专利名称：用于控制风力涡轮机的方法和控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制风力涡轮机运行的控制系统以及用于控制风力涡轮机运行 的方法。特别地，本发明涉及允许在延长的风力涡轮机运行时间期间正确测量和使用给定 的有关控制参数的控制系统和方法。本发明还涉及借助这种控制系统受到控制的风力涡轮机。
背景技术：
风力涡轮机通常根据基于一个或多于一个的测量控制参数——例如风速、风向 等——的控制策略受到控制。因此，用于控制风力涡轮机运行的控制系统通常连接到一个 或多于一个的传感器，各传感器被布置为测量特定控制参数。然而，大多数传感器专门用于 例如温度、湿度方面的特定运行范围内的运行，某些传感器在传感器上结冰的情况下发生 故障或进行错误测量。因此，各个传感器定义了一组说明传感器不能可靠运行的条件的“故 障模式”。在运行风力涡轮机的控制策略基于由特定传感器测量的控制参数且该传感器处 于“故障模式”的情况下，不可能获得对于控制参数的可靠的值，直到运行条件已经改变为 足以确保传感器不再处于“故障模式”。在不可能基于该特定控制参数控制风力涡轮机运行 的同时，必须作为替代地使用另一个、可能是优选程度较低的控制策略。这是不希望的，因 为其不慎导致使用非最优控制参数，由此产生非最优的能量产生(energy production)。GB 2 067 247公开了一种风力涡轮机，其具有嵌入转子叶片尖端部分的压力探 针，以便确定转子平面内的风能。来自压力探针的指示在风力涡轮机的正常运行中使用。风 速计(anemometer)置于机舱的顶部，并测量机舱顶部的风速。当涡轮机由于缺少风或在风 暴情况下静止时，风速计用于涡轮机运行范围外的控制。然而，压力探针和风速计不测量同 样的控制参数。DE 20 2006 00081 6U1公开了一种具有超声波风速计和例如杯形风速计等用于 测量风速的另一风速计的风能厂。在借助超声波风速计测量的风速和借助另一风速计测量 的风速以特定量彼此不同时，控制信号被发送到控制系统，以便停止风能厂的运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制系统，用于以这样的方式控制风力涡轮机运行 与已知的控制系统相比，可对于延长的运行时间使用最优控制策略。本发明的另一目的在于提供一种控制系统，用于以这样的方式控制风力涡轮机运 行与已知的控制系统相比，在增多数量的运行条件下，可获得相关控制参数的可靠测量。本发明的又一目的在于提供一种以这样的方式控制风力涡轮机运行的方法与已 知的控制方法相比，能量产生得到增加。本发明的再一目的在于提供一种风力涡轮机，与已知风力涡轮机相比，其可对于 延长的运行时间根据最优控制策略受到控制。
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根据本发明第一实施形态，通过提供基于一个或多于一个控制参数控制风力涡轮 机运行的控制系统实现以上以及其他目标，控制系统包含第一传感器装置，其被布置为测量用于控制风力涡轮机运行的控制参数，所述第 一传感器装置具有第一组运行故障条件；第二传感器装置，其被布置为测量所述控制参数，所述第二传感器装置具有第二 组运行故障条件，第一组运行故障条件包含不构成第二组运行故障条件的一部分的至少一 个运行故障条件，以及第三传感器装置，其被布置为检测第一传感器装置和/或第二传感器装置的运行 故障条件，其中，控制系统适用于，基于借助第三传感器装置进行的测量，在基于由第一传感 器装置测量的控制参数或基于由第二传感器装置测量的控制参数控制风力涡轮机运行之 间进行选择。在当前背景下，术语“控制参数”应当解释为意味着例如为了获得最优能量产生而 与运行风力涡轮机有关的可测量参数。合适的控制参数包括但不限于风速、风向、可变负 荷，例如转子叶片或塔架构造上的结构负荷等。