用于控制风力涡轮机叶片桨距的自适应变桨参考速率的制作方法

专利检索2025-02-06  31


本发明涉及控制风力涡轮机的叶片桨距,特别是涉及根据确定的自适应变桨参考速率控制叶片桨距。本发明的各方面涉及方法、控制器和风力涡轮机。


背景技术:

1、在风力涡轮机中,使用液压变桨系统控制转子叶片的桨距角,以优化风能生产,以及确保风力涡轮机在存在相对较强的风力时不会承受极端负载。

2、液压变桨系统被用于响应于风力涡轮机附近的风力条件调整叶片桨距角。液压系统包括液压缸和可在液压缸中移动的变桨活塞。蓄能器与缸液压连接,以储存能量和吸收液压系统中的脉动。蓄能器中的压力由一个或多个液压泵提供。

3、叶片桨距根据风力涡轮机的控制器确定的桨距参考进行控制。特别是,可以基于风力测量值,将桨距参考确定为期望的叶片桨距(如在最大化能量捕获方面),液压系统基于该确定调整实际叶片桨距。

4、液压系统需要有足够的压力,才能根据确定的桨距参考控制叶片桨距。因此,在某些风力涡轮机运行模式下,液压系统可以按预先确定的恒定速率调整叶片桨距。也就是说,在某些控制操作中,液压系统根据预先确定的恒定变桨参考速率控制叶片桨距。该变桨参考速率通常在风力涡轮机的设计阶段就已预先确定,其设置水平旨在确保始终有足够的压力可用来控制叶片桨距。然而,预先确定的恒定变桨参考速率通常不同于风力涡轮机运行期间与液压系统的实际容量相对应的变桨参考速率。

5、在某些风力涡轮机运行模式中,需要对叶片桨距进行相对较大的改变;然而,进行这些改变的速率受到预先确定的恒定变桨参考速率的限制。如果风力涡轮机比需要的时间花费更长的时间才能达到期望的运行设置,就会导致能量捕获效率低下。

6、另一方面,在某些其他风力涡轮机运行模式下,液压泵可能不那么容易加压,例如,如果用于这样做的可用动力减少的话。在这种情况下,存在如下风险:根据预先确定的恒定变桨参考速率控制叶片桨距可能会耗尽液压系统中的压力水平,这可能会导致液压系统无法工作。这可能会导致风力涡轮机强制停机,进而可能会导致长时间丧失电力生成能力。

7、us2019/0078555描述了获取指示液压变桨系统中当前液压压力水平的测量值,用于控制风力涡轮机的叶片桨距。

8、本发明正是在这一背景下提出的。


技术实现思路

1、根据本公开的一个方面,提供了一种控制风力涡轮机的叶片桨距的方法。风力涡轮机包括多个转子叶片和用于调整每个转子叶片的桨距的液压变桨系统。该方法包括获取指示液压变桨系统中的可用液压压力的当前水平的测量值。该方法包括基于获取的测量值确定自适应变桨参考速率,该自适应变桨参考速率指示液压系统将调整转子叶片的桨距的速率。该方法包括根据确定的自适应变桨参考速率控制液压变桨系统调整转子叶片的桨距。

2、确定自适应变桨参考速率可以包括基于获取的液压压力测量值确定增益系数,还可以包括将确定的增益系数应用于预先确定的恒定变桨参考速率,以获取自适应变桨参考速率。

3、确定的增益系数可以与液压压力的当前水平成正比。

4、液压变桨系统可以包括多个液压泵。预先确定的恒定变桨参考速率可以与仅使用其中一个液压泵时可用的变桨参考速率相对应。

5、自适应变桨速率参考可以被确定为随测量的液压压力线性变化。

6、该方法可以在风力涡轮机以启动模式运行时实施,在该启动模式下,风力涡轮机的发电机速度将在风力涡轮机为其所连接的电网生产电力之前提高。

7、确定的增益系数可以大于或等于1。

8、确定的增益系数可以小于或等于最大增益系数,该最大增益系数指示允许应用于预先确定的恒定变桨参考速率的最大增益。

9、该方法可以在风力涡轮机暂停时实施,即在风力涡轮机从例如电力生产模式转变为停止风力涡轮机运行的模式时实施。可以使用液压系统的比例阀实施以这种方式暂停风力涡轮机。

10、该方法可以在风力涡轮机以电力节省模式(或空闲功率模式)运行时实施,在该电力节省模式下,相对于风力涡轮机的正常运行模式,风力涡轮机在电力消耗约束下运行。在电力节省模式下,风力涡轮机可以从风力涡轮机的电池或风力涡轮机所连接的电池中消耗电力。

11、确定的增益系数可以小于或等于1。

12、确定的增益系数可以大于或等于最小增益系数,该最小增益系数指示允许应用于预先确定的恒定变桨参考速率的最小增益。

13、在电力节省模式下,液压变桨系统的液压泵可以被启动,以在测量的液压压力降低到下阈值压力以下时增加液压变桨系统中的液压压力。只有当测量的液压压力增加到大于下阈值压力的变桨控制阈值压力以上时,才可以控制液压变桨系统调整转子叶片的桨距。可选地,当测量的液压压力增加到大于下阈值压力和变桨控制阈值压力的上阈值压力以上时,可以停用液压变桨系统,不再增加液压变桨系统中的液压压力。

