CN106164477A - 具有过载控制的风力涡轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于控制风力涡轮发电机以基于操作约束来提供高于额定级别的功率的方法。风力涡轮机包括过载控制器，过载控制器响应于一个或多个操作参数的值计算过载功率需求，且将这个需求通讯给发电机。过载命令值根据(一个或多个)操作参数的设定点计算，计算将操作参数与这些设定点不同的程度考虑在内。过载命令值可随着操作参数和关联设定点之间的差异而成比例地变化。如果使用多个操作参数，则过载功率需求可与最小过载命令值对应。而且，功率需求可被单独通讯给风力涡轮发电机，或可被计算以用于风力涡轮机场。
Description
技术领域
本发明涉及风力涡轮机和风电场中的过载控制，且尤其涉及实现风电场的一个或多个风力涡轮机依据外部变量瞬时地产生高于额定输出的功率的方法和设备。
背景技术
风力涡轮机的额定功率在IEC 61400中被定义为最大连续电气功率输出，风力涡轮机被设计成在常规操作和外部条件下实现所述最大连续电气功率输出。大型商用风力涡轮机一般被设计用于20年的使用寿命且其额定功率输出被考虑在所述使用寿命内。
将风力涡轮机过载是被期望的，因为其提供涡轮机的年发电量(AEP)的增加。换言之，比起涡轮机仅在其额定设定值处操作，更多的能量能够在一年内产生。然而，过载导致涡轮机内的更多磨损和构件疲劳，结果可能缩短涡轮机的使用寿命。过载也可能意味着涡轮机可能需要更多维护，从而可能要求工程师在现场时涡轮机关闭。将所述风力涡轮机关闭给在风电场里的剩余涡轮机在那时满足风电场的目标功率输出带来较大压力，且意味着AEP的预期增加并不能被实现。维护也可能是困难和昂贵的，因为涡轮机可能在不可接近的位置。因此，有益的是控制每个风力涡轮机过载的程度，从而在具有以上列出的缺点的情况下平衡需要以满足功率输出需求。
进一步考虑到决定过载每个风力涡轮机的程度可能是重要的。例如，已知的控制系统测量涡轮机舱中的具体电气构件的温度且将上限值赋予待产生的过载功率的量。出于安全原因，这些系统被设计成保守的，且因此可能非必要地限制功率产生从而导致发电损失。
因此，我们理解到期望的是提供改进的控制，以使得风力涡轮机能够高于额定功率地操作。
发明内容
本发明在现在将参考的独立权利要求中被定义。有利的特征在从属权利要求中被列出。
本发明涉及一种控制方法，其用于控制风力涡轮发电机以产生高于其额定值的功率，其中，风力涡轮机的操作特征为过载的程度是基于一个或多个风力涡轮机操作变量。所述方法包括：接收用于第一操作变量的第一设定点，确定第一操作变量是否与设定点不同，且确定风力涡轮发电机在最大和最小过载设定值之间过载的程度。风力涡轮发电机过载的程度是基于第一操作变量与第一设定点不同的程度。第一过载命令值基于所述确定来输出，且风力涡轮发电机的过载基于第一过载命令值来控制。这个方法的优点的是过载可响应于所述一个或多个操作变量的改变被持续调整，以防止操作变量与其设定点相差程度过大。这个允许风力涡轮机的平均功率输出增加，同时仍然将操作变量维持在适当限值内。
有利地，操作特征是下述中的一个或多个：由风力涡轮发电机产生的功率，风力涡轮发电机的旋转速度，风力涡轮发电机的负载转矩，以及风力涡轮发电机的负载电流。因此发电机的功率输出、旋转速度、负载转矩和/或负载电流过载的程度根据本发明的方法被控制。
有利地，控制方法还包括：接收用于第一操作变量的警告设定点，警告信号在所述警告设定点被发布，将最大风力涡轮机过载设定到等于当第一操作变量等于第一设定点时的过载设定值，且基于第一操作变量与第一设定点相差的程度来将风力涡轮机过载渐进式减小到最小过载设定值。随着操作变量的值趋向于警告设定点变化，在到达警告设定点之前到达最小过载设定值。操作变量到达警告设定点的可能性因此减小，以允许风力涡轮机运行在关闭之间的较长时间段。
有利地，当第一操作变量被确定为等于警告设定点时，发布警告信号导致下述中的一个或多个：风力涡轮发电机被关闭，将功率调降为低于额定功率，将风力涡轮机叶片变桨到顺桨位置，机械或电气制动的应用，将主电路制动器断开连接，将警报信息发送给监督控制和数据获取系统，在警告时记录操作条件。因此采取适当措施以防止不安全或非理想的风力涡轮机的操作。
