CN114562413A - 变桨控制方法及其装置和塔架阻尼器 - Google Patents

变桨控制方法及其装置和塔架阻尼器 Download PDF

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CN114562413A CN202011363019.4A CN202011363019A CN114562413A CN 114562413 A CN114562413 A CN 114562413A CN 202011363019 A CN202011363019 A CN 202011363019A CN 114562413 A CN114562413 A CN 114562413A
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Xinjiang Goldwind Science and Technology Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本公开提供一种变桨控制方法及其装置和塔架阻尼器。所述变桨控制方法可包括以下步骤：获得塔顶加速度信号和塔顶速度信号；利用所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号来得到变桨控制分量；基于所述变桨控制分量来执行变桨操作。通过本公开可有效地减少塔架载荷。

Description

变桨控制方法及其装置和塔架阻尼器
技术领域
本公开涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种变桨控制方法及其装置和塔架阻尼器。
背景技术
风力发电机组是将风能转换成电能的设备。在风力发电机组的控制中，变桨控制是其中重要环节。一般地，可利用集中变桨来执行正常的转速控制，相应地，可根据基于转速的集中变桨参考信号来执行变桨操作。然而，由于风力发电机组所处外部环境复杂，在风力发电机组运行期间也可能发生诸如桨矩位置偏移、塔架震荡等现象，因此会出现破坏载荷的情况，而当前的桨矩控制方案不能满足降低塔架载荷的要求。
发明内容
本公开提供一种变桨控制方法及其装置和塔架阻尼器，以至少解决减小塔架载荷的问题。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种风力发电机组的变桨控制方法，所述变桨控制方法可包括以下步骤：获得塔顶加速度信号和塔顶速度信号；利用所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号来得到变桨控制分量；以及基于所述变桨控制分量来执行变桨操作。
可选地，获得塔顶加速度信号和塔顶速度信号的步骤可包括：获取测量的塔顶加速度和估计的推力；利用状态空间观测器基于测量的塔顶加速度和估计的推力来得到所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号。
可选地，所述状态空间观测器可以是龙贝格观测器或者卡尔曼滤波器。
可选地，利用所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号来得到变桨控制分量的步骤可包括：确定针对所述变桨控制分量的增益值；通过对所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号应用所述增益值来计算所述变桨控制分量。
可选地，确定针对所述变桨控制分量的增益值的步骤可包括：基于风速、湍流强度和环境温度中的至少一个来确定所述增益值。
可选地，所述增益值可以是利用预先定义的函数基于风速计算的，其中，所述预先定义的函数是基于查找表定义的。
可选地，利用所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号来得到变桨控制分量的步骤可包括：基于针对所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号的调节参数和塔架第一固有频率来获得第一系数；基于所述调节参数来获得第二系数；通过对所述塔顶加速度信号乘以第一系数的值与所述塔顶速度信号乘以第二系数的值应用所述增益值来计算所述变桨控制分量。
可选地，基于所述变桨控制分量来执行变桨操作的步骤可包括：根据转速信号来确定集中变桨参考信号；使用所述集中变桨参考信号加上所述变桨控制分量的和作为最终变桨参考信号来执行变桨操作。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种风力发电机组的变桨控制装置，所述变桨控制装置可包括：数据获取模块，被配置为获得塔顶加速度信号和塔顶速度信号；以及数据处理模块，被配置为：利用所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号来得到变桨控制分量；基于所述变桨控制分量来执行变桨操作。
