CN105452651A - 浮式风力涡轮机的倾斜阻尼器 - Google Patents

浮式风力涡轮机的倾斜阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于移除或基本减小在浮式风力涡轮机上的负阻尼作用的方法和设备。操作点信号被接收且增益调度参数基于接收的操作点信号被确定。输入信号然后被增益调度参数增益调度，且至少基于增益调度的输入信号，在浮式风力涡轮机上的负阻尼作用可以被移除或显著减小。

Description

浮式风力涡轮机的倾斜阻尼器
技术领域
本发明涉及倾斜阻尼器，且特别地涉及用于浮式风力涡轮机的倾斜阻尼器，以减小或消除浮台倾斜振荡的效果。
背景技术
风力涡轮机经由风力涡轮机中的机电系统将风的动能有效地转换成电能。通常，风力涡轮机包括连接到轮毂的转子叶片，轮毂附连到机舱。机舱容置数个机电系统，例如发电机、换能器、驱动轴，等等。机舱通常附连到塔，以使得机舱且因此转子叶片处于塔架基础上方的适当高度。
风力涡轮机传统上定位于陆上的风力条件适于产生电功率的区域。对于陆上型风力涡轮机，塔架基础与地面接触以提供用于风力涡轮机结构的实体基础。
然而，在用于陆上型风力涡轮机的合适位置较少的情况下，尤其在存在有限不动产以容置风力涡轮机场或剩余位置就风力条件而言只是不合适的一些城市中，需要替换性解决方案。
其中一种解决方案是将风场离岸定位。风力涡轮机定位成靠近海岸、例如在小于30米的水深中，塔架基础可以与海床接触地安装，以再次提供实体基础以支撑风力涡轮机。然而，对于定位成离岸更远的风力涡轮机，将风力涡轮机的设施与海床接触地物理安装几乎是不可能的或受成本限制的。因此，对于这些离岸式风力涡轮机，期望的是风力涡轮机将附连到一些形式的浮台。
与离岸式风力涡轮机的控制相关的一个问题涉及负阻尼的现象。正阻尼指代在系统任其自然的情况下，振荡或振动将衰减，换言之，力起作用以与振荡或振动相对，以保持系统稳定。负阻尼与正阻尼相反，此时振荡或振动一旦开始将增加且引起系统不稳定，换言之，力起作用以增大振荡或振动。
负阻尼是对于风力涡轮机且尤其对于浮式风力涡轮机而言的明显问题。因此，优选能够控制风力涡轮机，从而提供倾斜阻尼器以防止或显著减小负阻尼作用，所述负阻尼作用可至少部分地由浮台倾斜振荡引起。
发明内容
因此，要求保护的本发明力求至少部分地处理上文描述的问题/缺点中的一个或多个。
根据本发明的第一方面，提供一种方法，包括：接收操作点信号；至少基于接收的操作点信号确定增益调度参数；接收输入信号；基于输入信号产生与机舱速率成比例的信号；并且将与机舱速率成比例的信号乘以确定的增益调度参数，以产生倾斜阻尼信号。
因此，倾斜阻尼信号可以基于一个或多个操作点和与机舱速率成比例的增益调度的信号产生。操作点可以是涡轮机叶片的变桨角度、发电机速度、发电机转矩、转子速度、风速度、功率输出中的一个或多个或风力涡轮机中的任何其它操作点。有利地产生的倾斜阻尼信号使得作用在浮式风力涡轮机上或影响浮式风力涡轮机的负阻尼能够被克服或显著减小。
所述方法还可包括基于产生的倾斜阻尼信号修改变桨需求信号。变桨需求信号通常由风力涡轮机控制器产生且由变桨控制系统使用以设定一个或多个风力涡轮机叶片的变桨角度。变桨需求信号可以例如通过合成器由产生的倾斜阻尼信号修改，以使得产生的修改变桨需求信号补偿浮式风力涡轮机上的负阻尼，此处变桨需求信号可以被传递或提供到变桨控制系统，以因此控制涡轮机叶片的变桨角度。
输入信号可以是机舱速率信号。
输入信号可以是加速度信号，其中，加速度信号可包括与机舱相关的加速度测量，且产生与机舱速率成比例的信号可包括积分加速度信号，其中，积分器可以是抗环绕遗漏积分器。当前，难于直接测量风力涡轮机的机舱的速率，所以输入信号可以是加速度信号，所述加速度信号可被积分以产生与机舱的速率成比例的信号。
所述方法还可包括过滤接收的输入信号以移除或显著减小与浮台固有频率无关的频率分量。
根据本发明的第二方面，提供一种方法，包括：接收操作点信号；至少基于接收的操作点信号确定增益调度参数；接收与浮式风力涡轮机的加速度相关的加速度信号；将加速度信号乘以确定的增益调度参数以产生增益调度的加速度信号；并且将产生的增益调度的加速度信号输入到浮式风力涡轮机的涡轮机控制器，以使得包括倾斜阻尼分量的变桨需求信号可以由涡轮机控制器至少基于增益调度的加速度信号和发电机速度误差信号产生。
