CN111712631A - 风力涡轮机电力生产中的塔架阻尼 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于风力涡轮机塔架阻尼的方法，以及相关联的控制器和风力涡轮机。该方法包括使用至少第一传感器信号生成风力涡轮机的一个或多个转子叶片在部分负荷运行期间的第一桨距参考信号。该方法还包括使用至少第二传感器信号确定风力涡轮机的塔架的动态状态信息。该方法还包括通过使用动态状态信息适配第一桨距参考信号来生成第二桨距参考信号。该方法还包括从第二桨距参考信号和饱和桨距参考信号中选择最大桨距参考信号。该方法还包括传送最大桨距参考信号以控制一个或多个转子叶片的桨距。

Description

风力涡轮机电力生产中的塔架阻尼
技术领域
本公开中提出的实施例大体上涉及风力涡轮机，并且更具体地涉及使用风力涡轮机的塔架的动态状态信息来控制风力涡轮机的电力生产。
背景技术
风力涡轮机通常包括塔架和位于塔架顶部的机舱。较高的塔架通常有利于通过风力涡轮机生产较大量的电能，因为较高的塔架可以支持使用较大直径的转子和/或将转子布置成更远离地面附近发生的自由风流的负面影响(诸如地面阻力和湍流)。
较高的塔架往往更柔性，这可能会引起塔架移动和转子速度之间的动态相互作用。例如，转子所经历的风速(和空气动力学转矩)受塔架的顶部运动的影响。可以通过使风力涡轮机叶片变桨以抵消空气动力学转矩来控制风力涡轮机的电力生产。使风力涡轮机叶片变桨会影响作用在塔架上的力，并因此影响塔架的顶部运动，进而影响所经历的风速和空气动力学转矩。在某些情况下，动态相互作用会将不稳定性引入对风力涡轮机的控制中。
发明内容
本公开的一个实施例是一种方法，所述方法包括使用至少第一传感器信号生成风力涡轮机的一个或多个转子叶片在部分负荷运行期间的第一桨距参考信号。所述方法还包括使用至少第二传感器信号确定所述风力涡轮机的塔架的动态状态信息。所述方法还包括通过使用所述动态状态信息适配所述第一桨距参考信号来生成第二桨距参考信号。所述方法还包括从所述第二桨距参考信号和饱和桨距参考信号中选择最大桨距参考信号。所述方法还包括传送所述最大桨距参考信号以控制所述一个或多个转子叶片的桨距。
有利地，所述方法允许减轻引入到风力涡轮机控制中的由转子和塔架之间发生的动态相互作用导致的不稳定性。此外，通过考虑转子动力学特性和/或转子-风的关系的影响，可以更加积极地调谐风力涡轮机，从而产生比其他可能的情况更大的电力生产。
本文描述的另一实施例是一种用于风力涡轮机的控制器，所述控制器包括一个或多个计算机处理器，以及包括计算机可读代码的内存，当使用所述一个或多个计算机处理器执行所述计算机可读代码时，所述计算机可读代码执行操作。所述操作包括使用至少第一传感器信号生成风力涡轮机的一个或多个转子叶片在部分负荷运行期间的第一桨距参考信号。所述操作还包括使用至少第二传感器信号确定所述风力涡轮机的塔架的动态状态信息。所述操作还包括通过使用所述动态状态信息适配所述第一桨距参考信号来生成第二桨距参考信号。所述操作还包括从所述第二桨距参考信号和饱和桨距参考信号中选择最大桨距参考信号。所述操作还包括传送所述最大桨距参考信号以控制所述一个或多个转子叶片的桨距。
有利地，所述控制器允许减轻引入到风力涡轮机控制中的由转子和塔架之间发生的动态相互作用导致的不稳定性。此外，通过考虑转子动力学特性和/或转子-风的关系的影响，可以更加积极地调谐风力涡轮机，从而产生比其他可能的情况更大的电力生产。
附图说明
为了便于可以详细理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例来对上面简要概括的本公开进行更具体的描述，所述实施例中的一些在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本公开的典型实施例，并且因此不应被视为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他等效的实施例。
图1示出了根据一个或多个实施例的示例性风力涡轮机的示意图。
图2是根据一个或多个实施例的示例性风力涡轮机的框图。
图3是示出根据一个或多个实施例的使用风力涡轮机塔架的动态状态信息来控制风力涡轮机转子的旋转速度的框图。
图4是示出根据一个或多个实施例的使用风力涡轮机塔架的动态状态信息来确定控制回路增益值的框图。
图5是示出根据一个或多个实施例的在部分负荷运行期间适配桨距参考信号的框图。