可选地，数据获取模块可被配置为：获取测量的塔顶加速度和估计的推力；利用状态空间观测器基于测量的塔顶加速度和估计的推力来得到所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号。
可选地，所述状态空间观测器可以是龙贝格观测器或者卡尔曼滤波器。
可选地，数据处理模块可被配置为：确定针对所述变桨控制分量的增益值；通过对所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号应用所述增益值来计算所述变桨控制分量。
可选地，数据处理模块可被配置为：基于风速、湍流强度和环境温度中的至少一个来确定所述增益值。
可选地，数据处理模块可被配置为：利用预先定义的函数基于风速计算所述增益值，其中，所述预先定义的函数是基于查找表定义的。
可选地，数据处理模块可被配置为：基于针对所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号的调节参数和塔架第一固有频率来获得第一系数；基于所述调节参数来获得第二系数；通过对所述塔顶加速度信号乘以第一系数的值与所述塔顶速度信号乘以第二系数的值应用所述增益值来计算所述变桨控制分量。
可选地，数据处理模块可被配置为：根据转速信号来确定集中变桨参考信号；使用所述集中变桨参考信号加上所述变桨控制分量的和作为最终变桨参考信号来执行变桨操作。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种塔架阻尼器，所述塔架阻尼器可包括：塔架估计器，被配置为：获得塔顶加速度信号和塔顶速度信号；并且利用所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号来得到变桨控制分量。
可选地，塔架估计器可被配置为：获取测量的塔顶加速度和估计的推力，并且利用状态空间观测器基于测量的塔顶加速度和估计的推力来计算所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号。
可选地，所述状态空间观测器可以是龙贝格观测器或者卡尔曼滤波器。
可选地，所述塔架阻尼器可包括增益器。增益器可被配置为基于风速、湍流强度和环境温度中的至少一个来确定针对所述变桨控制分量的增益值。
可选地，增益器可被配置为利用预先定义的函数基于风速来计算所述增益值，其中，所述预先定义的函数是基于查找表定义的。
可选地，塔架估计器可被配置为：通过对所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号应用所述增益值来获得所述变桨控制分量。
可选地，塔架估计器可被配置为：基于针对所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号的调节参数和塔架第一固有频率来获得第一系数；基于所述调节参数来获得第二系数；通过对所述塔顶加速度信号乘以第一系数的值与所述塔顶速度信号乘以第二系数的值应用所述增益值来计算所述变桨控制分量。
根据本公开实施例的第四方面，提供一种电子设备，所述电子设备可包括：至少一个处理器；至少一个存储计算机可执行指令的存储器，其中，所述计算机可执行指令在被所述至少一个处理器运行时，促使所述至少一个处理器执行如上所述的变桨控制方法。
根据本公开实施例的第五方面，提供一种存储指令的计算机可读存储介质，当所述指令被至少一个处理器运行时，促使所述至少一个处理器执行如上所述的变桨控制方法。
本公开的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
通过将塔顶风速以及外界因素(诸如环境变量)考虑到变桨控制中，以更加有效地减少塔架载荷。此外，可根据风速或其他环境变量对塔架阻尼器增益进行增益调度，可实现针对变桨***或轴承寿命使用以及AEP降低等目标的负载均衡减少。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理，并不构成对本公开的不当限定。
图1是根据本公开实施例的变桨控制方法的流程图；
图2是根据本公开实施例的执行变桨控制的示意图；
图3是根据本公开实施例的塔架阻尼器的框图；
图4是根据本公开实施例的用于获得变桨控制分量的方法的流程图；
图5是根据本公开实施例的用于获得变桨控制分量的示意图；
图6是根据本公开实施例的变桨控制装置的框图；
图7是根据本公开实施例的电子设备的框图。
在整个附图中，应注意，相同的参考标号用于表示相同或相似的元件、特征和结构。
具体实施方式
