JP2009501871A - 塔動力学を用いた通風流推定及び追尾 - Google Patents
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Abstract
Description
図3を参照するに、同図は本発明実施方法のフローチャートである。このフローチャートは、ブロック300にて始まる。先ず、ブロック302において、初期の通風流、塔位置、速度を推定する。ブロック304において、一括して「検出されたパラメータ」と呼ばれる、ロータ回転速度、ブレードピッチ角度、塔位置が検出される。
ρ 既知の空気密度、
A 既知の回転ディスク面積
mtower 既知の塔実効質量
θwind 風の向き
Vwind θwind方向の風の速度
Ψturbine 既知のタービン方向
R 既知の回転半径
ωtower 既知の塔挙動の基本周波数
ζtower 既知の塔挙動の減衰比
CT[,] 既知の塔に対する風力スラストの空気力学
Ir 既知のロータ慣性モーメント
Ig 既知の発電機慣性モーメント
ωdrive 既知の駆動伝動機構の挙動の基本周波数
ζdrive 既知の駆動伝動機構の挙動の減衰比
CQ[,] 既知のロータに対する風力トルクの空気力学
Qg 選択対象である発電機トルク
δ 選択対象である全てのブレードのピッチ角度
である。
センサ支持構造***置は、Topcon社や他の製造業者から等の実時間運動学的能力を有する市販の差動型全地球測位受信機を用いセンチメートル精度でもって計測される。これらの装置は、多数のタービン近傍で単一の固定され較正された受信機と各支持構造体上の受信機とを用いる。支持構造体の位置は、較正場所について差分的に判定される。
Δ=Hsin(θtilt)
≒Hθtilt
となる。実際は、塔は剛体ではなく、位置と傾斜角度との間の関係がその屈曲動力学の説明となる。
推定器は、数学モデルに基づく状態推定器である。それは、最小二乗か極配置かカルマンかH∞か動作点近傍で線形化するかしない他の種である。ここで、動作点線形化を用いないカルマンフィルタ手法を例示する。
乱気流条件における風力タービンが図4にシュミレーションしてあり、ここでは風速、ピッチ、トルク、発電機/ロータ動力学、塔動力学がシュミレーションパラメータをプロットした9個のグラフに図示してある。また、ゼロ交差加速時に選択した間欠傾斜センサ位置データが図示してある。タービンは、ブレードピッチを制御することで発電機の毎分回転数を調整する単純な比例・積分補償器を用いる閉ループ制御状態にあり、発電機トルクはピッチと発電機の毎分回転数とによるテーブル指数に従って選択される。
タービンの動力学の式は改善されたタービン制御と塔挙動減衰のための風速及び塔挙動の推定値を用い、コントローラに対する礎を提供する。通風流と塔挙動に対するタービンの応答を記述し、従来の(比例・積分や比例・積分・微分等の)帰還制御システム設計技術を、ブレードピッチ/長さと発電機トルクとを適切に修正することで、通風流を変更し、塔挙動を変更し、ロータ回転速度を変更し、さらに塔挙動を減衰させるのに適合する入力及びコマンド出力を有するコントローラの設計に応用する。さもなくば、コントローラはその中に埋設した推定器を備える状態空間形とする。
Claims (24)
- 流体流に応答する動きを有する構造体に使用する流体流推定器であって、
構造***置を含む入力と、
前記入力を用いて推定流体流を算出する推定器とを備える、ことを特徴とする流体流推定器。 - 支持構造体上に取り付けた流体流タービンのタービン制御装置で、前記構造体が前記流体流に応答する位置を有する前記装置であって、
少なくとも一つの支持構造***置センサと、
前記少なくとも一つの支持構造***置センサに接続した流体流推定器で、前記検出された支持構造***置を用いて推定流体流を算出する前記流体流推定器とを備える、ことを特徴とするタービン制御装置。 - 流体流に応じた位置を有する支持構造に取り付けられ、前記流体流に応じたブレードを用いて流体流エネルギを発電機ロータに印加する駆動トルクへ変換する流体流タービンのタービン制御装置であって、
