[发明专利]用于控制风力涡轮机的控制方法以及包括被配置用于施行所述控制方法的控制装置的风力涡轮机

说明书

用于控制风力涡轮机的控制方法，所述风力涡轮机包括：具有轴（3）和至少两个叶片（13）的转子轮毂（2），以及通过偏航系统（7）可旋转地耦合到塔架（5）的机舱（4）。所述控制方法包括用于如下各项的步骤：测量与机舱（4）相关的第一周期性变量；测量与轴（3）相关的第二周期性变量；基于从第一变量获得的数据估计偏航力矩；处理对应于估计的偏航力矩的信号以从所述信号中提取1P频率分量；校准估计的偏航力矩；以及调整对应叶片（13）的桨距角，以抵消在校准之后的偏航力矩的估计信号的1P频率分量，进而将其与第二变量的信号进行比较。

技术领域

本发明涉及用于控制风力涡轮机的控制方法，并且涉及包括被配置用于施行所述控制方法的控制装置的风力涡轮机。

现有技术

已知适用于通过风对其叶片的作用而生成电能的风力涡轮机包括锚定到地面的塔架、具有耦合到其的至少两个叶片的转子、以及借助于偏航系统耦合到塔架的机舱，除了其他元件之外，机舱还包括发电机和允许放大发电机中转子转速的传动系统。偏航系统包括固定到塔架的至少一个轴承和允许机舱相对于塔架旋转的至少一个马达。

附加地，已知风力涡轮机的转子中引起的不平衡造成其机械组件中的振荡，即传动系统、偏航系统和/或发电机中的振荡，所述振荡导致机械组件变得磨损并且甚至断裂。归因于它们的定位，和/或归因于每个风力涡轮机的叶片不完全相同的事实，每个叶片可能受到不同的气动力。除了其他结果之外，所述不同的气动力还引起转子中的振荡扭矩，所述振荡扭矩被传递到风力涡轮机的传动系统，并从那里传递到风力涡轮机的发电机。所述振荡扭矩也称为1P（每转1个）振荡，这是因为由所述扭矩引起的振动以转子一次回转的步速振荡。该振荡扭矩影响风力涡轮机的大多数组件。

对该问题的解决方案之一是每个叶片的桨距角校准，即测量叶片之间的桨距角差，并基于该数据计算针对每个叶片的桨距角的补偿，所述补偿取决于涡轮机类型。所述补偿系统要求昂贵的装备，并且必须定期执行补偿以确保问题不会再次出现。

KK风力解决方案的题为“Rotor imbalance cancellation”的文档描述了一种基于连续测量机舱加速度和转子方位角位置的解决方案，使得基于所述变量来计算示出不平衡大小和不平衡位置的矢量。基于该矢量计算针对每个叶片的新的补偿桨距角，所述新的补偿桨距角寻求最小化矢量的幅度。

另一方面，专利文档WO 2010/100271 A1描述了一种用于包括控制系统的风力涡轮机的偏航系统，所述控制系统以这样的方式连续操作至少一个偏航马达：使得偏航马达力图根据设定点操控机舱，从而如果机舱上的外部偏航方面的扭矩超过至少一个偏航马达的允许扭矩容量，则允许机舱从设定点转向。控制系统可以实现四象限控制，使得偏航马达在第二或第四象限中作为发电机操作，而在风速高于预定水平的情况下，第一和第三象限中的至少一个偏航马达的操作可以停止。此外，该控制系统使用偏航马达的至少一个属性来检测转子中的不平衡，并且后续通过更改至少一个涡轮机叶片的桨距角来最小化所述不平衡。

发明内容

本发明的目的是要提供一种用于控制风力涡轮机的控制方法，以及一种包括被配置用于施行如权利要求中限定的控制方法的控制装置的风力涡轮机。

本发明的第一方面涉及用于控制风力涡轮机的控制方法，所述风力涡轮机包括：转子轮毂，其包括具有轴和至少两个叶片的转子；机舱，其包括耦合到轴的发电机，机舱通过偏航系统可旋转地耦合到塔架，并且转子轮毂可旋转地耦合到机舱，所述控制方法包括以下步骤：

● 测量与机舱相关的第一周期性变量，

● 测量与转子相关的第二周期性变量，

● 基于从第一变量获得的数据估计偏航力矩，

● 处理对应于估计的偏航力矩的信号，以从所述信号中提取1P频率分量，以及