專利名稱：控制風(fēng)能系統(tǒng)的方法和無風(fēng)速傳感器的風(fēng)能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)能系統(tǒng)和操作并且特別是控制風(fēng)能系統(tǒng)的方法。具 體地，本發(fā)明涉及確定風(fēng)能系統(tǒng)的正確操作條件的方法。
背景技術(shù)：
已知風(fēng)能系統(tǒng)的操作取決于風(fēng)速。風(fēng)能系統(tǒng)具有用于確定風(fēng)能系 統(tǒng)的操作條件的預(yù)定風(fēng)速閾值。例如， 一個閾值是所謂的接入風(fēng)速
(cut-in wind speed )，該接入風(fēng)速^皮定義為風(fēng)能系統(tǒng)開始產(chǎn)生功率 的風(fēng)速。另 一例子是凈皮定義為最高風(fēng)速的切出風(fēng)速(cut-out wind speed),在該最高風(fēng)速過程中，可以操作風(fēng)能系統(tǒng)，同時傳送功率。 通常，在高于切斷速度的風(fēng)速下停止產(chǎn)生能量。
已知提供具有用于測量風(fēng)速的比如風(fēng)速計的風(fēng)速傳感器的風(fēng)能 系統(tǒng)。來自風(fēng)速計的信號被提供作為用于控制器的輸入信號。例如， 根據(jù)風(fēng)速計信號確定諸如接入風(fēng)速和切出風(fēng)速的功能。在沒有風(fēng)速計 信號可被提供的情況中，風(fēng)能系統(tǒng)不能工作。因此風(fēng)能系統(tǒng)可用性受 風(fēng)速計信號的可用性影響。
在跟在轉(zhuǎn)子后面的風(fēng)能系統(tǒng)的吊搶上裝配已知的風(fēng)速計。因此，
風(fēng)速計信號被轉(zhuǎn)子影響。對氣流的影響取決于操作和邊界條件的種 類。校正為這些條件而測量的信號是困難的。結(jié)果，風(fēng)速計的讀數(shù)是 高度不精確的。此外，在每一個風(fēng)能系統(tǒng)處通常不單獨校準(zhǔn)風(fēng)速計設(shè) 備，這進一步有助于風(fēng)速測量的整個不確定性。這些不確定性的結(jié)果 是，根據(jù)被定位在吊艙上的風(fēng)速計用于控制判定的閾值不得不被更適 當(dāng)?shù)剡x擇，這引起不必要的停機時間，在該不必要的停機時間過程中， 風(fēng)能系統(tǒng)實際上在它的設(shè)計極限中工作，并且產(chǎn)生能量。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述，依據(jù)第一方面，提供一種用于控制風(fēng)能系統(tǒng)的方法， 包括考慮通過風(fēng)施加的所述風(fēng)能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片上的負荷而確定有 效風(fēng)速。依據(jù)進一步的方面，提供一種計算機可讀介質(zhì)，其提供指令，當(dāng) 通過計算平臺執(zhí)行所述指令時，所述指令引起計算平臺執(zhí)行操作，其 中所述操作包括依據(jù)于此所述的實施例的方法。
依據(jù)進一步的方面，提供一種具有計算單元的風(fēng)能系統(tǒng)，該計算 單元適用于通過考慮風(fēng)施加的所述風(fēng)能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片上的負荷而 計算有效風(fēng)速。
依據(jù)進一步的方面，提供一種無風(fēng)速傳感器的風(fēng)能系統(tǒng)(wind speed sensor free wind energy system ), 其具有用于生成電能的發(fā)電 機和用于根據(jù)風(fēng)速切斷和/或起動電能產(chǎn)生的控制器。
本發(fā)明的進一步的方面，優(yōu)點和特征將由從屬權(quán)利要求、具體實 施方式和附圖變得明顯。


在說明書的剩余部分中，包括對附圖的參考，更具體地闡述對于 本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的全部和允許的公開內(nèi)容，包括其最佳 模式，在附圖中
