CN106401870B - 使用副控制器调整风速和/或风向输入值的风轮机控制 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制风轮机(10)的系统(100)可包括配置成提供风速信号或风向信号中的至少一种的至少一个传感器(80,82)，以及配置成控制风轮机(10)的操作的涡轮控制器(26)。系统(100)还可包括插入在(多个)传感器(80,82)与涡轮控制器(26)之间的副控制器(106)。副控制器(106)可与涡轮控制器(26)分开一距离，并且可配置成在通信接口上从(多个)传感器(80,82)接收风速信号和/或风向信号。此外，副控制器(106)可配置成至少部分地基于(多个)信号偏差值将风速信号和/或风向信号调整至(多个)调整的信号，并且将(多个)调整的信号提供至涡轮控制器(26)。

Description

使用副控制器调整风速和/或风向输入值的风轮机控制
技术领域
本主题大体上涉及风轮机，并且更具体地涉及用于调整用于风轮机控制器的风速和/或风向读数来改进能量产生的系统及方法。
背景技术
风力认作是目前可用的最清洁的最环境友好的能量源中的一种，并且风轮机在该方面得到增加的关注。现代风轮机典型地包括塔架、发电机、变速箱、机舱和一个或更多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理从风捕获动能，并且将动能通过旋转能传输，以使轴转动，该轴将转子叶片联接于变速箱，或者如果不使用变速箱，则直接联接于发电机。发电机接着将机械能转化成电能，该电能可部署至公用电网。
在风轮机的操作期间，风轮机的构件经受由作用于叶片上的空气动力风负载引起的各种负载。叶片加载取决于风速、末端速度比和/或叶片的桨距设置。末端速度比为叶片末端的转速与风速之比。可合乎需要的是，基于指示末端速度比的信号(例如，各种速度读数)来调整风轮机的操作，以调整风轮机的转子叶片的加载和/或增加风轮机的能量产生。
为了减小转子叶片加载，开发了各种方法和设备来允许转子叶片摆脱由此经历的负载的一部分。例如，此类方法和设备包括在操作期间使转子叶片变桨和/或减小发电机转矩。因此，许多风轮机包括风轮机控制器，其可基于风轮机加载以各种方式操作风轮机。例如，在各种操作状态下，风轮机可调整发电机的转矩和/或转子叶片的桨距角，以调整末端速度比来达到期望的末端速度比设置点，以增加由风轮机捕获的能量。
在某些情况中，可合乎需要的是调整风轮机控制器的性能，以增加或提高能量产生。然而，在一些情况下，可难以调整涡轮控制器自身的操作。例如，在执行各种控制例行程序时由涡轮控制器实施的计算机可读指令(例如，源代码)可不为可存取的或另外不能够修改。
因此，用于调整涡轮控制系统的操作而不需要存取或修改由涡轮控制器实施的计算机可读指令的系统和方法将是本技术中受欢迎的。
发明内容
本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述学习，或者可通过实施例的实践学习。
在一方面，本主题针对一种用于控制风轮机的系统。系统可包括配置成提供指示由风轮机经历的风速的风速信号的至少一个传感器，以及配置成控制风轮机的操作的涡轮控制器。系统还可包括插入在(多个)传感器与涡轮控制器之间的副控制器。副控制器可与涡轮控制器分开一距离，并且可配置成在通信接头上接收来自(多个)传感器的风速信号。此外，副控制器可配置成至少部分地基于信号偏差来将风速信号调整至调整的风速信号，并且将调整的风速信号提供至涡轮控制器。
在另一方面，本主题针对一种用于控制风轮机的系统。系统可包括配置成提供指示关于风轮机的风向的风向信号的至少一个传感器，以及配置成控制风轮机的操作的涡轮控制器。系统还可包括插入在(多个)传感器与涡轮控制器之间的副控制器。副控制器可与涡轮控制器分开一距离，并且可配置成在通信接头上接收来自(多个)传感器的风向信号。此外，副控制器可配置成至少部分地基于信号偏差来将风向信号调整至调整的风向信号，并且将调整的风向信号提供至涡轮控制器。
在又一方面，本主题针对一种用于控制风轮机的方法，其中风轮机包括在信号路径上与风轮机控制器通信的第一传感器和第二传感器。该方法可大体上包括修改风轮机控制器与第一传感器和第二传感器之间的信号路径、将副控制器插入在风轮机控制器与第一传感器和第二传感器之间、利用第一传感器生成指示由风轮机经历的风速的风速信号、利用第二传感器生成指示关于风轮机的风向的风向信号、在副控制器处至少部分地基于第一信号偏差确定不同于风速信号的调整的风速信号、在副控制器处至少部分地基于第二信号偏差确定不同于风向信号的调整的风向信号，以及将调整的风速信号和风向信号提供至风轮机控制器。
技术方案1. 一种用于控制风轮机的系统，其包括：
至少一个传感器，其配置成提供指示由所述风轮机经历的风速的风速信号；
涡轮控制器，其配置成控制所述风轮机的操作；
副控制器，其插入在所述至少一个传感器与所述涡轮控制器之间，所述副控制器与所述涡轮控制器分开一距离，所述副控制器配置成在通信接口上接收来自所述至少一个传感器的所述风速信号，
其中所述副控制器配置成至少部分地基于信号偏差来将所述风速信号调整至调整的风速信号，并且将所述调整的风速信号提供至所述涡轮控制器。
技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述副控制器配置成调整所述风速信号，而不存取由所述涡轮控制器实施的计算机可读指令。
技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述副控制器配置成经由在所述副控制器与所述涡轮控制器之间延伸的信号路径将所述调整的风速信号提供至所述涡轮控制器。
