CN108368822A - 配置为实现协调性旋转速度的多转子涡轮机 - Google Patents

Abstract

描述了包括多个风力涡轮机模块的风力涡轮机系统，每个风力涡轮机模块包括安装到包括塔架的支撑结构的转子。在使用中，每个转子具有定义不平衡矢量的相关旋转不平衡。风力涡轮机系统包括控制装置，该控制装置配置为协调多个转子的旋转速度以衰减由转子的旋转不平衡引起的支撑结构的振荡。还描述了控制这种风力涡轮机系统的方法。该方法包括协调多个转子的旋转速度以衰减由转子的旋转不平衡引起的支撑结构的振荡。

Description

配置为实现协调性旋转速度的多转子涡轮机

技术领域

本发明涉及一种用于具有多转子的风力涡轮机系统的控制系统，更具体但非排他地涉及一种阵列型或多转子风力涡轮机系统，其中，该系统的分开的转子可以大致对齐在共同的平面中。

背景技术

存在多种替代性的风力涡轮机装置设计。一个示例是多转子阵列型风力涡轮机。

例如，EP1483501B1公开了一种多转子阵列型风力涡轮机装置，其中，多个共面转子被安装到共同的支撑结构。这样的配置实现了可以用非常大的单转子涡轮机获得的规模经济，但是避免了相关的缺点，诸如高叶片质量、放大的功率电子部件等等。然而，尽管这种共面多转子风力涡轮机具有显着的优点，但是它提出了在实践中实现该构思的挑战，特别是在如何控制多个转子以实现最佳功率生产。EP1483501B1提出控制策略，其通过将系统的每个风力涡轮机作为单独控制的分开物体。

正是在这种背景下设计了这项发明。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种风力涡轮机系统，其包括安装到支撑结构的多个风力涡轮机模块，所述支撑结构包括塔架。多个风力涡轮机模块中的每一个都包括转子，并且，在使用中，每个转子具有定义不平衡矢量的相关旋转不平衡。该风力涡轮机系统包括控制装置，该控制装置配置为协调多个转子的旋转速度以衰减由转子的旋转不平衡引起的支撑结构的振荡。

本发明的这个方面提供一种风力涡轮机系统，其中，使用风力涡轮机模块的转子速度控制功能来控制由于转子的旋转不平衡而施加在支撑结构上的力。这允许支撑结构的振荡被衰减而不限制风力涡轮机系统的操作的自由，有利地使风力涡轮机模块在临界旋转频率处(接近支撑结构的共振频率)的操作。

在本发明的各实施方式中，总体目标是避免风力涡轮机系统的转子的不平衡矢量同相旋转，其使得所产生的循环力重合。

例如，控制装置可以配置为协调第一转子和第二转子的旋转速度，使得第一转子的不平衡矢量和第二转子的不平衡矢量之间的角度变化。为了实现这一点，控制装置可以配置为将第一转子的旋转速度控制为不同于第二转子的旋转速度。特别地，控制装置可以配置为控制第一转子的旋转速度，使得第一转子的旋转速度小于第二转子的旋转速度的98％。可选地或附加地，控制装置可以配置为控制第一转子的旋转速度，使得第一转子的旋转速度大于第二转子的旋转速度的90％。控制装置也可以配置为控制第二转子的旋转速度。控制装置可以配置为控制第一转子的旋转速度与至少一个其他个转子的旋转速度不同。

根据本发明该方面的其他实施方式，控制装置可以配置为协调第一转子和第二转子的旋转速度，以实现第一转子的方位角位置和第二转子的方位角位置之间的目标角度差异。风力涡轮机系统可以包括配置为检测支撑结构内的振动的传感器。在这些情况下，控制装置可以配置为取决于检测到的振动的量级来改变目标角度差异。控制系统可以配置为确定第一转子的不平衡矢量和第二转子的不平衡矢量，并且目标角度差异可以对应于第一和第二不平衡矢量之间的非零角度。在这些情况下，目标角度差异可以对应于90度与240度之间的第一和第二不平衡矢量之间的角度。更具体地，目标角度差异可以对应于180度的第一和第二不平衡矢量之间的角度。

