使用信号控制器的风力涡轮机控制的制作方法
【专利摘要】提供了基于传感器读数控制风力涡轮机的系统和方法。传感器和涡轮控制器之间的信号路径可被修改，且次级控制器可被插入在涡轮控制器和传感器之间。次级控制器能接收来自传感器的信号，并将信号调整为调整后的信号。调整后的信号可被通信给涡轮控制器，其可至少部分地基于调整后的信号来控制风力涡轮机的操作。通过这种方式，基于各种传感器读数的风力涡轮机的操作可被调整，以提供增加的能量产出而不需要访问由风力涡轮机控制器实施的诸如源代码的计算机可读指令。
【专利说明】
使用信号控制器的风力涡轮机控制
技术领域
[0001]本发明大体上涉及风力涡轮机，且更具体地涉及为了能量产出改进而调整用于风力涡轮机控制器的信号读数的系统和方法。
【背景技术】
[0002]风力认作是目前可用的一种最清洁的最环境友好的能源，且风力涡轮机在此方面得到增大的关注。现代风力涡轮机通常包括塔架、发电机、变速箱、机舱和一个或更多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理获得风的动能，且通过旋转能传送动能，以转动将转子叶片联接到变速箱上(或如果未使用变速箱，则直接地联接到发电机上)的轴。发电机然后将机械能转化成电能，电能可配置至公用电网。
[0003]在风力涡轮机的运行期间，风力涡轮机的各种构件由于作用在叶片上的空气动力风载而承受各种载荷。叶片载荷取决于风速、叶片的叶尖速比和/或桨距设定值。叶尖速比是叶片叶尖的转速与风速的比值。基于叶尖速比的信号指示(例如，各种速度读数)调节风力涡轮机的运行，来调节风力涡轮机的转子叶片的载荷和/或增加风力涡轮机的能量产出是理想的。
[0004]为了降低转子叶片载荷，已经提出了多种方法和设备来允许转子叶片减少所经受的载荷的一部分。这样的方法和设备包括，例如，在运行期间改变转子叶片的桨距和/或减少发电机转矩。因此，很多风力涡轮机包括能基于叶尖速比风力涡轮机载荷以多种方式操作风力涡轮机的风力涡轮机控制器。例如，在多种运行条件下，风力涡轮机能调整发电机的转矩和/或转子叶片的桨距角，从而调整叶尖速比以满足理想叶尖速比设定值，来增加风力涡轮机捕获的能量。
[0005]在某些情况下，调整风力涡轮机控制器的性能(例如，叶尖速比设定值)以提高或增加能量产出是理想的。但是，在一些情况下，可能难以调整涡轮控制器自身的运行。例如，在执行各种控制程序的过程中由涡轮机控制器实施的计算机可读指令(例如，源代码)可能不能被访问或不能被修改。
[0006]因此，基于叶尖速比调整涡轮机控制系统的运行的系统和方法在本领域中将受到欢迎。例如，允许在不要求访问或修改由涡轮控制器实施的计算机可读指令的前提下基于叶尖速比调整涡轮控制器的运行的系统和方法将是尤其理想的。
【发明内容】
[0007]本公开的各方面和优点将在以下描述中部分地提出，或可从描述中清楚，或可通过本发明的实践学习到。
[0008]本公开的一个示例方面针对一种用于控制风力涡轮机的系统。该系统包括配置成提供表现出风力涡轮机的一个或更多个参数的信号的传感器和配置成控制风力涡轮机的运行的涡轮控制器。系统还包括插入在传感器和涡轮控制器之间的次级控制器。次级控制器与涡轮控制器隔开一个距离。次级控制器配置成经通信接口接收来自传感器的信号。次级控制器配置成至少部分地基于信号偏差将信号调整为调整后的信号，且将调整后的信号提供至涡轮控制器。
[0009]本公开的另一个示例方面针对一种用于控制风力涡轮机的方法。该方法包括修改传感器和风力涡轮机控制器之间的信号路径并在传感器和风力涡轮机控制器之间插入次级控制器。该方法还包括使用传感器产生表现出风力涡轮机的参数的信号;在次级控制器处接收信号;在次级控制器处至少部分地基于信号偏差确定与信号不同的调整后的信号调整;且将调整后的信号提供至风力涡轮机控制器。
[0010]本公开的又一个示例实施例针对一种用于调整由速度传感器提供的速度信号以用于通信至风力涡轮机控制器的次级控制器。次级控制器包括配置成接收表现出风力涡轮机的一个或更多个构件的速度的速度信号的第一接口和配置成接收与输入条件相关联的一个或更多个信号的第二接口。该方法还包括一个或更多个处理器和一个或更多个存储器装置。一个或更多个存储器装置存储当由一个或更多个处理器执行时促使一个或更多个处理器执行操作的计算机可读指令。操作包括经由第一接口接收速度信号和经由第二接口接收与输入条件相关联的一个或更多个信号。操作还包括至少部分地基于输入条件来确定不同于速度信号的调整后的速度信号。
[0011]本发明的第一技术方案提供了一种用于控制风力涡轮机的系统，包括:传感器，其配置成提供表现出所述风力涡轮机的一个或更多个参数的信号；涡轮控制器，其配置成控制所述风力涡轮机的操作;次级控制器，其插入在所述传感器和所述涡轮控制器之间，所述次级控制器与所述涡轮控制器隔开一个距离，所述次级控制器配置成经通信接口接收来自所述传感器的所述信号;其中所述次级控制器配置成至少部分地基于信号偏差将所述信号调整为调整后的信号，且将所述调整后的信号提供至所述涡轮控制器。
