本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)的控制器和用于控制這種風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的槳距角的方法。

背景技術(shù)：

1、本領(lǐng)域中已知的風(fēng)力渦輪機(jī)包括支撐機(jī)艙和轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架，轉(zhuǎn)子具有安裝到其上的多個(gè)(通常是三個(gè))變槳可調(diào)的轉(zhuǎn)子葉片。風(fēng)力渦輪機(jī)的控制器構(gòu)造成一次共同地調(diào)節(jié)所有轉(zhuǎn)子葉片的槳距角和/或僅調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的轉(zhuǎn)子葉片的槳距角。通過使轉(zhuǎn)子葉片變槳成迎風(fēng)或者變槳成順風(fēng)，控制器控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。控制器可控制具有聯(lián)接到轉(zhuǎn)子葉片的液壓缸的液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)。控制可涉及打開和關(guān)閉比例閥，以使液壓缸中的活塞伸出或縮回。通過該活塞運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子葉片圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)，這導(dǎo)致其槳距角的調(diào)節(jié)。通常，控制器被調(diào)諧以優(yōu)化變槳控制過程的跟蹤性能，而不損害變槳位置穩(wěn)定性。

2、較大的變槳調(diào)節(jié)可導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片的變槳位置中的急動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這種較大的變槳修正可例如發(fā)生在從部分負(fù)載切換到全負(fù)載時(shí)或在使轉(zhuǎn)子葉片變槳以使轉(zhuǎn)子減速時(shí)(例如，連同停止風(fēng)力渦輪機(jī)的操作)。急動(dòng)運(yùn)動(dòng)也稱為“變槳錘擊(pitch?hammering)”。在一些風(fēng)力渦輪機(jī)中，提供機(jī)械阻尼器以避免這種變槳錘擊。可替代地，例如，如歐洲專利申請(qǐng)ep?3070?327?a1中所描述的，可以通過將阻尼信號(hào)添加到變槳控制信號(hào)來提供阻尼。阻尼信號(hào)基于槳距角加速度，其通過計(jì)算實(shí)際槳距角值的二次微分來獲得。

3、正是針對(duì)該背景技術(shù)來設(shè)置本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的槳距角的方法。風(fēng)力渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子葉片和液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)，液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)可操作地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子葉片。該方法包括以下步驟：

2、接收轉(zhuǎn)子葉片的當(dāng)前變槳信號(hào)θ，

3、接收指示用于轉(zhuǎn)子葉片的期望槳距角的變槳參考信號(hào)θref，

4、從液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)接收操作參數(shù)信號(hào)，

5、基于操作參數(shù)信號(hào)生成反饋信號(hào)，

6、使用增益調(diào)度器來提供可變反饋增益，

7、基于反饋信號(hào)和可變反饋增益生成阻尼信號(hào)，

8、基于當(dāng)前變槳信號(hào)θ與變槳參考信號(hào)θref之間的差并且基于阻尼信號(hào)來生成變槳控制命令，以及

9、將變槳控制命令發(fā)送到液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)。

10、發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，變槳錘擊可能是由液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)的突然變化以及在重新配置的液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生的液壓流體的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)引起的。由于這些突然變化，根據(jù)液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)的系統(tǒng)特性，可能在特定頻率下發(fā)生振蕩。根據(jù)本發(fā)明，來自液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)的操作參數(shù)信號(hào)用于產(chǎn)生反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)被回饋到變槳控制算法中。增益調(diào)度器用于確保在最佳跟蹤性能和變槳控制過程的穩(wěn)定性之間找到平衡。增益調(diào)度器確保僅在需要時(shí)并且在需要的程度上應(yīng)用阻尼。

