CN101929430B - 风力涡轮机、在通信丢失期间对其操作的控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机(10)。涡轮机包括轮毂(16)、联接到轮毂的至少一个叶片(18)、风力涡轮机控制器(60)以及联接到至少一个叶片和风力涡轮机控制器的变桨控制器(40)。变桨控制器(40)配置成建立与风力涡轮机控制器的通信，检测与风力涡轮机控制器的通信的丢失，其中，在检测到通信丢失后，变桨控制器(40)进一步配置成：等待第一预定量的时间以等待通信恢复，独立地使至少一个叶片变桨到预定位置，等待第二预定量的时间以等待通信恢复，以及保持至少一个叶片处于预定位置，直到该至少一个叶片的旋转停止。本发明还涉及一种用于在通信丢失期间操作该风力涡轮机的方法以及一种联接到至少一个风力涡轮机叶片的控制系统。

Description

风力涡轮机、在通信丢失期间对其操作的控制系统和方法
技术领域
本申请大致涉及风力涡轮机，并且更具体地涉及用于在通信丢失期间操作风力涡轮机的方法和设备。
背景技术
已知的风力涡轮机将风的动能转换成电能。风力涡轮机包括一个或多个叶片，该叶片当吹来的风撞击叶片时旋转。风在风力涡轮机叶片上的流动产生升程，引起旋转，并且提供扭矩以产生动力。
至少一些已知的风力涡轮机包括多个在涡轮机内的控制器，其互相通信以控制风力涡轮机的内部构件。此类控制器可包括例如变桨控制器和风力涡轮机控制器。已知的变桨控制器改变风力涡轮机叶片的桨距角。更具体而言，已知的变桨控制器可基于存在的风力条件将叶片驱动至期望的操作桨距角，以有利于增强操作。变桨控制器还可使叶片旋转到非操作位置或顺桨位置，以有利于减少风对叶片引起的升程量。可使叶片顺桨以有利于防止损坏风力涡轮机，例如，在强风条件期间或在风力涡轮机故障状态期间。
已知的风力涡轮机控制器可用作风力涡轮机系统的主控制器。例如，可对已知的风力涡轮机控制器编程，以控制联接在风力涡轮机内的其它控制器，例如变桨控制器。在此类构型中，风力涡轮机控制器向其它控制器发出命令或控制消息，而其它控制器在受它们控制的构件上执行这些命令或控制消息。例如，风力涡轮机控制器可向变桨控制器发出命令，以使叶片变桨到限定的位置。
然而，风力涡轮机控制器，例如变桨控制器和风力涡轮机控制器，可能遭受周期性的彼此间通信的丢失。此类通信丢失可造成不希望有的结果。例如，在一种已知的风力涡轮机中，当变桨控制器与风力涡轮机控制器之间发生通信丢失时，风力涡轮机进入故障状态，在此状态下执行紧急制动程序并且经由机械制动和/或通过电池驱动的制动程序使转子叶片停止。此类程序可引起作用在风力涡轮机系统上的不希望有的负荷量，并且随着时间推移可缩短风力涡轮机的操作寿命。
在其它已知的风力涡轮机中，当变桨控制器与风力涡轮机控制器之间发生通信丢失时，变桨控制器使叶片顺桨。然而，风力涡轮机控制器由于通信丢失而未获知这一变桨。由此，如果通信恢复，则叶片所处的位置不同于风力涡轮机控制器预期的位置。因此，当通信恢复时，通常由于预期的叶片位置与实际叶片位置之间的差异而产生错误。根据错误的严重程度和数量，正常操作的恢复可能被抑制。
发明内容
在一个实施例中，提供一种用于在通信丢失期间操作风力涡轮机的方法。该方法包括将变桨控制器联接到至少一个风力涡轮机叶片并且将该变桨控制器联接到风力涡轮机控制器。该方法还包括在变桨控制器与风力涡轮机控制器之间建立通信并且检测变桨控制器与风力涡轮机控制器之间的通信的丢失。在检测到通信丢失后，该方法包括：等待经过第一预定量的时间，独立地使该至少一个风力涡轮机叶片变桨到预定位置，等待经过第二预定量的时间，以及保持该至少一个风力涡轮机叶片处于预定位置，直到该至少一个风力涡轮机叶片的旋转停止。
在另一实施例中，提供一种包括塔架、外罩、轮毂和至少一个叶片的风力涡轮机。该风力涡轮机还包括风力涡轮机控制器和变桨控制器，其中变桨控制器联接到该至少一个叶片和风力涡轮机控制器。变桨控制器配置成建立与风力涡轮机控制器的通信并且检测与风力涡轮机控制器的通信的丢失。在检测到通信丢失后，变桨控制器进一步配置成：等待经过第一预定量的时间，独立地使该至少一个叶片变桨到预定位置，等待经过第二预定量的时间，以及保持该至少一个叶片处于预定位置，直到该至少一个叶片的旋转停止。
