專利名稱：基于轉(zhuǎn)子加速度的風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及操作風(fēng)力渦輪機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域。尤其是，本發(fā)明涉及用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的方法。此外，本發(fā)明涉及用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的控制系統(tǒng)、裝配有此類控制系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)和計算機(jī)系統(tǒng)，其適合于控制和/或執(zhí)行所述旋轉(zhuǎn)速度控制方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片暴露于大的動態(tài)機(jī)械載荷，特別是當(dāng)用包括高速度的強(qiáng)風(fēng)來操作風(fēng)力渦輪機(jī)時。因此，風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片和相應(yīng)支承結(jié)構(gòu)的尺寸已被確定為能夠經(jīng)受住可能發(fā)生的大動態(tài)載荷，即使驅(qū)動風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)是強(qiáng)的。然而，在極限風(fēng)條件的情況下，必須降低風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)組件上的風(fēng)載荷以便避免風(fēng)力渦輪機(jī)的任何損壞。目前，存在在大風(fēng)情況下操控(handle)風(fēng)力渦輪機(jī)的許多已知方法。從而，術(shù)語 “操控風(fēng)力渦輪機(jī)”意指以這樣的方式來操作風(fēng)力渦輪機(jī)即使得作用于諸如風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的結(jié)構(gòu)組件上的各種機(jī)械載荷被保持在安全極限(limit)內(nèi)。用來在大風(fēng)條件下降低風(fēng)力渦輪機(jī)上的風(fēng)載荷的很保守的現(xiàn)有措施是簡單地在風(fēng)速超過一個或多個閾值時將風(fēng)力渦輪機(jī)關(guān)機(jī)。從而，可以在風(fēng)速超過約25m/s的值達(dá)到約10分鐘時、在風(fēng)速超過約^m/s的值達(dá)到約30秒時或在風(fēng)速超過約32m/s的值達(dá)到約 1秒時將風(fēng)力渦輪機(jī)關(guān)機(jī)。此保守措施的問題是當(dāng)許多風(fēng)力渦輪機(jī)同時遇到大風(fēng)時，所有相關(guān)風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電在短時間內(nèi)從滿負(fù)荷生產(chǎn)轉(zhuǎn)為零生產(chǎn)。此類快速變化對電網(wǎng)的穩(wěn)定性提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因為電網(wǎng)的其余供電裝置需要非?？焖俚禺a(chǎn)能提升(ramp up)以避免由于電過載而引起的低頻情況。EP 0 847 496 B公開了用于限制作用在風(fēng)力渦輪機(jī)上的機(jī)械載荷的另一措施。從而，當(dāng)達(dá)到有在機(jī)械上使風(fēng)力渦輪機(jī)過載的危險的風(fēng)速時，轉(zhuǎn)子的工作速度依賴于風(fēng)速的上升而連續(xù)地降低。US 2007/216166A公開了一種用于降低風(fēng)力渦輪機(jī)的功率輸出或轉(zhuǎn)子速度的方法。從而，降低的量不是簡單地基于所測量的風(fēng)速，而是基于一個或多個轉(zhuǎn)子葉片的實際俯仰角。葉片俯仰角是輸入值，一方面可以在物理上并通過適當(dāng)?shù)目刂萍夹g(shù)容易地對其進(jìn)行檢測，另一方面，其為風(fēng)力渦輪機(jī)上的機(jī)械應(yīng)力的良好指示符。WO 2001/33075 Al公開了一種控制風(fēng)力渦輪機(jī)的操作的方法，其中，測量作用在風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的葉片上的機(jī)械載荷。通過控制葉片的俯仰角，可以在風(fēng)力渦輪機(jī)操作期間將所測量的機(jī)械載荷保持在某些極限以下。EP 2 096 301 A2公開了一種用于操作風(fēng)力渦輪機(jī)廠的方法，該風(fēng)力渦輪機(jī)廠包括多個風(fēng)力渦輪機(jī)(每個具有包括被安裝到可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)軸的至少一個葉片的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子)和感應(yīng)發(fā)電機(jī)(具有定子和被耦合到渦輪機(jī)軸以便與之一起旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子)。測量風(fēng)速并響應(yīng)于所測量的風(fēng)速來確定功率降額因數(shù)(derating factor)0所確定的降額因數(shù)被傳送
