DK2470782T3 - Driftstyringssystem til et vindenergianlæg og fremgangsmåde ved anvendelse af driftstyringssystemet - Google Patents
Driftstyringssystem til et vindenergianlæg og fremgangsmåde ved anvendelse af driftstyringssystemet Download PDFInfo
- Publication number
- DK2470782T3 DK2470782T3 DK10745551.1T DK10745551T DK2470782T3 DK 2470782 T3 DK2470782 T3 DK 2470782T3 DK 10745551 T DK10745551 T DK 10745551T DK 2470782 T3 DK2470782 T3 DK 2470782T3
- Authority
- DK
- Denmark
- Prior art keywords
- control system
- sensors
- modules
- operating control
- component modules
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 39
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 26
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 12
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 12
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 10
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 7
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 claims 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
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
- F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
- F03D7/043—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic
-
- 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
- F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
- F03D7/047—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the controller architecture, e.g. multiple processors or data communications
-
- 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
- F05B2260/80—Diagnostics
-
- 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
- F05B2260/82—Forecasts
- F05B2260/821—Parameter estimation or prediction
-
- 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
-
- 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
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/10—Purpose of the control system
- F05B2270/109—Purpose of the control system to prolong engine life
- F05B2270/1095—Purpose of the control system to prolong engine life by limiting mechanical stresses
-
- 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
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/334—Vibration measurements
-
- 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)
- Wind Motors (AREA)
Description
Beskrivelse Nærværende opfindelse angår et driftstyringssystem til et vindenergianlæg med i det mindste et styreapparatur og en fremgangsmåde ved anvendelse af driftstyringssystemet. Driftstyringssystemet tjener til koordination af komponentmoduler i vindenergianlægget, som er i stand til, at reducere belastninger hhv. dæmpe svingninger, idet et sensorsystem leverer data om driftstilstande for komponentmodulerne til d riftsty ri n gssystem et.
Et vindenergianlæg råder over adskillige sensorer, som delvis detekterer vindfeltet prædiktivt, analyserer vingebelastninger, kontrollerer lasten for en hovedaksel, måler reaktioner på en drejningsmomentspids, overvåger geartilstanden og måler elektriske størrelser for generatoren, frekvensomformeren og nettet. Samtidigt tilbyderet moderne vindenergianlæg adskillige indgrebsmuligheder i svingnings- og dæmpningsforholdet for anlægget via eksempelvis et pitchdrivsystem, et azimutdrivsystem, et bremsesystem og aktive drejningsmomentstabiliseringer, samt ved styring af frekvensomformeren. Disse aktører kan indvirke på komponentmodulerne såsom rotor, gear, drivstreng og/eller generator, hvorved det samlede forhold for vindenergianlægget koordineres via driftstyringssystemet. Et driftstyringssystem til et vindenergianlæg beskrives i patentskriftet WO-2008/000265.
Et problem ved sædvanlige driftstyringssystemer består i, at egensvingninger for de forskellige komponenter i vindenergianlægget kan ophobes og hele systemet kommer ud af kontrol, således at der kan optræde en forøget fare for beskadigelse af vindenergianlægget.
Det er hensigten med opfindelsen, at angive et driftstyringssystem, som muliggør en forbedret koordination imellem sensorsystem, aktuatorsystem, svingningsdæmpende moduler og komponentmoduler. Desuden er det hensigten med opfindelsen, at tilvejebringe en fremgangsmåde ved anvendelse af driftstyringssystemet, som reducerer belastninger, reducerer svingninger samt rettidigt modvirker fare for en ophobning af svingninger.
Dette opnås ved hjælp af genstanden for de uafhængige krav. Fordelagtige videreudviklinger af opfindelsen fremgår af de afhængige krav.
Ifølge opfindelsen tilvejebringes et driftstyringssystem til et vindenergianlæg med i det mindste ét styreapparatur og en fremgangsmåde ved anvendelse af driftstyringssystemet. Driftstyringssystemet tjener til koordinationen af komponentmoduler i vindenergianlægget, som er i stand til, at reducere belastninger og dæmpe svingninger, idet et sensorsystem leverer data for drifttilstande for komponentmodulerne til d rif styringsystemet og muliggør en systemanalyse. Hertil bliver reaktive svingninger hhv. belastninger og/eller prædiktive forudsigelser af svingninger hhv. belastninger i vindenergianlægget samt prædiktive forstyrrelsesstørrelser detekteret og moduler i styreapparaturet aktiveret, idet et aktuatorsystem udfører dæmpningsforanstaltninger hhv. belastningsreduktionsforanstaltninger på komponentmodulerne bestemt af svingningsdæmpningsmodulet i styreapparaturet.
