專利名稱：用于控制風力渦輪機的系統(tǒng)和方法
用于控制風力渦輪機的系統(tǒng)和方法技術(shù)領(lǐng)域
本文描述的主題大體涉及控制風力渦輪機的操作，并且更具體而言，涉及至少部 分地基于來自上風向測量裝置的上風向測量值來控制風力渦輪機的操作。
背景技術(shù)：
風力渦輪機發(fā)電機利用風能來產(chǎn)生電功率。風力渦輪機發(fā)電機典型地包括具有多 個葉片的轉(zhuǎn)子，葉片將風能轉(zhuǎn)化成驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動軸繼而用來驅(qū)動發(fā)電機來產(chǎn)生 電功率。多個葉片中的各個可變槳，以增加或降低轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。使葉片變槳指的是使葉片 旋轉(zhuǎn)，以改變風對葉片的攻角。朝向順槳變槳或使槳距順槳指的是使葉片旋轉(zhuǎn)，從而使得葉 片表面沿著風速的方向?qū)?即減小攻角)。使葉片朝向順槳變槳減小了葉片捕獲到的風 能。典型地，葉片逐漸朝向順槳變槳，以抵消增大的風速，以便保持基本恒定的發(fā)電機速度。
例如風速、風湍流強度和風向等的大氣條件的變化可顯著地影響風力渦輪機發(fā)電 機產(chǎn)生的功率。風力渦輪機發(fā)電機的功率輸出隨著風速而增大，直到風速達到渦輪機的額 定風速為止。在額定風速處以及在額定風速以上，風力渦輪機發(fā)電機以額定功率操作。額定 功率是風力渦輪機發(fā)電機可在該功率處以預(yù)定為可接受的渦輪機構(gòu)件的疲勞水平操作的 輸出功率。在高于某個速度的風速處，或在超過預(yù)定幅度(典型地稱為“停機極限”或“監(jiān) 測設(shè)定點極限”)的風湍流水平處，風力渦輪機可停止運轉(zhuǎn)，或者可通過調(diào)節(jié)葉片的槳距或 使轉(zhuǎn)子制動來降低負載，以便保護風力渦輪機構(gòu)件不受損害。典型地在風力渦輪機的設(shè)計 階段期間確定靜態(tài)額定功率和靜態(tài)停機極限，因此它們不依賴于可能在風力渦輪機的操作 期間出現(xiàn)的變化的風力條件。高的風湍流強度對應(yīng)于變化頻繁的風力條件，這些風力條件 可包括頻繁并且/或者強烈的陣風。陣風是風速的突然、短時的增加。
當風力條件影響風力渦輪機時，定位在風力渦輪機上的傳感器會對風力條件作出 反應(yīng)。例如，定位在風力渦輪機上的風速傳感器將在陣風撞擊轉(zhuǎn)子葉片的基本同時測量陣 風。風力渦輪機操作調(diào)節(jié)易受陣風的測量和葉片的實際變槳之間的時滯的影響，因此，風力 渦輪機操作調(diào)節(jié)典型地在陣風已經(jīng)影響了風力渦輪機操作之后的時間執(zhí)行。結(jié)果，陣風可 導(dǎo)致轉(zhuǎn)子速度和/或輸出功率在風力渦輪機操作調(diào)節(jié)完成之前超過停機極限，從而導(dǎo)致風 力渦輪機停止運轉(zhuǎn)。
風力渦輪機的系統(tǒng)控制器可使用風力渦輪機的上風向的風力條件的測量值來確 定風力渦輪機操作命令?？稍陲L力渦輪機的上風向測量風速的變化，并且一旦風到達風力 渦輪機，就可調(diào)節(jié)葉片的槳距，以補償風速的變化。但是，因為由快速構(gòu)件調(diào)節(jié)導(dǎo)致的葉片 槳距的震蕩的原因，風力渦輪機性能可在高的風湍流之時降低。另外，轉(zhuǎn)子葉片和風的互相 作用在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩之間的平衡有利于風力渦輪機的穩(wěn)定的操作。葉片 槳距調(diào)節(jié)可導(dǎo)致風在轉(zhuǎn)子上引起的轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩之間的失衡。發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了 一種用于控制風力渦輪機的操作的方法。該風力渦輪機包括具有多個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子和上風向風力條件測量裝置。該方法包括使用上風向風力條件測量 裝置來測量轉(zhuǎn)子的上風向的風力條件，以及對處理器提供測得的風力條件。該方法還包括 至少部分地基于測得的風力條件來確定控制算法參數(shù)，該控制算法參數(shù)控制風力渦輪機響 應(yīng)帶寬、風力渦輪機響應(yīng)速度和風力渦輪機控制誤差范圍中的至少一個。該方法還包括至 少部分地基于控制算法參數(shù)來確定風力渦輪機操作命令，以及對風力渦輪機的操作應(yīng)用該 風力渦輪機操作命令。
在另一方面，提供了一種用于有利于風力渦輪機的操作的方法。該風力渦輪機包 括系統(tǒng)控制器和上風向風力條件測量裝置。該方法包括將上風向風力條件測量裝置構(gòu)造成 以便對系統(tǒng)控制器提供至少一個上風向風力條件測量值。該方法還包括將系統(tǒng)控制器構(gòu)造 成以便接收至少一個上風向風力條件測量值，以及至少部分地基于上風向風力條件測量值 來確定控制算法參數(shù)，該控制算法參數(shù)控制風力渦輪機響應(yīng)帶寬、風力渦輪機響應(yīng)速度和 風力渦輪機控制誤差范圍中的至少一個。該方法還包括將系統(tǒng)控制器構(gòu)造成以便至少部分 地基于控制算法參數(shù)來確定風力渦輪機操作命令，以及對風力渦輪機的操作應(yīng)用該風力渦 輪機操作命令。
在又一方面，提供了一種用于風力渦輪機的風力渦輪機控制系統(tǒng)。該風力渦輪機 控制系統(tǒng)包括定位在風力渦輪機的主體上或定位成緊鄰風力渦輪機的主體的上風向風力 條件測量裝置。該上風向風力條件測量裝置構(gòu)造成以便測量至少一個上風向風力條件。該 風力渦輪機控制系統(tǒng)還包括聯(lián)接到上風向風力條件測量裝置上的處理器。該處理器構(gòu)造成 以便接收上風向風力條件測量值。該處理器還構(gòu)造成以便至少部分地基于上風向風力條件 測量值來確定控制算法參數(shù)，該控制算法參數(shù)控制風力渦輪機響應(yīng)帶寬、風力渦輪機響應(yīng) 速度和風力渦輪機控制誤差范圍中的至少一個。該處理器還構(gòu)造成以便至少部分地基于控 制算法參數(shù)來確定風力渦輪機操作命令，以及對風力渦輪機的操作應(yīng)用該風力渦輪機操作 命令。



