CN103629049A - 用多个温度传感器操作风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用多个温度传感器操作风力涡轮机，具体提供了操作风力涡轮机（1）的改进方法以及实施该方法的风力涡轮机（1）。该方法包括如下步骤：测量所述风力涡轮机（1）的多个部件（3，4，5）中的操作温度，得到多个测得的操作温度；对于每个测得的操作温度，从所述风力涡轮机（1）的对应部件（3，4，5）的预定最大可允许操作温度减去所述测得的操作温度，由此得到多个操作温度裕量；在所述多个操作温度裕量中确定最小操作温度裕量；以及根据所述最小操作温度裕量来设置所述风力涡轮机（1）的至少一个操作参数。

Description

用多个温度传感器操作风力涡轮机

技术领域

本发明提供一种操作包括多个温度传感器的风力涡轮机的方法以及这种风力涡轮机。

背景技术

在风力涡轮机中，需要监测几个不同部件的操作温度。对于每个这种部件而言，可存在最大可允许的操作温度。通常，超过一个部件的该最大可允许的操作温度会损坏或损伤该部件，这可导致涡轮机停机维护或者导致风力涡轮机的预期寿命缩短。因此，对于实现风力涡轮机的最大有利性而言，将风力涡轮机的各种关键部件的所有操作温度维持在它们各自的可允许范围内是前提。

通常，风力涡轮机构造成使得如果一个部件超过其最大可允许操作温度，则风力涡轮机关机。该控制策略是简单有效的，然而却导致一些涡轮机停机时间。所述涡轮机停机时间又降低总体电力产量，从而降低风力涡轮机的有利性。

其它控制策略包括为风力涡轮机的一个或多个部件提供专用的控制算法，所述一个或多个部件可相对于耗散在该部件中的电力而被控制。然而，这些算法必须为每个特定的部件进行调整并且不可用于其它部件，这大大地增加了实施复杂性。另外，风力涡轮机中可能有某些部件不能根据它们的操作温度被单独地控制。

发明内容

因此，本发明提供了一种操作风力涡轮机的改进方法。该方法包括如下步骤：测量所述风力涡轮机的多个部件中的操作温度，得到多个测得的操作温度；对于每个测得的操作温度，从所述风力涡轮机的对应部件的预定最大可允许操作温度减去所述测得的操作温度，由此得到多个操作温度裕量；在所述多个操作温度裕量中确定最小操作温度裕量；以及根据所述最小操作温度裕量来设置所述风力涡轮机的至少一个操作参数。

本发明提供了一种控制方法，该方法可以容易地实施并且允许控制风力涡轮机的所有关键部件的操作温度而同时保持涡轮机停机时间最小。通过设置风力涡轮机的操作参数，本发明的控制方法能够影响风力涡轮机的所有部件中的功率耗散。因此，该新的控制方法能够应用于风力涡轮机的所有关键部件，从而降低了该方法的实施复杂性。此外，本发明的方法能够实施成使得在整个风力涡轮机的潜在关机之前逐渐地修改风力涡轮机的至少一个操作参数（在现有技术中，当达到硬性极限时整个风力涡轮机关机）并且预先降低产热。这将会导致风力涡轮机的更大的总体功率产量而同时将各种部件的操作温度依然保持在它们各自的最大可允许操作温度内。

该方法还可包括步骤：在设置风力涡轮机的至少一个操作参数之前，对最小操作温度裕量进行低通滤波。所述低通滤波去除了假性的短暂测量的操作温度，其可能影响风力涡轮机的控制。由于部件的操作温度通常会随着时间过去而缓慢变化，可以相对频繁地测量操作温度，使得该方法能够对于操作温度的显著变化作出反应，即使当应用低通滤波时也是如此。能够以至少三种等效的方式来实施最小操作温度裕量的低通滤波，这三种方式均被涵盖在本发明的范围内：

a）在减去预定最大可允许操作温度之前对所述测得的操作温度的每一个进行低通滤波；

b）在确定最小操作温度裕量之前对多个操作温度裕量的每一个进行低通滤波；

c）对最小操作温度裕量进行低通滤波。

选项c）提供了最低成本的实施方式。其也可与选项a）和b）组合。

优选地，风力涡轮机的至少一个操作参数包括风力涡轮机的功率设定点。功率设定点决定了风力涡轮机产生多少功率并且对于风力涡轮机的部件中的功率耗散具有很强的影响。然而，可以替代地或另外地设置风力涡轮机的其它操作参数，例如风力涡轮机的转子的旋转速度、风力涡轮机的转子叶片的桨距角等等。