图6示出了根据一个或多个实施例的使用风力涡轮机塔架的动态状态信息来控制风力涡轮机转子的旋转速度的示例性方法。
图7示出了根据一个或多个实施例的在部分负荷运行期间适配桨距参考信号的示例性方法。
为了便于理解，在可能的地方使用了相同的附图标记来表示图中共有的相同元件。可以预期，在一个实施例中公开的元件可以在没有具体叙述的情况下有益地用于其他实施例。
具体实施方式
本文公开的实施例描述了用于在电力生产期间获取风力涡轮机的塔架的动态状态信息、以及用于基于该动态状态信息来控制风力涡轮机的运行的技术。
图1示出了示例性风力涡轮机100的示意图。尽管风力涡轮机100被示出为水平轴风力涡轮机，但是本文描述的原理和技术可以应用于其他风力涡轮机实施方式(诸如竖直轴风力涡轮机)。风力涡轮机100通常包括塔架102和位于塔架102顶部的机舱104。转子106可以通过延伸出机舱104的低速轴与机舱104连接在一起。如图所示，转子106包括安装在公共轮毂110上的在转子平面内旋转的三个转子叶片108，但是转子106可以包括任何合适数量的叶片(诸如一个、两个、四个、五个或更多个叶片)。叶片108(或翼型件)通常均具有空气动力学形状，其具有用于面向风的前缘112、位于叶片108的弦线的相对端处的后缘114、末端116和用于以任何合适的方式附接到轮毂110的根部118。
对于一些实施例，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可以绕其纵轴旋转以调节叶片的桨距。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、液压致动器或步进电动机控制。
尽管未在图1中进行描绘，但是风力涡轮机100的替代实施方式可以包括与机舱104(或与多个机舱104)连接的多个转子106。在这样的实施方式中，塔架102可以包括一个或多个结构构件，该结构构件被配置为向多个转子106提供期望的布置(例如，提供不重叠的转子平面)。
图2是根据一个或多个实施例的示例性风力涡轮机200的框图。风力涡轮机200可以与本文描述的其他实施例结合使用。例如，风力涡轮机200代表图1所示的风力涡轮机100的一种可能的实施方式。风力涡轮机200包括与桨距控制器210以及与风力涡轮发电机215联接的控制器205。控制器205被配置为接收一个或多个传感器信号280，并生成用于控制风力涡轮机200的转子的旋转速度的一个或多个控制信号。
控制器205包括一个或多个计算机处理器(或“处理器”)和内存。所述一个或多个处理器代表任意数量的处理元件，每个处理元件可以包括任意数量的处理核。所述一个或多个处理器的一些非限制性示例包括微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成芯片(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)或其组合。
所述内存可以包括易失性内存元件(例如随机存取内存)、非易失性内存元件(例如固态、磁性、光学或基于闪存的存储器)及其组合。此外，所述内存可以分布在不同的介质(例如，网络存储器或外部硬盘驱动器)上。所述内存可以包括用于执行本文描述的各种功能的多个“模块”。在一个实施例中，每个模块包括可由所述处理器中的一个或多个执行的程序代码。但是，其他实施例可以包括部分或完全地以硬件(即，电路)或固件实现的模块。
所述一个或多个传感器信号280可以包括与转子动力学特性和/或塔架动力学特性有关的任何合适的信息。在一个非限制性示例中，所述一个或多个传感器信号280包括风力涡轮发电机215的发电机速度和塔架加速度。
在一些实施例中，所述控制器205包括满负荷控制模块225、部分负荷控制模块230和塔架阻尼模块235。满负荷控制模块225被配置为在适于至少生产风力涡轮机200的额定功率的风力条件期间控制风力涡轮发电机215的电力生产。部分负荷控制模块230被配置为在不适于生产风力涡轮机的额定功率的风力条件期间控制风力涡轮发电机215的电力生产。例如，当测得的风速大于或等于风力涡轮机200的额定风速时，满负荷控制模块225可以控制电力生产，而当测得的风速小于额定风速时，部分负荷控制模块230可以控制电力生产。
风力涡轮发电机215可以具有任何合适的实施方式(诸如同步发电机、感应发电机、永磁发电机等)。此外，风力涡轮发电机215可以被配置为双馈感应发电机(DFIG)，以用于满量程电力转换等。