根据本发明的第二方面，提供了一种控制风力涡轮机系统的方法。风力涡轮机系统包括安装到包括塔架的支撑结构的多个风力涡轮机模块。多个风力涡轮机模块中的每一个包括转子。在使用中，每个转子具有定义不平衡矢量的相关旋转不平衡。该方法包括协调多个转子的旋转速度以衰减由转子的旋转不平衡引起的支撑结构的振荡。

该方法可以包括协调第一转子和第二转子的旋转速度，使得第一转子的不平衡矢量和第二转子的不平衡矢量之间的角度连续变化。该方法可以包括控制第一转子的旋转速度与第二转子的旋转速度不同。

该方法可以包括协调第一转子和第二转子的旋转速度以实现第一转子的方位角位置和第二转子的方位角位置之间的目标角度差异。在这些情况下，该方法可以包括检测支撑结构内的振动并且取决于检测到的振动的量级来改变目标角度差异。可选地或附加地，该方法可以包括确定第一转子的不平衡矢量和第二转子的不平衡矢量，并且将目标角度差异设定为对应于第一和第二不平衡矢量之间的180度角。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于风力涡轮机系统的控制器，所述风力涡轮机系统包括安装到包括塔架的支撑结构的多个风力涡轮机模块。多个风力涡轮机模块中的每一个都包括转子，并且，在使用中，每个转子具有定义不平衡矢量的相关旋转不平衡。所述控制器包括处理器、存储器模块和输入/输出系统，并且所述存储器包括一组程序代码指令，所述程序代码指令在由所述处理器执行时，实现根据先前描述的方面的方法。

根据本发明的另一方面，提供了从通信网络下载和/或储存在机器可读介质上的计算机程序产品，所述产品包括用于实现根据本发明的第二方面的方法的程序代码指令。

为了本公开的目的，应该理解的是，在此描述的控制系统可以包括具有一个或多个电子处理器的控制单元或计算设备。这样的系统可以包括单个控制单元或电子控制器，或者可选地，一个或多个控制器的不同功能可以被实现在，或者被托管在，不同的控制单元或控制器中。如本文所使用的，术语“控制系统”将被理解为包括单个控制单元或控制器以及共同操作以提供所需控制功能的多个控制单元或控制器。可以提供一组指令，所述指令在被执行时使一个或多个控制器或一个或多个控制单元实施本文描述的控制技术。该组指令可以嵌入到一个或多个电子处理器中，或者可选地，该组指令可以作为软件提供以由一个或多个电子处理器执行。例如，第一控制器可以在一个或多个电子处理器上运行的软件来实现，并且一个或多个其他控制器也可以在一个或多个电子处理器上运行的软件来实现，可选地在第一控制器相同的一个或多个处理器上。然而，应该理解的是其他布置也是有用的，并且因此，本发明并不限于任何特定的布置。

在本申请的范围内，明确地意图在于前面段落中、权利要求和/或以下描述和附图中阐述的各个方面、实施方式、示例和替代方案，并且尤其是其各个特征可以独立地或以任何组合而取得。也就是说，所有实施方式和/或任何实施方式的特征可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这些特征不兼容。申请人保留更改任何原始提出的权利要求或相应提出任何新的权利要求的权利，包括修改任何原始提交的权利要求的权利，以依赖和/或合并任何其他权利要求的任何特征，尽管最初并未以这种方式要求权利。

附图说明

现在将参照附图仅以举例的方式描述本发明的一个或多个实施方式，其中：

图1是多转子风力涡轮机装置的前视图；

图2是用于图1的多转子风力涡轮机装置的控制系统的示例的示意图；

图3是图1的风力涡轮机装置的转子的示意图；

图4是示出可以由图2的控制系统执行的过程的步骤的流程图；和

图5是示出可以由图2的控制系统执行的另一过程的步骤的流程图。

应该注意的是，附图是用于说明本发明的特征的示意性表示，并非旨在成为实际表示或反映各种部件的尺寸或相对比例。为了清楚起见，并且为了避免不必要的细节模糊了本发明的原理形式，所示示例已经被简化。本领域技术人员将会理解，实际的风力涡轮机系统中可以包括更多的部件。

具体实施方式

参考图1，示出了多转子风力涡轮机装置10，其包括其上安装有多个风力涡轮机或风力涡轮机模块14的塔架12。注意，术语“风力涡轮机”在此用于工业接受的意义以主要指风力涡轮机装置10的发电部件并且与塔架12分开。