4至多個風(fēng)力渦輪機(jī)。然后響應(yīng)于該功率降額因數(shù)來調(diào)整所述多個風(fēng)力渦輪機(jī)中的每一個的發(fā)電量。可能需要提供一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的操作的高效且靈活的控制過程，其至少在某些強(qiáng)風(fēng)條件下允許使風(fēng)力渦輪機(jī)保持操作。

發(fā)明內(nèi)容
由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來滿足此需要。由從屬權(quán)利要求來描述本發(fā)明的有利實施例。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于尤其是在高風(fēng)速下控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的方法。所提供的方法包括(a)確定轉(zhuǎn)子加速度值，其中，該轉(zhuǎn)子加速度值是由轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的時間變化引起的，以及(b)根據(jù)所述轉(zhuǎn)子加速度值來控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。所述風(fēng)力渦輪機(jī)操作控制方法是基于能夠?qū)嶋H轉(zhuǎn)子加速度考慮在內(nèi)以便控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的思想。從而，可以使用轉(zhuǎn)子的加速度作為用于機(jī)械載荷的指示，該機(jī)械載荷目前作用于風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)組件(例如轉(zhuǎn)子葉片)。為了最佳地控制旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)然還可以將風(fēng)力渦輪機(jī)的其它操作參數(shù)(諸如當(dāng)前風(fēng)速和/或其它天氣條件)的值考慮在內(nèi)。優(yōu)選地，如果相當(dāng)強(qiáng)的風(fēng)驅(qū)動風(fēng)力渦輪機(jī)，則可以接受較低的轉(zhuǎn)子加速度值。從而，如果僅存在相當(dāng)弱的驅(qū)動風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)，則可以接受較大的轉(zhuǎn)子加速度值。優(yōu)選地，可以通過降低風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度來降低轉(zhuǎn)子加速度。降低的轉(zhuǎn)子加速度可以尤其是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片上的不那么強(qiáng)的空氣動力特性。根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度包括(a)確定內(nèi)部速度極限，其是基于轉(zhuǎn)子加速度值，以及(b)根據(jù)所確定的內(nèi)部速度極限來控制轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度?？梢允褂脙?nèi)部速度極限作為用于已知旋轉(zhuǎn)速度控制器的速度參考值。這可以提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，即為了實現(xiàn)所述風(fēng)力渦輪機(jī)操作控制方法，不需要執(zhí)行風(fēng)力渦輪機(jī)硬件設(shè)備的顯著修改。使用經(jīng)適當(dāng)編程的風(fēng)力渦輪機(jī)控制系統(tǒng)就足夠了。因此，可在已存在和甚至在已經(jīng)安裝的風(fēng)力渦輪機(jī)中實現(xiàn)所述方法，而不要求用于修改相應(yīng)風(fēng)力渦輪機(jī)的較大工作量。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，由速度參考值來控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。