因此，基于一个或多个操作点和增益调度的加速度信号，可以产生变桨需求信号，其补偿在浮式风力涡轮机上的负阻尼作用。
所述方法还可包括将增益调度的加速度信号乘以附加增益参数，其中，附加增益参数可基于在涡轮机控制器中施加的一个或多个增益。为了补偿可在产生变桨需求信号时在涡轮机控制器中施加的增益，附加增益可被施加到在先增益调度的加速度信号。替换性或附加的，增益调度参数可被修改以补偿可由涡轮机控制器施加以产生变桨需求信号的一个或多个增益。
所述方法还可包括将增益调度的加速度信号与发电机速度误差信号结合；且积分结合信号以产生变桨需求信号。
所述方法还可包括将产生的变桨需求信号与增益调度的发电机速度误差信号结合。
所述方法还可包括将产生的变桨需求信号乘以增益参数。
所述方法还可包括过滤接收的加速度信号以移除或显著减小与浮台固有频率无关的频率分量。
所述方法还可包括过滤且时间延迟操作点信号。
操作点信号可以是变桨角度信号。
确定增益调度参数的步骤可包括从操作点的预先设定查找表识别增益调度参数以增益调度参数。
根据本发明的第三方面，提供了一种设备，包括：第一输入，其配置成接收操作点信号；增益调度部件，其配置成至少基于接收的操作点信号确定增益调度参数；第二输入，其配置成接收输入信号；部件，其配置成基于输入信号产生与机舱速率成比例的信号；并且增益调度部件还配置成将与机舱速率成比例的信号相乘确定的增益调度参数以产生倾斜阻尼信号。
根据本发明的第四方面，提供了一种设备，其配置成：接收操作点信号；至少基于接收的操作点信号确定增益调度参数；接收输入信号；基于输入信号产生与机舱速率成比例的信号；并且将与机舱速率成比例的信号与确定的增益调度参数相乘以产生倾斜阻尼信号。
所述设备还可包括配置成基于产生的倾斜阻尼信号修改变桨需求信号的合成器。
输入信号可以是机舱速率信号。
输入信号可以是加速度信号，其中，加速度信号可包括与机舱相关的加速度测量，以及配置成产生与机舱速率成比例的信号的部件可包括配置成积分加速度信号的抗环绕遗漏积分器。
所述设备还可包括滤波器，其配置成过滤接收的输入信号以移除或显著减小与浮台固有频率无关的频率分量。
第一输入和第二输入可以是相同的输入或不同的输入。
根据本发明的第五方面，提供了一种设备，包括：第一输入，其配置成接收操作点信号；增益调度部件，其配置成至少基于接收的操作点信号确定增益调度参数；第二输入，其配置成接收与浮式风力涡轮机的加速度相关的加速度信号；增益调度部件还配置成将加速度信号与确定的增益调度参数相乘以产生增益调度的加速度信号；以及输出，其配置成将增益调度的加速度信号传递到浮式风力涡轮机的涡轮机控制器，以使得包括倾斜阻尼分量的变桨需求信号可以由涡轮机控制器至少基于增益调度的加速度信号和发电机速度误差信号产生。
根据本发明的第六方面，提供了一种设备，其配置成：接收操作点信号；至少基于接收的操作点信号确定增益调度参数；接收与浮式风力涡轮机的加速度相关的加速度信号；将加速度信号与确定的增益调度参数相乘以产生增益调度的加速度信号；以及将产生的增益调度的加速度信号输入到浮式风力涡轮机的涡轮机控制器，以使得包括倾斜阻尼分量的变桨需求信号可以由涡轮机控制器至少基于增益调度的加速度信号和发电机速度误差信号产生。
所述设备还可包括增益部件，其配置成将增益调度的加速度信号与附加增益参数相乘，其中，附加增益参数可基于在涡轮机控制器中施加的一个或多个增益。
所述设备还可包括第一合成器，其配置成将增益调度的加速度信号与发电机速度误差信号结合；和积分器，其配置成积分结合信号以产生变桨需求信号。
所述设备还可包括第二合成器，其配置成将产生的变桨需求信号与增益调度的发电机速度误差信号结合。
所述设备还可包括增益部件，其配置成将产生的变桨需求信号与增益参数相乘。
所述设备还可包括滤波器，其配置成过滤接收的加速度信号以移除或显著减小与浮台固有频率无关的频率分量。
第一输入和第二输入可以是相同输入或不同输入。
所述设备还可包括滤波器，其配置成过滤且时间延迟操作点信号。
操作点信号可以是变桨角度信号。
