專利名稱：風輪機控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于風輪機的控制策略，旨在檢測和避免控制中的不相容的變化 的情形，所述不相容的變化否則會導(dǎo)致風輪機構(gòu)件處于極端負載的情況下。
背景技術(shù)：
大多數(shù)現(xiàn)代風輪機通常連續(xù)地被控制和調(diào)節(jié)，以確保在當前的風、氣候下從風中 提取最大的功率，同時確保作用在風輪機的不同構(gòu)件上的負載在任何時候都保持在接受的 限度內(nèi)。希望地，風輪機也可被控制，以適應(yīng)風速的快速局部變化-陣風，且風輪機考慮了 例如由于葉片經(jīng)過塔架或隨至地面的距離變化的實際風速(風分布)而作用在單個葉片上 的負載的動態(tài)變化。為此，多個參數(shù)通過風輪機中的控制器被采集和監(jiān)測，例如當前風速和風向、風的 切變和湍流、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、發(fā)電機、每個葉片的槳距角、偏航角、關(guān)于輸電網(wǎng)的信息以及從例 如設(shè)置在葉片、機艙或塔架上的傳感器獲得的測量參數(shù)(例如，應(yīng)力或振動)。基于這些和隨后的一些控制策略，確定風輪機的最優(yōu)的控制參數(shù)，以在給定條件 下最優(yōu)地執(zhí)行?？刂飘斍暗男阅軓亩刂骑L輪機產(chǎn)生的功率和負載狀況的方法例如包括 葉片的槳距變化；調(diào)節(jié)任何不同的主動的空氣動力學裝置例如翼片或渦流產(chǎn)生裝置，所述 空氣動力學裝置用于改變?nèi)~片的空氣動力學表面；調(diào)節(jié)功率；和/或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。具有多種用于控制器的控制策略或方法，以與風輪機相互作用，且所述控制策略 或方法在現(xiàn)代風輪機中可能是非常復(fù)雜的，涉及設(shè)置在風輪機的不同部件中的多個控制器 且相互作用以連續(xù)地確定和更新控制參數(shù)的最優(yōu)值。控制策略通?？苫跀?shù)百個采集和確 定的參數(shù)，以試圖考慮所有可能性和覆蓋常見的、較少見和極端的操作情形。然而，即使對于非常先進的和復(fù)雜的控制系統(tǒng)，也可例如由于給控制系統(tǒng)提供的 是不正確的數(shù)據(jù)的傳感器誤差或由于出現(xiàn)了應(yīng)用的控制策略未預(yù)見或涵蓋的操作情形而 依然存在不良的和不充分的控制。這種不良控制在一些控制和氣候條件下可導(dǎo)致風輪機 的一些構(gòu)件具有非常高的和不可接受的負載，例如在一個或多個葉片的不利的槳距變化的 情況下在塔架中產(chǎn)生非常高的和不可接受的負載，或在功率的錯誤調(diào)節(jié)的情況下在齒輪中 產(chǎn)生非常高的和不可接受的負載。這種負載可相當大，且在極端情形的最壞情況下可導(dǎo)致 風輪機的重大損壞。盡管這種極端情形出現(xiàn)的可能性可能是很小的，但可能的假想結(jié)果也 是不可接受的，從而需要能夠防止這些可能很少發(fā)生但極端的事件的自動防故障的控制方 法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的實施例的一個目的是通過提供一種降低由于控制參數(shù)的不希望的 變化而出現(xiàn)的極端負載情形的危險的控制方法來克服或至少減少現(xiàn)有的用于風輪機的控 制方法的上述不足中的一些不足或所有不足。本發(fā)明的實施例的另一目的是提供一種可以現(xiàn)有的控制策略快速且簡單地實施
