CN107532567A - 衰减风力涡轮机中的振荡 - Google Patents

Abstract

本文的实施方式描述了使用塔架减振系统来减少风力涡轮机中的振荡。为此，减振系统可以使用与激活策略分离的度量，以便控制叶片桨距角并避免或减轻反馈环路。在一个实施方式中，减振系统测量与塔架上的疲劳载荷相关的涡轮机上的力。此外，涡轮机可以执行计算以将该力与激活策略解耦。也就是说，涡轮机确定该力的值，就好像减振系统不起作用或不存在一样。此外，减振系统使用当前风速和风分布来产生桨距基准值。减振系统可以同时使用桨距基准值和塔架上的疲劳载荷来减小塔架振荡。

Description

衰减风力涡轮机中的振荡

技术领域

在本公开中呈现的实施方式一般地涉及风塔减振系统，更具体地说，涉及将控制信号与用于减少风力涡轮机中的振荡的激活策略解耦。

背景技术

每当转子叶片经过塔架并产生推动塔架的风时，可能出现塔架振荡。塔架振荡的另一个来源是风湍流，风湍流可能导致风力涡轮机塔架中的周期性的或瞬时的运动。风力涡轮机塔架中的振荡和振动可能使风力涡轮机疲劳。如果不加以检查，这些振荡可能对风力涡轮机的使用寿命产生不利影响。

补偿塔架振荡的一种方法是考虑到这些振荡来设计塔架。例如，可以通过使塔架更刚硬、设计叶片来减轻振荡、减小机舱和转子的重量等来减少塔架振荡。但是这些设计措施经常与风力涡轮机的其他期望的质量特性冲突，例如低成本和高效率。因此，一些涡轮机包括塔架减振系统，塔架减振系统用于主动地应对涡轮机中检测到的塔架振荡和振动。

发明内容

本公开的实施方式是一种用于操作风力涡轮机的方法和计算机可读存储介质。该方法和存储介质包括基于施加在风力涡轮机上的力确定塔架疲劳权重值，并且基于测量的风况和风分布确定风权重值。该方法和存储介质包括组合塔架疲劳权重值和风权重值以产生组合增益值，并且基于组合增益值确定用于衰减风力涡轮机中的振荡的变桨致动值。

本公开的另一实施方式是一种风力涡轮机控制器，风力涡轮机控制器包括处理器和耦连到处理器的塔架减振系统。塔架减振系统被构造成基于施加在风力涡轮机上的力来确定塔架疲劳权重值，并且基于测量的风况和风分布来确定风权重值。塔架减振系统构造成组合塔架疲劳权重值和风权重值以产生组合增益值，并根据组合增益值确定用于衰减风力涡轮机中的振荡的变桨致动值。

附图说明

通过参考实施方式阅读对上文概述的本公开的更具体的描述，可以详细地理解本公开的上述特征，其中一些实施方式在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本公开的典型实施方式，因此不应将其视为限制其范围，因为本公开可允许其他同等有效的实施方式。

图1示出了根据本文所述的实施方式的风力涡轮机的示意图。

图2示出了根据本文所述的实施方式的风力涡轮机的机舱和塔架内部的部件的示意图。

图3是示出根据本文所述的实施方式的塔架加速度和塔架上的疲劳载荷之间的关系的图。

图4是示出根据本文所述的实施方式的风速与塔架上的疲劳载荷之间的关系的图。

图5是示出根据本文所述的实施方式在各种风速下塔架和变桨系统各自的损坏分布的图。

图6是根据本文所述的实施方式的风力涡轮机控制器的框图。

图7是示出根据本文所述的实施方式转子上的推力和塔架上的疲劳载荷之间的关系的图。

图8是根据本文所述的实施方式确定用于减小风力涡轮机中的振荡的叶片桨距值的流程。

为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示图中的相同元件。可以设想，在一个实施方式中公开的元件可以有利地应用于其它实施方式，而无需特别说明。

