專利名稱：風(fēng)力渦輪機(jī)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在運(yùn)行期間控制和調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)的不同可控參數(shù)的方案，以便減小作用于風(fēng)力渦輪機(jī)部件上的極限負(fù)載。
背景技術(shù)：
為了保證在當(dāng)前風(fēng)力和天氣下從風(fēng)力的最大電力提取并同時(shí)保證風(fēng)力渦輪機(jī)的不同部件上的負(fù)載一直保持在可承受的極限內(nèi)，最新式的風(fēng)力渦輪機(jī)被不斷地控制和調(diào) 節(jié)。理想地，風(fēng)力渦輪機(jī)也可以被控制以考慮風(fēng)速的快速局部變化一所謂的陣風(fēng)，并考慮塔的例如由于葉片通過(guò)而導(dǎo)致的在單個(gè)葉片上的負(fù)載的動(dòng)態(tài)改變，或隨到地面的距離變化的實(shí)際風(fēng)速(風(fēng)廓線)。為了這個(gè)目的，由風(fēng)力渦輪機(jī)中的控制器收集并監(jiān)測(cè)大量參數(shù)，諸如當(dāng)前風(fēng)的速度和方向、風(fēng)切變和湍流、風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速、各葉片的槳距角、偏航角、關(guān)于電網(wǎng)系統(tǒng)的信息以及從放置在例如葉片、機(jī)艙或塔上的傳感器測(cè)量結(jié)果的參數(shù)(例如，應(yīng)力或振動(dòng))。基于這些和下面的一些控制方案而確定渦輪機(jī)的為了在給定條件下最佳地執(zhí)行的最佳控制參數(shù)?？刂骑L(fēng)力渦輪機(jī)的當(dāng)前性能并由此控制風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電和負(fù)載狀態(tài)的方法例如包括對(duì)葉片變槳距，調(diào)節(jié)用于改變?nèi)~片的空氣動(dòng)力面的諸如翼或渦流發(fā)生裝置之類的任何其它主動(dòng)空氣動(dòng)力設(shè)備，調(diào)整功率，和/或調(diào)整風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速。這些參數(shù)在此和以下稱為可控參數(shù)。上述講到了發(fā)電，但沒有講到施加到風(fēng)輪上的推力。即，標(biāo)稱的工作點(diǎn)固有地保證了推力在固定的工作點(diǎn)處保持在設(shè)計(jì)極限內(nèi)，但是當(dāng)考慮動(dòng)態(tài)效果時(shí)問(wèn)題固有地出現(xiàn)了。例如由于發(fā)電機(jī)基于速度的槳距控制是相當(dāng)慢動(dòng)作的系統(tǒng)，疾風(fēng)條件能夠?qū)е聵嗫刂破鞑荒芨巷L(fēng)速的高傾斜的情況。有效地，風(fēng)輪將加速遠(yuǎn)離固定的工作點(diǎn)，最終超過(guò)超速極限并因而起動(dòng)緊急停工。這種緊急停工在某些情況下將造成由于負(fù)向推力施加在風(fēng)輪上而引起的負(fù)載問(wèn)題。然而，在導(dǎo)致超速狀態(tài)的風(fēng)輪加速期間也能夠發(fā)生過(guò)度負(fù)載。這基本上是由這樣的事實(shí)造成的風(fēng)力渦輪機(jī)的諸如槳距控制器的可操作參數(shù)的控制器未設(shè)計(jì)為應(yīng)對(duì)快速改變的風(fēng)力條件也未足夠快到能夠補(bǔ)償增加的風(fēng)速。因此，推力系數(shù)未降低得足夠快來(lái)補(bǔ)償增加的風(fēng)速。結(jié)果，塔因?yàn)樗械倪^(guò)度彎曲的力矩而向后偏斜。更進(jìn)一步地，如果未足夠快地確定或執(zhí)行風(fēng)力渦輪機(jī)的控制方案，諸如風(fēng)速下降和大的風(fēng)向改變等的風(fēng)力條件的突變或劇變可能造成風(fēng)力渦輪機(jī)的一些部件中的非常高和無(wú)法承受的負(fù)載和力矩，例如塔中的由于對(duì)一個(gè)或更多個(gè)葉片不合意的變槳距引起的非常高和難以承受的負(fù)載和力矩，或在齒輪中的由于對(duì)功率的錯(cuò)誤調(diào)節(jié)引起的非常高和難以承受的負(fù)載和力矩。這種負(fù)載可以相當(dāng)大并可以在極端狀態(tài)最壞的情況下或隨著時(shí)間導(dǎo)致渦輪機(jī)的致命損壞。盡管出現(xiàn)這種極端狀態(tài)的可能性是極微的，但可能牽扯的后果是無(wú)法承受的，于是產(chǎn)生了對(duì)能夠阻止這些可能罕見但極端不測(cè)的事件的故障-安全控制方法的需要。
在IEC 61400代碼中描述了極端風(fēng)力負(fù)載條件的例子，并且這些極端風(fēng)力負(fù)載條件的例子除了包括其他以外還包括極端運(yùn)行陣風(fēng)(EOG)負(fù)載情況，隨方向改變的極端持續(xù)陣風(fēng)(ECD)負(fù)載情況，極端方向改變、極端持續(xù)陣風(fēng)(ECG)和極限風(fēng)切變(EWS)負(fù)載情況。已知的控制系統(tǒng)包括使用測(cè)量的或估計(jì)的風(fēng)速和/或利用風(fēng)向標(biāo)檢測(cè)風(fēng)向來(lái)直接確定可控參數(shù)。但是，在某些狀態(tài)下尤其在極端風(fēng)力條件下這種系統(tǒng)變得太慢或太不準(zhǔn)確而不能在渦輪機(jī)最佳執(zhí)行的恰當(dāng)時(shí)間檢測(cè)風(fēng)力負(fù)載條件變化，因此可能不勝任并在某些情況下甚至不能保護(hù)渦輪機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的實(shí)施方式的一個(gè)目的是提 供一種消除或減少已知控制方法的上述問(wèn)題中的一些問(wèn)題的風(fēng)力渦輪機(jī)的控制方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種按照簡(jiǎn)單和有效的方式可以更快更可靠地應(yīng)對(duì)風(fēng)力負(fù)載條件的改變的控制方法，尤其應(yīng)對(duì)風(fēng)向、風(fēng)切變和/或風(fēng)速的突然或巨大改變。本發(fā)明的實(shí)施方式的另一目的是提供一種能夠?qū)⒅T如陣風(fēng)或湍流的風(fēng)力動(dòng)態(tài)效應(yīng)考慮在對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行參數(shù)的控制中的控制系統(tǒng)或控制方法。按照本發(fā)明，這通過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)的控制方法獲得，風(fēng)力渦輪機(jī)具有風(fēng)輪和用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪具有可變槳距的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，該方法包括以下步驟確定針對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的可控參數(shù)的控制信號(hào)；按時(shí)間間隔估計(jì)表示由風(fēng)施加在風(fēng)力渦輪機(jī)上的負(fù)載的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)；確定反映運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)間的變化的變參數(shù)；只有在變參數(shù)低于警報(bào)閾值的情況下才根據(jù)該控制信號(hào)控制風(fēng)力渦輪機(jī)，以及在變參數(shù)高于警報(bào)閾值的情況下根據(jù)修正控制方案控制風(fēng)力渦輪機(jī)。因而，根據(jù)本發(fā)明的控制方法包括用于避免風(fēng)力渦輪機(jī)上的嚴(yán)重或極端負(fù)載狀態(tài)的控制信號(hào)監(jiān)控方案，其中在各時(shí)間步幅中確定表示由風(fēng)施加在風(fēng)力渦輪機(jī)上的負(fù)載的運(yùn)行參數(shù)，并且其時(shí)間上的變化用作判斷是否需要將風(fēng)力渦輪機(jī)不同地進(jìn)行控制的依據(jù)，例如如果超過(guò)某警報(bào)閾值就停止渦輪機(jī)。通過(guò)表示由風(fēng)施加在風(fēng)力渦輪機(jī)風(fēng)輪上的負(fù)載的運(yùn)行參數(shù)意味著在運(yùn)行參數(shù)和風(fēng)力渦輪機(jī)風(fēng)輪上的負(fù)載之間一對(duì)一的關(guān)系，使得負(fù)載的改變直接反映在相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)的改變。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，估計(jì)運(yùn)行參數(shù)的步驟包括估計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)輪功率系數(shù)、扭矩系數(shù)和推力系數(shù)中的至少一個(gè)。從而獲得的控制方法有益于用作以簡(jiǎn)單而有效的方式檢測(cè)和應(yīng)對(duì)風(fēng)力負(fù)載條件的巨大改變或變化的系統(tǒng)，否則這種風(fēng)力條件改變可能導(dǎo)致在諸如塔、葉片、發(fā)電機(jī)、齒輪等不同風(fēng)力渦輪機(jī)部件中的嚴(yán)重或甚至極端的負(fù)載狀態(tài)。在最壞情況下，這種極端的負(fù)載可能造成風(fēng)力渦輪機(jī)的致命損壞，例如最終造成塔的斷裂，因此是無(wú)法承受的。根據(jù)該控制方法的監(jiān)控以簡(jiǎn)單而有效的方式確保了 在發(fā)現(xiàn)了反映風(fēng)力負(fù)載條件的巨大改變的風(fēng)輪功率、扭矩和/或推力系數(shù)的巨大變化的情況下，通過(guò)否決以其他方式?jīng)Q定的控制并通過(guò)代替地遵循修正控制方案，例如通過(guò)減載運(yùn)行、完全切斷風(fēng)力渦輪機(jī)或增加槳距基準(zhǔn)，極大地減少或者甚至避免了極端負(fù)載狀態(tài)和負(fù)載導(dǎo)致疲勞損壞的危險(xiǎn)。