4然而仍有效的控制策略。根據(jù)本發(fā)明，這通過一種風輪機的控制方法實現(xiàn)，所述方法包括以下步驟確定用 于風輪機的可控參數(shù)的控制信號；在相繼的時步重復(fù)確定控制信號的步驟，并儲存控制歷 史記錄，所述控制歷史記錄包括由過去的控制信號得出或包括在過去的控制信號中的一個 或多個相應(yīng)的控制值。而且所述方法還包括使用儲存在控制歷史記錄中的控制值來確定 用于所述可控參數(shù)的警報參數(shù)，其中，所述警報參數(shù)是控制信號隨時間的變化的函數(shù)。只有 警報參數(shù)低于警報閾值，才根據(jù)最近的控制信號控制風輪機，如果警報參數(shù)高于警報閾值， 根據(jù)修改的控制策略控制風輪機。如前序部分簡要地所述，可控參數(shù)例如可包括葉片的單個或總體槳距、偏航角、 轉(zhuǎn)子的錐旋角、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、功率、發(fā)電機速度或一些用于任何不同的主動空氣動力學裝置 例如翼片或渦流產(chǎn)生裝置的調(diào)節(jié)參數(shù)，所述主動空氣動力學裝置用于改變?nèi)~片的空氣動力 學表面。因此，根據(jù)本發(fā)明的控制方法包括用于避免風輪機的極端負載情形的控制信號監(jiān) 督策略，其中，來自控制器的控制信號連續(xù)地被監(jiān)督，且每個樣本或時步相對于前一個樣本 或時步的控制信號的變化被記錄。如果控制信號的變化在一段時間中在預(yù)定數(shù)目的時步上 高于一定的限度，則風輪機被不同地控制，例如使風輪機停止。在充當自動防故障系統(tǒng)中，如此獲得的控制方法是有利的，其以簡單但有效的方 式捕捉控制中的再發(fā)生的大的變動或變化，所述再發(fā)生的大的變動或變化是不利的，這是 因為否則這種變動或波動就會在不同的風輪機構(gòu)件例如塔架、葉片、發(fā)電機或齒輪等中產(chǎn) 生極端的負載情形。在最壞的情況下，這種極端負載可導(dǎo)致風輪機的重大損壞，例如最終導(dǎo) 致塔架的破壞，因此是不可接受的。根據(jù)所述控制策略的監(jiān)督以簡單但有效的方式確保通 過在所關(guān)心的控制參數(shù)產(chǎn)生多次太高的變化的情況下否決本會決定的控制、轉(zhuǎn)而遵循修改 的控制策略例如通過使風輪機減載運行或完全關(guān)停風輪機大大地降低或甚至避免極端負 載情形的危險。這通過所述控制方法實現(xiàn)，所述控制方法考慮控制信號的歷史變化并從這些歷史 變化推出警報參數(shù)，隨后的控制策略可基于所述警報參數(shù)變化。由于所述控制方法僅在所關(guān)心的控制參數(shù)的多次太高的變化的非常少見的情況 下才影響或干預(yù)風輪機的本所打算的控制，因此，控制方法是快速的和可靠的。此外，控制 方法實施起來簡單且便宜，且可在現(xiàn)有的控制策略中附加地實施。而且，由于所述監(jiān)督是在控制基準信號(reference signal)上而不是基于測量的 參數(shù)執(zhí)行的，因此，任何干預(yù)均在施加關(guān)鍵重要的控制信號之前執(zhí)行，從而避免了否則可能 由期望的控制所產(chǎn)生的極端負載。另一方面，控制算法不會過于敏感，從這種意義上講，它僅對重復(fù)發(fā)生的控制信號 的大的變化作出反應(yīng)。通過這種方式，只是由于控制信號僅有的一些偏差(低于警報閾 值)，控制策略不會變化。根據(jù)本發(fā)明的儲存在控制歷史記錄中的控制值可包括每個時步的控制信號本身， 其中，警報參數(shù)此時由所述控制值確定。替代地或附加地，從一個時步到一個時步的控制信 號的變化可作為控制值儲存。另一可能性是在每個時步儲存警報參數(shù)的當前值(可選地作 為向日志的輸入)以及最近的可接受的控制信號。
通過僅儲存警報參數(shù)和最近的可接受的控制信號，獲得了一種非常簡單、快速和 可靠的控制方法，所述控制方法在每個時步中具有最小的儲存要求和計算量。通過將關(guān)于 控制信號的信息儲存在控制歷史記錄中，可使警報參數(shù)為控制歷史記錄中的控制信號的更 復(fù)雜的函數(shù)，例如，與控制信號的二階導(dǎo)數(shù)有關(guān)。警報參數(shù)可以僅是控制信號隨時間的變化 的函數(shù)，或在另一實施例中可以是例如關(guān)于當前的槳距基準值的控制信號本身的函數(shù)。警 報參數(shù)可進一步與其他參數(shù)例如風速、加速信號、測量的負載(尤其是葉片負載)、槳距角 或產(chǎn)生的功率有關(guān)。