用于风力涡轮机的包括供该风力涡轮机的每个叶片使用的叶片控制器的控制系统技术方案

本发明专利技术涉及风力涡轮机的控制，并且尤其涉及一种分布式控制系统，其包括用于风力涡轮机的每个叶片的叶片控制器。每个叶片控制器和该叶片控制器的电源之间的电连接被布置成与每个其它叶片控制器和相应叶片控制器的电源的电连接功能性隔离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于风力涡轮机的包括供该风力涡轮机的每个叶片使用的叶片控制器的控制系统
本专利技术涉及风力涡轮机的控制，并且具体涉及一种分布式控制系统，该分布式控制系统包括用于该风力涡轮机的每个叶片的叶片控制器。
技术介绍
现代风力涡轮机被连续地控制和调节，以确保在当前风力和天气条件下从风中提取最佳功率，同时确保在风力涡轮机的不同部件上的负载在任何时候都保持在可接受的极限内，并且同时遵守任何外部设定的操作限制。基于此并遵循某些控制策略，涡轮机的控制参数被连续地确定，以便在给定条件下最佳地运行。当设计风力涡轮机时，需要考虑到涡轮机在极端情况下所经受的负载，这种极端情况包括诸如阵风和暴风雨的极端天气条件、故障部件情况下的涡轮机操作、停机等。在这方面，由于故障而作用在现代兆瓦级涡轮机上的力可能非常极端。一个示例是，如果一个叶片的桨距系统发生故障，则可能产生非对称力。另一示例是在操作过程中损失发电机扭矩。为了在设计风力涡轮机时考虑到这些潜在的负载情形，可以应用几种策略。一个简单的解决方案是简单地将涡轮机建造得足够坚固，例如，在塔架中使用足够的钢、使用足够大的基础部、使用足够大的主轴承等，以承受更恶劣的负载情况。然而，该解决方案相当昂贵。在可选的更便宜的策略中，可以做出控制系统和其它系统元件的合适设计，以减轻所认定的极端负载情形，从而允许在塔架中使用更少的钢以及在总体中使用更小和更轻的部件。本专利技术是针对该背景设计的。
技术实现思路
实现一种用于风力涡轮机的控制系统将是有利的，所述系统一方面减少了具有负载影响(loadimplication)的故障的风险，另一方面，如果发生具有负载影响的故障，则可以按照明确定义的方式处理该故障。因此，在第一方面中，提供了一种用于包括两个或多个叶片的风力涡轮机的控制系统，该控制系统包括中心控制器以及用于该风力涡轮机的每个叶片的叶片控制器，其中，每个叶片控制器被布置用于控制其被分配到的叶片的桨距角，并且每个叶片控制器电连接到电源；其中，每个叶片控制器和该叶片控制器的电源之间的电连接，与每个其它叶片控制器和相应叶片控制器的电源之间的电连接功能性隔离。所述控制系统在传动系上的扭矩损失和桨距控制功能损失之间提供独立性，并且同时确保在一个叶片控制器上的电气故障不会导致任何其它叶片控制器上的故障，从而确保如果发生桨距控制功能的损失，该损失在此时仅发生在一个叶片处。以这种方式，可以将传动系上的扭矩损失以及多于一个叶片上的桨距控制功能损失的可能性降低到非常低的水平。这具有有利的结果，即可以相应地设计(即，减小)风力涡轮机塔架和其它部件的所需结构强度，这导致一种更具成本效益的风力涡轮机。在第二方面中，提供了一种具有根据第一方面的控制系统的风力涡轮机。在一个实施方式中，该控制系统在风力涡轮机中被实施为分布式控制系统，其中叶片控制器被定位在轮毂中。将叶片控制器定位在轮毂中对横跨旋转轮毂/机舱接口的信号传输中的故障提供了稳健性。也就是说，如果该接口有故障，则仍可以保留完全的桨距控制。通常，可以在本专利技术范围内以任何可能方式组合和结合本专利技术的多个方面。参照以下描述的实施方式，本专利技术的这些和其它方面、特征和/或优点将变得明显并得到阐述。附图说明将仅以示例方式参考附图描述本专利技术的多个实施方式，其中图1以示意性透视图示出了风力涡轮机的示例；图2示意性地示出了根据本专利技术的实施方式的控制系统的元件；图3示意性地示出了与叶片的底部区段在一起的轮毂的前视图；图4至图6示出了在每个叶片控制器和该叶片控制器的电源之间的电连接的功能性隔离的实施方式；图7示出了控制系统的功能的实施方式；以及图8示出了预定的故障情形的示例。具体实施方式图1以示意性透视图示出了风力涡轮机1的示例。风力涡轮机1包括塔架2、设置在塔架顶部的机舱3，以及操作地联接到容纳在机舱3内的发电机的转子4。除了发电机，机舱还容纳有将风能转换成电能所需的多种部件以及对风力涡轮机1进行操作、控制和性能优化所需的各种部件。风力涡轮机的转子4包括中心轮毂5以及从中心轮毂5向外突出的多个叶片6。在图示的实施方式中，转子4包括三个叶片6，但是该数量可以变化。此外，风力涡轮机包括控制系统。该控制系统可以放置在机舱内，或者分布在涡轮机内(或外部)的多个位置处并且通信地连接。图2示意性地示出了与风力涡轮机的其它元件一起的控制系统20、21、22的元件的实施方式。风力涡轮机包括经由轴23机械地连接到动力传动系PTR的转子叶片6。动力传动系没有详细地示出，但其包括发电机、可选地变速箱、以及电转换器。由发电机产生的电力经由电转换器通入电网中。发电机和电转换器可基于满量程转换器(FSC)架构或双馈感应发电机(DFIG)架构，但也可以使用其它类型的架构。所述控制系统包括多个元件，包括具有处理器和存储器的至少一个中心控制器20，以便处理器能够基于存储在存储器中的指令执行计算任务。通常，风力涡轮机控制器确保了在运行中风力涡轮机产生所要求的功率输出水平。这通过调节桨距角24和/或转换器的功率提取而获得。为此，控制系统包括用于每个叶片的叶片控制器21。