用于风力涡轮机的关机控制器和风力涡轮机的关机方法技术

本发明专利技术提供一种用于风力涡轮机的关机控制器。为改进对风力涡轮机的状态的评估，控制器包括至少两个传感器，所述至少两个传感器适于提供对于风力涡轮机中的不同机械状态有重要作用的传感器数据。控制器能够基于来自所述至少两个传感器的传感器数据来提供风力涡轮机的评估状态，并且将风力涡轮机的状态与预定的检测极限相比较，以在所述评估状态超出检测极限的情况下提供关机信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于风力涡轮机的关机控制器和风力涡轮机的关机方法
本专利技术涉及一种用于风力涡轮机的关机控制器。
技术介绍
关机控制器和负载控制器通常被应用在风力涡轮机中，以保护塔架、叶片、传动装置、发电机、以及其它部件免受结构性过载影响。风力涡轮机结构上的负载主要源自转子平面和塔架上的风压。因此，负载取决于风速、湍流、风强度、以及包括叶片桨距角和偏航角在内的各种设定值。所述偏航角表现转子轴相对于风向的角度。负载传统上由测量涡轮机的各种机械状态的各种传感器来测量，所述传感器在此称为机械状态传感器。所述传感器的实施例包括用于感应旋转速度的传感器、用于感应振荡级别(例如被测量为塔架加速度)的传感器、用于感应叶片负载(例如由固定在叶片根部中的应变仪来测量)的传感器、以及叶片桨距角传感器，所述叶片桨距角传感器确定风入射角并且因此确定能够发生的风能转换成转子能量的等级。传统涡轮机基于单一传感器输入来关机，其中，一个传感器信号测量一个状态(例如转子速度)，并且当信号达到预定极限时启动关机。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种使得风力涡轮机免受控制系统失效和结构性过载影响的改进保护。这包括抵御系统性故障(诸如软件故障)的保护。因此，在第一方面，本专利技术提供一种用于风力涡轮机的关机控制器，所述控制器包括至少两个传感器，所述至少两个传感器适于提供对于风力涡轮机中的不同机械状态有重要作用传感器数据，所述控制器适于基于来自所述至少两个传感器的传感器数据来提供风力涡轮机的评估状态，其中，所述控制器适于将风力涡轮机的状态与预定的检测极限相比较，并且在评估状态超出预定的检测极限的情况下提供关机信号。与单一传感器输入相比，根据本专利技术的关机控制器能够减小结构性过载，以适应故障情况。在此“机械状态”应该大体被理解为机械状态及其衍生物。机械状态被定义为在不限于涡轮机的特定区域的情况下，风力涡轮机的结构状态。作为实施例，机械状态可以是塔架、叶片、转子、轮毂、或风力涡轮机中的任何位置的应变，风力涡轮机的温度或甚至风力涡轮机附近的温度，结构性元件(诸如塔架、转子、或叶片等等)的速度、加速度和/或振荡。在此，涡轮机的机械状态将由向量x指代。根据本专利技术，这个向量x基于来自数个传感器的输入来确定，例如一个或多个传感器信号的组合，所述传感器信号提供例如转子速度ωR、桨距角θ、塔架偏转度yt、或叶片偏转度β等等。能够清楚认识的是，结构危态与状态向量x紧密相关。例如，塔架顶部偏转度yt的值与塔架上的负载紧密相关。类似地，旋转速度ωR支配涡轮机上的大部分负载。状态空间的概念促使引入可容许状态空间XA。这个可容许状态空间是涡轮机上的负载处于设计范围内的状态空间。通常对于反馈控制方案，控制向量是状态向量x的函数。在实践中，这通过利用状态的评估来实施，所述状态的评估通过测量(传感器)或基于模型的评估器(例如观察器)来获得。因此，本专利技术提供这样一种改进的关机控制器，其从1-d(一维)拓展到N-d(多维)，由此与现有技术中的用于风力涡轮机的关机控制器相比有助于改进的保护。检测极限可以表现为包，例如凸包。凸包的优点在于其例如通过求解线性程式来使得在线确定状态向量是否在包内部变得容易。因此，控制器可以尤其适于通过求解线性程式(例如包括利用Simplex算法)来确定风力涡轮机的状态是位于凸包内部还是在凸包外部。大体上，关机控制器可以被应用在任何类型的风力涡轮机中。然而，有利地，控制器被应用在水平轴线风力涡轮机中。要求保护的至少两个传感器适于提供对于风力涡轮机中的不同机械状态有重要作用传感器数据，所述至少两个传感器可以是在风力涡轮机控制中通常已知的类型，并且所述至少两个传感器可以包括例如叶片弯折传感器(例如光传感器等等)、转子速度传感器、转子弯折传感器、塔架加速度传感器、风速传感器、产能传感器、传动装置负载传感器等等。关机控制器将风力涡轮机的状态与预定的检测极限相比较的方法将参考后续附图详细来描述。大体上，风力涡轮机由在一个或多个计算机单元中物理实施的各种控制函数来控制。在此，我们大体将“风力涡轮机控制器”称为在风力涡轮机中运行的所有控制函数的组合，例如负载控制、产能和并网(gridcompliance)控制、噪音发射控制等等。根据本专利技术的关机控制器可以形成现存控制器或风力涡轮机中的其中一个现存控制器的集成部分，或所述关机控制器可以形成风力涡轮机中的单独单元。