技术方案4. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述涡轮控制器配置成至少部分地基于所述调整的风速信号来调整所述风轮机的一个或更多个转子叶片的桨距角或调整发电机转矩。
技术方案5. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述至少一个传感器进一步配置成提供指示关于所述风轮机的风向的风向信号，所述副控制器配置成从所述至少一个传感器接收所述风向信号，
其中所述副控制器配置成至少部分地基于第二信号偏差将所述风向信号调整至调整的风向信号，并且将所述调整的风向信号提供至所述涡轮控制器。
技术方案6. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述副控制器包括配置成接收与所述风轮机的所述风速和功率产生相关联的输入信号的接口，所述副控制器配置成至少部分地基于所述风速和所述功率产生来确定所述信号偏差。
技术方案7. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述副控制器配置成确定用于针对所述风轮机限定的多个不同风速接收器的不同信号偏差。
技术方案8. 一种用于控制风轮机的系统，其包括：
至少一个传感器，其配置成提供指示关于所述风轮机的风向的风向信号；
涡轮控制器，其配置成控制所述风轮机的操作；
副控制器，其插入在所述至少一个传感器与所述涡轮控制器之间，所述副控制器与所述涡轮控制器分开一距离，所述副控制器配置成在通信接口上接收来自所述至少一个传感器的所述风向信号，
其中所述副控制器配置成至少部分地基于信号偏差将所述风向信号调整至调整的风向信号，并且将所述调整的风向信号提供至所述涡轮控制器。
技术方案9. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，所述副控制器配置成调整所述风向信号，而不存取由所述涡轮控制器实施的计算机可读指令。
技术方案10. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，所述副控制器配置成经由在所述副控制器与所述涡轮控制器之间延伸的信号路径将所述调整的风向信号提供至所述涡轮控制器。
技术方案11. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，所述涡轮控制器配置成至少部分地基于所述调整的风向信号调整所述风轮机的机舱关于所述风向的定向。
技术方案12. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，所述至少一个传感器进一步配置成提供指示由所述风轮机经历的风速的风速信号，所述副控制器配置成接收来自所述至少一个传感器的所述风速信号，
其中所述副控制器配置成至少部分地基于第二信号偏差来将所述风速信号调整至调整的风速信号，并且将所述调整的风速信号提供至所述涡轮控制器。
技术方案13. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，所述副控制器包括配置成接收与所述风轮机的所述风速和功率产生相关联的输入信号，所述副控制器配置成至少部分地基于所述风速和所述功率产生来确定所述信号偏差。
技术方案14. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，所述副控制器配置成确定用于针对所述风轮机限定的多个不同偏航角接收器的不同信号偏差。
技术方案15. 一种用于控制风轮机的方法，所述风轮机包括在信号路径上与风轮机控制器通信的第一传感器和第二传感器，所述方法包括：
修改所述风轮机控制器与所述第一传感器和第二传感器之间的所述信号路径；
将副控制器插入在所述风轮机控制器与所述第一传感器和第二传感器之间；
利用所述第一传感器生成指示由所述风轮机经历的风速的风速信号；
利用所述第二传感器生成指示关于所述风轮机的风向的风向信号；
在所述副控制器处至少部分地基于第一信号偏差确定不同于所述风速信号的调整的风速信号；
在所述副控制器处至少部分地基于第二信号偏差确定不同于所述风向信号的调整的风向信号；以及
将所述调整的风速和风向信号提供至所述风轮机控制器。
技术方案16. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括由所述风轮机控制器至少部分地基于所述调整的风速信号来确定用于所述风轮机的末端速度比设置点。
技术方案17. 根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述末端速度比设置点调整与所述一个或更多个转子叶片相关联的桨距角。
技术方案18. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括由所述风轮机控制器至少部分地基于所述调整的风向信号来确定用于所述风轮机的偏航角设置点。
技术方案19. 根据技术方案18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述偏航角设置点调整所述风轮机的机舱关于所述风向的定向。
技术方案20. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述第一信号偏差或所述第二信号偏差中的至少一个使用自动调节过程来编程到所述副控制器中，所述自动调节过程包括：