该方法还可包括将最小操作温度裕量与预定阈值操作温度裕量进行比较，并且根据比较的结果来设置风力涡轮机的至少一个操作参数。

更特别地，如果最小操作温度裕量降低到低于预定阈值操作温度裕量，则风力涡轮机的至少一个操作参数可被修改，并且在其它情况下，风力涡轮机的至少一个操作参数保持不变。在这种实施方式中，只要最小操作温度裕量大于预定阈值操作温度裕量，则对于正常操作而言，操作参数将是固定的而无论风力涡轮机的部件的操作温度如何，这是因为所有测得的操作温度均在它们各自的可允许区间内。然而，如果最小操作温度裕量小于预定阈值操作温度裕量，则风力涡轮机的操作还会考虑风力涡轮机的部件的操作温度以便通过对风力涡轮机的至少一个操作参数采用合适的设置来避免违反最低可允许操作温度之一。

替代地或另外地，风力涡轮机的至少一个操作参数可被修改达修改值，该修改值是最小操作温度裕量和预定阈值操作温度裕量之间的差的函数。这样做的优点在于这种基于部件操作温度的控制操作能够例如被设定为当所述差依然比较高时对风力涡轮机的操作具有较小的影响，并且当所述差很小且一个或多个部件正在接近其最大可允许操作温度时更加激进地改变操作参数的设置。

风力涡轮机的至少一个操作参数也可被修改达修改值，该修改值是最小操作温度裕量所对应的风力涡轮机的部件的函数。例如，可以知道的是，特定部件的操作温度相对缓慢地变化，而另一部件的操作温度可能以更快的速度变化。在这种情况中，该修改值可被选择为对于操作温度可能快速变化的部件是较大的并且对于操作温度缓慢变化的部件是较小的，即，部件的操作温度变化得越快，则控制操作可被设置为越激进。具有缓慢变化操作温度的部件的示例可以是转子的轴承。具有快速变化操作温度的部件的示例可以是风力涡轮机的整流器。因此，轴承可以被分配相比整流器更小的修改值（或者各自的操作温度裕量）。

确定最小操作温度裕量可包括步骤：对操作温度裕量进行正规化。操作温度裕量的正规化在不同部件的最大可允许操作温度彼此不同的情况下是有用的。在这种情况中，可使用每个部件的特定最大可允许操作温度来正规化不同的操作温度裕量，以便正规化各自的操作温度裕量。例如，相比对于具有低的最大可允许操作温度的部件确定出10摄氏度的操作温度裕量，如果对于具有非常高的最大可允许操作温度的部件确定出10摄氏度的操作温度裕量，则10摄氏度的操作温度裕量应当被认为是较小的，因为相对而言，相比前一种情况，在后一种情况中，各部件可能更加接近其最大可允许操作温度。本发明的包括正规化的实施例的另一优点在于所确定的最小操作温度裕量的瞬时波形将会表现得更加稳定，即使对于不同部件在时间的过程中确定最小操作稳定裕量也是如此。

当最小操作温度裕量小于预定警报阈值时，风力涡轮机可关机。当部件的操作温度没有响应于控制操作时，可将风力涡轮机关机用作最后的手段。本发明克服了大多数情况下对于将风力涡轮机关机的需要。然而，如果部件的操作温度无论控制操作进行如何而继续增大，则可以推定出现故障。在这种情况中，通常最佳的选择是将风力涡轮机关机以进行维护。警报阈值可以是零摄氏度或者甚至是负的温度值，这意味着风力涡轮机将会在风力涡轮机的一个部件的操作温度达到或超过其最大可允许操作温度时关机。

本发明的第二方面提供一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括多个部件，多个部件的每一个包括对应的温度传感器，该温度传感器适于测量对应部件的操作温度。温度传感器连接到控制单元，控制单元适于执行本发明的方法。

附图说明

从附图将会更好地理解本发明，在附图中通过示例的方式示出了本发明的优选实施例。附图中：

图1示出了根据本发明的风力涡轮机；

图2示出了本发明的方法的实施例的流程图；并且

图3示出了适于执行本发明的方法的控制器的实施例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的风力涡轮机1。风力涡轮机的转子2将风提供的动能转换为旋转动力。转子2的转子轴由轴承3携带并且连接到发电机4，发电机4将旋转动力转换为电力。由发电机4产生的电力被整流器5接收，整流器5在第一步骤中将电力从交流转变为直流。在第二步骤中，整流器5将直流转变为具有合适频率和幅度的交流，所述频率和幅度适合于将由风力涡轮机获得的电力供应到电网中。在图1的示例中，轴承3、发电机4和整流器5配备有对应的温度传感器，其适于测量风力涡轮机的各自部件的操作温度。测得的操作温度被提供到控制单元6，控制单元6适于执行本发明的方法。控制单元6能根据测得的操作温度来设置风力涡轮机的操作参数。例如，控制单元6能改变风力涡轮机的功率设定点，以便将操作温度保持在它们各自的可允许区间内。更特别地，控制单元6能改变以下中的至少一个：转子2的桨距角、发电机4的每分钟转数或扭矩设定、或者整流器5的频率、相位或幅度设定。

图2示出了本发明的方法的实施例的流程图，该方法可由图1所示的风力涡轮机的控制单元6实施。本发明的方法开始于步骤S0并且继续到第一步骤S1，在第一步骤S1中，测量风力涡轮机1的多个部件的操作温度。在接下来的步骤S2中，从风力涡轮机的相应部件的对应预定最大可允许操作温度减去测得的操作温度。在步骤S3中，在前面的步骤S2的减法操作的结果中确定最小操作温度裕量（margin）。该最小操作温度裕量指示了风力涡轮机中的最接近其最大可允许操作温度的那个部件。此外，最小操作温度裕量传递了该部件达到其最大可允许操作温度的接近程度的信息。然后在步骤S4中使用这些信息来根据最小操作温度裕量设置风力涡轮机的至少一个操作参数。优选地，该方法通过回到步骤S1而重复。

图3示出了适于执行本发明的方法的控制器的实施例。控制器可被实现为图1的控制单元6的一部分。多个测得的操作温度被提供到相等数量的减法器10-1、10-2、…、10-n，所述减法器从对应部件（在这些部件中测量出了各自的操作温度）的最大可允许操作温度减去测得的操作温度。减法的结果被提供到计算单元11，计算单元11在其输入值中确定最小值并且将该最小值提供到任选的低通滤波器12，该低通滤波器12被设置成使计算单元11所提供的信号平滑。然后，经低通过滤的最小值被提供到操作器单元13，操作器单元13适于根据所接收的最小值来调整风力涡轮机的至少一个操作参数，由此将各种部件的操作温度维持在它们各自的可允许范围内。

尽管已经关于本发明的示例性实施例示出和描述了本发明，但在不偏离本发明的精神和范围的情况下可在本发明内作出形式和细节上的各种其它变化、省略和添加。

虽然已经结合优选实施例描述了本发明，但并不意图将本发明的范围限制到所述的特定形式，而是相反，所意图的是覆盖这种替代形式、修改和等同物，因为可被包括在由所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种操作风力涡轮机（1）的方法，包括如下步骤：

测量所述风力涡轮机（1）的多个部件（3，4，5）中的操作温度，得到多个测得的操作温度；

对于每个测得的操作温度，从所述风力涡轮机（1）的对应部件（3，4，5）的预定最大可允许操作温度减去所述测得的操作温度，由此得到多个操作温度裕量；

在所述多个操作温度裕量中确定最小操作温度裕量；以及

根据所述最小操作温度裕量来设置所述风力涡轮机（1）的至少一个操作参数。

2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：在设置所述风力涡轮机（1）的所述至少一个操作参数之前，对所述最小操作温度裕量进行低通滤波。

3.如前述权利要求之一所述的方法，其中，所述风力涡轮机（1）的所述至少一个操作参数包括所述风力涡轮机（1）的功率设定点。

4.如前述权利要求之一所述的方法，还包括将所述最小操作温度裕量与预定阈值操作温度裕量进行比较，并且根据比较的结果来设置所述风力涡轮机（1）的所述至少一个操作参数。

5.如前述权利要求所述的方法，其中，如果所述最小操作温度裕量降低到低于所述预定阈值操作温度裕量，则所述风力涡轮机（1）的所述至少一个操作参数被修改，并且在其它情况下，所述风力涡轮机（1）的所述至少一个操作参数保持不变。

6.如权利要求4或5之一所述的方法，其中，所述风力涡轮机（1）的所述至少一个操作参数被修改达修改值，所述修改值是所述最小操作温度裕量和所述预定阈值操作温度裕量之间的差的函数。

7.如权利要求4至6之一所述的方法，其中，所述风力涡轮机（1）的所述至少一个操作参数被修改达修改值，所述修改值是所述最小操作温度裕量所对应的所述风力涡轮机（1）的部件（3，4，5）的函数。

8.如前述权利要求之一所述的方法，其中，确定最小操作温度裕量包括步骤：对所述操作温度裕量进行正规化。

9.如前述权利要求之一所述的方法，其中，当所述最小操作温度裕量小于预定警报阈值时，所述风力涡轮机（1）关机。

10.一种风力涡轮机（1），所述风力涡轮机（1）包括多个部件（3，4，5），所述多个部件（3，4，5）的每一个包括对应的温度传感器，所述温度传感器适于测量对应部件（3，4，5）的操作温度并且连接到控制单元（6），所述控制单元（6）适于执行如前述权利要求之一所述的方法。

Images