[发明专利]基于位置的风力涡轮机的机舱运动的减振

说明书

本发明涉及风力涡轮机的控制，其中机舱振动通过使用叶片变桨或发电机扭矩调节来减小。机舱振动基于机舱位置信号来减小。致动器信号基于位置信号来确定并且被应用于能够减小机舱振动的致动器。致动器信号基于转子频率与塔架振动频率之间的间隔来进行增益调节。

技术领域

本发明涉及控制风力涡轮机以减小机舱振动。

背景技术

本领域中已知的风力涡轮机包括支撑机舱的风力涡轮机塔架和具有多个桨距可调节转子叶片的转子。

风力涡轮机易于振动，因为它包含放置在细长塔架的端部处的大质量。这些振动包括在机舱的横向方向、前后方向以及扭转方向上的机舱运动。在本领域中已知，可以通过主动地使叶片变桨和/或调节发电机转矩以产生反作用力以减小机舱的运动来衰减振动。

就此而言，叶片桨距的共同调节可以用来抵消在前后方向上的震荡，其中所有转子叶片均通过相同的桨距角进行调节。这可以通过改变推力来实现。对于横向振动，可以使用独立叶片桨距调节和发电机扭矩器调节来抵消塔架的横向振动。独立叶片桨距调节为每个转子叶片提供独立桨距角设定以产生作为结果的横向力，和/或抑制例如来自桨距未对准的现有干扰。发电机转矩调节产生发电机转矩感应的横向力。

在US2010289266中描述了一种风力涡轮机，其布置成群取决于塔架的横向振动独立地为每个转子叶片调节转子叶片桨距角，从而使得塔架的横向振动的幅度被衰减。桨距调节基于机舱的测得的加速度和评估单元，该评估单元布置成基于塔架加速度确定变桨幅度。

在这种背景下设计出本发明。

发明内容

有利的是实现用于减小机舱的振动的改进的装置。就此而言，有利的是提供用于减小在横向方向和/或在扭转方向上的机舱运动振动的改进的装置。

在控制风力涡轮机以减小机舱的振动时，控制律可以基于作为粘性阻尼器(弹簧质量系统)的风力涡轮机系统的仿真，其中在具有给定质量的物体形式下的机舱的位移由二阶微分运动方程式控制，该方程式包括阻尼系数和刚度系数(弹簧常数)。对于这样的系统，经由作为输入信号的速度和作为输入信号的位置来控制它是不同的，因为这两个参数通过运动方程式中的不同项(即通过阻尼项或刚度项)来工作。

本发明的发明人已经认识到，控制质量的运动的参数可以受到影响以提供与减振相关的改进的操作。

在本发明的第一方面，提供了一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括支撑机舱的塔架结构和具有多个桨距可调节转子叶片的转子，转子布置成驱动发电机，该方法包括：

获得指示在机舱运动方向上的机舱位置的位置信号；

基于位置信号确定第一信号，第一信号被确定以减小在机舱运动方向上的机舱振动；

确定塔架振动本征模式的塔架振动频率；

确定影响塔架结构的激励频率；

确定调节增益，调节增益具有由激励频率与塔架振动频率之间的间隔定义的操作符号，并将调节增益应用于第一信号；以及

基于增益调节后的第一信号确定致动器信号，并将致动器信号应用于风力涡轮机的致动器，该致动器能够减小在机舱运动方向上的机舱振动。

通过将能够减小机舱振动的致动器的致动器信号基于机舱的位置，影响了风力涡轮机塔架的有效刚度，并且可以获得机舱运动的稳定性。机舱运动的不希望的振动从而可以以简单但稳健的控制策略来减小。通过将增益调节应用于指示机舱位置的信号，以使得调节增益的操作符号由激励频率与塔架振动频率之间的间隔来定义，塔架频率可以被有效地推离塔架振动本征模式的塔架振动频率。这将会增加塔架振动的激励频率与本征频率之间的距离，这对塔架振动运动具有有益的影响。