增益调度部件还可配置成从操作点的预先设定查找表识别增益调度参数，以增益调度参数。
上文描述的任何或所有特征和/或任何或所有不同方面可被结合，以有利地移除或显著减小对于浮式风力涡轮机的负阻尼作用。
如本领域技术人员将理解的，所述设备可配置成以许多不同的方式执行上文描述的功能和特征。例如，所述设备可由硬件和/或软件配置以执行依据本发明的方面的任何或所有必须的功能和任务。
附图说明
现在将仅通过示例且参考附图描述本发明的实施方式，其中：
图1示出根据本发明的许多实施方式的浮式风力涡轮机的简化示意图。
图2示出根据本发明的许多实施方式的风力涡轮机系统的简化方框图。
图3示出根据本发明的许多实施方式的倾斜阻尼控制器的简化方框图。
图4示出根据本发明的许多实施方式的简化方框图。
图5示出根据本发明的许多实施方式的简化增益调度关系图。
图6示出根据本发明的许多实施方式的系统的简化方框图。
具体实施方式
参考图1，浮式风力涡轮机101通常包括浮台102、附连到浮台的塔架103以及附连到塔架103的机舱104。
机舱104可包括一个或多个涡轮机控制器109(例如，全负载控制器(FLC)、部分负载控制器(PLC)，等等)，且通常可容置各种机械、电气以及液压系统(为了易于阐述未示出)，以使得风力涡轮机能够将动力风能转换成电功率输出。
FLC指代涡轮机控制器，其用于例如在风力涡轮机以额定功率操作时控制在全负载下的风力涡轮机的操作。PLC指代涡轮机控制器，其用于例如当风力涡轮机以低于额定功率操作时控制在部分负载下的风力涡轮机的操作。FLC和PLC可以是相同的涡轮机控制器或分开的涡轮机控制器。然而，如将理解的，在以下描述的实施方式中将涉及FLC，所述实施方式可以涉及PLC或适于实施本发明的实施方式的目的一个或多个其它涡轮机控制器。
轮毂105连接到机舱104，以及一个或多个涡轮机叶片106附连到轮毂105。然而，如将理解的，在图1中示出的示例中，浮式风力涡轮机101包括三个涡轮机叶片106，浮式风力涡轮机101可包括任何数量的涡轮机叶片106。
轮毂105和/或机舱104也可容置或包括：一个或多个变桨控制系统107，以使得涡轮机叶片106能够被变桨；和偏航控制系统108，以使得机舱能够被偏航。
为了解决对于浮式风力涡轮机的负阻尼的问题，已经认识的是，需要确定用于风力涡轮机叶片的变桨角度，这使得风力涡轮机能够对抗负阻尼的作用。
通常，FLC基于例如发电机速度误差产生用于变桨系统的变桨需求信号。因此，为了对抗负阻尼对风力涡轮机的作用，由FLC产生的变桨需求信号被修改。
在一实施方式中，负阻尼的问题通过确定倾斜阻尼分量而解决，所述倾斜阻尼分量用于修改来自FLC的变桨需求信号。
在另一实施方式中，相同的问题通过修改或提供到FLC的输入信号而解决，然后所述输入信号基于附加输入信号产生变桨需求信号。
基本上，两种实施方式示出解决由变桨需求信号产生负阻尼的相同问题的两个示例性实现方案或实施方案，其移除、或显著减小负阻尼对浮式风力涡轮机的作用。
因此，与一个实施方式相关的特征可与不同实施方式结合，以使得下文描述的实施方式可以不是单独且区别的，而是可以以各种方式结合。
而且，如本领域技术人员将理解的，下文描述的实施方案是示例且包含例如在增益部件的数量和/或位置等等方面的等价实施方案和构型。
为了解决对于第一实施方式中的浮式风力涡轮机的负阻尼的问题，已经认识的是，应该对涡轮控制系统做出并列路径修改，从而反馈增益调度的机舱速率，以确定对于变桨需求信号的倾斜阻尼分量。
在图2中示出根据这个实施方式的风力涡轮机控制系统201的示例结构。
风力涡轮机控制系统201可包括全负载控制器(FLC)202、涡轮系统203(其可包括涡轮系统，诸如，变桨控制系统、偏航控制系统、发电机控制系统，等等)、以及倾斜阻尼控制器(TDC)204。
TDC204在图2中被示出为分开的部件，然而，如将理解的，TDC204可以是例如FLC202的另一控制器的一部分，或所述实施方式的TDC204的功能性可在风力涡轮机控制系统201内的一个或多个控制器之间分开。TDC204和功能性可在硬件、软件或其任何组合中实施。
