CN115667700A - 控制偏航以降低马达速度 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过控制多个偏航驱动致动器来控制风力涡轮机系统的偏航的方法。当偏航驱动致动器对所有马达应用相同的扭矩时,如果马达在偏航系统被激活时没有被接合,这可能会导致一些马达超速。因此,如果偏航驱动致动器的实际马达速度参考高于特定马达速度参考,那么就向实际马达速度参考高于特定马达速度参考的偏航驱动致动器应用用于降低实际马达速度参考的输出信号。

Description

控制偏航以降低马达速度
技术领域
本发明涉及一种用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,更特别地是用于控制多个偏航驱动致动器以避免偏航驱动致动器的马达超速的方法。
背景技术
偏航系统的任务是确定机舱相对于风的取向。大多数时候,偏航系统是不活动的或停顿的。只有当转子和机舱的取向需要变化时(通常是由于风向的变化),偏航系统才会活动,以将机舱转向风。
在正常运行模式下,机舱与风向之间的偏差(偏航角)应尽可能小,以避免电力生产损失以及降低负载。然而,与此同时,偏航系统的反应不能太敏感,以避免将降低机械部件的寿命的连续的小偏航移动。
在现代风力涡轮机系统中,偏航系统中使用多个偏航驱动致动器来确定机舱相对于风的取向。
然而,如果所有的偏航驱动致动器对所有的马达应用相同的扭矩,在偏航系统被激活时马达没有被接合的情况下,这可能会导致一些马达超速。
因此,一种改进的用于控制偏航系统的方法将是有利的,特别地,一种更有效和/或可靠的控制多个偏航驱动致动器的方法将是有利的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种在偏航系统活动时避免或至少减少偏航驱动致动器中的马达的超速的方法。
本发明的另一个目的是改进风力涡轮机的控制方法,特别是改进提高偏航系统的部件的使用寿命的控制方法。
因此,上述目的和若干其他目的旨在于本发明的第一方面通过提供一种用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法来获得,所述风力涡轮机系统包括机舱、塔架、涡轮机控制器和偏航系统,
偏航系统可运行以使机舱相对于塔架偏航,
偏航系统包括马达控制器和多个偏航驱动致动器,
其中,马达控制器接收每个偏航驱动致动器的实际马达速度参考,并且如果偏航驱动致动器的实际马达速度参考高于特定马达速度参考,则向实际马达速度参考高于特定马达速度参考的偏航驱动致动器应用用于降低实际马达速度参考的输出信号。
为了避免偏航驱动致动器中的马达过高地或过长时间地超速,当检测到超速时,马达控制器向偏航驱动致动器发送输出信号以降低实际马达速度。降低超速的优点是降低了马达的负载,从而降低了使马达和/或马达控制器过载的风险,使马达和/或马达控制器过载有可能出现关闭和停止的故障。此外,通过避免使马达和/或马达控制器过载,可以增加马达和/或马达控制器的使用寿命。另一个优点涉及避免由超速马达导致的偏航传动系统(小齿轮和偏航环)上的峰值负载。马达超速通常被设定为高于这个速度就不能持续长时间运行的给定速度。马达超速可以例如被设定为超过马达的指定设计极限的速度。然而,马达超速也可以被设定为设计极限的函数,诸如处于高于或低于设计极限的给定速度。
偏航系统包括多个偏航驱动致动器,每个偏航驱动致动器包括马达和连接偏航驱动致动器的小齿轮。偏航系统还包括偏航环,多个致动器连接到偏航环上。偏航环位于塔架上,以允许机舱旋转。此外,偏航驱动致动器包括变频驱动。在本文中,变频驱动通常被视为偏航驱动致动器的一部分,即使变频驱动可以与马达的其他部分分开设置。
偏航或旋转如本领域中常见的那样被理解为机舱的旋转。
马达优选地是电驱动马达(其通常是异步感应马达),但也可以是永磁体马达,每个马达都由单独的变频驱动供电,从而实现单独的马达控制。变频驱动连接到偏航系统中的马达控制器并从马达控制器接收输出信号。该输出信号是来自马达控制器的所需的马达扭矩参考,但是在马达超速的情况下,该输出信号被降低为降低的马达扭矩参考。替代地,这些马达可以是液压驱动马达。