22轉(zhuǎn)子輪轂
24轉(zhuǎn)子葉片
26發(fā)電機
28轉(zhuǎn)子軸
30發(fā)電機軸
32齒輪箱
34頻率變換器
36盤式制動器
38偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
40旋轉(zhuǎn)軸線
42可變?nèi)~片變槳系統(tǒng)
44系統(tǒng)控制器
50傳感器
52傳感器
54傳感器
56傳感器
58傳感器
60上風向風力條件測量裝置或LIDAR(光探測及測距裝置)
62 總線
64處理器
66隨機存取存儲器(RAM)
68存儲裝置
70只讀存儲器(ROM)
72輸入/輸出裝置
74傳感器接口
76 平面
100控制圖
120上風向風速
122上風向的風向
124上風向風湍流強度
130控制算法參數(shù)
132風力渦輪機設(shè)定點
134傳感器讀數(shù)
136風力渦輪機操作命令
150示出了由風力渦輪機控制器執(zhí)行的過程的決策樹
160通過對控制器編程，將上風向風湍流強度與第一存儲的風湍流強度水平作比 較
162減小額定控制算法參數(shù)
164將測得的上風向風湍流強度與第二存儲的風湍流強度水平作比較
166增大額定控制算法參數(shù)
168不改變控制算法參數(shù)
170示出了由風力渦輪機控制器執(zhí)行的過程的決策樹
172比較測得的上風向風速與對應(yīng)于風力渦輪機的額定操作的存儲的風速
174減小存儲的功率設(shè)定點和存儲的轉(zhuǎn)子速度設(shè)定點中的至少一個
176不改變存儲的功率設(shè)定點或存儲的轉(zhuǎn)子速度設(shè)定點
200顯示了用于控制風力渦輪機的方法的流程圖
210計算機實現(xiàn)的方法
220使用上風向風力條件測量裝置來測量轉(zhuǎn)子的上風向的風力條件
222將測得的風力條件提供給處理器
224確定控制算法參數(shù)
226確定風力渦輪機操作命令
228對風力渦輪機操作應(yīng)用風力渦輪機操作命令
230確定至少一個風力渦輪機設(shè)定點具體實施方式
如本文所用，術(shù)語“葉片”意在表示當相對于周圍的流體運動時提供反作用力的任 何裝置。如本文所用，術(shù)語“風力渦輪機”意在表示從風能中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)能(且更具體而言，將 風的動能轉(zhuǎn)化成機械能)的任何裝置。如本文所用，術(shù)語“風力發(fā)電機”意在表示從產(chǎn)生自 風能的旋轉(zhuǎn)能中產(chǎn)生電功率(且更具體而言，將轉(zhuǎn)化自風的動能的機械能轉(zhuǎn)化成電功率) 的任何風力渦輪機。如本文所用，術(shù)語“風車”意在表示使用產(chǎn)生自風能的旋轉(zhuǎn)能(且更具 體而言，轉(zhuǎn)化自風的動能的機械能)來用于除了產(chǎn)生電功率之外的預(yù)定目的(例如但不限 于泵送流體和/或研磨物質(zhì))的任何風力渦輪機。
本文描述的方法、系統(tǒng)和計算機可讀介質(zhì)的技術(shù)效果包括以下中的至少一個(a) 使用上風向條件測量裝置來測量轉(zhuǎn)子的上風向的風力條件；(b)對處理器提供測得的風力 條件；(c)至少部分地基于測得的風力條件來確定控制算法參數(shù)，控制算法參數(shù)控制風力 渦輪機響應(yīng)帶寬、風力渦輪機響應(yīng)速度和風力渦輪機構(gòu)件操作誤差范圍中的至少一個；(d) 至少部分地基于控制算法參數(shù)來確定風力渦輪機操作命令；以及(e)對風力渦輪機的操作 應(yīng)用該風力渦輪機操作命令。
圖1是一種示例性風力渦輪機10的透視圖。圖2是風力渦輪機10的一部分的局 部剖面透視圖。本文所描述和說明的風力渦輪機10是用于從風能中產(chǎn)生電功率的風力發(fā) 電機。但是，在一些實施例中，除了風力發(fā)電機之外或者作為其備選方案，風力渦輪機10可 為任何類型的風力渦輪機，例如但不限于風車(未顯示)。另外，本文所描述和說明的風力 渦輪機10包括水平軸構(gòu)造。但是，在一些實施例中，除了水平軸構(gòu)造之外或者作為其備選 方案，風力渦輪機10可包括豎直軸構(gòu)造(未顯示)。風力渦輪機10可聯(lián)接到電氣負載(未 顯示)上，例如但不限于電網(wǎng)(未顯示)，以從中接收電功率來驅(qū)動風力渦輪機10和/或它 的相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件的操作，以及/或者將風力渦輪機10產(chǎn)生的電功率供應(yīng)到電氣負載。雖然 在圖1中顯示了僅一個風力渦輪機10，但是，在一些實施例中，多個風力渦輪機10可組合在 一起，有時稱為“風場”。
風力渦輪機10包括主體或機艙12和聯(lián)接到主體12上以繞著旋轉(zhuǎn)軸線20相對于 主體12旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(大體由14指示)。在該示例性實施例中，主體12安裝在塔架16上。 但是，在一些實施例中，除了安裝在塔架上的主體12之外或者作為其備選方案，風力渦輪 機10包括在地面和/或水面附近的主體12。塔架16可具有使得風力渦輪機10能夠如本 文所述的那樣起作用的任何適當?shù)母叨取＾D(zhuǎn)子14包括輪轂22和從輪轂22向外延伸以將 風能轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)能的多個葉片24 (有時稱為“翼型件”)。雖然轉(zhuǎn)子14在本文中描述和說 明成具有三個葉片對，但是轉(zhuǎn)子14可具有任何適當數(shù)量的葉片M。葉片M可具有允許風 力渦輪機10如本文所述的那樣起作用的任何適當?shù)拈L度。例如，在一些實施例中，一個或 多個轉(zhuǎn)子葉片M為約二分之一米長，而在一些實施例中，一個或多個轉(zhuǎn)子葉片M為約五十 米長。葉片M長度的其它實例包括十米或更少、約二十米、約三十七米以及約四十米。另 外的其它實例包括大于約五十米長的轉(zhuǎn)子葉片。