[0012]本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述次级控制器配置成调整所述信号而不访问由所述涡轮控制器实施的计算机可读指令。
[0013]本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，所述次级控制器位于在所述涡轮控制器外部的壳体内。
[0014]本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，所述信号是从速度传感器接收到的速度信号。
[0015]本发明的第五技术方案是在第四技术方案中，所述涡轮控制器配置成至少部分地基于所述调整后的信号调整一个或更多个转子叶片的桨距角或调整发电机转矩。
[0016]本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，所述次级控制器包括配置成接收一个或更多个输入信号的接口，所述次级控制器配置成至少部分地基于所述一个或更多个输入信号来确定所述信号偏差。
[0017]本发明的第七技术方案是在第六技术方案中，所述一个或更多个输入信号包括表现出功率或风速的信号。
[0018]本发明的第八技术方案是在第六技术方案中，所述信号偏差由将信号偏差值与多个输入条件中的每一个关联起来的查询表来确定。
[0019]本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，所述信号偏差使用自动调谐过程编入所述次级控制器内，所述自动调谐过程包括:针对多个输入条件中的每一个，在多个递增的信号偏差值之间递增地调整所述信号偏差;监视在所述多个递增的信号偏差值的每一个下的所述风力涡轮机的功率产出；以及至少部分地基于与所述多个递增的信号偏差值的每一个相关联的所述功率产出来从所述多个递增的信号偏差值中选出针对所述输入条件的所述信号偏差。
[0020]本发明的第十技术方案是在第九技术方案中，所述自动调谐过程还包括至少部分地基于所述风力涡轮机的一个或更多个操作限制来限制所述信号偏差。
[0021]本发明的第十一技术方案提供了一种用于控制风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括经信号路径与风力涡轮机控制器通信的传感器，所述方法包括:修改所述传感器与所述风力涡轮机控制器之间的所述信号路径;在所述传感器与所述风力涡轮机控制器之间插入次级控制器;使用所述传感器产生表现出所述风力涡轮机的参数的信号;在所述次级控制器处接收所述信号;在所述次级控制器处至少部分地基于信号偏差来确定不同于所述信号的调整后的信号；以及将所述调整后的信号提供至所述风力涡轮机控制器。
[0022]本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，所述方法包括通过所述风力涡轮机控制器至少部分地基于所述调整后的信号来确定叶尖速比或转速。
[0023]本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，所述方法包括调整与一个或更多个转子叶片关联的桨距角。
[0024]本发明的第十四技术方案是在第十二技术方案中，调整与所述风力涡轮机关联的发电机转矩。
[0025]本发明的第十五技术方案是在第十二技术方案中，所述方法还包括在所述次级控制器处接收与输入条件关联的一个或更多个信号；以及通过所述次级控制器至少部分地基于所述输入条件确定所述信号偏差。
[0026]本发明的第十六技术方案是在第十一技术方案中，所述信号偏差使用自动调谐过程编入所述次级控制器内，所述自动调谐过程包括:针对多个输入条件中的每一个，在多个递增的速度信号偏差值之间递增地调整所述信号偏差;监视在多个递增的信号偏差值的每一个下的所述风力涡轮机的功率产出；以及至少部分地基于与所述多个递增的信号偏差值的每一个相关联的所述功率产出来从所述多个递增的信号偏差值中选出针对所述输入条件的所述信号偏差。
[0027]本发明的第十七技术方案是在第十六技术方案中，所述自动调谐过程还包括至少部分地基于与所述风力涡轮机关联的一个或更多个操作约束来限制所述信号偏差。
[0028]本发明的第十八技术方案提供了一种用于调整由速度传感器提供的速度信号以用于通信至风力涡轮机控制器的次级控制器，所述次级控制器包括:第一接口，其配置成接收表现出风力涡轮机的一个或更多个构件的速度的速度信号；第二接口，其配置成接收与输入条件相关联的一个或更多个信号；一个或更多个处理器；以及一个或更多个存储器装置，所述一个或更多个存储器装置存储当由所述一个或更多个处理器执行时促使所述一个或更多个处理器执行操作的计算机可读指令，所述操作包括:经由所述第一接口接收所述速度信号;经由所述第二接口接收与所述输入条件相关联的一个或更多个信号；至少部分地基于所述输入条件来确定不同于所述速度信号的调整后的速度信号。