在本發(fā)明的一個實施例中，所述控制信號可包括功率或轉(zhuǎn)矩基準信號，所述功率 或轉(zhuǎn)矩基準信號用于通過改變功率或轉(zhuǎn)矩控制風輪機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。因此，功率信號中的不 希望的大的連續(xù)變化可有效地得到避免，從而降低了主要在齒輪、發(fā)電機中和在風輪機的 電氣系統(tǒng)中的本可能出現(xiàn)的大負載的危險。在本發(fā)明的進一步的實施例中，控制信號可包括用于控制風輪機的葉片的槳距變 化的槳距基準信號。槳距基準信號可包括用于每個單獨的風輪機葉片的槳距基準的值和/ 或總體槳距基準的值，使得控制方法可在每個單獨的葉片槳距基準值上和/或在這些基準 值的平均值(總體槳距基準值)上執(zhí)行。通過在控制監(jiān)督中使用槳距基準信號而不是使用 葉片的實際測量的槳距角，風輪機的控制在關(guān)鍵的槳距信號實施、而非僅對已經(jīng)執(zhí)行的槳 距值作出反應(yīng)之前被修改(例如，停止)。通過這種方式，控制的修改較早地應(yīng)用，且可避免 作用在風輪機構(gòu)件中的一些構(gòu)件上的可能的極端負載。槳距的大的相繼變化可使得尤其是 在塔架和葉片中產(chǎn)生大的不利或甚至破壞性的負載，所述負載是在最壞的情況下可能大到 使它們破壞塔架的負載。在本發(fā)明的一個實施例中，修改的控制策略可包括使風輪機停止，借此，控制信號 中的不利的大的變化有效且以簡單的方式被終止，且可防止任何極端負載。停止可例如逐 漸地或逐步地使風輪機變?yōu)橥Ｖ箤崿F(xiàn)，或通過使葉片槳距發(fā)生變化而完全脫離風的作用實 現(xiàn)。進一步地，在本發(fā)明的另一實施例中，修改的控制策略可包括根據(jù)最近的控制信 號之前的控制信號控制風輪機，借此，風輪機以安全模式被控制，且控制信號的不利的大的 變化得到有效防止，而不會大大地影響風輪機的產(chǎn)率。在本發(fā)明的一個實施例中，警報閾值是預(yù)定的常數(shù)，可與最近的控制值有關(guān)和/ 或可與風速有關(guān)。警報閾值可根據(jù)所要控制的的參數(shù)而不同地選擇，反映了用于實際執(zhí)行參數(shù)的變 化的系統(tǒng)的快慢。作為示例，在許多風輪中，槳距系統(tǒng)可以是相對較慢的反應(yīng)系統(tǒng)。在此，需 要使葉片的槳距變化的時間可比來自槳距控制器的相繼的樣本之間的時步長很多。因此， 在新的槳距信號被接收之前，葉片通常可能還沒有根據(jù)槳距信號達到槳距角。其他控制系 統(tǒng)例如功率控制要快得多。因此，對于一些可控參數(shù)(例如槳距)，警報閾值可選擇得相對 較高，例如在3-10之間，從而在應(yīng)用修改的控制策略之前允許在控制歷史記錄中具有相應(yīng) 數(shù)目的大的相繼變化，而用于功率控制的警報閾值可相對較低，例如在2-5之間，從而在控 制方法通過變化控制策略而作出反應(yīng)之前允許相應(yīng)很少的大的相繼變化。警報閾值可選地也可以是其他參數(shù)例如當前的風速、湍流系數(shù)、機艙和葉片的加 速度測量結(jié)果、葉片負載、產(chǎn)生的功率、發(fā)電機速度或葉片的當前槳距的函數(shù)，從而，使得在一些情形下控制方法對控制信號的大變化反應(yīng)更迅速。通過這種方式，更保守的控制策略 可應(yīng)用于這種情形下，在這種情形下，大的變化的結(jié)果更嚴重，例如在較高的風速下，或如 果葉片向外傾斜出(pitched out)大約15-20度。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，控制歷史記錄可至少包括最近的三個控制值，在這種 情況下，至少最近的三個在前的時步中的歷史變化可在控制策略中被考慮，從而產(chǎn)生更可 靠的控制。另一方面，不需要儲存所有的控制值的歷史記錄，而僅需要儲存相對較少的在前 的控制值，出于存儲的考慮這是有利的。