CN104976056B - 用于风力涡轮的推力速度控制的系统和方法 - Google Patents

用于风力涡轮的推力速度控制的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104976056B
CN104976056B CN201510174073.7A CN201510174073A CN104976056B CN 104976056 B CN104976056 B CN 104976056B CN 201510174073 A CN201510174073 A CN 201510174073A CN 104976056 B CN104976056 B CN 104976056B
Authority
CN
China
Prior art keywords
thrust
speed
point
wind turbine
actual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510174073.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104976056A (zh
Inventor
R.P.斯莱克
B.S.盖尔伯
T.F.珀利
B.A.莫夫西乔夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Renovables Espana SL
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN104976056A publication Critical patent/CN104976056A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104976056B publication Critical patent/CN104976056B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0276—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling rotor speed, e.g. variable speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/028—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/043—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/043—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic
    • F03D7/045—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic with model-based controls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/70—Bearing or lubricating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/101—Purpose of the control system to control rotational speed (n)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/327—Rotor or generator speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/331—Mechanical loads
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明涉及用于风力涡轮的推力速度控制的系统和方法。具体而言，本主题涉及一种用于动态地控制风力涡轮的系统和方法。该方法包括基于推力设置点和速度设置点来操作风力涡轮。下一个步骤包括确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的实际速度的期望变化。该方法还包括确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的推力的期望变化。接下来，该方法确定实现速度的期望变化和推力的期望变化的至少一个参数设置点，和基于参数设置点来控制风力涡轮，以便将风力涡轮的实际推力和实际速度维持在推力设置点和速度设置点的一定公差内，从而调节作用在风力涡轮上的负载，同时保持最佳或接近最佳的功率输出。