如将在下文中更加详细描述的，TDC204从涡轮系统203接收输入信号，例如，机舱速率信号206。TDC204产生输出倾斜阻尼信号(TDS)210，倾斜阻尼信号可被增益调度205以产生增益调度的TDS211，例如倾斜阻尼分量，TDS211用于修改例如由FLC202产生的变桨需求信号213。
FLC202接收增益调度的TDS211以修改由FLC202产生的变桨需求信号213，或变桨需求信号213可由在FLC202之后的增益调度的TDS211a修改212，如由在图2中的虚线示出的。
FLC202也可接收参考发电机速度209，参考发电机速度由涡轮203的涡轮发电机速度208的反馈结合或修改207，以确定发电机速度误差信号214。
在图2中示出的风力涡轮机控制系统201的结构是结构的一个示例，因为例如TDC204的功能性可结合在FLC202中，TDS210的增益调度205可结合到TDC204、FLC205等等中。如本领域技术人员将理解的，在图2中示出的实体可被结合、或可依据风力涡轮机控制系统201的实际实施方案重新排序，以实施本发明。
如上所述，TDC204接收来自风力涡轮机机舱的机舱速率206的反馈或与机舱速率206成比例的信号作为输入信号。机舱速率可从风力涡轮机中的传感器直接测量或可例如从机舱加速度估计。
当前困难的是直接测量机舱速率，因为必要的传感器还没有广泛普及，继而在以下实施方式中，机舱速率将由机舱加速度估计，因为风力涡轮机通常包括在机舱中的一个或多个加速度传感器。因此，在以下实施方式中，由TDC204接收的输入信号206将是加速度信号。
图3示出TDC301的结构和实施方案的示例。TDC301接收至少一个加速度信号302，所述至少一个加速度信号包括来自定位/安装在风力涡轮机的机舱上的加速度传感器的加速度测量。
理想的，加速度传感器将仅测量在其固有频率下的平台的加速，且因此加速度信号将仅包括平台的固有频率的分量。
然而，由于加速度传感器安装在机舱上，继而加速度信号将通常包括来自一个或多个其它源头的分量。例如，附加分量可由于在波动频率下的运动造成，所述波动频率由于由塔振动引起的振荡、由于塔固有频率、由于3P频率等等而与平台固有频率不同。
因此，优选的是附加频率分量被移除或显著减小，以使得加速度信号仅主要包括与平台固有频率相关的部件。为了移除或显著减小附加频率分量，加速度信号302可由例如第一级低通滤波器过滤303。
在图3中示出的示例结构中，在加速度信号由积分器314积分以产生与机舱速率相关的信号、或产生与机舱速率成比例的信号之前，加速度信号302被过滤。然而，如将理解的，从积分器产生的信号311可替换性的被过滤。
在这个实施方式中，加速度传感器安装在机舱上，然而，如将理解的，加速度传感器可安装在可减小加速度信号中的附加频率分量的浮台上。
过滤303加速度信号的步骤是可选的，但是所述步骤是优选的，因为其提供对抗负阻尼问题的更有效的机构。
回到图3，增益被施加306到过滤加速度信号313。增益305可例如由FLC或TDC301设定或预先设定和/或从之接收。增益越高，可以实现的阻尼越多，且增益的值被设定或预先设定以实现风力涡轮机的阻尼的最佳或高效级别。增益的预先设定值将依据特定风力涡轮机以及由风力涡轮机经历的条件。增益305的预先设定值被施加306到过滤加速度信号313。将过滤加速度信号乘以依据特定风力涡轮机和/或涡轮受到的条件的预先设定增益值的这个步骤再次可选，但是所述步骤是优选的以增强风力涡轮机的阻尼控制。
增益调度的过滤加速度信号315然后可由积分器314积分。积分器可包括合成器307，所述合成器用于例如通过加法将增益调度的过滤加速度信号315与反馈信号308结合，在此反馈信号308基于积分器314的输出信号311。积分器314的输出可直接作为反馈使用，然而，优选的是通过时间延迟312积分器314的输出信号311而后施加增益316而产生反馈信号308。合成器的输出是信号304，所述信号然后可作为输入提供给饱和块310。
由于提供加速度信号的加速度传感器可能对于传感器漂移是敏感的，继而在这个实施方式中，遗漏积分器314被实施(此处施加的增益小于1)以积分加速度信号，这取消或基本克服加速度传感器的传感器漂移。实施积分器314的遗漏属性防止TDC301由于稳定状态在加速度信号中的加速度测量中抵消而漂移。
