CN111512043B - 用于控制风力涡轮机以管理边缘叶片振动的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制风力涡轮机以避免边缘振动的方法。所述方法包括以下步骤：确定所述风力涡轮机的转子叶片的回转模式频率；基于所述回转模式频率确定回避区域，所述回避区域为转子速度范围；接收转子速度设定点，以及：如果所述转子速度设定点在所述转子速度范围内，则将转子速度调整为所述转子速度范围之外的值，或者，如果所述转子速度设定点在所述转子速度范围之外，则将所述转子速度调整为与所述转子速度设定点相对应的值。

Description

用于控制风力涡轮机以管理边缘叶片振动的方法和系统
技术领域
本发明的各方面涉及用于控制风力涡轮机的方法和系统，并且更具体地涉及识别和减轻风力涡轮机的叶片中的不可接受的振动。
背景技术
风力涡轮机被设计为在广泛的风力条件下可靠且安全地运行。但是，尽管进行了精心的设计实践，某些运行条件仍可能导致风力涡轮机部件(特别是叶片)的振荡。这样的振荡可能损害风力涡轮机的可靠运行，并且如果振荡的频率与风力涡轮机部件的共振频率一致，则尤其如此。
振荡的一种来源是风力涡轮机在叶片边缘方向上的振动。一定幅度的边缘振动可能会导致叶片损坏，还会导致风力涡轮机的其他部件损坏。
已知用碳纤维加强和加固叶片，以改变叶片的结构频率，从而避免在某些频率下的共振边缘振动。但是，这种方法大大增加了叶片制造的总成本。
本发明旨在解决上述问题中的至少一些。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制风力涡轮机以避免边缘振动(edgewise vibration，摆振，即叶片在旋转平面内的振动)的方法，所述方法包括以下步骤：确定所述风力涡轮机的转子叶片的回转模式(whirling mode)频率；基于所述回转模式频率确定回避区域，所述回避区域为转子速度范围；以及接收转子速度设定点，其中所述方法还包括以下步骤中的一个：如果所述转子速度设定点在所述转子速度范围内，则将转子速度调整为所述转子速度范围之外的值；或者，如果所述转子速度设定点在所述转子速度范围之外，则将所述转子速度调整为与所述转子速度设定点相对应的值。因为所述转子速度范围与所述回避区域相对应，所以这意味着当所述转子速度设定点在所述转子速度范围内时，避免了所述转子速度落入所述回避区域内，从而避免了激发不希望的叶片边缘振动。
优选地，控制和调整所述转子速度的步骤还包括以下步骤：当所接收的转子速度设定点在所述转子速度范围内时，将所述转子速度维持在等于或低于与所述转子速度范围的下限阈值相对应的转子速度的值；以及，如果所述转子速度设定点等于或超过所述转子速度范围的上限阈值，则增大所述转子速度；或者，当所述转子速度设定点在所述转子速度范围内时，将所述转子速度维持在等于或高于与所述转子速度范围的上限阈值相对应的转子速度的值；以及，如果所述转子速度设定点等于或低于所述转子速度范围的下限阈值，则减小所述转子速度。所述转子速度以不使机械和电气系统经受潜在的损坏性高动态负载的、在实践中可能的最快的速度通过所述转子速度范围增大或减小。
优选地，所确定的回转模式频率是前向回转模式和后向回转模式中的一种或多种。能够独立地以及同时地确定前向和后向回转模式频率是特别有利的，因为这提供了控制的灵活性并且允许根据风力条件来定制所述确定。
优选地，根据测量的转子频率和所述转子叶片的预定边缘振动频率来确定所述回转模式频率。
优选地，所述方法还包括以下步骤：测量指示所述风力涡轮机的所述转子叶片的移动的信号；确定所测量的信号在所确定的回转模式频率附近的频谱；从所述频谱中获取中心频率；以及，相对于所述中心频率调整所确定的回转模式频率。该过程识别出转子叶片的移动中的、可被认为引起叶片的边缘振动的频率成分，然后校准所确定的回转模式频率以确保其准确性。
优选地，所确定的回转模式频率被调整为等于所述中心频率。
优选地，所述信号指示所述转子叶片的边缘振动。
优选地，所述信号是指示所述风力涡轮机的塔架顶部的移动的加速度信号。
优选地，所述回避区域的下限阈值和上限阈值分别被计算为所确定的回转模式频率的百分比。