有利地，控制方法还包括：接收用于第二操作变量的第二设定点，确定第二操作变量是否与第二设定点不同，且确定风力涡轮发电机在最大和最小过载设定值之间的过载程度。过载程度是基于第二操作变量与第二设定点相差的程度，且第二过载命令值基于所述确定来输出。风力涡轮发电机的过载基于第一和第二过载命令值来控制。因此多个操作变量的值能够被考虑在内，且操作变量可在确定与每个操作变量关联的过载命令值中被使用。
有利地，控制方法还包括：从第一过载命令值和第二过载命令值之中选择最小值，根据第一过载命令值和第二过载命令值中的最小值来控制风力涡轮发电机的过载，且忽视高于最小选择命令值的命令值。对过载具有最大限制影响的操作变量由此可被确定且因此过载的量被控制。
有利地，控制方法还包括：接收用于第三操作变量的第三设定点，第三设定点指示在允许过载的操作区域和将要去除过载的操作区域之间的过渡点，确定第三操作变量落入的操作区域，且基于所述确定来取消风力涡轮发电机的过载。因此对于特定操作变量，当变量达到特定值时，过载可即刻被取消。
有利地，所述方法还包括：查询一个或多个传感器，以确定用于第一、第二或第三操作变量的值，且基于上述确定得到的值来确定第一、第二或第三设定点是否被超过。操作变量的值可因此由传感器得到的测量值被确定。
有利地，所述方法还包括：由下述中的一个或多个推导用于第一、第二或第三操作变量的值：评估值，计算值，在表中查询值，将固定数字分配给操作变量，利用数学公式来确定值，基于提供给风力涡轮机的数据来确定值，从与风力涡轮机分开的硬件或软件获得值。因此操作变量的值不需要必须源自物理量的测量值，而是可以由其它手段推导。
有利地，过载程度利用比例控制、比例积分控制、比例积分微分控制中的一个或多个来确定。因此可实现改进控制过程特征。
本发明也涉及配置成执行以上方法的风力涡轮机控制器。
本发明也涉及一种计算机程序，当其在风力涡轮机控制器上运行时致使风力涡轮机控制器执行以上方法的步骤。
附图说明
现在将仅通过示例且参考附图描述本发明的实施方式，其中：
图1是风力涡轮机舱的示意图；
图2是图表，其示意根据已知的控制方法的响应于操作变量(诸如温度)来将控制过载的量切断；
图3是图表，其示意根据本发明的一实施方式的响应于操作变量(诸如温度)来对过载的量进行比例控制；
图4是图表，其示意根据本发明的一实施方式的响应于操作变量(诸如温度)来对过载的量进行非线性控制；
图5是流程图，其示意根据本发明的一实施方式的比例控制过程和最低过载需求的选择；
图6是流程图，其示意根据本发明的一实施方式的涡轮机可完全过载或过载为零的控制过程，以及最低过载需求的选择；
图7是利用电场控制器的风电场的示意图。
具体实施方式
图1是安装在塔8上的示例风力涡轮机舱6的示意图。一个或多个风力涡轮机叶片10连接到旋转主驱动轴14的毂12。主驱动轴联接到变速箱16，变速箱继而驱动联接到发电机20的次级轴18。主驱动轴14由主轴承22支撑。电能变换器和/或转换器24也容置在舱内。另外的构件包括转向器26和变桨致动器28。传感器30、32、34、和36也将传感器信号供给到控制器38。这些传感器可包括风力计和风标30、变幅风速测量装置32(例如，LIDAR、RADAR、或SONAR)、(一个或多个)温度传感器34、以及湍流监测装置36。(一个或多个)温度传感器34测量关键构件的温度，例如变速箱16和/或发电机20、以及在舱内侧和外侧的空气温度。
控制器38负责控制容置在风力涡轮机舱6中的构件和风力涡轮发电机的操作。控制器38因此可包括一个或多个线路，所述线路多方面地调整风力涡轮机叶片的桨距、控制发电机的操作、且依据由传感器感应的环境和操作条件启动安全性功能。这种对控制功能的说明并非旨在是限制性的。在这个示例中，控制器38也作为过载控制器操作，过载控制器致使发电机超过发电机的额定值地瞬时产生功率。