整个风力涡轮机装置10被支撑在基座上，如经常一样。作为示例，基座可以是埋藏在地面18中的大块物质，如这里所示，或者可以是单极或“夹克”状结构的形式。

风力涡轮机模块14通过支撑臂装置20安装到塔架12。一起地，塔架12和支撑臂装置20可以被认为是风力涡轮机装置10的支撑结构22。

支撑臂装置20包括相互相反的第一和第二支撑臂24，其从塔架12大致水平地延伸，每个支撑臂24在其远端处承载相应的风力涡轮机模块14。支撑臂24在它们的近端处通过耦合件25固定到塔架12。替代配置是已知的，例如，其中，涡轮机模块14中央地安装在塔架12上，一个在另一个的上方，并且其中，支撑臂结构20相对于塔架12以不同的角度安装。

风力涡轮机模块14可以被认为是基本相同的，每个风力涡轮机模块14包括转子26，所述转子包括一组叶片28，所述叶片以常规方式可旋转地安装到舱30。因此，风力涡轮机模块14中的每一个都能够从通过由叶片28扫过的区域(被称为“转子盘”32)的风的流动而生成功率(电力)。然而，一般可以使用具有不同规格的风力涡轮机模块14，例如不同的转子直径和不同的发电机。

在该示例中，每个风力涡轮机模块14是三叶片迎风水平轴风力涡轮机模块14，其中，转子26位于舱30的前面并且定位成面向支撑结构22上游的风。其他配置是可能的；例如，可以提供不同数量的叶片。

在这个示例中，有两个风力涡轮机模块14；然而，本发明同样适用于包括更多风力涡轮机模块的多转子风力涡轮机装置。作为示例，附加的一对风力涡轮机模块34以虚线示出为安装到塔架12，尽管为了本说明的目的，将仅参考两个风力涡轮机模块14。

现在将参照图2对风力涡轮机装置10的系统部件进行进一步解释。

每个风力涡轮机模块14设置有由转子26驱动的齿轮箱40，以及包括连接到齿轮箱40的发电机42的发电系统，并且其将所生成的功率馈送到转换器系统44。每个风力涡轮机模块14的转换器系统44的功率输出被馈送到分配单元46，其允许向前(onward)传输功率。在这个示例中，分配单元46位于塔架12内侧，尽管设想其他位置是可接受的。风力涡轮机装置10的这些方面的精确配置不是本发明的核心，并且将不会详细描述。为了目前的目的，这些方面可以被认为是常规的，并且在一个实施方式中，可以基于全尺寸转换器(FSC)体系结构或双馈感应发电机(DFIG)体系结构，尽管熟练技术人员将知道其他体系结构。

风力涡轮机装置10还包括控制装置，该控制装置配置为执行稍后更详细描述的控制过程，以确保支撑结构22的振动模式的激励被减小、消除或被控制到可接受的水平。在该实施方式中，控制系统包括中央化控制元件和本地化控制元件。

中央化控制元件起到监督功能，以提供协调的控制策略。在该示例中，中央化控制元件由中央控制模块48提供，其形式为集成在分配单元46中的计算设备，具有合适的处理器、存储器模块和输入/输出系统。中央控制模块48配置为作为整体来监测风力涡轮机装置10的操作以实现监督控制目标。

本地化控制元件可操作以监测和控制多个风力涡轮机模块14中的相应风力涡轮机模块，以实现一组本地控制目标。在该实施方式中，本地化控制元件以多个本地控制模块50的形式提供，其被实现为相应的计算设备，每个计算设备专用于相关风力涡轮机模块14并且包括合适的处理器、存储器模块和输入/输出系统。在其他实施方式中，例如，控制系统的本地控制元件可以作为与中央化控制元件集成的单个单元来提供，并且可以位于塔架12内侧。

每个本地控制模块50包含速度控制器52，该速度控制器配置为控制相关涡轮机模块14的转子速度。为了实现这一点，速度控制器52可操作以控制转换器系统44以影响由发电机施加在转子26上的扭矩，并且还通过俯仰控制系统53来控制叶片28的俯仰，所述俯仰控制系统调节叶片28相对于风的迎角。本领域技术人员将熟悉用于控制风力涡轮机模块14的转子速度的这种系统，因此这里将不提供详细的解释。

