CN102022265A - 用于确定风力涡轮机的监测设定点极限的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于确定风力涡轮机的监测设定点极限的系统和方法。提供了一种风力涡轮机控制系统。该风力涡轮机控制系统包括：定位在风力涡轮机(10)的主体上或定位成紧邻该主体的大气条件传感器(58)，该大气条件传感器配置成测量至少一个大气条件；以及联接到大气条件传感器上的处理器(64)，该处理器配置成接收来自大气条件传感器的至少一个大气条件测量值，以及至少部分地基于该至少一个大气条件测量值来确定至少一个监测设定点极限。

Description

用于确定风力涡轮机的监测设定点极限的系统和方法
技术领域
本发明的领域大体涉及风力涡轮机操作的控制，且更具体而言涉及基于测得的大气条件来确定风力涡轮机的监测设定点极限。
背景技术
风力涡轮机发电机使用风能来产生电功率。风力涡轮机发电机典型地包括具有多个叶片的风力转子，叶片将风能转换成传动轴的旋转运动，传动轴继而用来驱动发电机的转子，以产生电功率。
大气条件(例如风速)的变化可显著地影响由风力涡轮机发电机产生的功率。风力涡轮机发电机的功率输出随着风速的增大而增大，直到风速达到涡轮机的额定风速为止。在额定风速处以及在额定风速以上，涡轮机以额定功率操作。额定功率是预定的输出功率，在该预定的输出功率处，风力涡轮机发电机可以以涡轮机构件的预定为可接受的疲劳水平操作。在高于某个速度(典型地称为“断开(trip)极限”或“监测设定点极限”)的风速处，风力涡轮机可停机，或者可通过调节叶片的桨距或对转子制动来减小负载，以便保护涡轮机构件不受损。在风力涡轮机的设计阶段期间典型地确定静态断开极限，并且因此静态断开极限不依赖于可在风力涡轮机的操作期间存在的变化的条件。典型地，风力涡轮机停机是代价高的。可引起维护成本，以便重新启动风力涡轮机，而且在风力涡轮机保持停机的同时损失了能量生产。
发明内容
在一方面，提供了一种用于控制风力涡轮机的操作的方法。风力涡轮机包括具有多个转子叶片的转子。该方法包括测量与风力涡轮机周围的环境相关联的大气条件，将测得的大气条件提供给处理器，以及至少部分地基于测得的大气条件来确定至少一个监测设定点极限。该方法还包括将至少一个监测设定点极限应用于风力涡轮机操作。
在另一方面，提供了一种用于组装构造成以至少一个可变的监测设定点极限操作的风力涡轮机的方法。该风力涡轮机包括系统控制器。该方法包括将大气条件传感器定位在风力涡轮机上或者定位成紧邻该风力涡轮机，将大气条件传感器联接到系统控制器上，以及将系统控制器配置成以便至少部分地基于由大气条件传感器测得的大气条件来确定至少一个监测设定点极限。
在又一方面，提供了一种用于有利于操作具有至少一个可变的监测设定点极限的风力涡轮机的方法。该风力涡轮机包括系统控制器。该方法包括将大气条件传感器配置成为系统控制器提供至少一个大气条件测量值。该方法还包括将系统控制器配置成以便接收至少一个大气条件测量值，以至少部分地基于该至少一个大气条件测量值来确定至少一个可变的监测设定点极限，以及将该至少一个可变的监测设定点极限应用于风力涡轮机操作。
在又一方面，提供了一种风力涡轮机控制系统。该风力涡轮机控制系统包括定位在风力涡轮机的主体上或定位成紧邻该主体的大气条件传感器。大气条件传感器配置成测量至少一个大气条件。该系统还包括联接到大气条件传感器上的处理器。处理器配置成接收来自大气条件传感器的至少一个大气条件测量值，以及至少部分地基于该至少一个大气条件测量值来确定至少一个监测设定点极限。
在又一方面，提供了一种用于确定风力涡轮机的至少一个监测设定点极限的、包含在计算机可读介质上的计算机程序。该程序包括至少一个代码段，该至少一个代码段接收由大气条件传感器提供的测得的大气条件数据，以及至少部分地基于接收到的大气条件数据来确定风力涡轮机的至少一个监测设定点极限。
附图说明
图1是示例性风力涡轮机的透视图。
图2是图1所示的风力涡轮机的一部分的局部剖面透视图。
图3是示例性风力涡轮机的示意图。
图4是用于控制风力涡轮机的操作的示例性方法的流程图。
图5是用于组装构造成以可变的监测设定点极限操作的风力涡轮机的示例性方法的流程图。
图6是用于有利于具有可变的监测设定点极限的风力涡轮机的操作的示例性方法的流程图。
图7是由图2所示的风力涡轮机控制系统执行的示例性过程的流程图。
部件列表：
10风力涡轮机
12主体
12机舱
14制动转子
16塔架
20旋转轴线
22轮毂
24叶片
26发电机
28转子轴
