控制风力发电设备的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明大致设及风力满轮机，且更具体地设及用于有效减小风力满轮机内的载荷 的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 近来，风力满轮机作为环境安全和相对便宜的替代能量源，已获得更多的关注。随 着运种日益增长的兴趣，已做了相当大的努力W发展可靠而高效的风力满轮机。
[0003]通常，风力满轮机包括具有多个叶片的转子，转子安装在位于塔架或管状塔顶端 的壳体或短舱内。公用级的风力满轮机（即，设计用来向公用电网提供电力的风力满轮机） 可具有大的转子（例如，直径达80米及W上）。运些叶片上的转子将风能转换成驱动一个 或多个发电机的旋转力矩或者旋转力，发电机通过齿轮箱旋转地联接到转子上。齿轮箱可 用来将满轮机转子固有的低转速逐步提升，W使发电机有效地将机械能转换为送入公用电 网的电能。一些风力满轮机采用直接联接到转子的发电机而不采用齿轮箱。
[0004]当前，控制策略和安全概念在一定（切出）风速W上时，使风力满轮机停止。该策 略防止因较急端流而可能发生的破坏载荷。此策略的缺点是，在切出风速之上的区域的能 量捕获的缺乏。而且，风速暂时的上升可能会引发风力满轮机停止，而恢复到正常的功率产 生可能花费一些时间。同理，在额定风速下急端流的发生，也会增加引发风力满轮机停止的 可能性。
【发明内容】
[0005]简而言之，在本发明的一个方面，一种用于控制风力满轮机的方法，包括W下步 骤：
[0006]测量风力满轮机的工作参数；
[0007]确定所测量的工作参数的标准偏差；W及
[0008]选择工作设定值，使得工作设定值被维持成偏离工作极限预定数量的标准偏差。
[0009]在本发明的另外一个方面，风力满轮机包括具有多个叶片的转子和配置成测量风 力满轮机的工作参数的控制系统，其中，该控制系统确定所测量的工作参数的标准偏差，并 选择工作设定值，使得工作设定值被维持成偏离工作极限预定数量的标准偏差。
【附图说明】
[0010] 参照附图并阅读W下详细描述，更容易理解本发明的运些和其它特征、方面和优 点，附图中类似符号代表类似部件，其中：
[0011] 图1是风力满轮机的示例性结构的图形。
[0012] 图2是图1所示的示例性风力满轮机结构的短舱的剖切透视图。
[001引图3是控制系统的示例性结构的方框图，该控制系统用于图1所示的风力满轮机 结构。
[0014] 图4是在两个不同平均风速25m/s和28m/s时，作为测量的数量的函数的发电机 速度的直方图。
[0015] 图5为作为时间的函数的归一化发电机速度的曲线图。
[0016]图6为作为时间的函数的归一化发电机电功率的曲线图。
【具体实施方式】
[0017] 参照附图，其中各视图中相同标号代表相同元件。
[0018] 现在来看图1，一些结构中的风力满轮机100包括容纳发电机（在图1中未示出） 的短舱102。短舱102安装在高塔架104的顶端，图1中仅示出了高塔架104的一部分。风 力满轮机100还包括转子106,该转子106包括附装在旋转的轮穀110上的多个转子叶片 108。尽管图1中所示的风力满轮机100包括3个转子叶片108,但对于本发明所要求的转 子叶片108的数量没有具体限制。
[0019] 现在来看图2,各种构件容纳在短舱102内，短舱102在风力满轮机100的塔架104 顶上。塔架104的高度基于本领域已知的因素和条件选择。在一些结构中，控制面板112中 包括控制系统的一个或多个微控制器用于总体的系统监视和控制，包括倾斜度（pitch)调 节和速度调节、高速轴和偏转制动应用、偏转和累用电动机应用W及故障监视。在一些结构 中采用了备选的分布式或集中式控制架构。