從而獲得的控制方法還有益于提供一種減少塔振動(dòng)和極端塔負(fù)載(尤其是塔基附近的極端彎曲力矩)的風(fēng)力渦輪機(jī)的控制方案。控制方法還有益于用作一種基于事件的系統(tǒng)，因?yàn)榭梢愿鶕?jù)渦輪機(jī)的傳統(tǒng)控制方案不受影響地控制渦輪機(jī)(典型地為了最大化渦輪機(jī)的發(fā)電量)，除非風(fēng)力渦輪機(jī)的當(dāng)前負(fù)載和/或負(fù)載的改變指示要有利地修正控制。風(fēng)力負(fù)載條件可以包括平均和/或絕對(duì)風(fēng)速、風(fēng)切變、風(fēng)向(特別是相對(duì)于風(fēng)輪平面)、風(fēng)影的面積、風(fēng)場(chǎng)變化、湍流因子等。本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是它能夠容易地應(yīng)用到已有的風(fēng)力渦輪機(jī)，而無(wú)需附加的部件或硬件裝備。如介紹中簡(jiǎn)要描述的，可控參數(shù)例如可以包括葉片的個(gè)體或集體的變槳距、偏航、風(fēng)輪的錐度、風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速、功率、發(fā)電機(jī)速度或針對(duì)用于改變?nèi)~片的氣動(dòng)面的任何其它 主動(dòng)氣動(dòng)設(shè)備(如翼或渦流發(fā)生裝置)的一些調(diào)整參數(shù)?？刂菩盘?hào)可以包括用于通過(guò)改變功率或扭矩來(lái)控制風(fēng)力渦輪機(jī)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速的功率或扭矩基準(zhǔn)信號(hào)。另選地或附加地，控制信號(hào)可以包括用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片的變槳距的槳距基準(zhǔn)信號(hào)。槳距基準(zhǔn)信號(hào)可以包括每個(gè)個(gè)體風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的槳距基準(zhǔn)值和/或集體槳距基準(zhǔn)值，從而可以基于個(gè)體葉片槳距基準(zhǔn)中的每一個(gè)和/或基于這些的平均(集體槳距基準(zhǔn))執(zhí)行該控制方法。可以在相同或不同控制器中并基于來(lái)自諸如葉片或風(fēng)輪的軸上的負(fù)載傳感器、機(jī)艙中的加速度計(jì)、風(fēng)速計(jì)等的各種傳感器的輸入來(lái)執(zhí)行確定針對(duì)可控參數(shù)的控制信號(hào)的步驟。根據(jù)考慮了例如渦輪機(jī)的傾斜偏航控制、針對(duì)給定風(fēng)速對(duì)產(chǎn)生最大功率輸出的槳距的調(diào)整、考慮了風(fēng)切變和/或塔陰影的個(gè)體變槳距、用于調(diào)整轉(zhuǎn)速或降低塔振動(dòng)等的變槳距，由控制器按照這種方式可以確定控制信號(hào)(例如，槳距基準(zhǔn))。對(duì)表示在風(fēng)力渦輪機(jī)上的負(fù)載的一個(gè)或更多個(gè)運(yùn)行參數(shù)的估計(jì)可以包括估計(jì)或測(cè)量表示來(lái)風(fēng)能量或葉片負(fù)載級(jí)別的任何參數(shù)，諸如測(cè)量葉片上的應(yīng)力或應(yīng)變，測(cè)量葉片的變形，測(cè)量風(fēng)輪的加速度、發(fā)電機(jī)速度、發(fā)電機(jī)功率、葉片和塔之間的距離、和/或機(jī)艙或塔的加速度。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中估計(jì)運(yùn)行參數(shù)的步驟包括估計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)輪功率系數(shù)、扭矩系數(shù)和/或推力系數(shù)中的至少一個(gè)。另選地或附加地，對(duì)運(yùn)行參數(shù)的估計(jì)可以包括估計(jì)風(fēng)輪上的推力，和/或推力限制器槳距角，該推力限制器槳距角表明用于保持風(fēng)力渦輪機(jī)上的推力低于或處于最大允許推力級(jí)別的最小槳距角。因此推力限制器槳距角(以下也稱為最小槳距極限)可以被確定為確保推力低于特定極限的槳距角。推力表明風(fēng)力渦輪機(jī)風(fēng)輪上的、來(lái)自風(fēng)并從風(fēng)輪葉片和風(fēng)輪傳送到機(jī)艙并沿風(fēng)輪的轉(zhuǎn)軸被指引的軸向力。推力在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行期間在不同時(shí)期可以是正的或負(fù)的，并可以被確定為風(fēng)速、風(fēng)輪葉片的槳距角和風(fēng)輪(或發(fā)電機(jī))轉(zhuǎn)速的函數(shù)。通過(guò)提出的控制方法獲得了 修正控制的起動(dòng)可以不依賴于當(dāng)前槳距并無(wú)關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)上的當(dāng)前負(fù)載。而是，依據(jù)風(fēng)力負(fù)載條件的突然改變或異常波動(dòng)來(lái)起動(dòng)修正控制方案。
槳距基準(zhǔn)值的最小槳距極限值可以被確定為由風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的功率和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的函數(shù)。由于能夠示出針對(duì)給定推力值和給定風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的槳距角是風(fēng)輪功率的線性函數(shù)，所以槳距基準(zhǔn)值的最小槳距極限值可以根據(jù)這些關(guān)系被確定并通過(guò)首先根據(jù)變參數(shù)將推力值確定為最大允許推力級(jí)別而直接或間接地被確定為變參數(shù)的函數(shù)。因而，例如根據(jù)針對(duì)不同的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和推力級(jí)別產(chǎn)生最小槳距和風(fēng)輪功率之間的上述關(guān)系的一組預(yù)定曲線或公式，可以容易快速地確定最小槳距極限值。另選地或附加地，風(fēng)輪上的最大允許推力可以被確定為例如渦輪機(jī)葉片負(fù)載的變化或風(fēng)輪加速度的變化的函數(shù)?？梢詫嗷鶞?zhǔn)值的最小槳距極限值估計(jì)為總體上增加，用于增加最大允許風(fēng)輪推力，用于增加風(fēng)輪或發(fā)電機(jī)功率，用于增加風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速。可以將最小槳距極限估計(jì)為線性地或分段線性地取決于最大允許風(fēng)輪推力、風(fēng)輪或發(fā)電機(jī)功率、和/或風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。另選地或附加地，風(fēng)輪上的最大允許推力可以被確定為風(fēng)輪上的平均風(fēng)速的函數(shù)。最大允許推力可以基于多組推力曲線或數(shù)據(jù)組，并作為平均風(fēng)速和例如葉片負(fù)載的變化和/或風(fēng)輪加速度的變化的函數(shù)。這些曲線或數(shù)據(jù)組可以根據(jù)估計(jì)的疲勞負(fù)載、風(fēng)速和最大允許推力之間的關(guān)聯(lián)離線地確定，并例如可以通過(guò)數(shù)值模擬獲得?？梢栽陲L(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造期間建立這些曲線或數(shù)據(jù)組，以通過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)并在期望的壽命期間產(chǎn)生期望發(fā)電量。在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行期間可以可選地更新曲線或數(shù)據(jù)組。所用的風(fēng)速可以是測(cè)量或估計(jì)的風(fēng)速并可以是均值風(fēng)速，該均值風(fēng)速例如被確定為風(fēng)輪區(qū)域上的平均風(fēng)速或最大和最小風(fēng)速之間的平均數(shù)。另選地或附加地，可以根據(jù)產(chǎn)生用于建立或估計(jì)最大允許推力的有效快速的方法的預(yù)定查找表來(lái)確定最大允許推力。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)增加運(yùn)行參數(shù)的變化并通過(guò)減小風(fēng)速可以將最大允許風(fēng)輪推力估計(jì)總體上減小?？梢詫⒆畲笤试S風(fēng)輪推力估計(jì)為線性地或分段線性地取決于運(yùn)行參數(shù)的變化和/或風(fēng)速的變化。在對(duì)最大允許風(fēng)輪推力的更簡(jiǎn)單的估計(jì)中，可以估計(jì)運(yùn)行參數(shù)的變化不依賴于風(fēng)速，使得最大允許風(fēng)輪推力可以僅作為運(yùn)行參數(shù)的變化的函數(shù)而被估計(jì)。借助于測(cè)量在齒輪的發(fā)電機(jī)側(cè)的高速軸的速度的傳感器，可以確定風(fēng)輪的角加速度。借助于放置在一個(gè)或更多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上或一個(gè)或更多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片內(nèi)(例如在葉片根部中)的應(yīng)變計(jì)或光纖，可以測(cè)量葉片負(fù)載。確定運(yùn)行參數(shù)及其變化的時(shí)間間隔可以根據(jù)需要而改變，并能夠例如持續(xù)地被確定或按照例如取決于湍流條件、取決于當(dāng)前風(fēng)向、取決于環(huán)境溫度等的變化的間隔長(zhǎng)度而被確定。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，表示風(fēng)力渦輪機(jī)上的加載從而與風(fēng)輪和塔上的推力級(jí)別直接相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)的變化用來(lái)確定應(yīng)該采用哪種控制方案，該運(yùn)行參數(shù)的變化諸如風(fēng)力渦輪機(jī)的推力限制器槳距的變化、風(fēng)輪功率的變化、扭矩的變化、和/或推力系數(shù)的變化。這是有益的，因?yàn)檫@種參數(shù)是風(fēng)力渦輪機(jī)的特征并被發(fā)現(xiàn)反映風(fēng)力負(fù)載條件的改變，諸如湍流、陣風(fēng)、由鋒面過(guò)境天氣、風(fēng)切變和風(fēng)向改變(風(fēng)向同時(shí)改變或不改變)造成的驟然改 變。對(duì)使用風(fēng)輪功率、扭矩和/或推力系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)的可能解釋可以是因?yàn)樗鼈兎从晨臻g平均的總體風(fēng)輪功率、扭矩或推力并且不僅在單個(gè)或幾個(gè)空間點(diǎn)，所以這些系數(shù)包括較少的噪聲。因而這些系數(shù)不會(huì)受局部波動(dòng)干擾到與例如風(fēng)向標(biāo)測(cè)量相同的程度，并進(jìn)一步不隨時(shí)間進(jìn)行平均從而它們可以更早或更快地反映風(fēng)力負(fù)載條件的改變。