CN101900081B - 在电动机超温条件下操作的风力涡轮机及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于当风力涡轮机控制电动机(610)的正常控制由于一个或多个风力涡轮机控制电动机的过热而不可用时使风力涡轮机(100)继续操作的方法和装置。本发明的技术效果包括提供了一种有效的控制策略，用于在风力涡轮机控制电动机(610)，例如桨距控制电动机(114)和偏航控制电动机(124)的过热期间继续操作。
Description
技术领域
本发明大致涉及风力涡轮机，更具体地说涉及在风力涡轮机控制电动机的超温条件下操作风力涡轮机的方法和装置。
背景技术
最近，作为环保且成本相对低廉的替代能源，风力涡轮机已经受到越来越多的关注。随着这种不断增加的兴趣，已做出大量努力来发展可靠且高效的风力涡轮机。
通常，风力涡轮机包括具有多个叶片的转子。转子安装在壳体或外罩上，其定位在桁架或管状塔的顶部。公用设施级风力涡轮机(即设计成可为公用电网提供电功率的风力涡轮机)可能具有大型转子(例如直径50米或更长)。这些转子上的叶片将风能转换成旋转扭矩或旋转力，其驱动一个或多个发电机，发电机通过齿轮箱而旋转地联接在转子上，或者直接联接在转子上。当存在时，齿轮箱提高用于发电机的涡轮转子的内在低的旋转速度，从而有效地将机械能转换成电能。电能可直接或通过电气变换器发送到公用电网中。
直到近些年来，用于风力涡轮机的控制系统时常启动涡轮跳脱(trip)或停机程序作为对故障或异常条件的简单响应。因为风力涡轮机包括输送到公用电网中的总功率中的较大部分，所以来自风力涡轮机的功率的可靠性和连续性对于电网操作的连续性变得日益重要。此外，风力涡轮机的操作连续性对于风场经营者和公用电网经营者变成了更重要的经济因素。对于故障或异常条件可设计更复杂的响应，其可提供非中断的风力涡轮机输出。因此，可能需要提供在故障或异常条件期间提供风力涡轮机操作的连续性的操作方法和控制特征。
发明内容
本发明提供了一种用于在一个或多个风力涡轮机控制电动机的超温条件期间保持风力涡轮机操作连续性的方法和装置，所述风力涡轮机控制电动机是例如用于风力涡轮机叶片的桨距控制电动机或用于控制外罩相对于风力的定向的偏航控制电动机。
简要地说，根据本发明的一个方面，提供了响应于风力涡轮机控制电动机上的超温条件而操作风力涡轮机的方法，风力涡轮机包括风力涡轮发电机、变换器和至少一个转子叶片。该方法包括监测一个或多个风力涡轮机控制电动机的温度，并监测针对风力涡轮机的风速。该方法还包括当风力涡轮机控制电动机的温度正常时，根据风力涡轮机控制函数而控制风力涡轮机的操作。如果一个或多个风力涡轮机控制电动机的温度超过第一预定温度，那么该方法包括修改风力涡轮机控制函数，以用于在一个或多个风力涡轮机控制电动机的修改的操作方案下继续风力涡轮机的操作。当受到影响的风力涡轮机控制电动机的温度下降到第一预定温度以下时，就恢复根据风力涡轮机控制函数的风力涡轮机的正常操作。
根据本发明的另一方面，提供了一种风力涡轮机。风力涡轮机包括通过转子轴而操作地连接在转子毂上的风力涡轮发电机，转子毂包括至少一个转子叶片和一个或多个风力涡轮机控制电动机。风力涡轮机控制系统适于控制风力涡轮机的操作，包括用于一个或多个风力涡轮机控制电动机的操作方案。风力涡轮机控制系统的控制函数适于当一个或多个风力涡轮机电动机的操作温度超过第一预定温度时，用于在修改的风力涡轮机控制电动机的操作方案下继续风力涡轮机的操作。对于风力涡轮机控制电动机提供了温度测量系统，其中，对于风力涡轮机控制系统的控制函数提供了针对各个风力涡轮机控制电动机的温度测量。
附图说明
当参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些以及其它特征、方面和优势，其中在所有附图中相同的标号表示相同的部件，其中：
图1显示了风力涡轮机的示例性配置；
图2显示了示例性风力涡轮机的外罩的剖切透视图；
图3是用于图1中所示风力涡轮机配置的控制系统的示例性配置的方框图；
图4显示了在正常桨距控制和降级的(derated)桨距控制下的功率生产和风速之间的关系；
图5显示了图4中的不同点的桨距角；
图6显示了对于风力涡轮机控制电动机的超温条件做出创新响应的控制函数的示例性配置；和
图7显示了用于在风力涡轮机控制电动机超温条件下继续操作的方法的流程图。
标号列表