对于多个输入状态中的各个，递增地调整多个递增信号偏差值之中的所述第一信号偏差或所述第二信号偏差中的至少一个；
监测所述多个递增信号偏差值中的各个处的所述风轮机的功率产生；以及
至少部分地基于与所述多个递增信号偏差值中的各个相关联的所述功率产生从所述多个递增信号偏差值选择所述第一信号偏差或所述第二信号偏差中的至少一个。
各种实施例的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出了本公开的实施例，并且连同描述用于阐释相关的原理。
附图说明
针对本领域技术人员的实施例的详细论述在参照附图的说明书中阐述，在该附图中：
图1示出了风轮机的一个实施例的侧视图；
图2示出了适合于与图1中所示的风轮机一起使用的机舱的一个实施例的内部透视图；
图3示出了根据本主题的方面的用于控制风轮机的操作的控制系统的一个实施例的示意图；
图4示出了根据本主题的方面的用于风轮机的副控制器的一个实施例的示意图；
图5示出了根据本主题的方面的用于基于调整的风速信号来控制风轮机的方法的一个实施例的流程图；
图6示出了根据本主题的方面的用于基于调整的风向信号来控制风轮机的方法的一个实施例的流程图；以及
图7示出了根据本主题的方面的用于确定用于副控制器的信号偏差的自动调节过程的一个实施例的流程图。
部件列表
10 燃气涡轮
12 塔架
14 表面
16 机舱
18 转子
20 可旋转毂
22 转子叶片
24 发电机
26 涡轮控制器
28 方向
32 机构
34 桨距轴线
36 偏航轴线
38 偏航驱动机构
40 转子轴
42 发电机轴
44 变速箱
46 台板
48 转子轴周向凸起
52 控制柜
80 传感器
82 传感器
84 气象(测候)塔
88 速度传感器
100 控制系统
102 信号路径
102 功率相关的传感器
104 信号路径
106 副控制器
108 信号路径
110 信号路径
112 功率相关的传感器
114 信号路径
116 信号路径
120 处理器
122 存储器装置
124 信号偏差数据
126 通信接口
128 传感器接口
200 方法
300 方法
400 自动调节过程。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。各个实例经由阐释本发明而非限制本发明来提供。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本发明中作出各种改型和变型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一个实施例一起使用以产生再一个实施例。因此，意图是，本发明覆盖归入所附权利要求及它们的等同物的范围内的此类改型和变型。
大体上，本主题针对用于基于从配置成监测各种风相关的参数的传感器(例如，风相关的传感器)接收的各种信号来调整风轮机控制系统的操作的系统及方法。例如，公开的系统可包括涡轮控制器，其配置成接收指示风相关的参数如风速和/或风向的各种信号。这些信号可由风轮机控制器使用，以控制风轮机的操作。例如，(多个)风速信号可用于确定用于风轮机的末端速度比设置点，并且例如通过调整转子叶片中的一个或更多个的桨距角和/或通过调整发电机转矩来调整风轮机的操作。类似地，(多个)风向信号可用于调整与风轮机相关联的偏航角，以便使机舱关于风向适当地定位。
在一些情况中，可合乎需要的是响应于这些风相关的信号来修改涡轮控制器的操作，以进一步增加或提高风轮机的能量产生。然而，如以上指示的，在一些情况中，可难以存取与涡轮控制器相关联的编程(例如，计算机可读指令，如源代码和源参数)来进行此类调整。
因此，根据本主题的若干方面，公开的系统可包括设在风轮机处的副控制器。副控制器可在风轮机控制器外，并且/或者可与涡轮控制器分开一距离。在示例性实施例中，副控制器可插入在涡轮控制器与配置成生成风相关的信号的一个或更多个传感器之间。副控制器还可配置成接收一个或更多个附加输入，如指示风轮机的功率输出(例如，千瓦)的信号，并且可至少部分地基于(多个)接收的信号确定对(多个)风相关的信号的调整。(多个)调整的风相关的信号可接着传输至涡轮控制器，并且由此类控制器使用来控制风轮机的操作。
例如，在一个实施例中，副控制器可配置成至少部分地基于由第二控制器确定的风速信号偏差调整从风速传感器接收的风速信号。调整的风速信号可接着传输至风轮机控制器用于控制风轮机的操作。除调整风速信号之外(或作为其备选方案)，副控制器还可配置成至少部分地基于由第二控制器确定的风向信号偏差来调整从风向传感器接收的风向信号。调整的风向信号可接着传输至风轮机控制器用于控制风轮机的操作。
如以上指示的，风轮机控制器可使用(多个)调整的信号来控制风轮机的操作。例如，调整的风速信号可由风轮机控制器使用来确定用于风轮机的末端速度比设置点。风轮机控制器可接着至少部分地基于末端速度比设置点来调整转子叶片中的一个或更多个的加载，以实现用于增加能量产生的期望末端速度比。例如，风轮机控制器可至少部分地基于末端速度比设置点来调整转子叶片中的一个或更多个的桨距角和/或调整发电机转矩。类似地，调整的风向信号可由风轮机控制器使用来确定用于风轮机的偏航角设置点。风轮机控制器可接着基于偏航角设置点来调整机舱的实际偏航角，以改变机舱关于风的定向。以该方式，由于触发风轮机的不同操作状态的不同风速/风向读数(例如，调整的风速/风向信号)，故由控制器实施的末端速度比设置点和/或偏航角设置点可由副控制器有效地调整，而不需要存取或修改与涡轮控制器相关联的计算机可读指令。