Dette driftstyringssystem har den fordel, at reaktive svingninger hhv. belastninger og/eller prædiktive forudsigelser af svingninger hhv. belastninger i vindenergianlægget samt prædiktive forstyrrelsesstørrelser detekteres tidligt, og ved hjælp af aktuator-systemet indledes foranstaltninger, som beskytter vindenergianlægget mod skader og overbelastning, og samtidigt opnås en forbedret energigenerering. Hertil omfatter vindenergianlægget en central styring, i hvilken de for svingningsdæmpningen hhv. belastningsreduktionen relevante signaler sammenføres.
Den centrale styring omfatter styremoduler for adskillige aktuatorer, hvormed svingningsforholdene hhv. belastningsforholdene for drivstrengen kan påvirkes. Til disse aktuatorer hører muligheden for pitchjustering, den individuelle vingepitch-justering, indgribning af bremseindretninger i drivstrengen, en aktiv drejningsmomentstabilisering, som virker på gearet og åbner dæmpningsmuligheder, samt en elektronisk styring af generatoren og frekvensomformeren. Hertil omfatter den centrale styring en logik, i overensstemmelse med hvilken en bestemt af de til rådighed stående aktuatorer enten udvælges til svingningsdæmpning eller en gruppe af aktuatorer aktiveres til svingningsdæmpning.
Hertil samvirker sensorerne med en systemanalyse, svingningsmønstrene og deres tilknytning til egnede aktuatorer hvormed dæmpning muliggøres, samt en sammenknytning af tilstandsovervågninger ved udvælgelse af en aktuator alt efter slid på aktuatorerne hhv. drivstrengselementerne. Informationerne bliver samlet i driftstyringssystemet og individuelle foranstaltninger til svingningsdæmpning afledes ved en systemanalyse.
Dertil leverer sensorsystemet i vindenergianlægget flerdimensionale vinkel- og/eller accelerationssignaler hhv. moment- og/eller kraftsignaler til styreapparaturet. Dette styrer dæmpningen af svingninger hhv. reduktionen af belastninger, forårsaget af vind, turbulens, net og/eller generator, ved hjælp af de i systemet foreliggende aggregater, såsom pitchsystem, drejningsmomentstabiliseringer, generatorbelastninger, frekvens-omformerstyringer, azimutjustering, torsionsdæmpende elementer i drivstrengen. I den forbindelse overvåges også af driftstyringssystemet en ændring i løbet af tiden af de typiske former for egensvingninger for vindenergianlægget, og derudfra sluttes tilbage til slid og beskadigelse af individuelle komponenter eller komponentmoduler og/eller delsystemer. Ved hjælp af statiske metoder kan der desuden, på basis af måleresultater fra sensorsystemet med hensyn til hidtidige belastninger, sluttes til restlevetiden for vindenergianlægget.
Sensorerne kan detektere og også skelne imellem svingninger af kropsskallen i vindenergianlægget og mekaniske bøjningssvingninger eller torsionssvingninger i de forskellige komponentmoduler. I den forbindelse reagerer det centrale styreapparatur prædiktivt og også reaktivt, idet såvel reaktive svingninger hhv. belastninger som også prædiktive forudsigelser af svingninger hhv. belastninger detekteres for vindenergianlægget og foreliggende tilstandsstørrelser for vindenergianlægget benyttes og anvendes.
Ved en yderligere udførelsesform ifølge opfindelsen har driftstyringssystemet adskillige styreapparaturer til koordination af komponentmoduler i vindenergianlægget med svingningsdæmpningsmoduler hhv. moduler, som er i stand til, at reducere belastninger hhv. at dæmpe svingninger. Disse styreapparaturer kan samvirke indbyrdes eller styres af en central styreenhed. Følersystemet har fortrinsvis vindfeltsensorer, vingebelastningssensorer, hovedaksel-belastningssensorer, drejningsmomentsensorer, hjælpestofsensorer, accelerationssensorer samt sensorer for elektriske størrelser for generatorren, frekvensomformeren og nettet.
Yderligere er det foreskrevet, at følersystemet for driftstyringssystemet omfatter flerdimensionale accelerationssensorer, positionssensorer og/eller vinkelsensorer til detektion af drifttilstandene for komponentmodulerne, til detektion af reaktive svingninger og/eller prædiktiv forudsigelse af svingninger for komponentmodulerne i vindenergianlægget samt til detektion af prædiktive forstyrrelsesstørrelser.
Hertil kan vindenergianlægget have forskellige delsystemer for adskillige komponentmoduler, såsom delsystemet for en drivstreng, hvortil komponentmodulerne hovedakslen, drejningsmomentstabiliseringen, gearet samt hjælpestofsystemet for gearet kan høre. Til sådanne delsystemer for flere komponentmoduler kan driftstyringssystemet ifølge opfindelsen fordele dæmpningsforanstaltninger hhv. belastningsreduktionsforanstaltninger, idet der til komponentmodulerne hører rotoren med justerbare rotorvinger og rotornav, drivstrengen med hovedaksel, gear og aktiv drejningsmomentstabilisering, generator med frekvensomformer og azimutdrev.