100 风力涡轮机；102 外罩；104 塔；106 转子；108 转子叶片；110 毂；112 控制面板；114 桨距驱动电动机；116 转子轴；118 齿轮箱；120 第一发电机；122 联轴器；124 偏航驱动电动机；126 偏航板；128 风力叶片；132 主框架；300 控制系统；302 总线；304 处理器；306 RAM；308 存储装置；310 ROM；312 输入/输出；314 传感器接口；410 在固定的桨距角下功率生产对风速的曲线；420 在固定的桨距角下降级功率对风速的曲线；510 针对操作点的桨距角曲线；520 桨距角；530 操作点；600 控制信号；605 控制函数；610 风力涡轮机控制电动机；625 至风力涡轮机控制电动机的信号；626 电压；630 电动机温度传感器；635 电动机温度信号；640 电动机位置传感器；650 风力传感器；655 风力信息信号
具体实施方式
本发明的以下实施例具有许多优势，包括在风力涡轮机控制电动机，例如桨距控制电动机或偏航控制电动机的超温条件期间容许风力涡轮机继续操作。
本发明涉及一种用于当正常的风力涡轮机电动机控制由于一个或多个风力涡轮机控制电动机的过热而不可用时继续风力涡轮机操作的方法和装置。本发明的技术效果包括提供一种用于从风力涡轮机控制电动机的过热中恢复过来的有效的控制策略。
在一些配置中，参照图1，风力涡轮机100包括外罩102，其容纳发电机(图1中未显示)。外罩102安装在高塔104的顶部上，图1中只显示了其一部分。风力涡轮机100还包括转子106，其包括多个连接在旋转毂110上的转子叶片108。虽然图1中所示的风力涡轮机100包括三个转子叶片108，但是本发明对转子叶片108的数量不做特别的限制。
在一些配置中，参看图2，各种构件容纳在位于风力涡轮机100的塔104顶部上的外罩102中。塔104的高度是基于本领域中所已知的因素和条件进行选择的。在一些配置中，控制面板112中的一个或多个微控制器包括控制系统，其用于整个系统监测和控制，包括桨距和速度调节、高速轴和偏航制动应用、偏航和泵电动机应用以及故障监测。在一些配置中使用备选的分布式或集中式控制架构。
在一些配置中，控制系统将控制信号提供给可变叶片桨距驱动器114，以控制叶片108(图2中未显示)的桨距，叶片由于风力而驱动毂110。在一些配置中，毂110容纳三个叶片108，但其它配置可利用任意数量的叶片。在一些配置中，叶片108的桨距是由叶片桨距驱动器114单独控制的。毂110和叶片108共同组成了风力涡轮机转子106。
风力涡轮机的传动系包括连接在毂110上的主转子轴116(也被称为"低速轴")和齿轮箱118，在一些配置中，齿轮箱118利用双路径几何结构以驱动封闭在齿轮箱118中的高速轴。高速轴(图2中未显示)用于驱动由主框架132支撑的第一发电机120。在一些配置中，通过联轴器122来传递转子扭矩。第一发电机120可以是任何合适的类型，例如但不局限于绕线转子感应发电机。作为非限制性的示例，另一合适的类型是多极发电机，其可在低速轴的速度下以直接驱动配置的形式运行，而不需要齿轮箱。
偏航驱动器124和偏航板126为风力涡轮机100提供了偏航定向系统。在一些配置中，偏航定向系统是电动操作的，并根据从传感器接收到的信息而受到控制系统的控制，传感器用于测量轴凸缘位移。作为凸缘位移测量传感器的备选或附加，一些配置利用风向标128提供用于偏航定向系统的信息。偏航系统安装在设于塔104的顶部的凸缘上。
在一些配置中，参照图3，一种用于风力涡轮机100的控制系统300包括总线302或其它传送信息的通信装置。(一个或多个)处理器304联接在总线302上，以处理信息，包括来自传感器的信息，传感器配置成测量位移或力矩。控制系统300还包括随机存取存储器(RAM)306和/或(一个或多个)其它存储装置308，其可联接在总线302上，以储存和传递有待(一个或多个)处理器304执行的信息和指令。在(一个或多个)处理器304执行指令期间，还可使用RAM306(如果需要的话，和(一个或多个)存储装置308)储存临时变量或其它中间信息。控制系统300还可包括只读存储器(ROM)和/或另一静态存储装置310，其联接在总线302上，以储存并提供静态(即非变化的)信息和指令给(一个或多个)处理器304。输入/输出装置312可包括本领域中已知的任何装置，以便为控制系统300提供输入数据，并提供偏航控制和桨距控制输出。指令序列的执行并不局限于任何特定的硬件电路和软件指令的组合。传感器接口314是容许控制系统300与一个或多个传感器通信的接口。传感器接口314可以是或可包括，例如，一个或多个模拟-数字转换器，其将模拟信号转换成可由(一个或多个)处理器304使用的数字信号。
