CN110651120A - 基于位置的风力涡轮机的机舱运动的减振 - Google Patents

基于位置的风力涡轮机的机舱运动的减振 Download PDF

Info

Publication number
CN110651120A
CN110651120A CN201880033030.9A CN201880033030A CN110651120A CN 110651120 A CN110651120 A CN 110651120A CN 201880033030 A CN201880033030 A CN 201880033030A CN 110651120 A CN110651120 A CN 110651120A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
nacelle
tower
pitch
rotor
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.)
Granted
Application number
CN201880033030.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110651120B (zh
Inventor
F·卡波内蒂
J·S·汤姆森
P·B·克里斯滕森
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.)
Vestas Wind Systems AS
Original Assignee
Vestas Wind Systems AS
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 Vestas Wind Systems AS filed Critical Vestas Wind Systems AS
Publication of CN110651120A publication Critical patent/CN110651120A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110651120B publication Critical patent/CN110651120B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • F03D7/0296—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor to prevent, counteract or reduce noise emissions
    • 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
    • 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
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/30—Commissioning, e.g. inspection, testing or final adjustment before releasing for production
    • F03D13/35—Balancing static or dynamic imbalances
    • 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
    • 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
    • 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
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F05B2260/964—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise by damping means
    • 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)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明涉及风力涡轮机的控制，其中机舱振动通过使用叶片变桨或发电机扭矩调节来减小。机舱振动基于机舱位置信号来减小。致动器信号基于位置信号来确定并且被应用于能够减小机舱振动的致动器。致动器信号基于转子频率与塔架振动频率之间的间隔来进行增益调节。