因此，控制系统使用一个或多于一个的测量 控制参数，用于以这样的方式控制风力涡轮机运行例如在能量产生、结构负荷、振动、噪音 等方面，获得风力涡轮机最优运行。控制系统接收测量得到的控制参数值，基于这些值，调 节风力涡轮机的相关设置，例如转子叶片的桨距角、偏航角(yawing angle)、转子rpm、发电 机负荷等。控制系统包含第一传感器装置和第二传感器装置。两个传感器装置被布置为测量 用于控制风力涡轮机运行的特定控制参数。因此，同一控制参数由两个不同的传感器装置 进行测量。第一传感器装置具有第一组运行故障条件，第二传感器装置具有第二组运行故障 条件。在当前背景下，术语“运行故障条件”应当解释为意味着在风力涡轮机运行期间产生 的条件，在该条件下，相关传感器装置不能运行或不能获得控制参数的可靠值。因此，当发 生传感器装置的运行故障条件时，控制系统将不能接收来自该转感器的测量控制参数值， 或所接收的值必须被视为不可靠，控制系统不应基于这样的值控制风力涡轮机的运行。故 障条件的实例可包括但不限于例如由于雾或大雨引起的运行范围之外的相对湿度、运行范 围以外的温度、结冰和雪。第一组运行故障条件包含至少一个运行故障条件，其不构成第二组运行故障条件 的一部分。因此，当这种/这些故障条件发生时，第一传感器装置不能获得可靠的控制参数 值。然而，由于该条件不构成第二组运行故障条件的一部分，第二传感器装置能够获得可靠 的控制参数值。因此，控制系统仍可基于控制参数控制风力涡轮机运行，只要确保用于此目 的的控制参数值是由第二传感器装置测量的。应当注意，第一传感器装置和第二传感器装 置不同，并且，在第二传感器装置能够获得可靠控制参数值而第一传感器装置不能的至少 一个运行条件存在的意义上，以不同的方式运行。控制系统还包含第三传感器装置，其被布置为检测第一传感器装置和/或第二传 感器装置的运行故障条件。因此，借助第三传感器，可确定所述运行故障条件是否发生。在 由第三传感器装置检测的运行故障条件为第一传感器装置而不是第二传感器装置的运行
5故障条件的情况下，在运行故障条件发生时由第一传感器装置产生的控制信号是不可靠 的，但由第二传感器装置产生的控制信号可被看作是可靠的。因此，在这种情况下，风力涡 轮机可基于由第二传感器装置产生的控制信号而不是基于由第一传感器装置产生的控制 信号受到控制。借助第三传感器装置进行的测量提供关于所述运行故障条件是否发生的即 时信息，因此确保基于优选控制参数的风力涡轮机的可靠运行。因此，控制系统适用于，基于借助第三传感器装置进行的测量，在基于由第一传感 器装置测量的控制参数或基于由第二传感器装置测量的控制参数控制风力涡轮机运行之 间进行选择。也就是说，由第三传感器装置进行的测量用于判断是否发生了给定的运行故 障条件，且此信息用于选择由第一传感器装置测量的控制参数还是由第二传感器装置测量 的控制参数应当用于控制风力涡轮机运行。这是一项优点。可以想到，第一传感器装置是这样的一种其优选为用于测量控制参数的值，例如 由于其能够获得最精确的值，或由于其消耗较少的电力，或由于其对其他控制参数的测量 干扰较少。在这种情况下，每当不发生第一传感器装置的运行故障条件时，控制系统将使用 由第一传感器装置获得的控制参数值。然而，当这样的运行故障条件发生时，必须首先决定 该运行故障条件是否另外构成第二组运行故障条件的第一部分。如果是这样的情况，可靠 的控制参数值不能从第一传感器装置获得，也不能从第二传感器装置获得，由此，不能根据 基于该控制参数的控制策略来控制风力涡轮机运行。另一方面，如果发生的运行故障条件 不构成第二组运行故障条件的一部分，可靠的控制参数值可由第二传感器装置获得，仍可 能根据基于控制参数的控制策略控制风力涡轮机运行。与控制策略改变的情况下相比，即 使控制参数值使用优选程度较低的传感器装置获得，这在许多情况下导致更为优选的风力 涡轮机运行控制。