不管圖1中是如何說明葉片M的，轉(zhuǎn)子14都可具有任何形狀的葉片24，并且可 具有任何類型和/或任何構(gòu)造的葉片對，無論這種形狀、類型和/或構(gòu)造在本文中是否描 述和/或說明過。另外的類型、形狀和/或構(gòu)造的轉(zhuǎn)子葉片M的一個實例是具有容納在函 道(未顯示)內(nèi)的渦輪(未顯示)的函道式轉(zhuǎn)子(未顯示)。另外的類型、形狀和/或構(gòu)造 的葉片M的另一個實例是Darrieus風力渦輪機，有時稱為“打蛋器”式渦輪機。另外的類 型、形狀和/或構(gòu)造的葉片M的又一個實例是Mvonious風力渦輪機。另外的類型、形狀 和/或構(gòu)造的葉片M的再一個實例是用于泵送水的傳統(tǒng)的風車，例如但不限于具有木制擋 板和/或織物帆的四葉式轉(zhuǎn)子。另外，在一些實施例中，風力渦輪機10可為其中轉(zhuǎn)子14大 體面向上風向以利用風能的風力渦輪機，以及/或者可為其中轉(zhuǎn)子14大體面向下風向以利 用能量的風力渦輪機。當然，在任何實施例中，轉(zhuǎn)子14可能不是正好面向上風向和/或下 風向，而是可相對于風的方向大體面向任何角度(該角度可為可變的)，以利用來自風的能 量。
現(xiàn)在參照圖2，風力渦輪機10包括聯(lián)接到轉(zhuǎn)子14上以便由轉(zhuǎn)子14產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能 產(chǎn)生電功率的發(fā)電機26。發(fā)電機沈可為任何適當類型的發(fā)電機，例如但不限于繞線轉(zhuǎn)子 感應(yīng)發(fā)電機。發(fā)電機26包括定子(未顯示)和轉(zhuǎn)子(未顯示)。轉(zhuǎn)子14包括聯(lián)接到轉(zhuǎn)子 輪轂22上以隨之旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子軸觀。發(fā)電機沈聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸觀上，從而使得轉(zhuǎn)子軸觀的 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，且因此驅(qū)動發(fā)電機沈的操作。在該示例性實施例中，發(fā)電機 軸30聯(lián)接到發(fā)電機轉(zhuǎn)子上，并且聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸觀上，從而使得轉(zhuǎn)子軸觀的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動發(fā)電 機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。在其它實施例中，發(fā)電機轉(zhuǎn)子直接聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸觀上，這有時稱為“直驅(qū)式 風力渦輪機”。在該示例性實施例中，發(fā)電機軸30通過齒輪箱32聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸觀上，但是 在其它實施例中，發(fā)電機軸30直接聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸觀上。
轉(zhuǎn)子14的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子，從而由轉(zhuǎn)子14的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生可變頻率的交流電 (AC)電功率。發(fā)電機沈具有在發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子之間的、與轉(zhuǎn)子14的轉(zhuǎn)矩相反的空氣間 隙轉(zhuǎn)矩。頻率變換器34聯(lián)接到發(fā)電機沈上，以將可變頻率的AC轉(zhuǎn)換成固定頻率的AC,以 將其輸送到聯(lián)接到發(fā)電機沈上的電氣負載(未顯示)，例如但不限于電網(wǎng)(未顯示)。頻 率變換器34還控制空氣間隙轉(zhuǎn)矩，這有利于控制發(fā)電機沈的功率輸出。頻率變換器34可 位于風力渦輪機10內(nèi)或者遠離風力渦輪機10的任何地方。例如，頻率變換器34可位于塔 架16的基部(未顯示)內(nèi)。8
在一些實施例中，風力渦輪機10可包括轉(zhuǎn)子限速器，例如但不限于盤式制動器 36。盤式制動器36對轉(zhuǎn)子14的旋轉(zhuǎn)制動，以(例如)減慢轉(zhuǎn)子14的旋轉(zhuǎn)，克服滿風力轉(zhuǎn)矩 對轉(zhuǎn)子14制動，以及/或者降低來自發(fā)電機沈的電功率的產(chǎn)生。此外，在一些實施例中， 風力渦輪機10可包括偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)38，以便使主體12繞著旋轉(zhuǎn)軸線40旋轉(zhuǎn)，以改變轉(zhuǎn)子14的 偏轉(zhuǎn)，并且更具體而言，改變轉(zhuǎn)子14所面向的方向，以(例如)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子14所面向的方向 和風向之間的角度。
在一個示例性實施例中，風力渦輪機10包括可變?nèi)~片變槳系統(tǒng)42，以控制(包括 但不限于改變)轉(zhuǎn)子葉片M相對于風向的槳距角。變槳系統(tǒng)42可聯(lián)接到系統(tǒng)控制器44 上，以由其進行控制。變槳系統(tǒng)42聯(lián)接到輪轂22和葉片M上，并且包括用于通過使葉片 24相對于輪轂22旋轉(zhuǎn)來改變?nèi)~片M的槳距角的變槳促動器。變槳促動器可包括無論是否 在本文中描述和/或說明過的任何適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)、構(gòu)造、布置、機構(gòu)和/或構(gòu)件，例如但不限于 電馬達、液壓缸、彈簧和/或伺服機構(gòu)。另外，變槳促動器可由無論是否在本文中描述和/ 或說明過的任何適當?shù)臋C構(gòu)驅(qū)動，例如但不限于液壓流體、電功率、電化學(xué)功率和/或機械 動力，例如但不限于彈簧力。