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，控制信號的變化作為兩個相繼的控制信號之差被確 定，借此，從一個時步到一個時步的變化在控制方法中被考慮。在另一實施例中，控制信號的變化可相對于預(yù)定的上信號變化極限Δ θ p。s和預(yù)定 的下信號變化極限Δ θ胃被評價。這些信號變化極限設(shè)置為在相繼的時步中發(fā)生太多次 的情況下將被認為可接受的控制信號的變化與被認為太大的那些控制信號的變化區(qū)分開 的極限。在一些情況下，控制信號的變化如果發(fā)生在一個方向上比發(fā)生在另一方向上可能 更重要，這可通過在數(shù)字上限定不同大小的上、下信號變化極限得到反映。根據(jù)本發(fā)明的控制方法還包括以下步驟將最近的可接受的控制信號確定為時序 中的最近的控制信號，所述最近的控制信號相對于在前的可接受的控制信號既沒有變化到 上信號變化極限Δ θ p。s之上也沒有變化到下信號變化極限Δ θ胃之下；以及將控制信號 的變化確定為控制信號與那個時步的最近的可接受的控制信號之差。通過這種方式，所述可接受的控制信號被確定為時序中的最后的控制信號，所述 最后的控制信號對于在前的可接受的控制信號未變化超出上信號變化極限△ ep。s和下信 號變化極限δ Θ mg。通過確定控制信號相對于最近的可接受的控制信號而不是相對于在前的控制信 號的變化，可捕獲控制信號一度變化超出變化極限然后從此緩慢地漂移而沒有返回到可接 受的值的情形并對此作出反應(yīng)。在進一步的實施例中，控制方法還可包括以下步驟確定最近的控制信號與最近 的可接受的控制信號之差，如果所述差值落在從下信號變化極限Δ θ Mg至上信號變化極 限Δ θ p。s的范圍外，使警報參數(shù)增大一個級別，或者如果所述差值落在從下信號變化極限 Δ θ Mg至上信號變化極限Δ θ p。s的范圍內(nèi)，初始化警報參數(shù)。從而，警報參數(shù)以簡單的方式反映最近的控制信號的接連的不可接受的變化的次 數(shù)。通過這種方式，在前的控制信號不必存儲在控制歷史記錄中，這是因為其變化分步地被 評價，從而獲得一種僅具有低的存儲要求的有效且簡單的控制算法。在一個實施例中，整個控制方法可在同一控制器例如輪轂控制器或頂部控制器中 執(zhí)行?？蛇x地，方法的不同步驟可在不同的控制器中執(zhí)行。在本發(fā)明的一個實施例中，控制 信號從輪轂控制器接收，借此，控制信號(例如槳距基準值)可在每一采樣時被監(jiān)測。在進 一步的實施例中，控制信號在第一控制器中確定，而控制信號的變化的確定在與第一控制 器分離的第二控制器中執(zhí)行。通過在輪轂控制器以外的不同的控制器中實施所述監(jiān)督策略，該第二控制器能夠 執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的控制策略，不經(jīng)過輪轂控制器，并甚至在輪轂控制器報廢的很少發(fā)生的 情況下關(guān)停風輪機。因此，獲得了更大的安全性。
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本發(fā)明的另一方面涉及一種用于風輪機的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)被構(gòu)造成執(zhí)行 以下步驟確定用于風輪機的可控參數(shù)的控制信號；在相繼的時步重復(fù)確定控制信號的步 驟，并儲存控制歷史記錄，所述控制歷史記錄包括由過去的控制信號得出或包括在過去的 控制信號中的一個或多個相應(yīng)的控制值；使用儲存在控制歷史記錄中的控制值來確定用于 所述可控參數(shù)的警報參數(shù)，所述警報參數(shù)是控制信號隨時間的變化的函數(shù)；只有警報參數(shù) 低于警報閾值，才根據(jù)最近的控制信號控制風輪機，如果警報參數(shù)高于警報閾值，根據(jù)修改 的控制策略控制風輪機。本發(fā)明還涉及一種包括這種控制系統(tǒng)的風輪機。上述控制系統(tǒng)和風輪機的優(yōu)點與針對所述方法所描述的優(yōu)點相同。在一個實施例中，上述的風輪機可包括第一控制器，在所述第一控制器中，執(zhí)行 確定用于風輪機的可控參數(shù)的控制信號的步驟；以及第二控制器，所述第二控制器被構(gòu)造 成從所述第一控制器接收控制信號和確定警報參數(shù)。通過在確定控制信號的控制器以外的 另一個控制器中監(jiān)督控制信號，使得監(jiān)督與第一控制器是否已毀壞無關(guān)。因此，第二控制器 能夠不經(jīng)第一控制器并在需要時使風輪機減載運行或關(guān)停風輪機。