[0029]本发明的第十九技术方案是在第十八技术方案中，所述次级控制器还包括与涡轮控制器通信的第三接口，所述操作还包括将所述调整后的速度信号提供至所述涡轮控制器。
[0030]本发明的第二十技术方案是在第十八技术方案中，所述调整后的速度信号至少部分地基于速度信号偏差来确定，所述速度信号偏差使用自动调谐过程编入所述次级控制器内，所述自动调谐过程包括:针对多个输入条件中的每一个，在多个递增的速度信号偏差值之间递增地调整所述速度信号偏差;监视在所述多个递增的速度信号偏差值的每一个下的所述风力涡轮机的功率产出；以及至少部分地基于与所述多个递增的速度信号偏差值的每一个相关联的所述功率产出来从多个递增的设置点中选出针对所述输入条件的所述速度?目号偏差。
[0031 ]能对本公开的这些示范实施例做出多种变化和修改。
[0032]本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。
【附图说明】
[0033]面向本领域技术人员的实施例的详细描述在说明书中给出，说明书参考附图，在附图中:
[0034]图1描绘了风力涡轮机的一个实施例的透视图；
[0035]图2描绘了风力涡轮机的机舱的一个实施例的内部透视图；
[0036]图3描绘了根据本公开的示范实施例的示范控制系统；
[0037]图4示出了根据本公开的示范实施例的用于风力涡轮机的次级控制器的一个实施例的不意图；
[0038]图5描绘了根据本公开的示范实施例用于控制风力涡轮机的示范方法流程图；以及
[0039]图6描绘了根据本公开的示范实施例用于确定次级控制器的信号偏差的示范自动调谐过程的流程图。
[0040]零件列表[0041 ]10风力涡轮机
[0042]12 塔架
[0043]14支撑表面
[0044]16 机舱
[0045]18 转子
[0046]20 [可旋转的]轮毂
[0047]22转子叶片
[0048]24发电机
[0049]26涡轮控制器
[0050]28 [风]方向[0051 ]30偏航轴线
[0052]32桨距调节机构
[0053]34桨距轴线(轴线？)
[0054]36偏航轴线
[0055]38偏航驱动机构
[0056]40转子轴
[0057]42发电机轴
[0058]44变速箱
[0059]46 底座
[0060]52控制柜[0061 ] 80传感器
[0062]100次级控制器
[0063]102传感器
[0064]HO速度传感器
[0065]112 (多个)处理器
[0066]114 (多个)存储器装置
[0067]116速度信号偏差
[0068]120速度传感器
[0069]124信号路径
[0070]126信号路径
[0071]128信号路径
[0072]130信号路径
[0073]132信号路径
[0074]134信号路径
[0075]142 通信接口
[0076]144传感器接口
[0077]200方法步骤
[0078]202方法步骤
[0079]204方法步骤
[0080]206方法步骤[0081 ] 208方法步骤
[0082]210方法步骤
[0083]212方法步骤
[0084]300方法步骤
[0085]302方法步骤
[0086]304方法步骤
[0087]306方法步骤
[0088]308方法步骤
[0089]310方法步骤
[0090]312方法步骤
[0091]314方法步骤
[0092]316方法步骤。
【具体实施方式】
[0093]现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。各个实例通过阐释本发明的方式提供，而不限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可在本发明中制作出各种改型和变型，而不会脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例使用以产生又一个实施例。因此，期望本发明覆盖归入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。
[0094]本公开的示范方面针对基于从配置成监视各种参数的传感器(例如，速度传感器)接收到的各种信号调整风力涡轮机控制系统的运行的系统和方法。风力涡轮机控制系统可包括配置成接收表现出运行参数的各种信号(例如，速度信号)的涡轮机控制器。这些信号可被风力涡轮机控制器用来控制风力涡轮机的各种操作。例如，速度信号可被用于确定风力涡轮机的叶尖速比以及用于调整风力涡轮机的操作条件，例如，通过调整一个或更多个转子叶片的桨距角和/或调整发电机转矩。
