[实用新型]变桨控制系统以及包括变桨控制系统的风力机

说明书

技术领域

本实用新型主要及风力机，确切地说，涉及减少风力机中的塔筒振荡。 

背景技术

现代的风力机在各种各样的风力条件下运行。这些风力条件可以大体上分成两类，即低于特定速度和高于额定速度。为了在这些风力条件下发电，风力机可以包括复杂的控制系统，例如变桨控制器和扭矩控制器。这些控制器致使风力条件改变并致使风力机动力随之改变。例如，变桨控制器通常改变转子叶片的桨距角，从而致使风力条件和涡轮机动力改变。在低于额定风速期间，风力可以小于风力机的额定输出功率。在这种情况下，变桨控制器可以尝试通过将转子叶片的桨距角调节成大体垂直于风向来最大化输出功率。或者，在高于额定风速期间，风力可以大于风力机的额定输出功率。因此，在这种情况下，变桨控制器可以通过将转子叶片的桨距角调节成只有部分风能与转子叶片发生碰撞来抑制风能转化。通过控制桨距角，变桨控制器能够控制转子叶片的速度，从而控制风力机产生的能量。 

除了维持转子转速之外，变桨控制器还可以用于减少塔筒振荡。塔筒振荡或振动是由诸如紊流、低效阻尼或两种风力条件之间的过渡等干扰原因引起的。此外，塔筒可以沿任意自由度振动。例如，塔筒可以沿前后方向（通常称作“塔筒点头振动”）、左右方向（通常称作“塔筒侧向振动”），或者沿纵轴（通常称作“扭转振动”）振动。 

塔筒点头振动通常由转子叶片的气动推力或旋转引起。每当转子叶片通过塔筒前方时，作用在塔筒上的风的推力将减小。这种风力的 连续变化可能导致塔筒振荡。此外，如果转子转速使得转子叶片在每当塔筒处于一种极端位置（向前或向后）时通过塔筒，则塔筒振荡可能会增强。通常，前后方向上的振荡将在气动阻尼的作用下自动最小化。气动阻尼的依据在于塔顶始终在前后方向上振动。当塔顶逆风移动（或者向前）时，转子推力增大。所述转子推力增大使得塔筒被推回至顺风状态。所述顺风推动又有助于阻尼塔筒振荡。同样地，当塔顶顺风移动时，转子推力可能减小。所述转子推力减小使得塔筒被推回至逆风状态。所述逆风推动也有助于阻尼塔筒振荡。 

尽管气动阻尼有助于显著减少振荡，但是如果转子转速与塔筒振荡同步，则可能对风力机部件造成不利影响。在这种情况下，塔筒可能以高速率振荡，导致塔筒发生机械应变并且可能损坏。此外，这种同步可能增大塔筒振动频率下的转子转速，因此可能损坏与转子叶片相连的发电机和/或传动系统。由于塔筒振荡的增大具体取决于转子转速，因此进行转子变桨调节以调整转速可以防止塔筒振荡增大。因此，通过调节转子叶片的桨距角，变桨控制器可以控制转子转速并防止塔筒振荡增大。 

通常，变桨控制器使用两个单独的控制回路来实现控制转子转速和减少塔筒振荡这两个功能。转子转速控制回路用于确定控制转子转速的桨距角，而塔筒阻尼控制回路用于计算减少塔筒振荡的桨距角。通常，这些反馈回路彼此相对独立的运作。例如，转子转速控制回路可以基于转子转速、风速和当前桨距角来确定桨距角。另一方面，塔筒阻尼控制回路可以基于塔筒偏转、塔顶速度、塔顶加速度、当前桨距角和风速来确定桨距角。由于这种独立性，当前可用的转子转速控制回路所计算出的桨距角可能将转子转速维持在引起有害塔筒振荡而不是减少这种振荡的水平。此外，这些转子转速控制回路可能导致转子在接近共振频率时功率放大。这种放大可能增加塔筒振荡并增大风力机上的疲劳负载。随着时间的推移，此类疲劳负载可能缩短风力机零件的寿命并增加与风力机相关的支出。 

实用新型内容

根据本实用新型的一方面，提供一种变桨控制系统。所述变桨控制器系统包括塔筒单元，所述塔筒单元配置用于确定与风力机的塔筒相关的一个或多个参数。此外，所述变桨控制系统包括去耦单元，所述去耦单元配置用于基于所述一个或多个参数确定修正转子转速。此外，所述变桨控制系统包括控制器，所述控制器配置用于基于所述修正转子转速确定第一桨距角。还进一步包括转子单元，所述转子单元配置用于确定转子转速。