在另一实施例中，提供一种用于风力涡轮机中的变桨控制器。该变桨控制器联接到至少一个风力涡轮机叶片和风力涡轮机控制器。该变桨控制器配置成建立与风力涡轮机控制器的通信并且检测与风力涡轮机控制器的通信的丢失。在检测到通信丢失后，该变桨控制器还配置成：等待经过第一预定量的时间，独立地使该至少一个风力涡轮机叶片变桨到预定位置，等待经过第二预定量的时间，以及保持该至少一个风力涡轮机叶片处于预定位置，直到该至少一个风力涡轮机叶片的旋转停止。
附图说明
图1是示例性风力涡轮机的侧视图。
图2是可用于图1所示的风力涡轮机的示例性风力涡轮机变桨控制系统的示意图。
图3是用于操作图1所示的风力涡轮机的示例性方法的流程图。
标号列表
10 风力涡轮机；12 塔架；14 外罩；16 轮毂；18 叶片；20 中线轴线；22 旋转轴线；40 变桨控制器；42 变桨驱动器；44 轮毂备用电源；46 叶片传感器；48 轮毂传感器；50 通信网络；52 齿轮箱；54 制动器；56 发电机；58 电池；60 风力涡轮机控制器；62 外罩控制器；64 通信丢失；66 外罩-轮毂网络；68 外罩-塔架网络；70 变桨控制系统；100 方法；102 将变桨控制器联接到风力涡轮机控制器；104 建立通信；106 开始/恢复正常操作；108 监测通信；110 检测通信是否丢失；112 触发通信警告；113 使叶片变桨到安全位置；114 经过第一时间量；116 是否重新建立通信？ 118 清除警告；120 触发故障消息；122 使叶片变桨到预定位置；124 经过第二时间量；126 重新建立通信；128 清除故障消息；130 风力涡轮机停止。
具体实施方式
图1示出示例性风力涡轮机10。在示例性实施例中，风力涡轮机10包括塔架12、联接到塔架12的外罩14、联接到外罩14的轮毂16以及至少一个联接到轮毂16的叶片18。塔架12为外罩14、轮毂16和叶片18提供支承。塔架12可具有如本领域中公知的高度和结构。
外罩14联接到塔架12。外罩14容纳用于将叶片18的转动能转换成电力的构件(未示出)。外罩14可如本领域中公知的那样构成。轮毂16联接到外罩14。轮毂16提供用于至少一个叶片18的可旋转壳体。轮毂16可如本领域中公知的那样构成。
至少一个叶片18联接到轮毂16。在示例性实施例中，三个叶片18联接到轮毂16。当风撞击叶片18时叶片18可绕旋转轴线22旋转。在示例性实施例中，各叶片18定向成大致垂直于地面。各叶片18旋转通过基本相同的旋转平面并且基本平行于塔架12的中线轴线20。各叶片18可如本领域中公知的那样构成。
在操作期间，当风撞击叶片18时，叶片18绕轮毂16旋转，并且叶片18将风的动能转换成转动能。更具体而言，叶片18的旋转使外罩14内的齿轮箱(未示出)旋转。齿轮箱联接到外罩14内产生电力的发电机(未示出)。在备选实施例中，风力涡轮机10不包括齿轮箱，而是，电力通过延伸通过塔架12的电缆组件(未示出)传输。电缆组件将电力传送至电网或其它目的地。
图2示出可用于风力涡轮机10(在图1中示出)的示例性风力涡轮机变桨控制系统70的示意图。控制系统70联接到轮毂16、叶片18、外罩14和塔架12内的构件。在示例性实施例中，轮毂16包括变桨控制器40、至少一个变桨驱动器42、轮毂备用电源44和轮毂传感器48。变桨控制器40通过变桨驱动器42联接到叶片18。在一个实施例中，轮毂16包括三个变桨驱动器42，使得变桨控制器40经由相应的变桨驱动器42联接到各叶片18。
在示例性实施例中，变桨控制器40位于轮毂16内并且控制例如叶片18的桨距角(未示出)和/或相对位置(未示出)。此外，变桨控制器40经由通信网络50与风力涡轮机控制器60通信。在示例性实施例中，变桨控制器40包括可编程逻辑控制器(PLC)。在备选实施例中，变桨控制器40包括微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)或任何其它能使变桨控制器40如文中所述操作的可编程电路。如文中所用，用语“控制”包括但不仅限于通过执行一个或多个主体构件的监视和监督和/或引导其操作而发出待执行的命令。用语“控制”还包括调整型控制，例如反馈环调整。