圖1是依據(jù)于此描述的實施例的風(fēng)能系統(tǒng)的示意圖； 圖2是描述了風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)偏差對于涉及于此描述的第一操作條 件的小風(fēng)速值處風(fēng)速的相關(guān)性的曲線圖3A至3C是涉及于此所述的第二操作條件的實施例； 圖4A至4F是涉及于此所述的第三操作條件的實施例。
具體實施例方式
現(xiàn)在詳細參照本發(fā)明的各個實施例，在附圖中描述其一個或多個 例子。每一個例子被提供作為對本發(fā)明的解釋，并且不意味著是對本 發(fā)明的限制。例如，作為實施例的一部分描述或闡述的特征可以用于 或結(jié)合其它實施例來獲得進一步的實施例。本發(fā)明旨在包括這種修改 和變型。
圖1是風(fēng)輪機的示意圖。風(fēng)輪機100具有塔架110,機器吊搶120 裝配在該塔架的頂端。吊艙容納了傳動系統(tǒng)(drive train),發(fā)電機 與該傳動系統(tǒng)連接(未示出)。支撐三個轉(zhuǎn)子葉片140的轂130被裝 配至機器吊艙120的側(cè)向端。通過典型地容納在轂130內(nèi)部的螺距驅(qū)動(pitch drive)可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片140。
在下面，將關(guān)于風(fēng)能系統(tǒng)的三個不同的操作條件解釋實施例。第 一操作條件涉及低于偏航系統(tǒng)的起動風(fēng)速的有效風(fēng)速。第二條件涉及 在偏航系統(tǒng)的起動風(fēng)速和接入風(fēng)速之間的有效風(fēng)速。此外，第二條件 涉及高于切出風(fēng)速的有效風(fēng)速。第三條件涉及在接入風(fēng)速和切出風(fēng)速 之間的有效風(fēng)速。
于此所述的風(fēng)速傳感器被理解為適用于測量風(fēng)速的單元。更典型 地，于此描述的風(fēng)速傳感器專門適用于測量風(fēng)速。換句話說，于此描 述的風(fēng)速傳感器不能夠產(chǎn)生消耗能量。風(fēng)速傳感器的例子包括杯式風(fēng) 速計，熱線風(fēng)速計(heated wire anemometer ),超聲波風(fēng)速計等。
風(fēng)能系統(tǒng)的第一操作條件涉及沒有風(fēng)或非常慢的風(fēng)速。具體地， 它涉及低于在對于風(fēng)能系統(tǒng)命令起動程序和開始產(chǎn)生凈功率的風(fēng)中 存在充分勢能的點的風(fēng)速。在該操作條件中，可以確定偏航系統(tǒng)的起 動風(fēng)速，在這里其被稱作"偏航系統(tǒng)的起動風(fēng)速"。在風(fēng)超過偏航系 統(tǒng)的起動風(fēng)速的情況中，風(fēng)能系統(tǒng)在下面更詳細地描述的第二操作條 件下工作。
在非常慢的風(fēng)速下，也就是在風(fēng)能系統(tǒng)的第一操作條件中，風(fēng)向 信號可以用于對于偏航系統(tǒng)的起動風(fēng)速的確定。典型地，如果風(fēng)速接 近于零，風(fēng)向?qū)㈦S著空氣的每一個運動而改變，該空氣的每一個運動 可以是例如通過比如對流的熱效應(yīng)引起的。該信號然后示出頻率變 化。在圖2中示意性示出這種情況。圖2是描述了取決于用于低風(fēng)速 的風(fēng)速的風(fēng)向的示范性標(biāo)準(zhǔn)偏差的曲線圖。典型地，在非常小的風(fēng)速 的情況下，比如風(fēng)速在lm/sec.的范圍中，風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)偏差在30至40 度的范圍中。隨著增大風(fēng)速，風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)偏差減小。對于安裝了風(fēng)能系 統(tǒng)的每一位置可以給出如在圖2中示范性示出的風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)偏差和風(fēng) 速的典型關(guān)系。它表示風(fēng)速和橫向湍流之間的關(guān)系，通過風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn) 偏差表示。