Description

用于风力涡轮的推力速度控制的系统和方法
技术领域
本发明大体上涉及风力涡轮，并且更具体地涉及用于风力涡轮的推力速度控制的系统和方法。
背景技术
风力认作是当前可用的最清洁最环境友好的能源中的一种，且风力涡轮在此方面获得了增长的关注。现代风力涡轮通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱(nacelle)和转子。转子通常包括具有附接到其的一个或更多个转子叶片的可旋转的毂。桨距轴承通常构造成能够在毂与转子叶片的叶片根部之间操作，以允许围绕桨距轴线旋转。转子叶片使用已知的翼型件原理获得风的动能。转子叶片以旋转能形式传送动能，以便转动将转子叶片联接到齿轮箱(或如果未使用齿轮箱，则直接联接到发电机)的轴。发电机然后将机械能转换成电能，电能可调度至公用电网。
可由风力涡轮产生的功率量通常受到独立的风力涡轮构件的结构限制约束。能够从风获得的功率与转子的面积和转子直径的平方成比例。因此，在不同风速下产生的功率量可通过增大风力涡轮的转子的直径而显著更高。然而，转子尺寸的此种增大还增大了机械负载和材料成本，这可能不是与能量产生成比例的增大。此外，尽管其有助于控制功率和转子速度，但来自转子上的风的推力以及推力的任何不对称真实地驱使许多支配性的疲劳负载。如本文使用的用语“推力”、“推力值”、“推力参数”或类似用语意在涵盖由风引起的且沿风的总体方向作用于风力涡轮上的力。推力来自风穿过风力涡轮且减慢时的压力变化。此外，如本文使用的用语“推力”、“推力值”、“推力参数”或类似用语可来描述对控制方法的输入、在所关心的操作范围中的与推力成正比地变化的值(例如，独立或平均的平面外叶片或翼面方向弯曲、塔架弯曲、或塔架顶部加速)，或基于以上量的任何组合或利用其他标准测量量如风速、速度或机械功率的推力估值。用语“推力”、“推力值”、“推力参数”或类似用语还可描述将来的推力的前瞻性估值，例如，如由测量转子平面的逆风风速的传感器确定。
风力行业的近期发展已带来了机械负载减小控制的新方法，其允许在材料成本的小于成比例增加的情况下使用较大的转子直径。例如，一些现代风力涡轮可实施驱动系和塔架阻尼器来减小负载。此外，现代风力涡轮可利用独立和共同的叶片桨距控制机构来减小疲劳和极端负载，从而允许转子直径与结构负载之间的更高比率，同时还降低能量成本。
其他附加风力涡轮已使用推力的局部控制，如，仅在峰值推力区中的“峰值削除(peak shavers)”、“推力限幅(thrust clippers)”和/或“推力控制”。此种控制技术在某些情况下可实施对细桨距设置的限制，或其他变型，但不采用推力上的全闭环控制。尽管推力与风力涡轮的功率和速度有关，但推力不与任一者同义或线性地成比例。因此，在一些操作范围中，可能通过利用小于功率的比例效应的控制来改变作用在风力涡轮上的推力，或反之亦然。此外，可能在一些区中几乎独立地控制速度和推力(例如，当考虑与平均值的动态偏离而不是长期平均值时)，然而当前的控制技术不以此方式控制速度和推力。此外，许多现代控制技术在试图在某些情况下保持恒定功率输出时不解决推力控制和/或甚至加强了推力变化。
因此，解决上述问题的系统和方法在本技术中将是受欢迎的。例如，包括推力速度控制来在给定结构质量和/或能量产生下增大转子直径同时还减小作用于涡轮上的负载的系统和方法将是有利的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或可从描述中为清楚的，或可通过本发明的实践来认识到。
一方面，本主题涉及一种用于动态地控制风力涡轮的方法。该方法包括基于推力设置点和速度设置点来操作风力涡轮。下一个步骤包括通过处理器确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的实际速度的期望变化。该方法还包括通过处理器确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的实际推力的期望变化。接下来，该方法确定实现速度的期望变化和推力的期望变化的至少一个参数设置点，并且基于参数设置点来控制风力涡轮，以便将风力涡轮的实际推力和实际速度维持在推力设置点和速度设置点的一定容限内，从而调节作用在风力涡轮上的负载。
在一个实施例中，瞬时操作点包括以下中的至少一者：风速、桨距角、发电机速度、功率输出、转矩输出、末梢速度比、转子速度、功率系数、转矩系数、推力系数、推力、推力响应、叶片弯矩、轴弯矩、塔架弯矩、速度响应等。在另一个实施例中，该方法还可包括基于瞬时操作点来调整推力设置点或速度设置点中的至少一者。在附加实施例中，当风速高于额定速度时，根据过滤或未过滤的功率输出来调整推力设置点。此外，当风速低于额定风速时，根据过滤或未过滤的桨距角来调整推力设置点。此外，风速处于或接近额定风速时，基于风力涡轮的最大设计推力来调整推力设置点。
在另一个实施例中，该方法还可包括以下步骤：基于实际功率与功率设置点之间的差异来确定功率输出的期望变化，和基于实际桨距与最佳细桨距之间的差异来确定桨距角的期望变化。在其他附加实施例中，风力涡轮的实际速度的变化可通过以下确定：确定风力涡轮的实际速度或测得速度，和确定速度设置点与实际速度之间的差异。在各种实施例中，实际速度可反映发电机速度、转子速度、末梢速度比等。
在附加实施例中，风力涡轮的实际推力的期望变化可通过以下确定：确定风力涡轮的实际或测得推力，和确定推力设置点与实际推力之间的差异。此外，实际推力可通过利用以下中的至少一者来确定：一个或更多个传感器、多个方程、一个或更多个空气动力性能映射，或一个或更多个查找表。
在另一个实施例中，确定参数设置点的步骤还可包括使用多变量控制或多对象优化函数。更具体而言，多变量控制可包括成本函数、损失函数、传递函数等中的至少一者。
在又一些实施例中，该方法还可包括通过计算推力或速度关于操作点和一个或更多个控制促动的至少一个偏导数来确定实际速度的变化和实际推力的变化。例如，在各种实施例中，可计算以下偏导数： 其中T为推力，θ为桨距角，M为力矩或转矩，ω为转子速度，且U为风速。在又一个实施例中，参数设置点可包括桨距角设置点、转矩设置点等中的至少一者。例如，在其他实施例中，参数设置点可包括风力涡轮转子叶片上的一个或更多个空气动力的设置点或位置，包括但不限于翻片、凸片、主动空气吹送或吸入等。
另一方面，公开了一种用于动态地控制风力涡轮的系统。该系统包括处理器和可通信地联接到处理器的控制器。处理器构造成：基于推力设置点和速度设置点来操作风力涡轮、确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的实际速度的期望变化、确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的实际推力的期望变化，和确定将实现实际速度的期望变化和实际推力的期望变化的参数设置点。控制器构造成基于参数设置点来控制风力涡轮，以便将风力涡轮的实际推力和实际速度维持在推力设置和速度设置点的一定容限内，从而调整作用在风力涡轮上的负载，同时维持最佳或接近最佳的功率输出。应当理解的是，系统还可包括本文所述的附加特征中的任一者。
又一方面，本主题涉及一种用于动态地控制风力涡轮的方法。该方法包括基于推力设置点和速度设置点来操作风力涡轮。另一个步骤包括通过处理器确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的实际转子速度的期望变化。该方法还包括通过处理器确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的实际推力的期望变化。该方法然后包括通过处理器利用多变量控制来确定将实现实际转子速度的期望变化和实际推力的期望变化的桨距设置点和转矩设置点。然后可基于桨距设置点和转矩设置点控制风力涡轮，以便将风力涡轮的实际推力和实际速度分别维持在推力设置点和速度设置点的一定容限内，从而调节作用在风力涡轮上的负载。应当理解的是，该方法还可包括本文所述的附加步骤和/或特征中的任一者。
第一技术方案提供一种用于动态地控制风力涡轮的方法，所述方法包括：基于推力设置点和速度设置点来操作所述风力涡轮；通过处理器确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实际速度的期望变化；通过所述处理器确定响应于从所述瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实际推力的期望变化；通过所述处理器确定实现实际速度的所述期望变化和实际推力的所述期望变化的至少一个参数设置点；和基于所述参数设置点来控制所述风力涡轮，以便将所述风力涡轮的实际推力和实际速度维持在所述推力设置点和所述速度设置点的一定容限内，从而调节作用在所述风力涡轮上的负载。
第二技术方案：基于第一技术方案所述的方法，其中，所述瞬时操作点包括以下中的至少一者：风速、桨距角、发电机速度、功率输出、转矩输出、末梢速度比、转子速度、功率系数、转矩系数、推力、推力系数、推力响应、叶片弯矩、轴弯矩、速度响应或塔架弯矩。
第三技术方案：基于第一技术方案所述的方法，所述方法还包括基于所述瞬时操作点来调整所述推力设置点或所述速度设置点中的至少一者。
第四技术方案：基于第一技术方案所述的方法，其中，在操作区中，当风速高于额定风速时，根据过滤或未过滤的功率输出来调整所述推力设置点，其中，当所述风速低于所述额定风速时，根据过滤或未过滤的桨距角来调整所述推力设置点，且其中，当所述风速处于或接近额定风速时，基于所述风力涡轮的最大设计推力来调整所述推力设置点。
第五技术方案：基于第四技术方案所述的方法，所述方法还包括基于实际功率与功率设置点之间的差异来确定功率输出的期望变化，和基于实际桨距与最佳细桨距之间的差异来确定桨距角的期望变化。
第六技术方案：基于第一技术方案所述的方法，所述方法还包括通过以下来确定实际速度的所述期望变化：确定所述风力涡轮的实际速度；和确定所述速度设置点与所述实际速度之间的差异，其中，所述速度设置点和所述实际速度两者反映发电机速度、转子速度或末梢速度比。
第七技术方案：基于第一技术方案所述的方法，所述的方法还包括通过以下来确定实际推力的所述期望变化：确定所述风力涡轮的实际推力；和确定所述推力设置点与所述实际推力之间的差异。
第八技术方案：基于第七技术方案所述的方法，其中，确定所述实际推力还包括利用以下的至少一者：一个或更多个传感器、多个方程、一个或更多个空气动力性能映射，或一个或更多个查找表。
第九技术方案：基于第一技术方案所述的方法，其中，确定所述参数设置点还包括利用多变量控制。