如上所述，TDC301的输出是倾斜阻尼信号(TDS)，其可以用于修改涡轮机控制器(例如FLC)的变桨需求信号，以使得风力涡轮机叶片可以变桨到合适的变桨角度，以补偿和/或对抗负阻尼作用。
风力涡轮机控制系统通常设定变桨极限，变桨极限限制变桨要求，以确保有问题的变桨要求不被提供到风力涡轮机的变桨控制系统。被修改的变桨需求信号(例如，来自FLC的变桨需求信号由来自TDC的TDS修改)可以被变桨限制，然而，已经认识的是，优选的是独立地变桨限制信号(来自涡轮机控制器和TDS的变桨需求信号)。
独立地变桨限制信号的优点在于其可以将TDC对变桨需求信号的影响明确地限制到小的可调量，其可以避免所谓环绕事故(wind-upoccurring)且最小化涡轮机控制器(例如FLC)所需的改变或变化。
为了施加变桨极限，遗漏积分器314可被实施为抗环绕(anti-wind-up)遗漏积分器314。饱和块310因此可接收作为输入的用于设定变桨极限边界的至少一个倾斜阻尼变桨极限信号309。
如果提供单一倾斜阻尼变桨极限信号309，则所述信号设定较高和较低极限。例如，如果倾斜阻尼变桨极限信号是5度，则较高极限使正5度且较低极限是负5度。
替换性的，两个输入倾斜阻尼变桨极限信号可由饱和块310接收，第一信号是较高倾斜阻尼变桨极限信号且第二信号是较低倾斜阻尼变桨极限信号，较高倾斜阻尼变桨极限信号和较低倾斜阻尼变桨极限信号可以是相同的绝对值或不同的绝对值。
倾斜阻尼变桨极限信号(一个或多个)309可以在TDC301、FLC中、或在任何其它控制器或装置中设定或操作性地连接到风力涡轮机。变桨极限被通常预先设定且设定用于风力涡轮机。
积分器314的输出是信号311，信号311对应于或基于(例如，成比例于)与由机舱加速确定的估计的机舱速率。
包括浮式风力涡轮机的风力涡轮机是固有非线性系统，以使得变桨和发电机转矩之间的关系且变桨和推力之间的关系依据风力涡轮机的一个或多个操作点，例如，风速度、变桨角度、发电机速度等等。
已经认识的是，来自TDC的倾斜阻尼信号(TDS)输出因此应该被增益调度，以能够基于风力涡轮机的操作点选择阻尼的级别，以使得阻尼对于风力涡轮机的所有操作点而言相同。这有利地使得TDS能够被调制。
图4示出用于实施积分器411的输出信号403(其对应于图3中的积分器314的输出信号311)的增益调度的示例结构401，在所述示例结构中，信号403的增益调度由在这个实施方式中在TDC402中的增益调度部件404实施。
然而，如将理解的，信号403的增益调度可替换性的由在FLC405中的硬件和/或软件、由在分开的增益调度部件/模块中的硬件和/或软件、或其任何组合实施。
将从积分器411施加到输出信号403的增益调度可基于浮式风力涡轮机的一个或多个操作点。例如，增益调度可基于变桨角度、发电机速度、转子速度、风速度、功率输出等等中的一个或多个。增益调度部件404可接收作为输入的与操作点有关或基于用于增益调度的操作点的一个或多个操作点信号。
在这个实施方式中，积分器411的输出信号403的增益调度基于变桨与推力关系图且操作点由变桨角度限定，其示例在中图5示出。在这个实施方式中，优选变桨与推力的增益调度，因为其提供遍及风力涡轮机的所有操作点的阻尼的基本恒定的增加。然而，如将理解的，增益调度可基于一个或多个其它关系图，例如变桨与发电机转矩关系图和/或任何其它操作点。
变桨与推力关系图可对于每个浮式风力涡轮机以离线方式产生，变桨与推力关系图对于每种类型的风力涡轮机可能是相同的，但是对于不同类型的风力涡轮机是不同的。替换性或附加的，变桨与推力关系图可在线上和/或实时产生。
如在这个示例中，用于增益调度的操作点基于变桨角度，则TDC402的增益调度部件404可接收过滤和/或时间延迟的变桨角度信号409作为操作点信号。变桨信号被过滤，以便在例如10秒的预先设定时间周期内使变桨角度有效地平滑。这确保从变桨与推力关系图确定的增益调度参数基于在先时间周期内的变桨角度，以便防止自身独立，自身独立在使用当前或理想变桨角度的情况下可能引起不期望的代数环。
可以从变桨系统、从涡轮机控制器(例如，FLC)等等接收变桨角度信号，只要FLC中的积分器的输出被用于产生变桨需求信号。如果在增益调度中利用不同或另外的操作点，则可从相关系统或控制器接收对应操作点信号。