相反，對(duì)來(lái)自風(fēng)向標(biāo)的風(fēng)向的測(cè)量將由于風(fēng)輪和機(jī)艙運(yùn)動(dòng)而波動(dòng)，將因此需要濾波而造成延時(shí)，加上使基于此的風(fēng)力渦輪機(jī)更慢。直接基于測(cè)量或估計(jì)的風(fēng)速的控制方法同樣可能不準(zhǔn)確和不當(dāng)，因?yàn)榭刂齐S后基于只空間一點(diǎn)的風(fēng)速并且因?yàn)閷?duì)這一個(gè)參數(shù)的改變不能反映總體風(fēng)速的類似改變。此外，由于相比于基于例如風(fēng)向標(biāo)和直接風(fēng)速測(cè)量的傳統(tǒng)監(jiān)控方法，可以非常早時(shí)間地檢測(cè)運(yùn)行參數(shù)(例如，推力限制器槳距、風(fēng)輪功率、扭矩或推力系數(shù))的改變，所以根據(jù)本發(fā)明的控制方法是有益的。從而該風(fēng)力渦輪機(jī)控制方法可以更快地應(yīng)對(duì)風(fēng)力負(fù)載條 件的突然或極端改變，這可以給出所選的控制方案實(shí)際及時(shí)地實(shí)施于風(fēng)力渦輪機(jī)所需的時(shí)間，以便避免否則由偏航誤差產(chǎn)生不希望的高負(fù)載和力矩，甚至適于由于非常長(zhǎng)的葉片、笨重的部件等導(dǎo)致控制相當(dāng)慢的巨大風(fēng)力渦輪機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的控制方法還有益于在正常運(yùn)行期間風(fēng)力渦輪機(jī)控制不受影響，從而正常運(yùn)行模式是不受干擾的，并且在非危急風(fēng)力負(fù)載條件下，不對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的電力進(jìn)行不必要地降低。更進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的控制方法有益于考慮風(fēng)力渦輪機(jī)上的負(fù)載的導(dǎo)數(shù)和二階效應(yīng)，并因此考慮湍流高但均值推力仍然可以接受的狀態(tài)。本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能夠容易地應(yīng)用到已有的風(fēng)力渦輪機(jī)，而無(wú)需附加的部件或硬件裝備。除了對(duì)葉片槳距的控制，還可以同時(shí)地或并行地控制渦輪機(jī)的其它可控參數(shù)，諸如例如偏航或風(fēng)輪的錐度、風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速、功率、扭矩、發(fā)電機(jī)速度、或針對(duì)用于改變?nèi)~片的氣動(dòng)面的任何其它主動(dòng)氣動(dòng)設(shè)備(如翼或渦流發(fā)生裝置)的一些調(diào)整參數(shù)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的修正控制方案可以包括停止或減載運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)，從而以簡(jiǎn)單的方式有效地避免和防止否則由嚴(yán)重的風(fēng)力負(fù)載條件導(dǎo)致的不希望的大負(fù)載。減載運(yùn)行控制方案例如可以包括功率基準(zhǔn)的減小、轉(zhuǎn)速的減小、對(duì)集體葉片變槳距避開風(fēng)(可選地結(jié)合葉片的個(gè)體變槳距)或任何這些控制方案的組合。停止例如可以逐漸地或步進(jìn)地將渦輪機(jī)減緩到停頓而實(shí)現(xiàn)，或通過(guò)對(duì)葉片變槳距完全避開風(fēng)而實(shí)現(xiàn)。此外，修正控制方案可以包括根據(jù)先于最近的控制信號(hào)的控制信號(hào)控制風(fēng)力渦輪機(jī)，從而以安全模式控制風(fēng)力渦輪機(jī)，并在無(wú)需較大地影響風(fēng)力渦輪機(jī)的產(chǎn)量的情況下有效地防止否則由嚴(yán)重的風(fēng)力負(fù)載條件導(dǎo)致的不希望的極端負(fù)載。在另一實(shí)施方式中，修正控制方案包括向控制信號(hào)的值添加修正參數(shù)。由此獲得的是可以快速并動(dòng)態(tài)地修正控制信號(hào)，有效地減小施加在風(fēng)輪和塔上的有效推力。修正控制方案的另一優(yōu)點(diǎn)在于僅在需要時(shí)激活對(duì)控制信號(hào)的調(diào)節(jié)或調(diào)整-通常在高湍流時(shí)因而避免尤其在葉片和塔上的峰值負(fù)載。此外，在激活修正控制方案的這些狀態(tài)下，不是簡(jiǎn)單地停止或減載運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)，而是代替地按照在保持風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電量的同時(shí)減小風(fēng)輪上疲勞和損壞的方式控制風(fēng)力渦輪機(jī)。如前所述地，控制方法還可以包括用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片的變槳距的槳距基準(zhǔn)信號(hào)，并且修正控制方案可以包括增加槳距基準(zhǔn)信號(hào)的值。通過(guò)增加渦輪機(jī)葉片的槳距，直接并有效地減小風(fēng)輪和塔上的氣動(dòng)推力，從而減小葉片力矩、塔傾斜和彎曲力矩。修正參數(shù)可以是預(yù)定常數(shù)或可以是在根據(jù)修正控制方案進(jìn)行控制時(shí)的運(yùn)行參數(shù)的值的函數(shù)。該運(yùn)行參數(shù)可以是用于激活控制方案而使用的一個(gè)。修正參數(shù)還可以是另一運(yùn)行參數(shù)的值的函數(shù)。由此可以獲得的是例如取決于當(dāng)前風(fēng)力負(fù)載條件可以將諸如槳距之類的控制信號(hào)修正一個(gè)量。按照這種方式，在導(dǎo)致在風(fēng)力渦輪機(jī)部件上更大并更危急的負(fù)載的更嚴(yán)重的風(fēng)力負(fù)載條件下，可以更驟然地改變控制信號(hào)。風(fēng)輪功率系數(shù)表明風(fēng)力渦輪機(jī)如何有效的將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電力，并被設(shè)定為風(fēng)力渦輪機(jī)抽取的電力與風(fēng)流中可用的電力的比率。扭矩系數(shù)可以用風(fēng)輪功率系數(shù)除以葉尖速比來(lái)表達(dá)。可以根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的槳距角、根據(jù)發(fā)電機(jī)速度、風(fēng)輪速度、和 /或風(fēng)輪或發(fā)電機(jī)功率確定諸如風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)輪功率系數(shù)、扭矩系數(shù)和推力系數(shù)之類的運(yùn)行參數(shù)。類似地，可以根據(jù)風(fēng)輪或發(fā)電機(jī)功率、根據(jù)給定的最大允許推力和風(fēng)輪或發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)確定推力限制器槳距。此外，可以根據(jù)如估計(jì)的或如直接測(cè)量的風(fēng)速確定運(yùn)行系數(shù)。并且，還通過(guò)在預(yù)定表中進(jìn)行查找來(lái)部分地確定運(yùn)行參數(shù)。因而，在多數(shù)情況下，可以根據(jù)已經(jīng)可用的信息而無(wú)需風(fēng)力渦輪機(jī)上的附加傳感器來(lái)確定包括推力限制器槳距、風(fēng)輪功率系數(shù)、扭矩系數(shù)和推力系數(shù)的運(yùn)行參數(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)對(duì)諸如風(fēng)力渦輪機(jī)的推力限制器槳距、風(fēng)輪功率系數(shù)、扭矩系數(shù)和推力系數(shù)之類的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行濾波，確定變參數(shù)。因而，獲得表明一個(gè)或更多個(gè)系數(shù)在時(shí)間上的變化的變參數(shù)，這通過(guò)可選地升級(jí)已有系統(tǒng)的簡(jiǎn)單手段而無(wú)需附加測(cè)量就可以在已有控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)?？梢圆捎貌煌愋偷臑V波器，諸如快速和慢速的低通濾波器、I階或更高階濾波器、卡爾曼濾波器或通過(guò)快速傅里葉變換的應(yīng)用。另選地或附加地，根據(jù)雨流計(jì)數(shù)算法或通過(guò)反映參數(shù)隨時(shí)間的波動(dòng)的類似數(shù)據(jù)處理測(cè)量，可以將反映運(yùn)行參數(shù)的變化的變參數(shù)確定為參數(shù)的均值和/或標(biāo)準(zhǔn)偏差和/或方差的函數(shù)。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，變參數(shù)被確定為快速低通濾波的運(yùn)行參數(shù)和慢速低通濾波的運(yùn)行參數(shù)之間的差的函數(shù)，運(yùn)行參數(shù)諸如推力限制器槳距、風(fēng)輪功率效率、扭矩系數(shù)和/或推力系數(shù)。因此，通過(guò)簡(jiǎn)單的算法獲得了針對(duì)討論的一個(gè)或更多個(gè)參數(shù)的時(shí)間依賴性變化的有效測(cè)量。按照這種方式的變參數(shù)反映了討論的系數(shù)的突變或劇變。通過(guò)可選地升級(jí)已有系統(tǒng)的簡(jiǎn)單手段而無(wú)需附加測(cè)量就可以在已有控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)表明運(yùn)行參數(shù)在時(shí)間上的變化的這種變參數(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，變參數(shù)被確定為一個(gè)或更多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的槳距角、風(fēng)力渦輪機(jī)塔的加速度和/或風(fēng)力渦輪機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)速度的函數(shù)。因而，可以調(diào)節(jié)變參數(shù)來(lái)更有效地反映風(fēng)力負(fù)載條件的改變，例如以調(diào)節(jié)例如用于避免在風(fēng)力渦輪機(jī)的正常運(yùn)行期間超過(guò)警報(bào)閾值的變參數(shù)至更高程度確定性為目的，或者調(diào)節(jié)變參數(shù)來(lái)反映風(fēng)力負(fù)載條件的特定改變，例如對(duì)極端風(fēng)向改變比對(duì)極端風(fēng)速改變更敏感等。