优选地，所述方法还包括增大或减小所述回避区域的宽度的步骤。使回避区域的宽度变窄可以改善风力涡轮机的功率性能。但是，如果在回避区域的阈值处经历过多的振动，从而引起潜在的损坏性高动态载荷，则增大回避区域的宽度将避免这些振动。
优选地，所述回避区域的中心值为所确定的回转模式频率。
优选地，当所述转子速度设定点等于或超过所述转子速度范围的所述上限阈值达预定时间段时，发生如果所述转子速度设定点等于或超过所述转子速度范围的所述上限阈值则增大所述转子速度的步骤，并且当所述转子速度设定点等于或低于所述转子速度范围的所述下限阈值达预定时间段时，发生如果所述转子速度设定点等于或低于所述转子速度范围的所述下限阈值则减小所述转子速度的步骤。这样做的好处是降低基于瞬时或异常风力条件实施控制动作的可能性。
优选地，所述转子速度范围内的所述转子速度是风速的非线性函数。
优选地，所述转子速度相对于风速非线性地增大或减小。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于风力涡轮机控制系统的控制器，其包括处理器和存储模块，其中，所述存储模块包括一组程序代码指令，所述一组程序代码指令在由所述处理器执行时实施根据本发明的第一方面的方法。
根据本发明的第三方面，提供了一种风力涡轮机，其包括根据本发明的第二方面的控制器。
根据本发明的第四方面，提供了一种可从通信网络下载和/或存储在机器可读介质上的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于实施根据本发明的第一方面的方法的程序代码指令。
附图说明
现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的上述和其他方面，其中：
图1是根据本发明的实施例的风力涡轮机的示意图；
图2是图1中的风力涡轮机的示意性系统图；
图3是图2的风力涡轮机系统的监测和控制系统的详细示意性系统图；
图4是显示风力涡轮机转子叶片的示意性横截面的图；
图5是图4的风力涡轮机转子叶片的侧视图；
图6是显示可以通过其计算图1的风力涡轮机的前向和后向回转模式频率的过程的流程图；
图7是显示可以通过其计算图1的风力涡轮机的前向和后向回转模式频率的附加过程的流程图；
图8是显示用于控制图1的风力涡轮机的过程的流程图；以及
图9示出了显示用于控制图1的风力涡轮机的过程的差异的曲线图。
在附图中，相似的特征由相似的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出了风力涡轮机10，该风力涡轮机10包括支撑机舱14的塔架12，转子16安装在机舱14上。转子16包括多个风力涡轮机叶片18，其中，所述多个风力涡轮机叶片18中的每个叶片18从中心轮毂20径向延伸。在该示例中，转子16包括三个叶片18，尽管对本领域技术人员显而易见的是其他配置也是可能的。
还参考图2，其是风力涡轮机10在系统水平上的示意图，风力涡轮机10还包括齿轮箱22和功率生成系统24，该功率生成系统24包括发电机26和功率转换器系统28。众所周知，齿轮箱22提高转子16的旋转速度并驱动发电机26，发电机26又将生成的功率馈送到转换器系统28。通常，这种系统将基于三相电功率，尽管这不是必要的。其他风力涡轮机设计也是众所周知的，例如“无齿轮”类型(也称为“直接驱动”)以及“皮带驱动”传输类型。
作为示例，发电机26和转换器系统28可以基于满量程转换器(FSC)架构或双馈感应发电机(DFIG)架构，尽管其他架构对于技术人员而言是已知的。
在所示的实施例中，风力涡轮机10的转换器系统28的功率输出被传输到负载，该负载在这里被示为电气电网30。技术人员将意识到存在不同的功率转换和传输选项。
风力涡轮机10还包括控制装置32，该控制装置32可运行以监测风力涡轮机10的运行并向其发出命令以实现一组控制目标。控制装置32在图2中被示为多个控制单元和模块的简化示意图，并且还在图3中被示为可以如何布置特定单元和模块以便于它们之间的数据交换的更详细的示例。