所述输入/输出系统允许本地控制模块50接收来自中央控制模块48的监督控制命令。另外，本地控制模块50还接收来自风力涡轮机装置10内的各种传感器的输入。例如，每个风力涡轮机模块14包括转子速度传感器54，其测量转子26的旋转速度并将该数据提供给相关本地控制模块50。每个本地控制模块50还接收来自方位角传感器56的输入，其测量相关风力涡轮机模块14的转子26的方位角，在旋转轴线的周向方向上在0与360度之间。典型地，对于给定转子的“零度”位置将被认为是当被选择的叶片28中的一个处于垂直向上位置并且方位角位置在旋转方向上被测量时。

本领域技术人员将意识到，更多的部件可以视情况而定被包括在实际的风力涡轮机控制系统中。

在下面的描述中将参考单个转子26。然而，应该理解的是，该描述同样适用于两个转子26。

由于制造公差，转子26的质心可能与旋转轴线不完全重合，也就是说，转子26可能具有相关不平衡。实际上，由于转子叶片28的轮廓(profile)和质量特性的偏差以及组装转子时的叶片俯仰的差异，所有风力涡轮机转子呈现一些不平衡。另外，在转子26的使用期间内可能发生转子平衡中的变化，例如由于未被均匀分布在叶片28上的积冰或污染。

当转子26旋转时，质心围绕旋转轴线旋转，并且转子26因此呈现旋转不平衡。

旋转不平衡课可以被描述为“不平衡矢量”，其被限定为连接转子26的旋转轴线至转子26的质心的矢量。由于不平衡矢量的方向对应于质心的位置，因此，在接下来的描述中，对转子26的不平衡矢量的方向的任何指定可以等同地被理解为指定转子26的质心的位置。不平衡矢量的方向可以方便地表示为零与360度之间的角度，例如对应于垂直线与不平衡矢量的方向之间的角度(在转子26的旋转方向上)。由于不平衡矢量与转子26一起旋转，所以不平衡矢量的角度与转子26的方位角位置成固定的角度关系。

当转子26旋转时，支撑结构22在不平衡矢量的方向上经受循环力。如果转子26的旋转速度对应于临界频率，例如接近支撑结构22的共振频率，则由于旋转不平衡引起的循环力可以激励支撑结构22的共振模式。这可以导致支撑结构22的振荡增加、导致疲劳，其可能影响整个装置的使用寿命。为了避免这一点，单个转子装置一般不在其临界旋转速度下操作。然而，这限制了风力涡轮机的操作自由并且可能导致发电效率的损失。

如将要描述的那样，本发明在多转子风力涡轮机装置的背景下识别出针对该问题的解决方案，其能够在临界转子速度下操作。

在本发明的实施方式中，风力涡轮机模块14的转子速度控制功能可用于控制由于旋转不平衡而施加在支撑结构22上的力。因此，系统的结构共振的激励被控制并且支撑结构22的振荡被防止增加到不可接受的量级。也就是说，由转子26的旋转不平衡引起的支撑结构22的振荡被衰减。

至少有两种控制策略可以用来实现这一点，现在将通过示例来描述。在每个策略中，总体目标是避免装置10的转子26的质心同相旋转，使得产生的循环力重合，由此相互放大并增加临界频率附近的共振。

在一个策略中，控制转子速度以保持不平衡矢量彼此不同相，使得转子26的旋转不平衡在支撑结构22上施加相反的，即抵消的，力，由此在一定程度上相互中和并且减小支撑结构22上的净循环激励力。

在另一个策略中，风力涡轮机模块14被控制以具有不同的转子速度，使得：转子26的旋转不平衡仅暂时沿相同的方向施加力，当转子不平衡短暂地在相中时；也就是说，当不平衡矢量处于相同方向时。因此，这些力示一般不会相互强化。本领域技术人员将能够设想可以采用的其他转子速度控制策略，其可以被实施以衰减由转子26的旋转不平衡引起的支撑结构22的振荡。