在示例性实施中，各个调整信号可确定成使用信号偏差实现能量产生改进。如将在下面描述的，信号偏差可对于各种输入状态而言为不同的。例如，输入状态可基于各种风速、风向和/或与风轮机相关联的功率输出。例如，第一信号偏差可用于低于某一风速阈值的风速，而第二信号偏差可用于高于风速阈值的风速。用于各个输入状态的不同信号偏差可储存在副控制器处的存储器中储存的查找表、矩阵或其它相关中。
用于输入状态中的各个的信号偏差可以以各种方式编程到副控制器中。在示例性实施例中，风速信号偏差和/或风向信号偏差可在副控制器集成到风轮机控制系统中时使用自动调节过程自动地确定。例如，对于多个输入状态中的各个，副控制器可递增地调整多个递增值之中的信号偏差。副控制器可监测各种输入以确定哪个递增信号偏差提供针对特定输入状态的能量产生的最大或足够大的改进。该递增信号偏差可选择为用于特定输入状态的信号偏差。
现在参照图1，示出了风轮机10的一个实施例的侧视图。如所示，风轮机10大体上包括从支承表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16，以及联接于机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20以及联接于毂20并且从毂20向外延伸的至少一个转子叶片22。例如，在所示实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18可包括多于或少于三个的转子叶片22。各个转子叶片22可围绕毂20间隔，以便于使转子18旋转来使得动能能够从风转变成可用的机械能，并且随后转变成电能。例如，毂20可以可旋转地联接于定位在机舱16内的发电机24(图2)，以容许产生电能。
风轮机10还可包括涡轮控制系统，其包括与风轮机10相关联的收纳在机舱16内或别处的涡轮控制器26。大体上，涡轮控制器26可包括一个或更多个处理装置。因此，在若干实施例中，涡轮控制器26可包括适合的计算机可读指令，其在由一个或更多个处理装置执行时，将控制器26配置成执行各种不同的功能，如，接收、传输和/或执行风轮机控制信号。就此而言，涡轮控制器26可大体上配置成控制各种操作模式(例如，启动或关闭顺序)和/或风轮机10的构件。
例如，控制器26可配置成控制转子叶片22中的各个的叶片桨距或桨距角(即，确定转子叶片22相对于风的方向28的投影的角)，以通过调整至少一个转子叶片22关于风的角位置来控制转子叶片22上的加载。例如，涡轮控制器26可通过将适合的控制信号/命令传输至风轮机10的各种桨距驱动器或桨距调整机构32(图2)来独立地或同步地控制转子叶片22的桨距角。具体而言，转子叶片22可通过一个或更多个(多个)桨距轴承(未示出)可旋转地安装于毂20，使得桨距角可通过使用桨距调整机构32来使转子叶片22围绕它们的桨距轴线34旋转来调整。
此外，在风的方向28改变时，涡轮控制器26可配置成控制机舱16围绕偏航轴线36的偏航方向或角，以相对于风向28来定位转子叶片22，由此控制作用于风轮机10上的负载。例如，涡轮控制器26可配置成将控制信号/命令传输至风轮机10的(多个)偏航驱动机构38(图2)，使得机舱16可围绕偏航轴线36旋转。
更进一步，涡轮控制器26还可配置成控制风轮机10的发电机24(图2)的转矩。例如，涡轮控制器26可配置成将控制信号/命令传输至发电机24，以便调制发电机24内产生的磁通量，因此调整发电机24上的转矩需求。发电机24的此类暂时下调额定值可减小转子叶片22的转速，由此减小作用于叶片22上的空气动力负载和各种其它风轮机10构件上的反应负载。
现在参照图2，示出了根据本主题的方面的图1中所示的风轮机10的机舱16的一个实施例的简化内部视图。如所示，发电机24可设置在机舱16内。大体上，发电机24可联接于风轮机10的转子18，用于由通过转子18生成的旋转能生成电功率。例如，转子18可包括主转子轴40，其联接于毂20用于与其一起旋转。发电机24可接着联接于转子轴40，使得转子轴40的旋转驱动发电机24。例如，在所示实施例中，发电机24包括发电机轴42，其通过变速箱44可旋转地联接于转子轴40。然而，在其它实施例中，应当认识到的是，发电机轴42可直接地可旋转地联接于转子轴40。作为备选，发电机24可直接地可旋转地联接于转子轴40(通常称为"直接驱动风轮机")。
应当认识到的是，转子轴40可大体上由定位在风轮机塔架12的顶部上的支承框架或台板46支承在机舱内。例如，转子轴40可由台板46经由安装于台板46的一对枕块支承。
此外，如本文中指示的，涡轮控制器26也可位于风轮机10的机舱16内。例如，如所示实施例中所示，涡轮控制器26设置在安装于机舱16的一部分的控制柜52内。然而，在其它实施例中，涡轮控制器26可设置在风轮机10上和/或内的任何其它适合的位置处，或远离风轮机10的任何适合的位置处。此外，如本文中所述，涡轮控制器26还可通信地联接于风轮机10的各种构件，用于大体上控制风轮机和/或此类构件。例如，涡轮控制器26可通信地联接于风轮机10的(多个)偏航驱动机构38，用于控制和/或改变机舱16关于风的方向28(图1)的偏航角。类似地，涡轮控制器26还可通信地联接于风轮机10的各个桨距调整机构32(示出其中一个)，用于控制和/或改变各个转子叶片22的桨距角。例如，涡轮控制器26可配置成将控制信号/命令传输至各个桨距调整机构32，使得桨距调整机构32的一个或更多个促动器(未示出)可用于使叶片22关于毂20旋转。