桨距控制系统包括桨距驱动器114。在各种配置中，控制系统300可使用坐标变换、偏置评估方法和/或本领域中已知的其它控制技术来确定用于各个转子叶片108的桨距增量，从而减少总的非对称转子负荷。可用于对循环叶片控制发布命令的传统和现代控制技术在本领域中是已知的，并且不需要在本文中进行进一步的描述。
根据现有技术控制，一些桨距和偏航故障，例如桨距控制电动机超温和偏航控制电动机超温可能造成风力涡轮机控制系统使风力涡轮机跳脱而离线。当风力涡轮机跳脱时，对于风场和电网而言损失了输出功率。输出功率的损失导致风场经营者的经济损失和电网的功率减少。
当由于桨距控制电动机或偏航控制电动机过热而使风力涡轮机叶片的桨距不受控制或者转子不能与风向对准时，可能需要这种安全响应以防止风力涡轮机超速或超转矩。这些风力涡轮机控制电动机的轻微过热长期可能导致电动机绕组绝缘的劣化。风力涡轮机控制电动机绕组的极端高温可能导致电动机的快速受损和故障。虽然可以用避免过热的改进单元完全替换桨距控制电动机和/或偏航控制电动机及相关联的齿轮组，但是这种转变将是昂贵且耗时的。
有时，这些风力涡轮机控制电动机没有导致过热的故障，而是由于响应例如过量狂风、风向的时常变化等风力条件而过度工作而发生过热。这种风力条件可能造成控制系统恒定地使风力涡轮机叶片俯仰并使外罩偏航，从而造成相关联的风力涡轮机控制电动机过热。
根据本发明，提供了一种方法，其在桨距电动机温度超过第一预定值时允许桨距控制电动机在风力涡轮机继续操作的同时停止下来，即使在降低的功率输出的条件下。具体地说，替代桨距控制电动机继续响应控制系统的正常输出基于风力条件来设定桨距角，控制系统将提供固定的桨距角命令，并容许叶片保持在固定的桨距角下，同时使桨距控制电动机停止并冷却。然而，如果桨距控制电动机温度上升到高于第一预定值的第二预定值以上时，那么就关闭涡轮，以防止对桨距控制电动机造成过热损伤。
固定的桨距角大于由控制系统基于风力条件所提供的桨距角的正常值。在更大的固定的桨距角下，风力涡轮机的输出功率将减少。然而，基于固定的桨距角和风速可优化变换器扭矩控制，从而最大限度地增加固定的桨距角的功率输出。在桨距控制电动机经过足够的停止时间之后，可使桨距控制恢复至按设计桨距控制和全功率输出下的正常操作。基于测量温度可确定足够的停止时间使桨距控制电动机返回低于第一预定温度的可接受的温度值或容许足够的停止时间使得桨距控制电动机的温度应返回至可接受的值。该方法在风力涡轮机保护和功率生产之间提供了良好的平衡。
图4显示了在正常桨距控制和降级的桨距控制下的功率生产和风速之间的关系。曲线B2ATB0 410显示了对于正常桨距控制下的操作，功率生产对风速的关系。曲线B1BTB0 420显示了在固定的桨距角αB下(其中αB大于αT)降级的功率生产对风速的关系。图5曲线510显示了针对图4的不同的操作点530的桨距角520。
根据图4，在风速VT和正常桨距控制下，在桨距角αT下输送全功率输出。当桨距电动机发生超温故障时，建立桨距角αB，使风力涡轮机的功率输出下降至BT。在固定的桨距角αB下的操作提供了沿着B1BTB0曲线降低的功率输出，然而该操作提供了风力涡轮机操作的连续性，同时桨距控制电动机在固定的桨距角下停止并冷却。如果风速增加至VB0以上，那么可能需要使桨距角进一步顺桨(feather)，以防止过载。如果桨距控制电动机的温度返回至超温条件以下，那么可将桨距控制恢复正常。作为备选，控制函数可在预定的时间周期之后恢复正常桨距操作，其中这段时间被设定为容许冷却。
更具体地说，如果桨距控制电动机的温度超过第一预定温度，风力涡轮机控制系统的用于桨距控制电动机的控制函数可激励桨距控制电动机以建立固定的桨距角αB。如本领域中已知的那样，第一预定温度可基于限制电动机绕组由于过热而受到长期损害。如果桨距控制电动机的温度超过比第一预定温度更高的第二预定温度，那么故障条件可能造成风力涡轮机跳脱或停机。如本领域中已知的那样，第二预定温度可以是桨距控制电动机将被迅速损伤的温度。
固定的桨距角αB可考虑发生超温故障条件之前的一段时间周期内的风速进行选择。风力涡轮机系统可包括风速测量装置、风速记录功能以及确定在风力涡轮机控制电动机发生超温条件周期内的风速的范围。基于风速历史范围可选择固定的桨距角αB，以防止风力涡轮机超负荷或过度应力。