下面，將參看附圖描述本發(fā)明的不同的實施例，附圖包括圖1示出了如在風輪機中實施的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的監(jiān)督槳距信號的控 制策略的總體視圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的控制信號歷史記錄和控制策略的一個示 例；圖3是示出了控制策略的一個實施例的流程圖；以及圖4和5示出了不同的控制信號歷史記錄和由此產(chǎn)生的控制策略的兩個示例。
具體實施例方式圖1給出了監(jiān)督關(guān)鍵的控制參數(shù)的控制方法在一個實施例中如何在風輪機的控 制系統(tǒng)中實施的總體視圖。在所示的示例中，被監(jiān)督的風輪機的可控參數(shù)是葉片槳距，因 此，控制信號包括總體槳距基準值θ Jtefajl 100，所述總體槳距基準值Qlteffol 100是用于所 有葉片的共同的槳距參數(shù)，且等于各個葉片的單個槳距基準參數(shù)0KrfA，0_和θ·101的 平均值?？傮w槳距基準值Glteffol 100在頂部控制器103中確定。通過使用總體槳距基準值 100和基于傾斜-偏航(tilt-yaw)計算值TYC 105，各個葉片的槳距基準參數(shù)θ KefA，θ EefB 和eKerc 101在輪轂控制器104中確定。除了進行總體槳距計算和傾斜-偏航計算的模塊 100、105以外，頂部控制器103和輪轂控制器104還可包括其他控制器模塊106、107。根據(jù) 本發(fā)明的一個實施例的控制策略此時在輪轂控制器104中的控制器模塊108中在槳距基準 參數(shù)上執(zhí)行，在此，警報參數(shù)A，110根據(jù)當前的控制信號和過去的控制信號以及它們隨時 間的變化確定。包括總體的和單個的槳距基準值100，101的以其他方式確定的控制信號僅 在警報參數(shù)A，100高于某一警報閾值時才被改變或修改，在這種情況下，警報被觸發(fā)且根 據(jù)本發(fā)明的該實施例，風輪機被停止111。否則，如果未超過警報閾值，包括槳距基準值(其可在輪轂控制器104中已經(jīng)被轉(zhuǎn)換為槳距閥設(shè)定點114)的控制信號發(fā)送到包括槳距閥系統(tǒng)112的槳距系統(tǒng)109。槳距系統(tǒng) 然后根據(jù)控制信號操作。在槳距系統(tǒng)109中的緊急閥113已經(jīng)動作的情況下(例如如果緊 急順槳被施加)，該系統(tǒng)不會如箭頭115所示地觸發(fā)任何警報，不管警報參數(shù)A，110的大小 如何。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的控制信號歷史記錄及其相應(yīng)的控制策略的示例示于 圖2A、2B和2C中。圖2A中的曲線示出了控制信號θ，200的控制歷史記錄，其可包括或包 括例如槳距基準參數(shù)。在不同的樣本或時步下確定的控制信號根據(jù)樣本號或時間t，201示 出。在圖2B中示出了控制信號△ θ，202的變化。在該實施例中，所述變化作為在一個樣本 或時步下的控制信號θ與該時步之前的最后一個或最近的可接受的控制信號evalid之差 被確定。如果控制信號相對于在前的可接受的控制信號還相應(yīng)地沒有變化超出預(yù)定的上、 下變化極限Δ 和Δ θ mg，則控制信號被認為是可接受的或有效的。因此，在該實施例 中，所述變化等于一個控制信號與下一控制信號之差，只要控制信號未過大地變化。