塔架可以是一个或多个机舱可以安装在其上且可相对于塔架旋转的任何支撑结构或构造。塔架可以包括支撑臂,机舱安装在每个支撑臂上;因此,“使机舱相对于塔架旋转”的措辞也涵盖放置在支撑臂上的机舱被旋转的情况。此外,如下实施例是可能的:其中支撑臂可相对于塔架旋转,因此,当支撑臂相对于塔架旋转时,机舱都同时相对于塔架旋转;因此,“使机舱相对于塔架旋转”的措辞也涵盖这种情况。
根据一个实施例,该方法包括:马达控制器接收平均马达速度参考作为反馈信号。平均马达速度参考可以由涡轮机控制器或由马达控制器本身确定。如果马达控制器确定平均马达速度参考,则是在处理反馈控制的计算块之外的单独的计算块中完成的。
平均马达速度参考被用于确定马达是否超速。
根据一个实施例,该方法包括:特定马达速度参考是添加了阈值的平均马达速度参考。将阈值添加到平均马达速度参考以确定马达是否运行得快于添加了阈值的平均马达速度参考,被用于对马达是否可能走向超速进行早期检测。所有的马达应优选地以相同的速度旋转,因此,如果马达移动得比平均马达速度参考快得超过阈值,这是该马达正在走向超速的指示,因此要采取措施来降低马达的速度。
根据一个实施例,该方法包括:特定马达速度参考是最大马达速度参考。
最大马达速度参考是马达不应超过的最大值,即使马达有可能运行得比最大马达速度快一点。这是为了避免使马达过载以及避免马达关闭。因此,如果马达速度高于最大马达速度,就要采取措施来降低马达的速度。最大马达速度参考通常会作为在设置系统时被输入的参数存储在计算机内存中。
根据一个实施例,该方法包括:马达控制器从涡轮机控制器接收:
-请求的马达速度参考作为输入信号,并且
马达控制器提供:
-所需的马达扭矩参考作为输出信号,所需的马达扭矩参考根据请求的马达速度参考和平均马达速度参考确定,用于使多个偏航驱动致动器旋转机舱。
通过将用于多个偏航驱动致动器的所需的马达扭矩参考基于作为反馈信号的平均马达速度参考,提供了带有虚拟主驱动的控制方案,该虚拟主驱动基于平均马达速度构建。虚拟主驱动是指所有偏航驱动致动器接收相同的所需的马达扭矩参考,一起行动,就像只有一个偏航驱动致动器一样。因此,虚拟主驱动控制所有正常运行的偏航驱动致动器,而不是在超速或任何其他特殊模式下运行的偏航驱动致动器。以这种方式,关于虚拟主驱动分担负载,该虚拟主驱动与以平均速度运行的驱动相一致。结果,本发明对于为多个偏航驱动致动器获得均匀的负载分配是特别有利的,但不是排他性地有利的。因此,每个偏航驱动致动器基本上输送相同的扭矩,执行均匀的动作从而避免不平衡,并避免单个偏航驱动致动器过载,从而提高偏航系统的使用寿命,并且由于减少风力涡轮机不生产电力的停机时间而提高风力涡轮机的生产能力。
然而,当一个马达超速时(例如因为小齿轮没有与偏航环接合),马达超速需要特殊处理,并且然后不是虚拟驱动的一部分,其中所有偏航驱动致动器接收相同的信号。
根据一个实施例,该方法包括:应用于实际马达速度参考高于特定马达速度参考的偏航驱动致动器的用于降低实际马达速度参考的输出信号是降低的马达扭矩参考。
马达控制器向所有偏航驱动致动器发送所需的马达扭矩参考。然而,如果确定马达超速或至少比特定马达速度参考运行得更快,那么发送到带有超速马达的特定偏航驱动致动器的所需的马达扭矩参考是降低的马达扭矩参考。由此,超速马达的速度将被降低,从而降低马达停机的风险。
根据一个实施例,该方法包括:降低的马达扭矩参考是由一个系数或百分比降低的所需的马达扭矩参考。
可以通过应用降低的马达扭矩参考来应用降低马达速度的不同策略。降低的马达扭矩参考可以是从所需的马达扭矩参考中减去一个百分比,或者所需的马达扭矩参考可以除以一个系数。
根据一个实施例,该方法包括:降低的马达扭矩参考从所需的马达扭矩参考相对于检测到的速度按比例降低。
降低的马达扭矩参考可以是所需的马达扭矩参考的按比例降低,该按比例降低基于来自正常运行的马达的平均马达速度参考计算,例如,如果马达运行得快了30%,则降低的马达扭矩参考被设置为低30%。
根据一个实施例,该方法包括:如果用于降低实际马达速度参考的输出信号被应用于一个偏航驱动致动器,则其余的偏航驱动致动器接收用于增加实际马达速度参考的输出信号。