計測された位置出力を有する少なくとも一つのタービン支持構造***置センサと、
ロータ速度出力を有するロータ速度センサと、
ブレードパラメータ出力を有するブレードパラメータセンサと、
前記少なくとも一つの被計測位置出力、前記ロータ速度出力、前記ブレードパラメータ出力に接続した流体流推定器であって、前記出力を用いて前記ロータの被掃引領域全域で流体流を推定する前記流体流推定器とを備える、ことを特徴とするタービン制御装置。 - 前記検出されたブレードパラメータはブレードピッチ間隔とブレード長のうち1以上であり、前記ロータ速度は流体流推定に応じてブレードピッチ角度とブレード長のうち1以上を変更することで調整する、請求項3記載の装置。
- 前記検出されたブレードパラメータはブレードピッチ角度とブレード長のうち1以上であり、前記支持構造体の動きは流体流推定に応じてブレードピッチ角度とブレード長のうち1以上を変更することで減衰させる、請求項3記載の装置。
- 流体流に応じた位置を有する支持塔の頂部に取り付けられ、流体流に応じたブレードを用いて流体流エネルギを発電機ロータに印加する駆動トルクへ変換する流体流タービンのタービン制御装置であって、
流体流推定器と、
前記流体流推定器に供給する塔位置出力を有する前記塔位置センサと、
ブレードピッチ角度センサであって、そのピッチ角度出力を前記流体流推定器に供給する前記センサと、
ロータ速度センサであって、そのロータ速度出力を前記流体流推定器に供給する前記センサとを備え、
前記流体流推定器が推定流体流と推定塔挙動出力とを、前記タービン制御器とタービン動作ダンパとに供給し、
前記推定流体流出力、推定塔挙動出力、ピッチ角度出力、ロータ速度制御を用い、前記ロータ速度を変更して前記塔挙動を減衰させる少なくとも一つの制御出力を生成するロータ速度制御器及び塔挙動ダンパをさらに備える、ことを特徴とするタービン制御装置。 - 前記ロータ速度制御器は、前記ロータ速度を調整するようロータブレードピッチ角度とブレード長のうち1以上を調整する、請求項6記載のタービン制御装置。
- 前記塔挙動ダンパは、塔挙動を減衰させるようブレードピッチ角度とブレード長のうち1以上を調整する、請求項6記載のタービン制御装置。
- 流体流に応じた位置を有する支持塔の頂部に取り付けられ、流体流に応じたブレードにより回動するロータを含む流体流タービンのためのタービン制御装置であって、
塔位置センサと、 前記被計測塔位置を用いて算出した推定流体流を有する前記塔位置センサに接続した流体流推定器と、
前記流体流推定器に接続したタービン制御器で、前記タービン制御器の出力が前記流体流推定に応じてタービンロータ速度制御を実行する少なくとも一つの指令である前記タービン制御器とを備える、ことを特徴とする装置。 - 出力がブレードピッチ角度とブレード長のうち1以上であるブレードパラメータセンサをさらに備え、
前記ブレードパラメータセンサ出力を前記タービン制御器への入力とした、請求項9記載の装置。 - タービンロータ速度制御を実行する前記指令がブレードパラメータを変更する、請求項9記載の装置。
- 前記ブレードパラメータはブレードピッチ角度とブレード長のうち1以上である、請求項11記載の装置。
- 流体流に応じた位置を有する支持構造体に使用するための流体流推定方法であって、
支持構造***置を検出するステップと、
前記支持構造***置を用いて推定流体流速を算出するステップとを含む、ことを特徴とする流体流推定方法。 - 流体流に応じた位置を有する支持構造体により所定位置に保持され、流体流に応じたブレードを用いて流体流エネルギを発電機ロータに印加する駆動トルクへ変換する流体流タービンのための制御装置に使用する流体流推定方法であって、
支持構造***置を検出するステップと、
支持構造***置を用いて推定流体流を算出するステップと、