如上所述，借助第三传感器装置进行的测量用于确定给定运行故障条件是否发 生。因此，此信息可容易地获得，运行故障条件一发生，就可进行从使用由一个传感器装置 获得的控制参数到使用由另一个传感器装置获得的控制参数的切换，由此，确保风力涡轮 机运行以可靠的方式受到控制。由此，使用本发明的用于控制风力涡轮机运行的控制系统使得可以在更多数量的 运行条件下根据特定控制策略来控制风力涡轮机运行，因此，继续运行达延长的时间段。有 效的是，第一传感器装置和第二传感器装置组合构成具有减少数量的运行故障条件的“测 量系统”，至少是与第一传感器装置相比。因此，获得控制参数测量的冗余性。应当注意，附 加的传感器装置可用于测量控制参数的值，由此，进一步减少“测量系统”的运行故障条件 的有效数量。另外，由于由第三传感器装置进行的测量，测量系统的正确运行得到确保。与仅仅使用一个传感器装置或使用同样类型的两个传感器装置的情况相比，还可 在风力涡轮机的总运行时间的较大部分中获得可靠的控制参数值。第二组运行故障条件可包含不构成第一组运行故障条件的一部分的至少一个运 行故障条件。根据此实施例，类似于上面介绍的情况，由第一传感器装置获得的控制参数值 可在发生第二传感器装置的运行故障条件的情况下使用。然而，在只要不发生运行故障条 件，由两个传感器装置获得的控制参数值可由控制系统使用的情况下，以及在一个传感器 装置的运行故障条件发生的情况下，使用由另一传感器装置获得的值。第一传感器装置可适用于在第二传感器装置故障的情况下代替第二传感器装置，和/或第二传感器装置可适用于在第一传感器装置故障的情况下代替第一传感器装置。这 一点已经在上面介绍。优选为，传感器装置均适用于在故障时或在发生运行故障条件时替 代彼此。由此，获得真实冗余系统，其中，可能妨碍控制参数测量的可能的运行条件的数量 得到最小化。根据一实施例，第一组运行故障条件和第二组运行故障条件可不重叠。根据此实 施例。第一传感器装置和第二传感器装置不限定任何共同的运行故障条件。因此，如果发生 一个传感器装置的运行故障条件，另一传感器装置将总是能够获得可靠的控制参数值。由 此，根据此实施例，总是可能根据基于控制参数的控制策略控制风力涡轮机运行，只要可以 运行风力涡轮机。控制系统可适用于确定第一传感器信号的有效性和/或第二传感器信号的有效 性。这可包括确定一个传感器装置完全不可靠，例如，由于发生传感器装置的故障模式或传 感器装置损坏，以及确定对应的传感器信号因此不应当用于控制风力涡轮机运行。作为附 加或作为替代的是，可包含确定传感器装置中的哪一个以最为可靠的方式在给定情况下运 行。在这种情况下，控制系统可丢弃最不可靠的控制信号并仅仅使用最可靠的控制信号来 控制风力涡轮机运行，或者，控制系统可使用两个控制信号来控制 风力涡轮机运行，但是是 以更多权重放在最可靠控制信号而不是最不可靠控制信号上的方式。第一传感器信号和/ 或第二传感器信号的可靠性可有利地基于由第三传感器装置进行的测量来确定。作为替代或作为附加的是，控制系统可还包含用于检测第一传感器装置和/或第 二传感器装置的至少一个可能故障条件的装置。在确定为一个传感器装置的故障条件发 生的情况下，控制系统可基于借助另一传感器装置获得的控制参数继续控制风力涡轮机运 行。检测至少一个可能的故障条件的装置可以为或包含检测冰的存在的检测器，适用于检 测雾的存在的光传感器，用于检测一个或两个传感器装置是否均在其运行范围内的温度传 感器，雨传感器，雪传感器，等等。控制系统可适用于，在判断为第一传感器信号以及第二传感器信号无效的情况 下，和/或在第一传感器装置以及第二传感器装置的故障条件被检测到的情况下，产生改 变控制策略信号。在两个传感器信号无效和/或两个传感器装置的故障条件被检测到的情 况下，将不可能获得可靠的控制参数值。