然后可通过从图5中示出的变桨与推力关系图识别增益调度参数而确定增益调度参数，增益调度参数对应于接收的变桨角度。
如将理解的，变桨与推力关系图作为查找表或任何其它合适的格式可附加或替换性的实施或产生，以使得合适的增益调度参数能够被识别或确定。
一旦增益调度参数被识别出，则输出信号403被在增益调度部件404中的确定的增益调度参数相乘，以产生增益调度的TDS410。
TDS410然后可作为倾斜阻尼分量被利用以从FLC405修改变桨需求信号406。例如，TDS410或倾斜阻尼分量可经由合成器407与来自FLC405的变桨需求信号406结合，以产生修改的变桨需求信号408。在这个示例中，增益调度的TDS410通过在合成器407中将两个信号加到一起而与变桨需求信号406结合。
产生的修改的变桨需求信号408然后可被提供到涡轮控制系统，尤其变桨系统，以使得涡轮机叶片可以适当地变桨以对抗浮式风力涡轮机的负阻尼。
通过基于机舱速率确定倾斜阻尼信号且后续在修改变桨需求信号之前基于变桨与推力关系图增益调度倾斜阻尼信号，本发明有效地移除或基本移除由浮台的倾斜振荡产生的变桨信号中的振荡，由此抵消或基本抵消在风力涡轮机上的负阻尼作用。
在上文描述的实施方式中，给出示例性实施方案以确定或产生修改的变桨需求信号。实施方案的结构可例如通过改变结构中的增益阶段/部件位置和/或数量而包含等价结构，以产生变桨需求信号，变桨需求信号包括倾斜阻尼分量以克服或显著减小在浮式风力涡轮机上的负阻尼作用。
现在将参考图6描述本发明的第二实施方式。第二实施方式是产生克服或显著减小在浮式风力涡轮机上的负阻尼作用的变桨需求信号的另外的实施方案。
图6示出根据第二实施方式的系统601，所述系统601包括倾斜阻尼控制器(TDC)602。TDC602包括接收加速度信号604作为输入的增益调度部件603。加速度信号包括来自定位/安装在风力涡轮机的机舱上的加速度传感器的加速度测量。
如上所述，加速度传感器将仅在平台的固有频率下理想地测量平台的加速，且因此加速度信号将包括平台的仅固有频率的分量。
然而，由于加速度传感器安装在机舱上，则加速度信号将通常包括来自一个或多个其它源头的分量。例如，附加分量可能由于在波动频率下的运动，所述波动频率由于从塔振动产生的振荡、由于塔固有频率、由于3P频率等等与平台固有频率不同。
因此，优选的是附加频率分量被移除或显著减小，以使得加速度信号仅主要包括与平台固有频率相关的分量。为了移除或显著减小附加频率分量，加速度信号604可由例如第一级低通滤波器过滤。
增益调度部件603类似于上述与第一实施方式相关的增益调度部件。因此，待施加到加速度信号604的增益调度可基于浮式风力涡轮机的一个或多个操作点。例如，增益调度可基于变桨角度、发电机速度、转子速度、风速度、功率输出等等中的一个或多个。
在这个实施方式中，加速度信号604的增益调度基于变桨与推力的关系图且操作点由变桨角度限定，其示例在图5中示出。在这个实施方式中，变桨与推力的增益调度是优选的，因为其在遍及风力涡轮机的所有操作点的阻尼方面提供基本恒定的增加。然而，如将理解的，增益调度可基于一个或多个其它关系图(例如，变桨与发电机转矩的关系图)和/或任何其它操作点。
用于增益调度的操作点基于变桨角度且因此TDC602的增益调度部件603可接收过滤变桨信号作为输入操作点信号，如在先与第一实施方式相关的描述。
增益调度参数然后可通过识别增益调度参数确定，增益调度参数对应于来自图5中示出的变桨与推力关系图的接收的变桨角度。
加速度信号604然后可被增益调度部件603中的确定的增益调度参数相乘，以产生信号606。
如将下文描述的，在这个实施方式中，增益调度的加速度信号被输入到FLC，以产生变桨需求信号，变桨需求信号补偿作用在风力涡轮机上的负阻尼。为了补偿可由FLC605施加或在FLC605中施加的所述一个或多个增益，增益调度参数可基于在FLC中使用的增益被修改，或一个或多个附加增益阶段可被施加。
增益调度的信号606然后可作为输入被提供到FLC605，以使得FLC605可以产生变桨需求信号，变桨需求信号由倾斜阻尼分量修改或补偿，以克服或显著减小在风力涡轮机上的负阻尼作用。