如果马达正在超速,它这样做是因为偏航驱动致动器没有与偏航环接合并且因此没有参与实际的偏航,从而给其他偏航驱动致动器的马达带来更高的负载。因此,增加正常运行的偏航驱动制动器的马达的速度(通过增加这些马达的所需的马达扭矩参考来增加这些马达的马达速度,以便它们能够补偿没有与偏航环接合的马达)是有利的。
根据一个实施例,该方法包括:平均马达速度参考被计算为所有马达的实际马达速度参考的平均值。
根据一个实施例,该方法包括:每个偏航驱动致动器包括马达,并且平均马达速度参考被计算为选定的马达子组的实际马达速度参考的平均值。
根据一个实施例,该方法包括:在平均马达速度参考的计算中,选定的马达子组不包括实际马达速度参考高于高速阈值速度的马达和/或实际马达速度参考低于低速阈值速度的马达。
如果一些马达没有运行或者运行速度与其他马达相差很大,能够将一些马达从平均马达速度参考的计算中排除是有利的。如果致动器必须比其他致动器旋转更大的距离才能使小齿轮与偏航环的齿轮接合,则这通常在启动偏航时发生。例如,如果偏航环上有断齿,就会发生这种情况。因此,超速马达被排除在平均马达速度参考的计算之外,从而被排除在对正常运行马达的所需的马达扭矩参考的计算的影响之外。
根据一个实施例,该方法包括:风力涡轮机系统包括多个机舱,偏航系统被布置为旋转多个机舱中的一个或多个。因此,本发明的方法也可以应用于多转子风力涡轮机。
在多转子涡轮机中,机舱可以安装在支撑臂上或安装在允许在同一风力涡轮机系统上安装更多机舱的其他支撑结构上。本发明的方法可以单独地用于多个机舱,使得放置在支撑臂上的单个机舱可以旋转,同时其他机舱不旋转。该方法也可用于通过旋转其上安装有多个机舱的整个结构来旋转所有的机舱,使得多个机舱同时旋转。然后多个机舱相对于塔架旋转,因此每个单独的机舱也相对于塔架旋转。
本发明的第二方面涉及一种用于控制风力涡轮机的偏航的控制系统,其中该控制系统被布置为执行根据第一方面的方法的步骤。
本发明的第三方面涉及一种风力涡轮机,其中,该风力涡轮机还包括根据第二方面的用于控制风力涡轮机系统的偏航的控制系统。
本发明的第四方面涉及一种计算机程序产品,该计算机程序产品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,该计算机程序产品适于执行第一方面的方法。
马达控制器、动态速度限制器、速度控制器、扭矩限制器等的不同部分可以在单独的计算机程序中实现,或者被实现为在同一或不同微处理器上运行的同一计算机程序中的不同功能块。同样,马达控制器和涡轮机控制器可以在于单独的计算机或微处理器上运行的不同软件程序中实现,也可以在于同一计算机或微处理器上运行的相同的软件程序中实现,或以它们的任何组合实现。
大体而言,本发明的各方面和实施例可以在本发明的范围内以任何可能的方式组合和耦合。本发明的这些和其他方面、特征和/或优点将参照下文描述的实施例而显而易见并得到阐明。
附图说明
本发明的实施例将参照附图仅以示例的方式进行描述,其中:
图1图示了风力涡轮机,
图2图示了配置为多转子风力涡轮机的风力涡轮机,
图3图示了偏航系统,
图4图示了偏航控制器,
图5图示了运行包络,
图6图示了每个驱动的马达控制器,
图7图示了带超速保护和不带超速保护运行的差异。
附图显示了实施本发明的一种方式,并且不应解释为对落入所附权利要求集的范围内的其他可能实施例的限制。
具体实施方式
图1显示了风力涡轮机100(WTG),其包括塔架101和带有至少一个转子叶片103的转子102。通常使用三个叶片,但也可以使用不同数量的叶片。叶片103与轮毂105连接,轮毂105被布置为与叶片一起旋转。转子连接到机舱104,机舱104安装在塔架101的顶部,并适于经由传动系统驱动位于机舱内的发电机。转子102可在风的作用下旋转。风引起的转子叶片103的旋转能量经由轴传递到发电机。因此,风力涡轮机100能够借助于转子叶片将风的动能转化为机械能,随后借助于发电机将其转化为电能。发电机与功率转换器相连。
图2显示了被配置为多转子风力涡轮机的替代风力涡轮机100。多转子风力涡轮机包括多个机舱104。这里显示的是4个机舱的示例,但在一般情况下,两个或更多个机舱可用于多转子涡轮机。如上图所示,机舱104可以经由塔架101和从塔架101向外延伸的支撑臂106来支撑,从而将机舱放置得远离塔架并位于塔架的相对侧。在多转子风力涡轮机中,偏航系统可以放置在用于臂结构的集体旋转的塔架处和/或作为用于每个机舱的单独的偏航系统。多转子结构的另一示例在下图中示出,此处机舱104由从基底130(例如地面或浮动基底)延伸的倾斜塔架101支撑,从而使两个或更多个机舱104在给定高度上彼此充分分开。本发明的实施例可以与多转子风力涡轮机或单转子风力涡轮机一起使用。