风轮机10还可包括用于监测涡轮10的一个或更多个操作状态的一个或更多个传感器。例如，如图2中所示，风轮机可包括用于监测风轮机10的一个或更多个风相关的参数的一个或更多个风相关的传感器80,82。具体而言，在若干实施例中，风轮机10可包括用于监测由风轮机10经历的风速的一个或更多个风速传感器80，以及用于监测关于风轮机10的风向的一个或更多个风向传感器82。如图2中所示，风传感器80,82联接于气象塔84(也称为测候塔或测候柱)或另外形成其一部分。在其它实施例中，(多个)风速传感器80和/或(多个)风向传感器82不必联接于气象塔84或形成其一部分，而是相反，可定位在风轮机10上、内和/或关于其的任何适合的位置处，这允许此类(多个)传感器监测其对应的风相关的参数。
应当认识到的是，(多个)风速传感器80可大体上对应于提供由风轮机10经历的当前风速的指示的任何适合的传感器。例如，适合的风速传感器可包括但不限于光检测和测距("LIDAR")装置、声检测和测距("SODAR")装置、风速计、气压计和雷达装置(如，多普勒雷达装置)。在其它实施例中，一个或更多个传感器可用于测量转子叶片22的偏转。该偏转可接着关联于转子叶片22经受的风速。类似地，应当认识到的是，(多个)风向传感器82可大体上对应于提供关于风轮机10的当前风向的指示的任何适合的传感器。例如，适合的风向传感器可对应于风向标。
还应当认识到的是，尽管风速和风向传感器80,82在图2中示为两个单独的传感器，但风轮机10可改为包括配置成监测风速和风向两者的单个传感器或感测装置。
此外，风轮机10还可包括任何其它适合的传感器。例如，如图2中所示，风轮机10可包括用于监测风轮机10的转子速度的速度传感器88。在此类实施例中，速度传感器88可配置成如通过监测风轮机10的转子轴40或发电机轴42的速度来监测提供转子速度的指示的风轮机10的任何适合的构件的速度。应当认识到的是，速度传感器88可对应于用于测量速度的任何适合的(多个)传感器或(多个)构件，如，一个或更多个编码器、接近传感器、换能器、分解器等。
本公开的示例性方面还针对用于例如通过基于风速信号确定风轮机10的末端速度比设置点和/或通过基于风向信号确定偏航角设置点来基于风相关的信号控制风轮机10的方法。如大体上理解的，末端速度比为叶片末端转速与风速之比。风轮机10的末端速度比可例如至少部分地基于由(多个)速度传感器88提供的指示风轮机10的各种构件(例如，轴、转子叶片等)的速度的各种速度信号，以及指示风速的信号(例如，来自风速传感器80)来确定。例如，末端速度比可大体上通过将如由速度传感器88测得的风轮机10的当前转速乘以转子18的最大半径并且将该结果除以风速来计算。如将在下面描述的，控制器26可用于基于本文中公开的主题控制发电机24的转矩调整、转子叶片22的桨距调整和/或机舱16的偏航调整，以便大体上控制转子叶片22和风轮机10上的加载来增加能量产生。
现在参照图3，示出了根据本主题的方面的用于风轮机如图1所示的风轮机10的控制系统100的一个实施例的示意图。如所示，控制系统100包括风轮机控制器26。如以上指示的，涡轮控制器26可包括计算机可读指令，其在由一个或更多个处理器执行时，引起(多个)处理器实施各种控制例行程序，如，确定末端速度比设置点和基于此类设置点控制风轮机10的加载，和/或确定偏航角设置点和基于此类设置点来调整机舱16的偏航角。在一些实施例中，与涡轮控制器26相关联的计算机可读指令可为不可存取或另外不可用的。例如，涡轮控制器26可由不同服务提供者安装和/或配置。
控制系统100还可包括一个或更多个关于风的传感器80,82。例如，如以上指示的，风轮机10可包括一个或更多个风速传感器80和一个或更多个风向传感器82。在此类情况中，此类传感器80,82可包括在公开的控制系统100的实施例内。
为了调整涡轮控制器26的操作而不需要存取与控制器26相关联的计算机可读指令，用于从(多个)风速传感器80传送风速信号和用于从(多个)风向传感器82传送风向信号的信号路径102和104分别可断开。此外，控制系统100的副控制器106可在新信号路径中插入在风轮机控制器26与风传感器80,82之间。
副控制器106可与风轮机控制器26分开一距离(例如，1m、1cm或更小、2m或更大，或其它适合的距离)。此外，副控制器106可位于单独的壳体中，并且/或者可包括不同于风轮机控制器26的构件的一个或更多个构件(例如，处理器、存储器装置等)。此外，在一些实施例中，副控制器106可使用关于涡轮控制器26以不同语言或协议储存的不同计算机可读指令。以该方式，副控制器106可为独立且与涡轮控制器26分开的装置。
副控制器106可配置成经由信号路径108从风速传感器80接收风速信号。副控制器106还可配置成经由信号路径110从风向传感器82接收风向信号。如本文中使用的，信号路径可包括用于传输信号的任何适合的通信介质。例如，信号路径可包括任何数量的有线或无线链路，包括经由一个或更多个以太网连接、光纤连接、网络总线、电力线、导线或用于无线传输信息的电路的通信。信号可在信号路径上使用任何适合的通信协议来传送，如，串行通信协议、宽带电力线协议、无线通信协议或其它适合的协议。
副控制器106还可接收与用于风轮机10的一个或更多个其它输入状态(例如，除了当前风速和/或当前风向之外的一个或更多个状态)相关联的一个或更多个信号。例如，在一个实施例中，此类附加(多个)输入状态可代表用于风轮机10的功率产生和/或其它适合的涡轮相关的参数。例如，副控制器106可在信号路径114上从功率相关的传感器112接收信号。功率相关的传感器102可为与风轮机10的电气系统相关联的传感器，其提供指示风轮机10的功率产生(例如，风轮机10的功率输出)的信号。