检测极限可以基于涡轮机的结构特性和关机机构的能力(例如关机期间的变桨距速度)来限定。而且，控制器可以包括例如基于无线通讯的通讯装置，以使得控制器能够与叶片变桨距装置通讯，并且由叶片变桨距来启动关机。通讯也可以允许控制器设定变桨距装置的速度。所述速度可以是在叶片变桨距期间维持的固定速度，或所述速度可以是可变速度，即，所述速度在叶片变桨距期间改变。所述可变速度可以是逐步变速或无级变速。可能有利的是，使叶片各自地变桨距例如以抵消风剪切等等。根据本专利技术的关机控制器可以将变桨距信号各自地与用于数个叶片的变桨距装置通讯，以使得叶片能够例如根据风切变或根据在各个叶片上测量的传感器信号来变桨距。此外，通讯可以允许关机控制器设定涡轮机的偏航角、在风力涡轮机中的发电机上的负载等等。由于控制器是关机控制器，因此所述控制器在必须快速关机的紧急情况下也应该是稳定和可靠的。为此目的，控制器和到变桨距装置的任何通讯装置应该例如由电池等等来紧急供电。为此目的，变桨距装置也应该被紧急供电、或变桨距装置和叶片的结构应该使得叶片将在电源故障或与根据本专利技术的控制器通讯故障时进行平桨运动(feather)。检测极限XD可以取决于能够应用到关机策略的约束值。检测极限可以基于包含固定速度的约束值或基于可变速度(例如基于叶片的变桨距速度或加速度)来限定，风力涡轮机的叶片能够由叶片变桨距装置以所述固定速度来变桨距。为此目的，检测极限可以限定成使得可获得速度被考虑在内，风力涡轮机的叶片能够由叶片变桨距装置以所述可获得速度来变桨距。即，慢反应的叶片变桨距装置可能要求较小的检测极限XD。检测极限可以基于不同测量来大体限定，所述测量包括但不限于桨距角，例如风力涡轮机的每个叶片的各个桨距角、转子速度ωR、桨距角θ、塔架偏转度yt、以及叶片偏转度β。检测极限可以基于历史数据来适应性地调整，所述历史数据诸如具体类型的事件的次数，例如过度负载的次数、转子转数、涡轮机的寿命等等。控制器例如可以适于利用控制方案来操作，所述控制方案规定用于风力涡轮机的检测极限和/或关机变桨距策略。关机变桨距策略可以例如规定用于叶片变桨距的速度或加速度特征曲线，或其可以规定叶片应该同时或各自地变桨距。控制器可以适于在为风力涡轮机预定的不同控制方案之间选择。选择可以基于涡轮机的寿命或基于可容许状态空间已经被超过的事件的量。控制方案或至少检测极限可以基于风力涡轮机上的事件来适应性地调整。所述适应性地调整在此意味着连续改变或以特定间隔逐步改变。所述调整可以基于风力涡轮机的寿命和/或基于经验负载，例如极限负载。作为实施例，负载历史可以被记录、分析以及用于这样的适应。在一个实施方式中，在预定范围以上的经验负载的次数被统计，并且所述次数被用于选择合适的控制方案。在另一实施方式中，疲劳负载历史由历史负载数据来确定，并且控制方案从所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于风力涡轮机的关机控制器，所述控制器包括至少两个传感器，所述至少两个传感器适于提供对于风力涡轮机中的不同机械状态有重要作用的传感器数据，所述控制器适于基于来自所述至少两个传感器的传感器数据提供风力涡轮机的评估状态，其中，所述控制器适于将风力涡轮机的状态与预定的检测极限相比较，并且适于在所述评估状态超出检测极限的情况下提供关机信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.21 DK PA201170632;2011.11.21 US 61/561,9461.一种用于风力涡轮机的关机控制器，所述控制器包括至少两个传感器，所述至少两个传感器适于提供对于风力涡轮机中的不同机械状态有重要作用的传感器数据，所述控制器适于基于来自所述至少两个传感器的传感器数据提供风力涡轮机的评估状态，其中，所述控制器适于将风力涡轮机的状态与预定的检测极限相比较，并且适于在所述评估状态超出检测极限的情况下提供关机信号，以及检测极限表现为凸包。2.根据权利要求1所述的控制器，其适于与叶片变桨距装置通讯，以使得关机由叶片变桨距来启动。3.根据权利要求2所述的控制器，其适于向叶片变桨距装置通讯变桨距速度。4.根据权利要求2或3所述的控制器，其适于各自地通讯用于数个叶片的变桨距信号，以使得关机能够由各个叶片变桨距来启动。5.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述评估状态包含从下组选出的至少两个量：转子速度ωR、桨距角θ、塔架偏转度yt、以及叶片偏转度β。6.根据权利要求1所述的控制器，其还适于在不同控制方案之间选择，每个控制方案规定检测极限和关机变桨距策略中的至少一个。7.根据权利要求6所述的控制器，适于基于涡轮机的寿命在控制方案之间选择。8.根据权利要求6或...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·哈默鲁姆，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK