本发明涉及一种风力涡轮机系统，更具体地涉及具有多个风力涡轮机模块的风力涡轮机系统，其中，所述多个风力涡轮机模块可以在不同的时间点相对于彼此改变操作状态，以及相应的方法、计算机程序产品和控制系统。
背景技术：
具有安装到支撑结构的多个风力涡轮机模块的风力涡轮机系统可以经受由风力涡轮机模块施加的显着的结构性负荷，特别是在系统操作状态之间的转换期间，所述显着的结构性负荷可能减少风力涡轮机系统的寿命。
因此，改进的风力涡轮机系统将是有利的，并且特别是能够减小由风力涡轮机模块施加的结构性负荷和/或能够增加风力涡轮机系统寿命的风力涡轮机系统。
gb2443886公开了一种多转子型的风力涡轮机系统。
技术实现要素：
可以将本发明的目的看作是提供一种风力涡轮机系统，所述风力涡轮机系统解决由风力涡轮机模块施加的结构性负荷和风力涡轮机系统的使用寿命减少的上述问题。
上述目的旨在通过提供一种风力涡轮机系统在本发明的第一方面中获得，其中，风力涡轮机系统包括：
-支撑结构，
-安装到所述支撑结构的多个风力涡轮机模块，其中，所述多个风力涡轮机模块中的每一个包括转子，
-控制系统，
其中，所述控制系统布置为执行从所述风力涡轮机系统的第一系统操作状态到所述风力涡轮机系统的第二系统操作状态的风力涡轮机系统转换，并且其中，通过执行从风力涡轮机模块的第一模块操作状态到所述风力涡轮机模块的第二模块操作状态的多个风力涡轮机模块转换而实行所述风力涡轮机系统转换，其中，所述多个风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布。
本发明特别但非唯一地有利于获得风力涡轮机系统，所述风力涡轮机系统能够减小结构性负荷，诸如由风力涡轮机模块在在系统操作状态之间的转换期间施加的最大结构性负荷(其可以被称为峰值结构性负荷)和/或可以增加风力涡轮机系统的寿命。
由风力涡轮机模块在系统操作状态之间的转换期间施加的峰值结构性负荷需要对支撑结构的苛刻要求并且减少风力涡轮机系统的寿命。本发明的实施方式的一个优点是，通过布置风力涡轮机模块转换使得多个风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布，可以减小所述峰值结构性负荷。通过使风力涡轮机模块转换使得多个风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布，避免了它们全部在时间上重合并且相反它们在时间上分布，这又需要与多个风力涡轮机模块转换相关联的结构性负荷变得在时间上分布。换句话说，在多个风力涡轮机模块转换内的风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布，使得最大风力涡轮机系统转换生成的在支撑结构上的结构性负荷相对于具有多个风力涡轮机模块转换同时进行的风力涡轮机系统转换而言减小。
“多个风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布”可以被理解为：在多个风力涡轮机模块转换内的两个或多个或全部风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布，诸如在时间上不重合。
在某些情况下，单独风力涡轮机模块转换可能会持续有限的时间段。风力涡轮机模块转换期间的时间点(其中，由风力涡轮机模块施加在支撑结构上的结构性负荷最大)限定了所述风力涡轮机模块转换的时间点，即使所述风力涡轮机模块转换持续有限的时间段。应注意的是，对于不同模块持续有限时间段的风力涡轮机模块转换可以部分或完全重叠并且仍然被认为是在时间上分布的，只要在由相应风力涡轮机模块施加在所述支撑结构上的结构性负荷最大处的各时间点之间不相同。