提供参照附图的以下描述以帮助对由权利要求及其等同物限定的本公开的实施例的全面理解。包括各种特定细节以帮助理解，但这些细节仅被视为是示例性的。因此，本领域的普通技术人员将认识到在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可对描述于此的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简洁，省略对公知的功能和结构的描述。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在此需要说明的是，在本公开中出现的“若干项之中的至少一项”均表示包含“该若干项中的任意一项”、“该若干项中的任意多项的组合”、“该若干项的全体”这三类并列的情况。例如“包括A和B之中的至少一个”即包括如下三种并列的情况：(1)包括A；(2)包括B；(3)包括A和B。又例如“执行步骤一和步骤二之中的至少一个”，即表示如下三种并列的情况：(1)执行步骤一；(2)执行步骤二；(3)执行步骤一和步骤二。
在相关技术中，可使用集中变桨来执行正常的转速控制，相应地，可根据基于转速的集中变桨参考信号来执行变桨操作。然而，由于风力发电机组所处外部环境复杂，在风力发电机组运行期间也可能发生诸如塔架震荡等现象，因此会出现破坏载荷的情况，而当前的桨矩控制方案也不能满足降低载荷的要求。
根据本公开的实施例，在使用集中变桨的转速控制的基础上，考虑到塔顶风速控制，将基于转速的变桨信号与基于塔顶风速的变桨信号相结合来执行变桨操作，从而有效地减小塔架载荷，尤其是塔架纵向载荷。
在下文中，根据本公开的各种实施例，将参照附图对本公开的方法、装置以及***进行详细描述。
图1是根据本公开实施例的变桨控制方法的流程图。图1所示的变桨控制方法可由风力发电机组的主控控制器或者变桨控制器执行或者由独立于主控控制器和变桨控制器的另外的设备(例如，将在下面阐述的变桨控制装置)执行。
参照图1，在步骤S101，获得塔顶加速度信号和塔顶速度信号。可利用加速度传感器来测量塔顶加速度信号。这里，塔顶加速度信号可以是塔顶纵向加速度。
在本公开中，可利用测量的塔顶加速度和估计的推力来估计塔顶速度信号。这里，由于推力在实际中不能被测量，所以可基于叶片载荷传感器测量值和用于描述叶片载荷与推力之间的关系的数学模型来获得推力，即估计的推力。
作为示例，可利用状态空间观测器基于测量的塔顶加速度和估计的推力来得到塔顶速度信号。这里，状态空间观测器可以是龙贝格观测器或者卡尔曼滤波器。可将反馈到塔架估计器中的测量的塔顶加速度通过带通滤波器在观测器中包括的塔架频率附近进行滤波。
可选地，可利用测量的塔顶加速度和估计的推力来估计塔顶速度信号和塔顶加速度信号。例如，可利用状态空间观测器基于测量的塔顶加速度和估计的推力来得到塔顶速度信号和塔顶加速度信号。这里，状态空间观测器可以是龙贝格观测器或者卡尔曼滤波器。
例如，可利用如下等式(1)的状态空间观测器来获得塔顶速度信号和塔顶加速度信号：
Figure BDA0002804547900000061
Figure BDA0002804547900000062
其中，x[n]为当前状态矢量，x[n+1]为下一状态矢量，A,B,C,D为塔架的状态空间模型，L为空间状态观测器增益，
Figure BDA0002804547900000063
为估计的推力，afa[n]为测量的塔顶加速度，
Figure BDA0002804547900000064
为估计的塔顶加速度信号，
Figure BDA0002804547900000065
为估计的塔顶速度信号。
这里，可通过多种模式形状来建立塔架模型，不同的模式形状描述了塔架在不同频率下的不同自然运动。其中，第一模式形状的塔架频率为最低值，并且它主要使塔架纵向移动并随着塔架的上升而位移增加。因此，在减少塔架纵向载荷的情况下，A,B,C,D可以是至少基于塔架的第一模式形状的状态空间模型。
这里，L可基于塔架模型和调整目标被计算出，或者L可基于龙贝格原理或卡尔曼滤波器估计器而获得。
可选地，可利用加速度传感器来测量塔顶加速度信号，并且可利用风速传感器来测量塔顶风速信号。
因此，可利用测量的塔顶加速度信号和估计的塔顶速度信号作为后续使用的参数，或者可使用估计的塔顶加速度信号和估计的塔顶速度信号作为后续使用的参数，或者可使用测量的塔顶加速度信号和测量的塔顶速度信号作为后续使用的参数。然而，上述示例仅是示例行的，本公开不限于此。
在步骤S102，利用获得的塔顶加速度信号和塔顶速度信号来得到变桨控制分量。具体地，可首先确定针对变桨控制分量的增益值，然后通过对塔顶加速度信号和塔顶速度信号应用增益值来计算变桨控制分量。
在本公开中，设置针对变桨控制分量的增益的原因在于考虑到外界因素(诸如风速、湍流强度和环境温度)对塔架载荷的影响。因此，可基于风速、湍流强度和环境温度中的至少一个来确定针对变桨控制分量的增益值。这里，风速可以是测量的风速，也可以是滤波后的风速。