因此，基于该控制参数的控制策略必须被放弃，必 须作为代替地采用另一种可能较差的控制策略。因此，当这种情况发生时，控制系统可有利 地产生改变控制策略信号，由此，导致控制策略的改变。控制参数可以为风速。在这种情况下，第一传感器装置可以为杯形风速计，第二传 感器装置可以为超声波风传感器。杯形风速计为用于测量给定点的风速的机电装置。超声 波风传感器为基于超声信号的传送时间测量给定点的风速的装置。在例如由于雾或大雨引 起的高相对湿度的条件下，超声波风传感器变得不准确。对于杯形风速计不是这种情况。因 此，如果判断为存在风力涡轮机位置上的高相对湿度，超声波风传感器测量的风速值必须 被看作是不可靠的。然而，高相对湿度对于杯形风速计的运行没有影响。杯形风速计所获 得的风速值因此可在这种情况下使用。第三传感器装置在这种情况下可有利地适用于测量 相对湿度。对于超声波风传感器的另一可能的故障模式可以为雪的存在。雪花的向下移动 导致反射的超声信号的方向的偏移，引起超声波风传感器的不正确的风速测量。相反，在阵风条件下，由于在由于阵风引起的风速突变过程中杯形布置中的固有惯性导致杯形风速计需要时间来加速/减速，杯形风速计必须预期为传送不正确或不可靠 的风速值。然而，阵风条件不影响由超声波风传感器进行的风速测量，由此传感器获得的值 由此可在阵风条件下用于控制风力涡轮机运行。
或者，控制参数可以为风向。在这种情况下，第一传感器装置可以为风向标(wind vane)，第二传感器装置可以为超声波风传感器。风向标为用于测量给定点风向的机电装 置。除了测量风速之外，超声波风传感器也能够借助多个——例如三个——相对的超声波 变送器对测量风向。如上面提到的，超声波风传感器在例如由于雾或大雨引起的高相对湿 度的条件下故障。然而，高相对湿度对由风向标进行的测量的可靠性没有影响，由风向标获 得的风向值因此可在这种情况下使用。相反，在阵风条件下，由于风向标的固有惯性，风向 标必须期望为传送不准确或不可靠的风向值，类似于上面对于杯形风速计所介绍的情况。 在这种情况下，由超声波风传感器获得的风向值可作为替代地使用。作为替代的是，控制参数可以为风力涡轮机的至少一个转子叶片上的负荷或偏转 (deflection)。基于预先记录的对于风速和偏转或负荷的对应数据的查阅表，至少一个转 子叶片上的这样的负荷或偏转可提供风速的指示。在这种情况下，第一传感器装置可以为 布置在一个或多于一个的转子叶片上或中的一个或多于一个的电气应变传感器，第二传感 器装置可以为包含布置在一个或多于一个的转子叶片上或中的光纤布拉格光栅的一个或 多于一个的光纤。电气应变传感器对于可能摧毁或损坏传感器的雷击敏感。光学应变传感 器在光发射器故障的情况下故障。两个传感器将会故障，如果其相应的电源发生故障的话， 或者，如果电线或光纤相应地断开或以其他方式损坏的话。或者，控制参数可以为风力涡轮机的转子叶片的桨距角。在这种情况下，第一传感 器装置可以为桨距传感器，第二传感器装置可以为布置在转子叶片中或转子叶片上的全球 定位系统(GPS)装置。桨距传感器为能够直接测量转子叶片桨距角的传感器装置。GPS装 置能够测量其中或其上布置有GPS装置的转子叶片的精确位置。使用充分精确的GPS装置， 甚至可以确定所指(in question)转子叶片的桨距角。桨距传感器可以为例如编码器型， 即类似于条形码读取器的对黑白条进行计数的类型。在这种情况下，如果读取器故障，桨距 传感器可能故障。如果卫星故障或不可访问，GPS装置故障。如果其相应的电源故障，桨距 传感器以及GPS装置将会故障。或者，控制参数可以为风力涡轮机的偏航角。在这种情况下，第一传感器装置可 以为偏航计数器，第二传感器装置可以为布置在转子叶片上或转子叶片中的全球定位系统 (GPS)装置。偏航计数器为一种机械装置，其能够直接测量偏航角。如上面所提到的，GPS 装置能够精确确定其中或其上布置有GPS装置的转子叶片的位置。