[发明专利]使用入射风速估算的风轮机控制方法

权利要求书

1.一种控制风轮机的方法，所述风轮机包括至少一个叶片附着到其上的转子和连接到所述转子的电机，其中所述叶片的倾角θ和所述电机的电恢复扭矩T_e是已知的，其特征在于，所述方法包括以下阶段：

a)通过对所述转子应用动力学基础原理，构造所述转子的动力学模型，所述模型将所述风轮机的入射风速V_w与所述转子的转速Ω_r、所述叶片的所述倾角θ以及所述电恢复扭矩T_e相关，

b)测量所述转子的所述转速Ω_r，

c)通过所述转子的动力学模型、所述测量的所述转子的转速Ω_r、所述叶片的所述倾角θ、以及所述电恢复扭矩T_e，来确定所述入射风速V_w，以及

d)根据所述入射风速V_w来控制所述叶片的所述倾角θ和/或所述电恢复扭矩T_e，以最优化所述风轮机的能量产出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转子的动力学模型被写为以下类型的公式：其中，J_r是所述转子的惯量，T_aero是应用于所述转子的空气动力学扭矩，所述空气动力学扭矩依赖于所述入射风速V_w、所述转子的所述转速Ω_r以及所述倾角θ，T_l(Ω_r)是转子上的摩擦和负载的总扭矩，所述摩擦和负载的总扭矩依赖于所述转子的所述转速Ω_r，以及N是所述转子和所述电机之间的传动比。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，应用于所述转子的所述空气动力学扭矩被写成以下形式的公式：其中，R_b是所述转子的半径，ρ是空气密度，c_q是根据所述倾角θ和比率映射所述转子来确定的参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述入射风速V_w被认为是谐波扰动，所述入射风速V_w能写成以下类型的公式：其中，p是考虑的谐波数量，ω_k是谐波k的频率，c_k是谐波k的系数，以及所述入射风速V_w是如下确定的：通过所述转子的动力学模型确定参数ω_k和c_k，然后从中导出所述入射风速V_w。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，谐波k的所述频率是使用以下类型的公式来确定的：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，系数c_k是通过求解以下形式的方程组来确定的：

其中，L_Ω是控制所述转子的转速的估算的收敛速率的增益，L_k是控制谐波分解的收敛速率的增益，以及Ω代表测量的转子的转速。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述增益L_Ω基本上等于1，并且所述增益L_k由以下类型的公式来确定：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述倾角θ通过以下各阶段来控制：

i)根据所述入射风速V_w、所述转子的转速Ω_r的测量值以及所述电机的电机速度Ω_e，确定允许最大化能量回收的空气动力学扭矩给定值和电机扭矩给定值

ii)通过减去与测量到的转子的转速Ω_r与测量到的电机的电机速度Ω_e之间的差值成比例的项，修改所述给定值中的至少一个，

iii)确定允许达到所述空气动力学扭矩给定值的所述叶片的倾角θ^sp，以及

iv)根据所述倾角θ^sp来定向所述叶片。