类似地，根据本发明，提供了一种方法，其允许偏航控制电动机停止，而风力涡轮机继续操作，即使是在降低的功率输出下。因为风力涡轮机的转子叶片可能不再与风向对准，所以风力涡轮机和其叶片可能遭遇非对称的负荷。类似于桨距控制方法，如果偏航控制电动机的温度超过第一预定温度，那么可停止偏航控制电动机的操作，同时使偏航控制电动机冷却。当偏航控制电动机的温度冷却到第一预定温度以下时，用于偏航的控制函数可返回正常操作。如果偏航控制电动机的温度超过第二预定温度，那么可使风力涡轮机跳脱或停机，其中第二预定温度高于第一预定温度。
在偏航控制电动机以高于第一预定温度的温度进行操作期间，可调整用于桨距的控制函数，以便在偏航控制电动机停止的同时防止风力涡轮机构件由于与风的不对准而产生过度应力。这种在停止偏航控制的同时对桨距控制的修改可包括对于给定的风力条件范围采用更大的桨距角或固定的桨距角，以便在停止偏航控制的同时进行操作。
图6显示了对于风力涡轮机控制电动机的超温条件做出创新响应的控制系统600的示例性配置。图3中宽泛地描述的控制系统600还可包括用于对风力涡轮机控制电动机(WTCM)610上的超温条件做出响应的控制函数605。控制函数605可为WTCM控制器提供信号625，用于WTCM 610的正常操作和超温操作。WTCM 610可以是由电压626驱动的直流电动机，该电压626产生于WTCM控制器620中或由WTCM控制器620控制，或者WTCM 610可以是由电压626驱动的交流电动机，该电压626由WTCM控制器来控制。
WTCM 610还可包括温度传感器630，例如但并不局限于电阻式温度检测器。温度传感器630可位于WTCM 610中，从而感测电动机绕组的温度。控制系统还可包括控制电动机位置传感器640。控制电动机位置传感器640可感测电动机的旋转，从中可推断出经由齿轮装置的受控输出的位置，例如转子叶片(图1)的位置或偏航板(图2)的旋转。转子叶片位置或偏航板的旋转还可由输入到控制系统的专用传感器(未显示)来感测。
电动机温度信号635和电动机位置传感器信号645通过WTCM控制器620而提供给WTCM控制函数605。风力传感器650可将关于风速和风向的信息信号655提供给WTCM控制函数605，以用于确定WTCM过热期间的固定桨距角的安全设定。WTCM控制函数605可在存储器中包括第一预定温度和第二预定温度，其可与WTCM温度信号635进行比较，以启动对超温条件的响应。
图7显示了在风力涡轮机控制电动机的超温条件期间用于桨距控制和偏航控制的操作的流程图。在步骤10中，风力涡轮机控制电动机(WTCM)根据本领域中众所周知的正常控制系统功能进行操作。在步骤15中，监测用于控制WTCM的风力涡轮机参数，包括电动机绕组温度和风力涡轮机附近的风力条件。在步骤20中，确定WTCM的温度是否超过第一预定温度。如果不超过第一预定温度，那么就根据步骤10继续依据正常风力涡轮机控制函数的操作。如果超过第一预定温度，那么就在步骤25中确定WTCM是否超过更高的第二预定温度。
如果超过第二预定温度，那么就在步骤30中使风力涡轮机跳脱以防止对WTCM造成损伤。在步骤35中，确定并校正超温故障的原因。在步骤40中，使风力涡轮机返回为服务，通过步骤10进行监测。
在步骤25中，如果WTCM温度不超过第二预定温度，那么就在步骤45中确定WTCM是否是桨距控制电动机。如果WTCM是桨距控制电动机，那么修改的控制函数在步骤50中采用在超温事件之前的风力历史而确定用于继续风力涡轮机操作的固定桨距角。在步骤55中，桨距控制电动机建立之前确定的固定桨距角，并且在桨距控制电动机停止的同时继续涡轮操作。在步骤60中，如果WTCM的温度已经返回到第一预定温度以下，那么就在步骤10中恢复WTCM的正常操作。如果WTCM的温度仍保持在第一预定温度或其以上时，那么就在步骤45中，继续在电动机的停止序列下操作。
在步骤65中，如果WTCM是偏航控制电动机，那么就停止偏航控制运动，以容许根据修改的控制函数进行冷却的时间。此外，在步骤75中，根据用于过热的偏航控制电动机的操作而修改的控制函数，可以确定桨距控制电动机在固定桨距角下操作，以便在偏航电动机停止的同时进行连续操作。在步骤60中，如果偏航控制电动机的温度返回到第一预定温度以下，那么就在步骤10中恢复正常的WTCM操作。
因而应该懂得，本发明的配置提供了一种有效的控制策略以调节风力涡轮机控制电动机在超温条件期间的操作。在超温条件期间的连续操作提供了来自风力涡轮机的有限的输出功率，其否则是不可得到的。此外，当风力涡轮机控制电动机上的超温条件结束时，本发明使风力涡轮机返回到全功率输出。