在示例性实施例中，变桨驱动器42从变桨控制器40接收一个或多个变桨命令，并且作为响应而使叶片18旋转到由变桨命令确定的位置和/或桨距角。变桨驱动器42可使用例如液压、电动或齿轮驱动装置来旋转叶片18。在示例性实施例中，轮毂传感器48确定对轮毂16引起的旋转速度和/或负荷。轮毂备用电源44可包括例如电池、磁能储存设备或一个或多个电容器。轮毂备用电源44在发生与外罩14的通信丢失64的情况下向轮毂16内的构件，如变桨控制器40、变桨驱动器42以及轮毂传感器48提供电力。如文中所用，用语“通信丢失”包括相应构件之间不可靠或不完整的数据和/或控制通信状态，并且还包括诸如，例如由于硬件故障、软件故障和/或网络故障，以及构件之间不稳定的通信而引起的通信故障。例如，通信丢失64可因来自通信网络50的一个或多个丢失或损坏的信号或数据包而产生，或因通信网络50中一个或多个信号的信号强度的减弱或增强而产生。如文中所用，“通信丢失”还可因两个构件之间的电力丢失而产生。此外，如图2所示，通信丢失64也可由于外罩-轮毂网络66或外罩-塔架网络68中的故障而发生。此外，通信丢失64可由于变桨控制器40、风力涡轮机控制器60和/或通信网络50中使用的任何其它构件中的故障而发生。
在示例性实施例中，各叶片18包括与其联接的叶片传感器46。各叶片传感器46还联接到变桨控制器40。叶片传感器46使得能够确定对各叶片18引起的旋转速度和/或负荷。
在示例性实施例中，外罩14包括齿轮箱52、制动器54、发电机56、电池58和外罩控制器62。在备选实施例中，外罩14不包括齿轮箱52。在另一备选实施例中，外罩14不包括外罩控制器62。在示例性实施例中，齿轮箱52能够加快由叶片18的旋转驱动的主转子轴(未示出)的旋转，从而引起更大量的至发电机56的转动能。制动器54可在故障或其它错误状态的情况下向发电机56和/或风力涡轮机10的操作提供紧急停止能量。发电机56将主转子轴的转动能转换成电能。发电机56可属于任何合适的类型，例如且不限于，绕线转子感应发电机，例如双馈感应发电机。电池58在通信丢失64的情况下向外罩14和塔架12构件提供备用电力。
外罩控制器62控制外罩14内的构件如齿轮箱52、制动器54、发电机56和/或电池58的操作。在示例性实施例中，外罩控制器62经由通信网络50联接到变桨控制器40和风力涡轮机控制器60。更具体而言，在示例性实施例中，外罩控制器62经由外罩-轮毂网络66联接到变桨控制器40，并经由外罩–塔架网络68联接到风力涡轮机控制器60。
在示例性实施例中，风力涡轮机控制器60位于塔架12内。在备选实施例中，风力涡轮机控制器60位于外罩14内。此外，在示例性实施例中，风力涡轮机控制器60作为风力涡轮机10和变桨控制系统70的主控制器操作，并且可包括配置成执行控制算法的计算机或其它处理器。如文中所用，用语“处理器”包括任何包括系统和微控制器的可编程系统、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)以及任何其它能够执行文中所述功能的电路。以上实例只是示例性的，并且因此并非旨在以任何方式限制用语“处理器”的定义和/或含义。风力涡轮机控制器60可控制风力涡轮机10的其它控制器，如变桨控制器40，与其它风力涡轮机(未示出)和/或风力发电场管理系统(未示出)通信，并执行错误处理和操作优化。此外，风力涡轮机控制器60还可执行SCADA(监测、控制与数据采集)程序。
轮毂16经由通信网络50联接到外罩14和塔架12。通信网络50包括外罩-轮毂网络66和外罩-塔架网络68。更具体而言，在示例性实施例中，轮毂16经由外罩-轮毂网络66联接到外罩14，而外罩14经由外罩-塔架网络68联接到塔架12。此外，变桨控制器40经由外罩-轮毂网络66并经由外罩-塔架网络68联接到风力涡轮机控制器60。在示例性实施例中，外罩-轮毂网络66使用滑环连接以经由串行通信协议或另一种通信协议(如电力线路宽带(BPL))传输信号。在备选实施例中，外罩-轮毂网络66包括任何其它能使网络66如文中所述操作的连接。在示例性实施例中，外罩-塔架网络68包括一个或多个此类连接，如以太网LAN、无线LAN、控制器区域网络(CAN)总线、光纤连接或任何其它能使外罩-塔架网络68如文中所述操作的通信连接(均未示出)。
