CN104968931B - 用于控制风力涡轮机的方法、系统和控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过风力涡轮机控制系统(WTCS)控制风力涡轮机(WT)的方法，其中风力涡轮机控制系统包括第一控制器(C1)和第二控制器(C2)，所述风力涡轮机(WT)的所述控制包括处理第一组控制功能(CF1‑CFx)和第二组控制功能(CCF1‑CCFx)，其中所述第一组控制功能(CF1‑CFx)是非关键的控制功能，其中所述第二组控制功能(CCF1‑CCFx)包括一个或多个关键控制功能(CCF1‑CCFx)，关键控制功能对于所述风力涡轮机(WT)的运行来说是关键的，其中所述第一控制器(C1)处理所述第一组控制功能(CF1‑CFx)，其中所述第二控制器(C2)是安全性控制器，其在所述风力涡轮机(WT)的紧急关断期间，通过所述关键控制功能(CCF1‑CCFx)控制所述风力涡轮机，以及其中所述第二控制器(C2)进一步控制所述关键控制功能中的一个或多个，以在风力涡轮机(WT)处于发电模式时提供用于控制所述风力涡轮机(WT)的输出。本发明还涉及一种系统、一种控制器和一种风力涡轮机。

Description

用于控制风力涡轮机的方法、系统和控制器

技术领域

本发明第一方面涉及一种控制风力涡轮机的方法，第二方面涉及一种控制风力涡轮机的系统，第三方面涉及一种控制风力涡轮机的控制器，并且第四方面涉及一种风力涡轮机。

背景技术

近几年来，风力涡轮机软件和硬件的复杂程度有所增加。例如，从风力涡轮机收集的数据量显著增加，包括每个风力涡轮机的上千个数据参数。并且，风力涡轮机叶片俯仰的控制变得更精密，用以例如，降低风力涡轮机元件受到的作用力，以及增加风力涡轮机的效率和/或类似目的。另外，风力涡轮机的数据通信系统已经改进，并且风力涡轮机与电网的联系的控制更先进。这些改进需要一种具有提高的耐久性和安全性的有效的风力涡轮机。但是，也需要稳定和可靠的复杂控制。

EP2080903公开了一种风力涡轮机控制系统，其具有彼此耦接的两个控制单元。其中一个控制单元包括一组用于风力涡轮机运行的关键控制功能，另一控制单元是次要的控制单元，包括非关键的控制功能。但是，这种解决方案受限于下述形式的缺点：例如使得系统很贵以及很复杂的限制。

本发明的目的是降低风力涡轮机的成本和/或提供稳定和可靠的风力涡轮机控制系统。

发明内容

本发明涉及一种通过风力涡轮机控制系统控制风力涡轮机的方法，其中风力涡轮机控制系统包括第一控制器和第二控制器，所述风力涡轮机的所述控制包括处理第一组控制功能和第二组控制功能。

其中所述第一组控制功能是非关键的控制功能，

其中所述第二组控制器功能包括一个或多个关键控制功能，其对于所述风力涡轮机的运行来说是关键的。

其中所述第一控制器处理所述第一组控制功能，

其中所述第二控制器是安全性控制器，其在所述风力涡轮机的紧急关断期间，通过所述关键控制功能控制所述风力涡轮机。

其中所述第二控制器进一步控制所述关键控制功能中的一个或多个，以在风力涡轮机处于发电模式时提供用于控制所述风力涡轮机的输出。

这有助于在正常运行和紧急关断期间均提供可靠的控制，例如，由于第二控制器优选比第二控制器运行的安全性程度更高。由于第二控制器是安全性控制器，因此，其正常情况下在允许用作安全性控制器运行之前，需要由例如第三方(例如批准或认证机构)的更高程度的批准。进一步，与第一控制器必须符合的要求相比，第二控制器在更新或修改第二控制器的硬件和/或软件之后，必须符合严格的要求。因此，可以在没有或者至少是有由批准机构批准的有限要求的情况下，执行涉及第一控制器的更新。

并且，可以实现了与例如改进的费用效率有关的其他优点。

非关键的控制功能包括数据的记录，润滑系统的控制和/或监视，控制系统监视，发电机监视，风力涡轮机等的一个或多个液压系统的控制和/或监视，环境数据(例如环境温度和/或湿度)的监视，气象参数(例如用于检测风力涡轮机叶片上的冰的冰冻检测系统，用于融化叶片上的冰的加热系统和/或类似系统)的监视。

通常，可以理解，非关键控制功能优选包括对于风力涡轮机的安全性和/或机械负载来说不是关键的功能。例如，如果风力涡轮机的润滑系统故障或者至少触发报警，那么风力涡轮机要么继续运行，要么可以进入与紧急关断程序不同的风力涡轮机的正常关断程序。非关键控制功能的另一示例是基于风力涡轮机内部的面板的登记的温度的监视和/或动作，其中面板包围一个或多个发热设备，例如电路板形式的电子元件，电源和/或类似部件。

可以理解，在各方面中，关键控制功能分为用于向风力涡轮机的控制装置提供输出的控制功能以及用于监视关键输入的关键监视功能，其中关键输入是以安全的方式控制风力涡轮机所需的。这在后面会详细描述。这些关键控制功能优选由第二控制器处理。

优选地，由第二控制器处理的所有控制功能是关键的，但是，在各方面中，由第二控制器处理的一个或多个控制功能可以是非关键的控制功能。

在本文中，“发电模式”应理解为风力涡轮机处于“正常”运行模式，并不处于紧急关断的关断模式。“发电模式”或“正常”运行模式可以理解为风力涡轮机启动发电的时候，其运行用以发电的时候，由于例如风速过低和/或风力涡轮机中检测到非关键故障而关断的时候和/或类似情况。

非关键故障例如包括晃动报警，其识别出轴承或齿轮应当维修以避免对于轴承或发电机的进一步损坏，和或类似情况。这些非关键故障允许风力涡轮机的正常关断程序，该程序可以将例如作用于电网的风力涡轮机纳入考虑，以在关断期间将作用在风力涡轮机上的临界力降低至最小和/或类似情况。

可被认为是非关键故障的另一示例可以是，例如风力涡轮机的冷却系统报告错误，其允许冷却系统在关断之前至少继续运行较短的一段时间，因此，允许正常关断程序。但是，在各方面中，冷却系统的控制被认为是关键的控制功能。

另一方面，由于例如风力涡轮机的安全以及同时快速(与正常关断相比)的关断，与正常关断相比，使得风力涡轮机的紧急关断更可能引起或至少在风力涡轮机结构和其元件上施加显著变高的压力应力值。如果，例如用于测量风速和/或方向的测量装置突然故障，那么风力涡轮机可能不会正确动作，并且由此因此，风力涡轮机受限于由于风向或风速的改变引起而承受的关键的临界力。该这些力可以在风力涡轮机结构和元件上引起严重的机械荷载，并导致风力涡轮机的主要元件，(例如传动机构或发电机)断裂或需要更换。另外或者作为替换，其会使叶片和/或塔上的严重机械荷载达到会断裂或严重损坏塔或叶片的程度。因此，该关键故障对于人的安全和/或风力涡轮机的结构来说可能是关键的。因此，第二控制器可以进入紧急关断模式，其中第二控制器以安全方式关断风力涡轮机，优选基于，例如风力涡轮机塔和/或风力涡轮机叶片的晃动/振动测量值，并据此执行叶片俯仰。在紧急关断期间，风力涡轮机相对于电网的作用可以至少部分地被忽略，在紧急关断期间可以允许作用在风力涡轮机元件和风力涡轮机结构上的力比正常关断期间更大，和/或类似情况。

第一控制器和第二控制器可以是独立的分离的控制单位，其各自布置在单独的外壳中，并且例如，在实施例中，可以由不同电源供电。然而，替代地，第一和第二控制器可以布置在风力涡轮机中的共同的外壳中，并且在另一实施例中，可以共享硬件，例如计算处理单元、数据存储电路板、输入/输出装置和/或类似装置。由于本发明，风力涡轮机的成本得以降低，因为在正常运行和紧急关断期间均可以保证安全性水平，从而可以减少用于例如塔和其他元件的材料的量，这是由于可以控制到与机械设计限制更接近。