虽然已经就各种特定的实施例描述了本发明，但是本领域中的技术人员应该认识到可利用在权利要求的精神和范围内的变型来实践本发明。
Claims (20)
1.一种响应于风力涡轮机控制电动机上的超温条件而操作风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括风力涡轮发电机、变换器和至少一个转子叶片，所述方法包括：
监测至少一个风力涡轮机控制电动机的温度；
监测针对所述风力涡轮机的风速；
当所述至少一个风力涡轮机控制电动机的温度低于第一预定温度时，根据正常风力涡轮机控制函数来控制所述风力涡轮机的操作；
当所述至少一个风力涡轮机电动机的温度超过所述第一预定温度时，修改所述风力涡轮机控制函数，以便在针对所述至少一个风力涡轮机控制电动机的操作方案下继续所述风力涡轮机的操作；和
当所述至少一个风力涡轮机电动机的温度下降到所述第一预定温度以下时，根据所述风力涡轮机控制函数而恢复所述风力涡轮机的正常操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：当所述至少一个风力涡轮机控制电动机的温度超过第二预定温度时关闭所述风力涡轮机，其中，所述第二预定温度高于所述第一预定温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监测至少一个风力涡轮机控制电动机的温度的步骤包括：监测用于所述风力涡轮机的所述控制电动机的绕组温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监测风速的步骤包括：
测量所述风力涡轮机附近的风速；
记录所述风力涡轮机附近的风速的历史；
确定在所述温度超过所述至少一个风力涡轮机控制电动机的所述第一预定温度之前的一个时间周期内的风速的范围。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个风力涡轮机控制电动机包括至少一个桨距控制电动机。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，修改所述风力涡轮机控制函数的所述步骤还包括：
当至少一个桨距控制电动机的温度的范围高于所述第一预定温度并且低于所述第二预定温度时，将所述风力涡轮机的所有桨距控制电动机的桨距角设定为更大的固定角度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，设定桨距角的步骤还包括：根据在所述至少一个风力涡轮机控制电动机的温度超过所述第一预定温度之前的风速的范围而设定所述更大的固定角度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：针对所述固定的桨距角而优化变换器扭矩控制。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个风力涡轮机控制电动机包括偏航电动机。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：当所述偏航电动机的温度的范围高于所述第一预定温度且低于所述第二预定温度时，对于受到影响的桨距控制电动机将桨距角设定为更大的固定角度。
11.一种风力涡轮机，包括：
通过转子轴而操作地连接在转子毂上的风力涡轮发电机，所述转子毂包括至少一个转子叶片；
至少一个风力涡轮机控制电动机；
适于控制所述风力涡轮机的操作的风力涡轮机控制系统，所述风力涡轮机控制系统包括用于所述至少一个风力涡轮机控制电动机的操作方案；
所述风力涡轮机控制系统的控制函数，所述控制函数适于当所述至少一个风力涡轮机电动机的操作温度超过第一预定温度时，在用于所述至少一个风力涡轮机控制电动机的修改的操作方案下继续所述风力涡轮机的操作；
用于所述至少一个风力涡轮机控制电动机的温度测量系统，其中，对于所述风力涡轮机控制系统的所述控制函数提供了针对所述至少一个风力涡轮机控制电动机的温度测量。
12.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其特征在于，所述控制函数还包括：当所述风力涡轮机控制电动机的温度超过第二预定温度时关闭所述风力涡轮机，其中，所述第二预定温度大于所述第一预定温度。
13.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其特征在于，针对所述至少一个风力涡轮机控制电动机的所述温度测量包括绕组温度。