在操作期间，叶片18的旋转使主转子轴旋转，引起发电机56产生电力。风力涡轮机控制器60使用叶片传感器46和/或轮毂传感器48监测叶片18的旋转速度和负荷。如果风速超过风力涡轮机10的额定速度，则风力涡轮机控制器60向变桨控制器40传输控制命令以按需要增加或减小叶片18的桨距角，以有利于减少风对叶片18引起的升程。在示例性实施例中，风力涡轮机控制器60经由通信网络50向变桨控制器40传输此类控制命令。在接收控制命令后，变桨控制器40通过引导变桨驱动器42使叶片18以控制命令中指定的量旋转而执行控制命令。具体而言，响应控制命令，变桨驱动器42使叶片18旋转到变桨控制器40指定的桨距角。
在示例性实施例中，变桨控制系统70至少部分依赖于通信网络50在风力涡轮机控制器60与变桨控制器40之间进行通信。然而，如果通信网络50易于出错，或者如果变桨控制器40和/或风力涡轮机控制器60的一个或多个构件易于出错或失效，则可能引起风力涡轮机控制器60与变桨控制器40之间的通信丢失。在示例性实施例中，如以下更详细地描述，变桨控制系统70被编程为对此类情形作出响应，以有利于防止损坏风力涡轮机10并且有利于减少风力涡轮机10在减少的电力输出、无电力输出和/或降低的操作效率下操作的时间量。
图3示出用于在通信丢失64(在图2中示出)期间操作风力涡轮机10(在图1中示出)的示例性方法100的流程图。在示例性实施例中，变桨控制器40(在图2中示出)联接到风力涡轮机控制器60(在图2中示出)。更具体而言，在示例性实施例中，变桨控制器40经由通信网络50(在图2中示出)联接102到风力涡轮机控制器60。
在变桨控制器40已联接102到风力涡轮机控制器60后，变桨控制器40与风力涡轮机控制器60之间建立104通信。在示例性实施例中，建立104通信包括一个或多个初始“握手”程序，其用来确定例如数据传输速度、一个或多个错误协议、和/或内部时钟的同步。此外，握手程序可包括向变桨控制器40和风力涡轮机控制器60传输由风力涡轮机控制器60预先确定的故障参数，以在通信丢失64的情况下使用。在示例性实施例中，此类故障参数包括故障俯仰速度(pitch rate)、故障桨距角、安全俯仰速度和安全桨距角。风力涡轮机控制器60可通过参考通过软件程序如SCADA程序储存在存储位置中的一个或多个值或算法或通过参考储存在风力涡轮机控制器60的固件或硬连线电路中的一个或多个值或算法而建立初始、预定的故障参数。备选地，远程用户可访问风力涡轮机控制器60并在变桨控制器40与风力涡轮机控制器60之间建立104通信之前建立将在通信丢失64的情况下使用的故障参数。故障桨距角限定为在通信丢失64的情况下叶片18被变桨控制器40和变桨驱动器42(在图2中示出)驱动到的桨距角。在示例性实施例中，预定的故障桨距角为在叶片18(在图2中示出)的该桨距角下风基本上不能对叶片18引起升程(通常称为“顺桨”位置)。更具体而言，故障俯仰速度是在通信丢失64的情况下由变桨控制器40和变桨驱动器42对叶片18引起的旋转角速度。在示例性实施例中，预定的故障俯仰速度介于每秒约1度与约6度之间。在另一实施例中，预定的故障俯仰速度介于每秒约2度与约4度之间。
在备选实施例中，风力涡轮机控制器60可在建立104通信之后但在开始风力涡轮机10的正常操作106之前为变桨控制器40和风力涡轮机控制器60建立在通信丢失64的情况下使用的初始、预定的故障参数。在此实施例中，风力涡轮机控制器60向变桨控制器40传输预定的故障参数。变桨控制器40例如通过向存储位置或内部寄存器写入参数或使现场可编程门阵列(“FPGA”)配置成在通信丢失64期间向变桨驱动器42传输参数而储存故障参数。
在建立104通信后，风力涡轮机10开始正常操作106。在正常操作106期间，风力涡轮机10从风产生电力并且风力涡轮机控制器60有利于优化风对叶片18引起的升程量。风力涡轮机控制器60分别从传感器46和48(均在图2中示出)接收传感器数据，并且经由通信网络50向变桨控制器40发送控制命令，包括使叶片18变桨为给定的角度的命令。变桨控制器40从风力涡轮机控制器60接收控制命令并且引导变桨驱动器42对叶片18引起该给定的桨距角。变桨驱动器42使叶片18旋转到该给定的桨距角。更具体而言，在正常操作106期间，风力涡轮机控制器60确定叶片18的预期桨距角，其大致等于在传输到变桨控制器40的控制命令中给定的角度。由此，在正常操作106期间，变桨控制器40引导变桨驱动器42对叶片18引起桨距角，其大致等于由风力涡轮机控制器60确定的预期桨距角。由此，在正常操作106期间，叶片18的实际桨距角大致等于风力涡轮机控制器60的预期桨距角。