图3显示了根据本发明的偏航系统的实施例。在图示的示例中,偏航系统包括多个偏航驱动致动器301。在其他配置中,可以使用更多或更少的偏航驱动致动器。每个偏航驱动致动器301包括马达302(在本实施例中是电驱动马达),以及小齿轮304。另外,可以包括传动装置。小齿轮304连接偏航驱动致动器301和偏航环305。此外,偏航驱动致动器301包括变频驱动(VFD)306。
马达302可以是异步感应马达类型,每个都由单独的变频驱动306供电,从而实现单独的马达控制。在图3中可以看到,变频驱动306聚集在中心的机柜中,并连接到马达控制器307,但是变频驱动306也可以放置在其他位置。
马达302包括检测马达的位置的编码器,该编码器为位置计,从位置的变化可以导出马达速度。编码器用于检测马达302的速度,并将速度返回给变频驱动306。
编码器可用于每个马达302,以检测马达302的位置和速度,并确保大的负载分担,同时避免使马达302中的任何一个过载。
马达控制器307向变频驱动306输出所需的马达扭矩参考403,马达控制器307通过与编码器、各个变频驱动306的通信或通过与计算平均马达速度参考402的涡轮机控制器308的通信接收关于马达速度的信息。此外,基于来自风向装置309的输入,马达控制器307从主涡轮机控制器308接收关于何时偏航和向哪个方向偏航的信号。
涡轮机控制器308可以控制偏航系统300,并且涡轮机控制器308在需要偏航时激活马达控制器307。
图4是偏航控制方案的一个实施例的示意图。偏航控制器包括集中的控制结构,其中单个马达控制器307基于请求的马达速度参考401和所有马达302或选定的马达302子组的平均马达速度参考402来运行所有的偏航驱动致动器301。
选定的马达302子组可以不包括最快和/或最慢的马达302,以增加鲁棒性,或者选定的马达302子组可以不包括运行速度快于高速阈值速度和/或慢于低速阈值速度的马达302。
在正常运行下,为所有偏航驱动致动器301请求相同的扭矩、所需的马达扭矩参考403,以确保均匀的负载分配。然而,如果请求的话,可以不均匀地分配每个单独的偏航驱动致动器的所需的马达扭矩参考403,例如,当通过划分的偏航部分时,可能期望减少扭矩,或者在自检期间,每个驱动被单独测试。而且,如果马达302超速的话,所需的马达扭矩参考403可以针对带有超速马达302的偏航驱动致动器301与其他偏航驱动致动器302不同。
从马达控制器307发送到偏航驱动致动器的所需的马达扭矩参考403被变频驱动306接收。然后,变频驱动306向马达302发送马达信号420,然后马达302将马达轴扭矩421应用到偏航系统300和小齿轮304上,以将扭矩传递给偏航环305。
基于来自每个马达302的马达速度422,涡轮机控制器308或马达控制器307计算平均马达速度参考402作为反馈信号。马达控制器可以在与控制回路计算块分开的计算块中计算它自己的反馈信号。此外,每个马达302的马达速度作为反馈信号经由内扭矩控制回路423被发送回变频驱动306。
图5显示了用于马达的4象限控制的运行包络501的示例。运行包络501是坐标系:其中X轴是平均马达速度参考402,Y轴是应用于马达302的所需的马达扭矩参考403。
由马达控制器307计算的有限的马达速度参考407(图6)不允许高于最大马达速度506。最大马达速度506由第一象限502中的竖直曲线部分图示。
由马达控制器307计算的所需的马达扭矩参考403不允许高于最大扭矩507。最大扭矩507由第一象限502中的水平曲线部分图示。
第一象限502中的曲线的弯曲部分508图示了在考虑最大功率使用参考405的情况下速度和扭矩之间的关系。当马达以高速度运行时,可以应用的扭矩受到最大功率使用参考405的限制。
第三象限503等同于第一象限502,只是将马达302在相反的方向上旋转。
图6图示了马达控制器307的实施例的图形表示。