圖3是風力渦輪機10的一個示例性實施例的框圖。在該示例性實施例中，風力渦 輪機10包括聯(lián)接到風力渦輪機10的一些或所有構(gòu)件上的一個或多個系統(tǒng)控制器44，以大 體控制風力渦輪機10的操作，以及/或者控制風力渦輪機10的一些或所有構(gòu)件的操作，不 管在本文中是否描述和/或說明過這樣的構(gòu)件。例如，在該示例性實施例中，系統(tǒng)控制器44 聯(lián)接到可變?nèi)~片變槳系統(tǒng)42上，以控制葉片M的槳距。此外，系統(tǒng)控制器44聯(lián)接到頻率 變換器34上，并且構(gòu)造成以便控制該頻率變換器34。在該示例性實施例中，系統(tǒng)控制器44 安裝在主體12 (在圖2中顯示)內(nèi)。但是，另外或者作為備選方案，一個或多個系統(tǒng)控制器 44可遠離風力渦輪機10的主體12和/或其它構(gòu)件。系統(tǒng)控制器44可用于但不限于整體 系統(tǒng)監(jiān)測和控制，包括例如槳距和速度調(diào)節(jié)、高速軸和偏轉(zhuǎn)制動應(yīng)用、偏轉(zhuǎn)和泵馬達應(yīng)用和 /或故障監(jiān)測。可在一些實施例中使用備選的分布式或集中式控制構(gòu)架。
在一個示例性實施例中，風力渦輪機10包括多個傳感器，例如傳感器50、52、54、 56和58。傳感器50、52、M、56和58測量各種各樣的參數(shù)，包括但不限于操作條件和大氣 條件。傳感器50、5254、56和58中的各個可為單獨的傳感器或者多個傳感器。傳感器50、 52、54、56和58可為具有允許風力渦輪機10如本文所述的那樣起作用的、在風力渦輪機10 內(nèi)或遠離風力渦輪機10的任何適當位置的任何適當?shù)膫鞲衅鳌Ｔ谝恍嵤├?，傳感?50,52,54,56和58聯(lián)接到系統(tǒng)控制器44上，以將測量值傳輸給系統(tǒng)控制器44，以對其進行 處理。
在該示例性實施例中，風力渦輪機10還包括上風向風力條件測量裝置60。在該示 例性實施例中，上風向風力條件測量裝置60構(gòu)造成以便測量風力渦輪機10的上風向的至 少一個風力條件，并且對系統(tǒng)控制器44提供測量值。系統(tǒng)控制器44構(gòu)造成以便至少部分 地基于上風向風力條件測量值來控制發(fā)電機沈的轉(zhuǎn)子速度和電功率輸出?？赏ㄟ^使用可 變?nèi)~片變槳系統(tǒng)42控制葉片M的槳距來控制發(fā)電機沈的轉(zhuǎn)子速度和功率輸出。通過使 用頻率變換器34控制發(fā)電機沈的空氣間隙轉(zhuǎn)矩還可同時控制發(fā)電機沈的功率輸出以及 通向發(fā)電機26的總機械負載。
在一些實施例中，系統(tǒng)控制器44包括總線62或其它通訊裝置，以傳輸信息。在至少一個具體實例中，系統(tǒng)控制器44包括比例積分微分(PID)控制器。一個或多個處理器64 可聯(lián)接到總線62上，以處理信息，包括來自傳感器50、5254、56、58和/或其它傳感器(一 個或多個)的信息，以及來自上風向風力條件測量裝置60的信息。系統(tǒng)控制器44還可包括 一個或多個隨機存取存儲器(RAM) 66和/或其它存儲裝置68 ( 一個或多個)。RAM66 ( 一個 或多個)和存儲裝置68 (—個或多個)聯(lián)接到總線62上，以存儲和傳遞待由處理器64 ( — 個或多個)執(zhí)行的信息和指令。RAM66 ( 一個或多個)(以及/或者還有存儲裝置68 ( 一個 或多個)，如果包括的話)還可用來在處理器64 (—個或多個)執(zhí)行指令期間存儲臨時變量 或其它中間信息。系統(tǒng)控制器44還可包括一個或多個只讀存儲器(R0M)70和/或聯(lián)接到 總線62上以存儲靜態(tài)(即不變的)信息和指令且將它們提供給處理器64( —個或多個) 的其它靜態(tài)存儲裝置。
處理器64可包括任何可編程的系統(tǒng)，包括系統(tǒng)和微控制器、精簡指令集電路 (RISC)、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLC)，以及能夠執(zhí)行本文所述的功能的任 何其它電路或處理器。以上實例僅是示例性的，且因此它們不意在以任何方式限制術(shù)語處 理器的定義和/或意思。
系統(tǒng)控制器44還可包括輸入/輸出裝置72 ( —個或多個)，或者可聯(lián)接到輸入/ 輸出裝置72 (—個或多個)上。輸入/輸出裝置72 (—個或多個)可包括用來對系統(tǒng)控制 器44提供輸入數(shù)據(jù)以及/或者提供輸出(例如但不限于偏轉(zhuǎn)控制、槳距控制和/或發(fā)電機 轉(zhuǎn)矩輸出)的本領(lǐng)域已知的任何裝置?？赏ㄟ^對一個或多個能夠以電子的方式訪問的介質(zhì) 提供訪問的有線或無線的遠程連接等來將指令從存儲裝置68 (例如但不限于磁盤、只讀存 儲器(ROM)集成電路、CD-ROM和/或DVD)提供給存儲器66。在一些實施例中，可代替軟件 指令或者可與軟件指令結(jié)合起來使用硬接線電路。因此，指令序列的執(zhí)行不限于硬件電路 和軟件指令的任何具體組合，無論它們是否在本文中描述和/或說明過。系統(tǒng)控制器44還 可包括傳感器接口 74，其允許系統(tǒng)控制器44與傳感器50、5254、56、58和/或其它傳感器 (一個或多個)通訊，以及與上風向風力條件測量裝置60通訊。傳感器接口 74可包括一個 或多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成可由處理器64 (—個或多個)使用的數(shù) 字信號。