此外，在正常操作106期间，基于分别从传感器46和48接收的传感器数据，风力涡轮机控制器60可改变已预先传输到变桨控制器40的预定的故障桨距角和/或故障俯仰速度。例如，如果叶片18由于当前风力条件而以高旋转速度和/或高负荷操作，则风力涡轮机控制器60可为变桨控制器40建立在通信丢失64期间使用的新的故障参数，例如故障俯仰速度、故障桨距角、安全俯仰速度和安全桨距角。例如，在强风力条件下，与在处于较弱风力条件下的正常操作106期间采用的预定的故障参数相比，风力涡轮机控制器60可建立较高的故障和安全俯仰速度，和/或较高的故障和安全桨距角。在风力涡轮机控制器60建立将在通信丢失64期间使用的新的故障参数时，风力涡轮机控制器60向变桨控制器60传输该新的故障参数，并且变桨控制器40如上所述储存新的故障参数。
在正常操作106期间，变桨控制器40和风力涡轮机控制器60分别监测108控制器60和40之间的通信。变桨控制器40和风力涡轮机控制器60可检测110通信网络50内的通信丢失64。在示例性实施例中，变桨控制器40和风力涡轮机控制器60各包括内部计数器(未示出)，其在成功接收数据包后独立地增加代表当前包计数的值。例如，风力涡轮机控制器60向变桨控制器40传输数据包，其包括由风力涡轮机控制器60的内部计数器计算出的代表当前包计数的值。当变桨控制器40接收带有所包括的包计数值的包时，变桨控制器40将所传输的包计数值与代表基于变桨控制器40的内部计数器所确定的当前包计数的值进行对比。如果来自变桨控制器40的内部计数器的值等于从风力涡轮机控制器60传输的包计数值，则变桨控制器40确定没有包丢失或损坏，从而不存在或未发生通信丢失64。当变桨控制器40向风力涡轮机控制器60传输数据包时操作是相同的。如果检测到110没有通信丢失64，则风力涡轮机10保持处于正常操作106，并且继续监测108变桨控制器40与风力涡轮机控制器60之间的通信。
然而，如果变桨控制器40和/或风力涡轮机控制器60检测到110通信丢失64，则检测构件，即控制器40和/或控制器60，触发112通信警报。例如，通过激活内部寄存器中的控制标识，通过向内部存储位置写入值，和/或通过使警告灯或发光二极管(LED)通电，变桨控制器40和/或风力涡轮机控制器60可触发112通信警告。通信警告也可通过分别向其它传感器40或60传输警告消息而触发112，以分别确保控制器40和60均获知通信丢失64。
在示例性实施例中，在已触发112通信警告后，变桨控制器40引导变桨驱动器42使叶片变桨113到预定的安全位置。在示例性实施例中，预定的安全位置是上述故障参数中包含的预定的安全桨距角。由此，当初始建立104通信时，或在建立104通信后，可通过风力涡轮机控制器60初始确定预定的安全位置并将其传输到变桨控制器40。此外，可基于当前风力条件在正常操作106期间由风力涡轮机控制器60修改或调节该预定的安全位置，如上所述。风力涡轮机控制器60以安全俯仰速度改变其预期桨距角以与安全桨距角同步，如上所述。在示例性实施例中，预定的安全位置为小于顺桨位置的桨距角的桨距角。在另一实施例中，该预定的安全位置约为10°。在备选实施例中，叶片18在方法100的执行期间不被变桨113到预定的安全位置。
在触发112通信警告后，变桨控制器40或风力涡轮机控制器60均不被激活，直到已经经过114第一预定量的时间，以确保变桨控制器40与风力涡轮机控制器60之间的通信尚未被恢复或不能在短时间内恢复。例如，在示例性实施例中，必须经过114介于100毫秒与1秒之间的第一预定量的时间。在另一实施例中，变桨控制器40和风力涡轮机控制器60等待大约0.5秒的第一预定量的时间以便通信恢复。在等待经过114第一预定量的时间的同时，变桨控制器40和风力涡轮机控制器60尝试重新建立116通信。在示例性实施例中，使用与当初始建立104通信时所使用的相同的交换握手信号或包的程序重新建立116通信。