前記推定流体流を用いて前記タービンを制御するステップとを含む、ことを特徴とする方法。 - 流体流に応答する位置を有する支持構造体により所定場所に保持する流体流タービンの制御方法であって、
A.前記支持構造***置と前記ロータ速度とブレードパラメータとを検出するステップと、
B.前記検出した支持構造***置、ロータ速度、ブレードパラメータを用いて推定流体流を算出するステップと、
C.前記流体流推定に応答してタービンロータ速度を制御するステップとを含む、ことを特徴とする方法。 - 前記ステップCにおいて、ブレードパラメータを変化させることで前記タービンの回転速度を制御する、請求項15記載の方法。
- 前記ステップAにおいて、前記検出されたブレードパラメータはブレードピッチ角度とブレード長のうち1以上であり、前記ステップCにおいて、前記タービンロータ速度はブレードピッチ角度とブレード長のうち1以上を変化させることで制御する、請求項15記載の方法。
- 流体流に応答する位置を有する支持構造体により所定位置に保持され、流体流に応じたブレードを有するロータを含む流体流タービンのタービン制御方法であって、
A.被計測支持構造***置を用いて推定流体流を算出するステップと、
B.前記流体流推定に応じてタービンロータ速度を制御するステップとを含む、ことを特徴とする方法。 - 前記ステップAは,前記算出ステップにおいてロータ速度とブレードピッチ角度とブレード長のうち1以上の使用を含む、請求項18記載の方法。
- 前記ステップBは、前記ロータ速度を調整するようブレードピッチ角度とブレード長のうち1以上を調整する、請求項19記載の方法。
- 前記ステップBは、支持構造体の挙動を減衰させるようロータブレードピッチ角度とブレード長のうち1以上を調整する、請求項19記載の方法。
- 前記流体流に応答する位置を有する支持塔により所定位置に保持され、前記流体流に応じたロータを含む流体流タービンの制御方法であって、
A.初期流体流速度と塔挙動とを推定するステップと、
B.塔挙動とロータ回転速度を検出し、検出されたパラメータを生成するステップと、
C.前記検出されたパラメータと前記流体流と塔挙動の先の推定値とを用いて流体流推定器により流体流速度と塔挙動とを推定するステップと、
D.推定流体流速度を用いて少なくとも一つの所望の制御出力を算出するステップと、
E.前記少なくとも一つの所望の制御出力を前記タービンに対する指令として送信するステップとを含む、ことを特徴とする方法。 - 前記流体流タービンは前記ロータが回動させる発電機を含み、前記ロータが前記流体流に応答するブレードを有し、前記タービンはブレードピッチ角度を調整され、
前記ステップBが、前記ブレードピッチ角度の検出を含み、
前記ステップDが、前記検出されたロータ速度と検出されたブレードピッチ角度、推定塔挙動、推定流体流速度を用いた所望のブレードピッチ角度の算出と、所望のロータ速度の算出と、所望の発電機トルクの算出とを含み、
前記ステップEの所望の制御出力が、ロータブレードピッチアクチュエータに対する指令として前記所望のブレードピッチ角度を含み、かつ発電機トルクアクチュエータに対する指令として所望の発電機トルクを含む、請求項22記載の方法。 - 前記流体流タービンは前記ロータが回動させる発電機を含み、前記ロータが前記流体流に応答するブレードを有し、前記タービンはブレード長が調整され、
前記ステップBが、前記ブレード長の検出を含み、
前記ステップDが、前記検出されたロータ速度、検出されたブレード長、推定塔挙動、推定流体流速度を用いて、所望のブレード長所の算出と、所望のロータ速度の算出と、所望の発電機トルクの算出とを含み、
前記ステップEの所望の制御出力が、ロータブレード長アクチュエータに対する指令として前記所望のブレードピッチ長を含み、かつ発電機トルクアクチュエータに対する指令として所望の発電機トルクを含む、請求項22記載の方法。
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