控制装置32包括处理器34，该处理器34被配置为执行存储在存储模块36和/或形成外部网络38的一部分的外部数据存储器中并且从中读取的指令。测量数据也可以存储在存储模块36中，并被调用以执行根据处理器34执行的指令的过程。
也可以从形成外部网络38的一部分的外部控制器或传感器接收指令和数据，并且可以在外部网络38上发布待存储/显示在外部源处的记录数据和/或警报以用于分析和远程监测。
另外，处理器34与设置在风力涡轮机10内的多个传感器40通信。例如，如图3所示，多个传感器40可以包括塔架加速度计42、转子速度传感器44、叶片桨距角传感器46、机舱偏航角传感器48和风速传感器49。
风力涡轮机10的控制装置32还包括至少一个控制单元50。
在图3所示的配置中，包括三个控制单元50。它们是：(i)用于改变转子叶片18的叶片桨距角的叶片桨距角控制单元52；(ii)用于改变机舱14的偏航角的机舱偏航角控制单元54；以及(iii)用于例如使用制动器来改变风力涡轮机10的转子速度的速度控制单元56。在替代实施例中，控制装置32包括生产控制器(未示出)，其根据特定的控制设置通过转换器控制和桨距控制来控制风力涡轮机10的转子速度，从而消除对专用速度控制单元56的需要。
应当理解，风力涡轮机10将包括更多的控制单元50，并且提供图3仅是为了显示可以在其中实施本发明的系统架构的示例。
控制装置32的基本功能是控制风力涡轮机10的功率生成，以使其在当前风力条件下并根据传输电网操作员的需求的功率生成对功率产生进行优化。但是，除了其主要的功率控制任务之外，控制装置32还可以运行以执行一系列安全和诊断监测功能及解决方案。在本发明的实施例中，这些功能中的一个是评估引起不可接受的叶片边缘振动的条件，并相应地控制风力涡轮机10。叶片边缘振动的识别是重要的，因为其可有助于防止由于转子16在运行期间的不希望的振荡而导致的风力涡轮机10的损坏。此外，应当进行监测以确保不会达到危险的振动水平。
转子叶片的边缘振动沿着叶片的长度在边缘方向上发生，该边缘方向是叶片主要振动和振荡的两个主方向中的一个。振荡的另一个主方向是“挥舞(flapwise)”方向。参照图4和图5，当考虑具有在图4中用虚线表示的外侧叶片部段60和具有圆周的圆形叶片根部62的转子叶片18时，在边缘方向上的振荡导致叶片18沿着大致延伸通过叶片18的前缘66和后缘68的边缘轴线64移动。因此，边缘轴线64基本垂直于叶片18的纵向轴线69。类似地，在挥舞方向上的振荡导致叶片相对于挥舞轴线70移动，该挥舞轴线70延伸穿过叶片18的上表面72和下表面74，并且基本上垂直于叶片18的纵向轴线69和边缘轴线64。叶片可以在挥舞方向和边缘方向上振荡。
当转子16转动时，叶片18沿其边缘轴线的振荡会引起叶片18在与转子16的旋转平面相同的平面中移动。由于叶片18的边缘振荡以横向于其纵向轴线的力激励转子16，因此在共振条件下，这可能导致转子轴的旋转轴线出现不稳定的运动模式。这种现象被称为“回转”。
转子16的看似复杂的运动模式是由叶片的组合振荡行为生成的两个圆形旋转力矢量的结果。第一力矢量在与转子16相同的旋转方向上、但是以较高的频率旋转(前进力矢量)，而第二力矢量在与转子相反的方向上并且以较低的频率旋转(倒退力矢量)。当在与转子16对准的旋转参考系中观察时，前进力矢量和倒退力矢量的结果是追踪椭圆路径的力矢量。
叶片的边缘振荡之间的相位差决定了回转是发生在与转子旋转相同的方向上(通常称为前向回转或“前向回转模式”)，还是发生在与转子旋转相反的方向上(通常称为后向回转或“后向回转模式”)。
应当理解，转子轴的回转经由转子16向机舱14施加侧向力，并因此使其从一侧摇摆到另一侧。该运动可以通过监测机舱14或塔架12的上部部分的行为而被检测到，并且在一定水平以上的回转频率下的运动可以被视为指示叶片18在边缘方向上的振荡是不可接受的。发明人已经理解，正是这种移动可用于识别叶片边缘振动以及用于采取减轻措施。
图6至图8是根据本发明的实施例的过程的流程图。图6和图7均示出了过程100、200的流程图，通过该过程可以计算前向和后向回转模式的频率。图8是用于基于回转模式频率的识别来控制风力涡轮机10的过程300的流程图。可以使用图2和图3中概述的系统架构来实施这些过程。