因此，使用足够精确的 GPS装置使得可以相对于基准偏航位置检测所指转子叶片的位置，因此，偏航角可被确定。 偏航传感器可以为例如读取旋转过程中经过偏航系统的齿并对之进行计数的类型。在这种 情况下，如果读取器故障，偏航传感器可能故障。如果卫星故障或不可访问，GPS装置故障。 如果其相应的电源丧失，偏航传感器以及GPS装置将会故障。或者，控制参数可以为风力涡轮机转子的旋转速度。在这种情况下，第一传感器装 置可以为旋转速度传感器，第二传感器装置可以为布置在转子叶片上或转子叶片中的全球 定位系统(GPS)装置。旋转速度传感器为能够直接测量风力涡轮机转子旋转速度的装置。 其可以为例如转速计。在这种情况下，如果读取器故障，旋转速度传感器可能故障。如果卫星故障或不可访问，GPS装置故障。如果其相应的电源丧失，旋转速度传感器以及GPS装置 可能故障。根据一实施例，第三传感器装置可以为分立的传感器。在这种情况下，第三传感器 装置为可专门用于检测给定运行故障条件的分立传感器。或者，分立传感器可为用于测量 控制风力涡轮机运行必需或有用的一个或多于一个其他参数的传感器，且该参数用于确定 给定的运行故障条件是否发生。此实施例的优点在于，给定运行故障条件是否发生的判断 完全独立于第一传感器装置和第二传感器装置的运行以及进行的测量。因此，第一传感器 装置或第二传感器装置的任何可能的故障对发生或不发生给定运行故障条件的判断没有 影响。此判断因此非常可靠。作为一替代实施例，第三传感器装置可构成第一传感器装置或第二传感器装置的 一部分。根据此实施例，借助第一传感器装置或借助第二传感器装置进行的测量用作判断 给定故 障条件是否发生的基础。这可以例如采用由第一传感器装置或第二传感器装置产生 的状态信号的形式。这样的状态信号可以提供例如关于当前由传感器装置进行的测量—— 例如风速测量或风向测量——的品质的信息。第三传感器装置可适用于检测周围空气的相对湿度。如上所述，第三传感器装置 在这种情况下适用于检测超声波风传感器而不是杯形风速计的运行故障条件的条件。或 者，第三传感器装置可适用于检测冰的存在，其可以为用于检测雾的存在的光传感器，或 者，其可以为温度传感器、雨传感器或雪传感器，或者，其可以为能够检测可构成第一传感 器装置和/或第二传感器装置的运行故障条件的有关条件的任何其他合适类型的传感器。本发明的控制系统可有利地构成风力涡轮机的一部分，风力涡轮机还包含塔架构 造、至少容纳传动系的机舱、一组转子叶片。根据本发明第二实施形态，上述以及其他目标通过提供控制风力涡轮机运行的方 法来实现，该方法包含以下步骤借助第一传感器装置，测量控制参数的第一值；借助第二传感器装置，实质上同时地测量所述控制参数的第二值；借助第三传感器装置，测量指示第一传感器装置和/或第二传感器装置的运行故 障条件的故障条件参数的值；以及基于所述控制参数的所述第一值和所述第二值，并基于故障条件参数的所述值， 控制风力涡轮机的运行。应当注意，本领域技术人员将会明了，任何与本发明第一实施形态结合介绍的特 征也可与本发明的第二实施形态结合，反之亦然。根据本发明第二实施形态，提供了一种用于控制风力涡轮机运行的控制方法。同 一控制参数的值借助两个不同的传感器装置进行测量。同时，指示第一传感器装置和/或 第二传感器装置的运行故障条件的故障条件参数的值借助第三传感器装置进行测量。风力 涡轮机的运行于是基于两个测量控制参数值并基于所测量的故障条件参数受到控制。应当 注意，第一与第二传感器装置在至少一个传感器装置具有并非另一传感器装置的运行故障 条件的至少一个运行故障条件方面是“不同”的。因此，当作为对于一个而不是另一个传感 器装置的运行故障条件的条件发生时，风力涡轮机的运行可基于由并非处于运行故障条件 的传感器装置获得的控制参数值受到控制，这样的情况借助第三传感器装置直接测量。以上已经详细进行了介绍。该方法还可包含这样的步骤确定第一传感器信号的有效性和/或第二传感器信 号的有效性，且控制步骤可进一步基于确定步骤的结果。根据此实施例，风力涡轮机运行可 以以这样的方式有利地得到控制控制参数的最可靠的测量的权重大于最不可靠的测量的 权重。第一和/或第二传感器信号的有效性可基于由第三传感器装置进行的测量有利地确