從而，速度參考值是從(a)內(nèi)部速度極限和從(b)外部速度極限和/或標(biāo)稱速度參考值獲取的最小值。這可以提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，即如果與其它(一個或多個)速度值相比，內(nèi)部速度值是最小的，則將只有轉(zhuǎn)子加速度相關(guān)的內(nèi)部速度極限有效。外部速度極限可以是例如由高級(superordinate)控制器提供的參數(shù)，所述高級控制器不僅控制單獨(dú)風(fēng)力渦輪機(jī)的操作，而且控制形成風(fēng)電場的多個風(fēng)力渦輪機(jī)的操作。 外部速度極限可以考慮被連接到風(fēng)力渦輪機(jī)的電網(wǎng)的實際電負(fù)載。此外，其它風(fēng)力渦輪機(jī)的實際發(fā)電和/或其它類型的發(fā)電機(jī)可能對外部速度極限有影響。標(biāo)稱速度參考值可以是在有效時促使風(fēng)力渦輪機(jī)相對于最大發(fā)電以最有效的方式操作的值。標(biāo)稱速度參考值可以尤其是依賴于當(dāng)前風(fēng)速。一般而言，可以以不同的方式來指定所述速度參考值(A)如果風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)產(chǎn)生最大量的電功率且不存在風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)組件被損壞或消耗不能允許的大疲勞壽命的風(fēng)險，則速度參考值將是標(biāo)稱速度參考值。(B)如果存在對風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的外部限制，則速度參考值將是外部速度極限。(C)如果轉(zhuǎn)子加速度變得過大，這是結(jié)構(gòu)組件(特別是轉(zhuǎn)子葉片)被暴露于不能允許的大機(jī)械載荷的指示，則速度參考值將是所述轉(zhuǎn)子加速度相關(guān)的內(nèi)部速度極限。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度包括(a)基于速度參考值來確定發(fā)電參考值和/或葉片俯仰角參考值和(b)使用所述發(fā)電參考值來操作風(fēng)力渦輪機(jī)和/或使轉(zhuǎn)子的至少一個葉片的葉片俯仰角適合于葉片俯仰角參考值。所述控制方法可以提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，即其能夠影響整個風(fēng)力渦輪機(jī)操作控制系統(tǒng) (包括風(fēng)力渦輪機(jī)速度控制機(jī)構(gòu)和葉片俯仰(pitch)伺服控制系統(tǒng))的行為。例如，如果俯仰系統(tǒng)例如由于冷液壓油而是緩慢的，則轉(zhuǎn)子的(一個或多個)加速度可能較高。然而，根據(jù)所述方法，可以僅僅進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)子速度以便獲得在可接受極限以下的加速度。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，確定內(nèi)部速度極限包括(a)測量轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和 (b)通過取所測量的旋轉(zhuǎn)速度相對于時間的導(dǎo)數(shù)來計算轉(zhuǎn)子加速度值?？梢院唵蔚赝ㄟ^測量發(fā)電機(jī)或任何元件的旋轉(zhuǎn)速度來測量轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，所述元件例如借助于齒輪機(jī)構(gòu)可旋轉(zhuǎn)地耦合到發(fā)電機(jī)和/或轉(zhuǎn)子。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，確定內(nèi)部速度極限還包括取所計算的轉(zhuǎn)子加速度值的絕對值。這可以提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，即可以使用轉(zhuǎn)子的加速度作為還在其中轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度增加的操作條件下的機(jī)械載荷的指示。在這方面，應(yīng)指出的是由旋轉(zhuǎn)速度的降低引起的負(fù)加速度也可以指示作用在風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)組件(特別是轉(zhuǎn)子葉片)上的相當(dāng)大的機(jī)械載荷。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，確定內(nèi)部速度極限還包括過濾(filter)所計算的轉(zhuǎn)子加速度值。