具体实施方式

概述

本文的实施方式描述了使用塔架减振系统主动地应对风力涡轮机中的振荡(或振动)。如果不加以检查，这些振荡可能会对涡轮机中的塔架或其他部件造成结构性损害，并降低风力涡轮机的使用寿命。塔架减振系统的实例包括：侧面-侧面塔架减振(SSTD)系统，其在面向转子平面时减小左右方向上的塔架振荡；以及前后塔架减振(FATD)系统，其在面向转子平面时减小前后方向上的塔架振荡。这些减振系统产生输出信号，然后将输出信号提供给涡轮机中的其它物理控制系统(例如，叶片桨距控制器或功率控制器)，物理控制系统然后使用输出信号来减小涡轮机中的振荡。

塔架减振系统可以测量风力涡轮机中的一个或多个加速度(例如，塔架加速度)以检测涡轮机中的振荡。随着这些加速度的增大，塔架减振系统增大减振桨距基准值的幅值，该减振桨距基准值然后被用于控制涡轮机转子中叶片的桨距角。然而，这样做在控制器中引入了一个反馈环路，这可能导致极限循环，并使控制器调谐更加困难。例如，随着塔架加速度的增大，减振系统增大桨距基准值，以减小塔架振荡和塔架加速度。然而，随着测量的加速度减小，作为响应，减振系统减小桨距基准值，这允许塔架振荡增大。只要存在塔架振荡源，该循环就会继续。替代仅仅依赖于塔架加速度来确定桨距基准值，使用与激活策略分离的度量(例如，独立于塔架减振系统的度量)以便控制叶片桨距角并避免或减轻该反馈环路可能是有利的。

在一个实施方式中，施加在风力涡轮机上的力用于产生桨距基准值。该力可以从其他值测量或估算。例如，该力可以是使用应变计测量的涡轮机塔架上的应变，或者该力可以是转子上的推力。在任何情况下，该力可以与塔架上的疲劳载荷相关。此外，涡轮机可以执行计算以将力与激活策略解耦。也就是说，涡轮机确定力的值，就好像减振系统未被激活或不存在一样。使用转子上的推力作为示例，减振系统估算在没有任何减振系统的情况下表示转子上的力的转子推力。也就是说，减振系统估算转子的推力，就好像减振系统没有改变转子上叶片的桨距角。然后可以将该转子推力与涡轮机的疲劳载荷相关联。通过使用与减振系统无关(即，与之解耦)的转子力来产生桨距基准值，可以避免或减轻上述反馈环路和极限循环。

在一个实施方式中，塔架减振系统使用当前风速和风分布来产生桨距基准值。尽管在较高风速下风力涡轮机可能会经受更大的湍流(因此具有更大的振荡)，但是与较低的风速相比，风力涡轮机会花费相对较少的时间工作在较高风速下。例如，经受一小时20m/s的风会导致比经受相同时间10m/s的风更大的塔架疲劳，但是如果与10m/s的风速相比，涡轮机仅花费一小部分寿命风速工作在20m/s的风速下，那么因为10m/s风速而对塔架造成的损害百分比要比20m/s的风高得多。因此，减振系统可以使用包括对各种风速赋予权重值的一组权重的风分布。分布中的权重值可以根据风力涡轮机在相应风速下的运行时间来改变。例如，对10m/s可以将分配比20m/s更大的权重。减振系统可以使用与当前风分布相对应的权重来产生桨距基准值。因此，当确定桨距基准值的幅值时，减振系统考虑涡轮机在其寿命期间预期受到该风速的时间量，以便确定桨距基准值的幅值。这样，在某些情况下，当风速为10m/s时，桨距基准值可以具有比当风速为20m/s时更大的值。

这里的实施方式可以在减小塔架上的疲劳载荷和引起叶片变桨系统上的磨损之间进行权衡。换句话说，由于使用叶片变桨系统来减小由塔架减振系统检测到的塔架振荡，因此本文所述的技术优化了这种关系，使得叶片变桨系统被有效地用于减小塔架振荡，从而最小化塔架疲劳载荷和叶片变桨系统上的磨损。例如，通过使用与激活策略分离的度量，减振系统可以防止降低系统有效性的反馈环路。此外，通过使用限定涡轮机预期在各种风速下运行的时间量的风分布，减振系统可以在对塔架造成最大损害的风速下最强烈地驱动叶片变桨系统。