如果变桨控制器40和风力涡轮机控制器60重新建立116通信，则变桨控制器40和/或风力涡轮机控制器60清除118通信警告并且继续正常操作106。例如，通过重置内部寄存器中的控制标识，向内部存储位置写入值，和/或通过使警告灯或发光二极管(LED)断电，可清除118通信警告。此外，也可通过向变桨控制器40或风力涡轮机控制器60传输指示已重新建立116通信的消息而清除118通信警告。
如果在已经经过114第一预定量的时间后通信还未重新建立116，则变桨控制器40和/或风力涡轮机控制器60触发120故障消息。例如，通过激活内部寄存器中的控制标识，通过向内部存储位置写入值，和/或通过使故障灯或发光二极管(LED)通电，变桨控制器40和/或风力涡轮机控制器60可触发120故障消息。可通过向变桨控制器40和/或风力涡轮机控制器60传输故障消息而触发120故障消息，以确保控制器40和60分别获知持续的通信丢失64。
在触发120故障消息后，变桨控制器40独立地使叶片以预定的角速度变桨122到预定位置。该预定位置是当通信建立104时和/或在正常操作106期间风力涡轮机控制器60传输到变桨控制器40的最近的故障桨距角。同样，预定角速度是当通信建立104时和/或在正常操作106期间风力涡轮机控制器60传输到变桨控制器40的最近的故障俯仰速度。如文中所用，用语“独立地”是指一个构件的操作在方向和控制上不同于另一构件。由此，变桨控制器40在通信丢失64期间，即在风力涡轮机控制器60不能与变桨控制器40通信的情况下，独立地使叶片变桨122。在示例性实施例中，预定位置为与叶片18的顺桨位置对应的角度。
当变桨控制器40独立地使叶片以预定角速度变桨122到预定位置时，风力涡轮机控制器60以变桨控制器40所使用的相同的预定角速度独立地改变其预期的桨距角。换句话说，当变桨控制器40引导变桨驱动器42使叶片以预定角速度变桨122到预定位置时，风力涡轮机控制器60相应调节其预期桨距角。由此，风力涡轮机控制器60在通信丢失64期间保持其预期桨距角与叶片18的实际桨距角同步。因此，风力涡轮机控制器60和变桨控制器40有利于一旦通信重新建立116就恢复正常操作106。结果，避免了由于叶片18处于一个桨距角而风力涡轮机控制器60预期不同的或第二桨距角而发生的通常与通信的恢复相关的潜在问题。
在变桨控制器40独立地使叶片变桨122到预定位置后，变桨控制器40和风力涡轮机控制器60等待经过124第二预定量的时间，以确保通信还未恢复或不能在短时间内恢复。在示例性实施例中，第二预定量的时间介于约0.5秒与约2秒之间。在另一实施例中，第二预定量的时间约为1秒。在示例性实施例中，当变桨控制器40和风力涡轮机控制器60等待经过124第二预定量的时间时，变桨控制器40和风力涡轮机控制器60还尝试重新建立126通信，如上所述。在示例性实施例中，在等待经过124第二预定量的时间以及尝试重新建立126通信时的基本上的同时或在重叠的时间，使叶片18变桨122到预定位置。
如果变桨控制器40和风力涡轮机控制器60在经过124第二预定量的时间之前成功地重新建立126通信，则变桨控制器40和/或风力涡轮机控制器清除128之前已触发120的故障消息。更具体而言，在示例性实施例中，例如，通过重置内部寄存器中的控制标识，通过向内部存储位置写入值，或通过使故障灯或发光二极管(LED)断电，可清除128故障消息。在清除128故障消息后，变桨控制器40和/或风力涡轮机控制器60如上所述清除118通信警告。在清除118通信警告后，变桨控制器40和风力涡轮机控制器60恢复正常操作106。在备选实施例中，清除128故障消息和清除118通信警告的次序是可互换的，使得它们可以以任何次序或基本上同时发生。
如果变桨控制器40和风力涡轮机控制器60不能在经过124第二预定量的时间之前重新建立126通信，则变桨控制器40保持叶片18处于预定位置，直到叶片18的旋转停止。此时，风力涡轮机10停止操作130，并且保持在故障状态直到被远程或现场用户重置为止。
在此使用的实例只是说明性的，并且并不意味着局限于这些实例的元件。
