[发明专利]用于将具有多转子的风力涡轮机系统的结构振动减弱的控制系统

说明书

一种风力涡轮机系统，其包括安装到包括塔架的支撑结构上的多个风力涡轮机，其中，所述多个风力涡轮机中的每个包括转子和由转子驱动的发电系统、以及转子叶片桨距调节器和发电机功率控制器中的至少一者。所述系统还包括控制器，所述控制器接收与支撑结构关联的振动数据且配置成确定用于所述多个风力涡轮机中的相应风力涡轮机的减振控制命令，其中，所述风力涡轮机或风力涡轮机中的每个包括减振控制装置，所述减振控制装置接收减振控制命令且能够操作以向叶片桨距调节器和发电机功率控制器之一或两者施加减振控制输入，以便抵消测量到的支撑结构振动。本发明的优点在于所述系统的多个涡轮机的操作用于通过以主动方式将振动减弱而减小结构振动的效果。

技术领域

本发明涉及具有多转子的风力涡轮机系统的控制系统，且更特别的但不完全是涉及用于将多转子风力涡轮机系统的结构振动减弱的控制系统。

背景技术

最常见类型的风力涡轮机是三叶片迎风水平轴风力涡轮机(HAWT)，在所述三叶片迎风水平轴风力涡轮机中，涡轮机转子在机舱的前方且面向其支撑涡轮机塔架的上游的风。

存在多种替换性风力涡轮机设计。一个示例是多转子阵列类型的风力涡轮机。

文献EP 1483501B1公开了一种多个共平面转子安装到共同支撑结构的多转子阵列类型的风力涡轮机。这种配置实现能够通过非常大的单一转子涡轮机获得的规模经济，但是避免诸如高叶片质量、按比例放大的电力电子构件等等的相关缺点。然而，虽然这种共平面多转子风力涡轮机具有其优点，但是其呈现的挑战是将概念付诸于实践，尤其如何控制多转子实现最佳电力生产以及如何最好地管理由于多转子在支撑结构中产生的复杂的振动模式。

发明内容

正是在这种背景下，本发明提供包括多个风力涡轮机的风力涡轮机系统，所述多个风力涡轮机安装到包括塔架的支撑结构，其中，所述多个风力涡轮机中的每个包括转子和由转子驱动的发电系统、以及转子叶片桨距调节器和发电机功率控制器中的至少一者。所述系统还包括控制器，所述控制器接收与支撑结构关联的振动数据且配置成确定用于所述多个风力涡轮机中的相应风力涡轮机的减振控制命令，其中，所述风力涡轮机或风力涡轮机中的每个包括减振控制装置，所述减振控制装置接收减振控制命令且能够操作以向叶片桨距调节器和发电机功率控制器之一或两者施加减振控制输入，以便抵消测量到的支撑结构振动。

本发明的优点在于所述系统的多个涡轮机的操作用于通过以主动方式将振动减弱而减小结构振动的效果。

本发明的实施方式可以用于实施主动减振以抵消许多不同模式的振动。然而，特别的，风力涡轮机中的一个或多个配置成控制发电系统以将沿横向于风向的方向的塔架侧向振动减弱。类似的，风力涡轮机中的一个或多个配置成共同地控制叶片的桨距以将沿基本与风向一致的方向的塔架振动减弱。而且，风力涡轮机中的一个或多个配置成周期性地控制叶片的桨距以将沿横向于风向的方向的塔架振动减弱。前述方法能够适当地结合以对抗复杂的振动模式。

在示出的实施方式中，所述多个风力涡轮机中的每个由支撑臂耦连到塔架，以使得风力涡轮机与塔架隔开，且其中，风力涡轮机中的一个或多个配置成控制由支撑臂的相应风力涡轮机施加到支撑臂的偏航力。

在一个实施方式中，所述多个风力涡轮机成组受控，以使得定位在塔架的一侧上的第一组中的风力涡轮机中的一个或多个受控以产生沿相应转子轴线的力，且其中，定位在塔架的相对于第一组的另一侧上的第二组中的风力涡轮机中的一个或多个受控以产生沿相应轴线的力，所述力小于由第一组中的风力涡轮机产生的对应力或与之相反。这导致通过利用在塔架的相反侧上的涡轮机的推力差而使风力涡轮机围绕塔架偏航。

所述系统可以包括定位在支撑结构上以检测支撑结构振动的振动检测器，所述振动器配置成向控制器提供振动数据。振动检测器包括一组一个或多个加速计和一组一个或多个负载传感器中的至少一者，所述加速计和负载传感器被应用到支撑结构上的适当部位以便准确地测量振动模式。