在若干实施例中，副控制器106可配置成基于风速信号偏差将从风速传感器80接收的风速信号调整为调整的风速信号。风速信号偏差可例如范围从大约0.5米/秒(m/s)到大约1m/s。例如，调整的风速信号可接着通过将风速信号偏差加至从风速传感器80接收的风速信号或从该风速信号减去风速信号偏差来确定。类似地，副控制器106可配置成基于风向信号偏差将从风向传感器82接收的风向信号调整至调整的风向信号。风向信号偏差可例如范围从大约5度到大约10度。例如，调整的风向信号可接着通过将风向信号偏差加至从风向传感器82接收的风向信号或从该风向信号减去风向信号偏差来确定。
在特定实施中，副控制器106可配置成至少部分地基于用于风轮机的当前输入状态(如，当前风速、当前风向和/或当前功率输出(例如，如从自功率相关的传感器102接收的信号确定的))中的一个或更多个来确定调整的风速信号和/或调整的风向信号。例如，不同信号偏差值可与不同输入状态相关联。用于各个输入状态(或输入状态的组合)的信号偏差值可在一个实施例中使用自动调节过程来确定。将在下面更详细论述用于将用于不同输入状态的不同信号偏差值编程到副控制器106中的示例性方法。
一旦确定，则调整的风速信号和/或调整的风向信号可由副控制器106在信号路径116上传送至涡轮控制器26。涡轮控制器26可接着使用调整的信号来控制风轮机10的操作。例如，在一些实施例中，涡轮控制器26可基于调整的风速信号、转子叶片22的半径，以及指示如例如使用速度传感器88(图2)确定的转子速度的信号来计算末端速度比设置点。涡轮控制器26可接着配置成至少部分地基于末端速度比设置点例如通过使转子叶片22变桨和/或调整发电机24的转矩来调整风轮机10的操作。类似地，涡轮控制器26可基于调整的风向信号来计算偏航角设置点。涡轮控制器26可接着配置成至少部分地基于偏航角设置点例如通过使机舱16偏航来调整风轮机10的操作。
现在参照图4，示出了根据本公开的示例性方面的可包括在副控制器106(或涡轮控制器26)内的适合的构件的一个实施例的框图。如所示，副控制器106可包括一个或更多个(多个)处理器120和相关联的(多个)存储器装置122，它们配置成执行多种计算机实施功能(例如，执行本文中公开的方法、步骤、计算等)。
如本文中使用的，用语"处理器"不但是指本领域中称为包括在计算机中的集成电路，而且是指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其它可编程电路。此外，(多个)存储器装置122可大体上包括(多个)存储器元件，包括但不限于，计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM)、计算机可读非易失性介质(例如，闪速存储器)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其它适合的存储器元件)。
此类(多个)存储器装置122可大体上配置成储存适合的计算机可读指令，其在由(多个)处理器120实施时，将副控制器106配置成执行各种功能，包括但不限于从一个或更多个传感器(例如，(多个)风速传感器80、(多个)风向传感器82、(多个)速度传感器88和/或(多个)功率相关的传感器112)直接或间接地接收指示各种输入状态的信号、确定调整的风速/风向信号，和/或将调整的信号传输至涡轮控制器26，以及各种其它适合的计算机实施的功能。
如所示，(多个)存储器装置122还可储存信号偏差数据124。信号偏差数据124可对应于可用于偏移或调整从(多个)风相关的传感器80,82接收的风速信号和/或风向信号来确定(多个)调整信号的一个或更多个信号偏差值。在特定实施中，信号偏差数据124可包括与多个不同输入状态中的各个相关联的不同信号偏差值。信号偏差数据124可以以任何适合的方式编程到(多个)存储器装置122中。在一个示例性实施例中，信号偏差数据124可使用如将在下面更详细论述的自动调节过程来自动地编程到(多个)存储器装置122中。
此外，副控制器106还可包括通信接口126，以便于副控制器106与风轮机10的各种构件之间的通信。接口可包括一个或更多个电路、终端、插脚、触点、导线，或用于发送和接收控制信号的其它构件。此外，副控制器106还可包括传感器接口128(例如，一个或更多个模数转换器)，以容许从传感器(例如，传感器80, 82, 88, 112)传输的信号转换成可由(多个)处理器120理解和处理的信号。
现在参照图5，示出了根据本主题的方面的用于基于调整的风速信号控制风轮机的方法200的一个实施例的流程图。方法200可使用一个或更多个控制装置实施，如图3中所示的控制器中的一个或更多个。此外，图5示出了出于图示和论述的目的以特定顺序执行的步骤。本领域技术人员使用本文中提供的公开将理解，本文中公开的方法中的任一种的步骤可以以各种方式修改、扩展、省略、重新排列和/或改动，而不偏离本公开的范围。
如图5中所示，在(202)处，方法200包括在副控制器处从风速传感器接收风速信号。例如，图3中所示的副控制器106可从(多个)风速传感器80接收指示由风轮机10经历的当前风速的风速信号。此外，在(204)处，可接收与(多个)输入状态相关联的一个或更多个信号。例如，如以上指示的，副控制器106可接收来自除(多个)风速传感器80之外的各种其它传感器的信号，如，(多个)功率相关的传感器112和/或风向传感器82。(多个)输入状态可为特定水平的功率输出、特定风速、特定风向和/或此类风轮机参数的任何组合。此外，(多个)输入状态还可基于其它适合的参数，而不偏离本公开的范围。