第十技术方案：基于第九技术方案所述的方法，其中，所述多变量控制包括成本函数、损失函数或传递函数中的至少一者。
第十一技术方案：基于第九技术方案所述的方法，所述方法还包括通过计算所述实际推力或所述实际速度关于所述操作点和一个或更多个控制促动的至少一个偏导数来确定速度灵敏度和推力灵敏度，并且在所述多变量控制中利用所述速度灵敏度和所述推力灵敏度。
第十二技术方案：基于第一技术方案所述的方法，其中，所述参数设置点还包括桨距角设置点或转矩设置点中的至少一者。
第十三技术方案提供一种用于动态地控制风力涡轮的系统，所述系统包括处理器；所述处理器构造成：基于期望的推力设置点和期望的速度设置点来操作所述风力涡轮；确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实际速度的期望变化；确定响应于从所述瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实际推力的期望变化；确定实现实际速度的所述期望变化和实际推力的所述期望变化的至少一个参数设置点；和通信地联接到所述处理器的控制器，所述控制器构造成基于所述参数设置点来控制所述风力涡轮，以便将所述风力涡轮的实际推力和实际速度维持在所述推力设置点和所述速度设置点的一定容限内，从而调节作用在所述风力涡轮上的负载。
第十四技术方案提供一种用于动态地控制风力涡轮的方法，所述方法包括：基于推力设置点和速度设置点来操作所述风力涡轮；通过处理器确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实际转子转速的期望变化；通过所述处理器确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实际推力的期望变化；通过所述处理器利用多变量控制来确定实现实际转子速度的所述期望变化和实际推力的所述期望变化的桨距设置点和转矩设置点；和基于所述桨距设置点和所述转矩设置点来控制所述风力涡轮，以便将所述风力涡轮的实际推力和实际速度维持在所述推力设置点和所述速度设置点的一定容限内，从而调节作用在所述风力涡轮上的负载。
第十五技术方案：基于第十四技术方案所述的方法，其中，所述瞬时操作点包括以下中的至少一者：风速、桨距角、发电机速度、功率输出、转矩输出、末梢速度比、转子速度、功率系数、转矩系数、推力、推力系数、推力响应、叶片弯矩、轴弯矩、速度响应、或塔架弯矩。
第十六技术方案：基于第十四技术方案所述的方法，所述方法还包括基于所述瞬时操作点来调整所述推力设置点或所述速度设置点中的至少一者。
第十七技术方案：基于第十四技术方案所述的方法，其中，在操作区中当风速高于额定风速时，根据功率输出来调整所述推力设置点，其中，当所述风速低于所述额定风速时，根据过滤的桨距角来调整所述推力设置点，且其中，在处于或接近额定风速的操作区中，基于所述风力涡轮的最大设计推力来调整所述推力设置点。
第十八技术方案：基于第十七技术方案所述的方法，所述方法还包括基于实际功率与功率设置点之间的差异来确定所述功率输出，和基于实际桨距与最佳细桨距之间的差异来确定所述桨距角。
第十九技术方案：基于第十四技术方案所述的方法，所述方法还包括通过以下来确定实际转子速度的所述期望变化：确定所述风力涡轮的实际转子速度；和，确定所述转子速度设置点与所述实际转子速度之间的差异。
第二十技术方案：基于第十四技术方案所述的方法，其中，还包括通过以下来确定实际推力的所述期望变化：确定所述风力涡轮的实际推力；和确定所述推力设置点与所述实际推力之间的差异。
本发明的这些和其他特征、方面和优点将通过参照以下描述和所附权利要求而变得更清楚。并入说明书且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且与描述一同用于阐释本发明的原理。
附图说明
对本领域的普通技术人员而言的本发明的完整且开放的公开，包括其最佳模式，在参照附图的说明书中阐明，在附图中：
图1示出了根据本公开的风力涡轮的一个实施例；
图2示出了根据本公开的风力涡轮的机舱的一个实施例；
图3示出了根据本公开的风力涡轮的控制器的一个实施例的简图；
图4示出了根据本公开的处理器的一个实施例的简图；
图5示出了根据本公开的低风速(即，低于可变风速区)下的桨距转矩范围上的推力和速度灵敏度表面的一个实施例的三维图；
图6示出了根据本公开的在略微低于额定风速下的桨距转矩范围上的推力和速度灵敏度表面的一个实施例的三维图；
图7示出了根据本公开的在额定风速下的桨距转矩范围上的推力和速度灵敏度表面的一个实施例的三维图；
图8示出了根据本公开的在略微高于额定风速下的桨距转矩范围上的推力和速度灵敏度表面的一个实施例的三维图；
图9示出了根据本公开的在远高于额定风速下的桨距转矩范围上的推力和速度灵敏度表面的一个实施例的三维图；
图10示出了根据本公开的在高或切出风速下的桨距转矩范围上的推力和速度灵敏度表面的一个实施例的三维图；
图11示出了对应于图5-10的多个二维图，其中各图包括代表根据本公开的推力和速度灵敏度的矢量；
图12示出了图11的图表，其中各个图表还包括根据本公开的推力和速度灵敏度表面上的桨距和转矩促动的典型方向；并且
图13示出了根据本公开的用于动态地控制风力涡轮的方法的一个实施例的流程图。
部件列表
10 风力涡轮
12 塔架
14 地基/支承表面
16 机舱
18 转子
20 可旋转毂
22 转子叶片
24 发电机
26 控制器
28 桨距轴线
32 桨距调整机构
34 转子轴
36 发电机轴
38 齿轮箱
40 桨距驱动马达
42 桨距驱动齿轮箱
44 桨距驱动小齿轮
46 桨距轴承
48 叶片传感器
50 发电机传感器
52 风传感器
56 风力涡轮参数估计器
58 处理器
60 存储器装置
62 通信模块
64 传感器接口
66 偏航(yaw)驱动机构
68 偏航轴承
70 内控制回路
72 外控制回路
73 推力的期望变化
74 推力设置点
75 速度的期望变化
76 速度设置点
78 多变量控制
80 功率设置点
81 操作点
82 实际功率
83 推力响应表面
84 平均/过滤的功率
85 速度响应表面
86 最佳细桨距
87 最小促动下的响应
88 实际桨距
90 平均/过滤的桨距
91 实际推力
92 桨距设置点
93 实际速度
94 转矩设置点
95 PID控制器
96 开关
98 设备
102 线
104 线
106 点
200 方法
202 方法步骤
204 方法步骤
206 方法步骤
208 方法步骤
210 方法步骤。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其中的一个或更多个实例在附图中示出。各实例作为本发明的说明而非本发明的限制来提供。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可在本发明中进行各种改型和变型而不脱离本发明的范围或精神。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可与另一个实施例一起使用来产生又一个实施例。因此，期望本发明覆盖落入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。
大体上，本主题涉及一种系统和方法，其用于通过在最主动的控制回路中控制速度和推力来动态地实时控制风力涡轮，以便实现主要结构构件(例如，塔架、机舱、毂和/或转子叶片)上的操作疲劳的降低，同时使功率最小化。更具体而言，系统基于推力设置点和速度设置点来操作风力涡轮。然后，系统确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的实际速度的期望变化和实际推力的期望变化。应理解的是，瞬时操作点可包括风力涡轮的一个或更多个操作方面，包括但不限于风速、桨距角、发电机速度、功率输出、转矩输出、末梢速度比、转子速度、功率系数、转矩系数、推力系数、推力、推力响应、叶片弯矩、轴弯矩、塔架弯矩、速度响应等。使用多变量控制，系统然后确定将实现实际速度和实际推力的期望变化的桨距设置点和转矩设置点，且基于桨距和转矩设置点来动态地控制风力涡轮，以便调节作用在风力涡轮上的负载，同时保持最佳或接近最佳的功率输出。
本文所述的系统和方法的各种实施例提供了现有技术中不存在的许多优点。例如，如提到的，转子上的来自风的可变推力连同推力的任何不对称性为疲劳负载的主要贡献者。尽管推力与功率输出和转子速度有关，但其不与任一者同义或线性地对称。因此，在一些操作区中，本公开允许了以功率上的小于比例效应来控制作用于风力涡轮上的推力，或反之亦然。本公开还提供了各种操作区中的几乎独立于彼此的速度和推力控制。风力涡轮的功率仍受控制，但通常较大地允许短期误差和比常规风力涡轮中慢的响应，这可在观察额定功率下的功率输出时变得特别值得注意。因此，瞬时功率的紧密控制的重要性降低在一定能量储存量开始在现场出现时变为特别能够接受的，这可用于以允许的波动使去往电网的功率输出平稳，但在甚至没有能量储存的一些情况下是可接受的。此外，本公开可使用许多现代风力涡轮的现有构件来实施。因此，不要求使用者购买、安装和维护新的设备。此外，系统可与较宽的控制系统整体结合，诸如但不限于风力涡轮控制系统、设备控制系统、远程监测系统或它们的组合。
现在参看附图，图1示出了风力涡轮10的一个实施例的透视图，其可实施根据示出的本公开的控制技术。如图所示，风力涡轮10大体上包括从支承表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16，和联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和联接到毂20且从毂20沿径向向外延伸的至少一个转子叶片22。例如，在所示的实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18可包括多于或少于三个转子叶片22。各转子叶片22可围绕毂20间隔开，以便于使转子18旋转来允许动能从风转变成可用的机械能，且随后转换成电能。例如，毂20可以可旋转地联接到发电机24(图2)，发电机24定位在机舱16内来允许产生电能。
风力涡轮10还可包括集中在机舱16内的风力涡轮控制器26。然而，在其他实施例中，控制器26可定位在风力涡轮10的任何其他构件内或定位在风力涡轮外侧的位置处。此外，控制器26可通信地联接到风力涡轮10的任何数目的构件，以便控制此种构件的操作和/或实施校正动作。因此，控制器26可包括计算机或其他适合的处理单元。因此，在若干实施例中，控制器26可包括适合的计算机可读指令，其在实施时配置控制器26，以执行各种不同的功能，如，接收、传输和/或执行风力涡轮控制信号。