“结构性负荷”一般可以理解为可能导致磨损和/或失效的结构部件上的任何影响，诸如力。
在第二方面，本发明涉及一种用于执行从风力涡轮机系统的第一系统操作状态到风力涡轮机系统的第二系统操作状态的风力涡轮机系统转换的方法，其中，风力涡轮机系统包括安装到支撑结构的多个风力涡轮机模块，
所述方法包括通过执行从风力涡轮机模块的第一操作模块状态到风力
涡轮机模块的第二操作模块状态的多个风力涡轮机模块转换来实行所
述风力涡轮机系统转换，
其中，所述多个风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布。
在第三方面，本发明涉及一种具有指令的计算机程序产品，当所述指令被执行时导致计算装置或计算系统，诸如控制系统，执行根据第二方面的方法。
在第四方面，本发明涉及用于控制风力涡轮机系统的控制系统，所述控制系统布置为根据第二方面的方法来控制所述风力涡轮机系统。
参考以下结合附图考虑的详细描述，将更容易理解许多伴随的特征，因为相同的特征将变得更好理解。正如对技术人员显而易见的那样，优选的特征可以适当地组合，并且可以与本发明的任何方面组合。
附图说明
图1描绘了风力涡轮机系统，
图2示出了风力涡轮机系统的一部分，
图3示出了用于执行风力涡轮机系统转换的方法，
图4是具有不同叶片变桨率的效果的图示，
图5示出了具有多个风力涡轮机模块转换同时进行的风力涡轮机系统转换，
图6是具有不同启动时间点的效果的图示。
具体实施方式
现在将更详细地解释本发明。虽然本发明容许各种修改和替代形式，但是已经通过示例公开了具体实施方式。然而，应该理解的是，本发明并非意在限于所公开的特定形式。相反，本发明将覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的全部修改、等同和替代。
图1描绘了风力涡轮机系统1，其中，所述风力涡轮机系统包括：
-支撑结构3，其包括塔架4和在接合点6处安装到塔架4的臂5，
-安装到支撑结构3的多个风力涡轮机模块2，其中，多个风力涡轮机模块中的每一个包括具有叶片9的转子7。
风力涡轮机系统还包括如图2所示的控制系统20。控制系统20布置为执行从风力涡轮机系统1的第一系统操作状态到风力涡轮机系统1的第二系统操作状态的风力涡轮机系统转换，并且其中，通过执行从风力涡轮机模块2的第一模块操作状态到风力涡轮机模块2的第二模块操作状态的多个风力涡轮机模块转换来实行风力涡轮机系统转换，其中，多个风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布。
在本实施方式中，支撑结构包括从塔架4向外延伸的臂5，多个风力涡轮机中的每一个安装在相应臂的端部上。此外，图1描绘了用于每个风力涡轮机模块的机舱8。
图1示出了具有两个臂的支撑结构，每个臂具有两个风力涡轮机模块，但是也可以设想其它实施方式，例如，四个臂，每个臂具有四个风力涡轮机模块或者三个臂，其具有下、中和上臂，具有六个、四个和两个风力涡轮机模块。
图2示出了风力涡轮机系统的一部分，其中，控制系统20布置为在多个风力涡轮机模块转换期间用于变桨在转子7上的叶片9(其中，每个转子7包括叶片9附接到其上的毂11)，
其中，对应于所述多个转子中的至少两个转子(诸如所描绘的特定风力涡轮机模块2')的叶片变桨率相对于彼此不同，
并且其中，叶片变桨率的不同使得所述多个风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布。
“叶片变桨率”一般理解为风力涡轮机模块的全部叶片的变桨率。这也被称为“集体叶片变桨率”。