在一些实施例中，满负荷控制模块225运行以控制一个或多个转子叶片的桨距，从而避免风力涡轮机200的不希望的状况。例如，满负荷控制模块225可以使转子叶片变桨出风，以防止风力涡轮发电机215出现超速的情况。在一些实施例中，部分负荷控制模块230运行以将一个或多个转子叶片的桨距控制到最佳桨距角。尽管风力涡轮发电机215在部分负荷控制模式下运行时无法生产额定功率，但是最佳桨距角允许在增加风力涡轮发电机215的速度的同时从风中捕获最大量的能量。如上所述，当测得的风速达到风力涡轮机的额定风速时，控制器205可以从部分负荷控制模式过渡到满负荷控制模式。
在一些实施例中，满负荷控制模块225和部分负荷控制模块230可以在转子速度控制器220内实现。转子速度控制器220通常对转子动力学特性作出响应并且可以对塔架动力学特性不敏感或不可知。转子速度控制器220还可以包括切换逻辑，该切换逻辑被配置为确定何时在由满负荷控制模块225和部分负荷控制模块230提供的相应控制模式之间进行切换。在一些实施例中，该切换逻辑接收测得的风速作为输入并且可以从一个或其他风力条件和/或风力涡轮机条件接收信息。
塔架阻尼模块235被配置为确定风力涡轮机200的塔架的动态状态信息(状态信息240)，以及生成用于控制转子的旋转速度的一个或多个控制信号。在一些实施例中，状态信息240包括塔架沿一个或多个合适维度的加速度信息、速度信息和位置信息中的一个或多个。在一些实施例中，传感器250包括布置在塔架的参考位置处的加速度计，并且一个或多个传感器信号280包括由加速度计提供的加速度信息。例如，加速度计可以布置在塔架的顶部，尽管其他位置也是可能的。在一些实施例中，塔架阻尼模块235被配置为使用接收到的加速度信息生成速度信息和/或位置信息。在其他实施例中，传感器250可以包括被配置为直接测量塔架的速度信息和/或位置信息的一个或多个传感器，所述信息可以被提供给塔阻尼模块235。
在一些实施例中，状态信息240包括沿着一个或多个合适维度的塔架频率245。塔架频率245可以包括塔架的基本频率。合适维度的一些非限制性示例包括大致对应于风力涡轮机200处的风向的前后维度(例如，假设转子被偏航为与风向对准)，以及大致正交于风向的侧向维度。在涉及包括多个转子的风力涡轮机的另一示例中，塔架频率245可以包括围绕塔架的扭转。
在一些实施例中，塔架阻尼模块235被配置为使用速度信息和位置信息中的至少一个确定塔架频率245。例如，塔架阻尼模块235可以例如通过对位置信息执行快速傅立叶变换(FFT)确定位置信息中包括的频率信息(或“频率成分”)。其他频率分析技术也是可能的。通常，较高的塔架频率245对应于较刚性的塔架，而较小的塔架频率245对应于较柔性的塔架。在一个非限制性示例中，确定塔架频率245可以在风力涡轮机的电力生产期间由塔架阻尼模块235动态地执行。在另一个非限制性示例中，确定塔架频率245可以在风力涡轮机的停机时段期间由塔架阻尼模块235执行。在另一个非限制性示例中，确定塔架频率245可以在风力涡轮机的调试过程中执行。在另一个非限制性示例中，塔架频率245可以经由用户输入被提供给塔架阻尼模块235。
如上所述，塔架阻尼模块235被配置为使用状态信息240生成一个或多个控制信号。在一些实施例中，转子速度控制器220(更具体地是满负荷控制模块225和部分负荷控制模块230中的选定一个)被配置为生成桨距参考信号255，并且塔架阻尼模块235被配置为生产与桨距参考信号255组合的桨距参考偏移信号260。在一些实施例中，桨距参考信号255对应于风力涡轮机的指令电力生产(不管其是来自满负荷控制模块225还是部分负荷控制模块230)。在一些实施例中，控制器205可以在加法器265处将桨距参考信号255与桨距参考偏移信号260相加，该加法器265输出桨距参考信号270。
在一些实施例中，控制器205将桨距参考信号270提供给桨距控制器210，以控制风力涡轮机200的一个或多个转子叶片的桨距。继而，桨距控制器210输出桨距值275以控制风力涡轮发电机215(更具体地是转子的旋转速度)。在一些实施例中，桨距控制器210与控制器205分离地实现。在替代实施例中，桨距控制器210的功能可以集成到控制器205中。
因此，利用由塔架阻尼模块235提供的功能，控制器205可以对转子动力学特性、塔架动力学特性和转子-风的关系作出响应。在一些实施例中，转子-风的关系包括在转子处经历的有效风速，其可以表示为自由风速与塔架速度之间的差。此外，通过使用塔架阻尼模块235考虑转子动力学特性和/或转子-风的关系的影响，使得能够比可能的其他方式更积极地调谐满负荷控制模块225。更进一步地，尽管以上就塔架动力学特性进行了描述，但是应当注意，关于塔架阻尼模块235讨论的技术可以适用于其他类型的结构以减轻扭转不稳定性。