Driftstyringssystemet ifølge opfindelsen råder såvel over en indbyrdes kommunikation mellem adskillige styreapparater for delsystemer som også overen kommunikation med et central styreapparatur. I den forbindelse kan sensorerne i sensorsystemet være tilknyttet individuelle styreapparaturer for delsystemer og/eller et centralt styreapparatur i driftstyringssystemet.
Endelig er det foreskrevet, at driftstyringssystemet omfatter delsystemer med selvstændig dæmpningsfunktion, og at driftstyringssystemet omfatter en diagnoseindretning til diagnose og registrering af tilstandsdata for komponenter, komponentmoduler og/eller delsystemer i vindenergianlægget.
En fremgangsmåde ved anvendelse af driftstyringssystemet omfatter følgende fremgangsmådetrin. Først bliver data detekteret for driftstilstandene for komponentmoduler med hensyn til reaktive svingninger hhv. belastninger og/eller prædiktive forudsigelser af svingninger hhv. belastninger, for vindenergianlægget samt med hensyn til prædiktive forstyrrelsesstørrelser. Derefter bliver aktuatorer aktiveret til dæmpning hhv. belastningsreduktion af akutte eller forudsagte svingningstilstande hhv. belastningstilstande for komponentmoduler og/eller delsystemer i vindenergianlægget. Endelig bliver elektrisk energi genereret under tilpasning af frekvens-, strøm- og spændingsbehov for det tilkoblede net.
Ved udfald af en svingningsdæmpningsfunktion i et delsystem bliver svingningsdæmpningsfunktionerne fordelt til resterende delsystemer eller komponentmoduler ved hjælp af driftstyringssystemet. Ved hjælp af ændringer af svingningsforholdene i et delsystem kan en beskadigelse af delsystemet diagnosticeres. Desuden bliver de ved hjælp af sensorsystemet detekterede tilstandsstørrelser for et delsystem underkastet en systemanalyse, med henblik på tidligt at erkende og undgå belastningsgrænser for komponentmodulerne. Desuden er det foreskrevet, at de af følersystemet detekterede tilstandsstørrelser og resultater af en systemanalyse tilføres et informationsmodul, hvilket har den fordel, at driftstilstanden for vindenergianlægget til stadighed kan føres til protokol og udlæses til diagnose- og evalueringsformål.
Opfindelsen forklares nu nærmere ved hjælp af de efterfølgende figurer.
Figur 1 viser et skematisk blokdiagram af et driftstyringssystem i overensstemmelse med en udførelsesform ifølge opfindelsen;
Figur 2 viser et skematisk billede af en åben nacelle i et vindenergianlæg med sensorpunkter, ved hvilke tilstandsstørrelser for komponentmoduler detekteres til driftsstyringssystemet;
Figur 3 viser skematisk en fjeder-masse-model for hovedstrengen i et vindenergianlæg;
Figur 4 viser et skematisk blokdiagram af en del af driftstyringssystemet med et centralt styreapparatur til svingningsdæmpning;
Figur 5 viser et skematisk billede af et vindenergianlæg med mulige sensorer til overvågning af forskellige komponentmoduler og tilstandsstørrelser i et vindenergianlæg.
Fig. 1 viser et skematisk blokdiagram af et driftstyringssystem 1 i overensstemmelse med en udførelsesform for opfindelsen. Driftstyringssytemet 1 muliggør en optimal koordination imellem komponentmoduler 4 og svingningsdæmpningsmoduler 5 i et vindenergianlæg. Dertil råder svingningsdæmpningsmodulerne 5 eksempelvis over en ABS-softbrake, over en elektronisk regulering for generatoren og frekvensomformeren, over en aktiv drejningsmomentstabilisering samt over et IPC-modul. Disse svingningsdæmpningsmoduler bliver ved hjælp af driftstyringssystemet 1 koordineret med komponentmodulerne 4 i vindenergianlægget således, at en ophobning af egensvingninger i vindenergianlægget, også ved ekstreme vindbetingelser, dæmpes således, at vindenergianlægget arbejder med højere effektivitet for energigenereringen og ikke kommer i en egensvingningstilstand.
Dertil råder vindenergianlægget over et omfangsrigt sensorsystem 6, hvormed såvel vindfeltet måles prædiktivt, som også vingebelastninger detekteres samt belastninger på hovedakslen detekteres. Også reaktionerne fra en drejningsmomentstabilisering kan overvåges. Desuden kan hjælpestoftilstanden for gearet detekteres, samt elektriske størrelser for generatoren, frekvensomformeren og nettet detekteres ved passende spændings- og strømsensorer. Ved hjælp af koordinationen, ved hjælp af driftstyringssystemet, imellem svingningsdæmpningsmoduler 5 og et aktuatorsystem 8, kan komponentmoduler 4 såsom rotor med rotorvinger og rotornav, samt drivstreng med hovedaksel og gear, samt eventuelt en ABS-bremse påvirkes således i deres svingningsegenskaber, at på den ene side muliggøres et optimalt energiudbytte, og på den anden side kan en beskadigelse af vindenergianlægget ikke optræde, selv ved ekstreme vindforhold.