圖4是進一步示出了上風向風力條件測量裝置60 (在圖3中顯示)的風力渦輪機 10(在圖1中顯示)的另一個透視圖。如上所述，在突然的陣風的情況下，風速可在相對小 的時段里增大。在該示例性實施例中，在陣風碰到轉(zhuǎn)子14(在圖1中顯示)之前，優(yōu)先調(diào)節(jié) 風力渦輪機構(gòu)件，以便補償陣風的測量和風力渦輪機構(gòu)件的響應(yīng)之間的時滯。例如，為了補 償陣風的測量和可變?nèi)~片變槳系統(tǒng)42的響應(yīng)之間的時滯，葉片M在陣風碰到轉(zhuǎn)子14之間 優(yōu)先變槳。在一個具體實例中，可變?nèi)~片變槳系統(tǒng)42可在十秒鐘之內(nèi)將葉片槳距改變成完 全順槳。在給定風速時，如果上風向風力條件測量裝置60在距轉(zhuǎn)子14三百米的上風向的 距離處測量陣風，則當陣風到達轉(zhuǎn)子14時，葉片可為完全順槳的。
在與陣風相互作用之前優(yōu)先使葉片M變槳有利于防止陣風對轉(zhuǎn)子14施加高載 荷。此外，在該示例性實施例中，優(yōu)先調(diào)節(jié)頻率變換器34的操作，以便平衡風對轉(zhuǎn)子14施 加的轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機26上的轉(zhuǎn)矩。例如，根據(jù)在上風向上距轉(zhuǎn)子14 一定距離處測得的變化 了的風力條件的測量值來調(diào)節(jié)葉片M的槳距和發(fā)電機26上的轉(zhuǎn)矩兩者。
在陣風之前調(diào)節(jié)葉片槳距有利于經(jīng)過陣風來運行風力渦輪機10。調(diào)節(jié)葉片槳距還有利于在這種突然的陣風期間保持基本恒定的轉(zhuǎn)子速度和來自風力渦輪機10的功率輸 出，或者至少保持轉(zhuǎn)子速度和功率輸出的相對平緩或受控制的瞬變。在風力條件與轉(zhuǎn)子14 相互作用之前測量風力條件以及通過控制葉片槳距和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩來提前擺脫(shed)到來 的載荷有利于防止發(fā)電機26(在圖3中顯示)在陣風到達轉(zhuǎn)子14之后達到停機極限。更 具體而言，提前擺脫到來的載荷有利于防止(例如但不限于)在陣風到達轉(zhuǎn)子14之后達到 超速停機極限、功率停機極限和/或渦輪機振蕩幅度/載荷極限。本文描述的方法和系統(tǒng) 有利于貫穿陣風來操作風力渦輪機10，而非不得不使風力渦輪機10停止運轉(zhuǎn)。
為了實現(xiàn)這個優(yōu)先變槳，上風向風力條件測量裝置60在葉片M的上風向感測至 少一個風力條件。該至少一個風力條件可包括風速、風向和/或風湍流強度。雖然本文描 述成測量風湍流強度，但是上風向風力條件測量裝置60和/或系統(tǒng)控制器44可構(gòu)造成以 便通過測量風速和計算平均測得風速附近的風速變化來確定風力渦輪機強度。在該示例性 實施例中，上風向風力條件測量裝置60是光探測及測距裝置，也稱為LIDAR。但是，上風向 風力條件測量裝置60還可包括允許系統(tǒng)控制器44如本文所述的那樣起作用的任何適當?shù)?測量裝置。
LIDAR60是構(gòu)造成以便掃描風力渦輪機10周圍的環(huán)形區(qū)域且基于LIDAR60發(fā)射 的光在浮質(zhì)上的反射和/或反向散射來測量上風向風力條件的測量裝置?？蛇m當?shù)剡x擇 LIDAR60的錐角(θ )和LIDAR60的范圍(R)，以提供期望的測量值精度以及可接受的靈敏 度。在該所示實施例中，LIDAR60位于葉片M安裝在其上的輪轂22上。在某些備選實施 例中，LIDAR60也可位于風力渦輪機塔架16的基部附近。
在該示例性實施例中，LIDAR60構(gòu)造成以便測量在至少一個具體部分(典型地是 葉片M的最重要的區(qū)段-按照那些區(qū)段對葉片上的空氣動力學(xué)轉(zhuǎn)矩的貢獻來講)前面的 上風向風力條件。這些區(qū)段可包括例如靠近葉片M的尖端的區(qū)段。LIDAR60測量風力條件 所處的葉片M前面的點由平面76表示。
圖5是示出了在風力渦輪機的操作(例如風力渦輪機10 (在圖1-4中顯示)的操 作)期間的示例性控制信號流的控制圖100。如上所述，風力渦輪機10包括具有多個轉(zhuǎn)子 葉片的轉(zhuǎn)子(例如具有轉(zhuǎn)子葉片M的轉(zhuǎn)子14(在圖1中顯示))，以及上風向風力條件測量 裝置，例如上風向風力條件測量裝置60(在圖3-4中顯示)。如上所述，在該示例性實施例 中，上風向風力條件測量裝置60是構(gòu)造成以便產(chǎn)生和輸出對應(yīng)于測得的上風向風速120、 測得的上風向的風向122和測得的上風向風湍流強度124中的至少一個的LIDAR信號的 LIDAR裝置。
在該示例性實施例中，上風向風速120、上風向的風向122和上風向風湍流強度 1 接收在系統(tǒng)控制器-例如系統(tǒng)控制器44 (在圖3中顯示)處。系統(tǒng)控制器44至少部分 地基于測得的上風向風湍流強度1 來確定控制算法參數(shù)130。系統(tǒng)控制器44還可至少部 分地基于上風向風速120和上風向的風向122來確定風力渦輪機設(shè)定點132，例如功率設(shè)定 點和/或轉(zhuǎn)子速度設(shè)定點。傳感器，例如傳感器54(在圖3中顯示)，測量風力渦輪機構(gòu)件 的實際位置和/或設(shè)定以及風力渦輪機構(gòu)件的實際性能，以及輸出傳感器讀數(shù)134。將控制 算法參數(shù)130、風力渦輪機設(shè)定點132和傳感器讀數(shù)134輸入控制算法中。系統(tǒng)控制器44 還構(gòu)造成以便基于控制算法的輸出來產(chǎn)生風力渦輪機操作命令136中的至少一個，以及將 風力渦輪機操作命令136應(yīng)用于風力渦輪機10的可調(diào)構(gòu)件和/或系統(tǒng)，例如可變?nèi)~片變槳系統(tǒng)42和頻率變換器34。風力渦輪機操作命令136可有利于設(shè)定葉片槳距控制目標和/ 或在朝該葉片槳距控制目標調(diào)節(jié)葉片時控制葉片的槳距的葉片槳距變化曲線。風力渦輪機 操作命令136還可有利于設(shè)定發(fā)電機轉(zhuǎn)矩控制目標和/或在朝該發(fā)電機轉(zhuǎn)矩控制目標調(diào)節(jié) 發(fā)電機轉(zhuǎn)矩時控制該發(fā)電機轉(zhuǎn)矩的發(fā)電機轉(zhuǎn)矩變化曲線。