图3是示出根据一个或多个实施例的使用风力涡轮机塔架的动态状态信息来控制风力涡轮机转子的旋转速度的框图300。框图300中示出的功能可以与本文描述的其他实施例(诸如图2中描绘的控制器205)结合使用。
转子速度控制器220被配置为从转子速度传感器350接收发电机速度ω和参考发电机速度ωref。转子速度控制器220的减法器340基于发电机速度ω和参考发电机速度ωref的差生成误差信号。比例积分(PI)控制器345使用该误差信号生成桨距参考信号255。
塔架阻尼模块235被配置为从塔架加速度计355接收塔架加速度αTower。塔架阻尼模块235包括滤波器模块302，该滤波器模块302被配置为对塔架加速度αTower进行滤波以生产滤波后的加速度信息304。第一积分器305被配置为根据滤波后的加速度信息304生产速度信息310，并且第二积分器315被配置为根据速度信息310生产位置信息320。如上所述，在其他实施例中，传感器250可以包括被配置为直接测量速度信息310和/或位置信息320的一个或多个传感器。
滤波器模块302可以包括一个或多个滤波级，以生产滤波后的加速度信息304。在一些实施例中，滤波器模块302可以被配置为从塔架加速度αTower中去除低频分量(诸如恒定分量)。在一些实施例中，滤波器模块302可以被配置为对塔架加速度αTower执行抗混叠。在一些实施例中，滤波器模块302可以被配置为过滤与转子的旋转相关联的频率分量(诸如3P频率)。可以为各种滤波级选择任何合适的截止频率。此外，可以例如基于风力条件在风力涡轮机的运行期间自适应地更新滤波级。
在一些实施例中，第一积分器305和/或第二积分器310可以被实现为“泄漏”积分器(例如，截止频率明显小于所关注的频率的一阶低通滤波器(LPF))。例如，可以对第一积分器305和/或第二积分器310的截止频率进行选择，以防止在接近塔架频率245的频率处引入过多的相位超前。
塔架阻尼模块235的第一放大器325具有将应用于速度信息310的第一控制回路增益值(即速度增益Av)。塔架阻尼模块235的第二放大器330具有将应用于位置信息320的第二控制回路增益值(即，位置增益Ap)。加法器335将第一放大器325和第二放大器330的输出相加，以生产桨距参考偏移信号260。加法器265接收桨距参考信号255和桨距参考偏移信号260，并输出桨距参考信号270。
在一些实施例中，可以使用风力涡轮机的塔架的动态状态信息动态地更新第一控制回路增益值和/或第二控制回路增益值。例如，可以使用确定的塔架频率来确定至少一个控制回路增益值。
如图所示，塔架阻尼模块235被配置为输出具有基于速度信息310的速度分量和基于位置信息320的位置分量的桨距参考偏移信号260。在一种替代实施方式中，桨距参考偏移信号260可以只具有速度分量和位置分量中的一个。在另一替代实施方式中，桨距参考偏移信号260可以具有基于塔架加速度αTower的加速度分量。加速度分量可以附加于速度分量和/或位置分量，或者可以与速度分量和/或位置分量分开。
在一些实施例中，塔架阻尼模块235具有特定于风力涡轮机平台的预定调谐。预定调谐可以包括预定的第一组值(例如，速度增益Av和/或位置增益Ap)，其可以然后在风力涡轮机的运行期间被自适应地更新。以这种方式，塔架阻尼模块235可以被实现为用于各种风力涡轮机，而与风力涡轮机的地理位置无关。换句话说，塔架阻尼模块235不需要在风力涡轮机运行之前执行特定于场址的调谐。
图4是示出根据一个或多个实施例的使用风力涡轮机塔架的动态状态信息来确定控制回路增益值的框图400。框图400中所示的功能可以与本文所述的其他实施例(诸如在图3描绘的塔架阻尼模块325中实现的实施例)结合使用。此外，框图400中所示的功能可以在风力涡轮机的满负荷运行期间和/或部分负荷运行期间使用。
在一些实施例中，适配模块405被配置为使用塔架频率fTower确定至少一个控制回路增益值。如上所述，可以使用位置信息中包括的频率信息确定塔架频率fTower。适配模块405包括被配置为调度第一控制回路增益值(即，速度增益Av)的第一增益调度模块415，以及被配置为调度第二控制回路增益值(即，位置增益Ap)的第二增益调度模块420。