11、根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，可變反饋增益取決于以下中的至少一個(gè)：

12、-當(dāng)前變槳信號(hào)θ，

13、-變槳參考信號(hào)θref，

14、-當(dāng)前變槳誤差ε，

15、-當(dāng)前變槳速率，

16、-液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)的變槳控制活塞的位置，

17、-變槳控制活塞的位置的變化率，

18、-風(fēng)速，

19、-轉(zhuǎn)子速度或發(fā)電機(jī)速度，以及

20、-風(fēng)力渦輪機(jī)的操作狀態(tài)。

21、例如，增益調(diào)度器可以被設(shè)計(jì)成使得當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片變槳成接近完全停止和/或接近全負(fù)載時(shí)，阻尼信號(hào)提供最強(qiáng)的阻尼效果，而在部分負(fù)載配置下不施加阻尼或施加最小的阻尼。替代地，當(dāng)變槳誤差增加時(shí)，即，在當(dāng)前變槳信號(hào)(θ)與變槳參考信號(hào)(θref)之間的差增加時(shí)，或當(dāng)施加快速槳距變化時(shí)，可以增加阻尼。例如，可以使用聯(lián)接到轉(zhuǎn)子葉片的線性或旋轉(zhuǎn)位置和/或加速度傳感器，或者使用監(jiān)測液壓致動(dòng)器中的位置或移動(dòng)以調(diào)節(jié)槳距角的傳感器來測量槳距值和槳距值變化。還可能存在某些操作范圍，其中比其它操作范圍需要更強(qiáng)的阻尼。例如，在比額定轉(zhuǎn)子速度更低的轉(zhuǎn)子速度下施加更強(qiáng)的阻尼可能是有益的。轉(zhuǎn)子速度可以用作操作狀態(tài)的指示器，并且對(duì)于具有較低旋轉(zhuǎn)速度的狀態(tài)，例如服務(wù)狀態(tài)或安全狀態(tài)，可能需要更強(qiáng)的阻尼。轉(zhuǎn)子速度可以用作轉(zhuǎn)子速度本身或用作發(fā)電機(jī)速度。在另一個(gè)實(shí)施例中，反饋增益可基于風(fēng)力渦輪機(jī)的操作狀態(tài)來設(shè)置。在該實(shí)施例中，對(duì)于給定的操作狀態(tài)，反饋增益可被設(shè)置為特定值，例如，對(duì)于阻尼信號(hào)未被啟用的操作狀態(tài)為零，并且對(duì)于阻尼信號(hào)被完全啟用的操作狀態(tài)為一。在增益調(diào)度基于更多的操作參數(shù)信號(hào)的實(shí)施例中，可以通過將來自所選操作參數(shù)信號(hào)的各個(gè)增益相乘來確定組合增益。以這種方式，如果另外使用基于另外的操作參數(shù)信號(hào)的增益調(diào)度，則基于給定操作狀態(tài)的增益調(diào)度的完全啟用仍然可以導(dǎo)致低于1的增益值。

22、優(yōu)選地，操作參數(shù)信號(hào)是來自液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)的壓力信號(hào)。壓力信號(hào)可以例如指示液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)的液壓致動(dòng)器的腔室中的壓力，或者液壓致動(dòng)器的兩個(gè)腔室之間的壓力差。這種壓力信號(hào)提供了在液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)中發(fā)生的振蕩和液壓擾動(dòng)的直接指示，因此是用于確定有效阻尼信號(hào)的非常合適的輸入信號(hào)。

23、在一些實(shí)施例中，反饋信號(hào)的生成可以包括將高通濾波器應(yīng)用于操作參數(shù)信號(hào)。高通濾波器可有助于確保僅阻尼液壓壓力的高頻波動(dòng)和轉(zhuǎn)子葉片變槳的振蕩，而槳距角的較低頻率調(diào)節(jié)保持不變。高通濾波器用作操作參數(shù)信號(hào)的動(dòng)態(tài)部分的觀測器，并且確保提供給增益調(diào)度器的反饋信號(hào)獨(dú)立于表示液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)的狀態(tài)的操作者參數(shù)信號(hào)的絕對(duì)值。替代地，代替高通濾波器，可以使用微分器和低通濾波器的組合、提供液壓壓力的時(shí)間導(dǎo)數(shù)的觀測器、或模仿高通濾波器的任何其它算法。

24、當(dāng)使用高通濾波器時(shí)，高通濾波器的拐角頻率可如同可變反饋增益一樣取決于以下中的至少一個(gè)：

25、-當(dāng)前變槳信號(hào)θ，

26、-變槳參考信號(hào)θref，

27、-當(dāng)前變槳誤差ε，

28、-當(dāng)前變槳速率，

29、-液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)的變槳控制活塞的位置，

30、-變槳控制活塞的位置的變化率，

31、-風(fēng)速，

32、-轉(zhuǎn)子速度或發(fā)電機(jī)速度，以及

33、-風(fēng)力渦輪機(jī)的操作狀態(tài)。

34、根據(jù)這種以及其它情況調(diào)諧高通濾波器的拐角頻率可有助于為轉(zhuǎn)子葉片和液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)中最普遍的振蕩頻率提供最佳阻尼性能。

35、在優(yōu)選實(shí)施例中，液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)中的比例閥根據(jù)變槳控制命令來控制。雖然這種比例閥的快速打開或關(guān)閉可能導(dǎo)致液壓壓力的振蕩和轉(zhuǎn)子葉片中的相應(yīng)機(jī)械振蕩，但是發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明提供的阻尼信號(hào)提供了抵消這種振蕩的有效措施。因此，使轉(zhuǎn)子葉片的槳距角的平滑且準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)成為可能。

36、生成變槳控制命令的步驟可以例如包括將當(dāng)前變槳信號(hào)θ與變槳參考信號(hào)θref之間的差饋送到變槳參考控制器，并且將阻尼信號(hào)添加到變槳參考控制器的輸出。變槳參考控制器優(yōu)選地使用一種形式的死區(qū)補(bǔ)償。通過將阻尼信號(hào)添加到變槳參考控制器的輸出，而不是直接添加到變槳誤差，確保了死區(qū)補(bǔ)償不會(huì)減小阻尼信號(hào)的預(yù)期效果。在實(shí)施例中，變槳參考控制器是比例(p)控制器、pi控制器或pid控制器。將變槳參考控制器實(shí)現(xiàn)為比例控制器可能是有益的，但是pi控制器或pid控制器可以用作比例控制器的替代。p控制器可有益于提供快速響應(yīng)。

37、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的控制器。風(fēng)力渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子葉片和液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)，液壓變槳致動(dòng)器系統(tǒng)可操作地聯(lián)接到控制器和轉(zhuǎn)子葉片，用于控制轉(zhuǎn)子葉片的槳距角。控制器被配置為執(zhí)行如上所述的方法。

38、根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種包括這種控制器的風(fēng)力渦輪機(jī)。