示例性实施方式

图1示出了水平轴线风力涡轮发电机100的示意图。风力涡轮发电机100通常包括塔架102和位于塔架102顶部的风力涡轮机机舱104。风力涡轮机转子106可以通过延伸出机舱104的低速轴与机舱104连接。风力涡轮机转子106包括三个转子叶片108，三个转子叶片安装于在转子平面内旋转的公共轮毂110上，但可以包括任何合适数量的叶片，例如一个、两个、四个、五个或更多个叶片。叶片108(或翼型件)通常具有空气动力学形状，其具有用于面向风的前缘112、用于叶片108的弦的相对端处的后缘114、尖端116和用于以任何合适的方式附接到轮毂110的基部118。

对于一些实施方式，叶片108可以使用变桨轴承120连接到轮毂110，使得每个叶片108可围绕其纵向轴线旋转以调节叶片的桨距角。叶片108相对于转子平面的桨距角可以由例如连接在轮毂110和叶片108之间的线性致动器或步进马达来控制。

图2示出了风力涡轮发电机100的机舱104和塔架102内部的典型部件的示意图。当风200推动叶片108时，转子106旋转并使低速轴202旋转。齿轮箱204中的齿轮将低速轴202的低转速机械地转换成适用于使用发电机206发电的高速轴208的较高转速。

控制器210可以感测轴202、208中的一个或两个的转速。如果控制器确定轴旋转太快，则控制器可以发信号通知制动系统212以减慢轴的旋转，这减慢了转子106的旋转——即，减小每分钟转数(RPM)。制动系统212可以防止风力涡轮发电机100的部件的损坏。控制器210还可以从风速计214(提供风速)和/或风向标216(提供风向)接收输入。基于接收的信息，控制器210可以向叶片108中的一个或多个发送控制信号，以努力调节叶片的桨距角218。通过相对于风向调节叶片的桨距角218，可以增大或减小转子(以及轴202、208)的旋转速度。基于风向，例如，控制器210可以向包括偏航马达220和偏航驱动器222的组件发送控制信号，以使机舱104相对于塔架102旋转，使得转子106可以被定位成更多(或在某些情况下，更少)面对逆风。

图3是示出根据本文所述的实施方式的塔架加速度与塔架上的疲劳载荷之间的关系的图300。图300示出了以塔架设计承受的最大载荷的百分比表示的塔架载荷(y轴)与塔架加速度(x轴)之间的关系。例如，风力涡轮机可以包括位于涡轮机中(例如，在机舱或塔架中)的一个或多个加速度计。塔架减振系统可以使用测量的加速度来检测塔架振荡。图300中的O表示了在没有使用塔架减振系统时将测量的塔架加速度与塔架上的载荷相关联的基线。如图所示，这些标记在加速度和载荷之间产生基本线性的关系——即随着测量的加速度增大，塔架上的载荷增大，反之亦然。相比之下，图300中的X示出了减振系统的操作点，减振系统使用测量的塔架加速度来直接控制用于改变转子上的叶片桨距角的桨距基准值。具体地，图300示出了上述反馈环路的影响，其中减振系统增大桨距基准值的幅值，这减小了塔架加速度。响应于塔架加速度的减小，减振系统减小桨距基准值，这允许涡轮机中的振荡再次增大(假定塔架振荡源仍然存在)。塔架加速度的增大导致塔架减振系统再次增大桨距基准值。在一个实施方式中，调节控制系统可以有助于减轻该反馈环路的影响——例如，通过非常缓慢地改变桨距角幅值以减小反馈的影响。然而，如果桨距角幅值变化缓慢，则在某些情况下，这可能导致较高的塔架载荷并且在其他情况下可能会导致比为了抑制振荡所需更高的变桨系统载荷。尽管如此，通过消除反馈，控制器可以将幅值设置为所需的水平，并在塔架载荷变化时改变该值。

由于用于计算桨距基准值(例如，塔架加速度)的度量与塔架减振系统所使用的激活策略(即，受改变叶片桨距角的影响)耦连，所以产生反馈环路。在一个实施方式中，为了减轻反馈环路的影响，减振系统使用分离的度量来控制桨距基准值——即不受激活策略影响的度量。在一个示例中，反馈环路在不存在减振系统的情况下估算转子的推力。也就是说，虽然对桨距基准值的改变也改变了转子推力，但是就好像该变化没有发生一样估算转子推力。以这种方式，估算的转子推力与减振系统分离或独立于减振系统。如将在下面更详细地描述的，使用估算的转子推力来产生桨距基准值允许减振系统在塔架载荷和塔架减振系统输出的激活信号之间具有更线性的响应，尽管这不是必需的。