因此，依據(jù)于此描述的實施例，從風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)偏差的測量可以獲 得偏航系統(tǒng)的起動風(fēng)速。典型地，考慮風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)偏差和風(fēng)速的位置 具體關(guān)系。
因此，依據(jù)于此描述的實施例，為了確定偏航系統(tǒng)的起動風(fēng)速， 不一定具有風(fēng)速計信號。而是，可以由計算的有效風(fēng)速替代風(fēng)速計信號，從風(fēng)向信號和對于小的風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)偏差的計算可以獲得該計算的 有效風(fēng)速。需要指出，非常慢的風(fēng)速下轉(zhuǎn)子葉片上的負荷在零的范圍 中。因此，依據(jù)于此描述的實施例，第一操作條件中風(fēng)能系統(tǒng)上的負 荷可被j人為是零。
依據(jù)于此描述的實施例，風(fēng)能系統(tǒng)的偏航將不跟隨測量的風(fēng)向， 只要風(fēng)向的測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差保持高于偏航系統(tǒng)閾值的起動風(fēng)速的相 應(yīng)值。風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)偏差減小越多，風(fēng)向傳感器信號越穩(wěn)定，并且風(fēng)速增 大越多。
在風(fēng)向一點也沒有變化的情況中，在恒定方向處存在高風(fēng)速的情 況不得不與風(fēng)速太低以至于對風(fēng)向測量沒有任何影響的情況區(qū)分開 來。在后者的情況中，風(fēng)速太低，以至于不能克服風(fēng)向傳感器的軸承 摩擦。這可以通過朝向兩個可能方向中的一個轉(zhuǎn)動吊搶一些角度而被 檢查。如果存在充分的風(fēng)速來克服軸承摩擦，方向傳感器的方向?qū)⒏?隨該旋轉(zhuǎn)。在風(fēng)向傳感器不跟隨吊艙的旋轉(zhuǎn)運動的情況中，這不得不 被解釋為一點也不存在風(fēng)或風(fēng)向傳感器不工作。不管怎樣，依據(jù)于此 所述的實施例，風(fēng)能系統(tǒng)都不被帶進第二操作條件。
第二操作條件涉及沒有柵耦合的空轉(zhuǎn)。來自小的風(fēng)速，第二操作
前更詳細地解釋的，偏航系統(tǒng)的起動風(fēng)速是這樣的風(fēng)速超過該風(fēng)速， 風(fēng)能系統(tǒng)工作，從而使吊艙的偏航方向與風(fēng)向?qū)?zhǔn)。如于此所述的接 入風(fēng)速被定義為風(fēng)能系統(tǒng)開始產(chǎn)生功率的風(fēng)速。此外，第二操作條件 涉及大于切出風(fēng)速的有效風(fēng)速。用更基礎(chǔ)的話說，第二操作條件是其 中風(fēng)能系統(tǒng)準(zhǔn)備用于產(chǎn)生能量和耦合至網(wǎng)絡(luò)(net)的操作模式。
為了在操作條件過程中確定風(fēng)速，將闡述確定的兩個典型的實施 例。依據(jù)第一替代實施例，當(dāng)螺距角保持恒定時，從轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度 獲得風(fēng)速。從通過螺距角控制的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度直接計算有效風(fēng)速。
在圖3A中描述該方法。通過螺距驅(qū)動控制310，基于轉(zhuǎn)子葉片 的螺距角通知用于計算有效風(fēng)速的計算單元330。如先前解釋的，螺 距角在第二操作條件中不依據(jù)第一替代實施例的方法而改變。因此， 在典型的實施例中，不存在對于從螺距驅(qū)動控制310至計算單元330 的恒定信息流的需要。此外，計算單元330恒定地接收關(guān)于轉(zhuǎn)子的實 際旋轉(zhuǎn)速度的來自旋轉(zhuǎn)速度傳感器320的信息。具有螺距角和轉(zhuǎn)子的實際旋轉(zhuǎn)速度，計算單元能夠計算有效風(fēng)速。如于此被理解的術(shù)語"恒 定地，，將包含"以預(yù)定的時間距離重復(fù)，，。