马达控制器307的目标是确定产生请求的马达速度参考401需要的所需的马达扭矩参考403。
控制策略包括级联结构中的两个反馈控制回路,其中扭矩和速度控制两者都被使用。这两个反馈回路包括内回路和外回路。内回路在图4中显示为内扭矩控制回路,其中它被图示为由变频驱动306处理,变频驱动306从马达控制器307接收所需的马达扭矩参考403。而图6中未显示的变频驱动306放置在马达控制器307和马达302之间,如图4中所示。
内扭矩控制回路423由变频驱动306处理,使得输出是用于获得期望的马达扭矩的扭矩参考。理想地,马达轴扭矩421等于所需的马达扭矩403。
外反馈回路在图6中被图示为速度控制回路612,该速度控制回路612将平均马达速度参考402返回到速度控制单元408。速度控制单元接收有限的马达速度参考407作为输入信号,以及接收平均马达速度参考402作为反馈信号,并将所需的马达扭矩参考403作为输出发送给马达302。
速度控制单元由PI控制器409、超速阻尼功能块450和扭矩限制器404组成。
PI控制器409是用于速度控制的比例积分控制器,因为它产生统一的直流增益和巨大的干扰抑制。速度控制回路612将平均马达速度参考402返回到速度控制单元408。从有限的马达速度参考407中减去平均马达速度参考402,得到误差信号424作为PI控制器409的输入,PI控制器409提供计算的马达扭矩参考410作为输出。PI控制器也可以是PID控制器,但在所描述的实施例中,PID中的微分(D)部分为零。
超速阻尼功能块450从PI控制器409接收计算的马达扭矩参考410作为输入,并从每个马达302接收实际马达速度参考451。如果检测到马达302超速,超速阻尼功能块450会降低扭矩参考,并将降低的马达扭矩参考作为输出信号发送给用于正在超速的特定马达的扭矩限制器404。如果马达没有超速,那么输出信号是从PI控制器接收的计算的马达扭矩参考410。
扭矩限制器404在图5中第1象限和第3象限的运行中将扭矩限制到最大扭矩507。扭矩限制器404从超速阻尼功能块450接收输出信号452,并输送所需的马达扭矩参考403作为输出信号。优选的是,扭矩限制器404向所有偏航驱动致动器301发送相同的所需的马达速度参考403,但在马达超速或其他特殊情况下,它可以向各个偏航驱动致动器301发送不同的所需的马达速度参考403。
动态速度限制器406用于限制确定有限的马达速度参考407的速度参考。请求的速度参考401是从涡轮机控制器308接收的,但是可以由于根据最大功率使用参考405的功率限制而降低。此外,速度可以在速度饱和例程615中降低,以不超过最大功率速度,并且速度升降例程616确保不将马达加速到超过最大速度变化率。
在经过低通滤波器618和方向饱和滤波器617(它确保反馈信号具有最小的数值,而不是零)后,正常运行的偏航驱动致动器的所需的马达扭矩参考403的反馈也被动态速度限制器406使用。
图7图示了使用超速保护的优点。图7a-b图示了使用超速保护的方法。图7a图示了使用超速保护的马达速度,而图7b图示了由此产生的马达扭矩。
图7c-d图示了不使用超速保护。图7c图示了不使用超速保护的马达速度,而图7d图示了所产生的马达扭矩。
图7a和图7c图示了马达接收作为输入的速度参考701和与偏航环接合的马达的速度702。而速度703和704来自两个没有与偏航环接合的马达。因此,这两个马达的速度在迅速增加。图7c图示了在没有超速保护的情况下的速度增加,而在图7a中图示了速度的超速保护截止。图7d图示了当没有使用超速保护时所有马达应用相同的扭矩705,而在图7b中图示了当使用超速保护时没有与偏航环接合的两个马达应用了降低的扭矩707、708,而与偏航环接合的马达则应用了请求的扭矩706。
尽管本发明已经结合具体实施例进行了描述,但不应将其理解为以任何方式局限于所提出的示例。本发明的范围由所附的权利要求集规定。在权利请求的上下文中,术语“包括”或“包含”并不排除其他可能的元素或步骤。另外,对诸如“一”或“一个”等的参考的提及不应解释为排除多个。在权利要求书中对图中所示元素的参考符号的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外,在不同的权利要求中提及的单个特征可能可以有利地组合,在不同的权利要求中提及这些特征并不排除特征的组合是不可能的和有利的。