现在参看图2，示出了图1中所示的风力涡轮10的机舱16的一个实施例的简化内部视图。如图所示，发电机24可联接到转子18，以用于从由转子18生成的旋转能产生电功率。例如，如所示实施例中所示，转子18可包括转子轴34，转子轴34联接到毂20以用于与其一起旋转。转子轴34又可通过齿轮箱38可旋转地联接到发电机24的发电机轴36。如一般理解的那样，转子轴34可响应于转子叶片22和毂20的旋转来对齿轮箱38提供低速高转矩输入。齿轮箱38然后可构造成将低速高转矩输入转换成高速低转矩输出，以驱动发电机轴36且因此驱动发电机24。
各转子叶片22还可包括桨距调整机构32，桨距调整机构32构造成使各转子叶片22围绕其桨距轴线28旋转。而且，各桨距调整机构32可包括桨距驱动马达40(例如，任何适合的电动、液压或气动马达)、桨距驱动齿轮箱42和桨距驱动小齿轮44。在此种实施例中，桨距驱动马达40可联接到桨距驱动齿轮箱42，以便桨距驱动马达40将机械力给予桨距驱动齿轮箱42。类似地，桨距驱动齿轮箱42可联接到桨距驱动小齿轮44来与其一起旋转。桨距驱动小齿轮44又可与联接在毂20与对应的转子叶片22之间的桨距轴承46旋转地接合，使得桨距驱动小齿轮44的旋转引起桨距轴承46的旋转。因此，在此种实施例中，桨距驱动马达40的旋转驱动桨距驱动齿轮箱42和桨距驱动小齿轮44，从而使桨距轴承46和旋转叶片22围绕桨距轴线28旋转。在其他实施例中，风力涡轮10可使用包括液压机构的直接驱动桨距或单独桨距驱动系统。类似地，风力涡轮10可包括通信地联接到控制器26的一个或更多个偏航驱动机构66，其中各偏航驱动机构66构造成改变机舱16相对于风的角度(例如，通过接合风力涡轮10的偏航轴承68)。
仍参看图2，风力涡轮10还可包括一个或更多个传感器48，50，52，以用于测量风力涡轮10的操作和/或负载状态。例如，在各种实施例中，传感器可包括：叶片传感器48，以用于测量转子叶片22中的一个的桨距角或用于测量作用于转子叶片22中的一个上的负载；发电机传感器50，以用于监测发电机24(例如，转矩、速度、加速度和/或功率输出)；和/或各种风传感器52，以用于测量各种风参数如风速、风峰值、风湍流、风切变、风向变化、空气密度等。此外，传感器可定位在风力涡轮10的地面附近、机舱16上，或风力涡轮10的气象杆上。还应当理解的是，任何其他数目或类型的传感器可使用且在任何位置处。例如，传感器可为微惯性测量单元(MIMU)、应变仪、加速计、压力传感器、迎角传感器、振动传感器、光检测和测距(LIDAR)传感器、相机系统、光纤系统、风速计、风向标、声检测和测距(SODAR)传感器、infra激光器、辐射计、皮托管、无线电测风仪、其他光学传感器和/或任何其他适合的传感器。应当认识到的是，如本文使用的用语“监测”及其变型指出了各种传感器可构造成提供被监测的参数的直接测量或此种参数的间接测量。因此，例如，传感器可用于生成与被监测的参数有关的信号，其然后可由控制器26使用来确定实际参数。
现在参看图3，示出了根据本公开的控制器26的一个实施例的框图。如图3中所示，控制器26可包括一个或更多个处理器58、风力涡轮参数估计器56，和构造成执行多种计算机实现的功能(例如，执行方法、步骤、计算等和储存如本文公开的相关数据)的相关的(多个)存储器装置60。此外，控制器26还可包括通信模块62，以便于控制器26与风力涡轮10的各种构件之间的通信。此外，通信模块62可包括传感器接口64(例如，一个或更多个模数转换器)，以允许从传感器48，50，52传输的信号转换成可由处理器58理解和处理的信号。应当理解的是，传感器48，50，52可使用任何适合的手段来通信地联接到通信模块62。例如，如图3中所示，传感器48，50，52经由有线连接来联接到传感器接口64。然而，在其他实施例中，传感器48，50，52可经由无线连接来联接到传感器接口64，如，通过使用本领域中已知的任何适合的无线通信协议。
如本文使用的用语“处理器”不仅是指在本领域中所指的包括在计算机中的集成电路，而且还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路、图形处理单元(GPU)和/或现在已知或以后开发的其他可编程电路。此外，存储器装置60一般可包括存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪速存储器)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字通用盘(DVD)和/或其他适合的存储器元件。此种存储器装置60大体可构造成储存适合的计算机可读指令，其在由处理器58实施时配置控制器26，以执行如本文所述的各种功能。
现在参看图4，示出了框图，该框图进一步示出根据本公开的处理器58。如所示实施例中所示，处理器58包括内控制回路70和外控制回路72。外控制回路72构造成控制推力设置点74和速度设置点76，而内控制回路70构造成基于推力和速度设置点74，76来提供桨距和转矩的多变量控制78。如图所示，内控制回路70使用推力设置点74和实际或测得的推力91，以确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的推力73中的期望变化。类似地，内控制回路70使用速度设置点76和实际或测得的速度93，以确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的速度75中的期望变化。应当理解的是，风力涡轮的用语“速度”及其变型代表发电机速度、转子速度、末梢速度比等。此外，推力设置点74可通过外控制回路72来调整。例如，在一个实施例中，当风力涡轮10高于额定风速地操作时，外控制回路72基于实际功率82与期望的功率设置点80之间的过滤或平均的差84来确定或控制推力设置点74。在另一个实施例中，当风力涡轮10低于额定风速地操作时，外控制回路72基于实际桨距88与最佳细桨距设置86之间的过滤或平均的差90来确定或控制推力设置点74。因此，外控制回路72还可包括开关96，开关96构造成取决于风速操作范围在控制设置之间交替或成比例地缓变。作为备选，推力设置点74和/或速度设置点76可作为估计的风速的函数来计划或由任何其他适合的手段来确定。应理解的是，速度设置点76可作为风速、最佳末梢速度比、构件的速度限制等的函数而变化。
外控制回路72还可包括一个或更多个比例积分导数(PID)控制器95或类似的控制回路反馈机构，其构造成基于测得的操作点(例如，实际桨距88或实际功率82)与期望操作点(例如，最佳细桨距86或功率设置点80)之间的差异来计算误差。因此，PID控制器95构造成通过调整用作对内控制回路70的输入的操作点来使外控制回路72中的误差最小化。
内控制回路70还可包括多变量控制78或多对象优化框架。多变量控制78使用推力和速度的期望变化73，75来确定桨距和转矩设置点92，94两者或任何其他适合的促动。桨距和转矩促动92，94的实时多变量控制78不同于常规风力涡轮控制，在常规风力涡轮控制中通常根据操作区来分开此种促动。更具体而言，在某些实施例中，多变量控制78可包括线性和非线性控制途径，如：a)滑动模式控制(SMC)策略，b)H无限控制，c)线性二次高斯(LQG)/H-2控制(示为等同的)，d)混合H-2/H-无限途径或以上b)和c)的组合，或e)线性参数变化(LPV)。在各种实施例中，SMC策略的特征在于跨越受控参数的期望轨迹不连续的控制动作实现了沿该轨迹的运动，且以此方式，能够确保遵守由该轨迹施加的约束。在各种实施例中，H无限控制使系统的引起的L-2基准整形(即，界定的输入能量至界定的输出能量，或否则，或最坏情况由于界定的能量输入而对输出能量的影响)，这由输入和输出信号以及开环传递函数的适合的频域整形权重来实现。在特定实施例中，LQG/H-2控制使系统输出变化最小化到白噪音输入，这通过输入和输出信号上的适合的频域整形权重来实现。在某些实施例中，LPV控制的特征在于系统的模型线性地取决于风力涡轮的可测量的操作参数，从而提供与其他先进控制策略一起作为其值的函数持续地改变控制动作的能力。
因此，允许使用跨越所有操作区的多变量控制桨距和转矩促动92，94二者的主动控制可提供高于额定风速的更大的功率变化，且还提供从低于额定风速的准静态最佳桨距的较大改变。桨距和转矩两者的促动的允许不一定引起更大的功率变化，尤其是低于额定风速；然而，在减小的相对集中于功率精确调节的情况下的推力调节通常提供高于额定风速的更大功率变化。可最终利用这些改型(和对它们的限制)的尺寸和好处，以提供相对于对应负载减小的有益的权衡，这可允许转子直径的增长或其他能量成本和效率改善。
此外，基于最佳细桨距86(低于额定风速)和实际功率输出82(高于额定风速)的调整有效地低通过滤来自内控制回路70(即，来自设备98)的桨距和转矩设置点92，94的原始波动。因此，推力设置点74响应于风速中的长期波动而非响应于各短的阵风来变化。因此，控制器26过滤且排出来自高频湍流的推力变化。
尽管外控制回路72的主题是用于内控制回路70的推力设置点74的来源，但速度设置点76的来源可类似于本领域中已知的常规方法。此外，实际速度93和实际推力91值(其用作对内控制回路70的输入)可通过一个或更多个传感器(例如，48，50，52)或如下所述的风参数估计器56来确定。因此，在特定实施例中，推力输入可为直接测得的量。在备选实施例中，推力输入可为代表推力的负载通路中早期的间接测量结果，如独立或共同的叶片平面外弯曲、独立或共同的翼面方向叶片弯曲、主轴凸缘传感器中的独立或共同的移动(如，2003年2月3日提交的且通过引用并入本文中的题为“Method and Apparatus for WindTurbine Rotor Load Control”的美国专利号7，160，083中描述的那些)，或用于估计和/或确定推力的任何其他适合的代替物。因此，推力可由传感器确定或由计算机模型估计。此外，传感器测量结果可被过滤、校准和/或检查相对于通过计算机模型确定的估计推力的似然性，同时以未加工的形式更早地且在比估计推力高的频带宽度下响应，这由转子惯量有效地低通过滤。因此，实际速度93和实际推力91输入可为来自控制换能器的测量值。
