[发明专利]用于管理风力涡轮机塔架的扭转振荡的系统和方法

说明书

一种风力涡轮机，其包括塔架、机舱、包括多个叶片的转子、可操作地联接到转子的发电机、以及控制系统。该控制系统包括：感测系统，其可用于输出指示机舱的扭转振荡频率的信号；扭转减振模块，其被构造为监测扭转振荡信号并确定用于抑制塔架的扭转振荡的一个或多个叶片桨距命令信号；以及滤波器模块，其被构造为接收一个或多个叶片桨距命令信号作为输入并输出相应的一个或多个经修改的叶片桨距命令信号，其中滤波器模块被构造为过滤一个或多个叶片桨距命令输入信号以排除大于扭转振荡频率的频率分量。本发明的几个方面还涉及一种方法、一种用于实现该方法的计算机程序软件产品和控制器。

技术领域

本发明涉及用于减少风力涡轮机的机舱的振荡运动的技术、策略或方法，以及用于实现该方法的系统。

背景技术

由于增加来自可再生资源的能源生产的经济和政治动力，风力涡轮机被设计得越来越大。此外，由于风速在更高海拔处通常更大，因此有时希望增加风力涡轮机的轮毂高度以努力获得更高的平均风速和更稳定的风况。

设计轮毂高度增加的风力涡轮机包含重大挑战。由于工程实际性和成本，将典型的钢管式风力涡轮机塔架放大到超过100m的高度通常是不可行的。因此，趋向使用重量更轻的塔架，例如，基于格架构(latticework)或空间框架结构原理的，或更轻的管状钢结构。为了提供这些类型塔架的必要稳定性，通常使用缆绳来稳定或牵拉它们。因此，这种结构通常被称为“牵拉”塔架或“缆绳斜拉”塔架，并且满足增加轮毂高度同时降低成本的需求。

然而，这些相对轻质的塔架具有与更常见的钢管塔架明显不同的结构特性，这可能带来实践挑战。具体地，与更常见的钢管塔架相比，缆绳斜拉塔架的扭转刚度相对较低，并且这会导致塔架由于转子在运行期间的移动而在其扭转本征频率处或附近被激励。应避免过度的扭转激励，因为它会造成过度的结构应力、偏航误差和其它问题。

US2016/0356266-A1中讨论了解决该问题的一种方法，其中桨距控制系统进行叶片变桨活动来抵消机舱的角度振荡。正是在这种背景下设计了本发明。

发明内容

在第一方面中，本发明提供了一种风力涡轮机，其包括塔架、机舱、包括多个叶片的转子、可操作地联接到转子的发电机、以及控制系统。该控制系统包括：

感测系统，其可用于输出指示机舱的扭转振荡频率的信号；

扭转减振模块，其被构造为监测扭转振荡信号并确定用于抑制塔架的扭转振荡的一个或多个叶片桨距命令信号，以及

滤波器模块，其被构造为接收一个或多个叶片桨距命令信号作为输入并输出相应的一个或多个经修改的叶片桨距命令信号，其中滤波器模块被构造为过滤一个或多个叶片桨距命令输入信号以排除大于扭转振荡频率的频率分量，其中滤波器将截止频率限定为等于风力涡轮机的4P频率。

本发明还包括一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括塔架、包括多个叶片的转子、可操作地联接到转子的发电机。该方法包括：

监测指示机舱的偏航运动的扭转振荡频率，

确定用于抑制塔架的扭转振荡的一个或多个叶片桨距命令信号，以及

过滤一个或多个叶片桨距命令信号，以生成一个或多个经修改的叶片桨距命令信号，其中，在过滤一个或多个叶片桨距命令时，过滤这些信号以排除大于扭转振荡频率的频率分量，其中滤波器将截止频率限定为等于风力涡轮机的4P频率。

本发明还可以表现为可从通信网络下载和/或存储在机器可读介质上的计算机程序产品，其包括用于实施上述方法的程序代码指令；并且还可以表现为用于风力涡轮机系统的控制器，该风力涡轮机系统包括安装在塔架上的机舱以及具有多个叶片的转子，其中控制器包括处理器、存储器模块和输入/输出系统，并且其中存储器模块包括一组程序代码指令，当由处理器运行时，该组程序代码指令实施上述方法。