從而，可以使用平滑信號來進(jìn)一步處理所計算的轉(zhuǎn)子加速度值。這可以提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，即可以顯著地增加所述風(fēng)力渦輪機(jī)控制方法的可靠性。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，確定內(nèi)部速度極限還包括(a)確定表示最大容許轉(zhuǎn)子加速度的加速度極限，以及(b)將轉(zhuǎn)子加速度值與所確定的加速度極限相比較。 所述比較可以尤其是從所計算的轉(zhuǎn)子加速度值減去加速度極限。從而，可以生成錯誤信號(error signal)，可以以能夠?qū)崿F(xiàn)可靠且有效的風(fēng)力渦輪機(jī)控制的方式使用該錯誤信號來進(jìn)一步處理轉(zhuǎn)子加速度值?？梢杂迷嫁D(zhuǎn)子加速度值來執(zhí)行比較。然而，優(yōu)選地，用上述所過濾和/或用所計算的轉(zhuǎn)子加速度值的絕對值來執(zhí)行比較。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，基于表征風(fēng)力渦輪機(jī)的實際操作狀態(tài)的以下參數(shù)中的至少一個來確定加速度極限(a)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，(b)發(fā)電量以及(c)轉(zhuǎn)子的至少一個葉片的俯仰角。這可以提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，即可以用包括在通常已知的風(fēng)力渦輪機(jī)中的測量設(shè)備來檢測風(fēng)力渦輪機(jī)的操作狀態(tài)。不需要在結(jié)構(gòu)上修改已知風(fēng)力渦輪機(jī)以便能夠執(zhí)行所述控制方法。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，基于(a)所估計風(fēng)速、(b)實際風(fēng)速和/或(C)所估計和/或?qū)嶋H風(fēng)速的變化來確定加速度極限。從而，可以借助于任何適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速測量設(shè)備來測量風(fēng)速。此外，另外或可替換地，可以用適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速估計方法來估計風(fēng)速和/或風(fēng)速變化。此類估計方法可以不依賴于風(fēng)速計的輸出，而是依賴于被暴露于風(fēng)的風(fēng)力渦輪機(jī)的不同操作參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，確定內(nèi)部速度極限還包括在時間上對轉(zhuǎn)子加速度值與所確定的加速度極限的比較結(jié)果求積分(integrate)。這可以提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，減速度值將被轉(zhuǎn)換成速率值或速度值?？梢匀菀椎貙⒖梢员硎旧鲜鏊俣葮O限的結(jié)果得到的速度值與上述外部速度極限和/或與上述標(biāo)稱速度參考值相比較。應(yīng)提到的是由時間上的積分得到的物理單位的變化來反映加速度值到速度值的轉(zhuǎn)換。具體而言，當(dāng)在時間上對加速度值(單位m/s2)的進(jìn)展(progress)求積分時，產(chǎn)生速度(單位m/s)
還應(yīng)提到的是所述積分還可以包括與積分器增益(integrator gain)的適當(dāng)乘法。此外，所述積分還可以包括適當(dāng)?shù)穆氏拗?rate limiting)，這保證最后可以拒絕在先處理鏈的錯誤，該錯誤產(chǎn)生超出極限的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于尤其是在高風(fēng)速下控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)包括(a)確定裝置，其用于確定轉(zhuǎn)子加速度值，其中， 該轉(zhuǎn)子加速度值是由轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的時間變化引起的，以及(b)控制單元，其用于根據(jù)所確定的轉(zhuǎn)子加速度值來控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。并且，所述控制系統(tǒng)是基于可以使用轉(zhuǎn)子的加速度作為用于機(jī)械載荷的指示的思想，所述機(jī)械載荷目前作用于風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)組件(例如轉(zhuǎn)子葉片)上。