[0095]在一些情况下，响应于这些速度信号修改涡轮控制器的操作以进一步提高或增强风力涡轮机的能量产出是理想的。但是，在一些情况下很难访问与涡轮控制器关联的编码(例如，诸如源代码和源参数的计算机可读指令)以完成调整。
[0096]根据本公开的示范方面，次级控制器可设在风力涡轮机处。次级控制器可以位于风力涡轮机控制器的外部和/或可与涡轮控制器分离开一段距离。在示范实施例中，次级控制器可插入在一个或更多个配置成产生信号的传感器和涡轮控制器之间。次级控制器还可从风力涡轮机控制系统接收诸如表现出风速和/或功率(例如，千瓦)的信号的输入，并至少部分地基于各种输入确定对(多个)信号的调整。调整后的(多个)速度信号可提供给涡轮控制器，然后其被用于控制风力涡轮机的操作。
[0097]在示范实施例中，传感器可以是次级控制器，其配置成调节从各种速度传感器接收到的速度信号。次级控制器能至少部分地基于速度信号偏差将速度信号调整为调整后的速度信号，然后给风力涡轮机控制器提供调整后的速度信号。
[0098]风力涡轮机控制器可使用调整后的速度信号来控制风力涡轮机的运行。例如，调整后的速度信号可被风力涡轮机控制器使用，以确定风力涡轮机的叶尖速比。风力涡轮机控制器然后能至少部分地基于叶尖速比调整一个或更多个转子叶片的载荷，以获得增加能量产出的理想的叶尖速比。例如，风力涡轮机控制器能至少部分地基于叶尖速比调整一个或更多个转子叶片的桨距角和/或调整发电机转矩。通过这种方式，由控制器所实施的叶尖速比设定值能在不要求访问或修改与涡轮控制器相关的计算机可读指令的前提下被次级控制器有效地调整，访问或修改计算机可读指令是由于触发了风力涡轮机的不同运行条件的不同速度读数(例如，调整后的速度信号)所导致的。
[0099]在示范实施方式中，调整后的信号可使用信号偏差来确定以获得能量产出改进。各个输入条件的信号偏差可以是不相同的。例如，输入条件可以基于各种风速和/或风力涡轮机的功率产出。例如，第一信号偏差可针对低于某个风速阈值的风速来使用。第二信号偏差针对高于某个风速阈值的风速来使用。针对每个输入条件的不同的信号偏差可被存储在查询表、矩阵、或被存储在次级控制器内的存储器中的其他关联体中。
[0100]针对每个输入条件的信号偏差能以多种方式被编入次级控制器中。在示范实施例中，当次级控制器被集成到风力涡轮机控制系统中时，速度信号偏差可使用自动调谐过程来自动地确定。例如，对于多个输入条件的每一个而言，次级控制器能在多个递增值之间递增地调整信号偏差。次级控制器能监视各种输入，以确定针对该特定输入条件哪一个递增信号偏差在能量产出方面提供最大的或足够更大的改进。该递增的信号偏差被选为针对该特定输入条件的信号偏差。
[0101]出于示出和讨论的目的，本公开的示范方面将参考配置成将表现出风力涡轮机的构件的速度的速度信号调整为调整后的速度信号的次级控制器来讨论。本领域技术人员(使用本文中提供的公开内容)将明白在不脱离本公开的范围的前提下，次级控制器能调整其他类型的与从不同类型的传感器接收到的风力涡轮机的操作条件关联的信号。
[0102]参见图1，示出了风力涡轮机10的一个实施例的透视图。如图所示，风力涡轮机10大体上包括从支撑表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16、以及联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转的轮毂20和至少一个联接到轮毂并从轮毂20向外延伸的转子叶片22。例如，在所示实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18可以包括多于或少于三个转子叶片22。每个转子叶片22可以围绕轮毂20间隔开，以有利于转动转子18，来使动能能够从风中转变为有用的机械能，然后变为电能。例如，轮毂20可以可旋转地联接到定位在机舱16内的发电机，从而允许产生电能。
[0103]风力涡轮机10还可包括涡轮控制系统，该系统包括在机舱16内或与风力涡轮机10相关连的其他位置的涡轮控制器26。一般，涡轮控制器26可以包括一个或更多个处理装置。因此，在若干实施例中，涡轮控制器26可以包括当被一个或更多个处理装置执行时使控制器26执行各种不同功能(诸如接收、发送和/或执行风力涡轮机控制信号)的合适的计算机可读指令。因此，涡轮控制器26—般可配置成控制风力涡轮机10的多种操作模式(例如，起动或关停顺序)和/或构件。
[0104]例如，控制器26可配置成控制每个转子叶片22的叶片桨距或桨距角(S卩，确定转子叶片22相对于风的方向28的透视的角度)，以通过调整至少一个转子叶片22相对于风的角位置来控制转子叶片22上的载荷。例如，通过发送合适的控制信号/命令给风力涡轮机10的各种桨距驱动或桨距调节机构32(图2)，涡轮控制器26可以独立地或同时地控制转子叶片22的桨距角。具体地，转子叶片22可以通过一个或更多个桨距轴承(未示出)来可旋转地安装到轮毂20，使得桨距角可以通过利用桨距调节机构32使转子叶片22围绕它们的桨距轴线34旋转来调整。