在各实施方式中，集体叶片变桨率(每个对应于对于特定风力涡轮机模块的叶片变桨率，其中，叶片变桨率适用于特定风力涡轮机模块的全部叶片)可以相对于彼此不同，即，对于单独风力涡轮机模块的集体变桨率彼此不同(即，在各风力涡轮机模块之间不同)。
对于特定风力涡轮机模块2'的叶片变桨率可由控制系统20基于一个或多个另外的输入参数来确定，诸如来自第一传感器装置26a的风速s1，所述第一传感器装置是与特定风力涡轮机模块2'相关联的风速计，其被布置用于测量风速s1，以及来自第二传感器装置26b的推力s2，所述第二传感器装置是用于测量特定风力涡轮机模块2'的转子速度的传感器装置。然后叶片变桨率可以经由向桨距控制器25的第一桨距控制信号21而被控制，所述桨距控制器转而向转子7发送第二桨距控制信号21'。控制系统20还可以考虑关于转子7的信息，例如，转子速度s3。
图4是在从风力涡轮机系统的第一系统操作状态到第二系统操作状态风力涡轮机系统转换期间对于四个不同的风力涡轮机模块(这里表示为m1-m4)具有不同叶片变桨率的效果的图示。该图示出了在纵轴上为由风力涡轮机模块m1-m4施加在支撑结构3上的结构性负荷和在横轴上为时间的图表。在该示例中，全部风力涡轮机模块转换都在t＝0秒的同时启动。然而，由于叶片变桨率的不同，风力涡轮机模块转换并非同等快速，并且在对应于风力涡轮机模块转换的有限时间段期间内的时间点(其中，由风力涡轮机模块施加在支撑结构的结构性负荷最大)变得在时间上相对于彼此分布。因此，由各单独风力涡轮机模块施加的结构性负荷的总和的最大结构性负荷相对低(与多个风力涡轮机模块转换同时的情况相比)。
图5示出了用于比较的示例，其具有多个风力涡轮机模块转换是同时的风力涡轮机系统转换，在这种情况下，最大总和结构性负荷变得相对高(与多个风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布的情况相比)。
在一个实施方式中，控制系统20被布置用于在各启动时间点启动对应于多个风力涡轮机模块内的至少两个风力涡轮机模块的风力涡轮机模块转换，
其中，对应于所述至少两个风力涡轮机模块的各启动时间点相对于彼此不同，
并且其中，各启动时间点的不同使得所述多个风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布。
图6是具有对应于四个不同风力涡轮机模块(这里表示为m1-m4)彼此不同的各启动时间点的效果的图示。该图示出了在纵轴上为由风力涡轮机模块m1-m4施加在支撑结构3上的结构性负荷和在横轴上为时间的图表。在该示例中，全部风力涡轮机模块转换在不同的启动时间点启动，每个与前面和/或随后的启动时间点分开大约11/2分钟。但是，全部叶片变桨率都是相同的。由于启动时间点的不同，在对应于风力涡轮机模块转换的有限时间段期间内的时间点(其中，由风力涡轮机模块施加在支撑结构的结构性负荷最大)变得在时间上相对于彼此分布。因此，由单独风力涡轮机模块施加的结构性负荷的总和的最大结构性负荷相对低(与多个风力涡轮机模块转换同时的情况相比)。
在一个实施方式中，对应于包括两个或多个转子的第一组转子的第一叶片变桨率相对于对应于包括两个或多个转子的第二组转子的第二叶片变桨率不同。
在一个实施方式中，对应于包括两个或多个风力涡轮机模块的第一组风力涡轮机模块的第一启动时间点相对于对应于包括两个或多个风力涡轮机模块的第二组风力涡轮机模块的第二启动时间点不同。
在各对或各组转子或风力涡轮机模块内具有相似的叶片变桨率或相似的启动点的优点可以是其能够以简单有效的方式平衡塔架4两侧上的结构性负荷。
在各实施方式中，全部启动时间点(各自对应于对于风力涡轮机模块的启动点)可以相对于彼此不同。
