(B)的矢量。在某些操作区中，且特别是接近额定功率（即，在推力趋 于较高的情况下），推力设置点74可在最大值或最大值清单下饱和，包括但不限于源于一 定风况或设计负载情况下的涡轮硬件构件上的最大负载的一个值或多个值。
[0064] 参看图8和11 (D)，在略高于额定的风速下，当转子叶片22开始向后变桨时，在一 些实施例中，显著存在来自桨距促动的在转子速度上更大影响。推力或速度的调节各不具 有对另一个的较大影响，因为桨距转矩范围中沿梯度方向仍存在较大差异。因此，在该区 中，有可能的是推力和速度二者可同时通过大多数类型的湍流来调节。然而，在一个实施例 中，控制器26可在该操作区或特定阵风之后的任何其他操作区中优先速度或推力，且此后 提供适合的控制。
[0065] 如图9和11 (E)中所示，当转子叶片22向后变桨时，愈加影响速度的桨距促动趋 势可继续，且桨距促动可支配推力和速度响应表面83, 85两者的斜率。因此，在一些实施例 中，推力和速度的偶然变化可能需要相对于彼此优先且由控制器26管理，这可取决于瞬时 操作点来允许速度的瞬变，以维持推力的良好控制，或反之亦然。
[0066] 在高或切出风速（例如20m/s)下，梯度对准仅发展至略微超过额定风速下的那些 或略高于额定的风速的那些。例如，如图10和Il(F)所示，仍存在推力与速度之间的一定 程度的分离。因此，在一定程度上，速度和推力可独立地调节；然而，存在比额定和低于风速 下的大的交叉效应。因此，控制器26可允许推力的变化，以便将速度保持在预定范围内，或 可接受速度的瞬时变化来维持推力稳定。
[0067] 现在参看图12,图11的图表更详细地示出且进一步包括根据本公开的桨距和转 矩促动92, 94的典型方向。例如，在点106处，即，在点线104的交点处，满足速度和推力两 者的控制要求。此外，线102代表给定操作区的促动（即，操作点的变化）的典型或支配方 向。更具体而言，在一个实施例中，线102可代表促动的最佳方向，只要其在风力涡轮10略 微偏离至操作点的任一侧时保持相似。如果各梯度方向上的响应阶跃在线性化的偏导数空 间内的平面表面上具有完全上和下的斜率定向，则理论上，垂直方向将为完全的交叉斜率。 因此，为了通过假定步骤将速度或推力调节至恒定，例如，lm/s，控制器26构造成遵循各表 面83, 85直到各单独地最佳（对于推力或速度而言）的响应阶跃水平。因此，控制器26可 在与响应阶跃的水平上（垂直于其方向的偏移）的任何点下获得的正确结果，但除响应阶 跃的方向之外的任何都将要求促动器更多来实现此种控制。因此，图5-10中的粗线和图 Il(A-F)中的矢量代表响应表面上的点，其对于单独的度量（例如，推力、速度）将在它们相 应的操作点下给予理想结果。此外，在图12(A-F)中虚线交叉处的点代表可同时控制速度 和推力两者的点。当单独的理想阶跃变得沿一个方向更紧密对准但在尺寸上保持不同时， 同时满足两个目标的控制促动可变得很大，且/或对于任一者而言与理想方向不对准。例 如，这是推力与速度调节目标之间的优先可在各种实施例中发生的情况，其中可施加约，以 留在促动器的实际极限和响应内。
[0068] 以此方式，控制器26可使以下可视化：两个控制目标对准，且在任何操作区中同 时控制推力和速度是否是现实的。此外，在各种实施例中，可要求控制器26确定和/或优 先是调节速度还是推力调节，例如，在两个梯度以不同幅度接近任何完全对准或它们对于 给定转子18在桨距转矩平面中接近完全相反方向的情况下。例如，如图12中所示，图表 (E)和（F)示出了以不同幅度接近完全方向对准的两个响应阶跃。如图所示，满足速度和推 力两者所需的阶跃趋于愈加离开推力或速度调节的理想阶跃的一侧或另一侧。在这些区域 中，控制器26构造成不断地控制风力涡轮10,以便优先速度或推力，且提供现实的促动需 求。换言之，控制器26构造成确定和/或计算阶跃的限制以便防止浪费控制努力。例如， 在一个实施例中，可使用与推力梯度和速度梯度之间的角度或一半角度成比例的边界，使 得总体响应约束在从每单位促动的期望效果的最佳比率的预定方向范围内。
[0069] 现在参看图13,示出了根据本公开的一个实施例的用于动态地控制风力涡轮10 的方法200的流程图。如提到的，操作点可从风力涡轮10的一个或更多个条件或状态确定， 包括但不限于桨距角90或功率输出84。在附加实施例中，操作点可包括以下操作参数中的 任一个，包括但不限于风速、桨距角、发电机速度、功率输出、转矩输出、末梢速度比、转子速 度、功率系数、转矩系数、推力、推力系数、叶片弯矩（包括平面外和翼面方向叶片弯矩）、轴 弯矩、塔架弯矩、速度响应等。
[0070] 如图所示，方法200包括基于推力设置点和速度设置点操作风力涡轮的第一步骤 202。另一个步骤204包括确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的实际速 度的期望变化。类似地，方法200还包括确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力 涡轮的实际推力的期望变化的步骤（步骤206)。在某些实施例中，确定实际速度和推力的 期望变化的步骤可包括获得实际推力或速度与期望推力或速度设置点之间的差异，和分别 过滤和/或平均差异。
