[发明专利]使用基于LIDAR传感器的风速估计的风力涡轮机控制和监视方法

权利要求书

1.一种用于控制和/或监视装备有LIDAR传感器的风力涡轮机的方法，所述LIDAR传感器执行相对于位于所述风力涡轮机上游的一点处的风的测量，其特征在于执行以下阶段：

a)获得与由所述LIDAR传感器所作出的所述测量相对应的信号，

b)利用风的表示、所述LIDAR传感器的模型以及风传播模型来构造该涡轮机的转子处的风的估计器，该转子处的风的所述估计器是有限脉冲响应滤波器对象，所述有限脉冲响应滤波器对象将所述传感器信号与该转子处的风速相关，其中所述风的表示是频率模型，所述频率模型是以冯·卡门光谱的形式表达的，其中所述LIDAR传感器的所述模型取决于所述LIDAR传感器的至少一个测量角并取决于所述LIDAR传感器的体性质，其中所述风的所述估计器是以以下两个阶段构造的：首先，计算所述估计器的最优频率响应，且在第二步骤中计算具有此频率响应的卷积系统的脉冲响应，其中首先计算具有所述频率响应的连续滤波器的非因果滤波器的脉冲响应；随后在时间上偏移所述脉冲响应以获得具有所寻求的性质的所述滤波器的脉冲响应，以及随后在给定窗口中按给定采样频率选择样本，

c)通过将该转子处的风的所述估计器应用到所述获得的信号来估计所述涡轮机的该转子处的风速，以及

d)利用所述估计的风速来控制和/或监视所述风力涡轮机。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风力涡轮机是通过控制所述涡轮机的叶片的倾角和/或所述涡轮机的生成器的电恢复扭矩来控制的。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，监视所述风力涡轮机的生成器的电恢复扭矩是根据所估计的风速来执行的。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风的表示是事先已知的或实时确定的或任意确定的。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LIDAR传感器的所述模型M(v)是通过如下关系式在频域中写出的：

其中L(v)是函数的傅立叶变换，且l₀是所述LIDAR传感器的焦距，l是测量距离，θ和φ是所述LIDAR传感器的取向角，是平均风速，Γ是瑞利常数，K是调节因子，而W_x,W_y,W_z是所述测量点处的风速的分量。

6.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，该转子处的风的所述估计器的所述频率响应F(v)是通过如下关系式写出的：

其中

W_l(ν)＝[W_x(ν) 0 0],L(v)是函数的傅立叶变换，且l₀是所述LIDAR传感器的焦距，l是测量距离，θ和φ是所述LIDAR传感器的取向角，是平均风速，Γ是瑞利常数，K是调节因子，而W_x,W_y,W_z是所述测量点处的风速的分量且α是归一化参数。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该转子处的风的所述估计器是利用应用到该转子处的风的所述估计器的所述频率响应的窗口化方法来构造的。

8.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述风传播模型是根据以下假想中的至少一者来构造的：

-风矢量在与风向垂直的竖直面上是相同的，

-风湍流按平均风速传播。

9.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机装备有LIDAR传感器，所述LIDAR传感器的测量点位于所述涡轮机的上游，其特征在于，所述风力涡轮机包括实现如前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机控制方法的控制装置。

10.如权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述LIDAR传感器被布置在所述涡轮机的机舱上。

11.如权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机是离岸风力涡轮机。