Description

基于位置的风力涡轮机的机舱运动的减振
技术领域
本发明涉及控制风力涡轮机以减小机舱振动。
背景技术
本领域中已知的风力涡轮机包括支撑机舱的风力涡轮机塔架和具有多个桨距可调节转子叶片的转子。
风力涡轮机易于振动，因为它包含放置在细长塔架的端部处的大质量。这些振动包括在机舱的横向方向、前后方向以及扭转方向上的机舱运动。在本领域中已知，可以通过主动地使叶片变桨和/或调节发电机转矩以产生反作用力以减小机舱的运动来衰减振动。
就此而言，叶片桨距的共同调节可以用来抵消在前后方向上的震荡，其中所有转子叶片均通过相同的桨距角进行调节。这可以通过改变推力来实现。对于横向振动，可以使用独立叶片桨距调节和发电机扭矩器调节来抵消塔架的横向振动。独立叶片桨距调节为每个转子叶片提供独立桨距角设定以产生作为结果的横向力，和/或抑制例如来自桨距未对准的现有干扰。发电机转矩调节产生发电机转矩感应的横向力。
在US2010289266中描述了一种风力涡轮机，其布置成群取决于塔架的横向振动独立地为每个转子叶片调节转子叶片桨距角，从而使得塔架的横向振动的幅度被衰减。桨距调节基于机舱的测得的加速度和评估单元，该评估单元布置成基于塔架加速度确定变桨幅度。
在这种背景下设计出本发明。
发明内容
有利的是实现用于减小机舱的振动的改进的装置。就此而言，有利的是提供用于减小在横向方向和/或在扭转方向上的机舱运动振动的改进的装置。
在控制风力涡轮机以减小机舱的振动时，控制律可以基于作为粘性阻尼器(弹簧质量系统)的风力涡轮机系统的仿真，其中在具有给定质量的物体形式下的机舱的位移由二阶微分运动方程式控制，该方程式包括阻尼系数和刚度系数(弹簧常数)。对于这样的系统，经由作为输入信号的速度和作为输入信号的位置来控制它是不同的，因为这两个参数通过运动方程式中的不同项(即通过阻尼项或刚度项)来工作。
本发明的发明人已经认识到，控制质量的运动的参数可以受到影响以提供与减振相关的改进的操作。
在本发明的第一方面，提供了一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括支撑机舱的塔架结构和具有多个桨距可调节转子叶片的转子，转子布置成驱动发电机，该方法包括：
获得指示在机舱运动方向上的机舱位置的位置信号；
基于位置信号确定第一信号，第一信号被确定以减小在机舱运动方向上的机舱振动；
确定塔架振动本征模式的塔架振动频率；
确定影响塔架结构的激励频率；
确定调节增益，调节增益具有由激励频率与塔架振动频率之间的间隔定义的操作符号，并将调节增益应用于第一信号；以及
基于增益调节后的第一信号确定致动器信号，并将致动器信号应用于风力涡轮机的致动器，该致动器能够减小在机舱运动方向上的机舱振动。
通过将能够减小机舱振动的致动器的致动器信号基于机舱的位置，影响了风力涡轮机塔架的有效刚度，并且可以获得机舱运动的稳定性。机舱运动的不希望的振动从而可以以简单但稳健的控制策略来减小。通过将增益调节应用于指示机舱位置的信号，以使得调节增益的操作符号由激励频率与塔架振动频率之间的间隔来定义，塔架频率可以被有效地推离塔架振动本征模式的塔架振动频率。这将会增加塔架振动的激励频率与本征频率之间的距离，这对塔架振动运动具有有益的影响。
调节增益被应用于第一信号。调节增益可以基于调节增益函数，其中绝对值围绕塔架振动频率对称并且在塔架振动频率的每一侧上具有不同的操作符号。因此，除了操作符号之外，塔架振动频率的一侧上的调节增益函数等于塔架振动频率的另一侧上的调节增益函数。尽管调节增益函数的绝对值可以围绕塔架振动频率对称，但是并不一定在所有实施方式中都是如此。
在其中调节增益是调节增益函数的实施方式中，调节增益函数可以包括围绕塔架振动的将调节增益函数定义为激励频率与塔架振动频率之间的间隔的函数的调节区域，并且在调节区之外为零或可忽略的。调节区域可以包括塔架振动频率的一侧上的其中调节增益函数为正的正区域以及塔架振动频率的另一侧上的其中调节增益函数为负的负区域。在塔架振动频率的值处，调节增益函数可以取调节增益函数的正值或负值。
调节增益函数可以是调节区域内部的连续函数，除了在塔架振动频率处，在该塔架振动频率处它可能会从正值跳到负值(反之亦然)。
调节增益函数的绝对值可以是增加函数，其以用于激励频率与塔架振动频率之间的大间隔的小值以及用于激励频率与塔架振动频率之间的小间隔的大值开始，在塔架振动频率处具有最大绝对值。
调节增益函数可以根据具有对转子速度的功能依赖的任何函数来定义，该功能依赖表示调节增益的操作符号由激励频率与塔架振动频率之间的间隔确定。
在实施方式中，激励频率是转子频率，并且通常激励频率是选定的正整数n乘以转子频率。因此，激励频率可以是所谓的1P、2P、3P等。
本发明的实施方式的一个优点在于，对于其中激励频率接近本征频率模式的系统，无论激励频率低于本征频率还是高于本征频率，都能够减小振动。
机舱的运动方向有利地是机舱运动的横向方向或扭转方向。就此而言，塔架振动的本征模式是与振动有关的本征模式。本征模式可以是用于横向振动的本征模式或用于扭转振动的本征模式。就此而言，为确定调节增益而选择的本征模式可以是包括最大振动能量的本征模式，通常是相关振动的第一本征模式，但是也可以是其他本征模式。特别地，它可以是基于与激励频率的间隔来选择的本征模式，诸如在频率上最接近激励频率的本征模式。
在实施方式中，激励频率与塔架振动频率之间的间隔可以基于激励频率与塔架振动频率之间的差异或者基于激励频率与塔架振动频率之间的比率。就此而言，间隔优选地是频率上的间隔，并且间隔可以基于激励频率与被选择用于衰减的振动本征模式之间的间隔。