作为示例，可利用预先定义的函数基于风速来计算针对变桨控制分量的增益值。例如，可利用如下等式(2)来计算针对变桨控制分量的增益值：
kTD[n]＝f(vw[n]) (2)
这里，预先定义的函数可以是基于查找表定义的。例如，使用如下形式的查找表来表示用于计算增益值的函数：
I1 I2 I3 I4 I5
O1 O2 O3 O4 O5
其中，I1、I2、I3、I4和I5为各个风速点，O1、O2、O3、O4和O5为分别与各个风速点对应的增益值。查找表可基于实际需求以及经验而不同地设置。
基于风速的增益值可以是与I值相应的O值的线性组合。例如，当风速vw[n]位于I1和I2之间时，kTD[n]可以为函数值：
(1-(vw[n]-In1))/(In2-In1)*O1+(1-(In2-vw[n]))/(In2-In1)*O2。然而，上述示例仅是示例性的，本公开不限于此。
此外，对于湍流强度和环境温度等其他外界因素，可使用上述类似的方式来计算针对变桨控制分量的增益值。
通过提供基于风速、湍流强度或环境温度的增益值，可在保持变桨动作或保持年发电量AEP损失的同时更好地减少塔架载荷。
在获得针对变桨控制分量的增益值之后，可通过对塔顶加速度信号和塔顶速度信号应用增益值来计算变桨控制分量。具体地，基于针对塔顶加速度信号和塔顶速度信号的调节参数和塔架第一固有频率来获得第一系数，基于调节参数来获得第二系数，通过对塔顶加速度信号乘以第一系数的值与塔顶速度信号乘以第二系数的值应用增益值来计算变桨控制分量。
作为示例，可利用如下等式(3)来计算变桨控制分量：
Figure BDA0002804547900000071
其中，βfa[n]为变桨控制分量，kTD[n]为增益，TDphase为用于权衡塔顶加速度信号和塔顶速度信号的调节参数，ωtow为第一塔架频率，
Figure BDA0002804547900000072
为塔顶加速度信号，
Figure BDA0002804547900000081
为塔顶速度信号。
然而，上述示例仅是示例性的，本公开可基于塔顶速度信号来计算相应的变桨控制分量。
在步骤S103，基于得到的变桨控制分量来执行变桨操作。具体地，可根据转速信号来确定集中变桨参考信号，然后使用集中变桨参考信号加上变桨控制分量的和作为最终变桨参考信号来执行变桨操作。
根据本公开的实施例，可通过读取测量的塔顶加速度信号，估计推力以及有效的风速，计算塔阻尼器增益和塔顶速度和塔顶加速度，然后计算基于塔架阻尼器的变桨控制分量，结合变桨控制器信号来获得最终的变桨参考信号。
根据本公开的实施例，将塔顶风速以及外界因素(诸如环境变量)考虑到变桨控制中，以平衡塔架负载以及设备运行成本。
图2是根据本公开实施例的执行变桨控制的示意图。对于变桨控制分量的获得可由塔架阻尼器完成。因此，可将塔架阻尼器与转速控制器相结合来实现本公开的变桨控制。
参照图2，转速控制器可基于当前转速ω[n]输出相应的集中变桨参考信号βrs[n]。
根据本公开的塔架阻尼器可基于状态空间观测器来获得变桨控制分量βfa[n]。具体地，塔架阻尼器可基于风速vw[n]、测量的塔顶加速度afa[n]以及估计的推力
Figure BDA0002804547900000082
来计算变桨控制分量βfa[n]。下面将参照图3来详细地描述塔架阻尼器的结构以及如何获得变桨控制分量。
例如，主控控制器可使用集中变桨参考信号βrs[n]加上变桨控制分量βfa[n]的和作为最终变桨参考信号β[n]并将最终变桨参考信号发送给变桨控制器，使得变桨控制器按照最终变桨参考控制信号执行变桨操作。
图3是根据本公开实施例的塔架阻尼器的框图。
在相关技术中，由于塔顶速度难以获得，所以一般使用测量的塔顶加速度信号作为反馈来减少塔架载荷。本公开的塔架阻尼器可以是使用塔顶速度信号的基于变桨的塔架阻尼器。该塔架阻尼器可减少塔架纵向载荷，尤其是塔底纵向载荷。
参照图3，塔架阻尼器300可包括增益器301和塔架估计器302。然而，塔架阻尼器300中的每个模块可以由一个或多个模块来实现，并且对应模块的名称可根据模块的类型而变化。在各种实施例中，可以省略塔架阻尼器300中的一些模块，或者还可包括另外的模块(例如，变桨控制计算器)。此外，根据本公开的各种实施例的模块/元件可以被组合以形成单个实体，并且因此可等效地执行相应模块/元件在组合之前的功能。
塔架估计器302可获得塔顶加速度信号和塔顶速度信号并且利用获得的塔顶加速度信号和塔顶速度信号来得到变桨控制分量。
作为示例，塔架估计器302可获取测量的塔顶加速度和估计的推力，并且利用状态空间观测器基于测量的塔顶加速度和估计的推力来获得后续用于计算变桨控制分量的塔顶加速度信号和塔顶速度信号。
作为示例，状态空间观测器可以是龙贝格观测器或者卡尔曼滤波器。可将反馈到塔架估计器中的测量的塔顶加速度通过带通滤波器在观测器中包括的塔架频率附近进行滤波。