[0105]另外，当风的方向28改变时，涡轮控制器26可以配置成围绕偏航轴线36控制机舱16的偏航方向，以相对于风的方向28定位转子叶片22，由此控制作用在风力涡轮机10上的载荷。例如，涡轮控制器26可以配置成发送控制信号/命令给风力涡轮机10的偏航驱动机构38 (图2)，使得机舱16可围绕偏航轴线36旋转。
[0106]更进一步，涡轮控制器26可以配置成控制发电机24(图2)的转矩。例如，涡轮控制器26可以配置成发送控制信号/命令给发电机24，以便调节发电机24内所产生的磁通量，因此调整发电机24上的转矩需求。这种发电机24的临时降额可以降低转子叶片22的转速，由此减少作用在叶片22上的空气动力载荷和在各种其他风力涡轮机10构件上的反应载荷。
[0107]现在参见图2，示出了风力涡轮机1的机舱16的一个实施例的简化内部视图。如图所示，发电机24可设置在机舱16内。一般，发电机24可以联接到风力涡轮机10的转子18，以用于通过转子18所产生的旋转能产生电能。例如，转子18可包括联接到轮毂20以用于随轮毂20转动的主转子轴40。发电机24然后可以联接到转子轴40，使得转子轴40的旋转驱动发电机24。例如，在所示实施例中，发电机24包括通过变速箱44可旋转地联接到转子轴40的发电机轴42。然而，在其他实施例中，应认识到的是发电机轴42可以可旋转地直接联接到转子轴40 ο备选地，发电机24可以可旋转地直接联接到转子轴40 (通常被称为“直驱风机”)。
[0108]应当明白转子轴40可以大体上通过定位在塔架12的顶部的支撑框架或基座46支撑在机舱内。例如，转子轴40可以经由安装到基座46的一对轴承座而通过基座46支撑。
[0109]另外，如本文所示，涡轮控制器26还可以被定位在风力涡轮机10的机舱16内。例如，如图示实施例中所示，涡轮控制器26被设置在安装到机舱16的一部分上的控制柜52中。然而，在其他实施例中，涡轮控制器26可以被设置在风力涡轮机10上和/或风力涡轮机内的任何其他合适的位置，或者远离风力涡轮机10的任何合适的位置。此外，如本文所述，涡轮控制器26还可以通信地联接到风力涡轮机10的各种构件，以用于大体上控制风力涡轮机和/或这些构件。例如，涡轮控制器26可以通信地联接到风力涡轮机10的(多个)偏航驱动结构38，以用于控制和/或改变机舱16相对于风向28(图1)的偏航方向。类似地，涡轮控制器26还可以通信地联接到风力涡轮机10的每一个桨距调节机构32(其中之一被示出)，以用于控制和/或改变转子叶片22相对于风向28的桨距角。例如，涡轮控制器26可以被配置发送控制信号/命令给每个桨距调节机构32，使得桨距调节机构32的一个或更多个促动器(未示出)被用于使叶片22相对于轮毂20转动。
[0110]例如，本公开的示范方面还涉及基于速度信号通过确定风力涡轮机10的叶尖速比控制风力涡轮机1的方法。叶尖速比是叶片叶尖的转速对风速的比值。例如，风力涡轮机的叶尖速比可以至少部分地基于由速度传感器提供的表现出风力涡轮机10的各种构件(例如，轴、转子叶片等)的速度以及表现出风速(例如，来自传感器80)的各种速度信号来确定。例如，叶尖速比一般可以通过将由速度传感器所测量的风力涡轮机10的(例如，它的转子18的)当前转速乘以转子18的最大半径，再除以风速被计算得出。具体地，控制器26可以被用于执行这样的方法，且可以基于这样的方法控制发电机24的转矩调整和/或转子叶片22的桨距调整，以便大体上控制转子叶片22和风力涡轮机10上的载荷，以提高能量产出。
[0111]图3描绘了根据本公开的示范实施例的用于风力涡轮机(诸如图1的风力涡轮机10)的控制系统。如所示，控制系统10包括风力涡轮机控制器26。涡轮控制器26可包括当被一个或更多个处理器执行时促使一个或更多个程序实施各种控制代码的计算机可读指令，诸如确定叶尖速比和基于叶尖速比控制风力涡轮机10的载荷。在一些实施例中，与涡轮控制器26关联的计算机可读指令是不可访问的或者不可用的。例如，涡轮控制器26可能已经被安装和/或被不同的服务提供商所配置。
[0112]控制系统还可包括被配置成测量与风力涡轮机的各种构件相关的速度的各种速度传感器110和120。例如，速度传感器110可配置成测量风力涡轮机10的转子轴的转速。速度传感器120可配置成测量风力涡轮机10的发电机轴的转速。速度传感器110和120可包括用于测量速度的任何合适的传感器或构件，诸如一个或更多个编码器、近程传感器、变换器、旋转变压器等等。为了展示和描述，两个速度传感器110和120在图3中被示出。使用本文中提供的本公开的本领域技术人员将明白在不脱离本发明范围的前提下可使用更多或更少的速度传感器。
[0113]为了在不要求访问与涡轮控制器关联的计算机可读指令的前提下调整涡轮控制器26的运行，用于通信来自速度传感器110和120的速度信号的信号路径122和124可被打断。次级控制器100可被插入在风力涡轮机控制器26与速度传感器110和120之间的新信号路径上。