在实施方式中，还可以获得指示在机舱运动方向上的机舱运动速度的速度信号，并且基于速度信号，可以确定减小机舱振动的第二信号。调节增益被应用于第二信号，然后增益调节后的第二信号被应用于风力涡轮机的致动器，该致动器能够减小在机舱运动的横向方向上的机舱振动。
通过除了位置信号之外还应用速度信号以便减小振动，可以以模拟粘性阻尼器系统的阻尼项和刚度项两者为目标，这可以导致改进的减振控制。
在实施方式中，能够减小在机舱运动方向上的机舱振动的风力涡轮机的致动器可以是桨距可调节转子叶片或功率参考。结合桨距可调节转子叶片，所得桨距信号可以被独立地应用于桨距可调节转子叶片，每个独立叶片均基于共同桨距参考和第一信号的组合信号或共同桨距参考和第一信号和第二信号的组合信号。
结合将所得功率参考信号用于发电机作为用于减振的致动器，所得功率参考可以基于功率参考和第一信号的组合信号或功率参考和第一信号和第二信号的组合信号。
用于桨距可调节转子叶片的共同桨距参考和用于发电机的功率参考两者都可以基于转子速度来确定。在有利的设置中，共同桨距参考或功率参考由反馈控制来确定，该反馈控制基于将实际转子速度与参考转子速度之间的速度误差最小化。该实施方式的优点在于，它与误差最小化的通用控制策略(例如结合PID、PI或类似控制方案)很好地集成在一起。
机舱的位置(以及可选地，速度)通常根据指示机舱位置的位置信号来确定，并且因此可以由并非直接如此对机舱位置的测量来获得。机舱位置可以根据或由塔架顶部位置测量、转子轮毂位置测量或其他合适的测量来确定。在实施方式中，该确定基于(例如根据位于机舱或塔架顶部的加速度计获得的)指示机舱运动的测得的加速度信号。通常，位置信号(以及可选地，速度)可以由其他合适的装置来获得，该装置布置成输出指示机舱位置(和速度)的信号，包括但不限于：GPS信号、测斜仪、惯性测量单元(IMU)、卡尔曼滤波器。
在其中位置信号基于定位成测量在机舱运动方向上的机舱加速度信号的加速度计的实施方式中，可以通过依次应用加速度信号的第一积分以获得估算出的速度信号以及应用速度信号的第二积分以获得位置信号，来获得位置信号。估算出的速度信号可以有利地用作指示塔架顶部的运动速度的速度信号，作为估算出的速度信号。
加速度计通常被放置在风力涡轮机的机舱和/或塔架顶部中，并且通过使用该信号，减振可以通过使用已经就位或可以容易地提供的设备来获得。在该设置中，第一信号和/或第二信号可以有利地被确定为估算出的位置乘以第一增益和/或被确定为估算出的速度乘以第二增益。增益可以基于标准方法来确定，以调制控制回路。在仅将致动基于位置信号的实施方式中，这可以通过将第二增益设定为零来获得。
有利地，在确定第一信号之前，估算出的位置信号被高通过滤(high-passfiltered)。通过对估算出的位置进行高通过滤，可以确保仅特定操作点周围的振动被衰减。当将减振基于位置反馈时，控制器将会使位置强制到参考位置。通过将高通滤波器应用于位置信号，振动相对于机舱的当前操作点被减小，而无需定义参考位置。
在实施方式中，调节增益还基于对转子速度的功能依赖来确定。功能依赖可以以确保增益对于低于振动本征模式的转子频率为正而对于高于振动本征模式的转子频率为负的任何方式来表示。
调节增益可以进一步是由取决于风力涡轮机的操作点的增益调度项所调度的增益。也就是说，总增益可以针对这样的操作参数(诸如风速、加速度的幅度、转子速度或定义操作点的其他参数)来调节。
在实施方式中，能够减小在机舱运动的横向方向上的机舱振动的风力涡轮机的致动器是以下之一或两者：
功率参考调节，其布置成根据横向振动随时间改变发电机的反作用扭矩以提供减小横向振动的发电机扭矩感应力，以及
用于每个桨距可调节叶片的叶片桨距角调节，用于提供抵消横向振动的横向力。
能够减小在机舱运动的扭转方向上的机舱振动的致动器是用于每个桨距可调节叶片的叶片桨距角调节，用于提供抵消扭转振动的扭转力。
在其中风力涡轮机的能够减小机舱振动的致动器是用于每个桨距可调节叶片的叶片桨距角调节的实施方式中，致动器信号可以从代表在机舱运动方向上的期望的力或扭矩的信号变换为用于每个桨距可调节转子叶片的所得桨距贡献。这样，信号不必是力或扭矩信号，而应当代表或以其他方式反映适于减小机舱振动的信号的幅度。变换是为了获得用于每个桨距可调节转子叶片的所得桨距贡献。变换可以基于科尔曼(Coleman)变换或傅立叶(Fourier)坐标变换类型的多叶片坐标变换，其布置成获取在非旋转参考框架中的信号并将其变换为旋转框架中的所得信号。因此，变换布置成将表示在非旋转参考框架中的机舱运动方向上的期望的力或转矩的致动器信号变换为用于在旋转框架中的每个桨距可调节转子叶片的所得桨距贡献。
在另一方面，提供了一种包括软件代码的计算机程序制品，该软件代码当在数据处理系统上执行时适于控制根据第一方面的风力涡轮机。
进一步的方面还包括具有适当的硬件设备的用于风力涡轮机的控制系统，包括用于处理控制信号的输入和输出模组以及用于实施第一方面的方法的处理模组。此外，提供了一种包括控制系统的风力涡轮机。
计算机程序制品可以被提供在计算机可读存储介质上或者可以从通信网络下载。计算机程序制品包括指令，该指令当被加载到数据处理系统上时使得数据处理系统(例如以控制器的形式)执行指令。
通常，控制器可以是单元或功能单元的集合，其包括一个或多个处理器、一个或多个输入/输出接口以及能够存储可以由处理器执行的指令的存储器。
通常，本发明的各个方面可以在本发明的范围内以任何可能的方式组合和联接。参考下文描述的实施方式，本发明的这些和其他方面、特征和/或优点将变得明显并得到阐明。
附图说明
将参考附图仅以示例的方式描述本发明的实施方式，其中：