例如，可利用如下等式(1)的状态空间观测器来获得塔顶速度信号和塔顶加速度信号：
Figure BDA0002804547900000091
Figure BDA0002804547900000092
其中，x[n]为当前状态矢量，x[n+1]为下一状态矢量，A,B,C,D为塔架的状态空间模型，L为空间状态观测器增益，
Figure BDA0002804547900000093
为估计的推力，afa[n]为测量的塔顶加速度，
Figure BDA0002804547900000094
为估计的塔顶加速度信号，
Figure BDA0002804547900000095
为估计的塔顶速度信号。
这里，可通过多种模式形状来建立塔架模型，不同的模式形状描述了塔架在不同频率下的不同自然运动。其中，第一模式形状的塔架频率为最低值，并且它主要使塔架纵向移动并随着塔架的上升而位移增加。因此，在减少塔架纵向载荷的情况下，A,B,C,D可以是至少基于塔架的第一模式形状的状态空间模型。
这里，L可基于塔架模型和调整目标被计算出，或者L可基于龙贝格原理或卡尔曼滤波器估计器而获得。
增益器301可基于风速、湍流强度和环境温度中的至少一个来确定针对变桨控制分量的增益值。在本公开中，针对变桨控制分量的增益值也可被称为塔架阻尼器增益值。
增益器301可利用预先定义的函数基于风速来计算增益值。例如，可基于查找表来定义该函数。
作为示例，可利用预先定义的函数基于风速来计算针对变桨控制分量的增益值。例如，可利用如下等式(2)来计算针对变桨控制分量的增益值：
kTD[n]＝f(vw[n]) (2)
这里，预先定义的函数可以是基于查找表定义的。例如，使用如下形式的查找表来表示用于计算增益值的函数：
I1 I2 I3 I4 I5
O1 O2 O3 O4 O5
其中，I1、I2、I3、I4和I5为各个风速点，O1、O2、O3、O4和O5为分别与各个风速点对应的增益值。查找表可基于实际需求以及经验而不同地设置。
基于风速的增益值可以是与I值相应的O值的线性组合。例如，当风速vw[n]位于I1和I2之间时，kTD[n]可以为函数值：
(1-(vw[n]-In1))/(In2-In1)*O1+(1-(In2-vw[n]))/(In2-In1)*O2。然而，上述示例仅是示例性的，本公开不限于此。
通过提供基于风速、湍流强度或环境温度的增益值，可在保持变桨动作或保持年发电量AEP损失的同时更好地减少塔架载荷。
塔架估计器302可通过对获得的塔顶加速度信号和塔顶速度信号应用增益值来获得变桨控制分量。例如，塔架估计器302可基于针对塔顶加速度信号和塔顶速度信号的调节参数和塔架第一固有频率来获得第一系数，基于该调节参数来获得第二系数；通过对塔顶加速度信号乘以第一系数的值与塔顶速度信号乘以第二系数的值应用增益值来计算变桨控制分量。
作为示例，塔架估计器302可利用如下等式(3)来计算变桨控制分量：
Figure BDA0002804547900000101
其中，βfa[n]为变桨控制分量，kTD[n]为增益，TDphase为用于权衡塔顶加速度信号和塔顶速度信号的调节参数，ωtow为第一塔架频率，
Figure BDA0002804547900000102
为塔顶加速度信号，
Figure BDA0002804547900000103
为塔顶速度信号。此外，上述对于变桨控制分量的计算可由变桨控制计算器来执行。例如，变桨控制计算器可利用等式(3)利用增益、塔架速度信号和塔顶加速度信号来计算变桨控制分量。
根据本公开的塔架阻尼器在减小塔架载荷(尤其是纵向载荷)方面实现了更佳的减震效果。此外，可根据风速或其他环境变量对塔架阻尼器增益进行增益调度，可实现针对变桨***或轴承寿命使用以及AEP降低等目标的负载均衡减少。
图4是根据本公开实施例的用于获得变桨控制分量的方法的流程图。图4所示的方法可由主控控制器或者变桨控制器执行，也可由上述塔架阻尼器执行。
参照图4，在步骤S401，获取测量的塔顶加速度和估计的推力。可利用加速度传感器来测量塔顶加速度信号。可基于叶片载荷传感器测量值和用于描述叶片载荷与推力之间的关系的数学模型来获得推力。
在步骤S402，根据测量的塔顶加速度和估计的推力来计算塔顶速度信号。可利用状态空间观测器基于测量的塔顶加速度和估计的推力来获得塔顶速度信号。作为示例，状态空间观测器可以是龙贝格观测器或者卡尔曼滤波器。例如，可使用上述等式(1)基于测量的塔顶加速度和估计的推力来获得塔顶速度信号。这里，通过等式(1)的状态空间观测器可输出估计的塔顶加速度信号和估计的塔顶速度信号，因此，在本公开中，可利用测量的塔顶加速度信号或估计的塔顶加速度信号与估计的塔顶速度信号作为后续计算变桨控制分量的变量。
在步骤S403，确定针对塔架阻尼器的增益值。可根据设计需求和实际情况设置针对塔架阻尼器的增益值。例如，可将增益值设置为常值。