[0071] 下一个步骤208包括确定至少一个参数设置点，其将实现实际速度的期望变化和 实际推力的期望变化，和推力和速度灵敏度。例如，在各种实施例中，例如，参数设置点包括 桨距设置点92和转矩设置点94。因此，方法200包括以下步骤210 :基于参数设置点控制 风力涡轮，以便将风力涡轮的实际推力和实际速度维持在推力设置点和速度设置点的一定 容限内，从而调节作用在风力涡轮上的负载。
[0072] 本书面描述使用实例来公开本文包含的主题，包括最佳模式，且还允许本领域的 普通技术人员实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，和执行任何合并的方法。本发 明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其他实例。如果这些其 他实例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果这些其他实例包括与权利 要求的书面语言无实质差异的等同结构元件，则这些其他实例将在权利要求的范围内。
【主权项】
1. 一种用于动态地控制风力涡轮的方法，所述方法包括： 基于推力设置点和速度设置点来操作所述风力涡轮； 通过处理器确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实际速度的 期望变化； 通过所述处理器确定响应于从所述瞬时操作点开始的控制促动的所述风力涡轮的实 际推力的期望变化； 通过所述处理器确定实现实际速度的所述期望变化和实际推力的所述期望变化的至 少一个参数设置点；和 基于所述参数设置点来控制所述风力涡轮，以便将所述风力涡轮的实际推力和实际速 度维持在所述推力设置点和所述速度设置点的一定容限内，从而调节作用在所述风力涡轮 上的负载。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述瞬时操作点包括以下中的至少一者： 风速、桨距角、发电机速度、功率输出、转矩输出、末梢速度比、转子速度、功率系数、转矩系 数、推力、推力系数、推力响应、叶片弯矩、轴弯矩、速度响应或塔架弯矩。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括基于所述瞬时操作点来调整所述 推力设置点或所述速度设置点中的至少一者。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在操作区中，当风速高于额定风速时，根 据过滤或未过滤的功率输出来调整所述推力设置点，其中，当所述风速低于所述额定风速 时，根据过滤或未过滤的桨距角来调整所述推力设置点，且其中，当所述风速处于或接近额 定风速时，基于所述风力涡轮的最大设计推力来调整所述推力设置点。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括基于实际功率与功率设置点之间 的差异来确定功率输出的期望变化，和基于实际桨距与最佳细桨距之间的差异来确定桨距 角的期望变化。6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括通过以下来确定实际速度的所述 期望变化： 确定所述风力涡轮的实际速度；和 确定所述速度设置点与所述实际速度之间的差异，其中，所述速度设置点和所述实际 速度两者反映发电机速度、转子速度或末梢速度比。7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括通过以下来确定实际推力的所述 期望变化： 确定所述风力涡轮的实际推力；和 确定所述推力设置点与所述实际推力之间的差异。8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，确定所述实际推力还包括利用以下的至 少一者：一个或更多个传感器、多个方程、一个或更多个空气动力性能映射，或一个或更多 个查找表。9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述参数设置点还包括利用多变量 控制。10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多变量控制包括成本函数、损失函 数或传递函数中的至少一者。
【专利摘要】本发明涉及用于风力涡轮的推力速度控制的系统和方法。具体而言，本主题涉及一种用于动态地控制风力涡轮的系统和方法。该方法包括基于推力设置点和速度设置点来操作风力涡轮。下一个步骤包括确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的实际速度的期望变化。该方法还包括确定响应于从瞬时操作点开始的控制促动的风力涡轮的推力的期望变化。接下来，该方法确定实现速度的期望变化和推力的期望变化的至少一个参数设置点，和基于参数设置点来控制风力涡轮，以便将风力涡轮的实际推力和实际速度维持在推力设置点和速度设置点的一定公差内，从而调节作用在风力涡轮上的负载，同时保持最佳或接近最佳的功率输出。
【IPC分类】F03D7/04
【公开号】CN104976056
【申请号】CN201510174073
【发明人】R.P.斯莱克, B.S.盖尔伯, T.F.珀利, B.A.莫夫西乔夫
【申请人】通用电气公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年4月14日
【公告号】CA2887089A1, EP2933477A1, US20150292483