Dertil kan aktuatorsystemet 8 omfatte en aktiv drejningsmomentstabilisering for gearet, et pitchdrev for rotorvingerne, en frekvensomformer for omsætningen af generatorfrekvensen til en egnet netfrekvens samt et azimutdrev til at dreje rotoren ind i en optimal vindstrømning og en ABS-softbrake, hvormed der med driftstyringssystemet ligeledes kan indgribes dæmpende på arbejdsmåden for vindenergianlægget. Udover blokkene for sensorsystemet 6, aktuatorsystemet 8 samt svingningsdæmpningsmodulet 5 og komponentmodulet 4 omfatter driftstyringssystemet 1 yderligere en blok til systemanalyse, hvormed svingningsmønstre kan detekteres og andre prædiktive og reaktive foranstaltninger kan analyseres. Desuden har driftstyringssystemet yderligere et informationsmodul 21, i hvilket de forskelligste tilstandsstørrelser for komponentmodulerne og svingningsdæmpningsmodulerne 5 kan lagres og evalueres.
Fig. 2 viser et skematisk billede af en åben nacelle 22 for et vindenergianlæg med indgrebsmulighederne for et styreapparatur 3 via en individuel pitchstyring 19, en aktiv drejningsmomentstabilisering 15, en ABS-bremse 20 samt via generator/frekvens-omformerkomponenter 16 og 17 til svingningsdæmpning i vindenergianlægget. Hertil er punktsensorer anbragt på de forskelligste overvågningssteder inden for nacellen, som via radio transmitterer de individuelle tilstandsstørrelser for komponentmodulerne til styreapparaturet.
Sensorer i rotorvingerne 10 kan tidligt detektere belastninger og belastningsændringer og via den individuelle pitchstyring 19 muliggøre en dæmpning af derved fremkaldte svingninger. Også drejebevægelserne i pileretningen A for hovedakslen 13 kan fremkalde svingninger, hvilket delvis kan kompenseres ved hjælp af en aktiv drejningsmomentstabilisering 15, som stabiliserer gearet 14. Fra gearet 14 er generatoren 16 via en ABS-bremse 20 koblet til gearet, hvorved der ved en elektronisk regulering af strømmene og spændingerne såvel i generatoren som også i frekvensomformeren under belastning eller aflastning af nettet muliggøres en yderligere svingningsdæmpning.
Azimutdrevet 18 sørger for, at rotoren til stadighed rettes optimalt i forhold til vindfeltet, medens andre sensorer detekterer kropssvingninger for nacellen 22.
Fig. 3 viser skematisk en fjeder-masse-model for hovedstrengen 12 i et vindenergianlæg 2. Denne fjeder-masse-model viser på den ene side massen m1 for hovedakslen 12, som med torsionsfjederen samvirker elastisk via f1 med massen m2 for gearet 14. En yderligere kobling via et fjederelastisk system såsom en vridbar aksel viser forbindelsen til generatoren 16, som ligeledes kan kobles fjederelastisk med en fjederkonstant f2 til generatoren 16. Med en sådan fjeder-masse-model kan egensvingninger for hoveddriv-strengen beregnes og de kan dæmpes ved passende dæmpningsforanstaltninger eksempelvis ved hjælp af en aktiv drejningsmomentstabilisering 15, således som pileretningen B viser.
Fig. 4 viser et skematisk blokdiagram af en del af driftstyringssystemet med et centralt styreapparatur 3 til svingningsdæmpning. Hertil er der på de individuelle komponentmoduler såsom hovedakslen 13, gearet 14, generatoren 16, frekvensomformeren 17 samt pitchdrivsystemet 19 og bremsesystemet 22 anbragt passende sensorer, som til styreapparaturet signalerer forskellige tilstandsstørrelser, idet styreapparaturen har adgang til tilsvarende aktuatorer A på de svingningsduelige komponentmoduler, med henblik på at indlede dæmpningsforanstaltninger.