Claims (16)

1.一种用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,所述风力涡轮机系统包括机舱(104)、塔架(101)、涡轮机控制器(308)和偏航系统(300),
所述偏航系统(300)可运行以使所述机舱(104)相对于所述塔架(101)旋转,
所述偏航系统(300)包括马达控制器(307)和多个偏航驱动致动器(301),
其中,所述马达控制器(307)接收每个偏航驱动致动器(301)的实际马达速度参考(451),并且如果偏航驱动致动器(301)的实际马达速度参考(451)高于特定马达速度参考,则向实际马达速度参考(451)高于所述特定马达速度参考的偏航驱动致动器(301)应用用于降低所述实际马达速度参考的输出信号(452)。
2.根据权利要求1所述的用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,其中,所述马达控制器(307)接收平均马达速度参考(402)作为反馈信号。
3.根据权利要求1或2所述的用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,其中,所述特定马达速度参考是添加了阈值的平均马达速度参考(402)。
4.根据权利要求1所述的用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,其中,所述特定马达速度参考是最大马达速度参考。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,其中,所述马达控制器(307)从所述涡轮机控制器(308)接收:
-请求的马达速度参考(401)作为输入信号,并且
所述马达控制器(307)提供:
-所需的马达扭矩参考(403)作为输出信号,所述所需的马达扭矩参考(403)根据所述请求的马达速度参考(401)和所述平均马达速度参考(402)确定,用于使所述多个偏航驱动致动器(301)旋转所述机舱(104)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,其中,应用于实际马达速度参考(451)高于所述特定马达速度参考的偏航驱动致动器(301)的用于降低所述实际马达速度参考(451)的输出信号(452)是降低的马达扭矩参考。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,其中,所述降低的马达扭矩参考是由一个系数或百分比降低的所需的马达扭矩参考(403)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,其中,所述降低的马达扭矩参考从所述所需的马达扭矩参考(403)相对于检测到的超速按比例降低。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,其中,如果用于降低所述实际马达速度参考(451)的输出信号被应用于一个偏航驱动致动器(301),则其余的偏航驱动致动器(301)接收用于增加所述实际马达速度参考(451)的输出信号。
10.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,其中,所述平均马达速度参考(402)被计算为所有马达的实际马达速度参考(451)的平均值。
11.根据权利要求1或2所述的用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,其中,每个偏航驱动致动器(301)包括马达(302),并且所述平均马达速度参考(402)被计算为选定的马达(302)子组的实际马达速度参考(452)的平均值。