依據(jù)第二替代實施例，風(fēng)能系統(tǒng)工作，以使通過相應(yīng)地恒定調(diào)節(jié)
螺距角，旋轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定在期望值。然后從需用于保持轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度 恒定的平均螺距角獲得風(fēng)速。
在圖3B中描述了操作依據(jù)第二替代實施例的風(fēng)能系統(tǒng)的方法。 基于通過旋轉(zhuǎn)速度傳感器320測量的轉(zhuǎn)子的實際旋轉(zhuǎn)速度恒定地通 知控制器300。旋轉(zhuǎn)速度的任何變換將引起控制器改變螺距角。因此， 控制器300恒定地發(fā)送信息至螺距驅(qū)動控制310。例如，如果旋轉(zhuǎn)速 度傳感器320感測到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的增大，該信息被發(fā)送至控制器 300?？刂破?00發(fā)送該信息至螺距驅(qū)動控制310,以便使轉(zhuǎn)子葉片 周期變距(feather),從而減小得到的扭矩，并且使旋轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定在 期望的風(fēng)速下。計算單元330接收關(guān)于實際的螺距角和實際的旋轉(zhuǎn)速 度的信息。
依據(jù)關(guān)于圖3A和3B描述的實施例，通過螺距驅(qū)動控制310和 旋轉(zhuǎn)速度傳感器320，關(guān)于實際的螺距角和實際的旋轉(zhuǎn)速度的信息被 直接發(fā)送至計算單元330。依據(jù)可與于此所述的全部其它實施例組合 的不同實施例，控制器300被連接至計算單元330，并且從控制器300 發(fā)送關(guān)于實際的螺距角和實際的旋轉(zhuǎn)速度的信息至計算單元。這在圖 3C中示范性地描述出。
依據(jù)于此所述的實施例，風(fēng)能系統(tǒng)包括用于根據(jù)有效風(fēng)速確定風(fēng) 能系統(tǒng)的操作條件的控制器。例如，如果控制器接收有效風(fēng)速超過偏 航系統(tǒng)的起動風(fēng)速的信息，則控制器引起風(fēng)能系統(tǒng)在第二操作條件中 被操作。這種控制器可以是在這里的不同實施例中所述的控制器300, 其可以與在這里所述的每一個實施例組合。依據(jù)于此所述的一些實施 例，控制器300和計算單元330物理上相同。
在第二操作條件過程中不需要比如風(fēng)速計的具體風(fēng)速傳感器地
確定風(fēng)速的功能性可以具體用于確定接入風(fēng)速以及再接入風(fēng)速。典型 地，該再接入風(fēng)速小于切出風(fēng)速，例如，具有l(wèi)m/s至4m/s之間的差， 更典型地具有2m/s和3m/s之間的差。通常且不局限于所述的實施例， 計算隨時間過去的有效風(fēng)速的平均值，從而比較它與比如接入風(fēng)速或 再接入風(fēng)速的閾值。典型地，對于5分鐘和15分鐘之間的時間周期(比如10分鐘)計算該平均值。
切出風(fēng)速有時也被稱作風(fēng)暴切出風(fēng)速(storm-cut-out wind speed)。如果風(fēng)速超過風(fēng)暴切出風(fēng)速，風(fēng)能系統(tǒng)被關(guān)閉。在該上下 文中關(guān)閉意味著風(fēng)能系統(tǒng)停止能量生成，并且典型地變成沒有柵耦合 的空轉(zhuǎn)模式。在風(fēng)暴過程中，轉(zhuǎn)子葉片是空轉(zhuǎn)的，其中螺距角典型地 被調(diào)節(jié)成產(chǎn)生小的扭矩。在低風(fēng)速下，對于空轉(zhuǎn)的螺距角通常近似為 65° 。然而，在風(fēng)暴關(guān)閉之后，可能需要在較高的螺距角下空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子， 例如在70°和80。之間的螺距角下(比如75。)，從而限制得到的 負荷。在風(fēng)暴過程中(也就是在由于超過切出風(fēng)速而關(guān)閉之后)，風(fēng) 能系統(tǒng)可以依據(jù)于此描述的方法的實施例工作，具體地說是依據(jù)之前 所述的第二操作條件的第一或第二替代實施例。