在一个实施方式中，控制系统20布置为控制多个风力涡轮机模块内的一个或多个风力涡轮机模块的电连接以在风力涡轮机系统转换期间甩(dump)负荷电阻器。这的优点可能是甩负荷电阻器可以确保在例如网络故障期间在特定风力涡轮机模块的转子上的扭矩，所述扭矩可以使得：其他风力涡轮机模块能够立即停机(shutdown)，而特定风力涡轮机模块可以通过经由甩负荷电阻器施加的扭矩(其确保转子不会获得不希望的高转子速度)而持续运行一段时间。
在一个实施方式中，采用可用于风力涡轮机中的常规负荷甩装置(例如专利申请wo2012/000508的图2中和段落51-52所述，其图和段落通过引用并入本文)。所述风力涡轮机包括发电机、ac(交流)至dc(直流)功率转换器(发电机侧转换器)、dc至ac功率转换器(线侧转换器)，以及dc链路，所述dc链路包括连接在ac至dc功率转换器和dc至ac功率转换器之间的dc电容器。风力涡轮机的发电机连接到ac至dc功率转换器。dc至ac功率转换器经由变压器连接到电网。负荷甩装置的第一甩连接到发电机的输出端子，对应于发电机的三相ac输出。第一负荷甩可以称为ac负荷甩。所述第一负荷甩可以是三相负荷甩，其基本上是三相电阻箱。负荷甩装置的第二负荷甩通过dc链路连接。第二负荷甩可以称为dc负荷甩。
在一个实施方式中，多个风力涡轮机模块内的一个或多个风力涡轮机模块各自包括机械转子制动件，并且其中，控制系统20布置为在风力涡轮机系统转换期间经由所述一个或多个风力涡轮机模块制动件制动所述一个或多个风力涡轮机模块中的一个或多个或全部。其优点可以是：机械转子制动件，特别是对于相对小的风力涡轮机模块，可以在例如网络故障期间确保特定风力涡轮机模块的转子上的扭矩，所述扭矩可以使得多个风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布，即使相应的转换(例如，其中，所述转换为停机程序)在相同的启动时间点启动。
具有一个或多个机械转子制动件和/或不同叶片变桨率在以下情况下特别有用：网络损失、故障停止或安全停止，其中，必须在短时间段内(诸如在1秒或更短)对全部风力涡轮机模块启动停机，因为机械制动件和/或叶片变桨率中的不同使得所述多个风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布。
在一个实施方式中，控制系统20被布置用于在启动时间点启动对应于多个风力涡轮机模块内的至少两个风力涡轮机模块的风力涡轮机模块转换，
其中，对应于所述至少两个(诸如多于两个，诸如全部)风力涡轮机模块的启动时间点是相同的，
并且其中，在各单独风力涡轮机模块之间的从启动时间点到转换时间点的时间段中的不同使得所述多个风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布。
控制系统20可以布置为根据一个或多个另外的输入参数来确定风力涡轮机模块转换的顺序，诸如每个风力涡轮机模块转换的时间位置相对于其他风力涡轮机模块转换的时间位置。这可能的优点可以是提供改进的顺序。
所述一个或多个另外的输入参数可以包括或对应于以下中的一个或多个或全部：
-各风力涡轮机模块的操作点，
-各风力涡轮机模块的物理位置，
-各风力涡轮机模块处的风速，
-各风力涡轮机模块处的转子速度，
-各风力涡轮机模块的叶片桨距值，
-由各风力涡轮机模块产生的功率，
-各风力涡轮机模块的推力，
-各风力涡轮机模块的转子扭矩。
例如，控制系统20可以被操作以基于风力涡轮机模块的物理位置相对于其他风力涡轮机模块的物理位置来布置风力涡轮机模块转换的时间位置相对于其他风力涡轮机模块转换的时间位置。