例如，葉片被變槳距為迎向風(fēng)的程度越高，變參數(shù)越敏感(并因此越易于使修正控制方案啟動(dòng))，在這種情況下驟然的風(fēng)力負(fù)載條件改變也將造成比為變槳距為更多地避開風(fēng)的葉片更高的傾斜和偏航力矩。在一個(gè)實(shí)施方式中，還能夠?qū)⒆儏?shù)選擇為隨絕對(duì)風(fēng)速或平均風(fēng)速的值增加。因而，獲得在某些狀態(tài)下更迅速地應(yīng)對(duì)風(fēng)力負(fù)載條件的巨大變化的控制方法，其中變參數(shù)超過(guò)警報(bào)閾值的可能性較大，因此更可能不同地控制風(fēng)力渦輪機(jī)，例如更適當(dāng)?shù)赝Ｖ够驕p載運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)。這例如在更高風(fēng)速時(shí)可以是有利，其中風(fēng)力渦輪機(jī)上不可承受的巨大或極端負(fù)載和力矩的危險(xiǎn)相應(yīng)地高于較低風(fēng)速時(shí)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，警報(bào)閾值是預(yù)定常數(shù)，可以取決于最近的控制值，和/或可以是風(fēng)速的函數(shù)。警報(bào)閾值可選地可以是諸如當(dāng)前風(fēng)速、湍流因子、機(jī)艙或葉片上的加速度測(cè)量結(jié)果、葉片負(fù)載、發(fā)電量、發(fā)電機(jī)速度或葉片的當(dāng)前槳距之類的其它參數(shù)的函數(shù)，從而，獲得在某些狀態(tài)下更迅速地應(yīng)對(duì)風(fēng)力負(fù)載條件的巨大變化的控制方法。按照這種方式，其中諸如停止或減載運(yùn)行渦輪機(jī)的修正控制更為可能的控制方法能夠應(yīng)用在風(fēng)力條件巨大改變的后果更嚴(yán)重的狀態(tài)下，例如更高風(fēng)速時(shí)。本發(fā)明在另一方面涉及風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有風(fēng)輪和用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪具有可變槳距的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，該控制系統(tǒng)被配置統(tǒng)執(zhí)行以下步驟確定針對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的可控參數(shù)的控制信號(hào)，按時(shí)間間隔估計(jì)表示由風(fēng)施加在風(fēng)力渦輪機(jī)上的負(fù)載的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)，確定反映運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)間的變化的變參數(shù)，只有在變參數(shù)低于警報(bào)閾值的情況下，才根據(jù)最近控制信號(hào)控制風(fēng)力渦輪機(jī)，以及在變參數(shù)蓋于警報(bào)閾值的情況下，根據(jù)修正的控制方案控制風(fēng)力渦輪機(jī)。因而，獲得了一種風(fēng)力渦輪機(jī)的控制方法，該方法能夠根據(jù)之前的控制方法進(jìn)行控制，并具有從中得出的并如相關(guān)地描述的優(yōu)點(diǎn)。最終，本發(fā)明在另一方面涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有風(fēng)輪和用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪具有可變槳距風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，該風(fēng)力渦輪機(jī)包括相對(duì)于風(fēng)輪放置的測(cè)量單元，以按時(shí)間間隔測(cè)量表示由風(fēng)施加在風(fēng)力渦輪機(jī)風(fēng)輪上的負(fù)載的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)，該風(fēng)力渦輪機(jī)還包括根據(jù)以上的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括控制器和處理器，控制器用于確定針對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的可控參數(shù)的控制信號(hào)，處理器用于確定如測(cè)量單元所測(cè)量的所述至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)并用于確定反映運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)間的變化的變參數(shù)，并且其中控制器還被配置為用于只有在變參數(shù)低于警報(bào)閾值的情況下才根據(jù)控制信號(hào)控制風(fēng)力渦輪機(jī)，在變參數(shù)高于警報(bào)閾值的情況下根據(jù)修正控制方案控制風(fēng)力渦輪機(jī)。以上與根據(jù)實(shí)施方式的控制方法相關(guān)地已經(jīng)說(shuō)明了這種風(fēng)力渦輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，對(duì)表示風(fēng)力渦輪機(jī)上負(fù)載的一個(gè)或更多個(gè)運(yùn)行參數(shù)的估計(jì)可以包括估計(jì)或測(cè)量在一個(gè)或更多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的葉片負(fù)載。例如，可以在產(chǎn)生對(duì)葉片翼面(flapwise)彎曲力矩的測(cè)量的每個(gè)葉片的根部中測(cè)量葉片負(fù)載。
然后變參數(shù)可以被確定為一個(gè)或更多個(gè)葉片負(fù)載的變化的函數(shù)，使得如果檢測(cè)到葉片負(fù)載的巨大下降則修正對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的控制。作為一個(gè)例子，可以通過(guò)采用出現(xiàn)在剛剛經(jīng)過(guò)時(shí)段(如最后5-10秒)的最高葉片負(fù)載值并減去當(dāng)前負(fù)載值來(lái)確定變參數(shù)。倘若該負(fù)載下降值超過(guò)一定級(jí)別或警報(bào)閾值，則修正對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的控制方案。附加地或另選地，可以將針對(duì)所有渦輪機(jī)葉片的組合的(即疊加的)負(fù)載下降認(rèn)為是變參數(shù)。如果激活修正控制方案，可以保持修正控制方案一定時(shí)間(如大約10-20秒)，和/或只要變參數(shù)高于警報(bào)閾值就可以保持修正方案。如前所述，修正控制方案可以包括停止或減載運(yùn)行渦輪機(jī)，或可以包括添加修正參數(shù)到控制信號(hào)的值。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，添加一個(gè)值到個(gè)體槳距基準(zhǔn)，該值與針對(duì)那個(gè)特定葉片的葉片負(fù)載的改變成比例。按照這種方式，當(dāng)葉片負(fù)載增加時(shí)，槳距基準(zhǔn)變大。假定較大槳距角 導(dǎo)致減小的葉片負(fù)載，該提出的修正控制方案可以造成葉片負(fù)載的改變被抑制。根據(jù)另一實(shí)施方式，個(gè)體槳距基準(zhǔn)在某些時(shí)間(例如，大約10-20秒)內(nèi)可以保持恒定。


下面將參照附圖描述本發(fā)明的不同實(shí)施方式，其中圖I大體示出了一種風(fēng)力渦輪機(jī)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的概略的控制系統(tǒng)；圖3示出了在極端風(fēng)向改變期間作為時(shí)間的函數(shù)的風(fēng)力參數(shù)以及在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的控制方案期間風(fēng)力渦輪機(jī)的相應(yīng)風(fēng)輪效率和傾斜力矩；圖4示出了與圖3中相同的極端風(fēng)力負(fù)載情況；圖5不出了由根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的控制方案產(chǎn)生的并與傳統(tǒng)控制方案的結(jié)果相比較的功率、風(fēng)輪功率系數(shù)和傾斜力矩；圖6例示了正常產(chǎn)量時(shí)間序列期間的風(fēng)輪功率系數(shù)及其濾波值；圖7是例示了控制方法的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖；圖8示出了四個(gè)不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度ω下并針對(duì)給定的恒定最大推力的作為風(fēng)輪功率PMtOT的函數(shù)的最小可承受槳距角0min;圖9示出了陣風(fēng)期間的并由采用和沒采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的槳距修正的控制方案所產(chǎn)生的風(fēng)速、槳距修正參數(shù)、產(chǎn)生的槳距和塔彎曲力矩；以及圖10示出了在具有脈動(dòng)風(fēng)的時(shí)間序列期間的與圖9中相同的參數(shù)。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，風(fēng)力渦輪機(jī)90包括塔92、在塔頂部的機(jī)艙94，機(jī)艙容納諸如齒輪箱、發(fā)電機(jī)等(未示出)的機(jī)器部件。在機(jī)艙的一端，輪轂部96支撐多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10。風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)輪包括葉片和諸如輪轂部96的可能的其它轉(zhuǎn)動(dòng)零件。一個(gè)或更多個(gè)測(cè)量單元12可以設(shè)置在輪轂部96上、機(jī)艙中或機(jī)艙上、一個(gè)或更多個(gè)葉片中和塔92中。布置一個(gè)或更多個(gè)測(cè)量單元12來(lái)測(cè)量表示由風(fēng)施加在風(fēng)力渦輪機(jī)風(fēng)輪上的負(fù)載的一個(gè)或更多個(gè)運(yùn)行參數(shù)，諸如風(fēng)力渦輪機(jī)部件的加速度、風(fēng)力渦輪機(jī)部件的負(fù)載、風(fēng)力渦輪機(jī)部件的偏轉(zhuǎn)或風(fēng)力渦輪機(jī)部件的轉(zhuǎn)速。