可选地，可基于风速、湍流强度和环境温度中的至少一个来确定针对变桨控制分量的增益值。例如，可利用上述等式(2)基于风速来确定针对塔架阻尼器的增益值。
在步骤S404，基于确定的增益值和塔顶速度信号来获得变桨控制分量。作为示例，可通过对塔顶加速度信号和塔顶速度信号应用增益值来计算变桨控制分量。例如，基于针对塔顶加速度信号和塔顶速度信号的调节参数和塔架第一固有频率来获得第一系数，基于调节参数来获得第二系数，通过对塔顶加速度信号乘以第一系数的值与塔顶速度信号乘以第二系数的值应用增益值来计算变桨控制分量。例如，可利用上述等式(3)来计算基于塔架阻尼器的变桨控制分量。
图5是根据本公开实施例的用于获得变桨控制分量的流程示意图。
参照图5，可将风速vw[n]输入塔架增益器以获得基于塔架阻尼器的增益kTD[n]，即针对变桨控制分量的增益值。例如，塔架增益器可利用上述等式(2)来计算增益值。
可将测量的塔顶加速度afa[n]和估计的推力
Figure BDA0002804547900000121
输入基于状态空间观测器的塔架估计器以获得估计的塔顶速度信号
Figure BDA0002804547900000122
和估计的塔顶加速度信号
Figure BDA0002804547900000123
例如，塔架估计器可利用上述等式(1)来估计塔顶速度信号和塔顶加速度信号。
然后塔架阻尼器的变桨控制计算器利用增益kTD[n]、塔顶速度信号
Figure BDA0002804547900000124
和塔顶加速度信号
Figure BDA0002804547900000125
来计算变桨控制分量。例如，变桨控制计算器可利用上述等式(3)来计算变桨控制分量βfa[n]。可选地，变桨控制计算器可作为塔架阻尼器的一部分，即由塔架阻尼器来实现上述计算变桨控制分量的过程。
图6是根据本公开实施例的变桨控制装置的框图。参照图6，变桨控制装置600可包括数据获取模块601和数据处理模块602。变桨控制装置600中的每个模块可以由一个或多个模块来实现，并且对应模块的名称可根据模块的类型而变化。在各种实施例中，可以省略变桨控制装置600中的一些模块，或者还可包括另外的模块。此外，根据本公开的各种实施例的模块/元件可以被组合以形成单个实体，并且因此可等效地执行相应模块/元件在组合之前的功能。
数据获取模块601可获得塔顶加速度信号和塔顶速度信号。
数据处理模块602可利用获得的塔顶加速度信号和塔顶速度信号来得到变桨控制分量。
作为一种实施方式，数据获取模块601可获取测量的塔顶加速度和估计的推力，然后利用状态空间观测器基于测量的塔顶加速度和估计的推力来得到后续使用的塔顶加速度信号和塔顶速度信号。
作为一种实施方式，状态空间观测器可采用龙贝格观测器或者卡尔曼滤波器。
作为一种实施方式，数据处理模块602可确定针对变桨控制分量的增益值，通过对塔顶加速度信号和塔顶速度信号应用增益值来计算变桨控制分量。
作为一种实施方式，数据处理模块602可基于风速、湍流强度和环境温度中的至少一个来确定针对变桨控制分量的增益值。
作为一种实施方式，数据处理模块602可利用预先定义的函数基于风速计算针对变桨控制分量的增益值，其中，所述预先定义的函数是基于查找表定义的。
作为一种实施方式，数据处理模块602可基于针对塔顶加速度信号和塔顶速度信号的调节参数和塔架第一固有频率来获得第一系数，基于调节参数来获得第二系数，通过对塔顶加速度信号乘以第一系数的值与塔顶速度信号乘以第二系数的值应用增益值来计算变桨控制分量。
数据处理模块602可基于变桨控制分量来执行变桨操作。
作为一种实施方式，数据处理模块602可根据转速信号来确定集中变桨参考信号，使用集中变桨参考信号加上变桨控制分量的和作为最终变桨参考信号来执行变桨操作。
作为示例，数据获取模块601可由上述塔架估计器来实现。数据获取模块602可由上述塔架增益器、变桨控制计算器以及转速控制器来实现。这里，变桨控制计算器可作为塔架估计器的一部分被实现。数据获取模块601可利用塔架估计器基于获取的塔顶加速度和估计的推力来估计塔顶速度信号。数据处理模块602可利用塔架增益器来获得针对变桨控制分量的增益，利用转速控制器来获得集中变桨参考信号，并且利用变桨控制计算器根据针对变桨控制分量的增益、由数据获取模块601获得的塔顶加速度信号和塔顶速度信号来获得变桨控制分量，然后数据处理模块602可利用变桨控制分量和集中变桨参考信号来获得最终的变桨参考信号。
作为另一示例，数据获取模块601可由加速度传感器和速度传感器来实现。数据获取模块602可由塔架增益器、转速控制器以及变桨控制计算器来实现。这里，变桨控制计算器可作为塔架估计器的一部分被实现。然而，上述示例仅是示例性的，本公开不限于此。
在本公开中，除了塔顶加速度信号作为要控制的信号之外，还使用估计的塔顶速度或测量的塔速度，两者结合可显着减少塔架的纵向载荷。