在一個示例性實施例中，控制算法參數(shù)130是在控制算法中應(yīng)用的增益或一組增 益，例如，比例增益和/或積分增益。此外，控制算法參數(shù)130可包括用于由使用狀態(tài)空間 控制技術(shù)的控制系統(tǒng)和/或多輸入/多輸出控制系統(tǒng)使用的控制器矩陣/模型。在一些實 例中，控制算法存儲在系統(tǒng)控制器44的存儲器66(在圖3中顯示)中。系統(tǒng)控制器44使 用控制算法來產(chǎn)生風力渦輪機10的可調(diào)構(gòu)件的操作命令。在該示例性實施例中，操作命令 取決于對控制算法的輸入，例如，控制算法參數(shù)130、風力渦輪機設(shè)定點132和傳感器讀數(shù) 134。更具體而言，在該示例性實施例中，控制算法對例如可變?nèi)~片變槳系統(tǒng)42和/或頻率 變換器34輸出操作命令。在該示例性實施例中，操作命令可包括響應(yīng)帶寬信號和響應(yīng)速度 信號。響應(yīng)帶寬信號和響應(yīng)速度信號控制可調(diào)構(gòu)件到達目標位置時所處的速度。響應(yīng)帶寬 信號從系統(tǒng)控制器44發(fā)送到例如上風向風力條件測量裝置60，并且配置成以便控制裝置 60測量上風向風力條件時所處的頻率(例如，控制裝置60的分辨率，并且因此控制裝置60 在風力條件之間進行區(qū)分的能力)。響應(yīng)速度信號從系統(tǒng)控制器44發(fā)送到例如可變?nèi)~片變 槳系統(tǒng)42和/或頻率變換器34，并且配置成以便控制系統(tǒng)42和變換器34對來自系統(tǒng)控制 器44的信號做出響應(yīng)時所處的速度。響應(yīng)帶寬和響應(yīng)速度與響應(yīng)時間成反比。換句話說， 響應(yīng)帶寬和響應(yīng)速度確定可調(diào)構(gòu)件從當前位置移動到目標位置的時長。
操作命令還包括誤差范圍信號，例如，葉片槳距誤差范圍信號和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩誤差 范圍信號。誤差范圍信號控制對風力渦輪機構(gòu)件的調(diào)節(jié)精度。例如，葉片槳距誤差范圍是包 圍葉片槳距控制目標的范圍，而發(fā)電機轉(zhuǎn)矩誤差范圍是包圍發(fā)電機轉(zhuǎn)矩控制目標的范圍。 更大的精度(即更小的誤差范圍)有利于風力渦輪機10的更高性能，因為風力渦輪機構(gòu)件 定位成更靠近期望的位置。但是，更小的誤差范圍也可降低風力渦輪機穩(wěn)定性，因為直到在 誤差范圍內(nèi)的某位置處安定之前，風力渦輪機構(gòu)件的來回振蕩增加，越過且超出控制目標 周圍的誤差范圍邊界。
圖6是示出了由風力渦輪機控制器(例如系統(tǒng)控制器44(在圖3中顯示))執(zhí)行 的一種示例性過程的決策樹150。在該示例性實施例中，對應(yīng)于風力渦輪機10的額定操作 的控制算法參數(shù)存儲在例如存儲器66 (在圖3中顯示)中。在該示例性實施例中，系統(tǒng)控 制器44編程成以便在風速和風湍流強度在存儲的范圍內(nèi)時使用額定控制算法參數(shù)。在該 示例性實施例中，系統(tǒng)控制器44編程成以便將上風向風湍流強度124(在圖5中顯示)與 第一存儲的風湍流強度水平作比較160。如果測得的上風向風湍流強度IM大于第一存儲 的風湍流強度水平，則系統(tǒng)控制器44構(gòu)造成減小162額定控制算法參數(shù)。例如，系統(tǒng)控制 器44可構(gòu)造成減小控制算法增益。如果測得的上風向風湍流強度IM小于第一存儲的風 湍流強度水平，則系統(tǒng)控制器44構(gòu)造成將測得的上風向風湍流強度IM與第二存儲的風湍 流強度水平作比較164，其中，第二風湍流強度水平低于第一風湍流強度水平。如果測得的 上風向風湍流強度小于第二存儲的風湍流強度水平，則系統(tǒng)控制器44構(gòu)造成增大166額定 控制算法參數(shù)。例如，系統(tǒng)控制器44可構(gòu)造成增大控制算法增益。如果測得的上風向風湍 流強度1 介于第一存儲的風湍流強度水平和第二存儲的風湍流強度水平之間，則系統(tǒng)控制器44構(gòu)造成不改變168控制算法參數(shù)。
圖7是示出了由風力渦輪機控制器(例如系統(tǒng)控制器44(在圖3中顯示))執(zhí)行 的一種示例性過程的決策樹170。在該示例性實施例中，對應(yīng)于風力渦輪機10的額定操作 的額定功率設(shè)定點和轉(zhuǎn)子速度設(shè)定點存儲在例如存儲器66 (在圖3中顯示)中。在該示例 性實施例中，系統(tǒng)控制器44編程成以便將測得的上風向風速120與對應(yīng)于風力渦輪機10 的額定操作的存儲的風速進行比較172。在該示例性實施例中，如果測得的風速120大于存 儲的風速，則系統(tǒng)控制器44構(gòu)造成減小174存儲的功率設(shè)定點和存儲的轉(zhuǎn)子速度設(shè)定點中 的至少一個。如果測得的風速120小于存儲的風速，則系統(tǒng)控制器44構(gòu)造成不改變176存 儲的功率設(shè)定點或存儲的轉(zhuǎn)子速度設(shè)定點。
圖8是用于控制風力渦輪機(例如風力渦輪機10(在圖1-4中顯示))的一種示 例性方法210的流程圖200。在一個示例性實施例中，方法210是計算機實現(xiàn)的方法，例如 由處理器64(在圖3中顯示)執(zhí)行的計算機實現(xiàn)的方法。在另一個示例性實施例中，包含 在計算機可讀介質(zhì)上的計算機程序包括至少一個代碼段，當該代碼段由例如處理器64執(zhí) 行時，執(zhí)行方法210。
如上所述，風力渦輪機10包括具有多個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子(例如，具有轉(zhuǎn)子葉片M 的轉(zhuǎn)子14(在圖1中顯示))，以及上風向風力條件測量裝置，例如，上風向風力條件測量裝 置60 (在圖3-4中顯示)。在該示例性實施例中，方法210包括使用上風向風力條件測量裝 置60來測量220轉(zhuǎn)子14的上風向的風力條件。上風向風力條件測量裝置60測量220轉(zhuǎn) 子14的上風向的風的風速、轉(zhuǎn)子14的上風向的風的風向和轉(zhuǎn)子14的上風向的風的風湍流 強度中的至少一個。方法210還包括將測得的風力條件提供222給處理器，例如處理器64。