定。 控制步骤可包含在判断为传感器信号无效的情况下忽略传感器信号。在这种情况 下，风力涡轮机运行仅仅基于由一个传感器装置获得的控制参数值受到控制，如果判断为 由另一传感器装置产生的传感器信号例如由于发生了该传感器装置的运行故障条件而无 效的话。该方法还可包含在判断为第一传感器信号和第二传感器信号无效的情况下产生 改变控制策略信号的步骤，由此，导致风力涡轮机运行控制策略的改变。在存在第一传感器 装置以及第二传感器装置处于运行故障状态的至少一个条件的情况下，不可能在此条件发 生时获得控制参数的可靠值。因此，有必要在这种情况下改变控制策略，也就是说，风力涡 轮机的运行必须基于一个或多于一个的其它控制参数。因此，当判断为这样的情况发生时， 产生改变控制策略信号，以便发起控制策略的适当的改变。该方法还可包含，响应于所产生的改变控制策略信号，根据依赖于负荷的控制策 略来控制风力涡轮机的步骤。在本发明的背景下，术语“依赖于负荷的控制策略”应当解释 为意味着一种控制策略，其中，风力涡轮机的运行基于这样的控制参数受到控制其表征风 力涡轮机的发电机和齿轮上的负荷，由此，表征风力涡轮机的能量产生。风力涡轮机应当优 选为以这样的方式受到控制在不将过多的结构负荷施加到风力涡轮机的机械部件的情况 下，获得最优的能量产生。一种可能的替代性控制策略为所谓的降额定(down-rated)控制策略。在这种情 况下，假设风速高于实际风速，叶片的桨距角根据此受到控制。由此，确保了叶片上的负荷 不过大。控制步骤可包含，根据基于包括风速在内的一个或多于一个的测量控制参数，主 要地控制风力涡轮机运行，控制步骤还可包含，在特定条件满足时，根据基于包括测量得到 的负荷在内的一个或多于一个的控制参数的控制策略，控制风力涡轮机运行。根据此实施 例，风力涡轮机基于测量得到的风速受到控制，每当这一点可行的时候。然而，例如由于如 上面所述不可能获得风速的可靠值而当发生这一点不可行的情况时，控制策略改变为将测 量得到的负荷用作控制参数的一种。例如，测量得到的负荷可以为或包括发电机转矩，来 自发电机的功率输出，主轴上的转矩，转子叶片上的负荷，转子叶片的偏转，等等。
现在将参照附图详细介绍本发明，在附图中图1为根据本发明第一实施例的风力涡轮机的前视图；图2为图1的风力涡轮机的侧视图；以及图3为根据本发明第二实施例的风力涡轮机的前视图。
具体实施例方式图1为根据本发明第一实施例的风力涡轮机1的前视图。风力涡轮机包含塔架构 造2、机舱3和承载三个转子叶片5的转子4。为清楚起见，塔架构造2的部件和叶片5中 的两个已经从图1中省略。在机舱3的顶部，布置有杯形风速计6和超声波风传感器7。杯形风速计6和超 声波风传感器7能够测量风速。风力涡轮机1的运行优选为基于风速受到控制。风速由杯 形风速计6和/或超声波风传感器7进行测量。通常，由超声波风传感器7测量得到的值 比由杯形风速计6获得的测量值更为精确。因此，优选为以最大可能的限度依赖于由超声 波传感器7获得的值。然而，有些时候，不能借助超声波传感器7获得风速的可靠的值。例 如，由于雾或雨引起的高相对湿度的条件下就是如此。然而，在这种情况下，借助杯形风速 计6，仍有可能获得可靠的风速值，且风力涡轮机1的运行因此在由杯形风速计6获得的值 的基础上受到控制，一直到再次可能借助超声波风传感器7获得可靠的值。借助适当的传 感器装置(未示出)测量周围空气的相对湿度，由此第三传感器装置进行的测量用作确定 超声风传感器7或杯形风速计6是否应当 用于测量风速的基础。