[发明专利]用于风力涡轮机中的共振阻尼的方法和系统

说明书

技术领域

本文描述的主题大体涉及用于共振阻尼的方法和系统，并且更具体而言，涉及用于风力涡轮机中的共振阻尼的方法和系统。

背景技术

一般地，风力涡轮机包括具有转子的涡轮，转子包括具有多个叶片的可旋转的毂组件。叶片将风能转变成机械旋转转矩，机械旋转转矩通过转子来驱动一个或多个发电机。发电机有时（但不总是）通过变速箱而旋转地耦合到转子上。变速箱提高发电机的转子的固有地较低的旋转速度，以高效地将旋转机械能转换成电能，电能通过至少一个电气连接件而馈送到电网中。也存在无齿轮直接驱动风力涡轮机。转子、发电机、变速箱和其它构件典型地安装在壳体或机舱内，壳体或机舱定位在基座的顶部上，基座可为桁架或管状塔。

一些风力涡轮机配置包括双馈式感应发电机（DFIG）。这样的配置还可包括功率转换器，功率转换器用来将产生的电功率的频率转换成基本类似于公用电网频率的频率。此外，这样的转换器与DFIG一起还在公用电网和发电机之间传输电功率，以及从到公用电网连接件的连接件中的一个将发电机激励功率传输给绕线发电机转子。备选地，一些风力涡轮机配置包括（但不限于）备选类型的感应发电机、永磁（PM）同步发电机和电激励式同步发电机和开关磁阻发电机。这些备选配置还可包括功率转换器，功率转换器如上面描述的那样用来转换频率，以及在公用电网和发电机之间传输电功率。

已知的风力涡轮机具有多个机械构件和电气构件。各个电气构件和/或机械构件可具有独立的或与其它构件不同的运行限制，诸如电流、电压、功率和/或温度限制。此外，已知的风力涡轮机典型地设计和/或组装成具有预先限定的额定功率限制。为了在这样的额定功率限制内运行，电气构件和/或机械构件可以以针对运行限制的大余裕运行。这种运行可引起低效的风力涡轮机运行，而且可能未充分利用风力涡轮机的功率生产能力。

现代风力涡轮机需要主动地抑制机械共振/振动，以便减小例如传动系和叶片处的机械负载，或者避免不稳定性。US 7501798公开了一种用于主动地抑制风能厂中的传动系的方法，其中确定了发电机控制器的修正力矩（moment）。US 7309930公开了一种振动阻尼器，其对风力涡轮机系统的发电机所产生的控制转矩提供可变的信号。可变的转矩控制信号基于发电机速度，并且具有基于风力涡轮机的塔的振荡的共振频率的第一局部峰值。

在各种各样的电网环境中部署了现代风力涡轮机。共振阻尼的有效性取决于涡轮所连接到的电网的设置和状况。如果电网状况未知，或者在时间上有一些可变性，则设计将在运行期间可能发生的各个电网状况下工作的共振阻尼器是有挑战性的。对于在阻尼系统的初始设计中未考虑的至少一些状况，传统的共振阻尼器可导致机械负载增大，并且能减少风力涡轮机构件的寿命。

解决这个问题的一个以前的尝试是基于局部电网状况来单独地重新调谐共振阻尼器。但是，这是昂贵的方法，因为它要求单独地处理各个位置。另外，电网状况不仅在地点之间有所改变，而且还能随时间而变化，并且确切的状况也许甚至是未知的。一般不能靠重新调谐来处理这个问题。

考虑到以上，具有避免所述缺点的、用于风力涡轮机的共振阻尼方法和系统是合乎需要的。

发明内容

在一方面，提供一种用于风力涡轮机的共振阻尼系统，风力涡轮机具有连接到电力网的发电机。该共振阻尼系统包括可操作以对发电机提供控制信号的自适应共振阻尼器，其中，根据表示电网状况的参数来自动地调节自适应共振阻尼器的可变的转矩信号。

在另一方面，提供一种用于风力涡轮机的振动阻尼方法，风力涡轮机具有安装在塔上且通过传动系耦合到发电机上的涡轮转子，风力涡轮机连接到电力网上。该振动阻尼方法包括：基于发电机的感测到的旋转速度来确定发电机需求转矩；通过提供可变的转矩信号来用自适应共振阻尼器调制发电机需求转矩；检测至少一个参数所表示的电网状况；以及，根据至少一个电网参数所表示的电网状况来自动地调节自适应共振阻尼器的可变的转矩信号。

在又一方面，提供一种具有连接到电力网的发电机的风力涡轮机，该风力涡轮机具有自适应共振阻尼系统。该共振阻尼系统包括自适应共振阻尼器，自适应共振阻尼器可操作以提供可变的转矩信号，以控制发电机产生的转矩，其中，根据至少一个电网参数表示的电网状况来自动地调节自适应共振阻尼器的可变的转矩信号。

根据从属权利要求、描述和附图，本发明的另外的方面、优点与特征是显而易见的。

附图说明

在说明书的其余部分对本领域普通技术人员更具体地阐述了完整和能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书包括对附图的参照，其中：