图1展示风力涡轮机(图1A)以及横向振动运动(图1B)和扭转振动运动(图1C)的示意图；
图2展示实施方式的一般控制方案；
图3展示横向塔架减振模块的一般实施方式；
图4展示取决于转子频率的调节增益的示例；以及
图5和图6展示示例图。
具体实施方式
图1A以示意性透视图展示风力涡轮机1的示例。风力涡轮机1包括塔架2、设置在塔架顶点处的机舱3以及可操作地联接至容纳在机舱3内部的发电机的转子4。除了发电机之外，机舱还容纳将风能转换为电能所需的各种部件以及操作、控制和优化风力涡轮机1的性能所需的各种部件。风力涡轮机的转子4包括中心轮毂5和从中心轮毂5向外突出的多个叶片6。在展示的实施方式中，转子4包括三个叶片6，但是数量可以变化。此外，风力涡轮机包括控制系统。控制系统可以放置在机舱内部，或分布在涡轮机内部(或外部)的多个位置并且通信连接。转子叶片是桨距可调节的。转子叶片可以根据共同桨距设定来调节，其中每个叶片被设定为相同的桨距值。除此之外，转子叶片可以根据独立桨距设定来调节，其中每个叶片可以配置有独立桨距设定。
涡轮可以在横向方向7A上(即在转子平面的方向上)振动。这样的振动有时也称为侧向振动。横向振动的各方面在图1B中示意性地展示。在该图中，涡轮机10通过塔架结构示意性地展示，该塔架结构的一端固定并且在自由端处配置有质量。当塔架顶部在横向方向7A上振动时，机舱位置的位置x特征在由振动期间的最大塔架挠度限定的两个最大值之间变化。位置x可以是代表在由横向运动限定的方向上的机舱位置的位置。位置例如可以是机舱的质心位置、相关传感器的位置或代表在横向方向上的机舱运动的其他固定点的位置。除了横向振动之外，沿扭转方向7B的扭转振动也在图1C中展示。就此而言，扭转方向应当理解为沿由展示的弧形扇区圆形扇区限定的路径的运动。当塔架顶部在扭转方向7B上振动时，机舱位置在扭转方向上的位置x’特征在由振动期间的最大塔扭转限定的两个最大值之间变化。在使用加速度计8或陀螺仪8确定机舱运动的实施方式中，加速度计/陀螺仪应当被适当地放置，诸如放置在机舱的一端处。就此而言，可能不需要直接检测沿扭转方向的运动，而是也可以使用间接检测运动，只要间接运动与扭转运动相关即可。这可以例如由检测在横向方向上的运动的加速度计来获得，结合进一步信息来确定运动与扭转振动有关。这样的进一步信息可以是振动频率。
在本发明的一般实施方式中，振动运动通过以下一般步骤来减小：获得指示在相关运动中的机舱位置的位置信号，即确定x(或x’)。基于位置信号，确定用于衰减机舱运动的信号，并且最终将信号应用于能够减小振动的致动器。
图2是在反馈速度控制器的背景下示意性地示出该一般实施方式的示意图。在一个实施方案中，速度控制器使实际发电机速度ω与参考速度ωref之间的速度误差(ω-ωref)最小化，以便输出所请求功率P和共同桨距参考θcol。反馈速度控制器可以由PI、PID或类似控制方案来实施。
图2进一步展示多个减振控制模块。
展示示出通过使用变桨(LTVR变桨)来减小横向塔架振动的模块，其中用于减小横向塔架振动的变桨致动信号基于第一信号并且可选地基于第二信号来确定。第一和第二信号的实施方式在图3中展示。
LVRT变桨控制模块确定致动器信号θP，该致动器信号在变换单元TP中变换为用于每个叶片的桨距参考偏移(θ1，θ2，θ3)，以使得所得桨距信号(θA，θB，θC)可以独立地被应用于桨距可调节转子叶片。每个独立叶片致动信号都基于致动器信号θP，并且由此基于共同桨距参考θcol和第一信号的组合信号，或者基于共同桨距参考与如由LTVR变桨模块确定的第一信号和第二信号的组合信号。
LTVR变桨模块确定代表在机舱运动方向上的期望的力或扭矩的信号。变换是为了获得用于每个桨距可调节转子叶片的所得桨距贡献(θ1，θ2，θ3)。
变换TP可以基于科尔曼变换或傅里叶坐标变换类型的多叶片坐标变换，其布置成获取在非旋转参考框架中的信号(θP)并且将其变换为在旋转框架中的所得信号(θ1，θ2，θ3)。
作为附加或替代，横向塔架振动还可以通过将功率用作致动器(LTVR功率)来减小，其中用于通过使用功率参考来减小横向塔架振动的功率致动信号基于第一信号并且可选地基于第二信号来确定。
LVRT功率控制模块确定要与功率参考P组合的功率参考偏移(Poffset)，以提供所得功率参考(Pset)。所得功率参考基于功率参考和致动器信号Poffset的组合信号并且由此基于第一信号或者功率参考和第一信号和第二信号的组合信号来确定。所得功率参考信号被应用于发电机。第一和第二信号的实施方式在图3中展示。
作为附加或替代，扭转塔架振动也可以通过将变桨用作致动器(LTVR扭转)来减小，其中用于减小扭转塔架振动的变桨致动信号基于第一信号并且可选地基于第二信号来确定。
LVRT扭转控制模块确定致动器信号θT，该致动器信号在变换单元TP中变换为用于每个叶片的桨距参考偏移(θT1，θT2，θT3)，以使得所得桨距信号(θA，θB，θC)可以独立地应用于桨距可调节转子叶片。每个独立叶片致动信号都基于致动器信号θP，并且由此基于共同桨距参考θcol和第一信号的组合信号，或者共同桨距参考与由LTVR扭转模块确定的第一信号和第二信号的组合信号。第一和第二信号的实施方式在图3中展示。
LTVR扭转模块对应于LTVR模块，并且变换TT类似于变换TP，希望特定实施方案针对扭转运动进行。
此外，也可以通过将减振桨距偏移信号施加到共同桨距参考θcol上来以在前后方向上的减振为目标。该桨距偏移信号可以在前后减振模块(FAVR)中确定，以提供在前后方向上的减振或衰减机舱运动。
共同桨距参考根据转子转速以及可能还根据其他传感器值(在图2中称为测量设定，毫秒)由速度控制器确定。