Fig. 5 viser et skematisk billede af et vindenergianlæg 2 med mulige sensorer til overvågning af forskellig hovedkomponentmoduler og tilstandsstørrelser for vindenergianlægget 2. Således kan vindfeltet overvåges fra rotornavet 11 med en lidarsensor 23 eller en sensor 24 baseret på laserteknik og prædiktivt kan forstyrrelsesstørrelser via vindfeltet detekteres. Vingebelastningerne kan detekteres ved hjælp af svingsnings-sensorer 25 på piezoelektronisk basis eller mikromekanisk basis eller ved hjælp af accelerationssensorer. Desuden kan kraftsensorer 26, strain-gauge-sensorer 27 eller tryksensorer 28 være tilvejebragt til detektion af vingebelastninger. Hovedakslen kan kontrolleres ved hjælp af torsionssensorer 29 samt strain-gauge-bøjnings- eller forskydningssensorer 30 og tilsvarende omdrejningstalssensorer 31. En aktiv drejningsmomentstabilisering kan omfatte tryksensorer 32, kraftsensorer 33, bevægelsessensorer 34 eller accelerationssensorer 35, med henblik på målrettet at indlede dæmpningsforanstaltninger. Gearet i sin tur kan være udstyret med kropslydssensorer 36 i gearet hhv. ved punkter, ved hvilke der for relevante frekvenser kan optræde en svingningsforøgelse, eksempelvis ved specielle punkter på nacellestrukturen.
Desuden kan der på gearet være anbragt kraftsensorer 37 eller strain-gauges, med henblik på at detektere tilstandsstørrelser for gearet. Endelig er det med en forskydningssensor 38 yderligere muligt at detektere svingningsanormaliteter i gearet 14. Når der foreligger en ABS-softbrake, kan denne også være udstyret med en tilsvarende sensor 43. En positionssensor 44 kan være tilvejebragt til overvågning af azimutdrevet 18 for nacellen 22. Generatoren 16 kan ved hjælp af en strømsensor 39 eller en spændingssensor 40 samt via drejningsmomentsensorer 41 og omdrejningstalsmålesensorer 42 overvåges med hensyn til sine svingningsforhold. Yderligere strømsensorer 39 og spændingssensorer 40 på generator- og netsiden for overvågning af vindenergianlægget 2 er tilvejebragt. Disse sensorer 23 til 44 er via passende måleledninger ved denne udførelsesform for opfindelsen forbundet med et centralt styreapparatur 3, som foranlediger tilsvarende aktuatorer, som eksempelvis pitchdriv-systemet 19 for rotoren 9, bremsesystemet for ABS-softbrake 20 eller ved hjælp af aktiv drejningsmomentstabilisering 15 for gearet 14, til at forebygge en ophobning af svingninger.
Henvisningstalsliste 1 Driftstyringssystem 2 Vindenergianlæg 3 Styreapparatur 4 Komponentmodul 5 Svingningsdæmpningsmodul 6 Sensorsystem 7 Systemanalyse 8 Aktuatorsystem 9 Rotor 10 Rotorvinge 11 Rotornav 12 Drivstreng 13 Hovedaksel 14 Gear 15 Drejningsmomentstabilisering 16 Generator 17 Frekvensomformer 18 Azimutdrev 19 Pitchdrivsystem 20 ABS-softbrake 21 Informationsmodul 22 Nacelle 23 Lidarsensor 24 Sensor på lasertekniskbasis 25 Svingningssensor 26 Kraftsensor 27 Strain-Gauge-sensor 28 Tryksensor 29 Torsionssensor 30 Strain-Gauge-sensor 31 Omdrejningstalssensor 32 Tryksensor 33 Kraftsensor 34 Bevægelsessensor 35 Accelerationssensor 36 Kropslydssensor 37 Kraftsensor 38 Forskydningssensor 39 Strømsensor 40 Spændingssensor 41 Drejningsmomentsensor 42 Omdrejningstalssensor 43 Accelerations- hhv. bremsesensor 44 Azimutvinkelsensor
Claims (10)
1. Driftstyringssystem til et vindenergianlæg (2) med i det mindste et styreapparatur (3), som muliggør en koordination af komponentmoduler (4) hhv. moduler til belastningsreduktion i vindenergianlægget (2) med svingningsdæmpningsmoduler (5), hvor et sensorsystem (6) leverer data for driftstilstandene for komponentmoduler (4) til en systemanalyse (7), detekterer reaktive svingninger hhv. belastninger og/eller prædiktive forudsigelser af svingninger hhv. belastninger af vindenergianlægget (2), samt prædiktive forstyrrelsesstørrelser og aktiverer svingningsdæmpningsmodulerne (5) i styreapparaturet (3), og hvor et aktuatorsystem (8) udfører dæmpningsforanstaltninger hhv. belastningsreduktionsforanstaltninger på komponentmodulerne (4) i overensstemmelse med forskrifter fra svingningsdæmpningsmodulerne (5) i styreapparaturet (3), kendetegnet ved, at driftstyringssystemet (1) tilvejebringer en indbyrdes kommunikation mellem flere styreapparaturer for delsystemer samt også via et centralt styreapparatur (3), sensorerne i sensorsystemet (6) er tilknyttet individuelle styreapparaturer i delsystemer og/eller det central styreapparatur (3) i driftstyringssystemet (1) og driftstyringssystemet (1) omfatter delsystemer for flere komponentmoduler (4) med selvstændige dæmpningsfunktioner, hvortil driftstyringssystemet (1) fordeler dæmpningsforanstaltninger hhv. belastningsreduktionsforanstaltninger, idet der til delsystemerne hører rotoren (9) med justerbare rotorvinger (10) og rotornav (11), drivstrengen (12) med hovedaksel (13), gear (14) og drejningsmomentstabilisering (15), generatoren (16) med frekvensomformer (17) og/eller azimutdrevet (18).