30发电机轴
32齿轮箱
34变频器
36盘式制动器
38偏转系统
39旋转轴线
40系统控制器
46转子控制器
48传感器
50传感器
52传感器
54传感器
56传感器
58大气条件传感器
62总线
64处理器
66随机存取存储器(RAM)
68储存装置
70只读存储器(Rom)
72输入输出装置(一个或多个)
74传感器接口
76变桨系统
100流程图
102方法
110测量与风力涡轮机周围的环境相关联的大气条件
112将测得的大气条件提供给处理器
114至少部分地基于测得的大气条件来确定至少一个监测设定点极限
120将至少一个监测设定点极限应用于风力涡轮机操作
140流程图
142方法
150将大气条件传感器定位在风力涡轮机的主体的外部的位置处
152将大气条件传感器联接到处理器上
154将处理器配置成至少部分地基于由大气条件传感器测得的大气条件来确定至少一个监测设定点极限
170流程图
172方法
180将大气条件传感器配置成为系统控制器提供至少一个大气条件测量值，将系统控制器配置成以便：
188接收该至少一个大气条件测量值
190至少部分地基于测得的大气条件来确定至少一个可变的监测设定点极限
192应用至少一个可变的监测设定点极限
194确定用于风力涡轮机的可调构件的操作指令，以应用监测设定点极限
196将操作指令提供给风力涡轮机的可调构件
250流程图
260接收由大气条件传感器提供的测得的大气条件数据
262至少部分地基于接收到的大气条件数据来确定风力涡轮机的至少一个监测设定点极限
264确定用于风力涡轮机的可调构件的操作指令
266将操作指令提供给风力涡轮机的可调构件
具体实施方式
如本文所用，术语“叶片”意在表示在相对于周围的流体运动时提供反作用力的任何装置。如本文所用，术语“风力涡轮机”意在表示从风能中产生旋转能且更具体而言将风的动能转化成机械能的任何装置。如本文所用，术语“风力发电机”意在表示从由风能产生的旋转能中产生电功率且更具体而言将从风的动能转化而来的机械能转化成电功率的任何风力涡轮机。如本文所用，术语“风车”意在表示这样的任何风力涡轮机：其使用从风能中产生的旋转能(更具体而言，从风的动能中转化而来的机械能)，以用于除产生电功率之外的预定目的，例如但不限于泵送流体和/或研磨物质。
图1是示例性风力涡轮机10的透视图。图2是风力涡轮机10的一部分的局部剖面透视图。本文描述和说明的风力涡轮机10是用于从风能中产生电功率的风力发电机。但是，在一些实施例中，除了风力发电机之外或者作为其备选方案，风力涡轮机10可为任何类型的风力涡轮机，例如但不限于风车(未显示)。另外，本文描述和说明的风力涡轮机10包括水平轴构造。但是，在一些实施例中，除了水平轴构造之外或者作为其备选方案，风力涡轮机10可包括竖直轴构造(未显示)。风力涡轮机10可联接到电气负载(未显示)(例如但不限于电网(未显示))上，以从中接收电功率来驱动风力涡轮机10和/或其相关联的构件的操作，以及/或者将风力涡轮机10产生的电功率供应到电气负载。虽然图1-3中显示了仅一个风力涡轮机10，但是在一些实施例中，多个风力涡轮机10可组合在一起，有时称为“风场”。
风力涡轮机10包括主体12(有时称为“机舱”)，以及联接到主体12上以绕着旋转轴线20相对于主体12旋转的转子(大体由14指示)。在该示例性实施例中，机舱12安装在塔架16上。但是，在一些实施例中，除了安装在塔架上的机舱12之外或者作为其备选方案，风力涡轮机10包括邻近地面和/或水面的机舱12。塔架16的高度可为使得风力涡轮机10能够如本文描述的那样起作用的任何适当的高度。转子14包括轮毂22，以及用于将风能转化成旋转能的、从轮毂22沿径向向外延伸的多个叶片24(有时称为“翼型件”)。虽然转子14在本文中描述和说明成具有三个叶片24，但是转子14可具有任何数量的叶片24。叶片24各自可具有允许风力涡轮机10如本文描述的那样起作用的任何长度。例如，在一些实施例中，一个或多个转子叶片24约半米长，而在一些实施例中，一个或多个转子叶片24约50米长。叶片24长度的其它实例包括十米或更短，约二十米、约三十七米，以及约四十米。另外的其它实例包括介于约五十米和约一百米长之间的转子叶片。