在另一个实施方式中，为了减轻反馈环路的影响，减振系统可以使用由风力涡轮机上的传感器测量的度量——例如，塔架上的应变计。与转子推力一样，减振系统可以执行计算以将测得的力与减振系统的影响解耦——即，像减振系统不起作用或不存在一样估算力的值。减振系统可以使用分离的度量来控制桨距基准值并消除反馈环路或至少减轻反馈环路的影响。

图4是示出根据本文所述的实施方式的风速与塔架上的疲劳载荷之间的关系的图400。图400示出了与图3不同的问题。这里，塔架疲劳载荷被显示为取决于风速。例如，图400示出了减振系统在不会对风力涡轮机造成显著损害的某些风速下可能更为活跃，但是在确实会造成严重损坏的风速下却不那么活跃。

再次，O表示当没有减振系统起作用时风速和疲劳载荷之间的基线关系，而X代表当减振系统处于激活状态时的操作点——即，随着测量加速度增大，减振系统将桨距基准值增大。具体地，图400包括在该特定风力涡轮机的额定风速下(例如，10m/s)的圆405。在这里，减振系统将塔架的疲劳载荷与基线相比较，因此将具有较小的桨距基准值。因为变桨轴承载荷是作为轴承立方体上的合力矩的积分计算的，并且乘以变桨速率，接近额定风速(10m/s)处推力最大，因此在这些速度下使用变桨系统将产生大量磨损。随着风速增大，减振系统检测到更大的疲劳载荷，从而输出具有更大幅值的桨距基准值——即更强烈地驱动叶片变桨系统。然而，这种控制策略未能考虑涡轮机可能经受各种风速的时间长短。在图400中，减振系统将风速的增大与塔架负荷的增大相关联。尽管载荷通常随着风速的增大而增大，但是塔架经受的疲劳也取决于涡轮机经历特定风速的时间。如果涡轮机处于其在额定风速下比较高风速(例如，大于20m/s)下运行更频繁的位置，则更有效的策略可能是在额定风速下比在较高风速下更强烈地驱动叶片变桨系统。

图5是示出根据本文所述的实施方式在各种风速下塔架和变桨系统各自的损坏分布的图500。图500示出了根据图4中所述的减振系统运行时塔架和叶片变桨系统的损坏分布。塔架的损坏分布由阴影线显示，而叶片变桨系统的损坏分布由实心柱显示。如阴影线所示，当涡轮机在额定风速附近运行时(例如，风速在8-16m/s之间)，由塔架振荡引起的最大损坏百分比发生。实际上，在较高风速(例如，18米/秒以上的速度)下，发生塔架经历的很少损坏。这反映了这样一个事实，即至少在这个位置，风力涡轮机在额定风速下比在较高风速下运行更频繁。

然而，实心柱表示叶片变桨系统的损坏分布(即叶片变桨系统上的磨损)与塔架的损坏分布不匹配。这表明叶片变桨系统的使用效率低下，因为即使与低于16m/s的风速相比，在较高风速下对塔架造成相对较小的损坏，它们也会在较高风速下被驱动得更强烈(这会在叶片系统上导致更大的磨损)。例如，一个塔架在其寿命期间遭受的损坏的几乎百分之六十发生在12-16米/秒之间的风速处，但是叶片变桨系统的损坏的仅仅大约50％发生在这些速度处。此外，在额定风速(10m/s)附近，当使用变桨系统来减少塔架振荡时，成本很高。虽然只有11％或12％的塔架损坏发生在这个速度处，但25％的变桨系统损坏发生在这种速度处。因此，图500表明考虑了风力涡轮机经受各种风速的时间量的减振系统在控制叶片变桨系统方面可能比仅考虑诸如塔架加速度或涡轮机的当前风速等实时测量数据的减振系统更为有效。

图6是根据本文描述的实施方式的风力涡轮机控制器210的框图。控制器210包括处理器605和存储器610。处理器605代表均可以包括一个或多个处理核的一个或多个处理元件。存储器610可以包括易失性存储器、非易失性存储器或两者的组合。此外，控制器210可以如图2所示位于涡轮机100上，或者可以远离涡轮机(例如，作为监控和数据采集(SCADA)系统的一部分)。