[0114]次级控制器100可与风力涡轮机控制器26隔开一定距离(例如，lm、lcm或更小，2m或更多，或者其他合适的距离)。另外，次级控制器100可被定位在独立的壳体内和/或可包括与风力涡轮机控制器26的构件不同的一个或更多个构件(例如，处理器、存储器装置等等)。在实施例中，次级控制器100可采用以相对于涡轮控制器26不同的语言或协议被存储的计算机可读指令。通过这种方式，次级控制器100可以是独立于涡轮控制器26且与其分开的装置。
[0115]次级控制器100可被配置成经由信号路径126从速度传感器110接收速度信号。次级控制器100可配置成经由信号路径128从速度传感器120接收速度信号。如本文中所使用的，信号路径可包括用于发送信号的任何合适的通信介质。例如，信号路径可包括任意数量的有线的或无线的链接，包括经由一个或更多个以太连接、光纤连接、网络总线、电力线、导线、或用于无线地发送信息的回路的通信。信号可采用任何合适的通信协议(诸如串行通信协议、电力线宽带协议、无线通信协议、或其他合适的协议)来经信号路径通信。
[0116]次级控制器120还可接收一个或更多个与各种输入条件关联的信号。输入条件可代表风力涡轮机的功率输出、风力涡轮机的风速条件、和/或其他合适的参数。例如，次级控制器100可从传感器102经信号路径132接收信号。传感器102可以是与风力涡轮机的电气系统关联的提供表现出风力涡轮机的功率输出的信号的传感器。次级控制器100还可从传感器80经信号路径134接收信号。传感器80可以是被配置成提供表现出风速的信号的传感器，诸如风速计或其他合适的方法或设备。
[0117]例如，风力涡轮机10的风速可以被测量，诸如通过合适的天气传感器。合适的天气传感器包括，例如，激光雷达(LIDAR)装置、声廓线雷达(SODAR)装置、风速计、风向标、气压计、以及雷达装置(诸如多普勒雷达装置)。在又一个其他的替代实施例中，传感器可被用于测量转子叶片22的偏转。这种偏转可能与转子叶片22所经受的风速相关。再进一步，任何合适的测量方法和设备可以被用于直接地或间接地测量当前的风速。
[0118]次级控制器100可被配置成基于速度信号偏差将从速度传感器110和120接收到的风速信号调整为调整后的速度信号。例如，速度信号偏差是I或2rpm。例如，调整后的速度信号通过给速度信号加上或减去速度信号偏差被确定。
[0119]在具体的实施方式中，次级控制器100可被配置成至少部分地基于例如通过从传感器102和80所接收到的信号确定的输入条件(例如，风速)来确定调整后的速度信号。例如，不同的信号偏差值可与不同的输入条件关联。例如，针对每个输入条件的信号偏差值可使用自动调谐过程来确定。用于将针对不同输入条件的不同信号偏差值编入次级控制器100的示例方法将在下面被详细地讨论。
[0120]一旦调整后的速度信号被确定，则其能通过次级控制器100经信号路径130被通信给涡轮控制器26。涡轮控制器26能使用调整后的速度信号来控制风力涡轮机的各种运行。例如，在一些实施例中，涡轮控制器26能基于调整后的速度信号(例如，基于来自传感器110的速度信号)、转子叶片的半径、以及表现出例如由传感器80确定的风速的信号来计算叶尖速比。涡轮控制器26可被配置成至少部分地基于叶尖速比调整风力涡轮机10的运行，例如通过改变转子叶片的桨距和/或调整发电机24的转矩。
[0121]出于展示和描述的目的，本发明已经关于基于叶尖速比调整风力涡轮机的运行被讨论。使用本文中提供的本公开的本领域技术人员将明白本公开的示范方面可可适用于基于例如从传感器110、120、或其他速度传感器所接收到的各种速度信号由涡轮控制器26所实施的其他控制代码。
[0122]在【具体实施方式】中，速度传感器110、120和其他速度传感器可与基于传感器110，120所提供的速度信号监视各种涡轮机状况的安全链联通。安全链能至少部分地基于来自速度传感器110，120的速度读数采取措施以防止损坏风力涡轮机(例如，发出警报、调整操作以防止超速/速度不足状态等等)。在示范实施例中，将速度传感器110，120联接至安全链的信号路径可被完整保留，使得次级控制器100不调整被提供给安全链的速度信号。
[0123]现在参见图4，其展示了按照本公开的示范方面被包括在次级控制器100(或涡轮控制器26)内的合适的构件的一个实施例的框图。如图所示，次级控制器100可以包括被配置成执行多种计算机实施的功能(例如，执行本文中公开的方法、步骤、计算等等)的一个或更多个处理器112和相关存储器装置114。