在另一个实施例中，风力涡轮参数估计器56配置成从一个或更多个传感器接收信号，信号代表风力涡轮10的各种操作和/或负载状态。操作状态可由以下的任何组合构成：风速、桨距角、发电机速度、功率输出、转矩输出、温度、压力、末梢速度比、空气密度、转子速度、功率系数、转矩系数、推力系数、推力、推力响应、叶片弯矩、轴弯矩、塔架弯矩、速度响应等。此外，风力涡轮参数估计器56可认作是软件，其利用操作和/或负载状态来如本文所述实时地计算速度和/或推力响应。此外，风力涡轮参数估计器56可包括固件，固件包括软件，其可由处理器58执行。因此，在一个实施例中，风力涡轮参数估计器56构造成实现具有一系列方程的控制算法，以确定实际速度93和/或实际推力91。因此，方程使用一个或更多个操作状态、一个或更多个空气动力性能映射、一个或更多个查找表(LUT)或它们的任何组合来求解。在一个实施例中，空气动力性能映射为有量纲或无量纲的表，其描述了给定状态(例如，密度、风速、转子速度、桨距角等)下的转子负载和性能(例如，功率、推力、转矩或弯矩等)。因此，空气动力性能映射可包括：功率系数、推力系数、转矩系数和/或相对于桨距角、转子速度或末梢速度比的偏导数。作为备选，空气动力性能映射可为有量纲的功率、推力和/或转矩值而非系数。在各种实施例中，LUT可包括：空气动力性能参数、叶片弯曲负载、塔架弯曲负载、轴弯曲负载或任何其他涡轮构件负载。
大体上参看图5-10，多变量控制78的一个实施例基于瞬时操作点、LUT和/或计算来估计两个表面83，85的梯度。此外，梯度代表推力和速度对一个或更多个桨距和转矩促动的灵敏度。此种灵敏度用于确定一个或更多个参数设置点(例如，桨距设置点92和转矩设置点94)。例如，具体参看图5，所示表面83，85中的各个包绕转子18的空气动力性能映射上的操作点81，且从操作点81沿桨距方向(y轴)延伸一定距离，且沿转矩方向(x轴)延伸一定距离，这可与空气动力性能映射上的末梢速度比(TSR)方向紧密相关(例如，相反)但不同义。此外，如图所示，表面83，85为风力涡轮10的操作点81处有效地线性化的平面。在备选实施例中，应当理解的是，表面83，85还可构造成具有曲率。如提到的，x轴和y轴分别代表转矩设置点94和桨距设置点92，或其中的变化，且z轴代表一个表面83，85或另一个的推力或速度设置响应。此外，x轴和y轴可或者根据绝对转矩和桨距设置点或相对转矩和桨距设置点来构造。
在一个实施例中，图5-10的图表代表风力涡轮10的一个或更多个操作区。例如，如图中所示，评估了六个不同的操作区，即，低风速操作区(图5)、略低于额定风速的操作区(图6)、额定风速操作区(图7)、略高于额定风速的操作区(图8)、远高于额定风速的操作区(图9)和高或切出风速操作区(图10)。本领域的技术人员应当理解的是，可评估任何数目的操作区，包括多于六个或少于两个，且操作点附近的表面的计算可在各控制循环期间发生，从而有效地连续覆盖整个操作空间。各操作区包括操作点81。例如，在一个实施例中，操作点81对应于特定的风速、末梢速度比和桨距角。在附加实施例中，应当理解的是，操作点81可包括风力涡轮10的任何操作点，包括但不限于风速、桨距角、发电机速度、功率输出、转矩输出、末梢速度比、转子速度、功率系数、转矩系数、推力系数、推力、推力响应、叶片弯矩、轴弯矩、塔架弯矩、速度响应等中的至少一者。此外，应当理解的是，操作点81可为代表风力涡轮10的操作设置点的任何有量纲或无量纲的参数。更具体而言，对于高于额定的风速，操作点81对应于过滤或平均的功率输出84，而对于低于额定的风速，操作点81对应于过滤或平均的细桨距90。控制器26基于操作点81来操作风力涡轮10，且确定分别由表面83和85代表的推力和风速的对应梯度。
在各种实施例中，表面83，85的平面的斜率为推力或速度的关于桨距或抗转矩的偏导数。例如，在特定实施例中，偏导数根据以下方程1到6来计算：
方程1：
方程2：
方程3：
方程4：
方程5：
方程6：
其中
T为推力；
θ为桨距角；
M为力矩或转矩；
ω为转子速度；
CT为推力系数；
U为风速；
ρ为空气密度；
t为时间；
R或Rr为转子半径；
CM为与转子上的空气动力转矩对应的力矩系数；
Jr为转子和或传动系系统的有效惯性矩；并且
λ为末梢速度比(TSR)。
如图所示，方程1到6的变量中的一些可使用根据储存在控制器26内的在以上方程中由用语“查找(lookup)”表示的一个或更多个查找表(LUT)(例如，CM)来确定。如图所示，图表示出了作为围绕各种操作点81的桨距和转矩的函数的正规化潜在推力和设备98的速度响应。此外，图5-10以粗线示出了叠加在响应表面上的各表面83，85的梯度方向。
尽管图5-10提供了推力速度控制的视觉表示，但图11和12的图表出于可视化和设计的目的示出了梯度方向和倒转的倾斜。更具体而言，图11示出了一组六个标图，其以更紧凑且用户友好的形式示出了图5-10中绘出的相同信息。例如，标图示出了各个操作区的桨距转矩表面上的推力和速度梯度83，85的方向上的矢量。在所示的实施例中，各矢量的长度为各个操作点81处补偿风速(例如1m/s)中的预定阶跃所需的促动，因此与关于风速的偏导数有关。在备选实施例中，控制器26可生成与补偿风速中的变化(例如，风速中的10％的变化或任何其他适合的比例)所需的阶跃响应的对应图。此外，如图所示，灵敏度可为线性的或线性化的；然而，本领域技术人员应当理解的是，在所有区中可能存在一些非线性，且此种非线性可直接地包括在某些实施例中，且在某些实施例中以其他方式考虑或校正。
具体参看图5和11(A)，示出低风速(通常为大约2到4米/秒(m/s))的推力和速度灵敏度表面83。如图所示，表面83，85在低风速下沿不同方向倾斜。最小促动下的推力和速度方面的灵敏度(即，表面83，85的梯度)在桨距转矩范围(如图5中的粗线所示)上几乎垂直，其中桨距主要影响推力且转矩主要影响速度。接近垂直的梯度是期望的，且指出了用于推力和速度的促动可接近彼此独立地控制。因此，只要风速变化率保持在促动器带宽内，就可能同时实现推力和速度两者的精确调节。因此，在低风速和一些转子设计下，推力速度控制提供疲劳负载方面的减小同时还调节转子速度，同时桨距可略微变化大约认作对发电而言最佳的量。此外，桨距偏离准静态空气动力最佳值的程度可通过选择外控制回路72中的过滤和/或增益和通过施加限制、影响期望疲劳降低之间的平衡、和/或紧密遵守准静态空气动力最佳桨距来选择。
图6示出了略低于额定的风速下的风速(例如，通常大约4到8m/s)的推力和速度响应表面83，85。如图所示，推力速度控制能够精确地且同时与转子速度一起调节推力。此外，与低风速下的益处相比，该风速下的潜在疲劳益处增大，因为转子推力和其中的变化比低风速下大。例如，图11(B)示出了操作区的桨距转矩范围上的对应推力速度矢量。如图所示，推力速度矢量类似于图11(A)的矢量，但表面83，85的梯度在桨距转矩范围上更小地垂直。
在额定或接近额定的风速下，且在转子叶片22开始向后变桨距之前，在至少一些实施例中，控制器26还能够精确地且与速度一起同时调节推力，类似于略低于额定的风速。额定风速根据风力涡轮而变化，但通常范围从大约8m/s到大约15m/s。因此，如图7中所示，推力和速度响应表面83，85事实上可独立于彼此地控制。图11(C)示出了操作区的桨距转矩范围上的对应推力速度矢量。因此，对于疲劳负载减小的最大机会通常在该操作范围下看到，因为平均推力高，且推力的潜在变化对应地大。此外，如图11(C)中所示，推力速度矢量类似于图11(B)的矢量。在某些操作区中，且特别是接近额定功率(即，在推力趋于较高的情况下)，推力设置点74可在最大值或最大值清单下饱和，包括但不限于源于一定风况或设计负载情况下的涡轮硬件构件上的最大负载的一个值或多个值。
参看图8和11(D)，在略高于额定的风速下，当转子叶片22开始向后变桨时，在一些实施例中，显著存在来自桨距促动的在转子速度上更大影响。推力或速度的调节各不具有对另一个的较大影响，因为桨距转矩范围中沿梯度方向仍存在较大差异。因此，在该区中，有可能的是推力和速度二者可同时通过大多数类型的湍流来调节。然而，在一个实施例中，控制器26可在该操作区或特定阵风之后的任何其他操作区中优先速度或推力，且此后提供适合的控制。
如图9和11(E)中所示，当转子叶片22向后变桨时，愈加影响速度的桨距促动趋势可继续，且桨距促动可支配推力和速度响应表面83，85两者的斜率。因此，在一些实施例中，推力和速度的偶然变化可能需要相对于彼此优先且由控制器26管理，这可取决于瞬时操作点来允许速度的瞬变，以维持推力的良好控制，或反之亦然。
在高或切出风速(例如20m/s)下，梯度对准仅发展至略微超过额定风速下的那些或略高于额定的风速的那些。例如，如图10和11(F)所示，仍存在推力与速度之间的一定程度的分离。因此，在一定程度上，速度和推力可独立地调节；然而，存在比额定和低于风速下的大的交叉效应。因此，控制器26可允许推力的变化，以便将速度保持在预定范围内，或可接受速度的瞬时变化来维持推力稳定。
现在参看图12，图11的图表更详细地示出且进一步包括根据本公开的桨距和转矩促动92，94的典型方向。例如，在点106处，即，在点线104的交点处，满足速度和推力两者的控制要求。此外，线102代表给定操作区的促动(即，操作点的变化)的典型或支配方向。更具体而言，在一个实施例中，线102可代表促动的最佳方向，只要其在风力涡轮10略微偏离至操作点的任一侧时保持相似。如果各梯度方向上的响应阶跃在线性化的偏导数空间内的平面表面上具有完全上和下的斜率定向，则理论上，垂直方向将为完全的交叉斜率。因此，为了通过假定步骤将速度或推力调节至恒定，例如，1m/s，控制器26构造成遵循各表面83，85直到各单独地最佳(对于推力或速度而言)的响应阶跃水平。因此，控制器26可在与响应阶跃的水平上(垂直于其方向的偏移)的任何点下获得的正确结果，但除响应阶跃的方向之外的任何都将要求促动器更多来实现此种控制。因此，图5-10中的粗线和图11(A-F)中的矢量代表响应表面上的点，其对于单独的度量(例如，推力、速度)将在它们相应的操作点下给予理想结果。此外，在图12(A-F)中虚线交叉处的点代表可同时控制速度和推力两者的点。当单独的理想阶跃变得沿一个方向更紧密对准但在尺寸上保持不同时，同时满足两个目标的控制促动可变得很大，且/或对于任一者而言与理想方向不对准。例如，这是推力与速度调节目标之间的优先可在各种实施例中发生的情况，其中可施加约，以留在促动器的实际极限和响应内。
以此方式，控制器26可使以下可视化：两个控制目标对准，且在任何操作区中同时控制推力和速度是否是现实的。此外，在各种实施例中，可要求控制器26确定和/或优先是调节速度还是推力调节，例如，在两个梯度以不同幅度接近任何完全对准或它们对于给定转子18在桨距转矩平面中接近完全相反方向的情况下。例如，如图12中所示，图表(E)和(F)示出了以不同幅度接近完全方向对准的两个响应阶跃。如图所示，满足速度和推力两者所需的阶跃趋于愈加离开推力或速度调节的理想阶跃的一侧或另一侧。在这些区域中，控制器26构造成不断地控制风力涡轮10，以便优先速度或推力，且提供现实的促动需求。换言之，控制器26构造成确定和/或计算阶跃的限制以便防止浪费控制努力。例如，在一个实施例中，可使用与推力梯度和速度梯度之间的角度或一半角度成比例的边界，使得总体响应约束在从每单位促动的期望效果的最佳比率的预定方向范围内。
现在参看图13，示出了根据本公开的一个实施例的用于动态地控制风力涡轮10的方法200的流程图。如提到的，操作点可从风力涡轮10的一个或更多个条件或状态确定，包括但不限于桨距角90或功率输出84。在附加实施例中，操作点可包括以下操作参数中的任一个，包括但不限于风速、桨距角、发电机速度、功率输出、转矩输出、末梢速度比、转子速度、功率系数、转矩系数、推力、推力系数、叶片弯矩(包括平面外和翼面方向叶片弯矩)、轴弯矩、塔架弯矩、速度响应等。
如图所示，方法200包括基于推力设置点和速度设置点操作风力涡轮的第一步骤202。另一个步骤204包括确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的实际速度的期望变化。类似地，方法200还包括确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的实际推力的期望变化的步骤(步骤206)。在某些实施例中，确定实际速度和推力的期望变化的步骤可包括获得实际推力或速度与期望推力或速度设置点之间的差异，和分别过滤和/或平均差异。
下一个步骤208包括确定至少一个参数设置点，其将实现实际速度的期望变化和实际推力的期望变化，和推力和速度灵敏度。例如，在各种实施例中，例如，参数设置点包括桨距设置点92和转矩设置点94。因此，方法200包括以下步骤210：基于参数设置点控制风力涡轮，以便将风力涡轮的实际推力和实际速度维持在推力设置点和速度设置点的一定容限内，从而调节作用在风力涡轮上的负载。
本书面描述使用实例来公开本文包含的主题，包括最佳模式，且还允许本领域的普通技术人员实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，和执行任何合并的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其他实例。如果这些其他实例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果这些其他实例包括与权利要求的书面语言无实质差异的等同结构元件，则这些其他实例将在权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种用于动态地控制风力涡轮的方法，所述方法包括：
基于推力设置点和速度设置点来操作所述风力涡轮；
通过处理器确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实际速度的期望变化；
通过所述处理器确定响应于从所述瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实际推力的期望变化；
通过所述处理器确定实现实际速度的所述期望变化和实际推力的所述期望变化的至少一个参数设置点；和
基于所述参数设置点来控制所述风力涡轮，以便将所述风力涡轮的实际推力和实际速度维持在所述推力设置点和所述速度设置点的一定容限内，从而调节作用在所述风力涡轮上的负载；
其中，在操作区中，当风速高于额定风速时，根据过滤或未过滤的功率输出来调整所述推力设置点，其中，当所述风速低于所述额定风速时，根据过滤或未过滤的桨距角来调整所述推力设置点，且其中，当所述风速处于或接近额定风速时，基于所述风力涡轮的最大设计推力来调整所述推力设置点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述瞬时操作点包括以下中的至少一者：风速、桨距角、发电机速度、功率输出、转矩输出、末梢速度比、转子速度、功率系数、转矩系数、推力、推力系数、推力响应、叶片弯矩、轴弯矩、速度响应或塔架弯矩。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括基于所述瞬时操作点来调整所述推力设置点或所述速度设置点中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括基于实际功率与功率设置点之间的差异来确定功率输出的期望变化，和基于实际桨距与最佳细桨距之间的差异来确定桨距角的期望变化。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括通过以下来确定实际速度的所述期望变化：
确定所述风力涡轮的实际速度；和
确定所述速度设置点与所述实际速度之间的差异，其中，所述速度设置点和所述实际速度两者反映发电机速度、转子速度或末梢速度比。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括通过以下来确定实际推力的所述期望变化：
确定所述风力涡轮的实际推力；和
确定所述推力设置点与所述实际推力之间的差异。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定所述实际推力还包括利用以下的至少一者：一个或更多个传感器、多个方程、一个或更多个空气动力性能映射，或一个或更多个查找表。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述参数设置点还包括利用多变量控制。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多变量控制包括成本函数、损失函数或传递函数中的至少一者。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括通过计算所述实际推力或所述实际速度关于所述操作点和一个或更多个控制促动的至少一个偏导数来确定速度灵敏度和推力灵敏度，并且在所述多变量控制中利用所述速度灵敏度和所述推力灵敏度。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数设置点还包括桨距角设置点或转矩设置点中的至少一者。
12.一种用于动态地控制风力涡轮的系统，所述系统包括：
处理器，其构造成：
基于期望的推力设置点和期望的速度设置点来操作所述风力涡轮；
确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实际速度的期望变化；
确定响应于从所述瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实际推力的期望变化；
确定实现实际速度的所述期望变化和实际推力的所述期望变化的至少一个参数设置点；和
通信地联接到所述处理器的控制器，所述控制器构造成基于所述参数设置点来控制所述风力涡轮，以便将所述风力涡轮的实际推力和实际速度维持在所述推力设置点和所述速度设置点的一定容限内，从而调节作用在所述风力涡轮上的负载；
其中，在操作区中，当风速高于额定风速时，根据过滤或未过滤的功率输出来调整所述推力设置点，其中，当所述风速低于所述额定风速时，根据过滤或未过滤的桨距角来调整所述推力设置点，且其中，当所述风速处于或接近额定风速时，基于所述风力涡轮的最大设计推力来调整所述推力设置点。
13.一种用于动态地控制风力涡轮的方法，所述方法包括：
基于推力设置点和速度设置点来操作所述风力涡轮；
通过处理器确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实际转子转速的期望变化；
通过所述处理器确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实际推力的期望变化；
通过所述处理器利用多变量控制来确定实现实际转子速度的所述期望变化和实际推力的所述期望变化的桨距设置点和转矩设置点；和
基于所述桨距设置点和所述转矩设置点来控制所述风力涡轮，以便将所述风力涡轮的实际推力和实际速度维持在所述推力设置点和所述速度设置点的一定容限内，从而调节作用在所述风力涡轮上的负载；
其中，在操作区中当风速高于额定风速时，根据功率输出来调整所述推力设置点，其中，当所述风速低于所述额定风速时，根据过滤的桨距角来调整所述推力设置点，且其中，在处于或接近额定风速的操作区中，基于所述风力涡轮的最大设计推力来调整所述推力设置点。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述瞬时操作点包括以下中的至少一者：风速、桨距角、发电机速度、功率输出、转矩输出、末梢速度比、转子速度、功率系数、转矩系数、推力、推力系数、推力响应、叶片弯矩、轴弯矩、速度响应、或塔架弯矩。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括基于所述瞬时操作点来调整所述推力设置点或所述速度设置点中的至少一者。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括基于实际功率与功率设置点之间的差异来确定所述功率输出，和基于实际桨距与最佳细桨距之间的差异来确定所述桨距角。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括通过以下来确定实际转子速度的所述期望变化：
确定所述风力涡轮的实际转子速度；和
确定所述转子速度设置点与所述实际转子速度之间的差异。
18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括通过以下来确定实际推力的所述期望变化：
确定所述风力涡轮的实际推力；和
确定所述推力设置点与所述实际推力之间的差异。
CN201510174073.7A 2014-04-14 2015-04-14 用于风力涡轮的推力速度控制的系统和方法 Active CN104976056B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/251879 2014-04-14
US14/251,879 US9631606B2 (en) 2014-04-14 2014-04-14 System and method for thrust-speed control of a wind turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104976056A CN104976056A (zh) 2015-10-14
CN104976056B true CN104976056B (zh) 2019-05-28

