[发明专利]使用实时增益计算的风力涡轮机的控制

说明书

一种风力涡轮机控制系统，包括：配置成输出用于风力涡轮机的控制机构的控制信号的至少一个控制模块；以及用于计算与所述控制模块相关联的增益参数的增益计算器，其中所述增益参数基于计算机化的实时叶片模型计算，所述计算机化的实时叶片模型使用确定的风力涡轮机操作点作为输入。所述叶片模型可以是叶片元件动量模型。另一方面，本发明可以被表述为一种控制风力涡轮机的控制机构的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于控制风力涡轮机的机构或致动系统的方法、一种相关联的控制系统并且还涉及一种配备有这种控制系统的风力涡轮机。

背景技术

现代公用事业规模的风力涡轮机被设计用于在各种风况下操作以便最大化从风的能量提取。为了实现该目的，风力涡轮机通常配备有叶片，叶片的桨距角可以通过叶片桨距控制系统来控制。通过使每个叶片围绕其纵向轴线旋转来控制叶片桨距，该旋转改变叶片相对于迎面而来的风流的迎角。

桨距控制是高于额定风速的主要控制机制，其中风力涡轮机将倾向于满载荷策略操作，该策略的目的是保持恒定的功率输出。这可以通过控制叶片桨距角来实现，以确保由转子产生的转矩不会增加超过可允许的极限，例如由功率参考设定点确定的极限。

叶片桨距控制可以集体地和单独地应用。例如，集体部件是其中所有叶片的桨距角同时改变的桨距调节，并且是用于调节由转子产生的转矩的主要控制动作。相反，单独的桨距部件可以彼此独立地调节所选叶片的桨距并且可以用于平衡施加在转子轴上的载荷。

桨距控制系统的配置，特别是在控制系统中实施的各种控制器的环路增益，很大程度上由风力涡轮机的操作范围确定。通常，在设计阶段期间执行建模以确定确保桨距控制系统能够跨越风力涡轮机的大致上整个预测的操作范围实现其期望的控制目的所需的增益。然而，该方法具有局限性，因为仅针对风力涡轮机的操作范围的选定点模拟了环路增益。这可能降低系统在更不寻常或极端的操作条件期间控制转子载荷的能力。

正是在这种背景下设计了本发明的各实施方式。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种风力涡轮机控制系统，其包括：配置成输出用于风力涡轮机的控制机构的控制信号的至少一个控制模块；以及用于计算与所述控制模块相关联的增益参数的增益计算器，其中基于计算机化的实时叶片模型来计算增益参数，所述计算机化的实时叶片模型使用确定的风力涡轮机操作点作为输入。叶片模型可以是叶片元件动量模型。

另一方面，本发明可以被表述为一种控制风力涡轮机的控制机构的方法，该方法包括：确定至少一个增益参数，其中所述增益参数基于来自计算机化的实时叶片模型的输出，所述计算机化的实时叶片模型使用至少一个测量的风力涡轮机操作点作为输入；以及基于所确定的至少一个增益参数确定用于控制机构的控制信号。

本发明还可以被认为存在于：一种风力涡轮机，其包括如上定义的控制系统；一种包括处理器、存储器模块和输入/输出系统的控制器，并且其中所述存储器包括一组程序代码指令，当由处理器执行该程序代码指令时，实施如上定义的方法；以及一种从通信网络可下载和/或存储在机器可读介质上的计算机程序制品，该计算机程序制品包括用于实施如上定义的方法的程序代码指令。

在一个实施例中，增益参数是反馈控制模块的一部分，并且所述增益参数是在反馈控制模块中实施的控制律的控制项。尽管可以计算单个增益参数，但是本发明还可应用于包括与一个或多个控制模块相关联的多个增益模块的实施例。

有利地，本发明提供了一种更灵活和响应更快的控制系统，即使那些风况超出通常预测的范围，该控制系统也能够适应变化的风况。由于控制器增益参数是实时计算的并且基于建模的叶片特征，因此叶片响应于控制变量(例如叶片桨距角)的变化的方式可以被调整为考虑风况的严重性。

所述增益参数或每个增益参数可以基于由计算机化的实时叶片模型计算的相应空气动力学灵敏度值，其中该灵敏度值是力响应于控制变量的变化的灵敏度的指示。在这样的实施例中，灵敏度值是以下组中的一个：