2. Driftstyringssystem ifølge krav 1, kendetegnet ved, at driftstyringssystemet (1) omfatte adskillige styreapparaturer til koordination af komponentmoduler (4) i vindenergianlægget (2) med svingningsdæmpningsmoduler (5) hhv. belastningsreduktionsmoduler.
3. Driftstyringssystem ifølge krav 1 eller krav 2, kendetegnet ved, at sensorsystemet (6) omfatter vindfeltsensorer, vingebelastningssensorer, hovedaksel belastningssensorer, drejningsmomentsensorer, hjælpestofsensorer, accelerationssensorer samt sensorer for elektriske størrelser for generatoren, frekvensomformeren og nettet.
4. Driftstyringssystem ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at sensorsystemet (6) for driftstyringssystemet (1) omfatter flerdimensionelle accelerationssensorer, positionsssensorer og/eller vinkelsensorer til detektion af driftstilstandene for komponentmodulerne (4), reaktive svingninger hhv. belastninger og/eller prædiktive forudsigelser af svingninger hhv. belastninger af komponentmodulerne (4) i vindenergianlægget (2), samt til detektion af prædiktive forstyrrelsesstørrelser.
5. Driftstyringssystem ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at driftstyringssystemet (1) omfatter en diagnoseindretning til diagnose og registrering af tilstandsdata for komponenter, komponentmoduler (4) og/eller delsystemer i vindenergianlægget (2).
6. Driftstyringssystem ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at aktuatorsystemet (8) omfatter en aktiv drejningsmomentstabilisering (15), et pitchdrev (19), en frekvensomformer (17), et azimutdrev (18) og/eller en ABS-softbrake (20).
7. Fremgangsmåde ved anvendelse af driftstyringssystemet (1) ifølge ethvert af de foregående krav, hvor fremgangsmåden omfatter følgende fremgangsmåde trin: detektion af data for driftstilstandene for komponentmodulerne (4) med hensyn til reaktive svingninger hhv. belastninger og/eller prædiktive forudsigelser af svingninger hhv. belastninger af vindenergianlægget, samt med hensyn til prædiktive forstyrrelsesstørrelser; aktivering af aktuatorer (8) til dæmpning og/eller belastningsreduktion af akutte eller forudsagte svingningstilstande for komponentmoduler (4) og/eller for delsystemer i vindenergianlægget (2); generering af elektrisk energi under tilpasning til frekvens-, strøm- og spændingsbehov for det tilkoblede net; kendetegnet ved, at ved udfald af en svingningsdæmpningsfunktion for et delsystem fordeles svingningsdæmpningsfunktionerne til resterende delsystemer eller komponentmoduler (4), idet der til delsystemerne hører rotoren (9) med justerbare rotorvinger (10) og rotornav (11), drivstrengen (12) med hovedaksel (13), gear (14) og drejmomentstabilisering (15), generatoren (16) med frekvensomformer (17), og azimutdrevet (18).
8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at ved hjælp af ændringer af svingningsforholdene for et delsystem diagnosticeres beskadigelser af delsystemet, og ved hjælp af statistiske metoder baseret på måleresultater fra sensorsystemet sluttes der til en restlevetid for vindenergianlægget.
9. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 7 eller 8, kendetegnet ved, at de af sensorsystemet (6) detekterede tilstandsstørrelser underkastes en systemanalyse (7).
10. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 7 til 9, kendetegnet ved, at de af sensorsystemet (6) detekterede tilstandsstørrelser og resultater af en systemanalyse (7) tilføres et informationsmodul (21).