結(jié)果，依照本發(fā)明，可以將實際轉(zhuǎn)子加速度考慮在內(nèi)以便控制風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于發(fā)電的風(fēng)力渦輪機(jī)。所提供的風(fēng)力渦輪機(jī)包括(a)具有至少一個葉片的轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子可繞著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并且所述至少一個葉片相對于所述旋轉(zhuǎn)軸徑向地延伸，(b)被機(jī)械地與轉(zhuǎn)子耦合的發(fā)電機(jī)，以及(c)如上所述的控制系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于尤其是在高風(fēng)速下控制風(fēng)力渦輪機(jī)的操作的計算機(jī)程序。所述計算機(jī)程序在被數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行時適合于控制和/或執(zhí)行上述旋轉(zhuǎn)速度控制方法。如本文所使用的，對計算機(jī)程序的參考意圖等效于對程序單元和/或包含指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)的參考，所述指令用于控制計算機(jī)系統(tǒng)以協(xié)調(diào)上述方法的性能?？梢詫⑺鲇嬎銠C(jī)程序?qū)崿F(xiàn)為任何適當(dāng)編程語言(諸如JAVA、C++)中的計算機(jī)可讀指令代碼，并且可以被存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)(可移動磁盤、易失性或非易失性存儲器、 嵌入式存儲器/處理器等)上。指令代碼可用于對計算機(jī)或任何其它可編程設(shè)備進(jìn)行編程以執(zhí)行預(yù)期功能。所述計算機(jī)程序可從諸如萬維網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)獲得，從那里可以將其下載。可以分別地借助于計算機(jī)程序、軟件來實現(xiàn)本發(fā)明。然而，還可以分別地借助于一個或多個特定電子電路、硬件來實現(xiàn)本發(fā)明。此外，還可以以混合的形式、即以軟件模塊和硬件模塊的組合來實現(xiàn)本發(fā)明。必須注意的是已參考不同的主題描述了本發(fā)明的實施例。尤其是，已參考方法類型權(quán)利要求描述了某些實施例，而參考裝置類型權(quán)利要求描述了其它實施例。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從以上和以下說明推斷，除非另外通知，除屬于一種主題的特征的任何組合
7之外，在與不同主題有關(guān)的特征之間、尤其是在方法類型權(quán)利要求的特征和裝置類型權(quán)利要求的特征之間的任何組合也認(rèn)為將由本文來公開。本發(fā)明的上文定義的方面和其它方面從下文將描述的實施例的示例是顯而易見的，并將參考實施例的示例來進(jìn)行解釋。下面將參考實施例的示例來更詳細(xì)地描述本發(fā)明， 但本發(fā)明不限于所述實施例的示例。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的風(fēng)力渦輪機(jī)。圖2依照本發(fā)明的實施例示出用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的控制系統(tǒng)。
具體實施例方式圖中的圖示是示意性的。注意的是在不同的圖中，類似或相同的元件提供有僅在第一個數(shù)字與相應(yīng)附圖標(biāo)記不同的附圖標(biāo)記。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的風(fēng)力渦輪機(jī)100。風(fēng)力渦輪機(jī)100包括安裝在未描繪的基礎(chǔ)上的塔120。在塔120的頂部，布置有吊艙122。在塔120與吊艙122之間，提供了能夠使吊艙122繞著未描繪的垂直軸旋轉(zhuǎn)的偏航角(yaw angle)調(diào)整設(shè)備121，所述垂直軸與塔120的縱向延伸部分對準(zhǔn)。通過以適當(dāng)?shù)姆绞絹砜刂破浇钦{(diào)整設(shè)備121，能夠確保在風(fēng)力渦輪機(jī)100的正常操作期間，吊艙122始終適當(dāng)?shù)嘏c當(dāng)前風(fēng)向?qū)?zhǔn)。然而，為了減少作用于風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)組件上的機(jī)械載荷，還可以使用偏航角調(diào)整設(shè)備121來將偏航角調(diào)整到一定位置，其中，吊艙122有意并非完美地與當(dāng)前風(fēng)向?qū)?zhǔn)。