存储器610包括塔架减振系统615和叶片桨距控制器635。塔架减振系统615可以是如上所述的FATD系统或SSTD系统。系统615包括力估算器620和风分布630。力估算器620估算施加在涡轮机塔架上的力，就好像塔架减振系统615不起作用或省略。在一个实施方式中，力估算器620在不存在任何塔架减振活动的情况下估算转子推力。也就是说，即使塔架减振系统615产生改变叶片桨距角的控制信号从而改变转子上的推力，力估算器620也就像叶片桨距角未被塔架减振系统615改变一样确定转子推力是多大。可用于估算转子推力的一个等式如下所示：

在等式1中，F_TC是就好像塔架减振系统615不起作用一样的补偿推力。为了确定该力，力估算器620将估算的瞬时推力F_T与由塔架减振系统615产生的桨距基准值的变化引起的转子推力组合(即，)。换句话说，等式1表示估算当前转子推力F_T并补偿当前转子推力的归因于由塔架减振系统615输出的控制信号(即，桨距基准值)的一部分。一旦执行了该补偿，剩余力F_TC是如果塔架减振系统615不起作用时转子上的力。

为了估算瞬时推力F_T，力估算器620可以包括使用当前叶片桨距角和叶片尖端的速度来估算转子上的当前推力的模拟工具或应用。例如，模拟工具可以使用二维叶片模型，该模型使用叶片桨距角和尖端速度作为输入来产生瞬时推力F_T。或者，涡轮机可以包括允许力估算器620直接测量转子上的瞬时力的一个或多个传感器，而不是使用模拟工具来估算该力。

为了估算归因于塔架减振系统615的推力(即，)，力估算器620确定由塔架减振系统615当前正输出的桨距基准值引起的转子推力的变化。例如，力估算器620可以包括提供与一组桨距基准值相对应的转子推力变化的查找表。一旦塔架减振系统615的影响从瞬时转子推力F_T中消除，剩余力就是补偿推力F_TC。该力代表就好像塔架减振系统615不起作用一样转子上的推力。

通过在不存在塔架减振系统615的情况下估算转子推力，补偿的瞬时推力F_TC从系统615解耦。也就是说，等式1得到不依赖于由塔架减振系统615引起的推力变化的力。例如，力F_TC可以取决于当前的风湍流或可能导致塔架振荡的其他事件。因此，通过使用力F_TC作为控制信号，塔架减振系统615可以避免或减轻上述反馈环路的影响(并在图3中示出)。例如，如果风湍流高，则力F_TC将是大的。即使塔架减振系统615响应于力F_TC的增大而增大桨距基准值的幅值，由于如等式1所示对转子推力的任何影响均被消除——即，力F_TC与塔架减振系统615分离，所以桨距基准值的这种变化不会改变力F_TC。因此，使用力F_TC避免了塔架减振系统615的输出也影响其输入的反馈环路。

图7是示出根据本文所述的实施方式估算的解耦推力的雨流计数与塔架上的疲劳载荷之间的关系的图700。图700显示了塔架载荷(y轴)与雨流计数之间的关系，雨流计数是计算疲劳载荷(x轴)的一种技术。图700中的O表示了在没有使用塔架减振系统时将测量的转子推力与塔架上的载荷相关联的基线。如图所示，这些标记在推力和载荷之间形成一个基本线性的关系。图700中的X表示使用塔架减振系统，而没有对上述反馈环路的影响进行任何补偿。

回到图6，力估算器620可以确定与塔相关联的力而不是估算转子上的力，以便识别塔架上的疲劳载荷。例如，风力涡轮机可以包括位于塔架上的应变计。使用由应变计提供的数据，力估算器620确定力的值，就好像塔架减振系统615不起作用一样。例如，如果应变计测量塔中的弯曲力或力矩，则力估算器620估算该力，就好像塔架减振系统615没有主动地输出控制信号以减小塔架振荡。因此，与上述的转子推力一样，估算的力与塔架减振系统分离，并且可以用作控制信号来估算塔架疲劳载荷。