因此，提供了用于获得采 用风速的形式的控制参数值的冗余系统，且对于风力涡轮机1来说，与仅仅一种类型的传 感器装置用于测量风速的情况下相比，可以在较大部分的运行时间内获得可靠的值。图2示出了图1的风力涡轮机1的侧视图。可看到杯形风速计6和超声风传感器 7的相互位置。图3为根据本发明第二实施例的风力涡轮机1的前视图。风力涡轮机1包含塔架 构造2、机舱3以及承载三个转子叶片5的转子4。在各个转子叶片5中，布置偏转传感器8以测量转子叶片5由于风压的偏转。偏 转依赖于风速，因此，测量得到的偏转可被看作风速的表征。另外，转子叶片5的偏转指示 出了由于风压引起的转子叶片5上的结构负荷。偏转传感器8可以为电气应变计或包含光 纤布拉格光栅的光纤。转子叶片5的桨距可有利地基于测量得到的转子叶片5的偏转值受到控制。在判 断为转子叶片5的偏转大到存在损坏转子叶片5或风力涡轮机1的例如传动系部件等其它 部件的风险的情况下，转子叶片5可以以这样的方式变桨距以较低能量产生为代价，负荷 得以减小。不同类型的偏转传感器8可被布置在不同的转子叶片5上。或者，两种不同类型 的偏转传感器8可被布置在各个转子叶片5上。由此，转子叶片5的偏转可使用两种类型 的偏转传感器8来测量，由此，如上所述地获得转子叶片5的偏转测量中的冗余性。
权利要求
一种用于基于一个或多于一个的控制参数来控制风力涡轮机运行的控制系统，控制系统包含第一传感器装置，其被布置为测量用于控制风力涡轮机运行的控制参数，所述第一传感器装置具有第一组运行故障条件，第二传感器装置，其被布置为测量所述控制参数，所述第二传感器装置具有第二组运行故障条件，第一组运行故障条件包含不构成第二组运行故障条件的一部分的至少一个运行故障条件，以及第三传感器装置，其被布置为检测第一传感器装置和/或第二传感器装置的运行故障条件，其中，控制系统适用于，基于借助第三传感器装置进行的测量，在基于由第一传感器装置测量的控制参数基础上或在由第二传感器装置测量的控制参数的基础上控制风力涡轮机运行之间进行选择。
2.根据权利要求1的控制系统，其中，第二组运行故障行条件包含不构成第一组运行 故障条件的一部分的至少一个运行故障条件。
3.根据权利要求1或2的控制系统，其中，第一传感器装置适用于在第二传感器装置故 障的情况下替代第二传感器装置。
4.根据权利要求1-3中任意一项的控制系统，其中，第二传感器装置适用于在第一传 感器装置故障的情况下替代第一传感器装置。
5.根据权利要求1-4中任意一项的控制系统，其中，第一组运行故障条件和第二组运 行故障条件不重叠。
6.根据权利要求1-5中任意一项的控制系统，其中，控制系统适用于确定第一传感器 信号的有效性和/或第二传感器信号的有效性。
7.根据权利要求6的控制系统，其中，控制系统适用于，在判断为第一传感器信号以及 第二传感器信号无效的情况下，和/或在第一传感器装置以及第二传感器装置的故障条件 被检测到的情况下，产生改变控制策略信号。
8.根据权利要求1-7中任意一项的控制系统，其中，控制参数为风速。
9.根据权利要求8的控制系统，其中，第一传感器装置为杯形风速计，第二传感器装置 为超声波风传感器。
10.根据权利要求1-7中任意一项的控制系统，其中，控制参数为风向。
11.根据权利要求10的控制系统，其中，第一传感器装置为风向标，第二传感器装置为 超声波风传感器。
12.根据权利要求1-7中任意一项的控制系统，其中，控制参数为风力涡轮机的至少一 个转子叶片上的负荷或偏转。
13.根据权利要求12的控制系统，其中，第一传感器装置为布置在一个或多于一个的 转子叶片之上或之中的一个或多于一个的电气应变传感器，第二传感器装置为布置在一个 或多于一个的转子叶片之上或之中的包含光纤布拉格光栅的一个或多于一个的光纤。