[0124]如本文中所使用的，术语“处理器”不仅指现有技术中被包括在计算机内的集成电路，也表示控制器、微控制器、微电脑、可编程逻辑控制器(PLC)、特定用途集成电路、以及其他可编程电路。另外，(多个)存储器装置114 一般包括(多个)存储器元件，其包括但不限于，计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、非易失性计算机可读介质(例如，闪存)、软盘、只读光盘(⑶-R0M)、磁光碟(M0D)、数字通用光碟(DVD)和/或其他合适的存储器元件。
[0125]这样的(多个)存储器装置114通常被配置成存储当被(多个)处理器112实施时使次级控制器100执行各种功能的合适的计算机可读指令，各种功能包括但不限于，直接或间接地接收表现出各种输入条件的来自一个或更多个传感器(例如风速传感器、速度传感器)的信号、确定调整后的速度信号、和/或发送调整后的速度信号给涡轮控制器26、以及各种其他合适的计算机实施的功能。
[0126]如所示，(多个)存储器装置114还可存储速度信号偏差116。速度信号偏差116可用于偏移从一个或更多个传感器接收到的速度信号，从而确定调整后的速度信号。在具体的实施方式中，不同的速度信号偏差116可与多个输入条件中的每一个关联。速度信号偏差116可以以任何合适的方式被编入(多个)存储器装置114。在一个示范实施例中，速度信号偏差116可如下面将详细描述的使用自动调谐过程来被自动地编入(多个)存储器装置114。
[0127]另外，次级控制器100还可以包括通信接口142，以便于风力涡轮机10的次级控制器100和各种构件之间的通信。接口可包括一个或更多个电路、终端、插销、触点、导线、或用于收发控制信号的其他构件。此外，次级控制器可以包括传感器接口 144(例如，一个或更多个模数转换器)，以允许从传感器(例如，传感器80，102，110，和120)发出的信号被转换成能被处理器112识别和处理的信号。
[0128]图5描绘了根据本公开的示范实施例的用于控制风力涡轮机的示范方法(200)的流程图。方法(200)可使用一个或更多个控制装置(诸如图3中所描绘的控制器中的一个或更多个)来实施。另外，为了展示和讨论的目的，图5描绘了以特定顺序被执行的步骤。使用本文中提供的本公开的本领域技术人员将明白在不脱离本发明的范围的前提下，本文中公开的任何方法的步骤能以各种方式被修改、扩增、省略、重新布置、和/或改编。
[0129]在(202)，方法包括在次级控制器处从速度传感器接收速度信号。例如，图3的次级控制器100能从速度传感器110和/或速度传感器120接收表现出风力涡轮机的一个或更多个构件的速度的速度信号。在图5的(204)，与输入条件关联的一个或更多个信号可被接收。例如，次级控制器100可接收来自各种传感器(诸如，传感器102和传感器80)的信号。输入条件可以是具体的功率输出水平、具体的风速、或它们的组合。在不脱离本公开的范围的前提下，输入条件还能基于其他合适的参数。
[0130]在(206)，信号偏差可被访问。例如，被编入与次级控制100关联或通信的存储器装置114的速度信号偏差可被访问。在示范实施例中，不同的速度信号偏差与不同的输入条件关联。例如，第一速度信号偏差与低于阈值的风速关联。第二速度信号偏差与高于阈值的风速关联。
[0131]根据本公开的示范方面，速度信号偏差可使用自动调谐过程编入次级控制器。图6描绘了一种示范自动调谐过程的流程图。自动调谐过程在任何合适的时间(诸如在次级控制器首次在控制系统实施时)和/或以周期性间隔被执行。一般，自动调谐过程包括在多个递增的速度信号偏差值(例如，±0.5rpm、±1.0rpm、±1.5rpm、±2.0rpm、±2.5rpm等等)之间递增地调整信号偏差。在不脱离本发明范围的前提下，任何合适的数量的递增速度信号偏差值能被使用。在多个不同的递增速度信号偏差值的每一个下的风力涡轮机的功率输出可被监视。针对输入条件的信号偏差值可至少部分地基于与每个递增速度信号偏差值关联的功率输出选择，使得与最为提高和/或增强功率输出相关联的递增速度信号偏差值被选为针对输入条件的速度信号偏差值。
[0132]更具体地，在(302)，新的输入条件被识别。例如，基于从传感器102和80接收到的信号，次级控制器100能识别出存在新的输入条件(例如，新的风速)。在(304)，方法可包括将速度信号偏差值递增地调整为下一个递增速度信号偏差值。在(306)，确定递增速度信号偏差值是否导致违反了与风力涡轮机关联的速度约束(例如，超速极限或降速极限)。如果是，自动调谐过程包括将递增速度信号偏差限制为不违反速度约束的值(308)。
[0133]自动调谐过程前进到(310)，此时在递增速度信号偏差下的功率输出被监视(306)。然后在(312)处能确定在递增速度信号偏差下的功率输出是否被提高或增强。如果没有，确定递增速度信号偏差值是否是多个递增速度信号偏差值中的最后速度信号偏差(316)。如果是，则方法结束。否则，自动调谐过程返回(304)，此处速度信号偏差被递增地调整到下一个递增速度信号偏差值。