14.根据权利要求12所述的风力涡轮机，其特征在于，还包括风速监测功能，所述风速监测功能包括用于下者的工具：测量所述风力涡轮机附近的风速；记录所述风力涡轮机附近的风速的历史；以及确定在所述温度超过所述至少一个风力涡轮机控制电动机的所述第一预定温度之前的一个时间周期内的风速的范围。
15.根据权利要求13所述的风力涡轮机，其特征在于，针对所述修改的操作方案的所述控制函数包括：
在温度高于所述第一预定温度并且低于所述第二预定温度的情况下，对于受到影响的桨距控制电动机将桨距角设定在更大的固定角度处。
16.根据权利要求15所述的风力涡轮机，其特征在于，针对更大的桨距角的设定还包括：
根据在所述至少一个风力涡轮机控制电动机的温度超过所述第一预定温度之前的风速的范围而设定所述更大的固定角度。
17.根据权利要求16所述的风力涡轮机，其特征在于，还包括：针对所述固定的桨距角的优化的变换器扭矩控制。
18.根据权利要求16所述的风力涡轮机，其特征在于，针对所述修改的操作方案的所述控制函数还包括：
如果所述至少一个风力涡轮机控制电动机的温度超过第二预定温度，则关闭风力涡轮机的操作；以及
在所述至少一个风力涡轮机控制电动机的温度返回到所述第一预定温度以下之后，恢复正常的控制操作。
19.根据权利要求18所述的风力涡轮机，其特征在于，所述至少一个风力涡轮机控制电动机包括至少一个桨距控制电动机。
20.根据权利要求18所述的风力涡轮机，其特征在于，所述至少一个风力涡轮机控制电动机包括偏航电动机，并且所述控制函数还包括：当所述偏航电动机的温度超过风力涡轮机的第一预定温度时，停止偏航电动机的操作。
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|---|---|---|---|---|
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| US9062653B2 (en) * | 2010-08-23 | 2015-06-23 | Vestas Wind Systems A/S | Changing a mode of operation of a wind turbine |
| WO2012129721A1 (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-04 | General Electric Company | Method for adjusting power output of wind turbine |
| EP2691044A2 (en) * | 2011-03-30 | 2014-02-05 | Vestas Wind Systems A/S | Fault-tolerant fire protection system |
| EP2807742A2 (en) * | 2011-04-11 | 2014-12-03 | Faculty of Electrical Engineering and Computing | Generator-fault-tolerant control for a variable-speed variable-pitch wind turbine |
| DK2520795T3 (da) | 2011-05-03 | 2022-08-01 | Siemens Gamesa Renewable Energy As | Fremgangsmåde og beregningsmodul til bestemmelse af pitchvinkel-justeringssignaler af en vindmølle på basis af den maksimale rotationshastighed |
| US8965659B2 (en) | 2012-03-23 | 2015-02-24 | Hamilton Sundstrand Corporation | Speed control for a fixed pitch ram air turbine |
| CN102996337A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-03-27 | 安徽蜂鸟电机有限公司 | 一种风力发电机超速保护控制方法 |
| CN102996342A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-03-27 | 安徽蜂鸟电机有限公司 | 一种风力发电机超温保护控制方法 |