塔架减振系统615还包括风分布630，风分布630包含不同风速下的历史的或估算的时间值。例如，可以基于潜在风力涡轮机位置的可行性研究(当涡轮机尚未被安装时)来估算风分布630。使用在研究期间获得的测量值，风分布630识别现场中的风力涡轮机经受各种风速的时间部分或百分比。在一个实施方式中，风分布630可以指示涡轮机在其寿命期间受到特定风速的预期百分比——例如，预期涡轮机在其寿命的30％时间内将经受10m/s的风速。

在一个实施方式中，风分布630基于在风力涡轮机处测量的更新风数据而改变或调节。风力涡轮机(或风电场)可以包括连续测量风速的传感器。该数据可用于改变风速的原始或初始分布。例如，塔架减振系统615可以规划先前测量的风速将如何在风机的寿命内分配风。然而，由于新测量的风速可能改变该规划，塔架减振系统615可以更新风分布630以更好地反映测量的数据。

无论如何生成风分布630，在一个实施方式中，塔架减振系统615使用风分布630对用于抑制塔架振荡的控制信号(例如，桨距基准值)进行加权。返回参考图5，图500示出了塔架的大部分损坏发生在接近10-14m/s的风速。一种随着风速增大而增大控制信号幅值的控制策略(即，风速越高，控制信号的幅值越大)可能会比考虑涡轮机在各种风速下花费的时间长度的控制策略更低效地使用叶片变桨系统。因此，塔架减振系统615使用风分布630缩放控制信号。例如，当涡轮机当前正经受在风分布630中分配最大权重的风速时，系统615可以更强烈地驱动叶片变桨系统(例如，增大控制信号的幅值)。因此，在某些情况下，塔架减振系统615可以在低风速下输出比高风速下更大幅值的基准值。

叶片桨距控制器635接收由塔架减振系统615输出的桨距基准值。尽管未示出，叶片桨距控制器635可通信地联接到转子上用于改变叶片桨距角的一个或多个叶片变桨致动器。当设定叶片桨距角时，除了从塔架减振系统615接收的桨距基准值之外，叶片桨距控制器635可以使用其他输入。例如，叶片桨距角也可以根据当前风速或电网运营商要求的期望输出功率来设定。然后可以组合这些因素以便调节转子中的叶片上的叶片桨距角。在一个实施方式中，从塔架减振系统615接收的桨距基准值可以用作用于将叶片变桨的偏移值。例如，桨距基准值可以指示叶片桨距控制器635以一定频率使当前叶片桨距角振荡2％，以便抑制塔架振荡。随着桨距基准值的振幅增大，叶片桨距角的变化量也可以增大——例如，从当前叶片桨距角的2％变化到4％的变化。虽然这里的实施例描述了使用输出用于叶片桨距控制器的控制信号(例如，桨距基准值)的塔架减振系统，但是本公开不限于此。

图8是根据本文所述的实施方式确定用于减少风力涡轮机中的振荡的叶片桨距值的流程800。在一个实施方式中，流程800示出了由塔架减振系统615执行的控制逻辑。如图所示，流程800接收风况和补偿的转子推力F_TC作为输入。风况可以是在风力涡轮机处测量的风速、通过涡轮机的上风向传感器测量的风速、或者从其他因素估算的推导风速。然后将风况提供给风分布630，风分布630输出用于特定风速的权重805。如图所示，风分布630示出了钟形曲线，其中最大权重值对应于最常见的风速，或换句话说，风力涡轮机最多地运行的风速。将最大权重分配给最普遍的风速可以基于图5所示的数据，其中大部分塔损坏发生在更常见的风速——例如10-14m/s。

流程800示出了将补偿的转子推力F_TC输入到塔架疲劳分布807中，该塔架疲劳分布由塔架减振系统用于为推力赋予权重。虽然示出了转子推力，但流程800可以使用与塔架减振系统分离的任何控制信号。例如，流程800可以使用在塔架中测量的弯曲力，只要该力被补偿以消除塔架减振系统引起的任何影响。塔架疲劳分布807将补偿转子推力的值与估算塔架上疲劳的雨流计数(F_TCFAT)相关联。在这里，关系是线性的，其中塔架上的疲劳载荷随着转子推力的增大而增大——即推力越大，塔架上的疲劳就越大。塔架疲劳分布807包括对应于不同转子推力的多个权重。一旦找到匹配，流量800输出表示由补偿转子推力引起的塔架疲劳量的权重810。

