros históricos do aerogerador quando o sistema de medição de cargas funcionava correctamente, definindo o vector de ângulo de passagem como uma função de pelo menos a velocidade do vento v, se os anteriores vectores de ângulo de passagem não estão disponíveis.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: "MÉTODOS E SISTEMAS PARA ALIVIAR CARGAS EM AEROGERADORES MARINHOS".
CAMPO DA INVENÇÃO A invenção se refere a métodos e sistemas para aliviar as cargas geradas pelas assimetrias de vento em aerogeradores e, mais em particular, em aerogeradores marinhos.
ANTECEDENTES
Quando uma pá de aerogerador barre todo o “disco do rotor" experimenta mudanças na velocidade e direção do vento, como resultado da passagem do vento, a sombra da torre, o desalinhamento em desvio e a turbulência. À medida que os tamanhos dos rotores aumentam, relativamente aos tamanhos típicos dos remoinhos turbulentos, a importância das variações turbulentas da velocidade do vento através do disco do rotor se torna maior.
Estas variações resultam em uma grande componente das cargas da pá por cada volta, ou 1 P, juntamente com os harmônicos desta frequência, isto é, 2P, 3P, 4P e assim sucessivamente. Em um rotor de três pás, estas componentes de carga têm um desfase de 1200 entre as três pás, com o resultado de que o mancai do rotor e o resto da estrutura experimentarão os harmônicos de 3P, 6P, etc., mas a componente 1 P e os outros harmônicos tendem a anular-se.
Desta forma, esta anulação se baseia em suposições de estacionariedade e linearidade, mas quando os aerogeradores se tornam maiores relativamente às escalas de comprimento da turbulência, estas suposições resultam menos válidas.
Isto significa que as cargas assimétricas que resultam das componentes 1 P e os harmônicos já não se anulam e que as componentes de carga a estas frequências podem contribuir muito significativamente a cargas de fadiga no mancai do rotor, os eixos, as chumaceiras de guinada, a torre, etc.
Para reduzir esses efeitos prejudiciais, a técnica anterior ensina a utilização de um controle individual do ângulo de passagem adicionado ao controle coletivo do ângulo de passagem e também do controle do ângulo de guinada. Os comandos do ângulo de passagem e do ângulo de guinada para reduzir essas cargas assimétricas calculam-se utilizando medições dessas cargas ou das deslocações causadas por elas.
As componentes de carga 1P são particularmente significativas nos aerogeradores grandes, e, em princípio, deveria ser possível reduzi-los através da ação individual sobre o ângulo de passagem das pás na frequência 1P, com um desfase de 1200 entre as três pás.
Esta ação individual sobre o ângulo de passagem na frequência 1P pode ser calculada por um algoritmo de controle que utiliza, como entrada, as cargas da pá fora do plano.
Um exemplo desta técnica anterior pode-se encontrar em US 2006/002792 onde se descreve um método para reduzir as cargas e para proporcionar alinhamento em guinada em um aerogerador que inclui a medição de deslocações ou momentos resultantes de cargas assimétricas no aerogerador. Estes momentos ou deslocações medidos utilizam-se para determinar a contribuição do ângulo de passagem que tratará de reduzir ou paliar a carga assimétrica do rotor e conseguir um fácil alinhamento do sistema de orientação.
Se os dispositivos de medição dessas deslocações ou momentos falharem e, portanto, essa ação individual sobre o ângulo de passagem não possa ser implementada, a técnica anterior sugere a operação do aerogerador a um nível de produção menor para a redução da carga assimétrica do rotor até que a falha seja reparada.
No caso dos aerogeradores marinhos, a reparação dos aparelhos de medição se pode atrasar durante longos períodos de tempo o que envolve perdas importantes de produção.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO É um objetivo desta invenção proporcionar métodos e sistemas de controle para melhorar a produção de energia dos aerogeradores marinhos que têm um sistema individual de controle do ângulo de passagem para paliar cargas assimétricas do rotor quando falhar o sistema de medição de cargas utilizado por esse sistema individual de controle do ângulo de passagem. É outro objetivo da presente invenção proporcionar métodos e sistemas de controle para aliviar as cargas dos aerogeradores marinhos que têm um sistema individual de controle do ângulo de passagem para paliar cargas assimétricas do rotor quando falha o sistema de medição de cargas utilizado por esse sistema individual de controle do ângulo de passagem.
Em um aspeto, estes e outros objetivos conseguem-se com um método de controle que compreende a passagem de utilizar, em caso de mal funcionamento do sistema de medição de cargas, o seguinte vector de ângulo de passagem para o cálculo do comando de ângulo de passagem de cada pá: - o vector de ângulo de passagem que está sendo aplicado ao mesmo tempo em um aerogerador do parque eólico em que funciona correctamente o sistema de medição de cargas (preferentemente o aerogerador mais próximo) ou um valor médio dos vectores de ângulo de passagem que estão sendo aplicados ao mesmo tempo em um grupo de aerogeradores do parque eólico em que funciona correctamente o sistema de medição de cargas; - o vector de ângulo de passagem resultante de uma lei de controle, obtida a partir dos registos históricos do aerogerador quando o sistema de medição de cargas funcionava correctamente, definindo o vector de ângulo de passagem como uma função de pelo menos a velocidade do vento V, se os anteriores vectores de ângulo de passagem não estiverem disponíveis.
Em outro aspeto, os objetivos antes mencionados se conseguem com um sistema de controle que está disposto para realizar uma regulação do aerogerador de acordo com uma curva de potência predeterminada para velocidades de vento abaixo da velocidade de corte do vento Vout incluindo uma regulação individual do ângulo de passagem de cada baseada em um sistema de medição de cargas, em que o sistema de controle também está disposto para realizar uma regulação alternativa, em caso de mal funcionamento desse sistema de medição de cargas, de acordo com uma curva de potência alternativa, reduzindo a produção de energia relativamente à curva predeterminada de potência, e incluindo um controle individual alternativo do ângulo de passagem para paliar cargas assimétricas do rotor utilizando o seguinte vector de ângulo de passagem para o cálculo do comando de ângulo de passagem de cada pá: - o vector de ângulo de passagem aplicado ao mesmo tempo em um aerogerador do parque eólico em que funciona correctamente o sistema de medição de cargas (preferentemente o aerogerador mais próximo) ou um valor médio dos vectores de ângulo de passagem que se aplicam ao mesmo tempo em um grupo de aerogeradores do parque eólico em que funciona correctamente o sistema de medição de cargas; - o vector de ângulo de passagem resultante de uma lei de controle, obtida a partir dos registros históricos do aerogerador quando o sistema de medição de cargas funcionava correctamente, definindo o vector de ângulo de passagem como uma função de pelo menos a velocidade do vento V, se os anteriores vectores de ângulo de passagem não estão disponíveis: O vector de ângulo de passagem a ser aplicado em um aerogerador quando o seu sistema de medição de cargas falha pode ser obtido do controlador do parque eólico nos três casos mencionados, ou de outro aerogerador (se estiverem fornecidos de meios de comunicação) ou pode ser obtido no próprio aerogerador (no caso do vector de ângulo de passagem resultante de uma lei de controle).
Outras características desejáveis e vantagens desses métodos e sistemas de controle de aerogeradores marinhos se farão evidentes a partir da descrição posterior detalhada da invenção e das reivindicações anexas, em relação com as figuras anexas.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A Figura 1 é uma vista esquemática em secção lateral esquemática de um aerogerador. A Figura 2 mostra uma curva de potência típica de um aerogerador. A Figura 3 é um diagrama que mostra o comando do ângulo de passagem da regulação coletiva do ângulo de passagem e o comando do ângulo de passagem que resulta da adição de uma regulação cíclica em uma revolução de uma pá de aerogerador. A Figura 4 mostra as curvas de potência que se utilizam na regulação do aerogerador nos três estados considerados nesta invenção.