图3展示横向塔架减振模块的一般实施方式。就此而言，应当理解，如图2展示的与功率、桨距和扭转有关的塔架减振模块都可以根据该总体方案来实施。然而，具体实施方案对于不同的致动类型将有所不同。特别地，各种滤波器和增益将适合于特定致动模块或致动类型。
图3展示图2的LTVR模块的实施方式，其中测得的加速度计信号a用作输入，并且通过定位成测量在机舱相关方向上的运动加速度的加速度计来获得，参见图1上的附图标记8。
加速度信号通常可以用作原始信号，但是通常信号被预处理PP到一定程度。这样的预处理可以是应用抗混叠滤波器以去除进一步使用不需要的任何高频成分。在预处理期间可以应用包括其他带通滤波器的其他滤波器。
加速度信号(或其预处理版本)通过对信号应用一系列滤波器来进一步处理。在展示的实施方式中，通过依次应用加速度信号的第一积分(F1)以获得估算出的速度信号v(或v')以及应用速度信号的第二积分(F2)以获得位置信号x(或x')，来获得指示在相关方向上的塔架顶部位置的估算出的位置信号x(或x')。通常，可以应用对输入信号进行积分的任何合适的滤波器。在实施方式中，第一和第二积分可以实施为泄漏积分器(leakyintegrator)。泄漏积分器可以实施为一阶低通滤波器，其拐点频率(break frequency)低于第一前后模式频率，频率为包括塔架、转子、机舱以及可选地还包括基础的系统频率。
到能够减小在相关方向上的机舱振动的致动器(变桨或功率)的第一信号可以被确定为估算出的位置x乘以第一增益G1。
在实施方式中，指示在相关方向上的塔架顶部移动速度的速度信号可以被获得为估算出的速度信号v，其在第一积分F1之后得到。
第二信号被可以被确定为估算出的速度v乘以第二增益G2。
在该实施方式中，所得信号是第一(位置)和第二(速度)信号的和。如所描述的，在实施方式中，本发明可以仅通过基于第一信号来实施。在这样的实施方式中，这可以通过将增益G2设定为零来获得。
在也于图3中展示的另一实施方式中，位置信号在确定第一信号之前被高通过滤(HP)。
结合图2和3和描述的实施方式的总体优点在于，位置和速度测量或估算不必具有正确的绝对值，只要信号与感兴趣的频率区域中的实际值相关即可。
图4展示取决于转子频率的调节增益的示例。那是用于激励频率是转子频率的情况。因此，用于其中激励由旋转的转子施加的情况。
在将信号应用于风力涡轮机的能够减小在机舱运动方向上的机舱振动的致动器之前，调节增益被应用于第一信号并且可选地被应用于第二信号，以便增益调节第一信号并且可选地增益调节第二信号。
就此而言，塔架振动本征模式的塔架振动频率被确定，并且对应于转子速度的转子频率被确定。基于这些值，调节增益被确定，以使得其操作符号由转子频率与塔架振动频率之间的间隔来定义。
就此而言，致动信号Sact可以被表示为：
Sact＝gadj(g1·xest+g2·vest)
在图4中展示的实施方式中，调节增益对于在调节区域之外的转子频率设定为0，并且对于从低频率接近第一本征模式的转子频率设定为渐增的正值，并且对于从高频率接近第一本征模式的转子频率设定为渐增的负值。
在图4中，调节增益函数被展示为分段线性函数，但是，该函数可以根据具有对于转子速度的功能依赖的任何函数来定义，该功能依赖表示调节增益的操作符号由激励频率与塔架振动频率之间的距离确定。
在实施方式中，激励频率与塔架振动频率之间的间隔基于激励频率与塔架振动频率之间的差异或者基于激励频率与塔架振动频率之间的比率。
在实施方式中，致动信号Sact还可以通过将取决于风力涡轮机的操作点的增益调度项包括到调节增益中来进行增益调度。例如，增益调节项可以乘以随着横向方向上的加速度增加而增加的因子。
图5以时间轨迹的形式展示与没有应用该方法的相同情况相比通过图3中定义的方法获得的示例曲线图。这些曲线图基于风力涡轮机系统的仿真。
图5A展示与用于其中横向振动基于本发明的实施方式被减小的情况的对应桨距设定50相比用于参考情况51的示例桨距设定。曲线图以度数为单位展示叶片桨距角，被称为50的曲线例如对应于θ1。
图5B展示用于参考情况53和其中横向减振被应用的情况51的所得塔架顶部横向位置。直接可见，塔架顶部振动幅度已被减小。
仿真对于其中转子频率与横向振动的第一本征模式一致的情况进行。图5C展示图5B的两个信号的快速傅立叶变换(FFT)。因此，该图展示用于参考情况54和用于基于本发明的实施方式的情况55的FFT曲线图。
可以看出，塔架频率被推离塔架振动频率，由此增加转子频率与本征频率之间的距离。
图6以时间轨迹的形式展示与未应用该方法的相同情况相比由在图3中定义的方法获得的示例曲线图。这些曲线图基于风力涡轮机系统的仿真。
图6A展示与用于其中扭转振动基于本发明的实施方式被减小的情况的对应桨距设定60相比用于参考情况61的示例桨距设定。曲线图以度数为单位展示叶片桨距角，被称为60的曲线例如对应于θT1。
图6B展示所得塔架偏航速度，其是用于参考情况63和其中扭转减振被应用的情况62的量度。直接可见，塔架顶部振动幅度已被减小。
图6C展示图6B的两个信号的快速傅立叶变换(FFT)。因此，该图示出用于参考情况64和用于基于本发明的实施方式的情况65的FFT曲线图。
可以看出，在观察到的频率处的峰值已被减小，这示出扭转振动方面的减小已被实现。
尽管已经结合特定实施方式描述了本发明，但是不应以任何方式将其解释为限于所呈现的示例。本发明可以通过任何适当的手段来实现；并且本发明的范围将根据所附的权利要求书来解释。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。

