[发明专利]用于控制风力涡轮机转子的负载减少的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制风力涡轮机(wind turbine)转子的负载减少的方法和 用于进行该方法的控制设备。

背景技术

当风力涡轮机工作在湍流(turbulent)风的情况下或在气流畸变(flow distortion)例如高风切变(high wind shear)的情况下时，风力涡轮机转子的 叶片受到很大的动态负载。因此，直到现在，已经成型(dimension)风力涡轮 机转子的叶片和支撑结构，以便能够经受住在涡轮机所证实合格的情况下可 能发生的动态负载。近年来，已经清楚，简单地具有对于可能发生无论何种 负载来说足够的结构上的强度的继续实践将导致对于大风力涡轮机的非常繁 重的设计。因此，已经对于工作负载的活动减少(active reduction)开发了各 种方法。

用于活动地减少工作负载的一个方法是所谓的周期叶片俯仰(cyclic blade pitch)。如例如在US 4298313中描述的，在周期叶片俯仰中，在每次旋 转期间改变每个转子叶片的俯仰设置。最近，已经描述了活动的翼调节(flap regulation)，其中改变叶片外形的空气动力学属性而不改变叶片俯仰。

不考虑所选的致动(actuation)方法，任何活动负载减少系统都需要由调节 器来控制。例如在EP 1666723 A1中描述了用于调节转子叶片的俯仰角(pitch angle)的调节器。在US 2006/0145483 A1中描述了用于基于比例积分控制策 略(proportional-integral control strategy，PI-控制)来控制风力涡轮机的转子叶 片的俯仰角或转子叶片的空气动力学外形的控制方法和控制设备。

US 4297076描述了具有俯仰可变的叶片的尖端部分(tip portion)的风力 涡轮机，以及用于控制俯仰以便减轻叶片上的弯矩(bending moment)的设 备。控制设备包括允许相对于转子方位角来校正控制信号的相位角的单元。

EP 1719910 A1描述了用于风力涡轮机生成器的活动振动衰减方法以及 用于进行该方法的设备。通过用传输函数过滤叶片俯仰角参考信号，来提供 在叶片俯仰角参考信号中的衰减信号分量，其中该传输函数包括用于逼近响 应于该叶片俯仰角参考信号的俯仰改变机制的滞后(lag)的时间常数。在GB 2117934A中公开了类似的方法。

Bossanyi，E.A.：Individual Blade Pitch Control for Load Reduction，Wind Energy，Wiley，Chichester，GB Volume 6(2002-10-08)119到128页描述了使用 被发送给每个叶片的不同的俯仰角需求作为减少负载的手段的可能性。LQG 控制器(linear，quadratic，Gaussian controller，线性、二次、高斯控制器)被用 于导出控制信号。

Caselitz P.et al.：“Reduction of Fatique Loads on Wind Energy Converters by Advanced Control Methods”，European Wind Energy Conference，XX，XX， 1997年10月，555到558页描述了由各个叶片控制进行的倾斜和偏转力距补 偿。

但是，活动负载减少系统的调节不是容易的任务，因为需要人们快速地 适当调节，特别是在涉及快速负载波动的情况下。至今为止没有披露用于这 种快速调节的真正令人信服的方法。在各种配置中使用比例积分微分调节机 制的传统调节方法不具有进行所述快速调节所需要的预测能力。此外，PID 调节机制的响应时间过长。已经通过应用各种类型的学习算法达到了更好的 结果。但是，这种学习算法趋于导致不容易被建模且其中设计者难以在所有 情况下评估适当函数的“黑盒子”系统。

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于控制风力涡轮机转子的负载减少的改进 的控制方法和改进的控制设备。