| CN102996338A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-03-27 | 安徽蜂鸟电机有限公司 | 一种风力发电机自动寻风及超温保护控制方法 |
| CN102996340A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-03-27 | 安徽蜂鸟电机有限公司 | 风力发电机自动寻风控制方法 |
| CN103075300A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-05-01 | 安徽蜂鸟电机有限公司 | 一种风力发电机自动寻风及超转速保护控制方法 |
| CN102996336A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-03-27 | 安徽蜂鸟电机有限公司 | 一种风力发电机控制方法 |
| EP2947312B1 (en) * | 2014-05-23 | 2019-09-25 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Method for operating a wind turbine |
| CN105529982B (zh) * | 2015-12-24 | 2018-12-11 | 南车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种用于风力发电机组中防变桨电机超温的控制方法 |
| CN106787973B (zh) * | 2016-12-12 | 2019-08-23 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 风力发电机组偏航电动机的驱动控制装置及方法 |
| US10439534B2 (en) * | 2017-12-29 | 2019-10-08 | General Electric Company | System and method for controlling switching device temperature of electrical power systems |
| CN110991666B (zh) * | 2019-11-25 | 2023-09-15 | 远景智能国际私人投资有限公司 | 故障检测方法、模型的训练方法、装置、设备及存储介质 |
| CN113446156B (zh) * | 2020-03-27 | 2023-07-11 | 新疆金风科技股份有限公司 | 变桨系统的状态监测方法、装置、设备及介质 |
| CN111706469A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-25 | 江苏灌创能源科技有限公司 | 一种新能源风力发电装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4339666A (en) * | 1980-12-24 | 1982-07-13 | United Technologies Corporation | Blade pitch angle control for a wind turbine generator |
| CN1270659A (zh) * | 1997-08-08 | 2000-10-18 | 佐德能源系统公司 | 可变速风轮机发电机 |
| CN101311527A (zh) * | 2007-05-23 | 2008-11-26 | 连云港杰瑞电子有限公司 | 一种风力发电机变桨距控制系统 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59150982A (ja) * | 1983-02-14 | 1984-08-29 | Toshiba Corp | 風力発電設備の発電機保護装置 |
| US6600240B2 (en) * | 1997-08-08 | 2003-07-29 | General Electric Company | Variable speed wind turbine generator |