风力涡轮机在过载功率级别下运行的控制取决于落入建立安全范围内的适当操作变量的值。例如，如果变速箱的温度变得太高，则在变速箱及其相应连接构件不发生潜在损害的情况下，变速箱将不再可以操作风力涡轮机。因此，为了避免这些情况，过载控制器38从所述一个或多个传感器30、32、34、36接收传感器信号、将这些信号与存储在存储器中的值相比较、且适当采取措施控制叶片桨距角度和/或发电机。
在已知的控制方法中，存储在存储器中的值中的一些与对由传感器测量的变量的可接受上限值对应。这种类型的值在这个示例中应该被称为警告限值，以指示操作变量的值不该上升到其之上的限值或阈值。如果变量超过警告限值，则控制器可发布警告信号，警告信号继而可触发风力涡轮发电机的关闭、功率的调降、将风力涡轮机叶片变桨到顺桨位置、或实际上任何其它合适的防护功能。
附加的，控制器在存储器中存储一个或多个值，所述值与用于变量的上限值对应，过载高于所述上限值被认为是不安全或非理想的。这种类型的值应该称为过载限值。一旦操作变量被检测为超过过载限值，取消功能被应用以切断由过载控制器施加的过载。换言之，用于过载的值从100％直接切到0％且过载因此被解除启动。
警告限值和过载限值被称为为“设定点”，以指示所述值可编译且可由设计或维护工程师在安装或维护时输入。通常用于过载限值的设定点设定为稍微低于警告限值，以使得在过载的取消和警告信号的发布之间存在安全裕度。
因此在一个示例中，过载控制器可接收来自变速箱温度传感器的输入，且存储指示在变速箱温度上的可接受上限值的警告限值和指示过载应该被取消的温度的较低过载限值。这允许在到达太高温度之前过载被解除启动，从而允许变速箱冷却。如果不采取这个措施，则增加的温度将最终超过警告限值，以潜在地触发关闭，且导致所述涡轮机的AEP降低、以及增加维护成本。
以上描述的情形在图2中更加详细地示出，在图中，图表的x-轴线指示由传感器检测的变速箱油温，且图表的y-轴线指示由过载控制器输出的功率参考值。发电机输出基于功率参考值Pref来控制。1.0的Pref值与发电机被设计为产生的额定或名义功率对应。用于1.1的Pref的值例如指示过载设定点，对于额定设定点，控制器要求发电机产生比额定值多10％的功率。
在这个示例中，过载控制包括两个区别规定。最高到由T切断指示的温度，过载被允许且控制器输出1.1的功率参考值信号，以将由发电机输出的功率设定到过载的10％。在温度T切断处，控制器取消操作的过载模式，且功率输出设定在是额定功率的1.0。较高温度设定值T警告指示在变速箱油温上的安全上限值，警告信号在所述安全上限值处传递到控制器，且涡轮机出于安全原因可能关闭。因此T警告将被理解为警告限值，且T切断为过载限值。
在这个示例中，变速箱油温警告限值可设定在80℃、且过载切断温度设定在76℃，以给出4℃安全裕度以用于过载被取消，且变速箱被允许冷却。在实践中可优选的是，依据操作变量是否正在增加或减小使用不同阈值，因为将迟滞构建到控制中起作用以防止当操作变量接近于阈值时的功率参考值的快速切换。虽然在这个示例中，过载的取消随着变量增加超过过载限值而发生，但是将被理解的是，减小变量也可用于取消过载和触发警告。
以上描述的现有技术的过载控制器的缺点是在启动和解除启动的过载之间的重复循环快速导致构件磨损和疲劳，且另一缺点是AEP不如其对于采用更精细形式的控制的过载控制器可以达到的那样高。
现在将参考图3讨论本发明的示例性实施方式。在图3中，示出示意控制过载功率设定值的改进方法的图表。下限温度设定点S1作为高温警告限值T警告的补充被定义。在温度S1之下，过载控制被完全启动且功率参考值在其最大值1.1。在超过温度S1的温度处，控制器随着温度增加将功率参考值从1.1线性减小到1.0。在温度上限值S2处，过载的量被设定为零。如之前，如果温度超过T警告，则到达温度警告限值且涡轮机可关闭。在一个示例中，控制由单一设定点S1和比例增益Kp实施，比例增益在闭环控制中使用以在预先设定范围的温度(S1至S2)之上成比例地减小功率参考值。在这个示例中，控制器仅被要求存储单一新设定点S1和参数以实施闭环控制。在另一示例中，两个温度限值S1和S2可被存储为设定点。