现在将参照图3和图4描述与上述第一策略有关的转子速度控制过程的示例。

图3示出了风力涡轮机装置10的转子26的示意图。示出了转子26的不平衡矢量58，其在相应转子26的旋转轴线60和质心62之间延伸。控制涡轮机模块14使得两个风力涡轮机模块14的转子速度相同，但是不平衡矢量58之间的角度是180度。

在其他实施方式中，可以控制风力涡轮机模块14，使得在各不平衡矢量58之间存在不同的固定角度。在这些实施方式中，由旋转不平衡施加的力不严格相反(也就是说，它们不是直径地相反)；然而，这些力不在同一个方向。只要不平衡矢量58之间的角度至少为90度，则这些力在一定程度上有利地彼此消掉。

现在将参照图4描述可由风力涡轮机装置10的控制系统执行以实现该控制策略的过程100的示例。本领域技术人员将会理解，过程的各种步骤可以是在适当的情况下在本地控制模块50或中央控制模块48内执行。

首先，控制系统确定，在步骤102，是否满足触发过程开始的激发要求。在本发明的一些实施方式中，激发要求可以是风力涡轮机装置10是可操作的；在这些情况下，在风力涡轮机装置10的操作期间过程100连续执行。在其他各实施方式中，当传感器，诸如设置到风力涡轮机装置10的振动传感器或力传感器检测到支撑结构22内的振动量级超过预定阈，表明振动模式正在被激励时，可激发过程100。可替代地，当速度控制器52发出需要转子速度对应于支撑结构22的临界频率的命令时，可激发过程100。

紧随过程100的激发，控制系统在两个涡轮机模块14之间进行两个比较：转子26的不平衡矢量58的比较，以及转子速度的比较。过程100包括涉及每个比较的一系列步骤。首先将描述与不平衡矢量58的比较有关的步骤。

在步骤104中确定第一涡轮机模块14的转子26的不平衡矢量58的角度，“第一不平衡矢量”58。在该示例中，第一不平衡矢量58的角度从第一转子26的方位角而计算，基于第一转子26的方位角和第一不平衡矢量58的角度之间的固定角度关系。第一转子26的方位角位置与第一不平衡矢量58的角度典型地在风力涡轮机装置10的投入运行期间被确定。替代地或另外地，第一转子26可以被设计、制造并安装有质心62故意定位成与方位角有已知的角度关系。在其它各实施方式中，第一不平衡矢量58的角度在操作中通过监测支撑结构22中的循环负载来导出。相对于第一转子26的方位角的第一不平衡矢量58角度可以是周期地的或连续地监测以考虑使用期间第一转子26的平衡变化。

在步骤106中确定第二涡轮机模块14的转子26的不平衡矢量58的角度，“第二不平衡矢量”58。由于各涡轮机模块14基本相同，因此以上步骤104的描述同样适用于步骤106。本领域技术人员将认识到，任一个涡轮机模块14可以被指定为“第一”涡轮机模块14，并且步骤104和106可以按顺序(以任一顺序)或同时执行。

在步骤108中通过计算从第一不平衡矢量58到第二不平衡矢量58的角度来比较所确定的各不平衡矢量58的角度。随后在步骤110，确定各矢量之间的角度是否是180度，完成两个转子26的不平衡矢量58之间的比较。为了该过程100的目的，如果角度落入预定的限差范围内，则各不平衡矢量58之间的角度也被认为是180度。

如上所述，过程100还包括与两个涡轮机模块14的转子速度的比较有关的一系列步骤。分别在步骤112和114确定两个涡轮机模块14的转子速度。在该示例中，直接由相应的转子速度传感器54测量转子速度。然而，本领域技术人员将知道其他方式来确定风力涡轮机模块14的转子速度，例如通过使用风力涡轮机的各种其他操作参数模块14，如齿轮箱速度，来计算。

在步骤116比较转子速度，并随后确定，在步骤118，转子速度是否相同。为了该过程100的目的，如果转子速度在彼此的预定限差范围内，则也认为转子速度相同。

基于这些比较来控制涡轮机模块14。如果不平衡矢量58之间的角度是180度并且转子速度相同，则旋转的不平衡相互适当地抵消，因此不需要额外的转子速度控制并且过程100完成。控制系统然后返回到激发要求步骤，并且过程100被连续地重复，直到装置10被关闭。