另外，划分控制器之间的功能有助于下述情况：与所有功能都需要第二控制器处理相比，可以减少了认证机构对于第二控制器的认可的需要。原因在于：由于第二控制器是安全性控制器，其控制功能的修改可能引起所需的认证机构对于第二控制器的新的认可。

在本发明的方面中，所述第二组控制功能对于控制所述风力涡轮机的机械荷载来说是关键的。

例如，风力涡轮机叶片的俯仰的控制在很大程度上对于风力涡轮机涉及机械荷载和人的安全的安全性是关键的。举例来说，如果由于例如测量错误或者故障的风速传感器，叶片突然启动以进一步向风中俯仰，那么这对于风力涡轮机来说是关键的，因为其会影响作用在风力涡轮机塔、风力涡轮机叶片、发电机和/或风力涡轮机的几个其他元件上的机械荷载，甚至会达到元件和/或整个风力涡轮机本身断裂的程度。应当注意，叶片俯仰通常用于控制作用在风力涡轮机上的力。

另一示例是监视和/或塔的振动和/或叶片振动的控制。如果塔开始振动，例如位于共振频率内的振动范围，那么这严重影响风力涡轮机的安全性和/或作用在风力涡轮机上的机械荷载。因此，在各方面中，用于防止关键的塔和/和叶片振动的该风力涡轮机的监视和/或风力涡轮机控制可被认为是关键的控制功能。

关键控制功能的另一示例是功率速度控制，即，将机舱偏航以相对于风向保持在正确位置。如果风向改变，机舱没有相应偏航，破坏力会作用在风力涡轮机上。

例如，这可以在风力涡轮机处于发电模式时提高风力涡轮机的控制的安全性，这也是为了确保安全紧急关断。

在本发明的优选方面，所述第二控制器以比所述第一控制器更高的安全性等级运行。

例如，这对于防止风力涡轮机的紧急关断是有利的，这是因为：由于安全性控制器，风力涡轮机在正常运行期间和紧急关断期间，运行在更高标准的等级。因此，不同的安全性等级例如可以有利于由第二控制器在风力涡轮机的正常运行期间，以比第一控制器处理第一组控制功能高的标准安全性等级处理第二组控制功能。同时，由于减少了第一控制器运行的需要，更容易执行第一控制器的软件和/或硬件的更新，这是由于不必设计第一控制器符合某些安全性标准。

安全性控制器可以例如确保功能安全性，即确保设备响应于其输入正确运行。为了实现该功能安全性，该安全性控制器适用于满足下述要求，例如IEC EN61508“电气/电子/可编程电子安全性相关系统的功能安全性(E/E/PE,或E/E/PES)”。进一步相关的安全性标准可以是IEC 61062和ISO EN 13849(基于IEC EN61508)。自然地，其他安全性标准在某些情况下也是相关的。功能安全性标准对于硬件和软件设计具有显著影响。该功能标准关注从想法到产品，以及维护，直到产品淘汰的整个产品生命周期。例如，该标准对于文件、分析、测试、校验等都是很严格的，以确保产品获得很高的安全性等级。

在本发明的有利方面，所述第二控制器是冗余控制器。

举例来说，在正常运行期间和在紧急关断期间由冗余控制器运行所述风力涡轮机的特征增加了风力涡轮机在正常运行期间和在紧急关断期间风力涡轮机的安全性和可靠性。

通过估计第二控制器每小时危险的故障的发生概率，可以确认安全性等级。优选地，安全性控制器被设计成每小时出现的故障比第一控制器显著减少。

术语“冗余”应被理解为可能对于第二控制器运行来说关键的某些硬件元件和/或软件应用被复制以增加系统的可靠性。

由于第一控制器安全性需求降低，因此，第一控制器可以是不包括冗余硬件和/或软件的控制器。

在本发明的有利方面，所述第二控制器包括接收一个或多个数据输入的数据输入装置，处理来自所述一个或多个数据输入的数据的数据处理装置以及数据输出装置，该数据输出装置基于所述一个或多个数据输入的所述处理，向来自所述第二控制器的所述一个或多个数据输出提供数据，并且，所述第二控制器的所述数据处理装置包括至少两个处理装置和验证装置，每个处理装置根据相同的一组规则处理代表相同数据的输入，验证装置从所述处理装置的至少一个中选择输出以在所述数据输出装置的输出上形成数据的基础。

在各个方面，如下所解释的，可以从不同的数据源接收代表相同输入的输入。在其他方面，相同的数据源可以用作两个或多个数据处理装置的输入。

验证装置可包括表决器，用于从多个处理装置的输出中选择输出，其可以包括故障检测装置，用于通过将输出彼此进行比较和/或与处理装置存储或由其访问的一组预定验证参数进行比较，而检测处理装置的输出中的故障。

利用验证装置和处理装置处理相同数据有助于得到更可靠的第二控制器。

在本发明的方面中，所述第二控制器可以处理来自至少两个数据输入端的数据，其中数据代表相同的信息，所述信息从不同的数据源获得。

代表相同信息的数据输入可以例如包括风力涡轮机的发电机转子的转速信息。这可以由第一来源和第二来源代表，其中第一来源是仪表的形式，该仪表例如通过向转子发送电磁辐射并基于此接收反馈的光学仪表测量转速，第二来源例如是测量风力涡轮机中传动机构的输入轴的转速的仪表。通过获知风力涡轮机，尤其是传动机构的设置而正确计算第二来源，可以估计发电机的转速。可以理解可以通过不同的来源代表和/或计算多个其他数据/信息。

上述可以产生更好的故障安全系统，这是由于不同的数据处理器用于处理相同的数据，因此，一个来源的故障很容易通过例如冗余安全性控制器中的表决装置检测到。

进一步从不同来源接收相同的信息也增加了控制的安全性。因此，第一来源代表输入至第二控制器的第一处理装置的数据/信息，第二来源代表输入至第二控制器的第二处理装置的数据/信息。因此，处理装置处理从不同的数据源获得的相同的数据输入(例如，发电机的速度)。

优选地，本发明的有利方面，所述关键控制功能包括控制所述风力涡轮机的风力涡轮机叶片的俯仰。

风力涡轮机的俯仰可被认为是关键控制功能，这是由于俯仰对于作用在风力涡轮机的元件上的机械荷载有实质影响。通过第二控制器的功能控制叶片的俯仰，可以实现在正常运行期间和紧急关断期间更可靠的运行。

在本发明的有利方面，所述第二控制器根据一个或多个参考参数运行，并且其中一个或多个软件应用配置成用于根据所述参考参数处理数据输入，从而提供从所述第二控制器输出的数据。

因此，参考参数帮助确定第二控制单元的运行模式。参考参数可以确定一组规则，用于确定第二控制器的输出。例如，参考参数可以确定俯仰斜面和/或曲线，其用于限定风力涡轮机叶片在紧急关断期间应当如何俯仰。

在本发明的方面中，举例来说，第二控制器在紧急关断期间根据或至少基于塔和/或叶片的振动测量值(在本发明的方面中，其可以是输入至第二控制器的数据)，调整风力涡轮机叶片的俯仰，以防止由于塔弯曲和/或叶片振动而导致的风力涡轮机叶片对塔的撞击。

在本发明的有利方面，如果所述风力涡轮机由于紧急情况要被关断时，所述第二控制器可以从第一运行模式切换至紧急关断模式。

这可以例如提供节省费用的技术方案，这是由于相同的硬件，以及甚至一些情况下，至少一些相同的软件可以在风力涡轮机的正常“发电”运行期间和紧急关断期间使用。

可以基于一个或多个触发标准执行切换，触发标准例如错误的和/或缺失的数据输入等，超过预定限制等。

紧急情况可被定义为下述情况，即存在风力涡轮机或风力涡轮机附近的人受到伤害的危险。

有利地，在本发明的方面中，所述切换包括在配置用于处理相同功能的不同软件控制应用之间切换。

一个示例可以是取决于运行模式在不同的俯仰应用之间的切换。软件应用形式的第一个预定俯仰应用根据第一组预定的规则和/或参考参数运行。当进入紧急关断时，第二控制器可以切换至另一软件应用形式的第二俯仰应用，该另一软件应用形式根据另一组预定的规则和/或参考参数运行。因此，第二控制器包括在(正常)发电模式期间用于正常俯仰的第一软件应用，以及用于紧急关断期间的另一软件应用。