在該示例性實施例中，方法210還包括至少部分地基于測得的風力條件來確定 2M控制算法參數(shù)，該控制算法參數(shù)控制風力渦輪機10的系統(tǒng)和/或構(gòu)件的響應(yīng)帶寬、響應(yīng) 速度、控制誤差范圍中的至少一個。例如，處理器64可構(gòu)造成以便確定2M控制算法參數(shù)。 更具體而言，處理器64可構(gòu)造成以便確定2M控制算法增益，例如，比例增益和/或積分增 益，該控制算法增益取決于上風向風湍流強度來控制響應(yīng)帶寬、響應(yīng)速度和/或控制誤差 范圍。
風力渦輪機響應(yīng)帶寬和響應(yīng)速度控制風力渦輪機10的構(gòu)件達到控制目標設(shè)定時 所處的速度。在一個實例中，可變?nèi)~片變槳系統(tǒng)42(在圖2中顯示)能夠使葉片M的槳距 改變十度的最快的時間可為十秒。但是，在該示例性實施例中，可變?nèi)~片變槳系統(tǒng)42能夠 更加緩慢地改變?nèi)~片M的槳距。提高響應(yīng)帶寬和/或響應(yīng)速度有利于更加迅速地實現(xiàn)風 力渦輪機構(gòu)件的期望位置。使風力渦輪機構(gòu)件更加迅速地處于期望位置以及因此(獲得) 更高百分比的時間有利于(獲得)提高的風力渦輪機性能(即更高的效率和更穩(wěn)定的輸出 功率)。但是，提高響應(yīng)帶寬/速度還會降低風力渦輪機構(gòu)件的穩(wěn)定性。例如，提高構(gòu)件響 應(yīng)速度可在具有高的風湍流強度的時間段期間增加風力渦輪機構(gòu)件振蕩。在具有高的風湍 流強度的時間段期間減緩構(gòu)件響應(yīng)帶寬/速度可降低風力渦輪機性能，但是這通過減少對 風力渦輪機構(gòu)件的迅速且頻繁的調(diào)節(jié)而提高了風力渦輪機穩(wěn)定性。
風力渦輪機控制誤差范圍的實例包括葉片槳距誤差范圍和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩誤差范圍。 葉片槳距誤差范圍是包圍葉片槳距控制目標的范圍。在一個具體實例中，葉片槳距控制目 標將葉片定位在二十四度處。葉片槳距誤差范圍可為四度(例如二十四度加上或減去四度)。發(fā)電機轉(zhuǎn)矩誤差范圍是包圍發(fā)電機轉(zhuǎn)矩控制目標的范圍。在一個具體實例中，發(fā)電機 轉(zhuǎn)矩控制目標為大約五百萬牛米(Nm)。發(fā)電機轉(zhuǎn)矩誤差范圍可為百分之二(例如五百萬 Nm加上或減去百分之二)。增大控制誤差范圍有利于減小風力渦輪機構(gòu)件在包圍控制目標 的范圍內(nèi)、在達到誤差范圍內(nèi)的一定位置之前的振蕩。
控制算法增益可存儲在例如存儲器66 (在圖3中顯示)中。存儲的控制算法增益 可對應(yīng)于風力渦輪機10的額定操作。在該示例性實施例中，確定2M控制算法增益包括在 測得的風湍流強度大于第一存儲的風湍流強度時減小存儲的控制算法增益，在測得的風湍 流強度小于第二存儲的風湍流強度時提高存儲的控制算法增益，以及在測得的風湍流強度 小于第一存儲的風湍流強度且大于第二存儲的風湍流強度時保持存儲的控制算法增益。減 小控制算法增益會提高對風力渦輪機操作命令的風力渦輪機構(gòu)件響應(yīng)時間和葉片槳距誤 差范圍以及發(fā)電機轉(zhuǎn)矩誤差范圍中的至少一個。提高風力渦輪機操作響應(yīng)時間和葉片槳距 誤差范圍以及發(fā)電機轉(zhuǎn)矩誤差范圍有利減小風力渦輪機構(gòu)件振蕩。
增大控制算法增益會減少對風力渦輪機操作命令的風力渦輪機構(gòu)件響應(yīng)時間和 葉片槳距誤差范圍以及發(fā)電機轉(zhuǎn)矩誤差范圍中的至少一個。減少風力渦輪機構(gòu)件響應(yīng)時間 和葉片槳距誤差范圍以及發(fā)電機轉(zhuǎn)矩誤差范圍有利于提高風力渦輪機性能。
在該示例性實施例中，方法210還包括至少部分地基于控制算法參數(shù)來確定2 風力渦輪機操作命令，以及對風力渦輪機操作應(yīng)用2 風力渦輪機操作命令。例如，處理器 64可構(gòu)造成以便確定2 有利于將葉片槳距設(shè)定在葉片槳距控制目標的葉片槳距誤差范 圍內(nèi)的葉片變槳命令。處理器64還可構(gòu)造成以便確定2 有利于將發(fā)電機轉(zhuǎn)矩設(shè)定在發(fā) 電機轉(zhuǎn)矩控制目標的發(fā)電機轉(zhuǎn)矩誤差范圍內(nèi)的發(fā)電機轉(zhuǎn)矩命令。
在該示例性實施例中，方法210還包括至少部分地基于測得的風力條件來確定 230至少一個風力渦輪機設(shè)定點。例如，處理器64可構(gòu)造成以便至少部分地基于測得的風 向和/或測得的風速來確定230功率設(shè)定點和轉(zhuǎn)子速度設(shè)定點中的至少一個。當測得的風 速大于存儲的最大風速時，功率設(shè)定點和轉(zhuǎn)子速度設(shè)定點可從存儲的額定值起降低。
用于操作風力渦輪機的上述方法和系統(tǒng)有利于風力渦輪機的成本有效和高度可 靠的操作。本文描述的方法和系統(tǒng)通過基于接近的風力條件來主動調(diào)節(jié)風力渦輪機操作、 同時還平衡風對風力渦輪機施加的轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機對風力渦輪機施加的轉(zhuǎn)矩，來有利于提高 功率生產(chǎn)。本文描述的方法和系統(tǒng)還有利于平衡風力渦輪機性能與風力渦輪機穩(wěn)定性。在 具有低的風湍流強度的時間段期間，通過增大控制算法增益來實現(xiàn)更高的風力渦輪機性 能，這提高了風力渦輪機響應(yīng)帶寬/速度，以及/或者減小了風力渦輪機控制誤差范圍。在 具有高的風湍流強度的時間段期間，通過減小控制算法增益來實現(xiàn)更高的穩(wěn)定性，這降低 了風力渦輪機響應(yīng)帶寬/速度，以及/或者增大了風力渦輪機控制誤差范圍。更具體而言， 上述系統(tǒng)和方法有利于在風力條件(例如風湍流強度)導(dǎo)致較不穩(wěn)定的操作時以更高的性 能操作風力渦輪機。