上述实施例提供了用于在通信丢失期间操作风力涡轮机的有效且成本划算的方法。该方法改善了风力涡轮机在通信丢失期间操作并且在通信恢复后保持操作的能力。示例性实施例提供两个等待时段，在此期间可恢复通信，并且在此之后风力涡轮机可恢复正常操作。这使得风力涡轮机在通信丢失期间能够更有效地操作并且保持操作，否则在通信丢失期间风力涡轮机将停机。
此外，示例性实施例有利于在通信丢失期间保护叶片和其它风力涡轮机构件。示例性实施例使变桨控制器在通信丢失持续的情况下将叶片驱动到顺桨位置。这有利于防止当风力涡轮机控制器不能够限制叶片的速度时叶片超过风力涡轮机的额定速度而损坏风力涡轮机。备选实施例使变桨控制器能够在等待通信恢复的同时使叶片变桨到中间安全位置。此实施例和示例性实施例有利于保护叶片和风力涡轮机的其它构件在通信丢失期间免于损坏。
以上详细描述了风力涡轮机、变桨控制器和用于在通信丢失期间操作风力涡轮机的方法的示例性实施例。方法、风力涡轮机和控制器并不局限于文中所述的特定实施例，相反，涡轮机构件和/或控制器和/或方法的步骤可与文中所述的其它构件和/或步骤独立地和分开地利用。例如，控制器也可结合其它系统和方法使用，且并不局限于仅通过如文中所述的风力涡轮机和方法实施。相反，可结合许多其它风力涡轮机应用来实现和利用示例性实施例。
虽然本发明的各种实施例的特定特征可能在一些附图中示出而在其它附图中未示出，但这只是为了方便。按照本发明的原理，附图的任何特征可结合任何其它附图的任何特征进行参考和/或主张权利。
此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种用于在通信丢失期间操作风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括至少一个风力涡轮机叶片、风力涡轮机控制器以及变桨控制器，所述变桨控制器联接到所述至少一个风力涡轮机叶片和所述风力涡轮机控制器，所述方法包括：
在所述变桨控制器和所述风力涡轮机控制器之间建立通信；以及
检测所述变桨控制器与所述风力涡轮机控制器之间的通信的丢失，其中，在检测到通信丢失后，所述方法还包括：
    使用所述变桨控制器使所述至少一个风力涡轮机叶片变桨到预定的安全位置；
    在通信丢失期间，由所述风力涡轮机控制器计算所述至少一个风力涡轮机叶片的预期变桨位置，使得所述预期变桨位置在通信丢失期间大致等于所述至少一个风力涡轮机叶片的实际变桨位置；
    保持所述至少一个风力涡轮机叶片处于所述预定的安全位置，直到第一预定量的时间经过；
    独立地使所述至少一个风力涡轮机叶片变桨到预定位置；
    等待第二预定量的时间经过；以及
    保持所述至少一个风力涡轮机叶片处于所述预定位置，直到所述至少一个风力涡轮机叶片的旋转停止。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在检测到通信丢失后，触发通信警告。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在独立地使所述至少一个风力涡轮机叶片变桨到所述预定位置之前，触发故障消息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在确定所述变桨控制器与所述风力涡轮机控制器之间已重新建立通信后，恢复所述风力涡轮机的正常操作。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定的安全位置的桨距角小于所述预定位置的桨距角。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，独立地使所述至少一个风力涡轮机叶片变桨到所述预定位置还包括使所述至少一个风力涡轮机叶片以预定角速度变桨到预定位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括计算预期俯仰速度，所述预期俯仰速度以所述至少一个风力涡轮机叶片的所述预定角速度改变，其中，所述预期俯仰速度基本匹配所述至少一个风力涡轮机叶片在给定时间的桨距角。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述风力涡轮机的操作期间，修改所述至少一个风力涡轮机叶片的所述预定的安全位置、所述预定位置以及所述预定俯仰角速度中的至少一个。