在这个实施方式中，信号606被输入到合成器607，在合成器607中，信号606与发电机速度误差608结合以产生结合信号609，所述结合信号因此包括风力涡轮机的机舱的加速分量，以能够补偿负阻尼。
结合信号609然后被输入到FLC605的积分器610。积分器610可以是当前在FLC中通常使用的相同的积分器，以确定或产生变桨需求信号。结合信号609因此由FLC605的积分器610积分且输出信号611由积分器610产生，所述输出信号是由倾斜阻尼分量修改或补偿倾斜阻尼分量的有效变桨需求信号。
积分信号611然后可经由合成器614与信号613结合，信号613是由增益612相乘的发电机速度误差信号608。
从合成器614输出的结合信号615然后可经由增益部件616受到增益。产生的信号617则是补偿风力涡轮机的负阻尼作用的变桨需求信号。变桨需求信号被提供到变桨控制系统以适当地变桨风力涡轮机叶片，从而对抗或显著减小在浮式风力涡轮机上的负阻尼作用。
第二实施方式示出用于产生变桨需求信号的另外的实施方案，变桨需求信号由倾斜阻尼分量修改或补偿倾斜阻尼分量，以使得变桨控制系统可变桨浮式风力涡轮机叶片，以对抗或显著减小在风力涡轮机上的负阻尼作用。在这个构型中，各种信号被结合和/或增益调度。合成器/增益调度的时机和/或位置在这个实施方式中是示例性的，且本领域技术人员将认识到合成器/增益调度的时机和/或位置可以是不同的，以获得由倾斜阻尼分量修改或补偿倾斜阻尼分量的相同的变桨需求信号。例如，增益部件612可以定位在发电机速度误差的输入信号上或定位于在合成器607和/或积分器610之前实施的附加增益分量上。
也将认识到的是，可以例如在倾斜阻尼控制器中实施多个增益阶段或分量而非单一增益603，可以存在附加增益分量，所述附加增益分量用于补偿在定位在增益调度部件603之前或之后的FLC内侧施加的一个或多个增益。
因此，如将理解的，任何上文描述的实施方式中示出的实施方案是示例性的构型，所述构型不受限于特定实施方案，因为所述构型可包含许多等价结构，以产生补偿在浮式风力涡轮机上的负阻尼作用的变桨需求信号。
本发明的实施方式有利地减小平台倾斜振荡的幅度，且倾斜阻尼信号有效地防止发电机速度环刺激平台倾斜振荡。
而且，本发明的实施方式使得阻尼的级别能够被设定用于每个操作点，以精细调制浮式风力涡轮机的操作，从而减轻与负阻尼相关的问题。
虽然已经示出且描述本发明的实施方式，但是将理解的是，仅通过示例描述这些实施方式。在不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，技术人员将想到多种变化、改变以及替代方案。因此，以下权利要求旨在覆盖在本发明的精神和范围内的所有这些变化或等价方案。

Claims (28)

1.一种方法，包括：
接收操作点信号；
至少基于接收的所述操作点信号确定增益调度参数；
接收输入信号；
基于所述输入信号产生与机舱速率成比例的信号；并且
将与所述机舱速率成比例的所述信号乘以确定的所述增益调度参数，以产生倾斜阻尼信号。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于产生的所述倾斜阻尼信号修改变桨需求信号。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述输入信号是机舱速率信号。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述输入信号是加速度信号，其中，所述加速度信号包括与机舱相关的加速度测量，且产生与所述机舱速率成比例的所述信号包括：
积分所述加速度信号，其中，所述积分器是抗环绕遗漏积分器。
5.根据前述权利要求任一所述的方法，还包括：
过滤所述接收的输入信号以移除或显著减小与浮台固有频率无关的频率分量。
6.一种方法，包括：
接收操作点信号；
至少基于接收的所述操作点信号确定增益调度参数；
接收与浮式风力涡轮机的加速度相关的加速度信号；
将所述加速度信号乘以确定的所述增益调度参数，以产生增益调度的加速度信号；并且
将产生的所述增益调度的加速度信号输入到所述浮式风力涡轮机的涡轮机控制器，以使得包括倾斜阻尼分量的变桨需求信号能够由所述涡轮机控制器至少基于所述增益调度的加速度信号和发电机速度误差信号产生。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