一般地，可以以最小化支撑结构上的结构性负荷的视角来确定顺序。例如，在对应于停机的系统转换期间，所述顺序可以由单独风力涡轮机模块施加在支撑结构上的结构性负荷来确定(例如，风力涡轮机模块在地面以上的高位置并且具有大推力可在支撑结构的塔架上施加比接近地面的位置处具有小推力的风力涡轮机模块更大的扭矩)，其中，更高的结构性负荷意味着更早停机。然而，可以考虑某些边界条件，例如，风力涡轮机模块上的结构性负荷。例如，即使风力涡轮机模块仅在支撑结构上施加小的结构性负荷，如果例如其转子速度如此之快以至于显着地增加了超速的可能性，它也可以在停机顺序中向前移动。
从风力涡轮机系统的第一系统操作状态到风力涡轮机系统的第二系统操作状态的风力涡轮机系统转换可以对应于风力涡轮机系统的开机(start-up)程序或风力涡轮机系统的停机程序中的任何一个。
在一个实施方式中，在多个风力涡轮机模块转换内的至少两个(诸如多个或全部)风力涡轮机模块转换之间的时间段为1秒或更长，诸如2秒或更长，诸如5秒或更长，诸如10秒或更长，诸如15秒或更长，诸如30秒或更长，诸如1分钟或更长，诸如2分钟或更长，诸如5分钟或更长，诸如10分钟或更长，诸如为15分钟或更长，诸如30分钟或更长，诸如1小时或更长。
在一个实施方式中，在多个风力涡轮机模块转换内的至少两个(诸如多个或全部)风力涡轮机模块转换之间的时间段是30秒或更短，诸如20秒或更短，诸如10秒或更短，诸如5秒或更短，诸如3秒或更短，诸如2秒或更短，诸如1秒或更短，诸如0.1-1秒内。
在一个实施方式中，在多个风力涡轮机模块转换内的至少两个(诸如多个或全部)风力涡轮机模块转换之间的时间段在0.1-30秒内，诸如在1-30秒内，诸如在2-20秒，诸如5-15秒内。这种间隔在网络损失、故障期间和/或之后的停止或安全停止的情况下可能是有利的。
在一个实施方式中，在多个风力涡轮机模块转换内的至少两个(诸如多个或全部)风力涡轮机模块转换之间的时间段在30秒到30分钟内，诸如在1-20分钟或10-20分钟或15-20分钟内，诸如2-10分钟内，诸如2-5分钟内。这种间隔在正常开机或停机程序的情况下可能是有利的。
图3示出了用于执行从风力涡轮机系统1的第一系统操作状态330到所述风力涡轮机系统的第二系统操作状态334的风力涡轮机系统转换的方法，其中，所述风力涡轮机系统包括安装到支撑结构3的多个风力涡轮机模块m1、m2、m3、m4，
所述方法包括通过执行从风力涡轮机模块2的第一操作模块状态(开)到所述风力涡轮机模块2的第二操作模块状态(关)的多个风力涡轮机模块转换来实行所述风力涡轮机系统转换，
其中，所述多个风力涡轮机模块转换在时间上相对于彼此分布。该图示出了停机程序，其中，在风力涡轮机系统的第一系统操作状态330中，全部风力涡轮机模块m1、m2、m3、m4都开(on)。然后，在所述风力涡轮机系统的中间系统操作状态332中，从风力涡轮机模块m3和m4的第一操作模块状态(开)到所述风力涡轮机模块的第二操作模块状态(关)的两个风力涡轮机模块转换已经被执行。然后，紧接着，所述风力涡轮机系统被示出在所述风力涡轮机系统的第二系统操作状态334，其中，从风力涡轮机模块m1和m2的第一操作模块状态(开)到所述风力涡轮机模块的第二操作模块状态(关)的另外两个风力涡轮机模块转换已经被执行。
尽管已经结合具体实施方式描述了本发明，但不应将其解释为以任何方式限于所给出的示例。本发明的范围由所附的权利要求书阐述。在权利要求的上下文中，术语“包括”或“包含”不排除其他可能的元件或步骤。此外，提及诸如“一”或“一个”等的参考不应被解释为排除多个。权利要求中关于附图中所示元件的附图标记的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，不同权利要求中提及的单独特征可以有利地组合，并且在不同权利要求中提及这些特征并不排除各特征的组合是不可能的和有利的。