Claims (20)

1.一种控制风力涡轮机的方法，风力涡轮机包括支撑机舱的塔架结构和具有多个桨距可调节转子叶片的转子，转子布置成驱动发电机，所述方法包括：
获得指示在机舱运动方向上的机舱位置的位置信号；
基于位置信号确定第一信号，第一信号被确定以减小在机舱运动方向上的机舱振动；
确定塔架振动本征模式的塔架振动频率；
确定影响塔架结构的激励频率；
确定调节增益，调节增益具有由激励频率与塔架振动频率之间的间隔定义的操作符号，并且将调节增益应用于第一信号；以及
基于增益调节后的第一信号确定致动器信号，并且将致动器信号应用于风力涡轮机的能够减小在机舱运动方向上的机舱振动的致动器。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
获得指示在机舱运动方向上的机舱运动速度的速度信号；
基于速度信号确定第二信号，第二信号被确定以减小机舱振动，并且将调节增益应用于第二信号；以及使致动器信号进一步基于增益调节后的第二信号。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
确定用于桨距可调节转子叶片的共同桨距参考，共同桨距参考基于转子速度来确定，
将所得桨距信号应用于桨距可调节转子叶片，所得桨距信号被独立地应用于桨距可调节转子叶片，并且每个独立叶片基于共同桨距参考和致动器信号的组合信号。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括将致动器信号从表示在机舱运动方向上的期望的力或扭矩的信号变换为每个桨距可调节转子叶片的所得桨距贡献。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
确定用于发电机的功率参考，功率参考基于转子速度来确定，
将所得功率参考信号应用于发电机，所得功率参考基于功率参考和致动器信号的组合信号。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其中共同桨距参考或功率参考由反馈控制来确定，所述反馈控制基于将实际转子速度与参考转子速度之间的速度误差最小化。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中风力涡轮机包括定位成测量机舱的加速度信号的加速度计，并且其中所述方法包括：
获得在机舱运动方向上的加速度信号；
通过依次应用加速度信号的第一积分以获得估算出的速度信号以及应用速度信号的第二积分以获得位置信号，来获得指示在所述方向上的塔架顶部位置的位置信号，作为估算出的位置信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述方法还包括：
获得指示塔架顶部移动速度的速度信号，作为估算出的速度信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其中第一信号被确定为估算出的位置乘以第一增益。
10.根据权利要求8所述的方法，其中第二信号被确定为估算出的速度乘以第二增益。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在确定第一信号之前，位置信号被高通过滤。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中激励频率是选定的正整数n乘以转子频率。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中激励频率与塔架振动频率之间的间隔基于激励频率与塔架振动频率之间的差异或者基于激励频率与塔架振动频率之间的比率。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中机舱的运动方向是横向方向或扭转方向。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中调节增益还基于对转子速度的功能依赖来确定。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中调节增益还包括增益调度项，增益调度项取决于风力涡轮机的操作点。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中风力涡轮机的能够减小在机舱运动的横向方向上的机舱振动的致动器是以下之一或两者：
功率参考调节，其布置成根据横向振动随时间改变发电机的反作用扭矩以提供减小横向振动的发电机扭矩感应力，以及
用于每个桨距可调节叶片的叶片桨距角调节，其用于提供抵消横向振动的横向力。
18.一种计算机程序制品，其包括当在数据处理系统上执行时适于控制风力涡轮机的软件代码，计算机程序制品适于执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法。
19.一种用于风力涡轮机的控制系统，其包括支撑机舱的塔架结构和具有多个桨距可调节转子叶片的转子，转子布置成驱动发电机，所述控制系统包括：
输入模组，其布置成获得指示在机舱运动方向上的机舱位置的位置信号；
处理模组，其用于：
基于位置信号确定第一信号，第一信号被确定以减小在机舱运动方向上的机舱振动；
确定塔架振动本征模式的塔架振动频率；
确定影响塔架结构的激励频率；
确定调节增益，调节增益具有由激励频率与塔架振动频率之间的间隔定义的操作符号，并且将调节增益应用于第一信号，以及
基于增益调节后的第一信号确定致动器信号；以及
致动器系统，其布置成将致动器信号应用于风力涡轮机的能够减小在机舱运动方向上的机舱振动的致动器系统。
20.一种风力涡轮机，其包括支撑机舱的塔架结构和具有多个桨距可调节转子叶片的转子，转子布置成驱动发电机，风力涡轮机结构还包括根据权利要求19所述的控制系统。
CN201880033030.9A 2017-05-19 2018-05-15 基于位置的风力涡轮机的机舱运动的减振 Active CN110651120B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201770358 2017-05-19
DKPA201770358A DK201770358A1 (en) 2017-05-19 2017-05-19 POSITION BASED VIBRATION REDUCTION OF NACELLE MOVEMENT
PCT/DK2018/050104 WO2018210390A1 (en) 2017-05-19 2018-05-15 Position based vibration reduction of nacelle movement of wind turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110651120A true CN110651120A (zh) 2020-01-03
CN110651120B CN110651120B (zh) 2021-05-04