[0020] 控制系统提供控制信号给可变叶片倾斜度驱动装置114W控制叶片108的倾斜度 (图2中未示出），叶片108由于风驱动轮穀110。在示出的实施例中，轮穀110支撑3个叶 片108,但是其它结构可采用任意数量的叶片。叶片108的倾斜度分别单独地由叶片倾斜度 驱动装置114控制。轮穀110与叶片108共同构成了风力满轮机转子106。
[0021] 风力满轮机的驱动系包括连接到轮穀110和齿轮箱118上的主转子轴116 (也称 "低速轴")，在一些结构中，采用双通道几何形状来驱动装在齿轮箱118内的高速轴。高速轴 (图2中未示出）用于驱动发电机120。在一些结构中，转子转矩由联轴器122传递。发电 机120可W是任意适当的类型，如绕线转子式感应发电机。在一些结构中，未使用齿轮箱， 作为代替，转子轴116直接驱动发电机120。
[0022] 现在来看图3,用于风力满轮机100的控制系统300包括总线302或其它通信设 备W传送信息。处理器304禪合到总线302上W处理包括来自传感器的信息，传感器构造 成用来测量位移或力矩。控制系统300还包括随机存取存储器（RAM) 306和/或其它存储 装置308。RAM306和其它存储装置308禪合到总线302上，W储存和传递信息、通过处理器 304执行的指令。RAM306(如果需要，还有其它存储装置308)还可用于存储在处理器304 执行指令时的临时变量或中间信息。控制系统300还可包括只读存储器ROM或其它静态 存储装置310。只读存储器（ROM)和/或其它静态存储装置310禪合到总线302上，W存 储静态（即不变）信息和指令并将其提供给处理器304。输入/输出装置312可包括本领 域已知的任何装置W给控制系统302提供输入数据和提供偏转控制、螺距控制输出。借助 于远程连接，将指令从存储装置提供给存储器，存储装置诸如磁盘，只读存储器（ROM)集成 电路，CD-ROM,DVD，远程连接为有线或者无线的，提供到一个或多个电子可存取介质等的存 取。在一些实施例中，硬线电路可用于替代软件指令或与之结合。因而，指令序列的执行不 限于硬件电路和软件指令的任何具体结合。传感器接口 314是允许控制系统300与一个或 多个传感器通讯的接口。传感器接口 314可W是或者可W包括例如一个或多个模拟数字转 换器，模拟数字转换器将模拟信号转换成处理器304可W使用的数字信号。
[0023] 众所周知，风力满轮机的载荷的大部分是因在叶片上的相对风速的作用引起的。 叶片载荷大致分为升力和阻力，升力和阻力沿虚拟上升中屯、线作用，该中屯、线沿叶片的前 缘延伸，并在前缘后方叶片宽度的约25%处。风中的端流会使叶片载荷中产生波动，该波动 扩散到其它的发电机构件上而导致结构疲劳。
[0024] 通过减小相对风速，可有效减小风力满轮机上的载荷。实际上，运可通过减小转子 的转速来实现。然而，通过减小转子的转速，如果发电机的电输出功率不相应地减小，则进 入齿轮箱的转矩将会被增大（功率=转矩X转速）。
[0025] 在风力满轮机100工作时，各种工作参数由传感器测量并储存在RAM206和/或存 储装置308中。例如，外部风向传感器和外部风端流传感器可提供与风速、风向W及端流有 关的信息。安装在叶片上的应变计可提供与作用在叶片上的弯曲力有关的信息。安装在叶 片中的一个或多个叶片上的加速度计可提供与转子和各叶片的瞬时的角位置有关的信息。 溫度传感器可提供与传动系和/或发电系统的一个或多个构件的溫度有关的信息。加速度 传感器或振动传感器可提供与在传动系和/或发电系统的一个或多个部件上的振动级或 噪音有关的信息。功率传感系统可提供与发电机的输出功率有关的信息。倾斜度控制系统 可提供关于风端流和/或风切的信息。来自传感器的数据按时间记录，而总线302将该信 息传送到处理器304。
[0026] 风力满轮机的典型工作范围发生在例如约3m/s至约2