[发明专利]经由机器学习通过选择控制器来控制风力涡轮机的量的方法和系统

说明书

本发明涉及一种通过自动在线选择控制器来控制风力涡轮机的量的方法，该控制器使风力涡轮机疲劳最小化。因此，该方法依赖于控制器列表(LIST)的仿真(离线构造)的数据库(BDD)，以及用于确定风力涡轮机(EOL)疲劳方面的最优控制器的在线机器学习步骤。因此，该方法允许基于疲劳准则来在线自动选择控制器，并根据测得的风况演变在诸控制器之间切换。

技术领域

本发明涉及风力涡轮机控制的领域，尤其涉及风力涡轮机的至少一个叶片的个体倾角或个体俯仰(pitch)的控制。

风力涡轮机允许来自风的动能转换成电能或机械能。为了将风转换成电能，它是由以下元件组成的：

-塔架，其允许将转子置于足够的高度以使其能够运动(水平轴风力涡轮机所必需的)和/或允许将该转子置于使其能够由比地面水平处更强且更规则的风来驱动的高度。塔架通常容纳部分的电气和电子组件(调制器、控制装置、倍增器、发电机等)。

-安装在塔架顶部的机舱，其容纳机械、气动以及操作涡轮所必需的一些电气和电子组件。机舱可以旋转，以使机器定向在正确的方向上，

-固定在机舱上的转子，该转子包括风力涡轮机的若干叶片(通常是三个)以及轮毂。该转子由风能驱动，并且通过机械轴杆直接或间接(经由齿轮箱和机械轴杆系统)连接到电机(发电机)，该电机将经回收的能量转换成电能。转子可能配备有控制系统，诸如可变角度叶片或空气动力制动器，

-变速箱，其由通过变速箱(齿轮箱)连接的两个轴杆(转子的机械轴杆和电机的机械轴杆)组成。

自1990年代早期以来，人们对风力重新产生了兴趣，特别是在年增长率约为20％的欧盟。这一增长与无碳发电的固有可能性有关。此外，鉴于COP21期间设定的目标，能源的净脱碳应在即将到来的世纪进行。风能似乎是针对即将到来的能源转型的最成熟的可再生能源之一，如由其安装功率容量的增长所证明的，该安装功率容量将在未来几十年继续增加。风能产业已经代表了数千亿欧元，并且应该继续增长，因此风能生产成本的降低可以节省数亿欧元或甚至数十亿欧元。另外，为了最大限度地提高能源生产，风力行业倾向于增加转子的直径，这会导致叶片和转子上的机械负载增加。为了维持这一增长，风力涡轮机的能量产出仍需进一步提高。风力生产增长的前景要求开发有效的生产工具和先进的控制工具，以便提高机器的性能。因此，所有的风力涡轮机均设计有功率调节系统。

对于这种功率调节，已为可变速风力发电机设计了控制器。控制器的目的是使回收的电力最大化，使转子速度波动最小化，以及使结构(叶片、塔架和平台)的疲劳和极端力矩最小化。

可变速风力涡轮机的控制因此已经被分为三个分类：

·偏航控制(风力涡轮机方向相对于风的控制)

·发电机扭矩控制(当风在涡轮机允许的标称速度以下时的涡轮机功率的最大化)

·叶片俯仰控制(当风在叶片倾角的标称值以上时的涡轮机的空气动力学扭矩的调节)。

叶片控制本身可被分为两种控制策略类型，其中每个叶片具有相同倾角的集体俯仰控制(CPC)和其中每个叶片具有不同倾角的个体俯仰控制(IPC)。CPC的主要目的是控制风力涡轮机的空气动力学扭矩，以免切换到超速，这可能与控制转子上的推力的目标相结合。

发明背景

CPC考虑通过转子的平均风，并且因此假设转子表面上的风是均匀的。由于所生产的转子的直径不断增加(可高达200m)，这种假设越来越不真实。尤其是，IPC在以下文献中有描述：

-Bossanyi，E.(2003)，Individual blade pitch control for load reduction(用于负载降低的个体叶片俯仰控制)，Wind Energy(风能)，119-128，