然而，如果各不平衡矢量58之间的角度不是180度，或者如果转子速度不相同(或两者)，则控制系统发出，在步骤120，适当的命令以控制第一涡轮机模块14的转子速度，使得转子速度相等并且各不平衡矢量58之间的角度为180度。

为了实现这一点，控制系统命令第一涡轮机模块14的转子26进行速度调节操作。所述速度调节操作可适当地包括转子26的单个加速或减速或一系列加速和/或减速。速度调节操作适当地构成以确保在不平衡矢量58之间的角度为180度的时刻转子速度变得相等。

在其他示例中，控制系统还可以控制第二涡轮机模块14的转子速度以实现控制策略。在这些情况下，控制系统可命令第二风力涡轮机模块14的转子26进行适当的转子速度调节操作。

在完成一个或多个转子速度调节操作之后，控制系统发出命令以维持对于每个风力涡轮机模块14的相等转子速度，确保由旋转不平衡施加的力保持相反。

然后控制系统返回到激发要求步骤102。因此，无论何时满足激发要求，控制系统都起作用以控制转子速度。因此，在该示例中，当风力涡轮机装置10操作时，该过程100连续执行。

以上描述涉及可由控制系统执行的可能过程100的一个示例，以确保转子26的旋转不平衡将相反的力施加在支撑结构22上，所述相反的力在一定程度上相互抵消掉。本领域技术人员将能够设想可以执行的其他适当的过程。例如，可以采用自适应算法，其中，转子速度被控制以实现第一和第二风力涡轮机模块转子26的方位角位置之间的目标角度差异，所述目标角度关系在操作期间被修改，直到在支撑结构22中检测到的振动低于预定阈。

如前所述，使用涡轮机模块14的转子速度控制功能来减小或消除装置10支撑结构22的振动模式的激励的替代策略是控制转子26的速度使得它们不同。两个转子26的不平衡矢量58之间的角度因此不断地改变，并且由于旋转不平衡所引起的力将仅暂时地在相中。现在将参考图5描述可由控制系统执行以实现该控制策略的过程200，图5示出了过程200的步骤的流程图。

过程200开始于在步骤202检查是否满足激发要求。该步骤总体上对应于图4中所示的过程100的激发步骤102，并且应用相同的考虑和替代。例如，在该实施方式中，激发要求是风力涡轮机装置10是可操作的，但是在其他各实施方式中，当设置到风力涡轮机装置10的振动传感器检测到支撑结构22内的振动量级超过预定阈，表明振动模式正在被激励时，可激发该方法。可替代地，当速度控制器52发出需要转子速度对应于支撑结构22的临界频率的命令时，可激发该方法。

紧随过程200的激发，系统确定，在步骤204，第一涡轮机模块14的转子速度，并且，在步骤206，确定第二涡轮机模块14的转子速度。在该示例中，由转子速度传感器54直接测量转子速度。然而，本领域技术人员将意识到确定风力涡轮机模块14的转子速度的其他方式，例如通过使用风力涡轮机模块14的各种其他操作参数(例如发电机速度)来计算。在步骤208比较各转子速度。

紧随所述比较，控制涡轮机模块14，使得两个转子26的不平衡矢量58之间的角度连续变化。也就是说，转子26被设定为不同的速度。

为了实现这一点，系统确定，在步骤208，限定两个转子速度之间的期望差异的目标转子速度差异，以实现控制策略。在这个示例中，目标转子速度差异是百分之四的固定百分比差异；即，一个转子26以另一个转子26的速度的96％旋转。百分比差异的值可以适当地储存在控制系统的存储器模块内。

在其他示例中，目标百分比差异可以采取任何其他合适的值。在过程100的一些示例中，目标百分比差异大于百分之二；也就是说，一个转子26以小于另一个转子26的速度的98％旋转。另外地或可选地，目标百分比差异可以小于百分之十；即，一个转子26以超过另一个转子26的速度的90％旋转。

一般而言，大的百分比差异有利地减小了任何给定旋转中的时间周期，在该期间，由旋转不平衡引起的力基本彼此增强，这使共振激励最小化。然而，存在折衷效应：百分比差异越大，一个(或两个)转子26的速度必须偏离期望的操作速度越多。这可能影响风力涡轮机装置10的发电效率。