As Figuras 5a e 5b mostram uma lei de controle de um controle individual do ângulo de passagem de acordo com a presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Um aerogerador marinho convencional 11 de um parque eólico compreende uma torre 13 suportando uma gôndola 21 que alberga um gerador 19 para converter a energia rotacional do rotor do aerogerador em energia 15 elétrica. O rotor do aerogerador compreende um mancai de rotor 15 e, normalmente, três pás 17. O mancai do rotor 15 está conectado quer directamente o através de uma multiplicadora ao gerador 19 do aerogerador para transferir o par gerado pelo rotor 15 ao gerador 19 aumentando a velocidade do eixo a fim de alcançar uma velocidade rotacional apropriada do rotor do gerador. A energia produzida pelo aerogerador está controlada normalmente através de um sistema de controle para regular o ângulo de passagem das pás do rotor e o par motor do gerador. A velocidade rotacional do rotor e a produção de energia de um aerogerador podem ser assim controladas inicialmente.
Abaixo da velocidade de corte Vou1 o sistema de controle do aerogerador está disposto para regular a produção de energia segundo uma curva que define a relação funcional desejada entre potência e velocidade para alcançar uma produção ideal. Uma curva desse tipo é a curva 25 da Figura 2 que mostra que a produção de energia P aumenta de uma mínima velocidade do vento Vmin até a velocidade nominal do vento Vn e então permanece constante no valor nominal de produção de energia até a velocidade de corte do vento V0Ílt em que decresce até O.
Para implementar essa regulação uma unidade de controle recebe dados de entrada como a velocidade do vento V, a velocidade do gerador Ω, o ângulo de passagem de Ias pás Θ, a produção de energia P desde dispositivos de medida bem conhecidos e envia dados de saída a, respectivamente, o sistema atuador do ângulo de passagem das pás para mudar a posição angular das pás 17 e a uma unidade de comando do gerador para mudar a referência para a produção de energia. O sistema de controle também está disposto para aplicar um controle individual do ângulo de passagem de cada pá para reduzir as cargas assimétricas que se calcula utilizando os dados proporcionados por um sistema de medição de cargas. Este ângulo de passagem individual se sobrepõe ao ângulo de passagem coletivo utilizado para a regulação da produção de energia segundo a curva de potência 25 da Figura 2.
Na Figura 3, a linha 31 representa o comando coletivo do ângulo de passagem que se aplica a todas as pás, isto é, um ângulo de passagem constante ao longo de uma revolução da pá, e a linha 33 representa o comando de ângulo de passagem aplicado a uma pá ao longo de uma revolução da pá 20 resultante de adicionar um comando individual do ângulo de passagem ao comando coletivo do ângulo de passagem. O comando individual do ângulo de passagem que se proporciona a cada pá se gera como segue: - três sinais B1t B2, B3 dos momentos de flexão fora do plano das 25 pás (derivadas dos sinais de batimento e arraste que provêm do sistema de medição de cargas) se transformam em dois momentos ortogonaís My e Mz utilizando a transformação de Park . - Um controlador para cada eixo gera as contribuições de ângulo de passagem Z- Ângulo de passagem e Y-Ângulo de passagem para reduzir ou paliar as cargas assimétricas do rotor. - Um vector de ângulo de passagem, definido por um módulo M e um argumento A, calcula-se utilizando as equações M = (Z-Ângulo de passagem2 + Y-Ângulo de passagem2)1/2, A=atan(Z-Ângulo de passagem/Y-Ângulo de passagem). - O vector de ângulo de passagem é utilizado pelo sistema de controle para calcular o comando individual de ângulo de passagem que se deve aplicar a cada pá, mediante, em primeiro lugar, uma conversão em duas referências ortogonaís do ângulo de passagem utilizando as equações Z-Ângulo de passagem = Msen(A), Y- Ângulo de passagem = Mcos(A) e, a seguir, a geração dos comandos individuais de ângulo de passagem utilizando a inversa da transformação de Park e o ângulo de acimut do rotor.