举例来说，这可以与确保安全紧急关断是相关的。

在本发明的方面中，所述切换包括替换一个或多个参考参数的内容和/或利用一组专门的紧急参考参数。

参考参数可以是设定的点，例如通过控制例如风力涡轮机的俯仰系统、风力涡轮机的转矩控制系统、风力涡轮机的转子和/或发电机速度控制系统，风力涡轮机应当符合的最小或最大俯仰角或速度或范围。

因此，如果第二控制器突然切换为在紧急关断模式运行，那么可以通过该替换/利用实现快速且有利的切换。

这样的另一优点在于：在第二控制器紧急关断期间使用的软件也可以在风力涡轮机“正常”运行期间使用。因此，由于紧急关断期间的高安全性等级，风力涡轮机在第一正常运行模式也会更可靠，这是由于使用了相同的一项软件，仅仅是参考参数在两个运行模式之间进行了修改或改变。

例如，参考参数可以限定设定点、限值、范围等。

在本发明的其他方面，所述切换包括切换至配置成用于俯仰一个或多个所述风力涡轮机叶片以关断所述风力涡轮机的紧急俯仰模式，其中所述第二控制器向所述风力涡轮机的一个或多个俯仰装置提供由所述紧急俯仰模式确定的一个或多个俯仰输出。

切换可以例如包括替换一个或多个参考参数的内容，根据一组紧急参数运行，该紧急参数例如为在紧急关断期间使用的预定俯仰轮廓线和/或类似参数。输出可以直接提供至俯仰装置和/或提供至第二控制器外部的俯仰控制器。

在本发明的方面中，在所述紧急关断期间，可以根据来自一个或多个测量装置的一个或多个数据输入通过所述第二控制器执行俯仰。

例如，这可以被执行以使得例如基于在紧急关断期间测量的塔的振动、在紧急关断期间测量的叶片振动、在紧急关断期间测量的叶片底部的转矩和/或其他因素，叶片的俯仰可在从紧急关断开始直到风力涡轮机被关断期间调整一次或多次，从而例如克服超过预定值的塔的振动、超过预定值的叶片振动、超过预定值的转矩和/或类似目的。

例如，在风力涡轮机的正常运行期间，在风的影响下，塔会沿下风方向偏转。在启动紧急关断模式时，叶片会俯仰到风外，以从转子中移除推力，这会导致塔向上风方向移动。当塔已经达到最大上风方向，塔开始移回下风方向。这可能会导致塔显著振动。另外，叶片的俯仰可能会导致叶片振动。作为塔和/或叶片振动的结果，叶片会例如撞击风力涡轮机塔，以及引起风力涡轮机的严重损坏。但是，在紧急关断期间，基于例如布置用于测量塔和/或叶片振动的振动传感器的测量值，通过调整例如叶片的俯仰，可以避免该损坏。因此，叶片可以在紧急关断期间在两个方向连续俯仰，以减少塔的振动、叶片振动、叶片底部转矩、主轴转矩和/或类似参数。

另外，由于与第一控制器相比，该俯仰设备在第二控制器中实现，该第二控制器在比第二控制器更高的安全性下运行，因此，实现了在风力涡轮机的正常运行期间和紧急关断期间更可靠的俯仰。

本发明的一方面中，俯仰轮廓线可以至少部分由一个或多个参考参数限定。

在本发明的方面中，所述切换可包括切换至紧急转矩场景，用于减少所述风力涡轮机的转矩，并且其中所述第二控制器在所述紧急关断期间，根据一个或多个测量装置的一个或多个数据输入，提供通过所述紧急转矩场景确定的转矩调整。

例如，紧急关断期间的叶片快速俯仰会在叶片根部和/或塔上引起很大的转矩。因此，通过在紧急关断期间基于例如参考参数限定的最大允许转矩调整例如叶片的俯仰，可以实现快速且安全的关断。

例如，最大允许转矩(或另一参考参数)比在风力涡轮机没有受到紧急关断时的允许的转矩具有更高的值或容许量。例如，这与风力涡轮机没有受到紧急关断时相比，可以允许叶片更高程度的俯仰和/或更快速的俯仰。

在本发明的优选方面，所述第二控制器包括一个或多个处理装置，其中所述一个或多个处理装置中的一个或多个配置成用于在所述风力涡轮机的正常运行期间和紧急关断期间，处理所述关键控制功能。

与降低风力涡轮机控制系统成本相关，有利的是在风力涡轮机的正常运行期间和在风力涡轮机的紧急关断期间，使用相同硬件处理关键控制功能。并且，这样有助于一种复杂性降低的硬件解决方案，并提供一种易于维护和易于在其上执行服务的系统。

本发明的方面中，处理装置包括一个或多个中央处理单元(CPU)、诸如随机访问存储器(RAM)的数据存储器、电路板和/或类似装置。

本发明的方面中，所述第二控制器包括用于处理输入数据的软件代码，以提供来自所述第二控制器的数据输出，其中所述软件代码用于在提供电能输出的正常运行期间以及在所述风力涡轮机的紧急关断期间处理所述关键控制功能。

作为示例，当风力涡轮机处于正常运行时，以及当其处于紧急关断时，可以由第二控制器使用相同的用于俯仰叶片WTB的软件代码。但是，用于确定允许的转矩、振动、俯仰速度等的参考参数可以修改或更换，一些输入数据在紧急关断期间和/或类似情况下可以忽略。因此，关键控制功能可包括在正常运行期间和紧急关断期间使用的算法，但是如果第二控制器切换至另一场景，那么算法中使用的输入可以改变。

例如，这可以提供下述优势，即可以减少所需的第二控制器的授权，并且可以实现更可靠的安全性控制器。

在本发明的方面中，所述第二控制器可以被复位以在紧急关断后将风力涡轮机运行在发电模式。

这可以通过更换/修改参考参数、修改/再引入用于风力涡轮机运行的数据输入和/或类似操作来实现。

在本发明的优选方面中，所述第二控制器基于所述一个或多个关键控制功能中的一个或多个，提供一个或多个输出。

这些输出被发送至风力涡轮机的不同应用，例如转换器、发电机、俯仰装置、冷却设备和/或类似装置。

在本发明的方面中，所述关键控制功能可以从下述组成的列表中选择：

-风力涡轮机叶片的俯仰，

-功率输出和/或风力涡轮机转子的转速和/或风力涡轮机的发电机的控制，

-旋转机舱的偏航控制，

-推力控制，例如风力涡轮机塔和/或风力涡轮机叶片的推力控制，以及

-发电机转矩控制，

在本发明的有益方面中，由所述第二控制器处理的至少一个所述关键控制功能可以包括关键监视功能。

在各方面中，该监视功能中的至少一个从下述组成的列表中选择：

-推力监视，

-轴加速监视，

-塔振动的监视，

-叶片振动的监视，

-主轴振动的监视，

-转子/发电机速度监视，

-转子/发电机加速监视，

-机舱加速监视，

-俯仰位置跟踪监视，

-偏航未对准以监视俯仰位置跟随俯仰参考值，

-俯仰不连贯监视以监视叶片之间的俯仰位置差没有超过预定的限制，

-风速监视，

-叶片底部转矩监视，

-塔的转矩监视，以及

-风速和/或风向的监视。

关键监视功能可以由对于风力涡轮机的恰当运行起关键作用的功能来限定，并且如果例如它们省略或缺失，那么风力涡轮机应当进入紧急关断以安全地和/或快速地关断风力涡轮机。在各方面中，第二控制器会监视关键监视功能，并且如果它们缺失或错误，第二控制器进入紧急关断模式。

在本发明的方面中，所述关键监视功能可以用于提供所述一个或多个输出。

在本发明的第二方面，本发明涉及一种用于控制风力涡轮机的系统，所述系统包括第一控制器和第二控制器，所述风力涡轮机的所述控制包括处理第一组控制功能和第二组控制功能。

其中所述第一组控制功能是非关键的控制功能，

其中所述第二组控制功能包括一个或多个关键控制功能，关键控制功能对于所述风力涡轮机运行来说是关键的，

其中所述第一控制器配置成用于处理所述第一组控制功能，

其中所述第二控制器是安全性控制器，其配置成用于通过所述关键控制功能在所述风力涡轮机的紧急关断期间控制所述风力涡轮机，以及

其中所述第二控制器进一步配置成用于在风力涡轮机处于发电模式时，控制所述关键控制功能中的一个或多个以提供用于控制所述风力涡轮机的输出。

在本发明的第二方面的各方面中，所述系统可以配置成用于根据权利要求1-22中一个或多个所述的方法来控制所述风力涡轮机。

在本发明的第三方面，本发明涉及一种控制器，用于控制风力涡轮机，所述控制包括处理一个或多个关键控制功能，关键控制功能对于所述风力涡轮机的运行是关键的。

其中所述控制器是安全性控制器，构造用于通过所述关键控制功能，在所述风力涡轮机的紧急关断期间，控制所述风力涡轮机，以及

其中所述第二控制器进一步配置成用于在风力涡轮机处于发电模式时，控制所述关键控制功能的一个或多个以提供用于控制所述风力涡轮机的输出。

在所述本发明的第三方面的方面中，所述控制器配置成根据权利要求1-22中一个或多个的方法来控制所述风力涡轮机。

在第四方面，本发明涉及一种风力涡轮机，包括根据权利要求23-24的风力涡轮机控制系统。

可以理解，由本方法的各个方面获得的一个或多个优点可以和上述涉及控制器、系统和/或风力涡轮机的方面一起应用。

附图说明

下面参考附图，进一步详细解释本发明，其中：

图1示意了根据本发明实施例的风力涡轮机形式的发电系统，

图2示意了根据本发明实施例的风力涡轮机控制系统，

图3示意了根据本发明实施例的用于公开控制器的有利运行的流程图；

图4示意了根据本发明实施例的控制器，其包括两个或多个冗余处理装置；

图5示意了本发明的再一实施例；

图6和7示意了涉及叶片俯仰的本发明的有利的实施例；

图8示意了涉及从正常运行切换至紧急关断模式的有利的实施例；

图9示意了涉及接收和处理测量值的有利的实施例；以及

图10示意了根据本发明实施例的用于公开控制器的再一有利运行的流程图。

具体实施方式

图1示意了根据本发明实施例的风力涡轮机WT形式的发电系统。风力涡轮机WT包括多个风力涡轮机元件，其中一些在图1中示出，例如塔TW、机舱NC、轮毂HU、以及两个或多个风力涡轮机叶片WTB。风力涡轮机WT的叶片WTB旋转地安装在轮毂HU上，并和轮毂一起称为转子。叶片WTB沿其纵轴的旋转称为俯仰，并由俯仰装置PA和俯仰控制器PC控制。

此外，风力涡轮机WT包括发电机，在一些实施例中还包括传动装置，以及转换器装置。这些风力涡轮机元件以及其他一些元件并没有示出。转子连接至传动装置，传动装置连接到发电机，其中发电机将从风中获得的动能转换为电能。在其他实施例中，风力涡轮机可以包括直接驱动装置，而没有传动装置。发电机连接至转换器，以将发电机的电能并入电网，例如，通过执行AC/AC转换的矩阵转换器和/或类似装置，进行交流(AC)至直流(DC)，然后至交流(AC)的转换。然后将交流电馈入电网。

进一步，风力涡轮机包括配置用于控制风力涡轮机WT的风力涡轮机控制系统WTCS。

图2示意了根据本发明实施例的用于控制风力涡轮机WT的风力涡轮机控制系统WTCS。系统WTCS包括第一控制单元C1和第二控制单元C2。第一控制器C1包括数据处理装置PAC1，其配置为控制/处理第一组控制功能CF1、CF2、CF3、CF4、CFn，这些功能是风力涡轮机WT控的制中非关键的控制功能。

第二控制器C2包括数据处理装置PAC2，其配置为控制/处理第二组控制功能，第二组控制功能包括对于所述风力涡轮机WT的运行很关键的关键控制功能CCF1、CCF2、CCF3、CCF4、CCFn。它们优选的功能涉及人的安全，以及对于控制作用于风力涡轮机的机械负载起关键作用的功能。这些控制功能在后面详细描述。

可以理解，关键的控制功能可以分为用于提供向风力涡轮机WT的控制装置提供输出的控制功能，以及用于以安全的方式监视控制风力涡轮机所需的关键输入的监视功能。这些关键的控制功能优选地由第二控制器C2处理。

在实施例中，第二控制器C2包括软件代码，其配置成处理输入数据以例如提供来自第二控制器C2的数据输出C2O1-C2O n。例如，通过利用不同的参考参数、输入数据和/或类似物，在例如将风力涡轮机提供的电能输出至电网的正常运行期间以及在风力涡轮机WT的紧急关断期间，在关键控制功能CCF1-CCFn中使用该软件代码。因此，这样的控制功能(不管其是否关键)可以是有助于控制或监视风力涡轮机元件、数据记录等的软件应用或者代码。因此，这里的术语正常运行应当理解为在风力涡轮机处于发电模式，并不是紧急关断中。

可以理解，在实施例中，第二控制器C2的输入和/或第二控制器的输出可以是第一控制器C1的输入数据。

第一控制器C1接收数据输入C1I1－C1In，这些数据输入通过第一控制器C1的数据输入装置DIA1接收。然后，数据输入C1I1-C1In提供至数据处理装置PAC1。数据处理装置PAC1接收数据输入(或者其一个或多个衍生物)，其被控制功能CF1、CF2、CF3、CF4、CFn中的一个或多个使用，例如，以提供一个或多个数据输出C1O1-C1On。这些数据输出或控制命令用于控制一个或多个风力涡轮机WT的应用或者风力涡轮机元件的功能。通过控制器C1的数据输出装置DOA1，数据输出C1O1-C1On被传送至相关接收器。同样地，实施例中的数据输入C1I1-C1In可以用于数据记录，并且因此，在一些实施例中，可以不从第一控制器C1产生输出，而是可以存储在第一控制器的数据存储器(未示出)中。

第二控制器C2接收数据输入C2I1－C2In，这些数据输入通过第二控制器的数据输入装置DIA2接收。然后，数据输入C2I1-C2In提供至数据处理装置PAC2。数据处理装置PAC2接收数据输入(或者其一个或多个衍生物)，其被一个或多个关键控制功能CCF1，CCF2，CCF3，CCF4，CCFn使用，以通过控制器C2的输出装置DOA2，提供一个或多个数据输出C2O1-C2On，从而控制一个或多个应用或者风力涡轮机元件。

第二控制器C2是安全性控制器，其配置成在紧急关断期间，通过一个或多个关键控制功能CCF1-CCFn，控制风力涡轮机WT。另外，当风力涡轮机WT处于向例如电网(未示出)提供电能输出的发电模式时，用于风力涡轮机WT的控制的关键控制功能CCF1-CCFn由第二控制器C2控制。并且，第二控制器C2用于控制涉及风力涡轮机WT的正常启动和关断的风力涡轮机的控制。因此，第二控制器C2在正常运行期间以及在诸如风力涡轮机WT的紧急关断的特殊情况期间，控制风力涡轮机WT的关键控制功能CCF1-CCFn。

因此，第二控制器C2安排用于将运行模式从风力涡轮机WT的正常运行切换到例如紧急关断模式。风力涡轮机WT的紧急关断可以例如由下述启动：故障，例如基于监视关键控制功能和/或关键监视功能自动触发机械控制安全性装置的事件，手动触发紧急停车和/或类似条件。

第一控制器C1和第二控制器C2优选是布置在其外壳内的分离的独立控制单元，但是在其他实施例中，控制器C1、C2可以并入相同的外壳中，但是包括分离的独立处理装置、数据存储器、数据输入装置、电源和/或类似装置。但是在一些实施例中，一个处理装置可以布置成处理第一控制器C1和第二控制器C2中的至少一些控制功能。

另外，第一控制器C1和第二控制器C2可以连接至数据连接CCOM，其允许控制器C1、C2交换数据。该数据通信路径可以有助于：至控制器C1、C2中的一个的输入数据也可用于其他控制器，这有助于第二控制器C2能够将控制信号传送至第一控制器C1，以在紧急关断和/或类似情况关断一个或多个非关键控制功能。类似情况可以例如包括第二控制器C2命令第一控制器C1至少关断一些由第一控制器C1控制的功能。例如，关断冷却系统，以完成记录的数据存储和/或类似目的。

图3示意了根据本发明实施例的流程图，该流程图公开了第二控制器C2的有利运行。

在步骤31，第二控制单元C2运行在正常发电模式NOM，用于例如，启动风力涡轮机WT，运行风力涡轮机WT以发电，例如在风速太低或太高的情况下，由于风力涡轮机WT的维护和/或由于其他规则而的情况下有助于正常关断风力涡轮机WT，和/或类似操作等。另外，第二控制器C2监视在下述情况下风力涡轮机WT是否应当由于下述情况而关断，：由于例如紧急情况导致紧急停车触发的紧急情况，由于监视的关键监视功能中的错误，由于突然出现的故障触发，和/或类似情况等。在紧急关断应当启动的情况下，第二控制器切换至紧急关断运行模式ESOM，如步骤S32所示。

在紧急关断模式ESOM中，第二控制器C2可以例如直接运行风力涡轮机WT的俯仰装置PA以俯仰风力涡轮机叶片WTB，它可以将控制信号发送至第二控制器C2外部的风力涡轮机WT的俯仰控制器PC和/或类似装置。

并且，第二控制器C2可以发送控制信号以偏航机舱，它可以关断风力涡轮机WT的电子元件，发送警报信号，向风力涡轮机WT的转换器装置和/或风力涡轮机的其他主要元件发送一个或多个控制信号和/或类似操作。

一般来说，可以理解关键控制功能是对于确保安全性以及确保风力涡轮机的元件在受到很大作用力时不受损坏起关键作用的控制功能。例如，叶片的俯仰对于作用在叶片上、发电机上、风力涡轮机塔和/或等上的机械负载有很大的影响，因此，其被认为是关键控制功能。另外，某些元件的监视被认为是关键的，例如塔振动的监视，这是因为如果不了解塔振动的程度，控制系统就不能在控制期间考虑该振动，因此塔可能会振动到下述程度：即由于振动，叶片会撞击到塔，或者风力涡轮机的其他部分被损坏。另外，风速(和/或方向)监视可被认为是关键的，这是因为这些参数对于确保安全性以及避免风力涡轮机机械损坏来说是很重要的。

可以理解，从正常发电模式NOM切换到紧急关断模式ESOM可以基于某些规则。例如，其可以基于例如安全链、主轴的转速、塔和/或风力涡轮机叶片的振动的监视，转换器的监视，风力涡轮机的齿轮箱的振动监视，和/或任何其他的对于在关断期间确保安全性和/或恰当控制作用在风力涡轮机上的机械负载起关键作用的监视。

示例可以是：振动传感器装置(突然)指示齿轮箱的振动显著增加，以至于超过警报阈值，例如，由于齿轮箱断裂的齿轮。这会触发紧急关断，其中第二控制单元C2进入紧急关断模式ESOM，以实现快速和/或安全地关断风力涡轮机WT。

另一示例可以是指示作用在风力涡轮机叶片的较低部分(叶片的根部)的转矩增加，超过了预定的阈值，该阈值被设定成确保叶片和/或轮毂或叶片轴承损坏，以至于会对附近人群造成危险和/或对风力涡轮机造成需要高昂费用修复的重大机械损坏。这也可能触发紧急关断，其中第二控制单元C2进入紧急关断模式ESOM以安全地关断风力涡轮机WT。

另一示例可以是例如由于人打开机舱的“门”，按下紧急停车等，造成安全回路破坏。

可以理解，实施例中任何恰当的规则和/或算法都可以用于第二控制器C2，以有助于紧急关断监视的可接受程度。

第二控制器C2可以设计为符合与功能安全性要求相关的某些标准。这些标准可以是，例如IEC EN61508“电气/电子/可编程电子安全性相关系统的功能安全性(E/E/PE,或E/E/PES)”。并且IEC 61062和ISO EN 13849也可以是相关的。在优选实施例中，由第二控制器C2处理的关键控制功能CCF1、CCF2、CCF3、CCF4、CCFn设计为符合这些标准，并且此外，第二控制器C2的硬件结构优选设计为符合这些标准。

现在将结合图4详细描述。在本发明的优选实施例中，第二控制器C2是冗余控制器，其包括一个或多个副本或基本相同的元件或功能，以增加第二控制器C2的可靠性，从而提供更好的故障安全控制器。

如图4所示意的，第二控制器C2可以包括两个或多个冗余处理装置PAC2-PACn，例如，三个、四个或五个处理装置PAC2-PACn。

每个处理装置基于相同的输入或者代表相同参数的输入，处理和处置相同的关键控制功能CCF1、CCF2、CCF3、CCF4、CCFn，并且理想地应当向验证装置VA提供相同的输出O1-On。

如果，例如第二控制器C2包括三个数据处理装置PAC2-PACn，以及如果这些装置中的第一个和第二个提供基本相同的输出，而第三个装置提供显著偏离于其他两个控制装置的输出，那么第三个处理装置的输出将被否决，从而第一个或第二个控制装置的输出用作数据输出装置的输出。

在其他实施例中，第二控制器C2可以包括两个冗余处理装置PAC2-PACn，并且验证装置VA可被配置为处理来自这两个冗余处理装置PAC2-PACn的输出O1-On，以确定输出是否至少是大体相同的。如果不是，则第二控制单元C2进入紧急关断模式ESOM，以快速关断风力涡轮机WT。在该实施例中，安全性控制器C2包括两个或多个处理装置PAC2-PACn，并且如果这些装置的输出彼此偏离，那么安全性控制器启动紧急关断。

应当注意到，利用表决器VA确定处理器装置的输出的有效性是第二控制器C2确定是否进入(紧急)关断模式的一种方式，可以理解还有任何其他恰当类型的验证装置可以与处理来自处理装置的输出O1、On是相关的。

并且，可以理解第二控制器C2可以包括一个或多个数据存储器，用于存储与关键控制功能相关的软件代码、例如在本文的后半部分更详细地公开的参考参数。

图4进一步示意了代表相同参数的不同输入数据用作每个处理装置PAC2-PACn的输入的实施例。在图4中，第四个输入数据C2I4用作第一处理装置PAC2的输入，而输入数据C2In用作第二处理装置PAC2的输入。第四个输入数据C2I4和输入数据C2In代表相同的数据，但是来自不同的数据源。例如，第四个输入数据C2I4代表来自仪表的输入，例如，用于测量发电机速度的传感器设备，而输入数据C2In代表输入数据，其经过恰当处理也适于代表发电机速度。或者，可以使用用于测量风力涡轮机元件的相同信息的两个相同的仪表，一个用作输入C2I4，另一个用作输入C2In。C2I1、C2I2、C2I3在目前的实施例中用作数据处理装置PAC2，PACn的输入。

图5示意了本发明的实施例，其与风力涡轮机控制系统WTCS中在第一和第二控制单元C1、C2之间划分控制功能的一个示例相关。第一控制器C1和安全性控制器/第二控制器C2将控制信号发送至风力涡轮机WT的不同的元件、应用和/或装置。第一控制器C1将控制信号C1O1发送至冷却系统CS，以控制例如风力涡轮机WT的电气控制系统、机械元件、发电机元件的和/或类似部件的冷却。该控制可以包括冷却系统的启动和停止，控制冷却容量范围内的冷却量(例如，0-100％，其中0对应于没有冷却，100％对用于100％冷却容量)，控制哪个元件/装置需要冷却和/或进行类似控制。

另外，第一控制器C1可以控制航空灯AL，以提醒附近的飞机或直升机附近有风力涡轮机形式的高大结构。如果风力涡轮机布置为包括多个风力涡轮机的一组风力涡轮机，那么单个风力涡轮机的航空灯可以认为是非关键的控制功能，并由第一控制器处理。原因是所有风力涡轮机的所有航空灯同时故障的风险小至趋近于零。但是，如果风力涡轮机单独布置，附近没有其他风力涡轮机，那么航空灯被认为对于安全性来说是关键的，因此由第二控制器控制。原因是如果航空灯在这种情况下损坏，那么就没有办法提醒飞机或直升机附近具有高大结构。

通常可以理解，取决于风力涡轮机布置的单独的环境，相同方式的其他控制功能，例如机舱的温度控制，可以在控制器C1，C2之间划分。

并且，第一控制器C1可以将控制信号C1On发送至数据记录装置DLA，其处理与例如来自传感器的测量的和/或估计的/获得的数据、故障、警报和/或其他相关数据记录相关的数据。在本发明的实施例中，第二控制器C2也可发送由数据记录装置DLA记录的记录数据，但是可以由第一控制器C1处理数据记录的控制和/或记录的数据的发送和/或记录数据的访问控制。

在其他实施例中，第二控制器C2要记录的数据可以由未示出的另一/再一数据记录装置记录，其可以认为独立于数据记录装置DLA的控制以及数据记录装置DLA本身。

第二控制器C2可以向偏航装置YWA发送控制信号C2O1，以使得机舱NC围绕基本垂直的轴相对于风力涡轮机塔TW旋转。这优选地由第二控制器C2在下述期间执行：风力涡轮机WT的“正常”运行期间，以及如果有必要辅助风力涡轮机WT安全紧急关断时，风力涡轮机WT紧急关断期间。

另外，第二控制器C2可以向风力涡轮机WT的转换器CON发送控制信号C2O2，用于例如，在紧急关断期间和/或在风力涡轮机WT不须紧急关断时风力涡轮机WT的“正常”运行期间，恰当处理风力涡轮机电能输出。因此，第二控制器C2在下述期间至少部分有助于风力涡轮机WT的转换器CON的控制：风力涡轮机WT的“正常”运行期间，以及如果有必要辅助风力涡轮机WT安全紧急关断时，风力涡轮机WT紧急关断期间。

应当注意，例如，转换器CON和俯仰装置PA可以受控于专门的子控制器，但是在正常运行期间和在紧急关断期间，第二控制器C2可以否决子控制器，或者至少强制子控制器执行某些控制策略。

并且，第二控制器C2可以控制防冻装置DI，该装置例如，借助于第一控制器C1发送至防冻装置DI的控制信号C2O3，负责风力涡轮机叶片WTB的防冻。防冻装置对于下述环境来说是关键的，即叶片上出现的冰达到使得运行期间叶片的气动外形报警的程度，以至于叶片上的机械荷载显著变化。防冻的控制包括防冻装置DI的启动和停止，防冻容量范围内的防冻量的控制(例如，0-100％，其中0对应没有加热/防冻，100％对应100％加热/解冻容量)和/或类似控制。

在优选实施例中，第二控制器C2在下述期间发送控制信号C2On以控制风力涡轮机WT的叶片WTB的俯仰：风力涡轮机WT的“正常”运行期间，以及如果有必要有助于风力涡轮机WT安全紧急关断时，风力涡轮机WT紧急关断期间。这根据本发明的实施例可以有不同方式辅助实现。

另外，图5示意了一个实施例，其中第二控制器C2向俯仰控制器PC发送控制信号，并且俯仰控制器PC向风力涡轮机WT的一个或多个俯仰装置PA1、PA2发送信号，以至于基于第二控制器C2的控制信号俯仰叶片WTB。因此，如上所解释的，第二控制器C2的应用(即处理数据以向俯仰控制器PC发送控制信号)被认为是关键的控制功能CCFn。在图5的实施例中，俯仰控制器PC位于第二控制器C2的外部。

俯仰装置PA1-Pan可以包括驱动器，例如液压线性驱动器，用于俯仰叶片的一个或多个电动机。因此，俯仰装置PA包括控制装置，以基于俯仰控制器PC的俯仰控制输出PCOP1，PCOP2俯仰叶片WTB。优选地，风力涡轮机WT包用于风力涡轮机WT的每个风力涡轮机叶片WTB的俯仰装置PA1、PA2，以例如有助于每个叶片的单独的俯仰。

在实施例中，第二控制器C2外部的俯仰控制器PC可以配置成满足和第二控制器C2相同的安全性标准。例如，俯仰控制器PC可以包括冗余的硬件以及验证装置，其可以提供更好的故障安全俯仰控制器PC。

在图6示意的实施例中，俯仰控制器PC可以集成入第二控制器C2，第二控制器C2可以将俯仰控制信号C2O3、C2O4发送至风力涡轮机WT的俯仰装置PA1、PA2以单独控制每个叶片WTB的俯仰。由于第二控制器C2的实现方式，配置成控制叶片俯仰的整个装置在高度安全性下运行，由于例如图4中示意和描述的冗余的硬件元件和/或软件元件，第二控制器C2运行的安全程度比第一控制器C1高。

图7的实施例涉及一种俯仰控制，其是图5和6中描述的组合。在该实施例中，第二控制器C2包括俯仰控制设备PC1，其有助于向俯仰装置PA1、PA2发送控制信号C2O3、C2O4，而不使用第二控制器C2外部的俯仰控制器PC2。另外，第二控制器C2有助于向第二控制器外部的俯仰控制器PC2发送控制信号C2O5，使得俯仰控制器PC2基于来自第二控制器C2的控制信号而辅助控制俯仰装置PA1、PA2的俯仰方式。在该实施例中，第二控制器C2在风力涡轮机WT的正常运行期间，通过外部俯仰控制器PC2控制叶片俯仰。另一方面，在紧急关断期间，第二控制器C2通过第二控制器C2的俯仰控制设备PC1，直接控制叶片的俯仰，而不使用第二控制器C2外部的俯仰控制器PC2。因此，在该实施例中，第二控制器C2在紧急关断期间，将外部俯仰控制器PC2旁路，而当风力涡轮机处于发电的正常运行时，第二控制器C2向外部俯仰控制器PC2发送俯仰控制信号。

图8示意了一个实施例，其中从正常运行切换至紧急关断模式包括替换第二控制器C2的关键控制功能CCF1-CCFn的一个或多个参考参数RP1-RPx的内容。在图8的实施例中，参考参数RP1-RPn的内容存储在第二控制器C2的数据存储器DS1-DSn中，但是可以理解，在其他实施例中，参考参数可以存储在第二控制器C2外部的其他位置。参考参数RP1-RPn和输入参数C2I1-C2In一起用作第二控制器C2的关键控制功能CCF1-CCFn的输入，关键控制功能CCF1-CCFn使用输入参数C2I1-C2In和参考参数RP1-RPn以计算/建立控制输出C2O1-C2On。

例如当控制风力涡轮机的一个或多个叶片的俯仰角度时，俯仰驱动器PA的控制信号是输入参数C2I1-C2In的处理结果，输入参数例如是风速、风向、风力涡轮机的结构部件(比如主轴转矩)的荷载测量值、叶片底部转矩、塔的振动和/或类似参数。但是，为了恰当建立俯仰装置PA的俯仰参考值，可以基于参考参数RP1-RPn考虑输入参数C2I1-C2I2。例如，如果估计的风速值是X m/s，测量塔的振动为Y m/s²，并且例如安全裕度要满足Z，其中Z是参考参数RP1-RP n中的一个，那么叶片的俯仰角度应当是D°。因此，预定的参考参数Z可以和输入X和Y一起用于确定输出，即俯仰装置PA的俯仰参考值。当根据紧急关断模式关断风力涡轮机WT时，某些参数可以忽略或修改。因此，在实施例中，从正常运行切换至紧急关断模式可以包括替换一个或多个参考参数RP1-RPx的内容。因此，如果在正常运行期间，参数RP1的内容是Z的第一个值，那么，参数RP1的值，即Z可以在紧急关断模式变化。因此，可以使用基本相同的俯仰算法，但是由于运行模式的切换，参考参数(或者它们的值)有助于改变俯仰装置的输出。

例如，第一数据存储器DS1的参考参数RP1-RP4可以在风力涡轮机WT的正常运行期间使用。如果第二控制器C2切换至紧急关断模式，那么参考参数RP1-RP4被第二数据存储器DSn的参考参数RP5-RPn替换，以至于使用一组专门的紧急参考参数RP5-RPn。如所示意的，紧急参考参数RP5-RPn可以存储在与风力涡轮机正常运行期间使用的参考参数RP1-RP4不一样的另一数据存储器中，但是所有参考数据RP1-RPn也可以存储在一个数据存储器中。或者，参考参数RP1-RPx的值/内容可以与紧急关断期间使用的另一值互换。

在优选实施例中，第二控制器C2可被配置为应用紧急俯仰模式，其包括紧急关断期间的预定俯仰轮廓线。这结合图9详细示意和描述。

第二控制器C2可以安排用于根据预定的第一俯仰轮廓线和在紧急关断期间使用的另一第二俯仰轮廓线来运行，其中当根据紧急关断模式，风力涡轮机WT没有关断时，使用第一俯仰轮廓线。俯仰轮廓线配置成根据来自一个或多个测量装置MA的一个或多个数据输入C2In，向俯仰装置PA(和/或图9中未示出的俯仰控制装置，参见之前的附图和描述)提供输出C2On。其中测量装置MA例如是测量主轴转矩、作用在塔的结构上的转矩、作用在叶片底部的转矩、叶片振动/晃动、塔振动/晃动和/或任何其他相关测量值的传感器。因此，叶片WTB的俯仰可以基于测量值，以在紧急关断期间，通过第二控制器C2连续俯仰叶片(和/或以其他方式修改其气动外形)，以减少例如塔的振动和/或叶片振动。该切换可以包括替换/修改算法中与控制叶片俯仰相关的参考参数。

以类似的方法，本发明实施例中的第二控制器C2可以配置为切换至紧急转矩场景，紧急转矩场景配置成在紧急关断期间保持作用在结构上的转矩低于某关键水平，该结构例如是风力涡轮机的塔TW或叶片WBL，其中第二控制器C2提供由紧急转矩场景确定的转矩调整输出。这也优选地基于紧急关断期间的一个或多个测量值。

例如，可以安排用于测量作用在结构上的力的应变仪或另一传感器装置MA来测量风力涡轮机叶片WTB上的叶片底部的转矩。该传感器的输出可以是第二控制器C2的输入C2In，以使得风力涡轮机叶片WTB在紧急关断期间连续俯仰以保持作用在叶片上的力低于例如由参考参数确定的预定水平，其中该参考参数限定了允许的最大的叶片根部转矩。相同的方法可以用于主轴转矩、作用在塔TW上的转矩和/或类似物。

下面解释使用输入数据和参考参数的一个非常简单的示例。应当注意，其仅是用于示意使用参考参数和输入数据的原则的示例。

示例1

if((C2I1>RP1)AND(C2I2！>RP2))

{C2O1＝x[m/s]}

else if((C2I1<RP3)AND(C2I2>RP4))

{C2O1＝y[m/s]}

…

上述中，C2I1和C2I2是来自例如传感器的数据输入，C2I1例如可以是指测量的风速，而C2I2可以是指测量的目前的塔的振动。现在，如果测量的风速C2I1超过由参考参数RP1给定的预定值，而塔的振动没有超过参考参数RP2给定的上述的预定值，那么输出至一个或多个俯仰装置PA(或外部俯仰控制器)的最大俯仰速度应当是x[m/s]。如果这些条件不符合，但是取而代之，测量的风速C2I1低于参考参数RP3给定的预定值，塔的振动超过由参考参数RP4给定的预定值，那么输出至一个或多个俯仰装置PA(或外部俯仰控制器)的最大俯仰速度应当是y[m/s]。可以理解，值x[m/s]和y[m/s]可以基于在本文中没有进一步示意和描述的查询表、一个或多个软件算法以及更多的输入数据和参考参数和/或等来计算/确定。如上述点“…”所指示的，示例包括进一步条件和/或类似物。

现在，当由于关键故障进入紧急关断时，上述使用的参考值可以被更换为一组新的参考参数，因此，给出下述示例，其描述了进入紧急俯仰模式的示例：

示例2

if((C2I1>RP5)AND(C2I2！>RP6))

{C2O1＝x[m/s]}

else if((C2I1<RP7)AND(C2I2>RPn))

{C2O1＝y[m/s]}

…

因此，可以改变参考条件，因此，例如可能导致比使用参考参数RP1-RP4更强烈的叶片俯仰。使用的算法可以是基本相同的，但是在其他实施例中，当计算例如x和y以例如允许在俯仰期间使得叶片的俯仰加速度更快、修改预定的最大/最小俯仰速度、修改预定的最大/最小俯仰角度或类似目的时，可以通过修改一个或多个其他的参考参数来修改该算法。因此，基于参考参数的交换、数据输入的使用、忽略条件建立的某些部分和/或类似物，有助于从第一“正常”俯仰轮廓线切换至紧急俯仰模式。

或者，可以在控制器C2中实现两个不同的关键控制(俯仰)功能，一个用于正常运行，一个用于紧急关断。因此，第一功能可以包括例如上述示例1的建立，并且可以在正常运行期间使用以向电网提供电能。例如，上述示例2可以在紧急关断期间使用。因此，在该实施例中，第二控制器从一个关键控制功能切换至另一个，以根据另一紧急俯仰功能俯仰。因此，取决于风力涡轮机在发电模式/正常运行还是在紧急关断中，由风力涡轮机的不同的俯仰应用来控制叶片的俯仰。应当注意，该实施例中上述内容同样地可以在例如偏航控制、发电机控制和/或类似情况中实现。

图10示意了有利的实施例，其中在风力涡轮机WT紧急关断后，第二控制器“复位”以运行在发电模式NOM。步骤S101和S102和图3的步骤S31和S32基本相同。但是在图10的实施例中，在步骤S102后，检查风力涡轮机WT是否已经被紧急关断而关断(EMSD完成？)。如果是，进一步检查是否可以再次启动风力涡轮机WT进入发电模式(NOM可以？)。如果是，在步骤S103，第二控制器C2再次从紧急关断模式切换至正常运行模式。这可以通过引入在紧急关断期间在第二控制器C2中忽略的算法来实现，它包括替换/复位参考参数、再次引入更多的数据输入、从紧急关断期间使用的软件应用切换至正常运行期间使用的软件应用和/或类似操作。

一般地，可以理解本发明不限于上述的特定的示例，而是可以在权利要求指定的本发明的保护范围内适用于多个变形中，变形包括所有附图中的一个或多个及其组合。

参考标记

WT：风力涡轮机

WTB：风力涡轮机叶片

TW：风力涡轮机塔

NC：机舱

HU：轮毂

WTCS：风力涡轮机控制系统

C1：第一控制器

C2：第二控制器

DIA1：第一控制器的数据输入装置

DIA2：第二控制器的数据输入装置

DOA1：第一控制器的数据输出装置

DOA2：第二控制器的数据输出装置

C2I1-C2In:第二控制器的数据输入

C1I1-C1In:第一控制器的数据输入

C1O1-C1On:第一控制器的数据输出

C2O1-C2On:第二控制器的数据输出

PA1-PAn：数据处理装置

CCF1-CCFn：关键控制功能

CF1-CFn:非关键控制功能

VA：第二控制器的验证装置，例如表决装置/表决器

PAC2、PACn：第二控制器的处理装置

PAC1：第一控制器的处理装置

MA：测量装置

YWA：风力涡轮机的偏航装置

CS：风力涡轮机的冷却系统

DLA：数据记录装置

CON：风力涡轮机的转换器

DS：数据存储器

RP1-RPn:参考参数

PA、PA1、PA2：俯仰装置

PC：俯仰控制器

O1-On：处理器装置向表决装置的输出

DI：防冻装置

AL：航空灯

CCOM：第一和第二控制单元之间的通信

Claims (17)