本领域技术人员将能够设想目标转子差异的许多可能的限定，例如基于风力涡轮机装置10的一个或多个操作参数。

在步骤210，系统控制转子速度，以便实现确定的目标转子速度差异。也就是说，控制系统对于第一涡轮机模块14的转子26发出命令以适当地加速或减速，使得第一涡轮机的转子26以第二涡轮机模块14的转子26的速度的96％旋转。在其他各示例中，控制系统还可以发出对于第二涡轮机模块14的转子的命令以适当地加速或减速以实现目标转子速度差异。

由于涡轮机模块14基本相同，因此可以将任一涡轮机模块14指定为以更快的速度旋转。基于即时的当地风力条件，控制系统确定对于每个涡轮机模块14的目标转子速度。例如，控制系统可以确定：在附近风速较大的涡轮机模块14的转子26应该比其他涡轮机模块14的转子26旋转得更快。在其他各示例中，目标转子速度可以适当地取决于风力涡轮机装置10的各种操作参数。

控制系统然后发出命令以维持各风力涡轮机模块14之间的目标转子速度差异并返回到激发要求步骤202。

本领域技术人员将会理解，以上描述涉及可以由控制系统执行的过程200的一个示例。可以对该示例进行许多修改以提供替代过程，其确保两个转子26的不平衡矢量58之间的角度变化。该角度连续地变化，但不一定平稳地变化，例如，如通过转子速度中周期性步骤-变化可实现的那样。

另外，控制系统可以可操作地在各控制策略之间切换，例如基于风力涡轮机装置10的各种操作参数，诸如风速。因此，在风力涡轮机装置10的操作期间的任何时刻实施最合适的控制策略(和相关过程)。

本领域技术人员将能够设想可以对上述示例做出的许多其他修改而不偏离如所附权利要求中所限定的本发明的范围。

如上所述，本发明还可应用于包括三个或更多个风力涡轮机的多转子风力涡轮机装置，并且本领域技术人员将会理解，上述控制策略和过程可适用于这些装置。

例如，在包括四个风力涡轮机模块14、34的风力涡轮机装置10的背景下，如图1中部分以虚线示出的那样，可以如上所述地控制上部风力涡轮机模块14，而下部风力涡轮机模块34根据类似的过程分开控制。因此，风力涡轮机模块14、34作为两对而被控制，以便控制由于转子26的旋转不平衡而施加在支撑结构22上的力。还设想了其他成对风力涡轮机模块，例如，左和右侧模块14、34可以各自作为一对而被控制。

在其他各实施方式中，上述第一控制策略可以适用于四转子风力涡轮机装置10。例如，可以控制风力涡轮机模块14、34的转子速度，使得转子26的不平衡矢量58以90度间隔等距分布。根据另一控制过程，风力涡轮机模块的不平衡矢量58之间的目标角度差异可以基于不平衡矢量58的量级来确定。这允许适当地确定目标角度差异，使得支由于不平衡矢量引起的支撑结构22上的力尽可能地相互中和，以最小化施加在支撑结构22上的循环激励力。

上述第二控制策略也适用于四转子装置10。例如，可以控制四个风力涡轮机模块14、34，使得每个模块14、34以不同的速度旋转。

如上所述，这些控制过程是类似的，其中，总体目标是避免装置10的转子26的质心在一种相中旋转，所述相使得产生的循环力重合。本领域技术人员将能够设想可用于在具有任何适当数量的风力涡轮机模块14的风力涡轮机装置12的背景下实现该目的的另外的替代控制过程。

在各实施方式中，风力涡轮机模块全部配置为沿着相同的方向旋转，典型地在顺时针方向上旋转，正如单个转子涡轮机正常的那样。然而，对于多转子涡轮机，可能的是，将风力涡轮机模块的子组布置成逆时针旋转，使得一组风力涡轮机模块以顺时针方向旋转，而另一组风力涡轮机模块被布置成以逆时针方向旋转。在这种情况下，本发明的实施方式可以考虑风力涡轮机模块的旋转方向，使得旋转不平衡矢量包括旋转方向的维度。此外，控制装置还配置为也考虑不平衡矢量的旋转方向而协调多个转子的旋转速度。

Claims (20)

