用以运行风力涡轮系统的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开的实施例设及风力满轮，并且更特别地，设及减少风力满轮中的塔架振荡。
【背景技术】
[0002] 作为可再生的能量生产源，风力满轮的重要性越来越高。在近代，风力满轮技术越 来越多地应用于大规模功率生产应用。风力满轮典型地包括塔架和可旋转地联接到两个或 更多个叶片上的转子。在不同的风状况下最大程度地增加能量输出，同时最大程度地减小 风力满轮负载是在利用风能时存在的挑战。
[0003] 塔架振荡或振动可对风力满轮引起相当大的负载，并且可能是由于各种干扰造成 的，诸如素流、大阵风和突然的阵风、减振（damping)效率低下，或者在不同风况之间的过 渡。塔架可沿着任何自由度振动。例如，塔架可沿前后方向振动（通常称为塔架点头）、沿左 右方向振动（通常称为塔架侧向摇头），或者沿着其纵向轴线振动（通常称为扭转振动）。
[0004] 塔架点头通常是由空气动力推力和旋转叶片引起的。每当转子叶片在塔架前面经 过时，撞击在塔架上的推力减小。运种连续的风变化易于对塔架引起振荡。此外，如果转子 速度使得转子叶片在每次塔架处于其极端位置（向前或向后）之一时经过塔架，则塔架振 荡可扩大。前后方向的振荡有时由于空气动力减振而"自动地"最大程度地减小，运依赖于 塔架的顶部沿前后方向恒定地振荡。当塔架的顶部逆风运动（或向前）时，转子推力增大。 运个转子推力增大会顺风将塔架推回。顺风又协助减弱塔架振荡。类似地，当塔架的顶部 顺风运动时，转子推力可减小。运个转子推力减小会逆风将塔架推回。逆风也协助减弱塔 架振荡。
[0005] 虽然空气动力减振在许多情况下协助减小振荡，但如果转子速度与塔架振荡同步 的话，塔架可W高速率振荡，导致机械应变，而且可能损害塔架。此外，运种同步可按塔架共 振频率扩大转子速度，从而潜在地损害发电机和/或连接到转子叶片上的传动系。即使当 空气动力减振协助减小振荡，减振也是仅在塔架振动和振荡已经发生之后才开始的反应性 技术。因此，依赖于此类减振的塔架必须足够强健，W承受住空气动力减振技术启用之前的 负载。为了降低能量成本，期望可利用不同类型的塔架和叶片。为了使得设计能够有灵活 性，必须预测和防止极端负载。
[0006] 因此，需要一种用于防止风力满轮中出现极端负载的高级方法和系统。
【发明内容】
[0007] 根据一个实施例，一种风力满轮系统包括塔架、多个叶片、由塔架支承且可旋转地 联接到多个叶片上的转子、控制单元，控制单元编程成预测塔架在一个或多个未来时间点 处的净能量，而且如果预测的净能量在设计极限内，则继续基线运行控制模型，W使风力满 轮系统正常运行，如果预测的净能量超过设计极限，则使用非线性塔架减振模型来产生塔 架减振命令，W控制风力满轮系统的塔架减振。
[0008] 根据另一个实施例，风力满轮系统包括塔架、多个叶片、由塔架支承且可旋转地联 接到多个叶片上的转子、控制单元，控制单元编程成预测塔架在一个或多个未来时间点处 的塔架-负载-力矩指示参数，而且如果预测的塔架-负载-力矩指示参数在设计极限内， 则继续基线运行控制模型，W使风力满轮系统正常运行，如果预测的塔架-负载-力矩指示 参数超过设计极限，则使用非线性塔架减振模型来产生塔架减振命令，W控制风力满轮系 统的塔架减振。
[0009] 根据本技术的又一个实施例，一种运行风力满轮的方法包括预测风力满轮塔架在 一个或多个未来时间点处的净能量，而且如果预测的净能量在设计极限内，则使用基线运 行控制模型来产生用W控制风力满轮系统的塔架减振的命令，如果预测的净能量超过设计 极限，则使用非线性塔架减振模型来产生塔架减振命令，W控制风力满轮系统的塔架负载。
[0010] 技术方案1. 一种风力满轮系统，包括： 塔架； 多个叶片； 转子，其由所述塔架支承，并且可旋转地联接到所述多个叶片上； 控制单元，其编程成进行下者： 预测所述塔架在一个或多个未来时间点处的净能量；W及 如果预测的净能量在设计极限内，则继续基线运行控制模型，W使所述风力满轮系统 正常运行； 如果所述预测的净能量超过所述设计极限，则使用非线性塔架减振模型来产生塔架减 振命令，W控制所述风力满轮系统的塔架减振。