Family

ID=62217705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880033030.9A Active CN110651120B (zh) 2017-05-19 2018-05-15 基于位置的风力涡轮机的机舱运动的减振

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11215163B2 (zh)
EP (1) EP3625450B1 (zh)
CN (1) CN110651120B (zh)
DK (1) DK201770358A1 (zh)
ES (1) ES2823035T3 (zh)
WO (1) WO2018210390A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111682815A (zh) * 2020-06-17 2020-09-18 曲阜师范大学 一种含高频干扰重构的风力机舱偏航控制方法
CN112368477A (zh) * 2018-05-17 2021-02-12 维斯塔斯风力系统集团公司 用于控制风力涡轮机以减小机舱振动的方法和系统
CN116877358A (zh) * 2023-09-07 2023-10-13 睢宁核源风力发电有限公司 一种风力发电机组振动监测分析系统

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK201770358A1 (en) 2017-05-19 2018-11-23 Vestas Wind Systems A/S POSITION BASED VIBRATION REDUCTION OF NACELLE MOVEMENT
ES2953633T3 (es) * 2018-05-09 2023-11-14 Vestas Wind Sys As Sistema de control de rotor para reducir vibraciones estructurales de un aerogenerador
EP3667074A1 (en) * 2018-12-13 2020-06-17 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Device and method of damping front and backward movements of a tower of a wind turbine
ES2929127T3 (es) 2018-12-18 2022-11-25 Vestas Wind Sys As Control de movimiento vibratorio de lado a lado y de proa a popa de un aerogenerador
CN109751187B (zh) * 2018-12-21 2020-08-11 明阳智慧能源集团股份公司 一种风力发电机组基于机舱加速度的变速率顺桨停机方法
WO2020239178A1 (en) * 2019-05-28 2020-12-03 Vestas Wind Systems A/S Reduction of edgewise vibrations using torsional vibration signal
GB2590388B (en) * 2019-12-13 2022-02-16 Equinor Energy As Blade pitch controller for a wind turbine
US20220381225A1 (en) * 2019-12-16 2022-12-01 Vestas Wind Systems A/S Method for retrofitting a wind turbine with an energy generating unit
CN114562413A (zh) * 2020-11-27 2022-05-31 新疆金风科技股份有限公司 变桨控制方法及其装置和塔架阻尼器
CN113915056A (zh) * 2021-10-29 2022-01-11 重庆大学 一种基于转速预估的风电机组传动链扭振主动控制方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1906409A (zh) * 2004-02-27 2007-01-31 三菱重工业株式会社 风力发电装置及其主动式减振方法以及风车塔架
JP4076123B2 (ja) * 2002-01-07 2008-04-16 富士重工業株式会社 風車のピッチアライメント調整方法
EP2112376A2 (en) * 2008-04-22 2009-10-28 General Electric Company Systems and methods involving wind turbine towers for power applications
WO2010060772A3 (en) * 2008-11-28 2011-04-14 Vestas Wind Systems A/S Control strategy for wind turbine
CN103321854A (zh) * 2013-05-29 2013-09-25 国家电网公司 一种风力发电机组塔架振动控制方法
EP2963283A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-06 General Electric Company Methods and systems to operate a wind turbine system
CN105874196A (zh) * 2013-11-29 2016-08-17 维斯塔斯风力系统集团公司 功率斜变的桨距前馈
WO2016128004A1 (en) * 2015-02-12 2016-08-18 Vestas Wind Systems A/S Control system for damping structural vibrations of a wind turbine system having multiple rotors