風(fēng)力渦輪機(jī)100還包括具有三個葉片114的轉(zhuǎn)子110。在圖1透視圖中，只有兩個葉片114是可見的。轉(zhuǎn)子110可繞著旋轉(zhuǎn)軸IlOa旋轉(zhuǎn)。被安裝在也稱為套筒(hub)的驅(qū)動裝置112處的葉片114相對于旋轉(zhuǎn)軸IlOa徑向延伸。在驅(qū)動套環(huán)(driving collar)112與葉片114之間，分別提供了葉片調(diào)整設(shè)備116 以便通過使各葉片114繞著未描繪的軸旋轉(zhuǎn)來調(diào)整每個葉片114的葉片俯仰角，所述軸基本上與各葉片114的縱向延伸部分平行地對準(zhǔn)。通過控制葉片調(diào)整設(shè)備116，可以以這樣的方式來調(diào)整各葉片114的葉片俯仰角，即使得至少在風(fēng)不那么強(qiáng)時，能夠從可用風(fēng)力獲得最大風(fēng)力。然而，為了減少作用在各葉片114上的機(jī)械載荷，還可以有意地將葉片俯仰角調(diào)整至一定位置，在該位置上，只能捕捉到降低的風(fēng)力。如從圖1可以看到的，在吊艙122內(nèi)提供齒輪箱124。齒輪箱IM用來將轉(zhuǎn)子110 的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成被以已知方式耦合到發(fā)電機(jī)1 的軸125的較高轉(zhuǎn)數(shù)。此外，提供制動器1 以便例如(a)在緊急情況下，(b)在可能損害風(fēng)力渦輪機(jī)100的過強(qiáng)風(fēng)條件的情況下，和/ 或(c)在意圖節(jié)省風(fēng)力渦輪機(jī)100的至少一個結(jié)構(gòu)組件的消耗疲勞壽命和/或疲勞壽命消耗率的情況下停止風(fēng)力渦輪機(jī)100的操作或降低轉(zhuǎn)子110的旋轉(zhuǎn)速度。風(fēng)力渦輪機(jī)100還包括用于以高效的方式來操作風(fēng)力渦輪機(jī)100的控制系統(tǒng)150。 除控制例如偏航角調(diào)整設(shè)備121之外，所描繪的控制系統(tǒng)150還用于通過調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片114 的葉片俯仰角并通過以優(yōu)化方式來確定用于風(fēng)力渦輪機(jī)100的適當(dāng)發(fā)電參考值來控制轉(zhuǎn)子110的旋轉(zhuǎn)速度。此外，如下文將更詳細(xì)地描述的，控制系統(tǒng)150用于分別調(diào)整吊艙122的、轉(zhuǎn)子110的偏航角。為了控制風(fēng)力渦輪機(jī)100的操作，控制系統(tǒng)150被連接到旋轉(zhuǎn)速度傳感器143，根據(jù)這里所述的實施例，旋轉(zhuǎn)速度傳感器143被連接到齒輪箱124。旋轉(zhuǎn)速度傳感器143向控制系統(tǒng)150饋送信號，該信號指示轉(zhuǎn)子110的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度。雖然對于執(zhí)行所述方法和實現(xiàn)用于控制轉(zhuǎn)子110的旋轉(zhuǎn)速度的所述控制系統(tǒng)而言不是基本的，但風(fēng)力渦輪機(jī)110包括(a)被連接到發(fā)電機(jī)128的功率傳感器141，和(b) 角度傳感器142，根據(jù)這里所述的實施例，其被連接到各葉片調(diào)整設(shè)備116。功率傳感器141 提供關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)100的當(dāng)前發(fā)電的信息。角度傳感器142提供關(guān)于所有轉(zhuǎn)子葉片114 的當(dāng)前葉片俯仰角設(shè)置的信息。圖2依照本發(fā)明的實施例示出用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)100的轉(zhuǎn)子110的旋轉(zhuǎn)速度的控制系統(tǒng)250?？刂葡到y(tǒng)250包括三個輸入端子，用于接收表示實際轉(zhuǎn)子速度的值的第一輸入端子251、用于接收表示外部速度極限的值的第二輸入端子252和用于接收表示風(fēng)力渦輪機(jī)的標(biāo)稱速度的值的第三輸入端子253。如下面將更詳細(xì)地描述的，三個輸入端子251、 252和253被連接到轉(zhuǎn)子速度控制單元255。轉(zhuǎn)子速度控制單元255包括兩個輸出端子，即用于提供用于葉片俯仰角的參考值的第一輸出端子256和用于提供用于發(fā)電量的參考值的第二輸出端子257。如從圖2可以看到的，由求微分(differentiating)單元262來對可以從發(fā)電機(jī) 128的旋轉(zhuǎn)速度獲取且經(jīng)由第一輸入端子251提供的轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行求微分。