14、液压变桨系统中的可用液压压力的当前水平可以与液压变桨系统的一个或多个蓄能器中的组合压力相对应。

15、根据本公开的另一方面,提供了一种非暂时性计算机可读存储介质,该非暂时性计算机可读存储介质上存储有指令,当所述指令被一个或多个处理器执行时,使得所述一个或多个处理器执行上述方法。

16、根据本公开的另一方面,提供了一种用于控制风力涡轮机的叶片桨距的控制器。风力涡轮机包括多个转子叶片和用于调整每个转子叶片的桨距的液压变桨系统。控制器被配置为接收来自至少一个液压压力传感器的数据,所述数据指示液压变桨系统中的可用液压压力的当前水平。控制器被配置为基于获取的测量值确定变桨速率参考,所述变桨速率参考指示液压系统将调整转子叶片的桨距的速率。控制器被配置为传输控制信号,所述控制信号被配置为根据确定的变桨速率参考控制液压变桨系统调整转子叶片的桨距。

17、根据本公开的另一方面,提供了一种风力涡轮机,所述风力涡轮机包括上述控制器。



技术特征:

1.一种控制风力涡轮机的叶片桨距的方法,所述风力涡轮机包括多个转子叶片和用于调整每个转子叶片的桨距的液压变桨系统,所述方法包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其中,确定所述自适应变桨参考速率包括基于获取的测量值确定增益系数,并将确定的增益系数应用于预先确定的恒定变桨参考速率,以获取所述自适应变桨参考速率。

3.根据权利要求2所述的方法,其中,确定的增益系数与液压压力的当前水平成正比。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法,其中,所述液压变桨系统包括多个液压泵,并且其中,所述预先确定的恒定变桨参考速率与仅使用所述液压泵中的一个时可达到的变桨参考速率相对应。

5.根据任一项前述权利要求所述的方法,其中,所述自适应变桨速率参考被确定为随测量的液压压力线性变化。

6.根据任一项前述权利要求所述的方法,其中,所述方法在所述风力涡轮机以启动模式运行时实施,在所述启动模式下,所述风力涡轮机的发电机速度将在所述风力涡轮机向所述风力涡轮机连接的电网生产电力之前提高。

7.根据从属于权利要求2的权利要求6所述的方法,其中,确定的增益系数大于或等于1。

8.根据权利要求7所述的方法,其中,确定的增益系数小于或等于最大增益系数,所述最大增益系数指示允许应用于所述预先确定的恒定变桨参考速率的最大增益。

9.根据任一项前述权利要求所述的方法,其中,所述方法在所述风力涡轮机以电力节省模式运行时实施,在所述电力节省模式下,相对于所述风力涡轮机的正常运行模式,所述风力涡轮机在电力消耗约束下运行。

10.根据从属于权利要求2的权利要求9所述的方法,其中,确定的增益系数小于或等于1。

11.根据权利要求10所述的方法,其中,确定的增益系数大于或等于最小增益系数,所述最小增益系数指示允许应用于所述预先确定的恒定变桨参考速率的最小增益。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法,其中,在所述电力节省模式下,当测量的液压压力降低到下阈值压力以下时,启动所述液压变桨系统的液压泵以增加所述液压变桨系统中的液压压力,并且其中,只有当测量的液压压力增加到大于所述下阈值压力的变桨控制阈值压力以上时,才控制所述液压变桨系统调整所述转子叶片的变桨;可选地其中,当测量的液压压力增加到大于所述下阈值压力的上阈值压力以上时,停用所述液压变桨系统,不再增加所述液压变桨系统中的液压压力。

13.根据任一项前述权利要求所述的方法,其中,所述液压变桨系统中的可用液压压力的当前水平与所述液压变桨系统的一个或多个蓄能器中的组合压力相对应。

14.一种用于控制风力涡轮机的叶片桨距的控制器,所述风力涡轮机包括多个转子叶片和用于调整每个转子叶片的桨距的液压变桨系统,所述控制器被配置为:

15.一种风力涡轮机,所述风力涡轮机包括根据权利要求14所述的控制器。


技术总结
本公开涉及控制风力涡轮机的叶片桨距,该风力涡轮机具有多个转子叶片和用于调整每个转子叶片的桨距的液压变桨系统。本公开描述了一种方法,该方法包括获取指示液压变桨系统中的可用液压压力的当前水平的测量值,以及基于获取的测量值确定指示液压系统将调整转子叶片的桨距的速率的自适应变桨参考速率。该方法包括根据确定的自适应变桨参考速率控制液压变桨系统调整转子叶片的桨距。

技术研发人员:S·埃斯泰勒斯马丁内斯,F·卡波内蒂,K·辛克
受保护的技术使用者:维斯塔斯风力系统集团公司
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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