Family

ID=53054853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510174073.7A Active CN104976056B (zh) 2014-04-14 2015-04-14 用于风力涡轮的推力速度控制的系统和方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9631606B2 (zh)
EP (1) EP2933477B1 (zh)
CN (1) CN104976056B (zh)
BR (1) BR102015008181B1 (zh)
CA (1) CA2887089C (zh)
DK (1) DK2933477T3 (zh)
ES (1) ES2664825T3 (zh)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2702393B1 (en) * 2011-04-28 2017-04-12 Vestas Wind Systems A/S Method and appartaus for protecting wind turbines from extreme events
WO2015192853A1 (en) * 2014-06-20 2015-12-23 Mita-Teknik A/S System for thrust-limiting of wind turbines
ES2937262T3 (es) * 2014-06-20 2023-03-27 Mita Teknik As Sistema de control dinámico de inclinación
CN107630793B (zh) * 2016-07-18 2018-11-20 北京金风科创风电设备有限公司 风机齿形带或变桨轴承疲劳状态的检测方法、装置及系统
CN108131245B (zh) * 2016-12-01 2020-01-31 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机的恒功率运行控制方法和装置
US10215157B2 (en) * 2017-01-04 2019-02-26 General Electric Company Methods for controlling wind turbine with thrust control twist compensation
US10604268B2 (en) * 2017-02-22 2020-03-31 Pratt & Whitney Canada Corp. Autothrottle control for turboprop engines
US10451036B2 (en) * 2017-05-05 2019-10-22 General Electric Company Adjustment factor for aerodynamic performance map
US10634121B2 (en) 2017-06-15 2020-04-28 General Electric Company Variable rated speed control in partial load operation of a wind turbine
US10598148B2 (en) * 2017-08-22 2020-03-24 General Electric Company System for controlling a yaw drive of a wind turbine when a native yaw drive control system is non-operational
US10808681B2 (en) * 2018-01-23 2020-10-20 General Electric Company Twist correction factor for aerodynamic performance map used in wind turbine control
EP3613981B1 (en) 2018-08-20 2022-06-22 Vestas Wind Systems A/S Control of a wind turbine
EP3647587A1 (en) * 2018-11-01 2020-05-06 Wobben Properties GmbH Method for controlling a wind turbine and corresponding wind turbine
DE102018129622A1 (de) * 2018-11-23 2020-05-28 Wobben Properties Gmbh Reglerstruktur und Regelverfahren für eine Windenergieanlage
DE102018009334A1 (de) * 2018-11-28 2020-05-28 Senvion Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage, Windenergieanlage und Computerprogrammprodukt
CN109899231A (zh) * 2019-02-26 2019-06-18 泗阳高传电机制造有限公司 一种风电机组变桨系统
US20220397091A1 (en) * 2019-11-07 2022-12-15 Vestas Wind Systems A/S Pivot angle control of blades of a wind turbine with hinged blades
CN111472931B (zh) * 2020-04-01 2021-07-30 上海电气风电集团股份有限公司 风力发电机及其控制方法和装置、计算机可读存储介质
CN111577540B (zh) * 2020-04-10 2022-03-29 东方电气风电股份有限公司 一种风力发电机组等效气动模型实现方法
US11199175B1 (en) 2020-11-09 2021-12-14 General Electric Company Method and system for determining and tracking the top pivot point of a wind turbine tower
US11421653B2 (en) * 2020-11-13 2022-08-23 General Electric Renovables Espana, S.L. Systems and methods for multivariable control of a power generating system
US11408396B2 (en) 2021-01-08 2022-08-09 General Electric Renovables Espana, S.L. Thrust control for wind turbines using active sensing of wind turbulence
US11703033B2 (en) 2021-04-13 2023-07-18 General Electric Company Method and system for determining yaw heading of a wind turbine
KR102519428B1 (ko) * 2021-08-02 2023-04-11 한밭대학교 산학협력단 정격풍속 이상에서 윈드쉬어에 의한 풍력터빈의 추력 동하중 모델링 방법 및 시스템
US11536250B1 (en) 2021-08-16 2022-12-27 General Electric Company System and method for controlling a wind turbine

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2110551A1 (en) * 2008-04-15 2009-10-21 Siemens Aktiengesellschaft Method and apparatus for prediction-based wind turbine control
CN102032108A (zh) * 2009-09-30 2011-04-27 通用电气公司 用于控制风力涡轮的方法和系统
WO2011157272A2 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 Vestas Wind Systems A/S Control method for a wind turbine
CN102979674A (zh) * 2011-09-05 2013-03-20 西门子公司 使用自适应参考变量操作风力涡轮机的系统和方法
CN103161666A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 西门子公司 控制风力涡轮机的方法
EP2607688A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-26 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling a wind turbine
EP2679810A2 (en) * 2012-06-29 2014-01-01 General Electric Company Systems and Method to Reduce Tower Oscillations in a Wind Turbine