在这个示例中，温度S1和S2设定为落在例如73℃和78℃的值处的先前切断温度T切断的任一侧。先前温度设定点T切断可也继续存储在存储器中。
在图3中示意的过载控制器操作比图2的现有技术的控制提供在裕度操作条件下的更平滑的控制，且减小在最大和最小过载设定值之间的切换的量。此外，这种系统允许控制器推到更接近于涡轮机能够在可持续级别下发电的最大功率级别。换言之，如图3所示，设定点S2位于图2的先前安全裕度中，意味着过载能够在较大范围的温度内发生，但是与先前情况相比在减小的级别下发生。
由图2的现有技术的过载控制方法控制的、一半时间在Pref＝1.1下操作且一半时间在Pref＝1.0下操作的风力涡轮发电机将生成105％额定功率的平均功率输出。与此相反，根据图3的过载控制方法控制的发电机可稳定在Pref＝1.07的大致恒定值，以生成107％额定功率的平均功率输出。这个情形尤其可在加热的影响是非线性的情况下应用，即，主要温度在过载接近于最大过载功率(Pref＝1.1)发生期间增加。当许多构件分别接近于其阈值温度运行时，这些影响是混合的。
在替换性实施方式中，可优选的是使用在操作变量(例如，温度)和功率参考值之间的非线性控制关系。这种关系的示例由图4中的图表示意。而且，可优选的是使用比例积分(PI)控制器、比例积分微分(PID)控制器、或任何其它类型的控制器，以响应于一个或多个操作变量的值(一个或多个)调整过载设定点。
实践中，过载控制基于多个监测或推导的操作变量来进行，不仅仅是如以上描述的示例中的单一变量。过载控制器因此必须从关联传感器接收多个输入，以由此监测发电机、风力涡轮机的电气和机械构件、以及关联的功率电子装置，且确保操作被安全控制。不同操作变量可以按多种不同的方式被处理。如在之前，一些参数可与警告限值和过载限值对应，其触发防护功能，诸如完全解除启动过载功能、或关闭风力涡轮机的切断功能。另一方面，其它参数与过载从其最大值减小到诸如零的较低值的设定点对应。在这些操作变量及其关联参数中，有帮助的是讨论依靠反馈的这些重写控制或‘操作约束’和那些不依靠的。这将在下文中更详细地描述。而且，将理解的是，在存在多个操作变量、过载功率参考值基于所述多个操作变量来并列控制的情况下，控制器将要求用于结合由相应设定点指示的不同过载值和控制过程的技术。在这个示例中，且为了简化，单独的控制过程与相应操作变量关联。
例如，考虑这样的实施方式，在所述实施方式中，控制器监测在不同位置处的两个温度，诸如图3的变速箱油温以及风力涡轮机主板温度。如之前，如果在图3中，设定点S1和S2与温度73℃和78℃对应，且操作变速箱油温被检测为75.5℃，用于变速箱油温的控制过程将输出功率参考值1.05。同时，假设用于主板温度的控制功能是相同的形状，但是第一设定点S1是68℃且第二设定点S2是72℃。继而如果主板温度被检测为71℃，则从用于主板温度变量的控制过程输出的功率参考值将是1.025。在这个示例中，过载控制器选择由控制过程输出的功率参考值中的最小值，以使得功率参考值被保持低于可接受限值以用于所有监测或推导的变量。在替换性实施方式中，控制器可在利用合适的平均功能来将它们结合之前通过将权重值应用到输出功率参考值来不同地操作。其它控制技术可以是可行的。
图5示出描绘由过载控制器执行的确定步骤的流程图。设定点102被初始输入到用于第一操作变量的控制器中，过载的量依靠所述第一操作变量被控制。在步骤104中，获得操作变量的最新值。这可能涉及例如从传感器执行直接测量、或以不同方式获得值，诸如基于例如其它操作变量的其它测量变量或值来评估值、计算值、或推导值。此外，操作变量的值可由数学公式确定、在表中查找、维持固定、或基于提供给风力涡轮机的数据来确定，例如有关当前或未来操作条件的数据。变量值可由另一件软件或硬件传递到控制过程中。例如电网电压可由电场控制器获得，在所述情况下，步骤104将涉及从所述电场控制器获得这个值而非自身执行测量，但是在其它实施方式中可优选的是在各个风力涡轮机处测量电网电压值。