如图所示，第一控制回路增益值和第二控制回路增益值均在零(0)与一(1)之间的范围内选择。替代实施方式可以从任何合适的范围中调度第一控制回路增益值和/或第二控制回路增益值。此外，第一控制回路增益值的范围和第二控制回路增益值的范围不必相同。
对于塔架频率fTower的值小于第一阈值频率foff,v的情况，速度增益Av具有零值。对于塔架频率fTower的值大于第二阈值频率fon,v的情况，速度增益Av具有一(1)值。对于塔架频率fTower的值在第一阈值频率foff,v和第二阈值频率fon,v之间的情况，速度增益Av具有根据预定函数适配的值。因此，在一些实施例中，适配模块405被配置为响应于确定塔架频率fTower小于第一阈值频率foff,v而使与第一控制回路增益值(速度增益Av)相关联的第一控制回路失效或失谐。有益的是，通过使第一控制回路失效或失谐，基于速度的反馈的某些影响可以减轻，诸如在与相对柔性的塔架配合使用时可以减轻不稳定的影响。
对于塔架频率fTower的值小于第一阈值频率fon,p的情况，位置增益Ap具有一(1)值。对于塔架频率fTower的值大于第二阈值频率foff,p的情况，位置增益Ap具有零值。对于塔架频率fTower的值在第一阈值频率fon,p和第二阈值频率foff,p之间的情况，位置增益Ap具有根据预定函数适配的值。因此，在一些实施例中，适配模块405被配置为响应于确定塔架频率fTower大于第二阈值频率foff,p而使与第二控制回路增益值(位置增益Ap)相关联的第二控制回路失效或失谐。
在一些实施例中，与速度增益Av和位置增益Ap相关联的预定函数基本上是线性的。但是，还可以考虑任何其他合适的函数(例如，二次函数)。
在一些实施例中，可选的适配模块410被配置为接收第一控制回路增益值(速度增益Av)和第二控制回路增益值(位置增益Ap)，并生成适配的控制回路增益值A’v，A’p以应用于相应的控制回路。以这种方式，适配模块410可以减轻基于速度的反馈和/或基于位置的反馈的某些影响。例如，适配模块410可以限制控制回路增益值的应用以减轻变桨系统上的磨损。适配模块410包括配置为调度第一适配增益值的第一增益调度模块425和配置为调度第二适配增益值的第二增益调度模块430。
对于平均塔架加速度αTower,RMS的值小于第一阈值加速度RMSoff,v的情况，第一增益调度模块425输出零值。对于平均塔架加速度αTower,RMS的值大于第二阈值加速度RMSon,v的情况，第一增益调度模块425输出一(1)值。对于平均塔架加速度αTower,RMS的值在第一阈值加速度RMSoff,v和第二阈值加速度RMSon,v之间的情况，第一增益调度模块425输出根据预定函数适配的值。在最小值块435处比较由第一增益调度模块425输出的值和第一控制回路增益值(速度增益Av)，并且输出最小值作为适配的控制回路增益值A’v。
因此，在一些实施例中，第一增益调度模块425被配置为启用、禁用或以其他方式限制第一增益调度模块415的功能。例如，第一增益调度模块425可以通过仅在塔架的振荡超过预定幅度时启用第一增益调度模块415来减轻变桨系统上的磨损。
对于平均塔架加速度αTower,RMS的值小于第一阈值加速度RMSoff,p的情况，第二增益调度模块430输出零值。对于平均塔架加速度αTower,RMS的值大于第二阈值加速度RMSon,p的情况，第二增益调度模块430输出一(1)值。对于平均塔架加速度αTower,RMS的值在第一阈值加速度RMSoff,p和第二阈值加速度RMSon,p之间的情况，第二增益调度模块430输出根据预定函数适配的值。在最小值块440处比较由第二增益调度模块430输出的值和第二控制回路增益值(位置增益Ap)，并且输出最小值作为适配的控制回路增益值A’p。
因此，在一些实施例中，第二增益调度模块430被配置为启用、禁用或以其他方式限制第二增益调度模块420的功能。例如，第一增益调度模块425可以用于防止应用将在满负荷运行期间应用的桨距参考偏移信号的小值。
尽管未明确示出，但是在一些实施例中，适配模块405可以包括附加的增益调度模块，该附加的增益调度模块根据风力涡轮机的运行点来影响位置增益Ap。满负荷控制模块(例如，图2的满负荷控制模块225)可以包括可比较的功能。来自附加增益调度模块的输出值不必限于零到一的范围，而是可以具有任何合适的值。
图5是示出根据一个或多个实施例的在部分负荷运行期间适配桨距参考信号的框图500。框图500中示出的功能可以与本文描述的其他实施例(诸如在图2中描绘的控制器205中实现的实施例)结合使用。