图6的过程100起始于步骤102，并且在第二步骤104处，通过转子速度传感器44测量转子速度。创建由传感器44在预定测量时间段内测量的转子速度的时间序列，并且在过程的下一步骤106处，将低通滤波器应用于转子速度时间序列测量结果。通过应用低通滤波器，获取平均转子速度信号。
根据平均转子速度，计算108旋转频率。该过程移至下一步骤110，其中，通过使用预定的边缘频率值112和旋转频率108，可以映射110回转模式频率。边缘频率112是转子叶片18在边缘方向上振动的频率，并且其是转子叶片18的已知参数，该参数被存储在存储模块36中并被从存储模块36中调用。边缘频率值112可以使用多种技术来计算，例如，它可以基于风力涡轮机上使用的特定叶片类型的结构模型进行计算，或者它可以通过对该特定叶片类型进行测试程序来确定，该测试程序旨在识别叶片的自然边缘频率(本征频率)。
在一个实施例中，边缘频率到前向和后向回转模式频率的映射110可以被设想为将两个分量频率相减和相加，即通过从边缘频率112中减去旋转频率108来计算后向回转模式频率，以及通过将旋转频率108和边缘频率112相加来计算前向回转模式频率。还设想了较高阶模式的映射。
在映射步骤110之后，获取与前向回转模式和后向回转模式相对应的回转模式频率。然后，将这些回转模式频率存储114、116在存储模块36中，以供后续使用，随后该过程以步骤118终止。可以设想，该过程连续地重复以重新计算回转模式频率，从而确保它们是准确的。本领域技术人员将理解，还可以在叶片18的设计和/或转子16的建模期间确定风力涡轮机10的各种回转模式频率。
一旦已经计算出回转模式频率，就可以使用图7所示的另一过程200来校准所确定的回转模式频率，如现在将描述的那样。
过程200起始于步骤202，该步骤可以是在风力涡轮机10已经启动但是在达到功率生成状态之前或者在生产状态期间。
初始时，过程200同时沿着两个分支进行。在第一分支204处，接收206回转模式频率。回转模式频率是根据图6所示的过程100计算的，并由处理器34从存储模块36调用。在本发明的另一实施例中，回转模式频率可以是存储在存储模块36内的已经以一些其他方式计算或预定(例如在叶片的设计和转子系统的建模期间确定)的参数。
应当理解，通过同时实施过程200中的两个，可以将使用过程100计算的或以其他方式确定的回转模式频率两者都用于过程200中。然而，为了易于理解，以下讨论将基于分析与单个回转模式频率有关的数据。
在接收到回转模式频率之后，处理器34在步骤208处实施带通滤波器，该带通滤波器的中心频率被设定为等于回转模式频率。滤波器的带宽可以是针对每个回转模式频率的设定带宽，或者其可以根据转子的频率和/或速度变化。然而，可以设想，滤波器的带宽将在0.1Hz至0.5Hz的范围内，尽管根据预期结果可以使用较小或较大的带宽。
在过程200的第二初始分支210中，在步骤212处，测量指示叶片18的边缘振动移动的信号。该信号可以包括塔架加速度在平行于转子平面(即横向于机舱的纵向轴线)的方向上的分量。使用安装在机舱14内或位于朝向塔架12顶部的位置的传感器(例如加速度计42)来测量塔架加速度。处理器34接收相应的时间段上的加速度测量结果时间序列。进行测量的时间段可以根据转子16的速度而变化，或者可以被设定为单个值。加速度计使用一系列重叠的采样窗口(也称为“滚动平均值”)或其他方法连续进行测量。典型的窗口长度将在1和5秒之间，采样频率为至少10Hz。本领域技术人员将理解，可以使用其他平均技术(例如指数平均技术)。
替代地，在步骤212处测量的信号可以从放置在叶片18中的每一个的根部或叶片18中的其他位置的适用于测量叶片18的边缘振动移动的传感器(未示出)获取，所述传感器例如是光学传感器、加速度计或陀螺仪传感器。
然后，在步骤214处，使用带通滤波器对在步骤212处测量的信号进行滤波。一些运行振动和其他频率成分被带通滤波器滤除，从而留下基本上由叶片18的边缘振动引起的回转模式频率的区域内的振动组成的信号。以这种方式，该过程确定、获取或计算所测量的叶片18的边缘振动移动在所确定的回转模式频率附近的在时域中的频谱。实际上，该过程使所测量的指示叶片18的边缘振动移动的加速度或其他信号的范围变窄，从而仅考虑回转模式频率的区域。