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7309930B2 (en) 2004-09-30 2007-12-18 General Electric Company Vibration damping system and method for variable speed wind turbines
DE102007063082B4 (de) 2007-12-21 2010-12-09 Repower Systems Ag Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
DK201170731A (en) 2011-12-20 2012-12-11 Vestas Wind Sys As Control of Wind Turbine Tower Oscillations
DK201470481A1 (en) 2014-08-13 2015-08-17 Vestas Wind Sys As Improvements relating to wind turbine operation
EP3384154B1 (en) * 2015-12-04 2020-10-28 Envision Energy (Denmark) ApS A wind turbine and a method of operating a wind turbine for reducing edgewise vibrations
DK201770358A1 (en) 2017-05-19 2018-11-23 Vestas Wind Systems A/S POSITION BASED VIBRATION REDUCTION OF NACELLE MOVEMENT

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4076123B2 (ja) * 2002-01-07 2008-04-16 富士重工業株式会社 風車のピッチアライメント調整方法
CN1906409A (zh) * 2004-02-27 2007-01-31 三菱重工业株式会社 风力发电装置及其主动式减振方法以及风车塔架
EP2112376A2 (en) * 2008-04-22 2009-10-28 General Electric Company Systems and methods involving wind turbine towers for power applications
WO2010060772A3 (en) * 2008-11-28 2011-04-14 Vestas Wind Systems A/S Control strategy for wind turbine
CN103321854A (zh) * 2013-05-29 2013-09-25 国家电网公司 一种风力发电机组塔架振动控制方法
CN105874196A (zh) * 2013-11-29 2016-08-17 维斯塔斯风力系统集团公司 功率斜变的桨距前馈
EP2963283A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-06 General Electric Company Methods and systems to operate a wind turbine system
WO2016128004A1 (en) * 2015-02-12 2016-08-18 Vestas Wind Systems A/S Control system for damping structural vibrations of a wind turbine system having multiple rotors

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112368477A (zh) * 2018-05-17 2021-02-12 维斯塔斯风力系统集团公司 用于控制风力涡轮机以减小机舱振动的方法和系统
CN111682815A (zh) * 2020-06-17 2020-09-18 曲阜师范大学 一种含高频干扰重构的风力机舱偏航控制方法
CN111682815B (zh) * 2020-06-17 2023-04-14 曲阜师范大学 一种含高频干扰重构的风力机舱偏航控制方法
CN116877358A (zh) * 2023-09-07 2023-10-13 睢宁核源风力发电有限公司 一种风力发电机组振动监测分析系统
CN116877358B (zh) * 2023-09-07 2023-12-15 睢宁核源风力发电有限公司 一种风力发电机组振动监测分析系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20200158084A1 (en) 2020-05-21
EP3625450B1 (en) 2020-09-23
CN110651120B (zh) 2021-05-04
ES2823035T3 (es) 2021-05-05
EP3625450A1 (en) 2020-03-25
DK201770358A1 (en) 2018-11-23
WO2018210390A1 (en) 2018-11-22
US11215163B2 (en) 2022-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110651120B (zh) 基于位置的风力涡轮机的机舱运动的减振
EP3580452B1 (en) Position based vibration reduction of nacelle movement
EP3791061B1 (en) Rotor control system for reducing structural vibrations of a wind turbine
EP3821125B1 (en) Method and system for controlling a wind turbine to reduce nacelle vibration
EP3167185B1 (en) Active promotion of wind turbine tower oscillations
EP3794230B1 (en) Method and system for controlling a wind turbine to reduce nacelle vibration
US20220220936A1 (en) Reduction of edgewise vibrations using blade load signal
WO2019042515A1 (en) TORSION VIBRATION DAMPING IN A MULTI-ROTOR WIND TURBINE
KR101822535B1 (ko) 부유식 풍력 터빈의 틸트 댐핑
US20220220937A1 (en) Reduction of edgewise vibrations using torsional vibration signal
WO2020007431A1 (en) Multi-rotor wind turbine oscillation damping
WO2022148516A1 (en) Reduction of edgewise vibrations using blade load signal

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant