【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及风力涡轮机的控制，其中在控制信号上设置扭矩限制。
技术介绍
1、现代风力涡轮机受到持续控制和调节，目的是在当前风力和天气条件下从风中提取能量，同时确保风力涡轮机不同部件上的负载始终保持在可接受的限度内，并遵守任何外部设置的操作约束。为了实现这一点，风力涡轮机中的控制器会收集和监控许多参数，例如当前风速和风向、转子的旋转速度、每个叶片的桨距角、偏航角、电网系统信息以及来自如在叶片、机舱或塔架上放置的传感器的测量参数(如应力或振动)。
2、在此基础上，按照一些控制策略，确定涡轮机的控制信号，以按照给定的条件和指令操作。
3、风力涡轮机传统上是根据标准并根据风力图建造和控制的，并考虑了最大化风力涡轮机的年发电量，同时确保涡轮机一定的使用寿命(即始终并且随着时间的推移将风力涡轮机不同部件上的负载保持在可接受的限度内)之间的权衡。
4、由于风力变化的特性，风力涡轮机的传动系统承受着变化的负载，这导致传动系统的部件承受疲劳和极端负载。一般来说，可以通过设计涡轮机以承受风力涡轮机使用寿命内的预期负载循环来处理疲劳暴露，并且可以设置操作限制来处理极端负载。
5、本专利技术正是在这样的背景下设计出来的。
技术实现思路
1、实现一种处理风力涡轮机的负载变化的改进方式，特别是一种处理由传动系统的扭矩变化所施加的负载的改进方式将是有利的。
2、因此，在第一方面，提供了一种控制风力涡轮机的方法，其步骤如下；
3、确定用于控
4、确定风力涡轮机的转子的当前扭矩值，并将当前扭矩值与扭矩上限值进行比较，如果当前扭矩值大于扭矩上限值，则修改控制信号，使得所产生的转子的扭矩值减小，当前扭矩值包括在包含先前扭矩值和当前扭矩值的扭矩信号中；
5、其中，扭矩上限值基于包含先前下包络值和当前下包络值的下包络信号，如果当前扭矩值低于或等于前一个下包络值，则下包络信号跟随当前扭矩值，并且如果当前扭矩值高于前一个下包络值，则下包络信号被设置为上升信号，并且其中，扭矩上限被设置为比下包络信号高出第一量。
6、在该方法中，所产生的扭矩限制以遵循当前扭矩值的方式动态设置。由于风力的变化性质，转子的扭矩将发生很大变化。较小的变化循环通常可以通过适当设计传动系统和调整控制器来处理，而较大的变化循环通常不太频繁且难以处理。建造能够在涡轮机使用寿命内承受较大负载循环的风力涡轮机可能需要大型昂贵的部件和保守的扭矩限制来约束风力涡轮机的操作，这可能会有显著降低发电量的风险。
7、通过将扭矩上限值设置为遵循跟随当前扭矩的较低水平的包络信号，可以设置一个折衷方案，一方面限制变化的绝对水平，从而保持峰值负载较低，并将传动系统保持在极端负载的安全距离内，但另一方面允许较大的扭矩上限，因为该扭矩上限遵循扭矩信号的总体趋势。较大的扭矩上限确保了涡轮机的发电量不会不必要地减小。
8、另一个优点是，传动系统的特定部件(如齿轮箱和轴承)可能不需要针对特定的风力涡轮机变体和设计气候进行保守设计。扭矩上限的特定水平(即，它被设置为比下包络信号高出的特定量)为使用具有较低水平的扭矩限制的超大尺寸部件和具有较高水平的扭矩限制的超小尺寸部件提供了空间，从而在不违反疲劳限制和极限负载限制的情况下，在风力涡轮机变体和设计气候方面引入了给定部件的更广泛使用领域。
9、在一个实施例中，除了设置扭矩上限之外，还设置扭矩下限。在本实施例中，进一步的步骤如下：
10、将当前扭矩值与扭矩下限值进行比较，如果当前扭矩值小于扭矩下限值，则修改控制信号，使得所产生的转子的扭矩值增加；
11、其中，扭矩下限值基于包含先前上包络值和当前上包络值的上包络信号，如果当前扭矩值高于或等于前一个上包络值，则上包络信号跟随当前扭矩值，并且如果当前扭矩值小于前一个上包络值，则上包络信号被设置为下降信号，并且其中，扭矩下限被设置为比下包络信号小第二量。
12、以此方式控制风力涡轮机，使得如果当前扭矩值小于扭矩下限值则也修改控制信号，从而导致扭矩变化被限制在动态包络带内。
13、以动态遵循由先前扭矩值定义的限制带的扭矩限制来操作风力涡轮机可能特别有利于基于优化控制的风力控制器，因为考虑了可以将扭矩上限和扭矩下限设置为约束的约束。这种控制器例如可以是模型预测控制器(mpc)。对于经典反馈控制器，施加动态扭矩限制带也可能是有利的，因为它确保了扭矩变化在向上和向下方向上都保持在限制范围内，从而减少施加负载循环的疲劳变化。
14、上升信号和/或下降信号优选地设置为遵循平滑趋势的稳定增大或稳定减小信号。信号通常是数字信号并且是具有给定采样频率的离散信号。上升信号可以是当前信号值大于前一信号值的信号，而下降信号可以是当前信号值小于前一信号值的信号。上升信号可以是平滑的上升信号和/或下降信号可以是平滑的下降信号。可以通过将平滑函数应用于先前信号值来获得平滑的上升信号和/或平滑的下降信号。
15、在实施例中，第一量和/或第二量基于风力涡轮机的标称扭矩值设置。通常，第一量和/或第二量被设置为与标称扭矩成比例，范围在标称扭矩的5％至50％之间，诸如在标称扭矩的10％和25％之间。第一量或第二量的一般水平可以设置为在风力涡轮机变体之间变化，这取决于特定涡轮机变体的部件以及取决于涡轮机变体的设计气候。第一量和/或第二量的实际值将取决于瞬时扭矩，但底层计算设置通常在离线过程中确定，如在调整或评估过程中确定。在第一量和/或第二量基于偏移量和/或增益的实施例中，偏移量和/或增益的大小可以在调整过程中离线确定。通常，第一偏移量和/或第二偏移量被设置为与标称扭矩成比例，范围在标称扭矩的5％至50％之间，诸如在标称扭矩的10％和25％之间。增益可以设置为在1和1.5之间，诸如在1.1和1.25之间。在实施例中，如果增益与偏移量组合设置，则增益可以被设置为低于1，使得所产生的扭矩限制被设置为高于扭矩信号。
16、根据第二方面，本专利技术提供了一种用于控制风力涡轮机的控制器；该控制器包括：
17、控制单元，其被布置用于确定用于控制风力涡轮机的控制信号；
18、扭矩限制单元，其被布置用于确定风力涡轮机的转子的当前扭矩值，并将当前扭矩值与扭矩上限值进行比较，如果当前扭矩值大于扭矩上限值，则指示控制单元修改控制信号，使得所产生的转子的扭矩值减小，当前扭矩值包括在包含先前扭矩值和当前扭矩值的扭矩信号中；
19、扭矩评估单元，其被布置用于确定包含先前下包络值和当前下包络值的下包络信号，其中，扭矩上限值基于下包络信号，如果当前扭矩值低于或等于前一个下包络值，则下包络信号跟随当前扭矩值，如果当前扭矩值高于前一个下包络值，则下包络信号被设置为上升信号，并且其中，扭矩上限被设置为比下包络信号高出第一量。
20、因此，根据本专利技术第二方面的控制器适于执行根据本专利技术第一方面的方法，并且上述论述因此同样适用于此。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种控制风力涡轮机的方法；
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述当前扭矩值基于发电机速度和输出功率的测量值或者基于转子轴的直接扭矩测量值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述当前扭矩值基于扭矩估计器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述当前下包络值或当前上包络被设置为多个先前扭矩值的低通滤波值。
6.根据权利要求1和5所述的方法，其中，所述当前下包络值被设置为多个先前扭矩值的滤波值，并且其中所述上升信号被实现为非对称滤波器，其中如果所述当前扭矩值低于或等于前一个下包络值，则不应用滤波动作，并且如果所述当前扭矩值高于前一个下包络值，则应用滤波动作。
7.根据权利要求4和5所述的方法，其中，所述当前较高包络值被设置为多个先前扭矩值的滤波值，并且其中所述下降信号被实现为非对称滤波器，其中如果所述当前扭矩值高于或等于先前较高包络值，则不应用滤波动作，并且如果所述当前扭矩值小于先前较高包络值，则应用滤波动作。
8.根据前
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一量和/或所述第二量基于所述风力涡轮机的标称扭矩值来设置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述扭矩上限是通过将第一偏移量添加到所述下包络信号和/或将所述下包络信号与第一增益相乘来设置的，和/或其中，所述扭矩下限是通过将较高包络信号减去第二偏移量和/或将所述上包络信号与第二增益相乘来设置的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述扭矩上限和/或所述扭矩下限包括考虑了所述风力涡轮机的当前操作状态或所述风力涡轮机随时间变化而经历的操作的函数表达式。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述扭矩下限被设置为所述扭矩下限、最小允许扭矩值和/或较高扭矩限制乘以第三增益中的最小值。
13.一种用于控制风力涡轮机的控制器，所述控制器包括：
14.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括塔架、可旋转地安装在所述塔架上的机舱、以及经由轮毂可旋转地安装在所述机舱上的一个或多个可调桨距的风力涡轮机叶片、以及根据权利要求13所述的控制器。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种控制风力涡轮机的方法；
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述当前扭矩值基于发电机速度和输出功率的测量值或者基于转子轴的直接扭矩测量值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述当前扭矩值基于扭矩估计器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述当前下包络值或当前上包络被设置为多个先前扭矩值的低通滤波值。
6.根据权利要求1和5所述的方法，其中，所述当前下包络值被设置为多个先前扭矩值的滤波值，并且其中所述上升信号被实现为非对称滤波器，其中如果所述当前扭矩值低于或等于前一个下包络值，则不应用滤波动作，并且如果所述当前扭矩值高于前一个下包络值，则应用滤波动作。
7.根据权利要求4和5所述的方法，其中，所述当前较高包络值被设置为多个先前扭矩值的滤波值，并且其中所述下降信号被实现为非对称滤波器，其中如果所述当前扭矩值高于或等于先前较高包络值，则不应用滤波动作，并且如果所述当前扭矩值小于先前较高包络值，则应用滤波动作。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过改变转子速度设...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·施温森，S·西尼斯卡尔基明娜，T·G·霍夫高，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：
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