部分负荷控制模块230被配置为生产桨距参考信号255。在一些实施例中，桨距参考信号255反映由部分负荷控制模块230根据一个或多个预定参数计算的多个桨距角中的最大的总体桨距角。例如，部分负荷控制模块230可以计算与最大(或其他希望的)电力生产水平相对应的第一桨距角、与推力限制参数相对应的第二桨距角、与噪声限制参数相对应的第三桨距角、与偏航误差参数相对应的第四桨距角等。
塔架阻尼模块235被配置为生产桨距参考偏移信号260，并且加法器265被配置为将桨距参考信号510输出到饱和块505。在饱和块505处比较桨距参考信号510和饱和桨距参考信号515，并输出最大值作为最大桨距参考信号520。最大桨距参考信号520的使用对于防止转子叶片失速、减少噪声排放等可以是有益的。
在一些实施例中，饱和桨距参考信号515包括桨距参考信号255或者是桨距参考信号255。在这种情况下，255处的输出将是515处的输入。因此，控制器205允许仅将转子叶片从桨距参考信号255指令的桨距角变桨出风。换句话说，在应用塔架阻尼功能之前，最大桨距参考信号520的值将不小于桨距参考信号255。在一个实施例中，饱和桨距参考信号515被设置为失速极限(即被允许的避免叶片失速的最低桨距角)。在其他实施例中，饱和桨距参考信号515包括对应于风力涡轮机的运行点的最大电力生产水平的桨距参考信号。最大电力生产水平通常对应于风力涡轮机从风中提取尽可能多的电力的桨距角。在这种情况下，饱和桨距参考信号515还可以包括桨距偏移。对于这样的实施方式，控制器250允许转子叶片根据运行点(例如，在推力限制运行期间)变桨入风。换句话说，对于部分负荷控制模块230包括对应于最大电力生产水平的第一桨距角和对应于另一运行参数(诸如推力限制、噪声限制、偏航误差等)的至少第二桨距角的实施方式，当根据第二桨距角控制部分负荷控制模块230时，最大桨距参考信号520的值可以小于桨距参考信号255。控制器205的其他实施方式可以包括作为饱和桨距参考信号515的任何其他合适的信号。
在部分负荷运行期间，塔架阻尼模块235可能遭受低于塔架频率245的频率的估算误差。在从测得的加速度信息估算速度信息和位置信息时，这些估算误差可能会被放大，并且可能会反映在桨距参考偏移信号260中。该估算误差在满负荷运行期间可能不会产生重大影响，因为桨距参考偏移信号260可以被看作是发生在控制器205与变桨系统之间的干扰。但是，该估算误差可能会在部分负荷运行期间产生较大的影响。
通常，部分负荷控制模块230可以通过调节功率参考控制转子速度，而对应的桨距角可以经由查找表和/或与从一个或多个传感器信号280测得的量(例如，转子速度、风速等)的关系确定。在部分负荷运行期间，由于没有针对桨距角的闭环控制(例如，包括积分器)，由塔架阻尼模块235引入的低频变量可以直接输入到桨距参考偏移信号260的指令桨距角，这将引起低频推力变化并且可能阻碍风力涡轮机的性能。
为了减轻在部分负荷运行期间可能发生的低频成分的放大，在一些实施例中，控制器205被配置为重新调谐塔架阻尼模块235的滤波器(例如，图3的滤波器模块302、第一积分器305和/或第二积分器310)。例如，控制器205可以将塔架阻尼模块235的一个或多个高通滤波器(HPF)重新调谐为更靠近运行区域以减少低频成分，但以塔架频率245附近的频率处的相位超前为代价。但是，在某些情况下，重新调谐的滤波器可能对应于满负荷运行期间的性能下降。因此，在一些实施例中，控制器205可以响应于过渡到部分负荷运行而重新调谐滤波器。在一些实施例中，控制器205可以响应于过渡到满负荷运行而对滤波器进行重新调谐(例如，使滤波器恢复至其初始调谐)。
图6示出了根据一个或多个实施例的使用风力涡轮机塔架的动态状态信息来控制风力涡轮机转子的旋转速度的示例性方法600。该方法600可以与其他实施例(诸如使用图2中描绘的控制器205执行的实施例)结合使用。
方法600开始于框605，其中，控制器使用一个或多个传感器信号确定风力涡轮机的塔架在电力生产期间的动态状态信息。在一些实施例中，动态状态信息包括塔架频率。在框615处，控制器使用塔架频率确定至少一个控制回路增益值。在一些实施例中，控制器确定将被应用于与塔架的参考位置相对应的速度信息的第一控制回路增益值，以及将被应用于与参考位置相对应的位置信息的第二控制回路增益值。在框625处，控制器使用所述至少一个控制回路增益值生成用于控制风力涡轮机的转子的旋转速度的一个或多个控制信号。在一些实施例中，一个或多个控制信号包括桨距参考信号，以控制风力涡轮机的一个或多个转子叶片的桨距。在框625完成之后，方法600结束。