[0011] 技术方案2.根据技术方案1所述的风力满轮系统，其特征在于，所述非线性塔架 减振模型构造成产生与所述塔架的塔架速度同相的塔架减振命令。
[0012] 技术方案3.根据技术方案2所述的风力满轮系统，其特征在于，所述塔架减振命 令包括所需奖距角变化，其满足所述风力满轮系统的变奖速率约束、变奖加速度约束或它 们两者。
[0013] 技术方案4.根据技术方案2所述的风力满轮系统，其特征在于，所述非线性塔架 减振模型构造成至少部分地基于非线性可变的减振系数、所述塔架的质量、所述塔架的运 动方向、空气动力敏感度和所述塔架的自然频率，来产生所述塔架减振命令。
[0014] 技术方案5.根据技术方案4所述的风力满轮系统，其特征在于，所述非线性塔架 减振模型构造成确定所述非线性可变的减振系数，所述非线性可变的减振系数为所述塔架 停止运动所剩的时间和能量减少因数的函数。
[0015] 技术方案6.根据技术方案5所述的风力满轮系统，其特征在于，所述非线性塔架 减振模型构造成基于查找表来确定所述非线性可变的减振系数，所述查找表将使所述塔架 停止运动所剩的时间和所述能量减少因数映射到所述非线性可变的减振系数。
[0016] 技术方案7.根据技术方案5所述的风力满轮系统，其特征在于，所述非线性塔架 减振模型构造成至少部分地基于平面相图来确定所述非线性可变的减振系数。
[0017] 技术方案8.根据技术方案6所述的风力满轮系统，其特征在于，所述非线性塔架 减振模型构造成通过解基于使所述塔架停止运动所剩的时间和所述能量减少因数的函数， 来确定所述非线性可变的减振系数。
[0018] 技术方案9.根据技术方案8所述的风力满轮系统，其特征在于，所述控制单元进 一步编程成通过解两点边界值优化问题来确定所述函数。
[0019] 技术方案10.根据技术方案1所述的风力满轮系统，其特征在于，所述控制单元 进一步编程成至少部分地基于预测的塔架晓度来预测所述净能量。
[0020] 技术方案11.根据技术方案9所述的风力满轮系统，其特征在于，所述控制单元 进一步编程成至少部分地基于当前塔架晓度、当前塔架速度和当前塔架加速度，来预测所 述塔架晓度。
[0021] 技术方案12.根据技术方案11所述的风力满轮系统，其特征在于，所述控制单元 编程成进一步至少基于塔架晓度、所述塔架速度和所述塔架的自然频率，来预测所述净能 量。
[0022] 技术方案13.根据技术方案1所述的风力满轮系统，其特征在于，所述设计极限 包括所述塔架在所述塔架的最大塔架晓度极限处的最大势能。
[0023] 技术方案14.根据技术方案1所述的风力满轮系统，其特征在于，塔架-负载-力 矩指示参数包括净势能、净动能或所述净势能和所述净动能的总和。
[0024] 技术方案15. -种风力满轮系统，包括： 塔架； 多个叶片； 转子，其由所述塔架支承，并且可旋转地联接到所述多个叶片上； 控制单元，其编程成进行下者： 预测所述塔架在一个或多个未来时间点处的塔架-负载-力矩指示参数；W及 如果预测的塔架-负载-力矩指示参数在设计极限内，则继续基线运行控制模型，W使 所述风力满轮系统正常运行； 如果所述预测的塔架-负载-力矩指示参数超过所述设计极限，则使用非线性塔架减 振模型来产生塔架减振命令，W控制所述风力满轮系统的塔架减振。
[0025] 技术方案16.根据技术方案15所述的风力满轮系统，其特征在于，所述塔架-负 载-力矩指示参数包括所述塔架的净能量、所述塔架的势能、所述塔架的动能、塔架晓度、 塔架点头力矩、塔架偏航力矩、塔架基部力矩或者它们的组合。
[0026] 技术方案17. -种运行风力满轮的方法，包括： 预测风力满轮塔架在一个或多个未来时间点处的净能量；W及 如果所述预测的净能量在设计极限内，则继续基线运行控制