[发明专利]包括多轴加速度计的风力涡轮机的控制

说明书

本发明涉及风力涡轮机的控制，该风力涡轮机包括安装于机舱中和/或塔架的顶部部分中的不同位置处的多个多轴加速度计。获得所安装的每个加速度计的位置和取向，并在风力涡轮机的运行期间由每个加速度计沿至少两个不同方向测量加速度。随后，根据风力涡轮机的移动的多个预定振型，基于所测量的加速度、每个加速度计的安装位置和取向以及预定振型来确定加速度计中的至少一个在风力涡轮机的运行期间的绝对位置。由此获得在运行期间更精确的绝对位置，该绝对位置可用在涡轮机的控制中。

技术领域

本发明涉及基于从加速度计获得的信息对风力涡轮机进行控制。

背景技术

多数现代风力涡轮机是以在当前的风力和气候条件下确保从风力提取最多能量、同时确保风力涡轮机的不同部件的负载随时保持在可接受的限值内为目的来持续地控制和调节的。

在运行期间，可看到风力涡轮机的塔架移动和振荡。塔架振荡主要是由作用在转子上的推力和扭矩的变化导致的。此类变化通常是由风中的紊流或由风力涡轮机的控制改变(例如，改变桨距或偏航)导致的。为了控制风力涡轮机，以及出于优化发电并减少涡轮机负载的总体目的，重要的是知晓或良好地预估风速和作用在转子上的推力。同样，机舱或塔架顶部的位置和速度是在风力涡轮机控制中能够考虑在内的重要参数。相对于风力涡轮机的取向沿前-后方向和侧-侧方向的位置和速度是重要的。

塔架振荡可至少在一定程度上通过沿着塔架的整个长度放置多个加速度计和/或应变计来确定，以便由此估计正在振荡的塔架的振型(mode shape)。在另一种方案中，顶部位置可基于被定位成测量机舱的前-后加速度的加速度计以及作用在转子上的推力的估计值来估计。然而，这种方案仅考虑到了前-后运动，而在估计时使用推力的估计值会不可避免地降低该方法的准确性。

US 2008/118342公开了将加速度计或应变计放置在涡轮机的塔架头部及塔架的大致上半部分中，对应于塔架在其第一固有频率和第二固有频率下发生最大挠曲的位置。如果测量值超出指示过量振荡的某些限值，则涡轮机以缓慢模式运行以抑制振荡。

US 2004/108729公开了一种风力涡轮机，其具有用于检测和监测风力涡轮机塔架的振荡的装置。两个单向加速度计呈直角放置在机舱中，且所测量的加速度累积并用于确定塔架相对于静止位置的平均偏转。然而，振荡仅通过随时间推移的这一平均值来确定，这远不足以充分描述机舱在运行期间的振荡或行进。

WO2010060772公开了如何控制风力涡轮机叶片的运行参数。风力涡轮机机舱的速度和风力涡轮机机舱相对于移动平均的位置是根据这些实际运行情况确定的。将该实际运行情况与根据一组正常运行情况确定的可接受的运行情况的预定空间相比较，并从一组预定的策略中选出一个控制策略。

发明内容

本发明的实施例的一个目的是提供一种更精确、稳健且有效的方法来确定塔架的振荡，并改善在塔架的前-后运动和侧-侧运动期间塔架顶部的位置和速度的确定。

本发明的实施例的另一目的是提供一种改善作用在转子上的推力的确定的方法，该方法同等地适用于任何类型的转子的运行期间以及静止期间。

本发明的第一方面涉及一种风力涡轮机的控制方法，该风力涡轮机包括塔架，该塔架支撑机舱和具有多个桨距可调整的转子叶片的转子，该风力涡轮机还包括用于改变转子叶片的桨距和/或发电机扭矩的控制系统，以及安装于机舱中和/或塔架的顶部部分中的不同位置处的多个多轴加速度计，每个加速度计沿限定的取向安装。该方法包括：

-获得所安装的每个加速度计的位置和取向；

-在风力涡轮机的运行期间由每个加速度计测量沿至少两个不同方向的加速度；

-至少基于塔架的尺寸以及由塔架支撑的机舱和转子的重量来获得风力涡轮机的移动的多个预定振型；