图7示出了根据一个或多个实施例的在部分负荷运行期间适配桨距参考信号的示例性方法700。方法600可以与其他实施例(诸如使用图5中描绘的控制器205执行的实施例)结合使用。
方法700开始于框705，其中，控制器使用至少第一传感器信号生成风力涡轮机的一个或多个转子叶片在部分负荷运行期间的第一桨距参考信号。在一些实施例中，第一传感器信号包括旋转速度信号。在框715处，控制器使用至少第二传感器信号确定风力涡轮机的塔架的动态状态信息。在一些实施例中，第二传感器信号包括塔架加速度信号。在一些实施例中，动态状态信息包括塔架频率。
在框725处，控制器通过使用动态状态信息适配第一桨距参考信号来生成第二桨距参考信号。在一些实施例中，生成第二桨距参考信号包括使用动态状态信息生成桨距参考偏移信号。在一些实施例中，适配第一桨距参考信号包括将桨距参考偏移信号与第一桨距参考信号相加。
在框735处，控制器从第二桨距参考信号和饱和桨距参考信号中选择最大桨距参考信号。在一些实施例中，饱和桨距参考信号与第一桨距参考信号相同。在其他实施例中，饱和桨距参考信号对应于最大电力生产水平。
在框745处，控制器传送最大桨距参考信号以控制一个或多个转子叶片的桨距。在一些实施例中，控制器将最大桨距参考信号传送到外部桨距控制器。在框745完成之后，方法700结束。
在前面，参考了在本公开中提出的实施例。然而，本公开的范围不限于特定描述的实施例。相反，可以设想以上提供的特征和元件(无论其是否涉及不同的实施例)的任何组合来实现和实践所设想的实施例。此外，尽管本文公开的实施例可以实现优于其他可能的解决方案或优于现有技术的优点，但是通过给定的实施例是否能够实现特定的优点并不限制本公开的范围。因此，本文描述的各方面、特征、实施例和优点仅是示例性的，并且不应被视为所附权利要求的要素或限制(除非在权利要求中明确叙述)。
如本领域的技术人员将理解的，本文公开的实施例可以体现为系统、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例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或结合软件和硬件方面的实施例的形式，其在本文中可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，各方面可以采取体现在其上体现有计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式。
本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。该计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质(例如，便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取内存(RAM)、只读内存(ROM)、可擦可编程只读内存(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读内存(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备或上述的任何合适组合)，所述计算机可读存储介质在其上具有用于使处理器执行本发明的各方面的计算机可读程序指令。
参考根据本公开中提出的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各方面。将理解的是，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令来实现。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以生产机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图的框中指定的功能/动作的手段。