第三操作條件涉及具有柵耦合的風(fēng)能系統(tǒng)的正常操作。典型地， 在該條件過程中，吊艙的偏航方向恒定地與風(fēng)向?qū)?zhǔn)。依據(jù)于此所述 的典型實施例，從轉(zhuǎn)子葉片的螺距角的實際值、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn) 子葉片的扭矩計算有效風(fēng)速?？商娲鼗虺伺ぞ刂猓€可以使用
關(guān)于生成的功率的值。
螺距角僅是風(fēng)能系統(tǒng)的所謂的標(biāo)準(zhǔn)操作中的激勵變量，確保保持 扭矩和旋轉(zhuǎn)速度恒定。因此，依據(jù)于此所述的實施例，只要風(fēng)能系統(tǒng) 在標(biāo)準(zhǔn)操作模式中，也就是只要它產(chǎn)生最大功率，旋轉(zhuǎn)速度和扭矩/ 功率生成幾乎恒定，并且可被認為對于有效風(fēng)速的計算是恒定的。為 了計算有效風(fēng)速，因此可以足以具有關(guān)于葉片的螺距角的經(jīng)常更新的信息。
圖4A是關(guān)于當(dāng)風(fēng)能系統(tǒng)處于第三操作條件時用于有效確定風(fēng)速 的實施例的示范性描述。計算單元330從螺距驅(qū)動控制310接收關(guān)于 轉(zhuǎn)子葉片的實際螺距角的信息信號，從旋轉(zhuǎn)速度傳感器320接收關(guān)于 轉(zhuǎn)子的實際旋轉(zhuǎn)速度的信息信號，以及從扭矩測量裝置400接收關(guān)于 實際扭矩值的信息信號。計算單元330典型地適于恒定地從該信息計 算有效風(fēng)速?？商娲虺伺ぞ匦畔⒅?，還可以使用關(guān)于生成的功 率的信息。
依據(jù)于此所述的典型實施例，操作風(fēng)能系統(tǒng)的方法包括依據(jù)扭矩 /功率、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子葉片的螺距角的預(yù)定進度表控制風(fēng)能 系統(tǒng)的操作。當(dāng)通過這些值控制依據(jù)于此所述的實施例的風(fēng)能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)操作時，這些值典型地不得不被恒定地測量。如之前所述的，僅 測量螺距角和/或僅具有關(guān)于螺距角的信息足以。例如，只要保持最 大功率生成，可以不必要恒定地測量扭矩和/或旋轉(zhuǎn)速度。 一旦生成 的功率下降，可以再次需要測量比如扭矩、生成的功率和/或旋轉(zhuǎn)速
度的值。典型地，隨著改變旋轉(zhuǎn)速度或扭矩/功率值，螺距角適于改 變的情況。依據(jù)典型的實施例，風(fēng)能系統(tǒng)包括控制器?？刂破鞯湫偷?接收測量值，比如扭矩值，功率值，旋轉(zhuǎn)速度值和/或螺距角。典型 地，控制器根據(jù)測量的值恒定地控制比如螺距驅(qū)動的風(fēng)能系統(tǒng)的操作 元件。
在圖4B中示范性地描述這種情況。其中，控制器300從扭矩測 量裝置400接收關(guān)于實際扭矩的信息，從旋轉(zhuǎn)速度傳感器320接收關(guān) 于轉(zhuǎn)子的實際旋轉(zhuǎn)速度的信息，以及從螺距驅(qū)動控制310接收關(guān)于實 際螺距驅(qū)動角的信息。根據(jù)這些值和它們隨時間的變化，控制器300 調(diào)節(jié)螺距角。這可以通過螺距驅(qū)動控制310進行，如在圖4B中示出 的。類似于關(guān)于圖4A描述的實施例進行有效風(fēng)速的計算?？商娲?除此之外，計算單元330還可以直接被連接至控制器300，從而從扭 矩測量裝置400，旋轉(zhuǎn)速度傳感器320和螺距驅(qū)動控制310得到相應(yīng) 的信息。關(guān)于圖4C示范性地描述其中計算單元330專有地連接至控 制器300的實施例。
代替圖4A至4C中示出的實施例的扭矩測量裝置400,或除了圖 4A至4C中示出的實施例的扭矩測量裝置400之外，可以提供功率測 量裝置410。來自功率測量裝置410的信息可以替代在有效風(fēng)速的計 算中關(guān)于來自扭矩測量裝置400的扭矩的信息。這關(guān)于圖4D至4F 示范性地被描述，其中扭矩測量裝置400被功率測量裝置410替代。