| DE10011393A1 (de) | 2000-03-09 | 2001-09-13 | Tacke Windenergie Gmbh | Regelungssystem für eine Windkraftanlage |
| DE10109553B4 (de) * | 2001-02-28 | 2006-03-30 | Wobben, Aloys, Dipl.-Ing. | Luftdichteabhängige Leistungsregelung |
| US6703718B2 (en) * | 2001-10-12 | 2004-03-09 | David Gregory Calley | Wind turbine controller |
| CN100347442C (zh) * | 2003-08-07 | 2007-11-07 | 维斯塔斯风力系统有限公司 | 在公用电网中发生故障时控制连接到所述公用电网的风力涡轮机的方法、控制系统、风力涡轮机及其族 |
| US7095129B2 (en) | 2004-06-30 | 2006-08-22 | General Electric Company | Methods and apparatus for rotor load control in wind turbines |
| US8649911B2 (en) | 2005-06-03 | 2014-02-11 | General Electric Company | System and method for operating a wind farm under high wind speed conditions |
| US7476985B2 (en) | 2005-07-22 | 2009-01-13 | Gamesa Innovation & Technology, S.L. | Method of operating a wind turbine |
| EP1911968A1 (en) | 2006-10-10 | 2008-04-16 | Ecotecnia Energias Renovables S.L. | Control system for a wind turbine and method of controlling said wind turbine |
| US20080112807A1 (en) | 2006-10-23 | 2008-05-15 | Ulrich Uphues | Methods and apparatus for operating a wind turbine |
| WO2009003478A2 (en) * | 2007-06-29 | 2009-01-08 | Vestas Wind Systems A/S | Thermal monitoring of doubly-fed generator |
| WO2009076955A1 (en) * | 2007-12-14 | 2009-06-25 | Vestas Wind Systems A/S | Lifetime optimization of a wind turbine generator by controlling the generator temperature |
-
2009
- 2009-05-28 US US12/473,714 patent/US7780412B2/en active Active
-
2010
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4339666A (en) * | 1980-12-24 | 1982-07-13 | United Technologies Corporation | Blade pitch angle control for a wind turbine generator |
| CN1270659A (zh) * | 1997-08-08 | 2000-10-18 | 佐德能源系统公司 | 可变速风轮机发电机 |
| CN101311527A (zh) * | 2007-05-23 | 2008-11-26 | 连云港杰瑞电子有限公司 | 一种风力发电机变桨距控制系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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