在步骤216处，从在步骤214中获取的频谱中确定中心频率，该中心频率为频谱中具有最大峰值或具有最高功率频谱密度的频率分量。
然后在步骤218处，将中心频率信号与从过程100获取或以其他方式确定的回转模式频率进行比较。
如果中心频率与所确定的回转模式频率相同，则过程200进行到步骤224，在此过程200终止。然而，如果中心频率与所确定的回转模式频率不同，则过程200进行到步骤222，其中，调整所确定的回转模式频率，例如将其调整为与中心频率相同。然后，该过程200进行到步骤223，其中，将调整后的回转模式频率存储在存储模块36中以供后续使用，然后过程200在步骤224处终止。可以设想，过程200可以连续地重复以调整所确定的回转模式频率，从而确保其是准确的。
一旦已经使用过程100和/或过程200确定了回转模式频率，则使用图8所示的另一过程300决定应该如何根据所确定的回转模式频率来控制风力涡轮机10。
过程300起始于步骤302，该步骤可以是在风力涡轮机10运行期间的任何时间，并且在第二步骤304中，接收已经由处理器34从存储模块36调用的回转模式频率。然后，在过程300的下一个步骤306处，基于在步骤304处接收的回转模式频率来计算回避区域。该回避区域本质上是一个缓冲区，该缓冲区向所确定的回转模式频率的任一侧延伸，并定义可能引起叶片18的不希望的边缘振动上升的转子速度范围。可以将回避区域计算为所确定的回转模式频率的百分比，从而定义回避区域的下限阈值和上限阈值。例如，如果所确定的回转模式频率是2Hz，则回避区域的下限阈值为1.8Hz(其被计算为比所确定的回转模式频率低10％)，而上限阈值将是2.2Hz。在此示例中，回避区域的宽度为0.4Hz。但是，如果在回避区域的阈值处未测量到明显的振动，则可以随后减小回避区域的宽度。相反，如果在回避区域的阈值处经历过大的振动，则可以增大回避区域的宽度。回避区域的宽度也可以根据风力涡轮机的运行负载来调节。在以上示例中，所确定的回转模式频率是回避区域的中心值。然而，本领域技术人员将理解，使回避区域的一个阈值比另一阈值偏离所确定的回转模式频率更多是有利的。以这种方式，回避区域将关于所确定的回转模式频率不对称地分布。
在步骤308处，确定与回避区域相对应的转子速度范围。
在第五步骤312处，根据风速确定转子速度设定点，该风速可以是估算的或者由风速传感器49直接测量。如果风速被测量，则创建由传感器49在预定的测量时间段上测量的风速的时间序列。在其中进行测量的时间段可以根据例如天文季节而变化，或者可以被设定为单个时间段。传感器49可以使用一系列重叠的采样窗口连续进行测量，从而得出“滚动平均值”。然而，本领域技术人员将理解，可以使用其他平均技术(例如指数平均技术)。
然后在步骤314处将所接收的转子速度设定点与在步骤308处获取的转子速度范围进行比较。如果转子速度设定点低于转子速度范围的上限阈值或高于转子速度范围的下限阈值，则认为转子速度设定点在转子速度范围内。相反，如果转子速度设定点等于或超过转子速度范围的上限阈值，或者等于或低于转子速度范围的下限阈值，则认为转子速度设定点在转子速度范围之外。
如果转子速度设定点在转子速度范围内，则过程300进行到步骤316，在步骤316中，其中，转子速度被控制，以使其被保持在过程300的步骤308中确定的转子速度范围之外。也就是说，特意地将转子速度保持在等于或超过转子速度范围的上限阈值的值、或者等于或低于转子速度范围的下限阈值的值。因为转子速度范围与回避区域相对应，所以这意味着当转子速度设定点在转子速度范围内时，避免了转子速度落入回避区域内，从而避免了激发叶片边缘振动。将转子速度保持在等于或超过转子速度范围的上限阈值的值、还是将其保持在等于或低于转子速度范围的下限阈值的值的决定基于所接收的转子速度设定点的发展。也就是说，如果转子速度设定点开始较低并增大到超出转子速度范围的下限阈值，则只要转子速度设定点保持在转子速度范围中，则将转子速度维持在等于或低于转子速度范围的下限阈值的值。相反，如果转子速度设定点开始较高并且减小到超出转子速度范围的上限阈值，则转子速度将被保持在等于或高于转子速度范围的上限阈值的值。