根据本公开的实施例，可提供一种电子设备。图7是根据本公开实施例的电子设备的框图，该电子设备700可包括至少一个存储器702和至少一个处理器701，所述至少一个存储器702存储有计算机可执行指令集合，当计算机可执行指令集合被至少一个处理器701执行时，执行根据本公开实施例的变桨控制方法或者用于获得变桨控制分量的方法。
处理器701可包括中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、可编程逻辑装置、专用处理器***、微控制器或微处理器。作为示例而非限制，处理器701还可包括模拟处理器、数字处理器、微处理器、多核处理器、处理器阵列、网络处理器等。
作为一种存储介质的存储器702可包括操作***、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块、变桨控制程序以及数据库。
存储器702可与处理器701集成为一体，例如，可将RAM或闪存布置在集成电路微处理器等之内。此外，存储器702可包括独立的装置，诸如，外部盘驱动、存储阵列或任何数据库***可使用的其他存储装置。存储器和处理器可在操作上进行耦合，或者可例如通过I/O端口、网络连接等互相通信，使得处理器能够读取存储在存储器中的文件。
此外，电子设备700还可包括视频显示器(诸如，液晶显示器)和用户交互接口(诸如，键盘、鼠标、触摸输入装置等)。电子设备700的所有组件可经由总线和/或网络而彼此连接。
作为示例，电子设备700可以是PC计算机、平板装置、个人数字助理、智能手机、或其他能够执行上述指令集合的装置。这里，电子设备700并非必须是单个的电子设备，还可以是任何能够单独或联合执行上述指令(或指令集)的装置或电路的集合体。电子设备700还可以是集成控制***或***管理器的一部分，或者可被配置为与本地或远程(例如，经由无线传输)以接口互联的便携式电子设备。
本领域技术人员可理解，图7中示出的结构并不构成对的限定，可包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
根据本公开的实施例，还可提供一种存储指令的计算机可读存储介质，其中，当指令被至少一个处理器运行时，促使至少一个处理器执行根据本公开的变桨控制方法或用于获得变桨控制分量的方法。这里的计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪存、非易失性存储器、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、蓝光或光盘存储器、硬盘驱动器(HDD)、固态硬盘(SSD)、卡式存储器(诸如，多媒体卡、安全数字(SD)卡或极速数字(XD)卡)、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其他装置，所述任何其他装置被配置为以非暂时性方式存储计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将所述计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机能执行所述计算机程序。上述计算机可读存储介质中的计算机程序可在诸如客户端、主机、代理装置、服务器等计算机设备中部署的环境中运行，此外，在一个示例中，计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机***上，使得计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构通过一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。
根据本公开的实施例中，还可提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品中的指令可由计算机设备的处理器执行以完成上述变桨控制方法或用于获得变桨控制分量的方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (18)

1.一种风力发电机组的变桨控制方法，其特征在于，所述变桨控制方法包括：
获得塔顶加速度信号和塔顶速度信号；
利用所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号来得到变桨控制分量；
基于所述变桨控制分量来执行变桨操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得塔顶加速度信号和塔顶速度信号的步骤包括：
获取测量的塔顶加速度和估计的推力；