負(fù)載測(cè)量例如可以是在輪轂處的扭矩測(cè)量或在葉片根部的應(yīng)力并由諸如應(yīng)變計(jì)、光纖等恰當(dāng)?shù)难b置執(zhí)行?？梢酝ㄟ^(guò)布置在輪轂部?jī)?nèi)、機(jī)艙上或主軸上的加速度計(jì)的方式執(zhí)行加速度測(cè)量?？梢岳缤ㄟ^(guò)角測(cè)量設(shè)備執(zhí)行偏轉(zhuǎn)測(cè)量?？梢栽跍u輪機(jī)的主軸上或輪轂部?jī)?nèi)的可轉(zhuǎn)動(dòng)部分上方便地執(zhí)行rpm測(cè)量，以便測(cè)量風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速。另選地，可以通過(guò)不依賴于接觸風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸的儀器執(zhí)行它。圖2大體示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)施方式的控制系統(tǒng)。風(fēng)力渦輪機(jī)包括一個(gè)或更多個(gè)控制器，諸如在機(jī)艙94內(nèi)的機(jī)艙容納控制器(nacelle-housedcontroller) 18和輪轂側(cè)控制器(hub-sided controller) 14,并通過(guò)靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間的接口彼此通信。控制器14、18接收從設(shè)置 在風(fēng)力渦輪機(jī)的不同部分中(如諸如機(jī)艙中、葉片或塔中)的一組傳感器或測(cè)量單元12的輸入。測(cè)量單元12可以向機(jī)艙容納控制器18提供與例如風(fēng)力渦輪機(jī)的電力輸出、風(fēng)向、風(fēng)速和/或其它參數(shù)有關(guān)的輸入數(shù)據(jù)。輪轂側(cè)控制電路14從被布置為測(cè)量例如葉片10上的負(fù)載(即葉片彎曲)、葉片震蕩、rpm、加速度、塔92的負(fù)載或速度和/或其它參數(shù)的多個(gè)測(cè)量單元12接收輸入數(shù)據(jù)。傳感器12可以用于個(gè)別目而設(shè)置，或它們的一些可以重疊其它。例如，傳感器12中的兩個(gè)可以設(shè)置用于測(cè)量葉片負(fù)載，由此傳感器12中的一個(gè)可以設(shè)置為在另一個(gè)失敗時(shí)進(jìn)行接替?？刂葡到y(tǒng)包括用于確定槳距基準(zhǔn)值的槳距控制器，以控制葉片10的槳距。在一個(gè)或更多個(gè)控制器中的處理器中處理來(lái)自測(cè)量單元12的輸入，以便產(chǎn)生運(yùn)行參數(shù)(諸如推力系數(shù)或最小槳距極限值)和變參數(shù)，并從而確定是否應(yīng)該遵循修正控制方案，并隨后將確定結(jié)果傳送到槳距控制器。槳距控制器于是被配置為可選地修正另外判定的槳距基準(zhǔn)并相應(yīng)地控制渦輪機(jī)葉片的槳距。圖3示出了風(fēng)力負(fù)載條件情況期間在兩個(gè)最高曲線處的作為時(shí)間t，103的函數(shù)的絕對(duì)風(fēng)速Vwind, 101和風(fēng)向awind，102。該特定情況例示了在具有如在IEC 614000代碼中描述的方向改變負(fù)載情況(EOT)的極端連續(xù)陣風(fēng)期間的風(fēng)力參數(shù)，IEC 614000代碼包括在風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)中典型考慮的極端風(fēng)力負(fù)載條件的范圍，以確保風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性。從曲線可見，風(fēng)向102和風(fēng)速101從大約t=20秒和隨后10秒非常驟然地改變。兩個(gè)最低曲線示出了用于具有傳統(tǒng)偏航系統(tǒng)的槳距調(diào)控可變速風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)輪功率系數(shù)Cp，104和傾斜力矩Mtilt, 105，傳統(tǒng)偏航系統(tǒng)基于在極端風(fēng)速和風(fēng)向改變期間并由極端風(fēng)速和風(fēng)向改變?cè)斐傻娘L(fēng)向標(biāo)測(cè)量。風(fēng)輪功率系數(shù)Cp，104被定義為渦輪機(jī)的實(shí)際功率輸出與存在于流經(jīng)相同橫截面面積的流體的自由流中的功率的比率
(I i7, t —p\ A 2其中P是風(fēng)輪功率，P是空氣密度，V是風(fēng)速，并且A是風(fēng)輪掃掠面積。因而，如本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所知地，能夠基于風(fēng)速和由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)輪功率持續(xù)地計(jì)算和估計(jì)風(fēng)輪功率系數(shù)Cp，104。例如可以通過(guò)機(jī)艙安裝的風(fēng)速計(jì)(基于機(jī)械的風(fēng)速計(jì)或超聲風(fēng)速計(jì))來(lái)測(cè)量風(fēng)速，或例如可以通過(guò)輪轂或葉片安裝的壓力探針來(lái)估計(jì)風(fēng)速。在確定對(duì)風(fēng)速的估計(jì)的同時(shí)可以從以下公式確定風(fēng)輪功率系數(shù) fiy) = — P ArCp (Θ, ) Vgst — Prot = O，
2該方法包含槳距角Θ、風(fēng)輪速度ωκ和風(fēng)輪功率Prot (發(fā)電機(jī)輸出估計(jì)的機(jī)械和電子傳動(dòng)系統(tǒng)損耗加上加速度功率)的測(cè)量。隨后通過(guò)以迭代過(guò)程求解公式可以得到風(fēng)速，因?yàn)樵诿總€(gè)迭代步驟中風(fēng)輪功率系數(shù)可以從查找表確定為槳距和葉尖速度比/I = ^的函
數(shù)(并因而作為當(dāng)前風(fēng)速估計(jì)的函數(shù))。風(fēng)輪扭矩系數(shù)CQ與風(fēng)輪功率系數(shù)關(guān)聯(lián)為Cp= XCq,其中，λ是渦輪機(jī)的葉尖速度比。根據(jù)本發(fā)明和如下詳細(xì)說(shuō)明的控制方法因而通常可以同樣好地基于風(fēng)輪扭矩系數(shù)而不是基于風(fēng)輪功率系數(shù)。傾斜力矩Mtilt, 105是圍繞基本上垂直于由風(fēng)力渦輪機(jī)的塔構(gòu)造限定的縱向方向 的軸的負(fù)載力矩，該軸基本上垂直于由風(fēng)力渦輪機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)的主軸限定的軸。從圖3示出出非常高的負(fù)載(顯著高于正常運(yùn)行期間)出現(xiàn)在大約t = 34秒和以后。例如由于基于發(fā)電機(jī)速度的槳距控制是不能跟上風(fēng)速的陡斜率的相對(duì)慢動(dòng)作的系統(tǒng)或未設(shè)計(jì)為應(yīng)對(duì)快速改變的風(fēng)力條件，可能出現(xiàn)高傾斜力矩。因此，推力系數(shù)不能足夠快速地下降來(lái)補(bǔ)償增加的風(fēng)速。結(jié)果，由于過(guò)度傾斜力矩和塔基中的彎曲力矩，塔向后偏轉(zhuǎn)。更進(jìn)一步地，風(fēng)力渦輪機(jī)上的傾斜偏航控制器不能足夠快地應(yīng)對(duì)，以致不能夠補(bǔ)償造成非平衡負(fù)載和力矩的風(fēng)向的驟然改變和導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)停止的固定偏航誤差。類似地，輪轂的偏航力矩(即，圍繞基本上平行于由風(fēng)力渦輪機(jī)的塔構(gòu)造限定的縱向方向并與該縱向方向相符合的軸的負(fù)載力矩)可能在如此所述的極端風(fēng)力條件下是過(guò)度的。在圖3所示的負(fù)載情況下，根據(jù)已知方法的偏航誤差監(jiān)控(其中從風(fēng)向標(biāo)測(cè)量檢測(cè)任何風(fēng)向改變)被看出觸發(fā)造成風(fēng)力渦輪機(jī)停止的報(bào)警在大約t=33s，110處起動(dòng)。然而，如從最低力矩曲線可見，這太晚了以至于不能避免巨大傾斜力矩Mtilt，首先由于傾斜力矩在此時(shí)已經(jīng)過(guò)度，其次由于停止過(guò)程本身花費(fèi)一些時(shí)間來(lái)起作用。但是，從圖3能夠看出風(fēng)力條件參數(shù)的改變已經(jīng)從大約t=21s，120反映在風(fēng)輪功率系數(shù)Cp 104中，其中該系數(shù)開始減小。這種效應(yīng)用在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式中，來(lái)改進(jìn)風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行，如在下面將更詳細(xì)地說(shuō)明的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，倘若作為風(fēng)輪功率系數(shù)的函數(shù)并隨時(shí)間反映其變化的變參數(shù)Avar變得大于某警報(bào)閾值T，修正風(fēng)力渦輪機(jī)的控制方案。在一個(gè)實(shí)施方式中變參數(shù)Avar可以被確定為慢速和快速低通濾波風(fēng)輪功率系數(shù)之間的差；Avm=Cpslmt-Cpfast。只要變參數(shù)未達(dá)到或超過(guò)警報(bào)閾值，就不更改風(fēng)力渦輪機(jī)的控制和運(yùn)行，并如以其它方式確定的并根據(jù)從一個(gè)或更多個(gè)控制器接收的控制信號(hào)來(lái)控制風(fēng)力渦輪機(jī)，該控制信號(hào)諸如用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速的功率或扭矩基準(zhǔn)信號(hào)，或用于控制一個(gè)或更多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的變槳距的槳距基準(zhǔn)信號(hào)。由超過(guò)警報(bào)閾值的變參數(shù)起動(dòng)的修正控制方案例如可以包括停止風(fēng)力渦輪機(jī)(例如通過(guò)根據(jù)某停止方案制動(dòng)減速葉片或?qū)θ~片變槳距避開風(fēng))，或使渦輪機(jī)減載運(yùn)行。減載運(yùn)行控制方案例如可以包括功率基準(zhǔn)的減小、轉(zhuǎn)速的減小、對(duì)集體葉片變槳距避開風(fēng)(可選地結(jié)合葉片的個(gè)體變槳距)或這些控制計(jì)劃的兩個(gè)或三個(gè)的組合。