根據(jù)結(jié)果得到的經(jīng)求微分信號，由絕對值確定單元264來獲取絕對值。此外，由過濾器266對結(jié)果得到的絕對值進(jìn)行過濾以便進(jìn)一步處理平滑信號。經(jīng)過濾/平滑信號被饋送到加法單元270的正輸入端。此外，由計算單元268來計算最大轉(zhuǎn)子速度加速度值(max-acc)。從而，根據(jù)(a)轉(zhuǎn)子的實際旋轉(zhuǎn)速度、(b)實際發(fā)電量和(c)轉(zhuǎn)子葉片的實際葉片俯仰角來計算最大轉(zhuǎn)子速度加速度值。用加法單元270，從所測量的絕對加速度減去所計算的最大轉(zhuǎn)子速度加速度值。 此減法產(chǎn)生錯誤信號。如從圖2可以進(jìn)一步看到的，該錯誤信號被饋送到積分裝置，該積分裝置包括用于引入積分器增益的乘法單元272、用于在時間上對錯誤信號求積分的積分器274和率限制單元276。積分裝置272、274、276產(chǎn)生內(nèi)部(旋轉(zhuǎn))速度極限。由單元276來限制此內(nèi)部 (旋轉(zhuǎn))速度極限的變化率以便在將其與標(biāo)稱速度參考和外部速度極限相比較之前獲得平
滑信號。接收(a)內(nèi)部(旋轉(zhuǎn))速度極限、(b)外部速度極限和(C)風(fēng)力渦輪機(jī)的標(biāo)稱速度的選擇單元280選擇這三個信號中的最低值并將此最低信號饋送到轉(zhuǎn)子速度控制單元255 中作為參考(旋轉(zhuǎn))速度信號(speecLref)?；诖藚⒖?旋轉(zhuǎn))速度信號和基于由第一輸入端子251接收到的轉(zhuǎn)子速度值，轉(zhuǎn)子速度控制單元255計算表示用于發(fā)電量的參考值的值 "power_ref"(參見端子257)和表示用于葉片俯仰角的參考值的值“pitCh_ref”(參見端子 256)。提到的是，替代減小參考(旋轉(zhuǎn))速度信號(speecLref)和/或除此之外，如果風(fēng)速變得過高，則可以基于轉(zhuǎn)子加速度值來增加最小俯仰角。這還將導(dǎo)致高風(fēng)速情況下的降低的機(jī)械載荷。
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應(yīng)注意的是術(shù)語“包括”不排除其它元素或步驟，且“一個”或“一種”不排除復(fù)數(shù)。 還可以將結(jié)合不同實施例所述的元素組合。還應(yīng)注意的是不應(yīng)將權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記理解為限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于尤其是在高風(fēng)速下控制風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度的方法，該方法包括 確定轉(zhuǎn)子加速度值，其中，所述轉(zhuǎn)子加速度值是由轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度的時間變化引起的，以及 根據(jù)轉(zhuǎn)子加速度值來控制轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度。
2.如前述權(quán)利要求所述的方法，其中控制轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度包括 確定基于轉(zhuǎn)子加速度值的內(nèi)部速度極限，以及 根據(jù)所確定的內(nèi)部速度極限來控制轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度。
3.如前述權(quán)利要求所述的方法，其中由速度參考值來控制轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度，由此速度參考值是取自以下的最小值(a)內(nèi)部速度極限，以及(b)外部速度極限和/或標(biāo)稱速度參考值。
4.如前述權(quán)利要求所述的方法，其中控制轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度，包括一基于速度參考值來確定發(fā)電參考值和/或葉片俯仰角參考值，以及一使用發(fā)電參考值來操作風(fēng)力渦輪機(jī)(100)和/或使轉(zhuǎn)子(110)的至少一個葉片(114) 的葉片俯仰角適合葉片俯仰角參考值。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中確定內(nèi)部速度極限包括一測量轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度，以及一通過取所測量的旋轉(zhuǎn)速度相對于時間的導(dǎo)數(shù)來計算轉(zhuǎn)子加速度值。