在本發(fā) 明的一個實施例中，上、下變化極限可以是變量，且可以是關(guān)于當前的或一個或多個在前的 控制信號的相同或不同的函數(shù)。通過這種方式，根據(jù)控制信號從何變化而使得較大的變化 是可以接受的。在本示例中，且可從圖2A中的控制信號和圖2B中的計算出的變化看出，前四個控 制信號(以十字標出)都是可接受的，這是因為它們既沒有變化超過上變化極限△ 9p。s， 203、也不低于下變化極限Δ 9neg，204。因此，對于所示的樣本或時步，在圖2A中以附圖標 記205表示的控制信號是最后的可接受的控制信號evalid。每當控制信號的變化超出上或 下變化極限Δ 或Δ 時，警報參數(shù)Α，100如圖2C所示增大一個級別。當警報參數(shù) 達到或超過了一定的警報閾值T，206 (在本示例中設(shè)為3)時，當前控制策略被否決，且風輪 機不再根據(jù)已確定的控制信號而是根據(jù)修改的控制策略被控制。這種修改的控制策略可包 括使風輪機停止或保持在較前的樣本中所確定的控制，例如不變化槳距角。如圖2C中的 兩個最低的曲線所示，所述控制方法可此外為了統(tǒng)計目的關(guān)注上、下變化極限Δ 0pos,2O3； Δ θ neg，204分別已被超過多少次，并產(chǎn)生關(guān)于控制信號中的那些變化占優(yōu)勢的信息。警報閾值的大小反映控制信號產(chǎn)生多少次顯著的偏離是可以接受的而不必作出 反應(yīng)和改變控制策略。該參數(shù)還與正被控制的控制參數(shù)的類型有關(guān)。例如，在槳距控制的 情況下，槳距系統(tǒng)是相對較慢的反應(yīng)系統(tǒng)，因此，在新的控制樣本被執(zhí)行和新的控制信號送 到槳距系統(tǒng)之前，槳葉通?？赡苓€沒達到由槳距基準信號給出的期望的槳距角。因此，在槳 距基準控制信號中的三個或更多個相對較大的接連變化對于風輪機可能不是關(guān)鍵重要的， 這是因為采樣比變槳距本身以快得多的時標執(zhí)行。另一方面，功率控制(power control) 可以是快速反應(yīng)的系統(tǒng)。因此，控制信號中的大的變化對功率的控制更為至關(guān)重要，這此時 可通過設(shè)定相對較低的閾值參數(shù)在根據(jù)本發(fā)明的控制方法中得到反映，借此，在修改的控 制策略應(yīng)用之前，僅允許控制信號中產(chǎn)生相對較少的大變化。根據(jù)本發(fā)明的控制方法在圖3的流程圖中逐步地被示出，其應(yīng)用于槳距控制參 數(shù)。然而，如以前，對于其他可控的參數(shù)例如對于包括功率基準值的控制信號來說，原理上 是相同的。在每個時步和對于每個樣本，新的控制信號θ從另一控制器接收或在本地確 定，300。在步驟301中，然后確定該最近的控制信號θ與最近的可接受的控制信號evalid 之差Δ θ，Δ θ = θ - θ valid，并分別相對于上、下變化極限Δ θ P。s和Δ θ Mg進行評價，302。
9在控制信號的變化落入這些極限之內(nèi)，Δ 0pos< Δ θ < Δ θ mg，的情況下，警報參數(shù)A被 初始化，303，該控制信號變?yōu)樽罱目山邮艿目刂菩盘枺?04，θ valid = θ，且風輪機根據(jù)控 制信號θ控制而不作任何干預(yù)，305。另一方面，如果控制信號的變化落入到上、下變化極限之外，Δ 0neg彡Δ θ或 Δ θ ^ Δ θ p。s，則警報參數(shù)A增大一個級別，306。如果警報參數(shù)仍低于警報閾值T，不采取 任何動作，307，在這種情況下，風輪機仍根據(jù)控制信號θ控制而沒有任何修改，305。在超 過警報閾值的情況下，當前控制策略被否決，風輪機根據(jù)修改的控制策略被控制，308。修改 的控制策略可如前所述地例如包括使風輪機停止，使風輪機減速，或根據(jù)前一個或更早的 控制信號繼續(xù)控制風輪機。控制方法可包括使用控制信號作為控制值，所述控制值在每個時步中存儲，警報 參數(shù)然后由所述控制值根據(jù)多個最近的控制信號確定。替代性地或附加地，從一個時步到 一個時步的控制信號的變化可作為控制值儲存。進一步的可能性是僅儲存當前的警報參數(shù) (可選地作為向日志的輸入)和如上所述連續(xù)更新的最近的可接受的控制信號。