不管在图1中如何示出了转子叶片24，转子14均可具有任何形状的叶片24，并且可具有任何类型和/或任何构造的叶片24，不管是否在本文中描述和/或说明了这种形状、类型和/或构造。转子叶片24的另一种类型、形状和/或构造的一个实例是具有容纳在管道(未显示)内的涡轮机(未显示)的管道式转子(未显示)。转子叶片24的另一种类型、形状和/或构造的另一个实例是darrieus风力涡轮机，有时称为“打蛋器”式涡轮机。转子叶片24的另一种类型、形状和/或构造的又一个实例是savonious风力涡轮机。转子叶片24的另一种类型、形状和/或构造的再一个实例是用于泵送水的传统风车，例如但不限于具有木制挡板和/或织物篷的四叶片转子。另外，在一些实施例中，风力涡轮机10可为其中转子14大体面向上风向以利用风能的风力涡轮机，以及/或者可为其中转子14大体面向下风向以利用能量的风力涡轮机。当然，在实施例的任何一个中，转子14可不正好面向上风向和/或面向下风向，但是转子14可相对于风向大体面向任何角度(该角度可为可变的)，以从中利用能量。
现在参照图2，风力涡轮机10包括联接到转子14上以从由转子14产生的旋转能中产生电功率的发电机26。发电机26可为任何适当类型的发电机，例如但不限于绕线转子感应发电机。发电机26包括定子(未显示)和转子(未显示)。转子14包括联接到转子轮毂22上以随其旋转的转子轴28。发电机26联接到转子轴28上，从而使得转子轴28的旋转驱动发电机转子的旋转，并且因此驱动发电机26的操作。在该示例性实施例中，发电机转子具有联接到其上且联接到转子轴28上的发电机轴30，从而使得转子轴28的旋转驱动发电机转子的旋转。在其它实施例中，发电机转子直接联接到转子轴28上，有时称为“直驱式风力涡轮机”。在该示例性实施例中，发电机轴30通过齿轮箱32联接到转子轴28上，但是在其它实施例中，发电机轴30直接联接到转子轴28上。
转子14的扭矩驱动发电机转子，从而从转子14的旋转中产生可变频率的AC电功率。发电机26具有对抗转子14的扭矩的、在发电机转子和定子之间的空气间隙扭矩。变频器34联接到发电机26上，以将可变频率的AC转换成固定频率的AC，以输送到联接到发电机26上的电气负载(未显示)，例如但不限于电网(未显示)。变频器34可位于风力涡轮机10内或远离风力涡轮机10的任何地方。例如，变频器34可位于塔架16的基部(未显示)内。
在一些实施例中，风力涡轮机10可包括转子限速器，例如但不限于盘式制动器36。盘式制动器36对转子14的旋转制动，以(例如)减慢转子14的旋转、克服满风力扭矩对转子14制动，以及/或者减少从发电机26中产生的电功率。此外，在一些实施例中，风力涡轮机10可包括用于使机舱12绕着旋转轴线39旋转的偏转系统38，以用于改变转子14的偏转，更具体而言改变转子14所面向的方向，以(例如)调节转子14所面向的方向和风向之间的角度。
图3是风力涡轮机10的一个示例性实施例的简图。在该示例性实施例中，风力涡轮机10包括联接到风力涡轮机10的一些或全部构件上的一个或多个系统控制器40，以大体控制风力涡轮机10的操作和/或控制风力涡轮机10的一些构件或全部构件的操作，不管本文中是否描述和/或说明了这种构件。例如，在该示例性实施例中，系统控制器40联接到转子控制器46上，以大体控制转子14。在该示例性实施例中，系统控制器40安装在机舱12(在图2中显示)内。但是，另外或备选地，一个或多个系统控制器40可远离风力涡轮机10的机舱12和/或其它构件。系统控制器40可用于(但不限于)进行整体的系统监测和控制，包括例如桨距和速度调节、高速轴和偏转制动器应用、偏转和泵送马达应用和/或故障监测。可在一些实施例中使用备选的分布式或集中式控制构架。
在一个示例性实施例中，风力涡轮机10包括多个传感器，例如传感器48、50、52、54、56和58。传感器48、50、52、54、56和58测量各种各样的参数，包括但不限于操作条件和大气条件。传感器48、50、52、54、56和58中的各个可为单独的传感器或多个传感器。传感器48、50、52、54、56和58可为具有在风力涡轮机10内或远处的、允许风力涡轮机10如本文描述的那样起作用的任何适当的位置的任何适当的传感器。在一些实施例中，传感器48、50、52、54、56和58联接到系统控制器40上，以将测量值传送到系统控制器40，以对该测量值进行处理。
在一些实施例中，系统控制器40包括用以传输信息的总线62或其它通讯装置。一个或多个处理器64联接到总线62上以处理信息，包括来自传感器48、50、52、54、56和58和/或其它传感器(一个或多个)的信息。系统控制器40还可包括一个或多个随机存取存储器(RAM)66和/或其它储存装置68(一个或多个)。RAM66(一个或多个)和储存装置68(一个或多个)联接到总线62上，以储存和传送待由处理器64(一个或多个)执行的信息和指令。RAM66(一个或多个)(和/或还有储存装置68(一个或多个)，如果包括的话)还可用来在处理器64(一个或多个)执行指令期间储存临时变量或其它中间信息。系统控制器40还可包括联接到总线62上的一个或多个只读存储器(ROM)70和/或其它静态储存装置，以储存静态(即不变的)信息和指令以及将它们提供给处理器64(一个或多个)。