选自风分布630的权重805和选自塔架疲劳分布807的权重810由乘法器815组合以产生组合权重820。因此，权重820源自考虑了风力涡轮机预期在各种风速下运行时间量的风分布630以及使用与由塔架减振系统使用的激活策略分离的控制信号来选择权重的塔架疲劳分布807。

流程800包括使用一个或多个输入来输出叶片桨距角的变化量(Δθ)835的叶片桨距估算器830。在该示例中，叶片桨距变化量835可以基于如上所述的塔架加速度。也就是说，随着塔架加速，叶片桨距估算器830可以增大叶片桨距变化量835。在一个实施方式中，叶片桨距变化量835可以是包括一个或多个频率的信号的正弦信号。叶片桨距估算器830可以根据塔架加速度的变化来设置该正弦信号的频率和幅值。然而，如上所述，塔架加速度耦连到风减振系统，使得叶片桨距角的变化影响塔架的加速度。因此，流程800包括将叶片桨距变化量835与组合权重820组合的乘法器825。这样做得到作为塔架减振系统的输出的补偿叶片桨距变化量(Δθ_OUT)840(即，桨距基准值)。补偿叶片桨距变化量840被提供给叶片桨距控制器635，叶片桨距控制器使用该变化量来减少塔架振荡。

将叶片桨距变化量835与组合权重820组合实现了至少两个益处。首先，使用与塔架减振系统分离的控制信号(即，补偿的转子推力)导出补偿叶片桨距变化量840。这使得当产生叶片桨距变化量835时使用耦连到塔架减振系统的控制信号(例如塔架加速度)的效果最小化。其次，使用风分布630来调节塔架减振系统的输出。也就是说，补偿叶片桨距变化量840根据涡轮机预期在其寿命期间经受该风速的时间量而变化。这样做可能导致叶片变桨系统相对于如下控制策略的更有效的使用，该控制策略不能考虑涡轮预期在给定风速下运行的时间长度。

在前面的内容中，提及了本公开中呈现的实施方式。然而，本公开的范围不限于具体描述的实施方式。相反，可以想到特征和元件的任何组合(无论是否与不同的实施方式相关)以实现和实践预期的实施方式。此外，尽管本文公开的实施方式可以实现优于其他可能的解决方案或超过现有技术的优点，但是给定实施方式是否实现特定优点并不限制本公开的范围。因此，本文的方面、特征、实施方式和优点仅仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求的要素或限制，除非在权利要求中明确地叙述。同样，对“本发明”的提及不应被解释为本文公开的任何发明主题的一般化，并且不应被认为是所附权利要求的要素或限制，除非在权利要求中明确地叙述。

如本领域技术人员将理解的，本文公开的实施方式可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，各方面可以采取完全硬件实施方式、完全软件实施方式(包括固件、驻留软件、微代码等)、或者将软件和硬件方面组合的实施方式的形式，这些方面可以在本文中通常被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，这些方面可以采用计算机程序产品的形式，计算机程序产品体现在实施有计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质(或介质)，在介质上具有用于使处理器执行本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备、或装置、或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非详尽列表)将包括以下内容：具有一条或多条线的电连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备或任何上述的适当组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质是可以包含或存储供指令执行系统、设备或装置使用或者与指令执行系统、设备或装置结合使用的程序的任何有形介质。

计算机可读信号介质可以包括传播的数据信号，数据信号中包含有计算机可读程序代码，例如在基带中或作为载波的一部分。这种传播信号可以采取各种形式中的任何形式，包括但不限于电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其不是计算机可读存储介质并且可以传达、传播或传送程序以供指令执行系统、设备或装置使用或与指令执行系统、设备或装置结合使用。

包含在计算机可读介质上的程序代码可以使用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等、或上述的任何合适的组合。

用于执行本公开的各方面的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括面向对象的编程语言，例如Java、Smalltalk、C++等，以及常规的程序性编程语言，例如“C”编程语言或类似的编程语言。程序代码可以完全在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上执行、作为独立的软件包执行、部分地在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以与外部计算机连接(例如，使用互联网服务提供商通过互联网)。