9.一种风力涡轮机，包括：
轮毂；
联接到所述轮毂的至少一个叶片；
风力涡轮机控制器；以及
联接到所述至少一个叶片和所述风力涡轮机控制器的变桨控制器，所述变桨控制器配置成：
      建立与所述风力涡轮机控制器的通信；
      检测与所述风力涡轮机控制器的通信的丢失，其中，在检测到通信丢失后，所述变桨控制器进一步配置成：
          使所述至少一个叶片变桨到预定的安全位置；
          保持所述至少一个叶片处于所述预定的安全位置，直到第一预定量的时间经过；
          独立地使所述至少一个叶片变桨到预定位置；
          等待第二预定量的时间用于通信恢复；以及
          保持所述至少一个叶片处于所述预定位置，直到所述至少一个叶片的旋转停止，其中，所述风力涡轮机控制器配置成在通信丢失期间独立地计算所述至少一个叶片的预期变桨位置，使得所述预期变桨位置在通信丢失期间大致等于所述至少一个叶片的实际变桨位置。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机控制器进一步配置成在检测到通信丢失后触发通信警告。
11.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机控制器进一步配置成在所述至少一个叶片被独立地变桨到所述预定位置之前触发故障消息。
12.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机控制器进一步配置成在所述变桨控制器与所述风力涡轮机控制器之间的通信重新建立后恢复所述涡轮机的正常操作。
13.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机控制器进一步配置成独立地使所述至少一个叶片以预定角速度变桨。
14.根据权利要求13所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机控制器进一步配置成计算预期俯仰速度，所述预期俯仰速度以所述至少一个叶片的预定角速度改变，以基本匹配所述至少一个叶片在给定时间的桨距角的速度。
15.根据权利要求14所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机控制器进一步配置成在所述风力涡轮机的操作期间修改所述至少一个叶片的所述预定的安全位置和所述预定俯仰角速度。
16.一种联接到至少一个风力涡轮机叶片的控制系统，所述控制系统包括：
风力涡轮机控制器；以及
联接到所述风力涡轮机控制器的变桨控制器，所述变桨控制器配置成：
      建立与所述风力涡轮机控制器的通信；以及
      检测与所述风力涡轮机控制器的通信的丢失，其中，在检测到通信丢失后，所述变桨控制器进一步配置成：
          使所述至少一个风力涡轮机叶片变桨到预定的安全位置；
          保持所述至少一个风力涡轮机叶片处于所述预定的安全位置，直到第一预定量的时间经过；
          独立地使所述至少一个风力涡轮机叶片变桨到预定位置；
          等待第二预定量的时间用于通信恢复；以及
          保持所述至少一个风力涡轮机叶片处于所述预定位置，直到所述至少一个风力涡轮机叶片的旋转停止，其中，所述风力涡轮机控制器配置成在通信丢失期间独立地计算所述至少一个风力涡轮机叶片的预期变桨位置，使得所述预期变桨位置在通信丢失期间大致等于所述至少一个风力涡轮机叶片的实际变桨位置。
17.根据权利要求16所述的控制系统，其特征在于，所述变桨控制器进一步配置成独立地使所述至少一个风力涡轮机叶片以预定角速度变桨。
18.根据权利要求16所述的控制系统，其特征在于，所述变桨控制器进一步配置成在所述变桨控制器与所述风力涡轮机控制器之间的通信重新建立后恢复所述变桨控制器的正常操作。
19.根据权利要求16所述的控制系统，其特征在于，所述预定的安全位置的桨距角小于所述预定位置的桨距角。
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