系统控制器40还可包括或者可联接到输入/输出装置72(一个或多个)上。输入/输出装置72(一个或多个)可包括本领域已知的任何装置，以对系统控制器40提供输入数据，以及/或者提供输出，例如但不限于偏转控制输出和/或桨距控制输出。可通过远程连接(其为对一个或多个可以以电子的方式访问的介质提供访问的有线或无线连接等)将指令从储存装置68(例如但不限于磁盘、只读存储器(ROM)集成电路、CD-ROM和/或DVD)提供给存储器66。在一些实施例中，可代替软件指令或者与软件指令结合起来使用硬连线电路。因此，指令序列的执行不限于硬件电路和软件指令的任何特定的组合，不管在本文中是否描述和/或说明过。系统控制器40还可包括允许系统控制器40与传感器48、50、52、54、56和58和/或其它传感器(一个或多个)通讯的传感器接口74。传感器接口74可包括一个或多个模数转换器，其将模拟信号转换成可由处理器64(一个或多个)使用的数字信号。
风力涡轮机10大体构造成以便在额定功率设定点处操作。额定功率设定点是预定的输出功率，风力涡轮机10可在该预定的输出功率处以预定为可接受的关于涡轮机构件的疲劳水平来操作。典型地，额定功率设定点是静态的。此外，监测风力涡轮机10的某些操作条件，并且将这些操作条件与储存的监测设定点极限(即断开极限)比较。典型地，监测设定点极限是静态的预设极限。典型地，如果测得的操作条件违背储存的监测设定点极限(例如达到或超过储存的监测设定点极限)，风力涡轮机10就停机。监测设定点极限的实例包括但不限于发电机轴旋转速度监测设定点极限、发电机轴扭矩监测设定点极限、叶片桨距不对称性监测设定点极限、电功率输出监测设定点极限、风力涡轮机振动监测设定点极限，以及风力涡轮机构件温度监测设定点极限。
更具体而言，在一个示例性实施例中，传感器48、50、52、54和56测量风力涡轮机10的操作条件。传感器48可包括多个传感器，各个传感器联接到对应的叶片24上，以测量各个叶片24的桨距，或者更具体而言测量各个叶片24相对于风向和/或相对于转子轮毂22的角度。一个叶片24的测得的桨距与另一个叶片24的测得的桨距比较，以确定桨距不对称性。典型地，如果确定桨距不对称性大于静态的预设叶片桨距不对称性监测设定点极限，风力涡轮机10就停机。
在一个示例性实施例中，一个或多个传感器50联接到发电机轴30上，以测量发电机轴30上的旋转速度和/或扭矩。此外，在一个示例性实施例中，一个或多个传感器52联接到转子轴28上，以测量转子轴28的旋转速度和/或转子轴28上的扭矩。典型地，如果转子轴28和/或发电机轴30的测得的旋转速度大于静态的预设轴旋转速度监测设定点极限，风力涡轮机10就停机。轴旋转速度监测设定点极限在本文中也可称为超速监测设定点极限。
此外，在该示例性实施例中，一个或多个传感器54联接到发电机26上，以测量发电机26的电功率输出。典型地，如果发电机26的测得的电功率输出达到或超过静态的预设电功率输出监测设定点极限，风力涡轮机10就停机。
在该示例性实施例中，风力涡轮机10还包括通过传感器接口74联接到系统控制器40上的传感器56。在该示例性实施例中，传感器56在风力涡轮机10的操作期间测量风力涡轮机10内的构件或材料的温度和振动水平。典型地，如果测得的操作温度或操作振动水平超过静态的预设温度或振动水平监测设定点极限，风力涡轮机10就停机。例如，如果测得的齿轮箱油温超过预设的操作温度监测设定点极限，风力涡轮机10就可停机。
在该示例性实施例中，风力涡轮机10还包括通过传感器接口74联接到系统控制器40上的大气条件传感器58。大气条件传感器58可包括配置成以便测量风力涡轮机10周围的环境的状况(例如但不限于周围空气温度、周围空气压力、周围空气密度、风速、风切变和空气紊流强度)的一个或多个单独的传感器。将传感器58测得的大气条件提供给系统控制器40，且该大气条件可由系统控制器40单独使用，或者与储存在例如储存装置68中的环境条件数据结合起来使用。在该示例性实施例中，系统控制器40至少部分地基于测得的大气条件和/或储存的环境条件数据来确定至少一个监测设定点极限。