Quando falha o sistema de medição de cargas de um aerogerador e consequentemente não se pode gerar um comando individual de ângulo de passagem para cada pá, a invenção propõe utilizar o seguinte vector de ângulo de passagem para obter os comandos individuais de ângulo de passagem a ser aplicados em cada pá: - em primeiro lugar, o vector de ângulo de passagem que está sendo aplicado ao mesmo tempo em um aerogerador do parque eólico em que funciona correctamente o sistema de medição de cargas ou um valor médio do vector de ângulo de passagem que está sendo aplicado ao mesmo tempo em um grupo de aerogeradores do parque eólico em que funciona correctamente o sistema de medição de cargas; - em segundo lugar (se algum dos anteriores vectores de ângulo de passagem está disponível), o vector de ângulo de passagem resultante de uma lei de controle que define o vector de ângulo de passagem em função de pelo menos a velocidade do vento baseada em registros históricos do aerogerador quando o sistema de medição de cargas funcionava correctamente. A maior estabilidade das condições ambientais de um parque eólico marinho que em um parque eólico terrestre permite a utilização desses vectores alternativos de ângulo de passagem alternativos para evitar perdas de produção de energia quando o sistema de medição de cargas do aerogerador está danificado.
Em qualquer caso, quando se utiliza quaisquer desses vectores alternativos de ângulo de passagem deverá regular-se o aerogerador seguindo uma curva sub-ótima de produção de energia para evitar riscos. A Figura 4 mostra as curvas de potência 25, 25', 25" que se utilizam, respectivamente, em um estado normal do aerogerador, em um estado sem controle individual do ângulo de passagem individual devido ao mal funcionamento do sistema de medição de cargas, e em um estado com um controle individual alternativo do ângulo de passagem de acordo com a presente invenção.
Na primeira alternativa mencionada anteriormente, as opções preferidas são o vector de ângulo de passagem que se utiliza no aerogerador mais próximo e a média dos vectores de ângulo de passagem que se utilizam no parque eólico. No primeiro caso, o aerogerador pode receber o vector de ângulo de passagem directamente do aerogerador mais próximo se têm meios de comunicação ou a partir do controlador do parque eólico em caso contrário.
No segundo caso, o aerogerador recebe o vector de ângulo de passagem desde o controlador do parque eólico.
Na segunda alternativa mencionada anteriormente, que se escolhe quando não se pode implementar a primeira alternativa devido a, por exemplo, problemas de comunicação com o controlador do parque eólico, se utiliza uma lei de controle, que se obtém a partir de dados históricos do próprio aerogerador quando o sistema de medição de cargas funcionava correctamente e se armazena nos meios de armazenamento do sistema de controle do aerogerador.
Essa lei de controle pode ser uma lei de uma só variável como a lei de controle mostrada nas Figuras 5a e 5b, onde o módulo Meo ângulo A do vector de ângulo de passagem a utilizar dependem apenas da velocidade do vento V ou uma lei multi-variável, por exemplo uma lei de controle em que o módulo Meo ângulo A do vector de ângulo de passagem dependem da velocidade do vento, da direção do vento, da posição de guinada, da passagem do vento e do mesmo período do ano, isto é, a lei estará integrada por curvas diferentes para diferentes cenários de trabalho.
As curvas das Figuras 5a e 5b são equações polinómicas de segundo grau obtidas a partir de um conjunto de dados obtidos em uma simulação do comportamento de um aerogerador marinho com um fator de correlação próximo a 1 pelo que se pode supor que o vector de ângulo de passagem utilizado pelo sistema de controle do aerogerador quando o sistema de medição de cargas funcionava correctamente pode ser representado pelas leis de controle antes mencionadas. A implementação de controle individual alternativo do ângulo de passagem de acordo com esta invenção realiza-se no controlador convencional do aerogerador incluindo a contribuição individual do ângulo de passagem após da qual é calculado o comando coletivo do ângulo de passagem pelo controlador. O ângulo de passagem coletivo continua a ser a referência standard do ângulo de passagem para o controlador relativamente aos alarmes e às referências operativas.