6.如前述權(quán)利要求所述的方法，其中確定內(nèi)部速度極限還包括一取所計算的轉(zhuǎn)子加速度值的絕對值。
7.如前述權(quán)利要求5和6中的任一項所述的方法，其中確定內(nèi)部速度極限還包括一過濾所計算的轉(zhuǎn)子加速度值。
8.如前述權(quán)利要求5和6中的任一項所述的方法，其中確定內(nèi)部速度極限還包括一確定表示最大容許轉(zhuǎn)子加速度的加速度極限，以及一將轉(zhuǎn)子加速度值與所確定的加速度極限相比較。
9.如前述權(quán)利要求8所述的方法，其中基于表征風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的實際操作狀態(tài)的以下參數(shù)中的至少一個來確定所述加速度極限(a)轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度，(b)發(fā)電量，以及(c)轉(zhuǎn)子(110)的至少一個葉片(114)的俯仰角。
10.如前述權(quán)利要求8和9中的任一項所述的方法，其中基于所估計的風(fēng)速、實際風(fēng)速和/或所估計和/或?qū)嶋H風(fēng)速的變化來確定加速度極限。
11.如前述權(quán)利要求8至10中的任一項所述的方法，其中確定內(nèi)部速度極限還包括在時間上對轉(zhuǎn)子加速度值與所確定的加速度極限的比較結(jié)果求積分。
12.一種用于尤其是在高風(fēng)速下控制風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)(150、250)包括 確定裝置(262、264、266、268、270、272、272、276)，用于確定轉(zhuǎn)子加速度值，其中，轉(zhuǎn)子加速度值是由轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度的時間變化引起的，以及 控制單元(255)，用于根據(jù)所確定的轉(zhuǎn)子加速度值來控制轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度。
13.一種用于發(fā)電的風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)(100)包括 轉(zhuǎn)子(110)，具有至少一個葉片(114)，其中—轉(zhuǎn)子(110)可繞著旋轉(zhuǎn)軸(1 IOa)旋轉(zhuǎn)，以及一至少一個葉片(114)相對于旋轉(zhuǎn)軸(1 IOa)徑向延伸， 發(fā)電機(jī)(1觀)，機(jī)械地與轉(zhuǎn)子(110)耦合，以及 如前述權(quán)利要求所述的控制系統(tǒng)(150、250)。
14.一種用于尤其是在高風(fēng)速下控制風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的操作的計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序在被數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行時適合于控制和/或執(zhí)行如權(quán)利要求1至10中的任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于轉(zhuǎn)子加速度的風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度控制。描述了一種用于尤其是在高風(fēng)速下控制風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度的方法。所述方法包括(a)確定轉(zhuǎn)子加速度值，其中，該轉(zhuǎn)子加速度值是由轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度的時間變化引起的，以及(b)根據(jù)所述轉(zhuǎn)子加速度值來控制轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度。還描述了一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)速度的控制系統(tǒng)(150、250)和一種計算機(jī)程序，風(fēng)力渦輪機(jī)(100)裝配有此類控制系統(tǒng)(150、250)，所述計算機(jī)程序適合于控制和/或執(zhí)行上述旋轉(zhuǎn)速度控制方法。
文檔編號F03D9/00GK102192087SQ20111005722
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者斯蒂斯達(dá)爾 H., 溫特-詹森 M., 克賈爾 O., 埃格達(dá)爾 P., O. 林德 S. 申請人:西門子公司