风对风力涡轮机10所具有的影响取决于风力涡轮机10定位于其中的环境的大气条件。例如，相对低的空气压力的时间段典型地对应于具有高风速的时间段。而且，空气压力对应于空气密度，因此，相对低的空气压力时间段对应于相对低的空气密度。空气密度影响风力涡轮机10的负载范围。更高的空气密度产生更高的风力涡轮机负载。例如，更稠密的空气在相同的风速下与较不稠密的空气相比对风力涡轮机叶片24赋予更大的力。此外，由于赋予叶片24的更大的力，骤风在相对高的空气密度的时段期间对风力涡轮机10具有更大的影响。
在该示例性实施例中，当与应用静态的预设的监测设定点极限相比时，应用可变的监测设定点极限有利于减少风力涡轮机10的不必要的停机。在该示例性实施例中，可变的监测设定点极限至少部分地基于测得的大气条件和/或测得的操作条件。如上所述，在至少一些实施例中，测得的操作条件可包括但不限于风力涡轮机10内的构件或材料的温度和/或振动水平。而且，在至少一些实施例中，测得的大气条件可包括但不限于周围空气温度、周围空气压力、周围空气密度、风速、风切变和空气紊流强度。
例如，在相对低的风切变的时间段期间，可确定应用经修改的监测设定点极限不会使风力涡轮机10上的应力增大到超过在静态的预设的监测设定点极限处、在正常风切变条件期间存在于风力涡轮机10上的应力水平。更具体而言，在相对低的风切变的时间段期间，可确定应用比静态的预设偏转误差监测设定点极限更高的偏转误差监测设定点极限不会使风力涡轮机10上的应力增大到超过在静态的预设偏转误差监测设定点极限处、在正常的风切变条件期间存在于风力涡轮机10上的应力水平。
在该示例性实施例中，大气条件传感器58还测量空气紊流强度，以及为系统控制器40提供紊流强度数据。然后系统控制器40可至少部分地基于空气紊流强度来确定可变的监测设定点极限。在一个备选实施例中，紊流强度值储存在储存装置68中。例如，紊流强度值是基于在风力涡轮机10所定位的位置处执行的风紊流估计而确定的。在一段时间里执行风紊流估计，以确定定位在特定位置处的风力涡轮机的静态紊流强度值。虽然紊流强度值是静态值，但是可使用来自大气条件传感器58的数据来周期性地重新确定紊流强度值，而且该紊流强度值也可储存在例如储存装置68中。
在至少一些实施例中，可变的监测设定点极限至少部分地基于周围空气温度。在一个实施例中，大气条件传感器58测量空气温度，而系统控制器40至少部分地基于测得的空气温度来确定至少一个可变的监测设定点极限。在至少一些实施例中，可变的监测设定点极限至少部分地基于周围空气密度。大气条件传感器58可直接测量风力涡轮机10定位于其中的环境的空气密度。备选地，可使用测得的数据和储存的数据的组合来确定空气密度。例如，已知空气温度与空气密度相反地相关。在给定高度处，空气在更低的温度处将具有比空气在更高的温度处将具有的(空气密度)更大的空气密度。相反，在给定的高度处，空气在更高的温度处将具有比空气在更低的温度处将具有的(空气密度)更低的空气密度。在备选的示例性实施例中，大气条件传感器58可测量周围空气温度(例如干球温度)，该周围空气温度典型地将随着时间而改变。风力涡轮机10典型地安装在固定的高度处，该固定的高度可储存在储存装置68中。除了塔架16(在图1中显示)的长度之外，风力涡轮机10安装所处的高度包括风力涡轮机10安装在其上的地面的高。高度也可称为“轮毂高”，其为旋转轴线20(在图1中显示)的高度。空气密度可由系统控制器40使用测得的空气温度和储存的高度来计算。
此外，在至少一些实施例中，还可至少部分地基于测得的大气条件来确定可变的额定功率设定点。例如，系统控制器40可至少部分地基于来自大气条件传感器58的数据来确定可变的额定功率设定点。在一些实施例中，可至少部分地基于测得的空气压力水平来确定额定功率设定点。测得的空气压力水平可与储存的空气压力水平和对应的额定功率设定点相比较。备选地，系统控制器40可基于测得的大气条件来修改预设的额定功率设定点。例如，在风力涡轮机10的制造期间，可针对风力涡轮机10来确定预设的额定功率设定点，并且可将该设定点编程到系统控制器40中。备选地，在风力涡轮机10的测试期间，可针对风力涡轮机10来确定预设的额定功率设定点，并且可将该设定点编程到系统控制器40中。
在一个示例性实施例中，风力涡轮机10包括可变的叶片变桨系统76，以控制包括但不限于改变转子叶片24(在图1-3中显示)相对于风向的桨距角。变桨系统76可联接到系统控制器40(在图2中显示)上，以由系统控制器40进行控制。变桨系统76联接到轮毂22和叶片24上，以通过使叶片24相对于轮毂22旋转来改变叶片24的桨距角。变桨促动器可包括任何适当的结构、构造、布置、机构和/或构件，不管是否在本文中描述和/或说明过，例如但不限于电马达、液压缸、弹簧和/或伺服机构。另外，变桨促动器可由任何适当的机构驱动，不管是否在本文中描述和/或说明过，例如但不限于液压流体、电功率、电化学动力和/或机械动力，例如但不限于弹簧力。
图4是用于控制风力涡轮机(例如风力涡轮机10(在图1中显示))的操作的示例性方法102的流程图100。方法102包括测量110与风力涡轮机10周围的环境相关联的大气条件。如上所述，大气条件可包括周围空气温度、周围空气压力、周围空气密度、风速和/或风紊流强度。该方法还包括将测得的大气条件提供112给处理器，例如系统控制器40的处理器64(在图3中显示)。该方法还包括至少部分地基于测量110到的大气条件来确定114至少一个监测设定点极限。在一些示例性实施例中，确定114监测设定点极限包括将测量110到的大气条件与储存的监测设定点极限/潜在大气条件组合相比较。
在一些实施例中，可基于测得的大气条件来确定114超速设定点极限、叶片桨距不对称性设定点极限、操作温度设定点极限和/或操作振动水平设定点极限。例如，处理器64可接收测得的空气密度，以及基于测得的空气密度来确定超速设定点极限。备选地，如上所述，处理器64可结合储存的数据使用任何测得的大气条件来确定超速设定点极限。更具体而言，处理器64可使用测量110出的空气温度以及储存的气压和储存的紊流强度值中的至少一个来确定空气密度。如上所述，风力涡轮机10周围的空气的气压对应于风力涡轮机10定位所处的高度。如同样在以上描述的那样，紊流强度值是在风紊流估计之后确定的固定值。因此，可基于固定的气压和紊流强度值以及测量110到的空气温度来确定空气密度。由于在相同的风速处更稠密的空气与较不稠密的空气相比对风力涡轮机叶片赋予更大的力，所以当温度是有益的时，可应用更高的监测设定点极限。
在一些实例性实施例中，至少部分地基于测量110到的大气条件来确定114监测设定点极限还包括基于测量110到的大气条件来修改预设的监测设定点极限。例如，在风力涡轮机10的制造期间，可针对风力涡轮机10确定预设的监测设定点极限，并且将其编程到系统控制器40中。备选地，在风力涡轮机10的测试期间，可针对风力涡轮机10确定预设的监测设定点极限，并且将其编程到系统控制器40中。如上所述，监测设定点极限是当被违背时表示风力涡轮机10应当停机的断开极限。在该示例性实施例中，大气条件传感器58(在图3中显示)有利于至少部分地基于测量110到的大气条件来修改预设的监测设定点极限。
在该示例性实施例中，修改预设的监测设定点极限包括当测量110到的大气条件超过预定水平时，使预设的监测设定点极限增大预定量。如上所述，相对而言，当在给定的高度处温度高时，空气密度低。因此，风将赋予到转子叶片(例如转子叶片24(在图1中显示))上的力也低于空气温度更低时(赋予的力)。而且，当空气温度高且对应的空气密度低时，风力涡轮机10将受强骤风的较小影响，因为那些强骤风不会对风力转子叶片24(在图1中显示)赋予像同等水平的骤风在更低的空气温度条件下将对风力转子叶片24赋予的(力)那么大的力。对系统控制器40提供112测得的大气条件以及至少部分地基于该测量110到的(即测得的)大气条件来确定114监测设定点极限，有利于在空气密度条件是有益的时增大监测设定点极限，并且因此在不引起损害风力涡轮机10的风险或不对风力涡轮机10操作增加疲劳的情况下，潜在地防止风力涡轮机10的不必要的停机。
方法102还包括将至少一个监测设定点极限应用120于风力涡轮机操作。应用120可包括在违背了监测设定点极限时使风力涡轮机10停机。在该示例性实施例中，监测与风力涡轮机10的操作相关联的至少一个操作条件。例如，可测量轴(例如在图2中显示的轴30)的旋转速度、振动水平、风力涡轮机10的水平平面和竖直平面上的风变化、构件的操作温度、叶片角度和/或偏转误差。如果测得的操作条件达到或超过监测设定点极限，风力涡轮机10就停机。例如，应用120可包括确定用于风力涡轮机10的可调构件的操作指令，该操作指令有利于风力涡轮机10的停机。更具体而言，确定用于风力涡轮机10的可调构件的操作指令可包括但不限于包括：确定用于转子限速系统(例如但不限于盘式制动器36(在图2中显示))的操作指令，以及用于转子叶片变桨系统(例如转子叶片变桨系统76(在图2中显示))的操作指令。因此，应用120可包括控制盘式制动器36(在图2中显示)，以及控制转子叶片变桨系统76(在图2中显示)。