此外，在(206)处，风速信号偏差可存取和/或确定。例如，可存取编程到与副控制器106相关联或通信的(多个)存储器装置122中的风速信号偏差。在示例性实施例中，不同风速信号偏差值可与不同输入状态相关联。具体而言，在一个实施例中，不同风速信号偏差值可与不同风速接收器(bin)相关联。例如，多个风速接收器可针对风轮机10限定，如，通过以预设值(例如，每1到2m/s)的增量限定风速接收器。在此类实施例中，各个风速接收器可与不同风速信号偏差值相关联。在另一个实施例中，不同风速信号偏差值可与其它适合的输入状态的接收器或范围相关联，如不同功率输出接收器和/或不同风向(或偏航角)接收器。
应当认识到的是，本文中使用的(多个)风速信号偏差值可使用本领域中已知的任何适合的手段和/或方法来确定和/或编程到副控制器106中。例如，在一个实施例中，(多个)风速信号偏差值可对应于预定的(多个)信号偏差值，其预先储存在副控制器106的(多个)存储器装置122内。作为备选，(多个)风速信号偏差值可使用自动调节过程确定和/或编程到副控制器106中。将在下面参照图7描述可根据本主题的方面使用的适合自动调节过程的一个实例。
仍参照图5，在(208)处，方法200可包括至少部分地基于从对应的传感器接收的风速信号和确定的风速信号偏差来确定调整的风速信号。例如，在一个实施例中，与(多个)当前输入状态相关联的风速信号偏差可由副控制器106加至风速信号或从风速信号减去，以确定调整的风速信号。
此外，在(210)处，调整的风速信号可传输至涡轮控制器。例如，如以上指示的，调整的风速信号可在信号路径116上由副控制器106传送至涡轮控制器26。此后，在(212)处，涡轮控制器26可至少部分地基于调整的风速信号来控制风轮机10的操作。
例如，在一个示例性实施中，风轮机控制器26可至少部分地基于调整的风速信号来确定末端速度比设置点。风轮机控制器26可接着至少部分地基于末端速度比设置点来调整风轮机10的转子叶片22的加载。例如，风轮机控制器26可至少部分地基于末端速度比设置点来调整转子叶片22中的一个或更多个的桨距角，以增大或减小叶片22上的加载。此外和/或在备选方案中，风轮机控制器26可调整发电机24的转矩，以调整转子叶片22的速度。
现在参照图6，示出了根据本主题的方面的用于基于调整的风向信号控制风轮机的方法300的一个实施例的流程图。方法300可使用一个或更多个控制装置实施，如，图3中所示的控制器中的一个或更多个。此外，图6示出了出于图示和论述的目的以特定顺序执行的步骤。本领域技术人员使用本文中提供的公开将理解，本文中公开的方法中的任一种的步骤可以以各种方式修改、扩展、省略、重新排列和/或改动，而不偏离本公开的范围。
如图6中所示，在(302)处，方法300包括在副控制器处从风向传感器接收风向信号。例如，图3中所示的副控制器106可从(多个)风向传感器82接收指示关于风轮机10的当前风向的风向信号。此外，在(304)处，可接收与用于风轮机10的(多个)输入状态相关联的一个或更多个信号。例如，如以上指示的，副控制器106可接收来自除(多个)风向传感器82之外的各种其它传感器的信号，如，(多个)功率相关的传感器112和/或(多个)风速传感器82。如以上指示的，(多个)输入状态可在一个实施例中为特定水平的功率输出、特定风速、特定风向和/或此类风轮机参数的任何组合。
此外，在(306)处，可存取和/或确定风向信号偏差。例如，可存取编程到与副控制器106相关联或通信的(多个)存储器装置122中的风向信号偏差。在示例性实施例中，不同风向信号偏差值可与不同输入状态相关联。具体而言，在一个实施例中，不同风向信号偏差值可与不同风向(或偏航角)接收器相关联。例如，多个偏航角接收器可针对风轮机10限定，如，通过以预设值(例如，每5到10度)的增量限定偏航角接收器。在此类实施例中，各个偏航角接收器可与不同的风向信号偏差相关联。在另一个实施例中，不同风向偏差值可与其它适合的输入状态的接收器或范围相关联，如不同功率输出接收器和/或不同风速接收器。
应当认识到的是，本文中使用的(多个)风向信号偏差值可使用本领域中已知的任何适合的手段和/或方法来确定和/或编程到副控制器106中。例如，在一个实施例中，(多个)风向信号偏差值可对应于预定的(多个)信号偏差值，其预先储存在副控制器106的(多个)存储器装置122内。作为备选，(多个)风向信号偏差值可使用自动调节过程确定和/或编程到副控制器106中。如以上指示的，将在下面参照图7描述可根据本主题的方面使用的适合自动调节过程的一个实例。
仍参照图6，在(308)处，方法300可包括至少部分地基于从对应传感器接收的风向信号和确定的风向信号偏差来确定调整的风向信号。例如，在一个实施例中，与(多个)当前输入状态相关联的风向信号偏差可由副控制器106加至风向信号或从风向信号减去，以确定调整的风向信号。
此外，在(310)处，调整的风向信号可传送至涡轮控制器。例如，调整的风向信号可在信号路径116上由副控制器106传送至涡轮控制器26。此后，在(312)处，涡轮控制器26可至少部分地基于调整的风向信号来控制风轮机10的操作。
例如，在一个示例性实施中，风轮机控制器26可至少部分地基于调整的风向信号来确定偏航角设置点。风轮机控制器26可接着至少部分地基于偏航角设置点调整机舱16关于风的定向。例如，如以上指示的，风轮机控制器26可经由风轮机10的(多个)偏航驱动机构38调整机舱16的偏航角。
应当认识到的是，在若干实施例中，本文中所述的方法200,300可单独地实施，以允许副控制器106单独地确定待传输至涡轮控制器的调整的风速信号或调整的风向信号。作为备选，方法200,300可组合(例如，并行)实施。在此类实施例中，第二控制器106可基于相关联的(多个)输入状态来确定调整的风速信号和调整的风向信号两者。调整的风速/风向信号可接着传输至涡轮控制器26，以允许基于调整的信号来实施适合的控制动作。