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009039340A DE102009039340A1 (de) | 2009-08-29 | 2009-08-29 | Betriebsführungssystem einer Windenergieanlage und Verfahren unter Verwendung des Betriebsführungssystems |
PCT/EP2010/005003 WO2011023308A2 (de) | 2009-08-29 | 2010-08-14 | Betriebsführungssystem einer windenergieanlage und verfahren unter verwendung des betriebsführungssystems |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DK2470782T3 true DK2470782T3 (da) | 2016-03-14 |
Family
ID=43525114
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DK10745551.1T DK2470782T3 (da) | 2009-08-29 | 2010-08-14 | Driftstyringssystem til et vindenergianlæg og fremgangsmåde ved anvendelse af driftstyringssystemet |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10006441B2 (da) |
EP (1) | EP2470782B1 (da) |
CN (1) | CN102472251B (da) |
DE (1) | DE102009039340A1 (da) |
DK (1) | DK2470782T3 (da) |
IN (1) | IN2012DN01319A (da) |
WO (1) | WO2011023308A2 (da) |
Families Citing this family (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9478987B2 (en) * | 2009-11-10 | 2016-10-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Power oscillation damping employing a full or partial conversion wind turbine |
DE102010009863A1 (de) * | 2010-03-02 | 2011-09-08 | Robert Bosch Gmbh | Einrichtung und Verfahren zur Reduzierung von Lasten |
WO2012136277A1 (en) * | 2011-04-08 | 2012-10-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Proactive control of the operation of a wind turbine |
CN102384026A (zh) * | 2011-09-22 | 2012-03-21 | 苏州能健电气有限公司 | 一种人机界面主控装置 |
DE102011085299A1 (de) * | 2011-10-27 | 2013-05-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Getriebe für industrielle Anwendungen oder Windkraftanlagen |
JP5721645B2 (ja) * | 2012-02-06 | 2015-05-20 | 三菱重工業株式会社 | 風力発電装置の制御装置、風力発電装置、及び風力発電装置の制御方法 |
KR101336718B1 (ko) * | 2012-07-09 | 2013-12-03 | (주)에스엠인스트루먼트 | 풍력발전기 상태감시시스템 알람 생성 방법 |
EP2708737B1 (en) * | 2012-09-12 | 2020-10-28 | General Electric Technology GmbH | Method for operating a thermal power plant |
DE102012218484A1 (de) * | 2012-10-10 | 2014-04-10 | Wobben Properties Gmbh | Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage |
WO2016058610A1 (en) * | 2014-10-13 | 2016-04-21 | Vestas Wind Systems A/S | A control system for wind turbines for reducing disturbances in an electrical grid |
RU2584723C1 (ru) * | 2015-02-03 | 2016-05-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева" (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Способ определения параметров колебаний лопаток вращающегося колеса турбомашины и устройство для его осуществления |
CN107532567B (zh) * | 2015-03-20 | 2019-07-05 | 维斯塔斯风力系统集团公司 | 衰减风力涡轮机中的振荡 |
FI126722B (fi) * | 2015-11-25 | 2017-04-28 | Konecranes Global Oy | Menetelmä, laitteisto ja tietokoneohjelmatuote jarrun kunnonvalvontaa varten |
US10415544B2 (en) * | 2017-01-03 | 2019-09-17 | General Electric Company | System and method for determining torque on a wind turbine shaft |
US20190072072A1 (en) * | 2017-09-06 | 2019-03-07 | Envision Energy Usa Ltd. | Variable speed control of wind turbine generator based on estimated torque |
DE102017008938A1 (de) * | 2017-09-25 | 2019-03-28 | Senvion Gmbh | Vorrichtung zur Messung von Momenten einer Windenergieanlage, Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage sowie Windenergieanlage |
CN113286944B (zh) * | 2019-12-16 | 2022-06-10 | 远景能源有限公司 | 一种用于监测叶根紧固件的健康状态的方法及系统 |
US11708815B2 (en) | 2021-02-08 | 2023-07-25 | General Electronic Company | System and method for controlling a wind turbine |
EP4050206A1 (en) * | 2021-02-25 | 2022-08-31 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Controlling a wind turbine with respect to dynamic stability |
US11774324B2 (en) | 2021-03-12 | 2023-10-03 | General Electric Renovables Espana, S.L. | System and method for detecting actual slip in a coupling of a rotary shaft |
US11913429B2 (en) | 2021-04-29 | 2024-02-27 | General Electric Renovables Espana, S.L. | System and method for slip detection and surface health monitoring in a slip coupling of a rotary shaft |
WO2023086381A1 (en) * | 2021-11-10 | 2023-05-19 | Rhinestahl Cts | Electronic positioning system |
WO2023155960A1 (en) * | 2022-02-17 | 2023-08-24 | Vestas Wind Systems A/S | Method of controlling tonal noise from a wind turbine |
EP4325717A1 (de) * | 2022-08-16 | 2024-02-21 | Wobben Properties GmbH | Verfahren zum steuern eines umrichters |