通過將關(guān) 于控制信號的信息儲存在控制歷史記錄中，可使警報參數(shù)為控制歷史記錄中的控制信號的 更復(fù)雜的函數(shù)，例如與控制信號的二階導(dǎo)數(shù)有關(guān)。通過僅儲存警報參數(shù)和最近的可接受的 控制信號，獲得了一種非常簡單的、快速的和可靠的控制方法，該控制方法在每個時步中具 有最小的儲存需求和計算量。圖4和5示出了控制歷史記錄值和相應(yīng)的控制策略的不同示例。與圖2Α類似，在 圖4Α和5Α中以相繼的時步示出了隨樣本號的控制基準信號的控制歷史記錄，該控制歷史 記錄的變化繪制在圖4Β和5Β中，由此輸入到警報日志中，警報參數(shù)的進展繪制在圖4C和 5C中。圖4中的控制歷史記錄是一系列控制信號的一個實例，該控制信號相對于所選擇 的上、下變化極限203、204變化太大，但允許這樣多次而不觸發(fā)警報和啟動修改的控制策 略，這是因為控制信號未繼續(xù)偏離太大或飄離可接受的控制信號205。從圖4C可以看出，警 報參數(shù)AllO沒有達到或超過警報閾值T，206。對于圖5A中所示的控制歷史記錄，不是這種情況。該一系列控制信號表示逐時步 波動的一系列信號。上、下變化極限203和204在持續(xù)的一段時間中被超過兩次，但隨后的 控制信號501是可接受的，從而使得初始化警報參數(shù)A，110。然而，控制信號中的隨后的三 次變化又落入變化極限以外，使得警報參數(shù)達到警報閾值，且使得風輪機從那時起根據(jù)修 改的控制策略控制。盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但應(yīng)當理解，本發(fā)明并不局限于此，而是可 在不脫離本發(fā)明的情況下進行多種修改。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定，在權(quán)利要求的意 思內(nèi)(在字面上或等同替換的意義上)的所有裝置都包括在此。
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權(quán)利要求
一種風輪機的控制方法，包括以下步驟 確定用于風輪機的可控參數(shù)的控制信號； 在相繼的時步重復(fù)確定控制信號的步驟，并儲存控制歷史記錄，所述控制歷史記錄包括由過去的控制信號得出或包括在過去的控制信號中的一個或多個相應(yīng)的控制值； 使用儲存在控制歷史記錄中的控制值來確定用于所述可控參數(shù)的警報參數(shù)，所述警報參數(shù)是控制信號隨時間的變化的函數(shù)； 只有警報參數(shù)低于警報閾值，才根據(jù)最近的控制信號控制風輪機；以及 如果警報參數(shù)高于警報閾值，根據(jù)修改的控制策略控制風輪機。
2.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制信號包括功率或轉(zhuǎn)矩基準信 號，所述功率或轉(zhuǎn)矩基準信號用于通過變化功率或轉(zhuǎn)矩控制風輪機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度。
3.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制信號包括槳距基準信號，所述 槳距基準信號用于控制風輪機的葉片的槳距變化。
4.如權(quán)利要求1-3中任一所述的控制方法，其特征在于，修改的控制策略包括使風輪 機停止。
5.如權(quán)利要求1-3中任一所述的控制方法，其特征在于，修改的控制策略包括根據(jù)最 近的控制信號之前的控制信號控制風輪機。
6.如前面權(quán)利要求中任一所述的控制方法，其特征在于，警報閾值是預(yù)定的常數(shù)。
7.如前面權(quán)利要求中任一所述的控制方法，其特征在于，警報閾值與最近的控制值有關(guān)。
8.如前面權(quán)利要求中任一所述的控制方法，其特征在于，警報閾值與風速有關(guān)。