1.一种风力涡轮机系统，包括：

多个风力涡轮机模块，其安装到包括塔架的支撑结构，所述多个风力涡轮机模块中的每一个包括转子，其中，在使用中，每个转子具有定义不平衡矢量的相关旋转不平衡；和

控制装置，其配置为协调多个转子的旋转速度以衰减由转子的旋转不平衡引起的支撑结构的振荡。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机系统，其中，所述控制装置配置为协调第一转子和第二转子的旋转速度，使得所述第一转子的不平衡矢量与所述第二转子的不平衡矢量之间的角度发生变化。

3.根据权利要求2所述的风力涡轮机系统，其中，所述控制装置配置为控制所述第一转子的旋转速度与第二转子的旋转速度不同。

4.根据权利要求3所述的风力涡轮机系统，其中，所述控制装置配置为控制所述第一转子的旋转速度，使得所述第一转子的旋转速度小于所述第二转子的旋转速度的98％。

5.根据权利要求4所述的风力涡轮机系统，其中，所述控制装置配置为控制所述第一转子的旋转速度，使得所述第一转子的旋转速度大于所述第二转子的旋转速度的90％。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的风力涡轮机系统，其中，所述控制装置配置为控制所述第二转子的旋转速度。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的风力涡轮机系统，其中，所述控制装置配置为控制所述第一转子的旋转速度与至少一个其他转子的旋转速度不同。

8.根据权利要求1所述的风力涡轮机系统，其中，所述控制装置配置为协调第一转子和第二转子的旋转速度，以实现所述第一转子的方位角位置和第二转子的方位角位置之间的目标角度差异。

9.根据权利要求8所述的风力涡轮机系统，还包括：配置为检测所述支撑结构内的振动的传感器，并且其中，所述控制装置配置为取决于检测到的振动的量级来改变所述目标角度差异。

10.根据权利要求8所述的风力涡轮机系统，其中，所述控制系统配置为确定所述第一转子的不平衡矢量和所述第二转子的不平衡矢量，并且所述目标角度差异对应于第一和第二不平衡矢量之间的非零角度。

11.根据权利要求10所述的风力涡轮机系统，其中，所述目标角度差异对应于90度和240度之间的所述第一和第二不平衡矢量之间的角度。

12.根据权利要求11所述的风力涡轮机系统，其中，所述目标角度差异对应于180度的所述第一和第二不平衡矢量之间的角度。

13.一种控制风力涡轮机系统的方法，所述风力涡轮机系统包括：安装到包括塔架的支撑结构的多个风力涡轮机模块，所述多个风力涡轮机模块中的每一个包括转子，其中，在使用中，每个转子具有定义不平衡矢量的相关旋转不平衡；该方法包括：

协调多个转子的旋转速度以衰减由转子的旋转不平衡引起的支撑结构的振荡。

14.根据权利要求13所述的方法，包括：协调第一转子和第二转子的旋转速度，使得所述第一转子的不平衡矢量与所述第二转子的不平衡矢量之间的角度连续变化。

15.根据权利要求14所述的方法，包括：控制所述第一转子的旋转速度为不同于所述第二转子的旋转速度。

16.根据权利要求13所述的方法，包括：协调第一转子和第二转子的旋转速度，以实现所述第一转子的方位角位置和第二转子的方位角位置之间的目标角度差异。

17.根据权利要求16所述的方法，包括：检测所述支撑结构内的振动并且取决于检测到的振动的量级来改变所述目标角度差异。

18.根据权利要求16所述的方法，包括：确定所述第一转子的不平衡矢量和所述第二转子的不平衡矢量，并且将所述目标角度差异设定为对应于所述第一和第二不平衡矢量之间的180度角。

19.一种用于风力涡轮机系统的控制器，风力涡轮机系统包括：安装到包括塔架的支撑结构的多个风力涡轮机模块，所述多个风力涡轮机模块中的每一个包括转子，其中，在使用中，每个转子具有定义不平衡矢量的相关旋转不平衡，其中，所述控制器包括处理器、存储器模块和输入/输出系统，并且其中，所述存储器包括一组程序代码指令，所述程序代码指令在由所述处理器执行时，实现根据权利要求13至18中任一项所述的方法。

20.一种计算机程序产品，能够从通信网络下载和/或存储在机器可读介质上，所述计算机程序产品包括：用于实现根据权利要求13至18中任一项所述的方法的程序代码指令。