另選地或附加地，修正的控制方案可以包括向控制信號(hào)添加修正參數(shù)，諸如例如使槳距增加一定的額外量。圖4中例示了該方案，圖4示出了與圖3中相同風(fēng)力負(fù)載情況的最早部分，風(fēng)速Vwind, 101和風(fēng)向awind，102作為時(shí)間t，103函數(shù)。下面的曲線之一以粗實(shí)線示出了如也在圖3中示出的風(fēng)輪功率系數(shù)Cp，104，并且其由風(fēng)力渦輪機(jī)的正常運(yùn)行期間的風(fēng)力負(fù)載條件參數(shù)產(chǎn)生并從如前所述的風(fēng)力渦輪機(jī)功率和風(fēng)速直接或間接估計(jì)或計(jì)算出。在較細(xì)虛線中示出了利用快速低通濾波器濾波的風(fēng)輪功率系數(shù)Cpfast, 201，而虛線202示出了利用慢速低通濾波器濾波的風(fēng)輪功率系數(shù)并減去了警報(bào)閾值；(Cpslmt-T), 202。在本實(shí)施方式中，警報(bào)閾值T是等于T = O. 15的預(yù)定常數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，倘若為風(fēng)輪功率系數(shù)的函數(shù)并反映其隨時(shí)間的變化的變參數(shù)Avm變得大于某警報(bào)閾值T，則修正風(fēng)力渦輪機(jī)的控制。在一個(gè)實(shí)施方式中并如圖4所示，變參數(shù)Avm被確定為慢速和快速低通濾波風(fēng)輪功率系數(shù)之間的差；Aval=Cpslw-Cpfast。在圖4所示的這些風(fēng)力條件下，風(fēng)輪功率系數(shù)的變化及時(shí)使得修正的控制方案來(lái)在t=25s，210起動(dòng)，其中快速濾波的Cpfast的曲線201下降到慢速濾波值Cpslmt減去警報(bào)閾值T的固定值的曲線202之下，從而變系數(shù)Avar變得大于警報(bào)閾值，Avar>T。
應(yīng)用在風(fēng)輪功率系數(shù)上的濾波在這種情況下是具有用戶專用時(shí)間常數(shù)的第一階遞歸低通濾波器
\
r一 , At Tr AtYflttn = ;/ I--+Yn —
I τ J τ其中，τ [s]是濾波器時(shí)間常數(shù)，At[s]=采樣時(shí)間步幅，Yn是要進(jìn)行濾波的信號(hào)，Yfilt，n是經(jīng)濾波的信號(hào)，η是采樣步數(shù)。濾波器的速度(快速或慢速)是由時(shí)間常數(shù)的量級(jí)確定。在本實(shí)施方式中以30s的時(shí)間常數(shù)在Cp上利用第一階低通濾波器執(zhí)行慢速平均。以Is的時(shí)間常數(shù)利用相同濾波器執(zhí)行快速平均。在其它實(shí)施方式中，可以通過(guò)應(yīng)用諸如更高階濾波器、卡爾曼濾波器之類的其它類型的濾波器或通過(guò)應(yīng)用快速傅里葉變換來(lái)確定風(fēng)輪功率系數(shù)的時(shí)間依賴變化。時(shí)間依賴變化可以進(jìn)一步被確定為運(yùn)行參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差和/或平均值的函數(shù)。確定運(yùn)行參數(shù)及其變化的時(shí)間間隔可以根據(jù)需要而變化，并例如能夠持續(xù)地或以例如依據(jù)湍流條件、依據(jù)當(dāng)前風(fēng)向、依據(jù)環(huán)境溫度等變化的間隔長(zhǎng)度被確定。警報(bào)閾值在圖4-6示出的例子中被預(yù)置為T = O. 15的常數(shù)，警報(bào)閾值可以例如根據(jù)從風(fēng)力渦輪機(jī)獲得的模擬來(lái)選擇，該風(fēng)力渦輪機(jī)不過(guò)早(即在不危急的風(fēng)力負(fù)載條件下)停止或減載運(yùn)行，也不過(guò)晚停止或減載運(yùn)行，來(lái)避免在風(fēng)力渦輪機(jī)部件上的任何極端負(fù)載和力矩?？梢赃x擇警報(bào)閾值作為直接或間接表示風(fēng)力負(fù)載條件或渦輪機(jī)負(fù)載條件的嚴(yán)重性的參數(shù)的函數(shù)，諸如例如當(dāng)前風(fēng)速和風(fēng)向、湍流因子、或例如在一些風(fēng)力渦輪機(jī)部件中的當(dāng)前負(fù)載或力矩、或當(dāng)前的變槳距或變槳距歷史記錄。例如，可以依據(jù)葉片的當(dāng)前槳距使用警報(bào)閾值T。倘若對(duì)葉片變槳距以更多地迎向風(fēng)，風(fēng)力負(fù)載條件的相對(duì)突然的改變將造成風(fēng)輪葉片上的比若最初對(duì)葉片變槳距避開風(fēng)的情況更高的負(fù)載。因此，警報(bào)閾值T能夠有益地被表示為槳距的函數(shù)，使得當(dāng)由風(fēng)力條件改變?cè)斐傻倪^(guò)度負(fù)載的危險(xiǎn)更高時(shí)，更有可能例如通過(guò)停止或減載運(yùn)行來(lái)更改或修正風(fēng)力渦輪機(jī)的控制方案(較低的T)。圖5從頂部開始示出了在與圖3和圖4中先前示出的風(fēng)速和風(fēng)向變化的相同的風(fēng)力負(fù)載條件期間，作為時(shí)間t，103的函數(shù)的風(fēng)速101、發(fā)電機(jī)側(cè)的電功率P 301、風(fēng)輪功率系數(shù)Cp 104、和傾斜力矩Mtilt 105。針對(duì)功率、風(fēng)輪功率系數(shù)和傾斜力矩的粗虛線302示出了在沒有根據(jù)本發(fā)明的控制方法情況下的參數(shù)，即使根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的偏航誤差監(jiān)控使得風(fēng)力渦輪機(jī)的停止將在大約t = 33s, 110起動(dòng)，也造成了高的傾斜力矩出現(xiàn)。細(xì)實(shí)線303示出了根據(jù)如上所述的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的控制方法產(chǎn)生的模擬結(jié)果，并且其中對(duì)作為風(fēng)力條件巨大改變指示符的風(fēng)輪功率系數(shù)的時(shí)間依賴變化的使用使得修正控制方案從大約t=25s，310起動(dòng)，從此時(shí)開始停止渦輪機(jī)?；陲L(fēng)輪功率系數(shù)的停止因而比由基于根據(jù)風(fēng)向標(biāo)測(cè)量的偏航誤差監(jiān)控的傳統(tǒng)控制方法早8秒起動(dòng)。如該圖所示，從而充分早地起動(dòng)了停止，來(lái)避免否則造成的巨大傾斜力矩。圖6示出了具有正常產(chǎn)量和利用根據(jù)以上實(shí)施的控制方法的時(shí)間序列。前兩條曲線示出了作為時(shí)間的函數(shù)的風(fēng)速401和風(fēng)向402，其風(fēng)力負(fù)載條件造成了以最下面的曲線403中的實(shí)(灰)線表示的風(fēng)輪功率系數(shù)。在黑虛線中示出的是利用快速低通濾波器濾波的風(fēng)輪功率系數(shù)Cpfast, 404，其幾乎與未濾波的Cp —致。虛線405類似于圖4中的曲線，示出了利用慢速低通濾波器濾波的風(fēng)輪功率系數(shù)并減去警報(bào)閾值；(CP,sl0W-T)。從圖6可見在這些風(fēng)力條件下，變參數(shù)Avar=Cpslw-Cpfast沒有超過(guò)警報(bào)閾值T，即快速濾波的Cpfast的曲線404不在慢速濾波值減去警報(bào)閾值T的固定值的曲線405之下，雖然它在大約t=450s，410相接近。從而，在風(fēng)力渦輪機(jī)的該正常運(yùn)行期間不觸發(fā)例如停止或 減載運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)的修正控制方案，這是有益的，因?yàn)橛纱瞬]有不必要地降低風(fēng)力渦輪機(jī)的電力產(chǎn)量。如前所述，由于變參數(shù)的通過(guò)葉尖速度比λ與風(fēng)輪功率系數(shù)的直接關(guān)系，可以另選地或附加地基于風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)輪扭矩系數(shù)確定變參數(shù)Avar。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，基于估計(jì)的風(fēng)力渦輪機(jī)上的推力Ft而不是基于風(fēng)輪功率系數(shù)，或除風(fēng)輪功率系數(shù)之外還基于估計(jì)的風(fēng)力渦輪機(jī)上的推力Ft來(lái)確定變參數(shù)A_。可以根據(jù)風(fēng)速、槳距角和風(fēng)輪或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)推力FT。通?？梢允緸橥屏﹄S著增加槳距角而減小。類似地，可以基于風(fēng)力渦輪機(jī)的推力系數(shù)而不是基于風(fēng)輪功率系數(shù)，或除風(fēng)輪功率系數(shù)之外還基于風(fēng)力渦輪機(jī)的推力系數(shù)來(lái)確定變參數(shù)Avar。推力系數(shù)Ct是各葉片和從各葉片產(chǎn)生升力的迎角的相對(duì)速度并被定義為€τ =
2其中，F(xiàn)t是風(fēng)輪上氣動(dòng)推力，P是空氣密度，V是風(fēng)速,而A是風(fēng)輪掃掠面積。例如可以根據(jù)風(fēng)輪功率、風(fēng)輪和/或發(fā)電機(jī)速度、葉片槳距、并可選地基于查找表來(lái)估計(jì)推力。從圖6可見，風(fēng)輪功率系數(shù)Cp看似不僅對(duì)風(fēng)向改變敏感而且對(duì)風(fēng)速變化敏感。在較低風(fēng)速下，風(fēng)輪功率系數(shù)通常看似更加波動(dòng)。在推力系數(shù)上見到類似效果。因此在本發(fā)明的實(shí)施方式中變參數(shù)Avar也可以表達(dá)為諸如當(dāng)前風(fēng)速、葉片槳距、傳動(dòng)系統(tǒng)速度或機(jī)艙的加速度之類的其它傳感器信號(hào)或測(cè)量參數(shù)的函數(shù)。從而可以獲得對(duì)變參數(shù)的更好的調(diào)節(jié)和在風(fēng)力渦輪機(jī)正常運(yùn)行期間不起動(dòng)修正控制方案的更高信賴。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，可以將運(yùn)行參數(shù)選擇為確保風(fēng)力渦輪機(jī)上的推力低于特定最大允許極限Ft, _的槳距極限0min。因此槳距極限類似于例如代表如由風(fēng)施加在風(fēng)力渦輪機(jī)上的負(fù)載的氣動(dòng)推力。該槳距極限也稱為推力限制器槳距。能夠示出針對(duì)給定推力值的槳距角emin，800可以表達(dá)為圖8中所示的風(fēng)輪功率PMt 810的線性函數(shù)。