12.根据权利要求4所述的用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,其中,在所述平均马达速度参考(402)的计算中,选定的马达(302)子组不包括实际马达速度参考(452)高于高速阈值速度的马达(302)和/或实际马达速度参考(452)低于低速阈值速度的马达(302)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制风力涡轮机系统的偏航的方法,其中,所述风力涡轮机系统包括多个机舱(104),并且所述偏航系统(300)被布置为旋转所述多个机舱(104)中的一个或多个。
14.一种用于控制风力涡轮机系统的偏航的控制系统,其中,所述控制系统被布置为执行根据权利要求1-13中任一项所述的方法的步骤。
15.一种风力涡轮机系统,其包括根据权利要求14所述的用于控制风力涡轮机系统的偏航的控制系统。
16.一种计算机程序产品,其包括在数据处理系统上执行时适于控制风力涡轮机系统的软件代码,所述计算机程序产品适于执行权利要求1-13中任一项所述的方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000031413A1 (de) * 1998-11-26 2000-06-02 Aloys Wobben Azimutantrieb für windenergieanlagen
ES2375310T3 (es) * 2007-09-12 2012-02-28 Siemens Aktiengesellschaft Controlador para sistema de guiñada para una turbina eólica y método para reducir las cargas que actúan sobre tal sistema de guiñada.
US7944070B2 (en) * 2009-08-25 2011-05-17 Vestas Wind Systems A/S Yaw system for a nacelle of a wind turbine and wind turbine
EP2402597B1 (en) * 2010-06-29 2016-08-03 Siemens Aktiengesellschaft Wind turbine yaw system and method of controlling the same
EP2588751B1 (en) * 2010-06-29 2019-08-07 Vestas Wind Systems A/S Rotational positioning system in a wind turbine
US20130088009A1 (en) * 2011-10-11 2013-04-11 Clipper Windpower, Llc Method to Prevent Over Torque of Yaw Drive Components in a Wind Turbine
JP2015533999A (ja) * 2012-11-09 2015-11-26 ヴェスタス ウィンド システムズ エー/エス 風力タービンヨー制御システム
US10612524B2 (en) * 2015-06-30 2020-04-07 Vestas Wind Systems A/S Blade load sensing system for a wind turbine
US11280316B2 (en) * 2015-11-20 2022-03-22 Liebherr-Components Biberach Gmbh Adjustment and/or drive unit, wind turbine having same, and method for controlling same
JP6967514B2 (ja) * 2015-12-22 2021-11-17 ヴェスタス ウィンド システムズ エー/エス 時間的に分散された移行を伴う風力タービンシステム
WO2018157897A1 (en) * 2017-03-01 2018-09-07 Vestas Wind Systems A/S Yaw system monitor for a multi-rotor wind turbine system

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