如果在步骤314处确定转子速度设定点落在转子速度范围之外，则过程300进行到步骤318，其中，转子速度被调整为与转子速度设定点相对应的值。也就是说，将转子速度增大或减小到与所接收的转子速度设定点相对应的值。该步骤318涵盖两种一般情形。第一种情形是，转子速度设定点从转子速度范围、以及因此回避区域)内的值连续移动到回避区域之外的值。在这种情形下，根据步骤316，将转子速度维持在等于或超过转子速度范围的上限阈值的值、或者等于或低于转子速度范围的下限阈值的值，然后随后根据步骤318将转子速度减小或增大到与转子速度设定点相对应的值。第二种情形是，转子速度设定点已跨越转子速度范围(以及因此回避区域)从等于或低于转子速度范围的下限阈值的值连续地移动到等于或高于转子速度范围的上限阈值的值。在这种情形下，将转子速度维持在等于或低于转子速度范围的下限阈值的值，然后随后使转子速度通过回避区域增大到等于或高于转子速度范围的上限阈值的值。第二种情形还涵盖了以下状况：其中，转子速度设定点已跨越回避区域从等于或高于转子速度范围的上限阈值的值连续移动到等于或低于转子速度范围的下限阈值的值。
在执行步骤316、318之后，过程300终止于步骤320。然而，可以设想，过程300可以连续地重复以相对于回避区域来控制转子速度。在那种情况下，过程300可以从初始步骤302或从步骤314继续。
在上述关于步骤318描述的两种情形中，转子速度能够以不使转子16以及其他机械和电气系统经受潜在的损坏性高动态负载的、在实践中可能的最快的速度通过转子速度范围增大或减小。
图9示出了在回避区域处于部分负载区域中的情况下转子速度与风速的关系的曲线。在部分负载运行中，风中的能量不足以使涡轮机以额定输出运行，相反，鉴于可能的限制(例如转子速度的回避区域)，它被控制为从风中捕获尽可能多的能量。
图9示出了转子速度通过回避区域400的已知进程：曲线图(a)，以及根据本发明的转子速度通过回避区域400的比较进程：曲线图(b)。
曲线图(a)显示了回避区域400、转子速度范围401和风速范围402之间的相关性，并且示出了作为风速的线性函数的转子速度。可以看出，转子速度通过转子速度范围401的进程(以及因此回避区域400)遵循该线性函数。因此，每当转子速度落在转子速度范围401内时，转子速度将在回避区域400内，从而潜在地引起叶片18的不希望的边缘振动。当然，转子速度保持在转子速度范围401中的时间越长，叶片18经历边缘振动的可能性越大。
曲线图(b)显示了转子速度从等于或低于转子速度范围401的下限阈值的值开始并且增大到等于或高于转子速度范围401的上限阈值的值的情形。在这种情形下，转子速度被保持在等于或低于转子速度范围401的下限阈值的值，以便回避所述回避区域400，然后迅速地通过转子速度范围401增大到等于或高于转子速度范围401的上限阈值的值。可以看出，在回避区域400的任一侧，转子速度是风速的线性函数。但是，迅速通过转子速度范围401的特征可以是：转子速度是风速的非线性函数。也就是说，转子速度在整个转子速度范围401上相对于风速非线性地增大或减小，以最小化转子速度在回避区域400内以及因此叶片18出现边缘振动的持续时间。
与曲线图(b)所示的情形相反的情形是：转子速度从等于或高于转子速度范围401的上限阈值的值开始并且减小到等于或低于转子速度范围401的下限阈值的值。在这种情形下，转子速度被保持在等于或高于转子速度范围401的上限阈值的值，以便回避所述回避区域400，然后迅速地通过转子速度范围401减小到等于或低于转子速度范围401的下限阈值的值。
通常，可以以任何适当的方式来控制转子速度。可以通过根据转子速度设定点调整速度来获取将转子速度调整为给定值。但是，也可以通过其他方式来调整转子速度，例如使用转子转矩设定点或输出功率设定点。本领域技术人员将理解，仅通过示例的方式对本发明进行了描述，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以采用各种替代方式。

Claims (17)

1.一种用于控制风力涡轮机以避免边缘振动的方法，所述方法包括以下步骤：