1.一种通过风力涡轮机控制系统(WTCS)控制风力涡轮机(WT)的方法，风力涡轮机控制系统包括第一控制器(C1)和第二控制器(C2)，所述风力涡轮机(WT)的所述控制包括处理第一组控制功能(CF1-CFx)和第二组控制功能(CCF1-CCFx)，

其中所述第一组控制功能(CF1-CFx)是非关键的控制功能，

其中所述第二组控制功能(CCF1-CCFx)包括一个或多个关键控制功能(CCF1-CCFx)，关键控制功能对于所述风力涡轮机(WT)的运行来说是关键的，

其中所述第一控制器(C1)处理所述第一组控制功能(CF1-CFx)，

其中所述第二控制器(C2)是安全性控制器，其特征在于，所述第二控制器以比所述第一控制器(C1)更高的安全性等级运行，

其中在所述风力涡轮机(WT)的紧急关断期间，所述第二控制器通过所述关键控制功能(CCF1-CCFx)控制所述风力涡轮机，以关断所述风力涡轮机，

其中在风力涡轮机(WT)处于向电网输送电力的发电模式时，所述第二控制器(C2)进一步控制所述关键控制功能中的一个或多个，以提供用于控制所述风力涡轮机(WT)的输出，以及

其中所述发电模式包括启动发电、运行发电以及正常关断发电。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第二组控制功能(CCF1-CCFx)对于控制所述风力涡轮机(WT)的机械荷载来说是关键的。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第二控制器(C2)包括接收一个或多个数据输入(C2I1-C2In)的数据输入装置(DIA2)、处理来自所述一个或多个数据输入(C2I1-C2In)的数据的数据处理装置(PA1-PAn)以及数据输出装置(DOA2)，该数据输出装置基于所述一个或多个数据输入(C2I1-C2In)的所述处理，向一个或多个数据输出(C2O1-C2On)提供来自所述第二控制器(C2)的数据，以及

其中所述第二控制器(C2)的所述数据处理装置包括至少两个处理装置(PA1,PAn)以及验证装置(VA)，每个处理装置根据相同的一组规则处理代表相同数据的输入，验证装置从至少一个所述处理装置(PA1,PAn)选择输出(O1,On)，以在所述数据输出装置(DOA2)的输出(C2O1-C2Ox)上形成数据的基础。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述第二控制器(C2)处理来自至少两个数据输入(C2I1-C2In)的数据，其中数据代表相同的信息，并且其中所述信息从不同的数据源获得。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述第二控制器(C2)根据一个或多个参考参数(RP1-RPx)运行，以及其中一个或多个软件应用配置成根据所述参考参数(RP1-RPx)处理数据输入(C2I1-C2Ix)，以提供来自所述第二控制器(C2)的数据输出(C2O1-C2Ox)。

6.如权利要求5所述的方法，其中如果所述风力涡轮机(WT)由于紧急情况要被关断，则所述第二控制器(C2)从第一运行模式(NOM)切换至紧急关断模式(ESOM)。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述切换包括替换一个或多个参考参数(RP1-RPx)的内容和/或利用一组专门的紧急参考参数(RP1-RPx)。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述切换包括切换至配置为俯仰一个或多个所述风力涡轮机叶片(2)以关断所述风力涡轮机(WT)的紧急俯仰模式，以及其中所述第二控制器(C2)向所述风力涡轮机的一个或多个俯仰装置(PA)提供由所述紧急俯仰模式确定的一个或多个俯仰输出。

9.如权利要求6所述的方法，其中所述切换包括切换至紧急转矩场景(OS2)，以减少所述风力涡轮机(WT)的转矩，并且其中所述第二控制器(C2)在所述紧急关断期间，根据来自一个或多个测量装置(MA)的一个或多个数据输入，提供通过所述紧急转矩场景确定的转矩调整输出(TAO)。

10.如权利要求3所述的方法，其中所述第二控制器(C2)包括用于处理输入数据以提供来自所述第二控制器(C2)的数据输出(C2O1-C2On)的软件代码，并且其中所述软件代码用于在用于提供电能输出的正常运行期间和所述风力涡轮机的紧急关断期间处理所述关键控制功能(CCF1-CCFx)。

11.如权利要求3所述的方法，其中所述第二控制器(C2)基于所述一个或多个关键控制功能(CCF1-CCFn)中的一个或多个，提供一个或多个输出(C2O1-C2On)，其中所述关键控制功能(CCF1-CCFn)从下述组成的列表中选择：

-风力涡轮机叶片(WTB)的俯仰，

-电能输出和/或风力涡轮机转子的转速和/或风力涡轮机(WT)的发电机的控制，

-将机舱(NC)旋转的偏航控制，

-推力控制，例如风力涡轮机塔(TW)和/或风力涡轮机叶片(WTB)的推力控制，以及

-发电机转矩控制。

12.如权利要求1或2所述的方法，其中由所述第二控制器(C2)处理的所述关键控制功能(CCF1-CCFn)中的至少一个包括关键监视功能，其中所述监视功能中的至少一个从下述组成的列表中选择：

-推力监视，

-轴加速监视，

-塔振动的监视，

-叶片振动的监视，

-主轴振动的监视，

-转子/发电机速度监视，

-转子/发电机加速监视，

-机舱加速监视，

-俯仰位置跟踪监视，

-偏航未对准，用于监视俯仰位置跟随俯仰参考，

-俯仰不连贯监视，用于监视叶片之间的俯仰位置差没有超过预定的限制，

-风速监视，

-叶片底部转矩监视，

-塔转矩监视，以及

-风速和/或风向的监视。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述关键监视功能用于提供所述一个或多个输出(C2O1-C2On)。

14.一种用于控制风力涡轮机(WT)的系统(WTCS)，所述系统包括第一控制器(C1)和第二控制器(C2)，所述风力涡轮机(WT)的所述控制包括处理第一组控制功能(CF1-CFx)和第二组控制功能(CCF1-CCFx)，

其中所述第一组控制功能(CF1-CFx)是非关键的控制功能，

其中所述第二组控制功能(CCF1-CCFx)包括一个或多个关键控制功能(CCF1-CCFx)，关键控制功对于所述风力涡轮机(WT)运行来说是关键的，

其中所述第一控制器(C1)配置成处理所述第一组控制功能(CF1-CFx)，

其中所述第二控制器(C2)是以比所述第一控制器(C1)更高的安全性等级运行的安全性控制器，

其中，所述第二控制器配置成在所述风力涡轮机(WT)紧急关断期间，通过所述关键控制功能(CCF1-CCFx)控制所述风力涡轮机，以关断所述风力涡轮机，

其中所述第二控制器(C2)进一步配置成在所述风力涡轮机(WT)处于向电网输送电力的发电模式时，控制所述关键控制功能中的一个或多个以提供控制所述风力涡轮机(WT)的输出，以及

其中所述发电模式包括启动发电、运行发电以及正常关断发电。

15.如权利要求14所述的系统(WTCS)，其中所述系统配置成根据权利要求1-13中任一项所述的方法，控制所述风力涡轮机(WT)。

16.一种控制器(C2)，用于控制风力涡轮机(WT)，所述控制包括处理一个或多个关键控制功能(CCF1-CCFn)，关键控制功能对于所述风力涡轮机(WT)的运行是关键的，

其中所述控制器(C2)是安全性控制器，其特征在于，该控制器以比第一控制器(C1)更高的安全性等级运行，所述第一控制器配置为处理第一组控制功能，

其中所述控制器配置成通过所述关键控制功能(CCF1-CCFn)，在所述风力涡轮机(WT)的紧急关断期间控制所述风力涡轮机，以关断所述风力涡轮机，

其中所述控制器(C2)进一步配置成在风力涡轮机(WT)处于向电网输送电力的发电模式时，控制所述关键控制功能的一个或多个以提供用于控制所述风力涡轮机(WT)的输出，以及

其中所述发电模式包括启动发电、运行发电以及正常关断发电。

17.如权利要求16所述的控制器(C2)，其中所述控制器(C2)配置成根据权利要求1-13中任一项所述的方法控制所述风力涡轮机(WT)。