图5是用于组装构造成以便以至少一个可变的监测设定点极限操作的风力涡轮机(例如风力涡轮机10(在图1中显示))的示例性方法142的流程图140。方法142包括将大气条件传感器定位150在风力涡轮机的主体外部的位置处。例如，大气条件传感器58(在图3中显示)可定位在风力涡轮机10(在图1中显示)的主体12(在图1中显示)的外部。大气条件传感器58还可定位150在主体12或塔架16(在图1中显示)的外表面上，定位成远离风力涡轮机10，或者定位在允许确定风力涡轮机10安装在其中的环境的大气条件的任何其它位置处。在该示例性实施例中，方法142还包括将大气条件传感器58联接152到处理器(例如处理器64(在图3中显示))上。
在该示例性实施例中，方法142还包括将处理器64配置154成以便至少部分地基于由大气条件传感器测得的大气条件来确定至少一个监测设定点极限。在一些实施例中，处理器64配置154成以便以预定的时间间隔周期性地确定监测设定点极限。例如，处理器64可配置154成以便每隔一分钟确定一次风力涡轮机10的监测设定点极限。在另一个实例中，处理器64可配置154成以便每隔五分钟确定一次风力涡轮机10的监测设定点极限。在又一实例中，处理器64可配置154成以便至少部分地基于测得的大气条件来持续地确定风力涡轮机10的监测设定点极限。
如上所述，在一个示例性实施例中，处理器64包括在系统控制器40(在图3中显示)内。在一些实例性实施例中，处理器64配置成以便将测得的大气条件与储存的大气条件相比较，以确定对应的监测设定点极限。而且，在一些实施例中，处理器64进一步配置成以便将预设的监测设定点极限修改通过将测得的大气条件与储存的大气条件和对应的监测设定点极限相比较而确定的量。方法142有利于组装风力涡轮机10，以包括大气条件传感器58，大气条件传感器58有利于以可变的监测设定点极限来操作风力涡轮机10。虽然描述成用于组装风力涡轮机10的方法，但是图5示出的方法142还有利于将目前工作的风力涡轮机改型成具有大气条件传感器58，以及至少部分地基于测得的大气条件来计算可变的监测设定点极限的能力。
图6是用于有利于操作具有至少一个可变的监测设定点极限的风力涡轮机(例如风力涡轮机10(在图1中显示))的示例性方法172的流程图170。在该示例性实施例中，方法172包括将大气条件传感器(例如大气条件传感器58(在图3中显示))配置180成以便为风力涡轮机10提供至少一个大气条件测量值。更具体而言，大气条件传感器58配置180成以便为风力涡轮机10的系统控制器(例如系统控制器40(在图3中显示))提供大气条件测量值。方法172还包括将系统控制器40配置成以便接收188大气条件测量值，以至少部分地基于测得的大气条件来确定190至少一个可变的监测设定点极限，以及将该至少一个可变的监测设定点极限应用192于风力涡轮机10的操作。在一些实施例中，应用192至少一个可变的监测设定点极限包括确定194用于风力涡轮机10的可调构件的操作指令，以及对风力涡轮机10的可调构件提供196该操作指令。
将系统控制器40配置成以便至少部分地基于测得的大气条件来确定190监测设定点极限可包括将预定的监测设定点极限和对应的潜在大气条件储存在存储器(例如ROM70(在图3中显示))中。将系统控制器40配置成以便确定190监测设定点极限还可包括将测得的大气条件与储存的潜在大气条件和对应的监测设定点极限相比较。在一些实例性实施例中，将系统控制器40配置成以便至少部分地基于测得的大气条件来确定190监测设定点极限还包括基于测得的大气条件来修改预设的监测设定点极限。例如，在风力涡轮机10的制造期间，可针对风力涡轮机10确定监测设定点极限，并且将其编程到系统控制器40中。备选地，在风力涡轮机10的测试期间，可针对风力涡轮机10确定监测设定点极限，并且将其编程到系统控制器40中。如上所述，监测设定点极限是当被违背时表示风力涡轮机10应当停机的断开极限。在该示例性实施例中，大气条件传感器58(在图3中显示)有利于至少部分地基于接收188到的大气条件测量值来修改预设的监测设定点极限。
如以上关于图4中示出的方法102所描述的那样，修改预设的监测设定点极限包括在测得的大气条件高于预定水平时，使预设的监测设定点极限增大预定量。将系统控制器40配置成以便至少部分地基于测得的空气温度来确定190监测设定点极限以及确定194用于风力涡轮机的可调构件的操作指令以应用监测设定点极限，有利于在不引起损害风力涡轮机10的风险或不对风力涡轮机10操作增加疲劳的情况下防止不必要的风力涡轮机停机。