As principais vantagens do controle individual do ângulo de passagem acordo com a presente invenção são as seguintes: - Pode ser implementado facilmente nos aerogeradores marinhos já em operação com sistemas individuais de atuação do ângulo de passagem. - Pode melhorar a produção de energia dos aerogeradores marinhos em torno de 10% quando os seus sistemas de medição de cargas estão danificados.

Claims (11)

1. Método de controle de um aerogerador pertencente a um parque eólico marinho que têm um sistema individual de controle do ângulo de passagem para paliar cargas assimétricas baseado em um sistema de medição de cargas, caracterizado porque compreende a passagem de utilizar, em caso de mal funcionamento do sistema de medição de cargas, o seguinte vector de ângulo de passagem para o cálculo do comando de ângulo de passagem de cada pá: - o vector de ângulo de passagem que está sendo aplicado ao mesmo tempo em um aerogerador do parque eólico em que funciona correctamente o sistema de medição de cargas ou um valor médio dos vectores de ângulo de passagem que estão sendo aplicados ao mesmo tempo em um grupo de aerogeradores do parque eólico em que funciona correctamente o sistema de medição de cargas; - o vector de ângulo de passagem resultante de uma lei de controle, obtida a partir de registros históricos do aerogerador quando o sistema de medição de cargas funcionava correctamente, definindo o vector de ângulo de passagem como uma função de, pelo menos, a velocidade do vento V, se os anteriores vectores de ângulo de passagem não estão disponíveis.
2. Método de controle de um aerogerador de acorco com a reivindicação 1, caracterizado por que o vector de ângulo de passagem utilizado o aerogerador é o vector de ângulo de passagem que esta sendo aplicado no aerogerador mais próximo.
3. Método de controle de um aerogerador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que essa lei de controle é uma função da velocidade do vento e uma ou mais das seguintes variáveis: - a direção do vento; - a passagem do vento; - a posição de guinada; - o período do ano.
4. Sistema de controle de um aerogerador pertencente a um parque eólico marinho: - estando conectado o sistema de controle a um sistema de medição de cargas e a dispositivos de medida de, pelo menos, a velocidade do vento V, a direção do vento, o ângulo de passagem Θ, a posição do acimut Ψ de cada pá; - estando conectado o sistema de controle a, pelo menos, os atuadores de controle individual do ângulo de passagem das pás e ao atuador de controle do par motor; - tendo o sistema de controle meios de comunicação com o controlador do parque eólico; - estando disposto o sistema de controle para realizar uma regulação do aerogerador de acordo com uma curva de potência predeterminada (25) para velocidades de vento abaixo da velocidade de corte do vento Vout incluindo uma regulação individual do ângulo de passagem de cada pá baseada em um sistema de medição de cargas; caracterizado porque o sistema de controle também está disposto para realizar uma regulação alternativa, em caso de mal funcionamento desse sistema de medição de cargas, de acordo com uma curva de potência alternativa (25"), reduzindo a produção de energia relativamente à curva predeterminada de potência (25), e incluindo um controle individual alternativo do ângulo de passagem para paliar cargas assimétricas do rotor utilizando o seguinte vector de ângulo de passagem para o cálculo do comando de ângulo de passagem de cada pá: - o vector de ângulo de passagem que está sendo aplicado ao mesmo tempo em um aerogerador do parque eólico em que funciona correctamente o sistema de medição de cargas ou um valor médio dos vectores de ângulo de passagem que estão sendo aplicados ao mesmo tempo em um grupo de aerogeradores do parque eólico em que funciona correctamente o sistema de medição de cargas; - o vector de ângulo de passagem resultante de uma lei de controle, obtida a partir de registros históricos do aerogerador quando o sistema de medição de cargas funcionava correctamente, definindo o vector de ângulo de passagem como uma função de pelo menos a velocidade do vento V, se os anteriores vectores de ângulo de passagem não estão disponíveis.
5. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por que o vector de ângulo de passagem utilizado no aerogerador é o vector de ângulo de passagem que está sendo aplicado no aerogerador mais próximo, que se recebe a partir do controlador do parque eólico.
6. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por que o vector de ângulo de passagem utilizado no aerogerador é o valor médio dos vectores de ângulo de passagem que estão sendo aplicados ao mesmo tempo em um grupo de aerogeradores do parque eólico que se recebe a partir do controlador do parque eólico.
7. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por que compreende ainda meios diretos de comunicação com todos os aerogeradores pertencentes ao parque eólico em que o vector de ângulo de passagem utilizado no aerogerador é o vector de ângulo de passagem que está sendo aplicado no aerogerador mais próximo, que se recebe a partir dele.
8. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por que essa lei de controle está armazenada no controlador do parque eólico.
9. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por que essa lei de controle está armazenada nos meios de armazenamento do sistema de controle.
10. Sistema de controle de acorco com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado por que essa lei de controle é uma função da velocidade do vento e uma ou mais das seguintes variáveis: - a direção do vento; - a passagem do vento; - a posição de guinada; - o período do ano.
11. Aerogerador marinho caracterizado por que compreende um sistema de controle segundo qualquer uma das reivindicações 4-10.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA99876C2 (ru) * 2011-05-19 2012-10-10 Мита-Текник А/С Способ управления ориентацией ветрового генератора и ветровой генератор
CN103742362B (zh) * 2014-01-15 2017-03-01 北京金风科创风电设备有限公司 直驱永磁风力发电机组的独立变桨控制系统及方法
ES2937262T3 (es) * 2014-06-20 2023-03-27 Mita Teknik As Sistema de control dinámico de inclinación
DK179221B1 (en) * 2016-03-18 2018-02-12 Mita Teknik As High Yaw Error and Gust Ride Through
DE102017009838A1 (de) * 2017-10-23 2019-04-25 Senvion Gmbh Steuerungssystem und Verfahren zum Betreiben mehrerer Windenergieanlagen
US11698052B2 (en) * 2020-02-06 2023-07-11 General Electric Company Pitch control of a wind turbine based position data from position localization sensors

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2803854B1 (en) * 2003-09-10 2016-01-06 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, Ltd. Blade-pitch-angle control device and wind power generator
JP4468751B2 (ja) * 2004-06-30 2010-05-26 富士重工業株式会社 水平軸風車およびその待機方法
US7118339B2 (en) * 2004-06-30 2006-10-10 General Electric Company Methods and apparatus for reduction of asymmetric rotor loads in wind turbines
US7677075B2 (en) * 2006-09-29 2010-03-16 General Electric Company Methods and apparatus for evaluating sensors and/or for controlling operation of an apparatus that includes a sensor
EP2191131B1 (en) * 2007-08-31 2017-12-20 Vestas Wind Systems A/S Method for controlling at least one adjustment mechanism of a wind turbine, a wind turbine and a wind park
US8805595B2 (en) * 2008-01-17 2014-08-12 General Electric Company Wind turbine arranged for independent operation of its components and related method and computer program
EP2263126B1 (en) * 2008-03-07 2014-10-29 Vestas Wind Systems A/S A control system and a method for controlling a wind turbine
US7962246B2 (en) * 2009-06-22 2011-06-14 General Electric Company Method and apparatus for operating a wind turbine during a loss of communication
US8043054B2 (en) * 2010-08-25 2011-10-25 General Electric Company Method and system for monitoring wind turbine
US8202049B2 (en) * 2010-08-31 2012-06-19 Catch the Wind, Inc. Independent blade pitch control
US8112252B2 (en) * 2010-10-29 2012-02-07 General Electric Company Control system and methods of verifying operation of at least one wind turbine sensor
US20110074155A1 (en) * 2010-12-03 2011-03-31 Scholte-Wassink Harmut Floating offshore wind farm, a floating offshore wind turbine and a method for positioning a floating offshore wind turbine
US9109577B2 (en) * 2011-03-02 2015-08-18 General Electric Company Method and system for operating a wind turbine
US20120027589A1 (en) * 2011-05-26 2012-02-02 Christian Haag Method and apparatus for control of asymmetric loading of a wind turbine

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