根据测量的转子频率和转子叶片的预定边缘振动频率来确定所述风力涡轮机的转子叶片的回转模式频率；
基于所述回转模式频率确定回避区域，所述回避区域为转子速度范围；以及，
接收转子速度设定点，
其中，所述方法还包括以下步骤中的一个：
如果所述转子速度设定点在所述转子速度范围内，则将转子速度调整为所述转子速度范围之外的值；或者，
如果所述转子速度设定点在所述转子速度范围之外，则将所述转子速度调整为与所述转子速度设定点相对应的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，控制和调整所述转子速度的步骤还包括以下步骤：
当所接收的转子速度设定点在所述转子速度范围内时，将所述转子速度维持在等于或低于与所述转子速度范围的下限阈值相对应的转子速度的值；以及，
如果所述转子速度设定点等于或超过所述转子速度范围的上限阈值，则增大所述转子速度；或者，
当所述转子速度设定点在所述转子速度范围内时，将所述转子速度维持在等于或高于与所述转子速度范围的上限阈值相对应的转子速度的值；以及，
如果所述转子速度设定点等于或低于所述转子速度范围的下限阈值，则减小所述转子速度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所确定的回转模式频率是前向回转模式和后向回转模式中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
测量指示所述风力涡轮机的所述转子叶片的移动的信号；
确定所测量的信号在所确定的回转模式频率附近的频谱；
从所述频谱中获取中心频率；以及，
相对于所述中心频率调整所确定的回转模式频率。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所确定的回转模式频率被调整为等于所述中心频率。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述信号指示所述转子叶片的边缘振动。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述信号是指示所述风力涡轮机的塔架顶部的移动的加速度信号。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述回避区域的下限阈值和上限阈值分别被计算为所确定的回转模式频率的百分比。
9.根据权利要求1或2所述的方法，还包括增大或减小所述回避区域的宽度的步骤。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述回避区域的中心值为所确定的回转模式频率。
11.根据权利要求2所述的方法，其中，当所述转子速度设定点等于或超过所述转子速度范围的所述上限阈值达预定时间段时，发生如果所述转子速度设定点等于或超过所述转子速度范围的所述上限阈值则增大所述转子速度的步骤。
12.根据权利要求2所述的方法，其中，当所述转子速度设定点等于或低于所述转子速度范围的所述下限阈值达预定时间段时，发生如果所述转子速度设定点等于或低于所述转子速度范围的所述下限阈值则减小所述转子速度的步骤。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述转子速度范围内的所述转子速度是风速的非线性函数。
14.根据权利要求2所述的方法，其中，所述转子速度相对于风速非线性地增大或减小。
15.一种用于风力涡轮机控制系统的控制器，其包括处理器和存储模块，其中，所述存储模块包括一组程序代码指令，所述一组程序代码指令在由所述处理器执行时实施根据权利要求1至14中任一项所述的方法。
16.一种风力涡轮机，其包括根据权利要求15所述的控制器。
17.一种可从通信网络下载和/或存储在机器可读介质上的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于实施根据权利要求1至14中任一项所述的方法的程序代码指令。
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