依據(jù)其它實施例，除了扭矩信息之外，還考慮關(guān)于生成的功率的 信息。
在第三操作條件過程中的有效風(fēng)速確定典型地用于確定風(fēng)暴切 出風(fēng)速和接入風(fēng)速。依據(jù)其它實施例，通過第三操作條件過程中轉(zhuǎn)子 葉片的實際螺距角也可以確定風(fēng)暴切出風(fēng)速。依據(jù)于此所述的實施 例，通過第三操作條件過程中產(chǎn)生的功率可以確定接入風(fēng)速。例如， 風(fēng)能系統(tǒng)可被帶進第二操作條件，如果生成的功率變成負的。
控制依據(jù)于此所述的實施例的風(fēng)能系統(tǒng)的方法允許有效風(fēng)速的確定。依據(jù)于此描述的實施例，它允許確定哪些閾值被有效風(fēng)速超過
或潛行(under-run)且所述閾值一般與風(fēng)速相關(guān)。典型的閾值例如 是偏航系統(tǒng)的起動風(fēng)速，接入風(fēng)速，切出風(fēng)速和再接入風(fēng)速。
如于此描述的"有效風(fēng)速"指定通過風(fēng)施加的轉(zhuǎn)子葉片上的負荷。 換句話說，有效風(fēng)速可被理解為反映轉(zhuǎn)子葉片上的實際負荷條件的風(fēng) 速相關(guān)值。這些條件包括來自空氣密度，壓力，溫度，結(jié)水，雨，沉 淀，濕氣的影響，以及對葉片機翼性能的任何其他影響。盡管有效風(fēng) 速與實際風(fēng)速高度相關(guān)，但是對葉片機翼性能的影響可以對實際負 荷，對轉(zhuǎn)子葉片以及整個風(fēng)能系統(tǒng)具有影響。與此相對比，"實際風(fēng) 速"是利用比如風(fēng)速計的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速傳感器可測量的絕對風(fēng)速。
取決于有效風(fēng)速的風(fēng)能系統(tǒng)的操作控制可以有益地用于涉及負 荷限制的全部控制器判定。這是因為實際負荷是關(guān)于風(fēng)能系統(tǒng)的操作 的限制因素，例如在具有接近切出風(fēng)速的風(fēng)速條件過程中。換句話說， 絕對風(fēng)速已被用于現(xiàn)有技術(shù)已知的風(fēng)能系統(tǒng)的操作，原因僅在于其與 轉(zhuǎn)子葉片上的負荷高度相關(guān)。然而，通過確定有效風(fēng)速可以更好地評 估實際負荷。實際負荷典型地是對于風(fēng)能系統(tǒng)的操作的相關(guān)值。現(xiàn)有 技術(shù)已知的風(fēng)速計僅測量風(fēng)速，而諸如結(jié)構(gòu)負荷和功率的對于風(fēng)輪機 控制的更相關(guān)的特性也取決于比如空氣密度，葉片質(zhì)量和其它條件的 值。依據(jù)本發(fā)明的典型實施例，在有效風(fēng)速的計算中考慮這些條件。
依據(jù)于此所述的典型實施例，不一定需要例如用于安全原因的附 加風(fēng)速傳感器。必須用于實現(xiàn)依據(jù)于此所述的實施例的方法的傳感器 和測量裝置典型地已具有風(fēng)能系統(tǒng)，并被應(yīng)用于它的操作。傳感器中 的一個的不正常工作將使渦輪機跳閘，并因此避免任何不安全事件。
依據(jù)于此所述的一些實施例，可以提供具有比如風(fēng)速計的附加風(fēng) 速傳感器的風(fēng)能系統(tǒng)。例如，風(fēng)速傳感器可以有用于測量絕對風(fēng)速， 以用于確定絕對風(fēng)速和風(fēng)能系統(tǒng)的隨時間過去的功率之間的關(guān)系。該 相關(guān)性可以用于經(jīng)濟和技術(shù)分析。例如，如果該相關(guān)性是極其普通地 弱，這表示某事物在風(fēng)能系統(tǒng)中沒有合適地工作。
所述實施例的優(yōu)點是多方面的。根據(jù)更精密地反映不是僅通過風(fēng) 速傳感器測量的絕對風(fēng)速的更相關(guān)的渦輪機負荷和功率輸出的傳感 器信號可以確定風(fēng)暴切出風(fēng)速。這引起具有低空氣密度的位置和/或 天氣條件下的較高的切出風(fēng)速。在沒有違反負荷包絡(luò)的情況下，由此增大了能量捕獲。