该叶片控制器是桨距致动系统的一部分，该叶片控制器包括诸如液压致动系统或电致动系统的桨距致动器25。根据确定的桨距基准26设定桨距角。动力传动系包括或连接到功率控制器22，功率控制器22基于功率基准27和其它值来控制发电机和/或转换器。转子叶片可使用公共桨距系统以及除此之外的单独桨距系统进行变桨(pitch)，所述公共桨距系统同时调节所有转子叶片上的所有桨距角，所述单独桨距系统能够实现转子叶片的单独变桨。所述控制系统被示出为包括位于机舱中的中心控制器20，以及定位在轮毂中靠近其被分配到的叶片的用于每个叶片的一个叶片控制器21。然而，控制系统的多个元件可存在于机舱和轮毂中，但也存在于塔架中以及电厂控制器(未示出)中。图3示意性地示出了与叶片6的底部区段一起的轮毂5的前视图。图3进一步示出了风力涡轮机的每个叶片的叶片控制器21。该叶片控制器经由在轮毂和机舱之间的旋转传动通信地联接到中心控制器。在所示的实施方式中，每个叶片控制器连接到通信单元30，诸如切换单元或网络转接，通信单元30确保在中心控制器和可能地其它单元及每个叶片控制器之间的通信，以及在叶片控制器之间的通信。此外，该图示出了电连接到每个叶片控制器的电源单元31。在每个叶片控制器21和该叶片控制器的电源31之间的电连接32与每个其它叶片控制器和相应叶片控制器的电源的电连接功能性隔离。通过这种方式，在叶片控制器或该叶片控制器的电源上出现的电气故障并不传播到任何其它叶片控制器或任何其它叶片控制器的电源。使每个叶片控制器和该叶片控制器的电源之间的电连接功能性隔离实现了每个叶片控制器的域分离。图4到6示出了这种域分离的实施方式。虽然示出了三个实施方式，但需要理解的是，对于本领域技术人员来说，更多和不同的实施方式可用于提供域分离，并且本专利技术不限于所示出的示例。图4示意性地示出了电源装置31的实施方式，其中每个叶片控制器21、BC1-BC3由来自交流到直流电源40的专用直流电源输出来供电。在所示出的实施方式中，公共交流电源线41被设置到轮毂，并且由交流到直流变压器提供功能性隔离。在一个实施方式中，交流电压可以在230V到48本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于包括两个或多个叶片的风力涡轮机的控制系统，所述控制系统包括中心控制器和用于所述风力涡轮机的每个叶片的叶片控制器，其中每个叶片控制器被布置成用于控制该叶片控制器被分配到的叶片的桨距角，并且每个叶片控制器电连接到电源；其中在每个叶片控制器和所述叶片控制器的所述电源之间的电连接与每个其它叶片控制器和相应叶片控制器的所述电源的电连接功能性隔离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.16 DK PA2016700841.一种用于包括两个或多个叶片的风力涡轮机的控制系统，所述控制系统包括中心控制器和用于所述风力涡轮机的每个叶片的叶片控制器，其中每个叶片控制器被布置成用于控制该叶片控制器被分配到的叶片的桨距角，并且每个叶片控制器电连接到电源；其中在每个叶片控制器和所述叶片控制器的所述电源之间的电连接与每个其它叶片控制器和相应叶片控制器的所述电源的电连接功能性隔离。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述功能性隔离由每个叶片控制器之间的电流隔离提供。3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述功能性隔离由通向每个叶片控制器的专用电源提供，所述专用电源与每个其它专用电源电分离。4.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其特征在于，每个叶片控制器的所述电源进一步包括冗余电源。5.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其特征在于，每个叶片控制器被布置成从所述中心控制器接收桨距命令并且验证接收到的桨距命令；在来自所述中心控制器的桨距命令有效时，接收到的桨距命令充当用于所述叶片的桨距命令；并且在桨距命令无效时，所述叶片控制器被布置成确定用于所述叶片的桨距命令。6.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其特征在于，每个叶片控制器被布置成从所述中心控制器接收桨距命令，并且所述叶片控制器被布置成修改所述桨距命令并使用修改后的桨距命令来控制所述叶片的所述桨距。7.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其特征在于，每个叶片控制器被布置成接收传感器输入，并且基于所述传感器输入来确定所述叶片的所述桨距命令。8.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其特征在于，每个叶片控制器被布置成确定是否至少一个叶片控制器处于故障模式。9.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其特征在于，至少一个其它叶片控制器处于故障模式的确定由所述叶片控制器确定，而无需与所述至少一个其它叶片控制器通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·哈默鲁姆，J·本特松，
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