此處，對(duì)應(yīng)于特定固定最大允許推力的最小槳距800被示出為風(fēng)輪功率PMtOT，810的函數(shù)并針對(duì)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速ω的4個(gè)不同值801，802，803，804。風(fēng)輪轉(zhuǎn)速增加用于以給定的風(fēng)輪功率增加槳距。這種關(guān)系可以針對(duì)風(fēng)輪推力Ft, _的不同值確定，然后從風(fēng)輪推力Ft, _的不同值，可以基于發(fā)電機(jī)功率Pgenerat ，810的信息和風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速ω，801-804通過(guò)插值來(lái)確定最小槳距極限9min800。從關(guān)于發(fā)電機(jī)功率和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)可以確定風(fēng)輪功率。如上所概述的，可以確定推力限制器槳距，使得不超過(guò)一定最大可承受和允許的推力。最大風(fēng)輪推力Ft,_可以設(shè)置在預(yù)定和/或常數(shù)級(jí)別。另選地或附加地，最大風(fēng)輪推力Ft, _可以是可變的，并持續(xù)地或在一定時(shí)段確定為給定風(fēng)力條件下的最大可承受推力，以便在隨時(shí)間獲得理想的電力產(chǎn)量的同時(shí)，在風(fēng)力渦輪機(jī)上不造成從而減小其壽命的太大的磨損和疲勞?？梢愿鶕?jù)查找表或例如在風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)期間根據(jù)模擬而預(yù)定的曲線，并例如依據(jù)當(dāng)前平均風(fēng)速、渦輪機(jī)葉片負(fù)載的變化、和/或風(fēng)輪加速度的變化，來(lái)確定最大允許風(fēng)輪推力Ftjfflax0變參數(shù)Avm可以被確定為運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前值(即本實(shí)施方式中的推力限制器槳距)與平均值和常數(shù)乘以運(yùn)行參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差之和之間的差A(yù)val= Θ min- Θ min, avg~k Θ min, std,其中k可以是某預(yù)定常數(shù)。按照這種方式，變參數(shù)反映運(yùn)行參數(shù)的突變或劇變，該運(yùn)行參數(shù)的突變或劇變表示推力限制器槳距角是否相對(duì)于在前的值顯著偏離或改變。變參數(shù)在一個(gè)實(shí)施方式中可以只被確定為推力限制器槳距的標(biāo)準(zhǔn)偏差或平均值的函數(shù)，或例如可以被確定為在兩個(gè)連續(xù)時(shí)間步幅中運(yùn)行參數(shù)的改變和標(biāo)準(zhǔn)偏差(可選地乘以常數(shù))之間的差。倘若反復(fù)估計(jì)的變參數(shù)變得大于警報(bào)閾值，Avm>T，則起動(dòng)修正控制方案。修正控制方案可以包括向槳距基準(zhǔn)添加槳距貢獻(xiàn)Λ Θ (修正參數(shù))。另選地或附加地，在另外的確定的槳距基準(zhǔn)低于推力限制器槳距Θ min的情況下，修正控制方案可以意味著向推力限制器槳距添加槳距貢獻(xiàn)，這可以用作產(chǎn)生的槳距基準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)槳距的這種修正，快速地對(duì)渦輪機(jī)葉片變槳距避開風(fēng)并因而有效地減小施加在風(fēng)輪從而在塔上的有效推力。在運(yùn)行參數(shù)巨大和突然改變的特定狀態(tài)下僅增加推力限制器槳距的這種修正方案已被證明相對(duì)于試圖增加推力限制器動(dòng)作的動(dòng)力(例如通過(guò)在推力限制器槳距角上實(shí)施導(dǎo)引補(bǔ)償器)的其它方案更有益，因?yàn)榻?jīng)由提出方法的推力限制器槳距中的噪聲保持在相對(duì)低的級(jí)別。這在推力限制器高度活躍(即槳距基準(zhǔn)經(jīng)常被修正至最小槳距極限)的湍流風(fēng)力負(fù)載條件下和陣風(fēng)事件期間是尤其有益的，因?yàn)榉駝t噪聲的增加可能造成槳距系統(tǒng)、葉片和塔上的增加的疲勞負(fù)載。相比之下，提出的控制方法是有益的，因?yàn)樗鼘?duì)正常的推力限制器運(yùn)行沒有影響，但是在極端事件期間將增加對(duì)推力極限的動(dòng)力。添加到控制信號(hào)值的修正參數(shù)可以是可調(diào)的，例如取決于當(dāng)前風(fēng)速，使得在更高風(fēng)速下可以更快地對(duì)葉片變槳距避開風(fēng)，否則塔彎曲力矩將比較低風(fēng)速時(shí)相對(duì)地較高。圖9示出了在陣風(fēng)模擬期間采用根據(jù)以上實(shí)施的控制方法的時(shí)間序列901和沒采用根據(jù)以上實(shí)施的控制方法的時(shí)間序列902。在第一條曲線中示出了作為時(shí)間t的函數(shù)的風(fēng)速101，其風(fēng)力負(fù)載條件造成槳距基準(zhǔn)Θ，500 (控制信號(hào))和塔底彎曲力矩M，904，如在實(shí)施(虛線901)和未實(shí)施(實(shí)線902)根據(jù)本發(fā)明的修正控制方案的情況下的最下面的兩條曲線中所示。、
如前所述，提出的控制方法僅活躍地影響諸如在檢測(cè)到諸如推力限制器槳距或推力系數(shù)之類的運(yùn)行參數(shù)的巨大和突然的改變的狀態(tài)下的控制信號(hào)(如槳距基準(zhǔn))。從圖9可見，修正槳距的提出控制方法在第一時(shí)段內(nèi)不活躍，直到大致t 12s，因?yàn)獒槍?duì)兩種不同控制方法的槳距基準(zhǔn)500在此處是相同的。在時(shí)間t 12s處，推力限制器槳距的巨大變化(未示出)使得槳距的變化Λ θ，903 (修正參數(shù))被添加到另外確定的槳距基準(zhǔn)。如從最下面的曲線可以看出的，對(duì)槳距基準(zhǔn)的該修正造成顯著降低的塔底彎曲力矩，雖然僅在大約12s〈t〈14s的很短的時(shí)段內(nèi)，修正控制方案是活躍的且槳距基準(zhǔn)被修正。更進(jìn)一步地，如從示了出修正參數(shù)Λ Θ，903的曲線可看出的，在本實(shí)施方式中，槳距通過(guò)可調(diào)或可變參數(shù)進(jìn)行修正，其中槳距最初增加6°，并且之后經(jīng)過(guò)大約I秒的時(shí)段以后成指數(shù)下降量 降低。圖10示出了在具有顯著但恒定級(jí)別的風(fēng)波動(dòng)的極端湍流的時(shí)間序列期間由對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)行為的模擬產(chǎn)生的與圖9中相同的參數(shù)。雖然在測(cè)試運(yùn)行中風(fēng)波動(dòng)幅度是相當(dāng)大的，但是波動(dòng)不超出本情形下的常規(guī)并因此不造成在此被用作運(yùn)行參數(shù)的推力限制器槳距的突變或劇變，并因此在任何時(shí)間不激活控制方案(△ Θ =0)。這例示了提出的方案是如何有益地只在超出常規(guī)狀態(tài)下作出應(yīng)對(duì)而不僅僅應(yīng)對(duì)波動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的控制方法在圖7的流程圖中逐步地示出并應(yīng)用到槳距控制參數(shù)。如前，原理針對(duì)諸如包括功率基準(zhǔn)等的控制信號(hào)之類的其它可控參數(shù)仍然是相同的。在各個(gè)時(shí)間步幅中并針對(duì)各個(gè)采樣，從另一控制器接收或本地地確定新的控制信號(hào)θ，500。類似地，接收或獲得關(guān)于當(dāng)前風(fēng)輪或發(fā)電機(jī)功率P和諸如葉尖速度比、風(fēng)速Vwind等的其它風(fēng)力渦輪機(jī)參數(shù)的信息，501。然后根據(jù)這些參數(shù)確定當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)，如在前所討論的，當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)是代表風(fēng)力渦輪機(jī)上的諸如例如推力Ft、推力限制器槳距Θ min、風(fēng)輪功率系數(shù)Cp、風(fēng)輪扭矩系數(shù)Cq和/或推力系數(shù)Ct之類的負(fù)載的參數(shù)，502。然后，通過(guò)濾波或通過(guò)反映參數(shù)隨時(shí)間的波動(dòng)的類似數(shù)據(jù)處理測(cè)量，例如根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差和/或參數(shù)方差或均值、根據(jù)雨流計(jì)數(shù)算法，來(lái)確定反映運(yùn)行參數(shù)的變化的變參數(shù)Avm,504ο變參數(shù)還可以另選地或附加地被確定為諸如當(dāng)前槳距角、風(fēng)速、傳動(dòng)系統(tǒng)速度Vtive、葉片負(fù)載、塔加速度a。。等的其它當(dāng)前參數(shù)的函數(shù)，505。倘若變參數(shù)Avm不超過(guò)警報(bào)閾值T (警報(bào)閾值T可以是預(yù)定常數(shù)或是諸如當(dāng)前風(fēng)速之類的當(dāng)前運(yùn)行條件的函數(shù))，則沒有任何干預(yù)地根據(jù)控制信號(hào)Θ 500控制風(fēng)力渦輪機(jī)，510。另一方面，如果變參數(shù)Avm超過(guò)警報(bào)閾值T，則否決本控制方案并根據(jù)修正控制方案控制風(fēng)力渦輪機(jī)，520。修正控制方案如前所述例如可以包含停止風(fēng)力渦輪機(jī),使風(fēng)力渦輪機(jī)變慢，或根據(jù)之前的控制信號(hào)或甚至更早的控制信號(hào)持續(xù)控制風(fēng)力渦輪機(jī)。修正控制方案同樣地可以包括使推力限制器槳距Gmin和/或槳距基準(zhǔn)Θ，500增加一定量Λ Θ?？刂品椒梢园鎯?chǔ)關(guān)于諸如風(fēng)輪功率系數(shù)和/或推力系數(shù)之類的運(yùn)行參數(shù)的信息，可選地連同關(guān)于控制歷史記錄中相關(guān)控制信號(hào)的信息一起進(jìn)行存儲(chǔ)。因此，存在使變參數(shù)Avm成為運(yùn)行參數(shù)和控制歷史記錄中的控制信號(hào)的更復(fù)雜的函數(shù)的可能性，諸如依據(jù)例如參數(shù)的第二階或更高階導(dǎo)數(shù)。雖然已經(jīng)說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是應(yīng)該理解本發(fā)明不受限于此并且在不脫離本發(fā)明的情況下可以做出修改。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定，并且字面上或等同地落入權(quán)利要求書的含義內(nèi)的所有設(shè)備意在被涵蓋其中。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)的控制方法，所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有風(fēng)輪和用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)，所述風(fēng)輪具有可變槳距的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，所述方法包括以下步驟 確定針對(duì)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的可控參數(shù)的控制信號(hào)； 按時(shí)間間隔估計(jì)表示由風(fēng)施加在所述風(fēng)力渦輪機(jī)上的負(fù)載的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)； 確定反映所述運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)間的變化的變參數(shù)； 只有在所述變參數(shù)低于警報(bào)閾值的情況下，才根據(jù)所述控制信號(hào)控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)；以及 在所述變參數(shù)高于所述警報(bào)閾值的情況下，根據(jù)修正控制方案控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制方法，其中，所述修正控制方案包括以下中的至少一個(gè)停止所述風(fēng)力渦輪機(jī)和減載運(yùn)行所述風(fēng)力渦輪機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制方法，其中，所述修正控制方案包括向所述控制信號(hào)的值添加修正參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其中，所述控制信號(hào)包括用于控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片的變槳距的槳距基準(zhǔn)信號(hào)，并且所述修正控制方案包括增加所述槳距基準(zhǔn)信號(hào)的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的控制方法，其中，所述修正參數(shù)是預(yù)定常數(shù)。
6.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制方法，其中，估計(jì)所述運(yùn)行參數(shù)的步驟包括估計(jì)推力限制器槳距角，其中，所述推力限制器槳距角包括用于保持所述風(fēng)力渦輪機(jī)上的推力等于或低于最大允許推力級(jí)別的最小槳距角。
7.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制方法，其中，估計(jì)所述運(yùn)行參數(shù)的步驟包括估計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)輪功率系數(shù)、扭矩系數(shù)和推力系數(shù)中的至少一個(gè)。
8.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制方法，其中，所述至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)根據(jù)以下中的至少一個(gè)確定風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)速度、風(fēng)輪速度和風(fēng)速。
9.根據(jù)權(quán)利要求7-8中的任一項(xiàng)所述的控制方法，其中，根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的槳距角確定所述風(fēng)輪功率系數(shù)、扭矩系數(shù)和推力系數(shù)的所述至少一個(gè)。
10.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制方法，其中，所述變參數(shù)被確定為快速低通濾波的運(yùn)行參數(shù)和慢速低通濾波的運(yùn)行參數(shù)之間的差的函數(shù)。
11.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制方法，其中，所述變參數(shù)被確定為運(yùn)行參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差和平均值中的至少一個(gè)的函數(shù)。
12.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制方法，其中，所述變參數(shù)被確定為一個(gè)或更多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的槳距角、風(fēng)力渦輪機(jī)塔的加速度和/或風(fēng)力渦輪機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)速度的函數(shù)。
13.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制方法，其中，所述警報(bào)閾值是預(yù)定常數(shù)。
14.根據(jù)在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制方法，其中，所述警報(bào)閾值是風(fēng)速的函數(shù)。
15.—種風(fēng)力潤(rùn)輪機(jī)的控制系統(tǒng),所述風(fēng)力潤(rùn)輪機(jī)具有風(fēng)輪和用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)，所述風(fēng)輪具有可變槳距的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，所述控制系統(tǒng)被配置為執(zhí)行以下步驟 確定針對(duì)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的可控參數(shù)的控制信號(hào)； 按時(shí)間間隔估計(jì)表示由風(fēng)施加在所述風(fēng)力渦輪機(jī)上的負(fù)載的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)； 確定反映所述運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)間的變化的變參數(shù)；只有在所述變參數(shù)低于警報(bào)閾值的情況下，才根據(jù)最近控制信號(hào)控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)；以及 在所述變參數(shù)高于所述警報(bào)閾值的情況下，根據(jù)修正控制方案控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)。
16. 一種風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有風(fēng)輪和用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)，所述風(fēng)輪具有可變槳距風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，并且所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括相對(duì)于所述風(fēng)輪放置的測(cè)量單元，以按時(shí)間間隔測(cè)量表示由風(fēng)施加在所述風(fēng)力渦輪機(jī)風(fēng)輪上的負(fù)載的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)還包括根據(jù)權(quán)利要求15的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括控制器和處理器，所述控制器用于確定針對(duì)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的可控參數(shù)的控制信號(hào)，所述處理器用于確定如所述測(cè)量單元所測(cè)量的所述至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)并用于確定反映所述運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)間的變化的變參數(shù)，并且其中所述控制器還被配置為用于只有在所述變參數(shù)低于警報(bào)閾值的情況下才根據(jù)所述控制信號(hào)控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)，在所述變參數(shù)高于所述警報(bào)閾值的情況下根據(jù)修正控制方案控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)的控制方法，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有風(fēng)輪和用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪具有可變槳距的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，確定針對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的可控參數(shù)的控制信號(hào)，并按時(shí)間間隔估計(jì)表示由風(fēng)施加在風(fēng)力渦輪機(jī)上的負(fù)載的運(yùn)行參數(shù)。由此確定反映運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)間的變化的變參數(shù)。然后只有在變參數(shù)低于警報(bào)閾值的情況下根據(jù)該控制信號(hào)控制風(fēng)力渦輪機(jī)，否則根據(jù)修正控制方案控制風(fēng)力渦輪機(jī)。
文檔編號(hào)F03D7/04GK102648345SQ201080055738
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2010年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月8日
發(fā)明者A·S·安德森, A·扎伊比, E·C·L·米蘭達(dá), J·S·湯姆森, T·T·巴赫曼, 伊瑪?shù)隆ぐ⒉范爬? 保羅·勃蘭特·克里斯滕森 申請(qǐng)人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司