[发明专利]使用中央控制器计算局部控制目标的多转子风力涡轮机的控制

说明书

本发明涉及一种风力涡轮机系统的控制，风力涡轮机系统包括安装到公共支撑结构的多个风力涡轮机模块，即涉及控制多转子风力涡轮机系统的控制。本发明公开了一种用于多转子风力涡轮机系统的控制系统，多转子风力涡轮机系统包括：局部控制器，其可操作以根据局部控制目标控制风力涡轮机模块；以及中央控制器，其被构造为监控风力涡轮机系统的操作的并且基于此计算局部控制目标。中央控制器实现为模型预测控制器(MPC)。

技术领域

本发明涉及风力涡轮机系统的控制，该风力涡轮机系统包括安装到公共支撑结构的多个风力涡轮机模块，即多转子风力涡轮机系统。特别地，本发明涉及一种使用局部控制器来操作多个风力涡轮机模块中的相应风力涡轮机模块以满足局部控制目标并且使用中央控制器计算局部控制目标的系统。

背景技术

存在许多风力涡轮机类型或设计。一种常见类型的风力涡轮机是三叶片逆风水平轴风力涡轮机(HAWT)，其中涡轮转子位于机舱的前方并面向其支撑涡轮机塔架上游的风。另一种类型是多转子阵列型风力涡轮机，其中多个风力涡轮机模块安装到公共支撑结构。

EP 1483501公开了一种多转子阵列型风力涡轮机，其中多个共面转子安装到公共支撑结构上。通常，多转子风力涡轮机可以实现用非常大的单一转子涡轮机能够获得的规模经济性，但是具有避免相关缺点的潜力，例如高叶片质量、增大的电力电子部件等。然而，虽然这种共面多转子风力涡轮机具有其优点，但是在实践中给出了实施该概念的挑战，特别是在如何控制多个转子以实现最佳电力生产方面。EP1483501通过将系统的每个风力涡轮机作为单独控制的单独项目来处理控制策略。

正是在这种背景下设计出本发明。

发明内容

以如下方式控制风力涡轮机多转子系统将是有利的：考虑到各个风力涡轮机模块经历的操作条件中的任何差异、以及与风力涡轮机系统的操作相关联的风力涡轮机模块之间的任何耦合。

因此，在第一方面，提供了一种用于风力涡轮机系统的控制系统，风力涡轮机系统包括安装到公共支撑结构的多个风力涡轮机模块，所述控制系统包括：

局部控制器，其可操作以控制多个风力涡轮机模块中的相应风力涡轮机模块的操作，并且向其发出局部控制命令以实现一组局部控制目标；

中央控制器，其实施模型预测控制(MPC)例程，该例程被构造为监控风力涡轮机系统的操作并且基于风力涡轮机系统的操作来计算一组局部控制目标。

本发明涉及一种风力涡轮机系统的控制，风力涡轮机系统包括安装到公共支撑结构的多个风力涡轮机模块。该系统还可以被称为多转子风力涡轮机系统、多转子风力发电系统或简称为多转子风力涡轮机。

在本发明中，风力涡轮机系统的操作基于局部控制器，该局部控制器旨在实现局部控制目标，即每个风力涡轮机模块的控制目标，其中，局部控制目标由模型预测控制器(MPC)计算。

有利地，本发明的系统使得每个风力涡轮机能够通过遵守局部控制目标来优化其自身性能，同时确保总体性能在集中控制目标和性能目标之内。以这种方式，整个风力涡轮机系统的性能可以得到改善，同时考虑到各个风力涡轮机模块的操作条件的任何差异。

使用在中央控制器中实施的MIMO(多输入，多输出)控制例程来计算一组局部控制目标，MIMO控制器是模型预测控制(MPC)例程。使用MPC算法计算局部控制目标是有利的，因为MPC算法非常适合于考虑多个输入以提供多个输出以完成多个目标，确保相对于预定准则的系统优化操作。此外，多转子结构由于其尺寸而倾向于具有相当低的塔架固有频率，并且因此由于控制器的期望增益而容易出现不稳定性问题。通过使用MPC例程来计算一组局部控制目标，控制器增益不受塔架结构的固有频率的限制。