以上對風力渦輪機的示例性實施例進行了詳細描述。風力渦輪機和包括在風力渦 輪機內(nèi)的組件不限于本文描述的具體實施例，而是相反，各個構(gòu)件可獨立地以及與本文描 述的其它構(gòu)件分開來使用。
本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人 員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。如果 這種其它實例具有不異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這種其它實例包括 與權(quán)利要求書的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這種其它實例意圖處于權(quán)利要 求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于風力渦輪機(10)的風力渦輪機控制系統(tǒng)，所述風力渦輪機控制系統(tǒng)包括 定位在所述風力渦輪機的主體(12)上或定位成緊鄰所述風力渦輪機的主體(1 的上風向風力條件測量裝置(60)，所述上游風力條件測量裝置構(gòu)造成以便測量至少一個上風向 風力條件；和聯(lián)接到所述上風向風力條件測量裝置上的處理器(64)，所述處理器構(gòu)造成以便 接收上風向風力條件測量值；至少部分地基于所述上風向風力條件測量值來確定(224)控制算法參數(shù)(130)，所述 控制算法參數(shù)(130)控制風力渦輪機響應(yīng)帶寬、風力渦輪機響應(yīng)速度和風力渦輪機控制誤 差范圍中的至少一個；至少部分地基于所述控制算法參數(shù)來確定(226)風力渦輪機操作命令(136)；以及 對所述風力渦輪機的操作應(yīng)用(22 所述風力渦輪機操作命令。
2.一種用于有利于風力渦輪機(10)的操作的方法，所述風力渦輪機包括系統(tǒng)控制器 (44)和上風向風力條件測量裝置(60)，所述方法包括將所述上風向風力條件測量裝置構(gòu)造成以便對所述系統(tǒng)控制器提供至少一個上游風 力條件測量值；以及將所述系統(tǒng)控制器構(gòu)造成以便 接收所述至少一個上游風力條件測量值；至少部分地基于所述上游風力條件測量值來確定(224)控制算法參數(shù)(130)，所述控 制算法參數(shù)(130)控制風力渦輪機響應(yīng)帶寬、風力渦輪機響應(yīng)速度和風力渦輪機控制誤差 范圍中的至少一個；至少部分地基于所述控制算法參數(shù)來確定(226)風力渦輪機操作命令(136)；以及 對所述風力渦輪機的操作應(yīng)用(22 所述風力渦輪機操作命令。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，構(gòu)造所述上風向風力條件測量裝置(60) 包括將所述上風向風力條件測量裝置構(gòu)造成以便對所述系統(tǒng)控制器G4)提供上風向風速 (120)、上風向的風向(122)和上風向風湍流強度(124)中的至少一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括將所述系統(tǒng)控制器 (44)構(gòu)造成以便至少部分地基于所述上風向風速(120)來確定功率設(shè)定點和轉(zhuǎn)子速度設(shè) 定點中的至少一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括將所述系統(tǒng)控制器 (44)構(gòu)造成以便基于所述至少一個上風向風力條件測量值來改變風力渦輪機響應(yīng)速度和 風力渦輪機響應(yīng)帶寬中的至少一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將所述系統(tǒng)控制器04)構(gòu)造成以便確定 (224)控制算法參數(shù)(130)包括將所述系統(tǒng)控制器構(gòu)造成以便確定控制算法增益、控制算 法增益組和控制器模型/矩陣中的至少一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將所述系統(tǒng)控制器04)構(gòu)造成以便確定 (226)風力渦輪機操作命令(136)包括以下中的至少一個確定有利于在葉片槳距控制目標的誤差范圍內(nèi)設(shè)定葉片槳距和葉片槳距變化曲線中 的至少一個的葉片變槳命令；以及確定有利于在發(fā)電機轉(zhuǎn)矩控制目標的誤差范圍內(nèi)設(shè)定發(fā)電機轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩變化曲線中的至少一個的發(fā)電機轉(zhuǎn)矩命令。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括將所述系統(tǒng)控制器 (44)構(gòu)造成以便基于所述至少一個上風向風力條件測量值來改變所述葉片槳距誤差范圍 和所述發(fā)電機轉(zhuǎn)矩誤差范圍中的至少一個。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制風力渦輪機的系統(tǒng)和方法。提供了一種用于風力渦輪機的風力渦輪機控制系統(tǒng)。該風力渦輪機控制系統(tǒng)包括定位在風力渦輪機的主體上或定位成緊鄰該主體的上風向風力條件測量裝置。上游風力條件測量裝置構(gòu)造成以便測量至少一個上風向風力條件。風力渦輪機控制系統(tǒng)還包括聯(lián)接到上風向風力條件測量裝置上的處理器。處理器構(gòu)造成以便接收上風向風力條件測量值；至少部分地基于上風向風力條件測量值來確定控制算法參數(shù)，控制算法參數(shù)控制風力渦輪機響應(yīng)帶寬、風力渦輪機響應(yīng)速度和風力渦輪機控制誤差范圍中的至少一個；至少部分地基于控制算法參數(shù)來確定風力渦輪機操作命令；以及對風力渦輪機的操作應(yīng)用風力渦輪機操作命令。
文檔編號F03D7/02GK102032109SQ201010508340
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者X·黃, 鄭大年 申請人:通用電氣公司