此外，依據(jù)典型的實施例，從標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以節(jié)省一個 傳感器。除了開支影響之外，這也可以對風(fēng)能系統(tǒng)可用性具有積極的 影響，因為在已知的風(fēng)能系統(tǒng)中風(fēng)速傳感器故障通常會使風(fēng)能系統(tǒng)跳 閘，并引起風(fēng)能系統(tǒng)的停機時間。盡管如此，依據(jù)于此描述的一些實 施例，風(fēng)速計可以被提供有用于其它用途的風(fēng)能系統(tǒng)，而不是比如功 率性能監(jiān)控，結(jié)冰監(jiān)測等的風(fēng)能系統(tǒng)控制。
依據(jù)于此描述的實施例，提供計算機可讀介質(zhì)。在計算機可讀介 質(zhì)上提供指令，當(dāng)通過計算平臺執(zhí)行時，所述指令引起計算平臺執(zhí)行 依據(jù)于此描述的方法實施例的方法操作。具體地，所述指令可以包括 考慮通過風(fēng)施加的所述風(fēng)能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片上的負荷的有效風(fēng)速的 確定。依據(jù)先前所述的實施例可以確定有效風(fēng)速。此外，所述指令可 以包括根據(jù)有效風(fēng)速風(fēng)能系統(tǒng)的操作條件的確定。依據(jù)于此描述的實 施例的計算機可讀介質(zhì)可以是存儲棒，硬盤，軟磁盤等等。
依據(jù)于此描述的典型實施例，從方向的變化獲得有效風(fēng)速。這一 般可以不利用來自風(fēng)速傳感器的信息來完成。依據(jù)于此描述的實施例 的風(fēng)能系統(tǒng)典型地包括用于控制轉(zhuǎn)子葉片的螺距角的螺距驅(qū)動控制 和用于測量轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度傳感器，其中計算單元被連接 至螺距驅(qū)動控制和旋轉(zhuǎn)速度傳感器。依據(jù)進一步的實施例，風(fēng)能系統(tǒng) 包括用于測量轉(zhuǎn)子扭矩的扭矩測量裝置，其中計算單元被連接至扭矩 測量裝置。可替代地或除此之外，風(fēng)能系統(tǒng)還包括用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成 電能的發(fā)電機和用于測量生成的功率的功率測量裝置，其中計算單元 被連接至功率測量裝置。
通常，依據(jù)多個實施例的風(fēng)能系統(tǒng)的計算單元不適用于接收來自 風(fēng)速傳感器的信號。更典型地，風(fēng)能系統(tǒng)是無風(fēng)速傳感器的風(fēng)能系統(tǒng)。
本書面說明書利用例子來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且也允 許任何本領(lǐng)域技術(shù)人員來獲得和利用本發(fā)明。盡管已經(jīng)根據(jù)各個具體 實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到利用在權(quán)利要求 的精神和范圍內(nèi)的修改可以實踐本發(fā)明。具體地，上面描述的實施例 的相互不排除的特征可以彼此組合。通過權(quán)利要求限定本發(fā)明的可專 利范圍，并且本發(fā)明的可專利范圍可以包括出現(xiàn)在本領(lǐng)域技術(shù)人員面 前的其他例子。這種其它例子旨在在權(quán)利要求的范圍中，如果它們具有與權(quán)利要求的文字語言不相同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán) 利要求的文字語言基本上沒有差別的等同結(jié)構(gòu)元件。
部件列表 100風(fēng)能系統(tǒng) 110塔架 120吊艙 130轂
140轉(zhuǎn)子葉片
300控制器
310螺距驅(qū)動控制
320旋轉(zhuǎn)速度傳感器
330計算單元
400扭矩測量裝置
410功率測量裝置
權(quán)利要求
1、一種用于控制風(fēng)能系統(tǒng)的方法，該風(fēng)能系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)子，該方法包括考慮通過風(fēng)施加的風(fēng)能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子上的負荷來確定有效風(fēng)速。