图7是由风力涡轮机系统控制器(例如风力涡轮机10(在图2中显示)的系统控制器40(在图2中显示))执行的示例性过程的流程图250。流程图250示出了包含在计算机可读介质上、用于确定风力涡轮机10的至少一个监测设定点极限的示例性计算机程序的步骤。流程图250中示出的计算机程序包括至少一个代码段，该代码段接收260由大气条件传感器(例如大气条件传感器58(在图3中显示))提供的大气条件数据。流程图250中示出的计算机程序还包括至少一个代码段，该代码段至少部分地基于接收到的大气条件数据来确定262风力涡轮机10的至少一个监测设定点极限。此外，流程图250中示出的计算机程序还可包括至少一个代码段，该代码段确定264用于风力涡轮机10的可调构件的操作指令，以及将该操作指令提供266给风力涡轮机10的可调构件。如以上关于流程图100、140和170所描述的那样，流程图250中示出的过程有利于至少部分地基于测得的大气条件来改变风力涡轮机10的监测设定点极限。
用于操作风力涡轮机的上述系统和方法有利于风力涡轮机的成本有效和高度可靠的操作。本文描述的系统和方法的技术效果包括以下中的至少一个：至少部分地基于测得的大气条件来确定风力涡轮机的至少一个监测设定点极限，以及将可变的监测设定点极限应用于风力涡轮机的操作。确定取决于大气条件的可变的监测设定点极限的能力有利于减少风力涡轮机的不必要的停机，同时维持对涡轮机构件的疲劳保护。更具体而言，上述系统和方法有利于在大气条件(例如空气密度)有益于更高的监测设定点极限操作时以限制性较小的监测设定点极限来操作风力涡轮机。
以上对风力涡轮机的示例性实施例进行了详细描述。风力涡轮机和包括在该风力涡轮机内的组件不限于本文描述的具体实施例，而是相反，各个构件可独立地且与本文描述的其它构件分开来使用。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例意图处于权利要求书的范围之内。

Claims (8)

1.一种风力涡轮机控制系统，包括：
定位在风力涡轮机(10)的主体上或定位成紧邻所述主体的大气条件传感器(58)，所述大气条件传感器配置成测量至少一个大气条件；以及
联接到所述大气条件传感器上的处理器(64)，所述处理器配置成：
接收来自所述大气条件传感器的至少一个大气条件测量值；以及
至少部分地基于所述至少一个大气条件测量值来确定至少一个监测设定点极限。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机控制系统，其特征在于，所述风力涡轮机控制系统进一步包括联接到所述处理器(64)上的存储装置，所述存储装置配置成以便将潜在大气条件和对应的监测设定点极限储存在数据库中。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机控制系统，其特征在于，所述处理器(64)进一步配置成以便基于所述至少一个大气条件测量值和储存在所述存储装置中的数据来修改预设的监测设定点极限。
4.根据权利要求3所述的风力涡轮机控制系统，其特征在于，所述处理器(64)进一步配置成在以下中的至少一种情况时，使所述预设的监测设定点极限增大预定量：
空气紊流强度低于预定水平；
周围空气温度高于预定水平；
周围空气密度低于预定水平；以及
周围空气压力低于预定水平。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机控制系统，其特征在于，所述处理器(64)进一步配置成以便将所述至少一个监测设定点极限应用于风力涡轮机(10)操作。
6.一种用于确定风力涡轮机(10)的至少一个监测设定点极限的、包含在计算机可读的介质上的计算机程序，所述程序包括这样的至少一个代码段，该至少一个代码段：
接收由大气条件传感器(58)提供的测得的大气条件数据；以及
至少部分地基于接收到的大气条件数据来确定所述风力涡轮机的至少一个监测设定点极限。
7.根据权利要求6所述的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序进一步包括将潜在大气条件和对应的监测设定点极限储存在存储器中的至少一个代码段。
8.根据权利要求7所述的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序进一步包括使由所述大气条件传感器(58)提供的测得的大气条件数据与储存的大气条件和对应的监测设定点极限相比较的至少一个代码段。
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