14.根据权利要求1-7中任意一项的控制系统，其中，控制参数为风力涡轮机的转子叶 片的桨距角。
15.根据权利要求14的控制系统，其中，第一传感器装置为桨距传感器，第二传感器装置为布置在转子叶片之上或之中的全球定位系统(GPS)装置。
16.根据权利要求1-7中任意一项的控制系统，其中，控制参数为风力涡轮机的偏航角。
17.根据权利要求16的控制系统，其中，第一传感器装置为偏航计数器，第二传感器装 置为布置在转子叶片之上或之中的全球定位系统(GPS)装置。
18.根据权利要求1-7中任意一项的控制系统，其中，控制参数为风力涡轮机转子的旋 转速度。
19.根据权利要求18的控制系统，其中，第一传感器装置为旋转速度传感器，第二传感 器装置为布置在转子叶片之上或之中的全球定位系统(GPS)装置。
20.根据权利要求1-19中任意一项的控制系统，其中，第三传感器装置为分立的传感ο
21.根据权利要求1-19中任意一项的控制系统，其中，第三传感器装置构成第一传感 器装置或第二传感器装置的一部分。
22.根据权利要求1-21中任意一项的控制系统，其中，第三传感器装置适用于检测周 围空气的相对湿度。
23.一种风力涡轮机，包含塔架构造、至少容纳传动系的机舱、一组转子叶片以及根据 权利要求1-22中任意一项的控制系统。
24.一种控制风力涡轮机运行的方法，该方法包含以下步骤借助第一传感器装置，测量控制参数的第一值；借助第二传感器装置，实质上同时地测量所述控制参数的第二值；借助第三传感器装置，测量指示第一传感器装置和/或第二传感器装置的运行故障条 件的故障条件参数的值，以及基于故障条件参数的所述值，基于所述控制参数的所述第一值以及所述第二值，控制 风力涡轮机的运行。
25.根据权利要求24的方法，其还包含确定第一传感器信号的有效性和/或第二传感 器信号的有效性的步骤，且其中，确定步骤进一步基于确定步骤的结果。
26.根据权利要求25的方法，其中，控制步骤包含，在判断为传感器信号无效的情况 下，忽略传感器信号。
27.根据权利要求25或26的方法，其还包含以下步骤在判断为第一传感器信号和第 二传感器信号无效的情况下，产生改变控制策略信号，由此产生风力涡轮机运行控制策略 的改变。
28.根据权利要求27的方法，其还包含以下步骤响应于所产生的改变控制策略信号， 根据依赖于负荷的控制策略，控制风力涡轮机。
29.根据权利要求27或28的方法，其中，控制步骤包含，根据基于包括风速在内的一个 或多于一个的测量控制参数的控制策略，主要地控制风力涡轮机的运行，控制步骤还包含， 当特定条件满足时，根据基于包括测量得到的负荷在内的一个或多于一个的控制参数的控 制策略，控制风力涡轮机运行。
30.根据权利要求24-29中任意一项的方法，其中，测量故障条件参数的值的步骤包 含测量周围空气的相对湿度。
全文摘要
公开了一种控制风力涡轮机运行的控制系统、具有这种控制系统的风力涡轮机以及控制风力涡轮机的方法。控制系统包含第一传感器装置和第二传感器装置，其各自被布置为测量用于控制风力涡轮机运行的同一控制参数。第一传感器装置具有第一组运行故障条件，第二传感器装置具有第二组运行故障条件。第一组运行故障条件包含不构成第二组运行故障条件的一部分的至少一个运行故障条件。系统还包含第三传感器装置，用于检测第一传感器装置和/或第二传感器装置的运行故障条件。控制系统适用于，基于借助第三传感器装置进行的测量，在基于由第一传感器装置测量的控制参数或是基于由第二传感器装置测量的控制参数控制风力涡轮机运行之间进行选择。由此，获得了用于测量控制参数的冗余系统，甚至在第一传感器装置故障的条件下允许控制参数的可靠测量。
文档编号F03D7/04GK101971109SQ200980108106
公开日2011年2月9日 申请日期2009年3月6日 优先权日2008年3月7日
发明者F·奥梅尔, K·汉宁森 申请人:维斯塔斯风力系统有限公司