2、 依據(jù)權(quán)利要求l的方法，進一步包括 根據(jù)有效風(fēng)速確定風(fēng)能系統(tǒng)的操作條件。
3、 依據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中有效風(fēng)速說明來 自由空氣密度，溫度，壓力，結(jié)水，雨，沉淀和濕氣構(gòu)成的組的一個或多個項的影響。
4、 依據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中由從轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn) 速度，轉(zhuǎn)子葉片的螺距角，生成的功率，轉(zhuǎn)子的扭矩和風(fēng)向構(gòu)成的組 選擇出來的一個或多個信號值計算有效風(fēng)速。
5、 依據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中由轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速 度，轉(zhuǎn)子葉片的螺距角并且優(yōu)選由生成的功率或轉(zhuǎn)子的扭矩計算有效 風(fēng)速。
6、 依據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中從由涉及所述有 效風(fēng)速低于偏航系統(tǒng)的起動風(fēng)速的第一條件、涉及所述有效風(fēng)速在偏二條件、以及涉及所述有效風(fēng)速在接入風(fēng)速和切出風(fēng)速之間的第三條 件構(gòu)成的組選擇所述操作條件。
7、 一種風(fēng)能系統(tǒng)(100)，具有 具有轉(zhuǎn)子葉片(140)的轉(zhuǎn)子；計算單元(330)，其適用于通過考慮通過風(fēng)施加的風(fēng)能系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)子上的負荷來計算有效風(fēng)速。
8、 依據(jù)權(quán)利要求7的風(fēng)能系統(tǒng)，進一步包括用于根據(jù)有效風(fēng)速 確定風(fēng)能系統(tǒng)的操作條件的控制器(300 )。
9、 依據(jù)權(quán)利要求7或8的風(fēng)能系統(tǒng)，其中由從轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度， 轉(zhuǎn)子葉片的螺距角，生成的功率，轉(zhuǎn)子的扭矩和風(fēng)向構(gòu)成的組選擇出 來的一個或多個信號值計算有效風(fēng)速。
10、 依據(jù)權(quán)利要求7至9中的任一項的風(fēng)能系統(tǒng)，其中該風(fēng)能系 統(tǒng)是無風(fēng)速傳感器的風(fēng)能系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制風(fēng)能系統(tǒng)的方法和無風(fēng)速傳感器的風(fēng)能系統(tǒng)。本發(fā)明涉及風(fēng)能傳感器及其控制方法。提供控制風(fēng)能系統(tǒng)的方法，其中該方法包括考慮通過風(fēng)施加的風(fēng)能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子上的負荷而確定有效風(fēng)速。此外，提供一種具有計算單元(330)的風(fēng)能系統(tǒng)(100)，該計算單元適用于通過考慮通過風(fēng)施加的風(fēng)能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子上的負荷而計算有效風(fēng)速。此外，提供一種具有用于生成電能的發(fā)電機和用于根據(jù)風(fēng)速關(guān)斷和/或起動電能生成的控制器(300)的無風(fēng)速傳感器的風(fēng)能系統(tǒng)。
文檔編號F03D7/02GK101424248SQ20081017312
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者H·-J·庫伊曼, T·西伯斯 申請人:通用電氣公司