以上参考根据本公开中呈现的实施方式的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本公开的方面。应当理解，流程图和/或框图的每个块以及流程图和/或框图中的块的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图块或块中指定的功能/动作的手段。

这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，计算机可读介质可引导计算机、其他可编程数据处理设备或其他设备以特定方式工作，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现流程图和/或框图块或块中指定的功能/动作的指令的制品。

计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理设备或其他设备上，以使得在计算机、其他可编程设备或其他设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图块或块中指定的功能/动作的过程。

附图中的流程图和框图示出了根据各种实施方式的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个块可以表示代码的模块、段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应该注意的是，在一些替代的实施方式中，块中所述的功能可能不以附图中指出的顺序出现。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个块实际上可以基本同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行块。还将注意到，框图和/或流程图的每个块和方框图和/或流程图图示中的块的组合可以由执行指定功能或动作的专用基于硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。

鉴于上述情况，本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims (15)

1.一种操作风力涡轮机的方法，所述方法包括：

基于施加在风力涡轮机上的力来确定塔架疲劳权重值；

基于测量的风况和风分布来确定风权重值；

组合塔架疲劳权重值和风权重值，得到组合增益值；以及

基于组合增益值确定用于衰减风力涡轮机中的振荡的变桨致动值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中施加在风力涡轮机上的力包括风力涡轮机中的转子推力，其中转子推力代表在不使用塔架减振系统来减小风力涡轮机中的振荡一样的情况下转子上的力。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：

基于叶片的桨距角和转子的速度确定转子的当前推力；

确定由塔架减振系统减小风力涡轮机中的振荡而导致的转子上的推力变化；以及

通过组合转子的当前推力和推力变化来确定转子推力。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定塔架疲劳权重值包括：

将转子推力与塔架疲劳分布相关联，以确定塔架疲劳权重值。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中风分布包括多个权重，每个权重对应于相应风速，其中所述多个权重基于风力涡轮机估算经历相应风速的时间量而改变值。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

接收来自塔架减振系统的叶片桨距变化量；

使用组合增益值来调节叶片桨距变化量，以确定变桨致动值；以及

将变桨致动值传输到叶片桨距控制器。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中施加在风力涡轮机上的力包括由风力涡轮机上的应变计提供的测量值。

8.一种风力涡轮机控制器，包括：

处理器；以及

耦连到处理器的塔架减振系统，塔架减振系统被构造成：

基于施加在风力涡轮机上的力来确定塔架疲劳权重值，

基于测量的风况和风分布来确定风权重值，

结合塔架疲劳权重值和风权重值，得出组合增益值，以及

基于组合增益值来确定用于衰减风力涡轮机中的振荡的变桨致动值。

9.根据权利要求8所述的风力涡轮机控制器，其中施加在风力涡轮机上的力包括风力涡轮机中的转子推力，其中转子推力代表在不使用塔架减振系统来减小风力涡轮机中的振荡的情况下转子上的力。

10.根据权利要求9所述的风力涡轮机控制器，其中塔架减振系统被构造成：

基于叶片的桨距角和转子的速度来确定转子的当前推力；

确定由塔架减振系统减少风力涡轮机中的振荡而导致的转子上的推力变化；以及

通过组合转子的当前推力和推力变化来确定转子推力。

11.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机控制器，其中确定塔架疲劳权重值包括：

将转子推力与塔架疲劳分布相关联，以确定塔架疲劳权重值。

12.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机控制器，其中风分布包括多个权重，每个权重对应于相应风速，所述多个权重基于风力涡轮机估算经历相应风速的时间量而改变值。

13.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机控制器，其中塔架减振系统被构造成：

确定叶片桨距变化量；

使用组合增益值调节叶片桨距变化量，以确定变桨致动值；以及

将变桨致动值传输到叶片桨距控制器。

14.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机控制器，其中施加在风力涡轮机上的力包括由风力涡轮机上的应变计提供的测量值。

15.一种存储计算机可读程序代码的非暂时性计算机可读存储介质，所述计算机可读程序代码在处理器上运行时执行操作，操作包括：

基于施加在风力涡轮机上的力来确定塔架疲劳权重值；

基于测量的风况和风分布来确定风权重值；

组合塔架疲劳权重值和风权重值，得到组合增益值；以及

基于组合增益值确定用于衰减风力涡轮机中的振荡的变桨致动值。