附图中的流程图和框图示出了根据各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。就此而言，流程图或框图中的每个框可以代表代码的包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令的模块、部段或部分。还应注意，在一些替代实施方式中，框中指出的功能可以不按图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，实际上可以基本上同时执行连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行这些框。还应注意，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统、或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
鉴于前述内容，本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种方法，包括：
使用至少第一传感器信号生成风力涡轮机的一个或多个转子叶片在部分负荷运行期间的第一桨距参考信号；
使用至少第二传感器信号确定所述风力涡轮机的塔架的动态状态信息；
通过使用所述动态状态信息适配所述第一桨距参考信号来生成第二桨距参考信号；
从所述第二桨距参考信号和饱和桨距参考信号中选择最大桨距参考信号；以及
传送所述最大桨距参考信号以控制所述一个或多个转子叶片的桨距。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一桨距参考信号指示与所述风力涡轮机在所述部分负荷运行期间的最大电力生产相对应的桨距角。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，生成所述第二桨距参考信号包括：
使用所述动态状态信息生成桨距参考偏移信号；以及
使用所述桨距参考偏移信号适配所述第一桨距参考信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，适配所述第一桨距参考信号包括：
将所述桨距参考偏移信号与所述第一桨距参考信号相加。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，生成所述桨距参考偏移信号包括使用一个或多个滤波器对所述动态状态信息执行滤波。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
在生成所述桨距参考偏移信号之前重新调谐所述一个或多个滤波器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述饱和桨距参考信号与所述第一桨距参考信号相同。
8.一种用于风力涡轮机的控制器，所述控制器包括：
一个或多个计算机处理器；以及
包括计算机可读代码的内存，当使用所述一个或多个计算机处理器执行所述计算机可读代码时，所述计算机可读代码执行包括以下操作的操作：
使用至少第一传感器信号生成所述风力涡轮机的一个或多个转子叶片在部分负荷运行期间的第一桨距参考信号；
使用至少第二传感器信号确定所述风力涡轮机的塔架的动态状态信息；
通过使用所述动态状态信息适配所述第一桨距参考信号来生成第二桨距参考信号；
从所述第二桨距参考信号和饱和桨距参考信号中选择最大桨距参考信号；以及
传送所述最大桨距参考信号以控制所述一个或多个转子叶片的桨距。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述第一桨距参考信号指示与所述风力涡轮机在所述部分负荷运行期间的最大电力生产相对应的桨距角。
10.根据权利要求8或9所述的控制器，其中，生成所述第二桨距参考信号包括：
使用所述动态状态信息生成桨距参考偏移信号；以及
使用所述桨距参考偏移信号适配所述第一桨距参考信号。
11.根据权利要求10所述的控制器，其中，适配所述第一桨距参考信号包括：
将所述桨距参考偏移信号与所述第一桨距参考信号相加。
12.根据权利要求11所述的控制器，其中，所述桨距参考偏移信号包括滤波后的桨距参考偏移信号。
13.根据权利要求12所述的控制器，所述操作还包括：
在生成所述滤波后的桨距参考偏移信号之前重新调谐滤波器。
14.根据前述权利要求中任一项所述的控制器，其中，所述饱和桨距参考信号与所述第一桨距参考信号相同。
15.一种风力涡轮机，包括：
塔架；
包括一个或多个转子叶片的转子；
被配置为生成一个或多个传感器信号的一个或多个传感器；以及
根据权利要求8所述的控制器。
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