变量设定点(在步骤102中获得)及其最新值(在步骤104中获得)之间的差异用于在步骤106中计算误差值。例如温度控制变量，其中通常如果温度变得太高，则期望减小过载的量，误差值E被计算为E＝T最新-T设定点以用于T最新>T设定点。如果T最新≤T设定点，则误差值是零。在此T最新是温度的最新测量值，且T设定点是温度设定点。
对于其它控制变量，期望的是如果变量变得太低而非太高，则减小过载的量。这样的示例是电网电压V。在这种情况下，如果V最新≥V设定点，则错误是零，但是如果V最新<V设定点，则由E＝V设定点-V最新给定。V最新是电网电压的最新测量值，且V设定点是电网电压设定点，低于所述电网电压设定点使用过载的控制以将电网电压增加回到其优选值。
在如果操作变量变得太高或太低则过载应该减小以上两种情况下，正是操作变量与设定点不同的程度在确定错误中使用，且因此过载的量在确定错误中使用。
在比例控制的情况下，误差值与步骤108中的常数Kp相乘。这生成用于在最大过载和依据操作变量的最新获得值的减小的过载设定点之间的差异的值。如果使用其它形式的控制，则可要求不同步骤108。例如，在非线性控制的情况下，查询表格或数学公式可用于获得更新的过载设定点，以用于给定误差值。如果使用PI控制，则步骤108将通过将先前误差值加在一起来计算对更新的过载设定点的附加因素，且PID控制将还包括依据误差值的改变率的因素。其它形式的控制也可用于基于(一个或多个)误差值来确定过载设定点。
用于所述控制变量的计算出的功率过载设定点继而被输出到方框112。如上所述，至此描述的步骤可被执行用于任何数量的操作变量，例如大约30个操作变量，所述操作变量的值将用于获得用于过载的量的单独的设定点。在这个示例中，方框112因此接收与适当过载设定点对应的多个输入，以用于每个监测或推导的操作变量。在步骤112中，最小过载功率参考值被选择，且转化成与步骤114中的额定功率相关的功率的单位。
步骤116中被呈现的风力涡轮机的额定功率被选择性地添加到步骤120中的偏差功率118。这个偏差功率允许特定过载的量发生，即使从步骤112输出的最小过载设定点是零。风力涡轮机和偏差功率的结合额定功率被随后添加到步骤122中的成比例的过载需求，以获得功率单位下的最终值，风力涡轮机的功率应该设定到所述最终值。这个功率值继而被供给到适当的风力涡轮机控制器，且涡轮机的功率输出以此调整(步骤124)。
对于一些操作变量，在由对应传感器得到的测量值和由控制过程输出的功率需求设定值之间存在直接反馈；例如对于主板温度或变速箱油温。换言之，对于这些变量，对产生的过载功率的量做出的调整将影响过载依靠之被控制的变量(一个或多个)，且过载的量的降低可能例如被期望导致温度的对应降低。在图5中，对于这些变量，完整控制环因此由链路126示意，所述完整控制环描绘在过载的量的改变和控制变量的改变之间的关系，且自动控制因此是负反馈控制。这些变量能够称为例如闭环约束。
这些操作变量可包括主轴承温度、变速箱前轴承温度、变速箱中间轴承前后温度、变速箱后轴承温度、发电机定子绕组温度、发电机终端盒线缆温度、主板温度、转化器温度、以及转换器温度，这些温度应该被维持低于包括触头、制动器和汇流排的包封电气设备的温度范围要求。
对于其它操作变量，在变量的测量值和功率需求之间可能有不重要或非直接的反馈，诸如电网电压，但是功率需求必须与测量值成比例或基于测量值来变化。因此，对于能够称为开环约束的这些变量，没有反馈或控制‘环’，且所述控制类似于比率控制。因为没有用于这些变量的控制环，链路126从图5对于这种类型的变量从理论上缺失。这些操作变量包括电网电压、电网频率、或转换器电压。
由于126示意性示出用于每个操作变量的反馈控制环的存在或缺失，链路在图5中以虚线指示。
对于本领域技术人员而言明显的是，为了高效地控制过载的量，用于调整控制过程(例如，Kp)的参数应该被选择成使得系统在适当时标内集中于用于过载的量的稳定设定点。与每个操作变量关联的控制过程可能要求不同参数(例如，Kp的不同值)以实现这种情况，且这些参数将依据正在使用的系统的特性。
在替换性情形中，过载功率可经由关系P＝Qω转化成在发电机负载转矩Q和/或发电机速度ω上的对应最大限值。这可以应用于涡轮机，其中过载操作利用这些变量中的一个或两个来约束，而非由功率直接约束。发电机电流可用于推导发电机负载转矩，发电机负载转矩可用于推导转子转矩或传动系中任何别处的转矩，且发电机速度可用于推导转子速度或传动系中任何别处的速度。因此，过载功率也可转化成在转子速度、发电机速度或在传动系中另一位置处的速度之一上、以及在发电机电流、发电机转矩、转子转矩或传动系中另一位置处的转矩之一上的对应限值。
对于特定控制变量，可能适当的是提供用于过载的量的仅两个可能输出：过载为零或完全过载。例如，如果检测到具体传感器故障，则可以优选的是即刻取消过载。用于这种类型的控制(即，“开环取消约束”)的流程图在图6中描绘。
以传感器故障的示例继续，设定点等于“无故障”(102)，且获得“故障”或“无故障”的传感器状态的最新值(104)。这两个值被供给到关系操作器150中，所述关系操作器的输出被供给到开关152中。因此如果设定点等于“无故障”且最新值也等于“无故障”，则关系操作器150输出“高”且开关152维持在100％过载。替换性的，如果传感器状态的最新值是“故障”，则关系操作器150将这个值与设定点相比较且输出“低”，从而开关152的状态改变到0％过载。
一旦“低”被输出，过载设定点就传递到下一步骤112，所述步骤将所述过载设定点与从其它控制变量110输出的过载设定点相比较，且选择最小。过程的剩余部分以如以上描述的相同方式继续。
基于关联开环取消约束来监测和实施的其它控制变量包括：温度警告触发诸如变速箱油温1秒警告、齿轮油温10分钟温度警告、齿轮油温1小时温度警告、顶部面板(顶部盒)温度警告、不间断功率供应(UPS)面板温度警告、控制面板温度警告、以及塔-线缆捻值和线缆捻数。选择性地，附加约束可包括周围空气温度变得过高、或三相位功率因素信号中的任一变得过低。用于取消过载的另外约束可以是基于环境条件的检测，诸如，空气温度、风速、湍流、即将到来的阵风等等。
如之前，控制器附加地维持多个警告限值。警告限值可包括变速箱油温1秒警告、齿轮油温10分钟温度警告、发电机终端盒线缆温度变得过高、发电机终端盒空气温度变得过高、发电机终端盒空气温度传感器故障等等。
图7示出本发明的控制过程可以如何结合在风电场中，风电场包括多个风力涡轮机200，每个风力涡轮机可连接到电场控制器202。控制和感应链路204和206将电场控制器连接到风力涡轮机且从风力涡轮机连接。电场控制器也经由链路208联接到电网210，以使得电场控制器可例如获得电网电压和其它控制变量的值的最新值。这些链路可以是任何合适的有线和/或无线通讯链路。每个风力涡轮机也经由线缆212连接到电网210，以允许产生的功率传递。
电场控制器能够经由连接器204将电网电压或其它操作变量的值通讯给各个风力涡轮机控制系统，以在根据以上描述的控制过程计算最大过载功率中被使用(可能结合一个或多个另外的操作变量)。这个最大过载功率能够被通讯回到电场控制器202，电场控制器继而能够使用这个信息确定用于其它风力涡轮机的合适功率需求。这些设定点继而能够从电场控制器通讯给适当涡轮机，且所述涡轮机以此调整其功率输出。
这个过程可被重复以响应于最大过载功率的改变来动态调整由各个涡轮机制造的功率需求。其它因素也可能通过电场控制器影响由各个涡轮机制造的功率需求，所述其它因素可包括例如电场作为整体所需的总功率、或当前关闭的风力涡轮机的数量。
将理解的是，最大过载功率的控制不需要必须在单独的风力涡轮机控制器内发生，且可以替代地在电场控制器内或一些其它位置中发生。
因此已经描述用于过载风力涡轮发电机的控制策略。控制策略在突破用于功率敏感条件(诸如轴承温度)的警告级别之前利用反馈控制来将过载减小到零，以确保过载自身不会成为警告和关闭增加的原因。而且，提供控制功能以选择性地允许过载在每个涡轮机上被取消或减小，以适应可能影响风电场承载附加功率的平衡能力的当地条件，且控制设定值一直确保电气设备的载流能力：线缆、接头和终端、主板、汇流排、制动器、触头、机械构件、功率电子装置、以及转换器不被超过。过载可在极端天气条件下被取消，以避免潜在地过度积累疲劳损失。