9.如前面權(quán)利要求中任一所述的控制方法，其特征在于，控制歷史記錄至少包括最近 三個控制值。
10.如前面權(quán)利要求中任一所述的控制方法，其特征在于，控制信號的變化被確定為相 繼的控制信號之差。
11.如前面權(quán)利要求中任一所述的控制方法，其特征在于，控制信號的變化相對于預(yù)定 的上信號變化極限A ep。s和預(yù)定的下信號變化極限A 0_被評價。
12.如權(quán)利要求11所述的控制方法，其特征在于，它還包括以下步驟_將最近的可接受的控制信號確定為時序中的最近的控制信號，所述最近的控制信號 相對于在前的可接受的控制信號既沒有變化到上信號變化極限△ ep。s之上也沒有變化到 下信號變化極限a e胃之下，以及-將控制信號的變化確定為控制信號與那個時步的最近的可接受的控制信號之差。
13.如權(quán)利要求11-12中任一所述的控制方法，其特征在于，還包括以下步驟 -確定最近的控制信號與最近的可接受的控制信號之差，以及-如果所述差值落在從下信號變化極限A eMg至上信號變化極限A ep。s的范圍以外， 使警報參數(shù)增大一個級別。
14.如權(quán)利要求11-13中任一所述的控制方法，其特征在于，它還包括以下步驟 -確定最近的控制信號與最近的可接受的控制信號之差，以及-如果所述差值落在從下信號變化極限a eMg至上信號變化極限A ep。s的范圍內(nèi)，初 始化警報參數(shù)。2
15.如權(quán)利要求3-14中任一所述的控制方法，其特征在于，槳距基準信號包括用于每 個單獨的風輪機葉片的槳距基準的值。
16.如權(quán)利要求3-15中任一所述的控制方法，其特征在于，槳距基準信號包括總體槳 距基準的值。
17.如前面權(quán)利要求中任一所述的控制方法，其特征在于，控制信號從輪轂控制器接收。
18.一種用于風輪機的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)被構(gòu)造成執(zhí)行以下步驟 -確定用于風輪機的可控參數(shù)的控制信號；-在相繼的時步重復(fù)確定控制信號的步驟，并儲存控制歷史記錄，所述控制歷史記錄包 括由過去的控制信號得出或包括在過去的控制信號中的一個或多個相應(yīng)的控制值；_使用儲存在控制歷史記錄中的控制值來確定用于所述可控參數(shù)的警報參數(shù)，所述警 報參數(shù)是控制信號隨時間的變化的函數(shù)；-只有警報參數(shù)低于警報閾值，才根據(jù)最近的控制信號控制風輪機；以及 -如果警報參數(shù)高于警報閾值，根據(jù)修改的控制策略控制風輪機。
19.一種風輪機，包括根據(jù)權(quán)利要求18的控制系統(tǒng)。
20.如權(quán)利要求19所述的風輪機，包括-第一控制器，在所述第一控制器中執(zhí)行確定用于風輪機的可控參數(shù)的控制信號的步 驟，以及-第二控制器，所述第二控制器被構(gòu)造成從所述第一控制器接收控制信號并確定警報 參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風輪機的控制方法，其中，在相繼的時步重復(fù)確定用于風輪機的可控參數(shù)的控制信號，并儲存控制歷史記錄，所述控制歷史記錄包括由過去的控制信號得出或包括在過去的控制信號中的相應(yīng)的控制值。儲存在控制歷史記錄中的這些控制值然后用于確定用于所述可控參數(shù)的警報參數(shù)，所述警報參數(shù)是控制信號隨時間的變化的函數(shù)。只有警報參數(shù)低于警報閾值時，才根據(jù)最近的控制信號控制風輪機，否則根據(jù)修改的控制策略控制風輪機。控制方法可在槳距基準信號上執(zhí)行，以控制葉片的單個和/或總體槳距。本發(fā)明還涉及一種被構(gòu)造成執(zhí)行上述控制方法的控制系統(tǒng)和一種包括這種系統(tǒng)的風輪機。
文檔編號F03D7/00GK101892951SQ201010183478
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者J·V·克努森 申請人:維斯塔斯風力系統(tǒng)集團公司