将所述增益调度的加速度信号乘以附加增益参数，其中，所述附加增益参数基于在所述涡轮机控制器中施加的一个或多个增益。
8.根据权利要求6或7所述的方法，还包括：
将所述增益调度的加速度信号与所述发电机速度误差信号结合；并且
积分所述结合信号以产生所述变桨需求信号。
9.根据权利要求6至8任一所述的方法，还包括：
将所述产生的变桨需求信号与增益调度的发电机速度误差信号结合。
10.根据权利要求6至9任一所述的方法，还包括：
将所述产生的变桨需求信号乘以增益参数。
11.根据权利要求6至10任一所述的方法，还包括：
过滤接收的所述加速度信号，以移除或显著减小与浮台固有频率无关的频率分量。
12.根据前述权利要求任一所述的方法，还包括：
过滤且时间延迟所述操作点信号。
13.根据前述权利要求任一所述的方法，其中，所述操作点信号是变桨角度信号。
14.根据前述权利要求任一所述的方法，其中，确定所述增益调度参数包括：
从所述操作点的预先设定的查找表识别所述增益调度参数，以增益调度参数。
15.一种设备，包括：
第一输入，其配置成接收操作点信号；
增益调度部件，其配置成至少基于所述接收的操作点信号确定增益调度参数；
第二输入，其配置成接收输入信号；
部件，其配置成基于所述输入信号以产生与机舱速率成比例的信号；并且
所述增益调度部件还配置成将与所述机舱速率成比例的所述信号与所述确定的增益调度参数相乘以产生倾斜阻尼信号。
16.根据权利要求15所述的设备，还包括：
合成器，其配置成基于产生的倾斜阻尼信号修改变桨需求信号。
17.根据权利要求15或16所述的设备，其中，所述输入信号是机舱速率信号。
18.根据所述的权利要求15或16所述的设备，其中，所述输入信号是加速度信号，其中，所述加速度信号包括与机舱相关的加速度测量，且配置成产生与所述机舱速率成比例的所述信号的所述部件包括：
抗环绕遗漏积分器，其配置成积分所述加速度信号。
19.根据权利要求15至18中任一所述的设备，还包括：
滤波器，其配置成过滤所述接收的输入信号以移除或显著减小与浮台固有频率无关的频率分量。
20.一种设备，包括：
第一输入，其配置成接收操作点信号；
增益调度部件，其配置成至少基于所述接收的操作点信号确定增益调度参数；
第二输入，其配置成接收与浮式风力涡轮机的加速度相关的加速度信号；
所述增益调度部件还配置成将所述加速度信号与所述确定的增益调度参数相乘以产生增益调度的加速度信号；以及
输出，其配置成将所述增益调度的加速度信号传递到所述浮式风力涡轮机的涡轮机控制器，以使得包括倾斜阻尼分量的变桨需求信号能够由所述涡轮机控制器至少基于所述增益调度的加速度信号和发电机速度误差信号产生。
21.根据权利要求20所述的设备，还包括：
增益部件，其配置成将所述增益调度的加速度信号与附加增益参数相乘，其中，所述附加增益参数基于在所述涡轮机控制器中施加的一个或多个增益。
22.根据权利要求20或21所述的设备，还包括：
第一合成器，其配置成将所述增益调度的加速度信号与所述发电机速度误差信号结合；和
积分器，其配置成积分所述结合信号以产生所述变桨需求信号。
23.根据权利要求20至22中任一所述的设备，还包括：
第二合成器，其配置成将产生的所述变桨需求信号与增益调度的发电机速度误差信号结合。
24.根据权利要求20至23中任一所述的设备，还包括：
增益部件，其配置成将产生的所述变桨需求信号与增益参数相乘。
25.根据权利要求20至24中任一所述的设备，还包括：
滤波器，其配置成过滤接收的所述加速度信号以移除或显著减小与浮台固有频率无关的频率分量。
26.根据权利要求15至25中任一所述的设备，还包括：
配置成过滤且时间延迟所述操作点信号的滤波器。
27.根据权利要求15至26中任一所述的设备，其中，所述操作点信号是变桨角度信号。
28.根据权利要求15至27中任一所述的设备，其中，所述增益调度部件还配置成从所述操作点的预先设定查找表识别所述增益调度参数，以增益调度参数。
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