如将被本领域技术人员理解的是，控制器和各种控制功能适当在硬件和/或软件中合适地实施。而且，控制器15可定位在舱、塔基内、或可定位在一些其它位置。单一控制器也可用于多于一个风力涡轮机。
以上描述的实施方式仅用于示例性目的，且将被理解的是不同实施方式的特征可与彼此结合。
Claims (12)
1.一种用于控制风力涡轮发电机以产生高于其额定值的功率的控制方法，其中，风力涡轮机的操作特征为过载的程度是基于一个或多个风力涡轮机操作变量，所述方法包括：
接收用于第一操作变量的第一设定点；
确定第一操作变量是否与设定点不同；
基于第一操作变量与第一设定点相差的程度来确定风力涡轮发电机在最大和最小过载设定值之间过载的程度，且基于所述确定来输出第一过载命令值；且
基于第一过载命令值来控制风力涡轮发电机的过载。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，操作特征是下述中的一个或多个：由风力涡轮发电机产生的功率，风力涡轮发电机的旋转速度，风力涡轮发电机的负载转矩，以及风力涡轮发电机的负载电流。
3.根据任一前述权利要求所述的控制方法，包括：
接收用于第一操作变量的警告设定点，警告信号在所述警告设定点被发布；
将最大风力涡轮机过载设定为等于当第一操作变量等于第一设定点时的过载设定值，且
基于第一操作变量与第一设定点相差的程度来将风力涡轮机过载渐进式减小到最小过载设定值，
其中，随着操作变量的值趋向于警告设定点变化，在到达警告设定点之前，到达最小过载设定值。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其中，当第一操作变量被确定为等于警告设定点时，发布警告信号，导致下述中的一个或多个：将风力涡轮发电机关闭，将功率调降为低于额定功率，将风力涡轮机叶片变桨到顺桨位置，施加机械或电气制动，将主电路制动器断开连接，将警报信息发送到监督控制和数据获取系统，在警告时记录操作条件。
5.根据任一前述权利要求所述的控制方法，包括
接收用于第二操作变量的第二设定点；
确定第二操作变量是否与第二设定点不同；
基于第二操作变量与第二设定点相差的程度来确定风力涡轮发电在最大和最小过载设定值之间过载的程度，且基于所述确定来输出第二过载命令值；且
基于第一和第二过载命令值来控制风力涡轮发电机的过载。
6.根据权利要求5所述的控制方法，包括：
从第一过载命令值和第二过载命令值中选择最小值；
根据第一过载命令值和第二过载命令值中的最小值控制风力涡轮发电机的过载，忽视高于最小选择命令值的命令值。
7.根据任一前述权利要求所述的控制方法，包括：
接收用于第三操作变量的第三设定点，第三设定点指示在允许过载的操作区域和将要去除过载的操作区域之间的过渡点；
确定第三操作变量落入的操作区域；且
基于所述确定来取消风力涡轮发电机的过载。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，包括查询一个或多个传感器以确定用于第一、第二或第三操作变量的值，且基于上述确定得到的值来确定第一、第二或第三设定点是否被超过。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，包括由下述中的一个或多个推导用于操作变量的值：评估所述值，计算所述值，在表中查询所述值，将固定数字分配给操作变量，利用数学公式来确定所述值，基于提供给风力涡轮机的数据来确定所述值，从与风力涡轮机分开的硬件或软件获得所述值。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，过载程度利用比例控制、比例积分控制、比例积分微分控制中的一个或多个来确定。
11.一种配置成执行根据权利要求1至10任一所述的方法的风力涡轮机控制器。
12.一种计算机程序，其在风力涡轮机控制器上运行时致使风力涡轮机控制器执行根据权利要求1至10任一所述的步骤。
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