利用状态空间观测器基于测量的塔顶加速度和估计的推力来得到所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述状态空间观测器是龙贝格观测器或者卡尔曼滤波器。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号来得到变桨控制分量的步骤包括：
确定针对所述变桨控制分量的增益值；
通过对所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号应用所述增益值来计算所述变桨控制分量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定针对所述变桨控制分量的增益值的步骤包括：
基于风速、湍流强度和环境温度中的至少一个来确定所述增益值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述增益值是利用预先定义的函数基于风速计算的，其中，所述预先定义的函数是基于查找表定义的。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号来得到变桨控制分量的步骤包括：
基于针对所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号的调节参数和塔架第一固有频率来获得第一系数；
基于所述调节参数来获得第二系数；
通过对所述塔顶加速度信号乘以第一系数的值与所述塔顶速度信号乘以第二系数的值应用所述增益值来计算所述变桨控制分量。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述变桨控制分量来执行变桨操作的步骤包括：
根据转速信号来确定集中变桨参考信号；
使用所述集中变桨参考信号加上所述变桨控制分量的和作为最终变桨参考信号来执行变桨操作。
9.一种风力发电机组的变桨控制装置，其特征在于，所述变桨控制装置包括：
数据获取模块，被配置为获得塔顶加速度信号和塔顶速度信号；以及
数据处理模块，被配置为：
利用所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号来得到变桨控制分量；
基于所述变桨控制分量来执行变桨操作。
10.一种塔架阻尼器，其特征在于，所述塔架阻尼器包括：
塔架估计器，被配置为：
获得塔顶加速度信号和塔顶速度信号；
利用所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号来得到变桨控制分量。
11.根据权利要求10所述的塔架阻尼器，其特征在于，塔架估计器被配置为：获取测量的塔顶加速度和估计的推力，并且利用状态空间观测器基于测量的塔顶加速度和估计的推力来计算所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号。
12.根据权利要求11所述的塔架阻尼器，其特征在于，所述状态空间观测器是龙贝格观测器或者卡尔曼滤波器。
13.根据权利要求10所述的塔架阻尼器，其特征在于，所述塔架阻尼器包括增益器，被配置为基于风速、湍流强度和环境温度中的至少一个来确定针对所述变桨控制分量的增益值。
14.根据权利要求10所述的塔架阻尼器，其特征在于，所述塔架阻尼器包括增益器，被配置为利用预先定义的函数基于风速来计算针对所述变桨控制分量的增益值，其中，所述预先定义的函数是基于查找表定义的。
15.根据权利要求13或14所述的塔架阻尼器，其特征在于，塔架估计器被配置为：
通过对所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号应用所述增益值来获得所述变桨控制分量。
16.根据权利要求13或14所述的塔架阻尼器，其特征在于，塔架估计器被配置为：
基于针对所述塔顶加速度信号和所述塔顶速度信号的调节参数和塔架第一固有频率来获得第一系数；
基于所述调节参数来获得第二系数；
通过对所述塔顶加速度信号乘以第一系数的值与所述塔顶速度信号乘以第二系数的值应用所述增益值来计算所述变桨控制分量。
17.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储计算机可执行指令的存储器，
其中，所述计算机可执行指令在被所述至少一个处理器运行时，促使所述至少一个处理器执行如权利要求1-8中的任一项权利要求所述的变桨控制方法。
18.一种存储指令的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述指令被至少一个处理器运行时，促使所述至少一个处理器执行如权利要求1-8中的任一项权利要求所述的变桨控制方法。
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