[0134]如果在(312)处功率输出被提高或增强，递增速度信号偏差被选为针对输入条件的速度信号偏差(310)。然后确定递增速度信号偏差是否是多个递增速度信号偏差值中的最后递增速度信号偏差(312)。如果是，则方法结束。否则，方法返回到(304)，此处速度信号偏差被递增地调整到下一个递增速度信号偏差值。该过程重复，直到多个递增速度信号偏差值中的所有递增速度信号偏差值都被测试过。
[0135]图6描绘了根据本公开的示范方面用于将速度信号偏差编入次级控制器的一个示范方法。在不脱离本公开范围的前提下，其他合适的方法能被使用。例如，在其他实施方式中，速度信号偏差可被手动地编入次级控制器。
[0136]返回参见图5，在(208)，方法可包括至少部分地基于速度信号确定调整后的速度信号。例如，对应于输入条件的速度信号偏差可由次级控制器100加入或减去，以确定调整后的速度信号。
[0137]在(210)，调整后的速度信号被通信给涡轮控制器。例如，调整后的速度信号由次级控制器100经信号路径130通信给涡轮控制器26。在(212)，涡轮控制器能至少部分地基于调整后的速度信号控制风力涡轮机的运行。
[0138]例如，在一个示范实施方式中，风力涡轮机控制器能至少部分地基于调整后的速度信号确定叶尖速比。风力涡轮机控制器能至少部分地基于叶尖速比调整风力涡轮机的转子叶片的载荷。例如，风力涡轮机控制器能至少部分地基于叶尖速比调节一个或更多个转子叶片的桨距角，从而增加或减少涡轮叶片的载荷。另外地和/或备选地，风力涡轮机控制器能调节发电机的转矩，从而调节转子叶片的速度。
[0139]本书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则此类其它实例意图在权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种用于控制风力涡轮机的系统，包括: 传感器，其配置成提供表现出所述风力涡轮机的一个或更多个参数的信号； 涡轮控制器，其配置成控制所述风力涡轮机的操作； 次级控制器，其插入在所述传感器和所述涡轮控制器之间，所述次级控制器与所述涡轮控制器隔开一个距离，所述次级控制器配置成经通信接口接收来自所述传感器的所述信号； 其中所述次级控制器配置成至少部分地基于信号偏差将所述信号调整为调整后的信号，且将所述调整后的信号提供至所述涡轮控制器。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述次级控制器配置成调整所述信号而不访问由所述祸轮控制器实施的计算机可读指令。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述次级控制器位于在所述涡轮控制器外部的壳体内。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号是从速度传感器接收到的速度信号。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述涡轮控制器配置成至少部分地基于所述调整后的信号调整一个或更多个转子叶片的桨距角或调整发电机转矩。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述次级控制器包括配置成接收一个或更多个输入信号的接口，所述次级控制器配置成至少部分地基于所述一个或更多个输入信号来确定所述信号偏差。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述一个或更多个输入信号包括表现出功率或风速的信号。8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述信号偏差由将信号偏差值与多个输入条件中的每一个关联起来的查询表来确定。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号偏差使用自动调谐过程编入所述次级控制器内，所述自动调谐过程包括: 针对多个输入条件中的每一个，在多个递增的信号偏差值之间递增地调整所述信号偏差; 监视在所述多个递增的信号偏差值的每一个下的所述风力涡轮机的功率产出；以及至少部分地基于与所述多个递增的信号偏差值的每一个相关联的所述功率产出来从所述多个递增的信号偏差值中选出针对所述输入条件的所述信号偏差。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述自动调谐过程还包括至少部分地基于所述风力涡轮机的一个或更多个操作限制来限制所述信号偏差。
【文档编号】F03D7/04GK105971820SQ201610347440
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】J·L·查孔, K·A·盖伯, N·彭宁顿
【申请人】通用电气公司