Family Cites Families (66)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5155375A (en) * 1991-09-19 1992-10-13 U.S. Windpower, Inc. Speed control system for a variable speed wind turbine
US5652485A (en) 1995-02-06 1997-07-29 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency Fuzzy logic integrated electrical control to improve variable speed wind turbine efficiency and performance
US7160083B2 (en) 2003-02-03 2007-01-09 General Electric Company Method and apparatus for wind turbine rotor load control
US7004724B2 (en) 2003-02-03 2006-02-28 General Electric Company Method and apparatus for wind turbine rotor load control based on shaft radial displacement
US6888262B2 (en) 2003-02-03 2005-05-03 General Electric Company Method and apparatus for wind turbine rotor load control
GB2398841A (en) 2003-02-28 2004-09-01 Qinetiq Ltd Wind turbine control having a Lidar wind speed measurement apparatus
JP4105036B2 (ja) 2003-05-28 2008-06-18 信越化学工業株式会社 レジスト下層膜材料ならびにパターン形成方法
US7175389B2 (en) 2004-06-30 2007-02-13 General Electric Company Methods and apparatus for reducing peak wind turbine loads
US7822560B2 (en) 2004-12-23 2010-10-26 General Electric Company Methods and apparatuses for wind turbine fatigue load measurement and assessment
US8649911B2 (en) 2005-06-03 2014-02-11 General Electric Company System and method for operating a wind farm under high wind speed conditions
US7476985B2 (en) 2005-07-22 2009-01-13 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Method of operating a wind turbine
US7351033B2 (en) * 2005-09-09 2008-04-01 Mcnerney Gerald Wind turbine load control method
US7342323B2 (en) 2005-09-30 2008-03-11 General Electric Company System and method for upwind speed based control of a wind turbine
US7613548B2 (en) 2006-01-26 2009-11-03 General Electric Company Systems and methods for controlling a ramp rate of a wind farm
US7505833B2 (en) 2006-03-29 2009-03-17 General Electric Company System, method, and article of manufacture for controlling operation of an electrical power generation system
US7346462B2 (en) 2006-03-29 2008-03-18 General Electric Company System, method, and article of manufacture for determining parameter values associated with an electrical grid
ES2288121B1 (es) 2006-05-31 2008-10-16 GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L. Metodo de operacion de un aerogenerador.
US7883317B2 (en) 2007-02-02 2011-02-08 General Electric Company Method for optimizing the operation of a wind turbine
US9020650B2 (en) 2007-02-13 2015-04-28 General Electric Company Utility grid, controller, and method for controlling the power generation in a utility grid
WO2008124185A1 (en) 2007-04-09 2008-10-16 Live Data Systems, Inc. System and method for monitoring and managing energy performance
CN101680426B (zh) 2007-04-30 2013-08-14 维斯塔斯风力系统有限公司 风力涡轮机的工作方法、风力涡轮机以及风力涡轮机组
US7950901B2 (en) 2007-08-13 2011-05-31 General Electric Company System and method for loads reduction in a horizontal-axis wind turbine using upwind information
WO2009027509A1 (en) 2007-08-31 2009-03-05 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine siting and maintenance prediction
US20090099702A1 (en) 2007-10-16 2009-04-16 General Electric Company System and method for optimizing wake interaction between wind turbines
US7573149B2 (en) 2007-12-06 2009-08-11 General Electric Company System and method for controlling a wind power plant
US7861583B2 (en) 2008-01-17 2011-01-04 General Electric Company Wind turbine anemometry compensation
JP5033033B2 (ja) 2008-03-27 2012-09-26 富士重工業株式会社 水平軸風車の乱流強度計測方法
US7942629B2 (en) 2008-04-22 2011-05-17 General Electric Company Systems and methods involving wind turbine towers for power applications
US8093737B2 (en) 2008-05-29 2012-01-10 General Electric Company Method for increasing energy capture in a wind turbine
US8050899B2 (en) 2008-05-30 2011-11-01 General Electric Company Method for wind turbine placement in a wind power plant
US8262354B2 (en) 2008-08-27 2012-09-11 General Electric Company Method and apparatus for load measurement in a wind turbine
CN101684774B (zh) 2008-09-28 2012-12-26 通用电气公司 一种风力发电系统及风力发电机的测风方法
GB2466433B (en) 2008-12-16 2011-05-25 Vestas Wind Sys As Turbulence sensor and blade condition sensor system
US8050887B2 (en) 2008-12-22 2011-11-01 General Electric Company Method and system for determining a potential for icing on a wind turbine blade
US8380357B2 (en) 2009-03-23 2013-02-19 Acciona Windpower, S.A. Wind turbine control
GB2471060A (en) 2009-03-24 2010-12-22 Ralph-Peter Steven Bailey Automatic pitch control for horizontal axis wind turbines
US8441138B2 (en) 2009-05-07 2013-05-14 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine
GB2472437A (en) 2009-08-06 2011-02-09 Vestas Wind Sys As Wind turbine rotor blade control based on detecting turbulence
US8328514B2 (en) 2009-09-11 2012-12-11 General Electric Company System and methods for determining a monitor set point limit for a wind turbine
EP2302207A1 (en) 2009-09-23 2011-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Power generating machine load control based on consumed fatigue life time and real-time of operation of a structural component
US8025476B2 (en) 2009-09-30 2011-09-27 General Electric Company System and methods for controlling a wind turbine
DK201070274A (en) 2009-10-08 2011-04-09 Vestas Wind Sys As Control method for a wind turbine
US20110153096A1 (en) 2009-12-22 2011-06-23 Sujan Kumar Pal Method and system for monitoring operation of a wind farm
GB2476506A (en) 2009-12-23 2011-06-29 Vestas Wind Sys As Method And Apparatus Protecting Wind Turbines From Low Cycle Fatigue Damage
GB2476507A (en) 2009-12-23 2011-06-29 Vestas Wind Sys As Method And Apparatus For Protecting Wind Turbines From Gust Damage
GB2477968A (en) 2010-02-19 2011-08-24 Vestas Wind Sys As Method of operating a wind turbine to provide a corrected power curve
US8360722B2 (en) 2010-05-28 2013-01-29 General Electric Company Method and system for validating wind turbine
WO2011157271A2 (en) 2010-06-14 2011-12-22 Vestas Wind Systems A/S A method and control unit for controlling a wind turbine in dependence on loading experienced by the wind turbine
GB2481461A (en) 2010-06-21 2011-12-28 Vestas Wind Sys As Control of a downstream wind turbine in a wind park by sensing the wake turbulence of an upstream turbine
US8035241B2 (en) 2010-07-09 2011-10-11 General Electric Company Wind turbine, control system, and method for optimizing wind turbine power production
NL2005400C2 (en) 2010-09-27 2012-03-28 Stichting Energie Method and system for wind gust detection in a wind turbine.
US8874374B2 (en) 2010-09-28 2014-10-28 Darek J. Bogucki Optical turbulence sensor
US8516899B2 (en) 2010-10-06 2013-08-27 Siemens Energy, Inc. System for remote monitoring of aerodynamic flow conditions
EP2444659B1 (en) 2010-10-19 2016-07-06 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for adjusting a power parameter of a wind turbine
ES2934673T3 (es) 2011-01-31 2023-02-23 Gen Electric Sistemas y procedimiento para controlar una turbina eólica
WO2012149984A1 (en) 2011-05-04 2012-11-08 Siemens Aktiengesellschaft System and method for operating a wind turbine using an adaptive speed reference
US8366389B2 (en) 2011-05-04 2013-02-05 General Electric Company Methods and apparatus for controlling wind turbine thrust
EP2715123B1 (en) * 2011-05-27 2019-01-09 Seawind Ocean Technology Holding BV Wind turbine control system having a thrust sensor
CN103717886B (zh) 2011-06-30 2016-08-24 维斯塔斯风力系统集团公司 用于控制从风力涡轮机或风力发电厂输出的功率的系统和方法
ES2633346T3 (es) 2011-12-20 2017-09-20 Vestas Wind Systems A/S Método de control para una turbina eólica y turbina eólica
US20120133138A1 (en) 2011-12-22 2012-05-31 Vestas Wind Systems A/S Plant power optimization
US20130243590A1 (en) 2012-03-15 2013-09-19 General Electric Company Systems and methods for determining thrust on a wind turbine
CN104968931B (zh) * 2013-02-07 2018-01-19 Kk风能解决方案公司 用于控制风力涡轮机的方法、系统和控制器
US9341159B2 (en) * 2013-04-05 2016-05-17 General Electric Company Methods for controlling wind turbine loading
US8803352B1 (en) * 2013-05-14 2014-08-12 General Electric Compay Wind turbines and methods for controlling wind turbine loading
US9605558B2 (en) * 2013-08-20 2017-03-28 General Electric Company System and method for preventing excessive loading on a wind turbine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2110551A1 (en) * 2008-04-15 2009-10-21 Siemens Aktiengesellschaft Method and apparatus for prediction-based wind turbine control
CN102032108A (zh) * 2009-09-30 2011-04-27 通用电气公司 用于控制风力涡轮的方法和系统
WO2011157272A2 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 Vestas Wind Systems A/S Control method for a wind turbine
CN102979674A (zh) * 2011-09-05 2013-03-20 西门子公司 使用自适应参考变量操作风力涡轮机的系统和方法
CN103161666A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 西门子公司 控制风力涡轮机的方法
EP2607688A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-26 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling a wind turbine
EP2679810A2 (en) * 2012-06-29 2014-01-01 General Electric Company Systems and Method to Reduce Tower Oscillations in a Wind Turbine

Also Published As

Publication number Publication date
DK2933477T3 (en) 2018-04-23
BR102015008181A2 (pt) 2018-02-14
EP2933477A1 (en) 2015-10-21
ES2664825T3 (es) 2018-04-23
CA2887089A1 (en) 2015-10-14
US20150292483A1 (en) 2015-10-15
BR102015008181B1 (pt) 2022-08-09
US9631606B2 (en) 2017-04-25
EP2933477B1 (en) 2018-03-07
CA2887089C (en) 2019-06-18
CN104976056A (zh) 2015-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104976056B (zh) 用于风力涡轮的推力速度控制的系统和方法
Bossanyi Wind turbine control for load reduction
US9745958B2 (en) Method and system for managing loads on a wind turbine
JP6494514B2 (ja) 入力風速の予測値を使用した風力タービン制御方法
CN106089581B (zh) 用于风轮机的可变末梢速度比控制的系统及方法
CN102828910B (zh) 风力发电机组的变桨控制方法、装置和风力发电机组
EP3601789A1 (en) System and method to manage torsional oscillation of a wind turbine tower
EP2757256A2 (en) Wind turbine and method for adjusting rotor blade pitch angle in wind turbines
CA2895386A1 (en) Methods and systems to operate a wind turbine system using a non-linear damping model
CN108488035B (zh) 永磁直驱风力发电机组失速和变桨混合控制方法
EP2981710B1 (en) Method for controlling thrust load on a wind turbine
KR101939903B1 (ko) 가변 속도를 갖는 풍력 터빈의 모델 예측 제어 방법 및 그 시스템
CN110145436A (zh) 应用于风机的非线性经济模型预测控制方法
KR20170000933A (ko) 시간 지연 추정을 이용한 풍력 터빈의 피치 제어 시스템
CN110067697A (zh) 在风轮机控制中使用的空气动力学性能图的扭转校正因子
CN111502914A (zh) 基于线性变参数系统的风机变桨控制器设计方法
CN1964181A (zh) 用于大风电机组在额定风速以上的恒功率控制方法
Sørensen et al. Adaptive passivity based individual pitch control for wind turbines in the full load region
JP2018109369A (ja) ウィンドファーム及びその運転方法
Chauvin et al. Nonlinear two stage control strategy of a wind turbine for mechanical load and extreme moment reduction
US11421653B2 (en) Systems and methods for multivariable control of a power generating system
CN117811012A (zh) 双馈风电主动支撑一次调频的建模方法、装置和相关设备
CN113007021A (zh) 用于变速风力发电机的命令滤波反步控制方法及控制器
Alonge et al. A model-based control strategy for wind turbines with asynchronous generator
García-Sanz et al. Wind Farm Lab Test-Bench for Research/Education on Optimum Design and Cooperative Control of Wind Turbines

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240101

Address after: Barcelona, Spain

Patentee after: Ge renewable energy Spain Ltd.

Address before: New York, United States

Patentee before: General Electric Co.

TR01 Transfer of patent right