CN116163896B (zh) * | 2023-04-26 | 2023-07-11 | 山东科技大学 | 基于兆瓦级风力机叶片高频微振动测定及抑制系统 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN85101790B (zh) * | 1985-04-01 | 1987-07-29 | 株式会社日立制作所 | 用于有硬件区域和软件区域的存储器的存取控制系统 |
AU2004316333B2 (en) * | 2004-02-27 | 2010-09-02 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind turbine generator, active damping method thereof, and windmill tower |
US7309930B2 (en) * | 2004-09-30 | 2007-12-18 | General Electric Company | Vibration damping system and method for variable speed wind turbines |
DK1831545T3 (da) * | 2004-12-30 | 2015-11-23 | Vestas Wind Sys As | Vindmølle omfattende et flerdoblet redundans-styresystem og fremgangsmåde til at styre en vindmølle |
CN101484699A (zh) * | 2006-06-30 | 2009-07-15 | 维斯塔斯风力系统有限公司 | 风轮机塔架及用于改变风轮机塔架的本征频率的控制系统和方法 |
US7931438B2 (en) * | 2006-12-13 | 2011-04-26 | General Electric Company | Active tower damper |
WO2008046931A2 (en) * | 2007-01-10 | 2008-04-24 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Method and device to measure, test and/or monitor turbine performance |
US20090192868A1 (en) * | 2008-01-24 | 2009-07-30 | Vrinda Rajiv | Method and System for Analyzing Performance of a Wind Farm |
US8004100B2 (en) * | 2008-03-14 | 2011-08-23 | General Electric Company | Model based wind turbine drive train vibration damper |
CN102046966A (zh) * | 2008-03-24 | 2011-05-04 | 诺蒂克风电有限公司 | 从流体流动中产生能量的涡轮机和系统及其方法 |
-
2009
- 2009-08-29 DE DE102009039340A patent/DE102009039340A1/de not_active Withdrawn
-
2010
- 2010-08-14 WO PCT/EP2010/005003 patent/WO2011023308A2/de active Application Filing
- 2010-08-14 IN IN1319DEN2012 patent/IN2012DN01319A/en unknown
- 2010-08-14 DK DK10745551.1T patent/DK2470782T3/da active
- 2010-08-14 CN CN201080038274.XA patent/CN102472251B/zh active Active
- 2010-08-14 US US13/392,877 patent/US10006441B2/en active Active
- 2010-08-14 EP EP10745551.1A patent/EP2470782B1/de active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IN2012DN01319A (da) | 2015-06-05 |
US10006441B2 (en) | 2018-06-26 |
EP2470782A2 (de) | 2012-07-04 |
EP2470782B1 (de) | 2015-12-16 |
US20120200087A1 (en) | 2012-08-09 |
CN102472251A (zh) | 2012-05-23 |
DE102009039340A1 (de) | 2011-03-03 |
WO2011023308A3 (de) | 2011-06-16 |
WO2011023308A2 (de) | 2011-03-03 |
CN102472251B (zh) | 2014-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DK2470782T3 (da) | Driftstyringssystem til et vindenergianlæg og fremgangsmåde ved anvendelse af driftstyringssystemet | |
US8033788B2 (en) | Method for determining fatigue load of a wind turbine and for fatigue load control, and wind turbines therefor | |
EP2620639B1 (en) | A method for dampening oscillations in a wind turbine | |
EP3384154B1 (en) | A wind turbine and a method of operating a wind turbine for reducing edgewise vibrations | |
EP3440348B1 (en) | Method and system for controlling a wind turbine to manage edgewise blade vibrations | |
EP3080446B1 (en) | Operating method for a wind turbine | |
EP3344870B1 (en) | A wind turbine and a method of operating a wind turbine with a rotational speed exclusion zone | |
US8170810B2 (en) | Method for monitoring the load on rotor blades of wind energy installations | |
EP2463517B1 (en) | Method and control system for reducing vibrations of a wind turbine | |
EP3591218B1 (en) | Multi-rotor wind turbine vibration damage protection | |
EP2302206A1 (en) | Selecting a load reduction measure for operating a power generating machine | |
EP3707375B1 (en) | Method and system for controlling a wind turbine to manage edgewise blade vibrations | |
EP3324043A1 (en) | Method for controlling a floating offshore wind turbine, wind turbine control system and floating offshore wind turbine | |
WO2010139613A2 (en) | Hub-sited tower monitoring and control system for wind turbines | |
EP2754888A2 (en) | Method and apparatus for operating a wind turbine | |
WO2012136277A1 (en) | Proactive control of the operation of a wind turbine | |
WO2019114896A1 (en) | Alarm response in a multi-rotor wind turbine | |
EP3749850B1 (en) | Method and system for controlling a wind turbine to manage edgewise blade vibrations | |
US20240133362A1 (en) | Controlling a wind turbine with respect to dynamic stability | |
CN112739910A (zh) | 在维护期间操作风力涡轮机 | |
JP2024101936A (ja) | 状態監視システムおよび状態監視方法 | |
CN112424470B (zh) | 用于控制风力涡轮机以减少机舱振动的方法和系统 | |
WO2024188407A1 (en) | Controlling a wind turbine to reduce vibrations associated with collective rotor blade deflection in a standstill mode | |
DK201170731A (en) | Control of Wind Turbine Tower Oscillations | |
CN118318101A (zh) | 一种用于风电机组的控制器 |