如以上指示的，在若干实施例中，本文中使用的(多个)信号偏差值可使用自动调节过程编程到副控制器106中。例如，图7示出了根据本主题的方面的自动调节过程400的一个实例的流程图，其可用于确定信号偏差值(例如，风速信号偏差值和/或风向信号偏差值)。自动调节过程400可在任何适合的时间处执行，如，当副控制器106首先在控制系统100中且/或以周期间隔实施时。大体上，自动调节过程400包括在多个递增信号偏差值之中递增地调整信号偏差。应当认识到的是，任何适合数量的递增信号偏差值可使用，而不偏离本公开的范围。当调整信号偏差时，风轮机10的功率产生或输出可在多个不同递增信号偏差值中的各个处监测。用于风轮机10的当前或相关(多个)输入状态的信号偏差值可至少部分地基于与各个递增信号偏差值相关联的功率产生选择，使得与大多数改进和/或提高的功率产生相关联的递增信号偏差值选择为用于当前/相关(多个)输入状态的信号偏差值。
如图7中所示，在(402)处，可识别风轮机的(多个)新输入状态。例如，基于从一个或更多个传感器接收的信号，副控制器106可识别(多个)新输入状态存在。具体而言，在一个实施例中，副控制器106可接收来自风速传感器80的风速信号，并且认识到与风速信号相关联的风速落入风速信号偏差并未分配用于其的风速接收器中。在此类情况下，副控制器106可将风速和/或风速接收器识别为(多个)新输入状态。类似地，副控制器106可接收来自风向传感器82的风向信号，并且认识到与风向信号相关联的风向落入风向信号偏差并未分配用于其的风向(或偏航角)接收器中。在此类情况下，副控制器106可将风向和/或风向(或偏航角)接收器识别为(多个)新输入状态。
此外，在(404)处，自动调节过程400可包括将信号偏差值递增地调整至下一递增信号偏差值。例如，当确定风速信号偏差时，初始信号偏差值可由多个递增风速信号偏差值(例如，±0.1m/s,±0.2m/s,±0.3m/s,±0.4m/s,±0.5m/s等)调整。类似地，当确定风向信号偏差时，初始信号偏差值可由多个递增风向信号偏差值(例如，±0.5°,±1.0°,±1.5°,±2.0°,±2.5°等)调整。
在将信号偏差值调整至下一个递增信号偏差值之后，自动调节过程400进行至(406)，其中监测递增信号偏差下的功率产生。因此，在(408)处，可确定是否改进或提高递增信号偏差下的功率产生。如果不是，则可接着在(410)处确定递增信号偏差是否是多个递增信号偏差值中的最后信号偏差。如果如此，则过程400终止。否则，自动调节过程400返回至(404)，其中信号偏差递增地调整至下一个递增信号偏差值。
如果在(408)处改进或提高功率产生，则递增信号偏差在(412)处选择为用于(多个)输入状态的信号偏差。接着在(410)处确定递增信号偏差是否是多个递增信号偏差值中的最后递增信号偏差。如果如此，则过程400终止。否则，过程400返回至(404)，其中信号偏差递增地调整至下一个递增信号偏差值。该过程400自身重复，直到测试到多个递增信号偏差值中的所有递增信号偏差值。
应当认识到的是，在若干实施例中，图7中所示的自动调节过程400可单独地实施，以确定用于风速和风向两者的信号偏差值。作为备选，与风速和风向相关联的信号偏差值可一起或组合地经过自动调节过程400。此类组合过程可允许测试不同对的风速和风向信号偏差值，以确定哪对提供最大改进或提高的功率产生。
还应当认识到的是，图7简单地示出了根据本主题的方面的用于将信号偏差编程到副控制器106中的适合的过程/方法的一个实例。其它适合的过程/方法可使用，而不偏离本主题的范围。例如，如以上指示的，信号偏差值可手动地编程到副控制器106中。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域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并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于控制风轮机(10)的系统(100)，其包括：
至少一个传感器(80,82)，其配置成提供指示由所述风轮机(10)经历的风速的风速信号；
涡轮控制器(26)，其配置成控制所述风轮机(10)的操作；
副控制器(106)，其插入在所述至少一个传感器(80,82)与所述涡轮控制器(26)之间，所述副控制器(106)与所述涡轮控制器(26)分开一距离，所述副控制器(106)配置成在通信接口上接收来自所述至少一个传感器(80,82)的所述风速信号，
其中所述副控制器(106)配置成至少部分地基于信号偏差来将所述风速信号调整至调整的风速信号，并且将所述调整的风速信号提供至所述涡轮控制器(26),
其中所述涡轮控制器至少部分地基于从所述副控制器接收的所述调整的风速信号来主动地控制所述风轮机的操作。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述副控制器(106)配置成调整所述风速信号，而不存取由所述涡轮控制器(26)实施的计算机可读指令。
3.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述副控制器(106)配置成经由在所述副控制器(106)与所述涡轮控制器(26)之间延伸的信号路径(116)将所述调整的风速信号提供至所述涡轮控制器(26)。
4.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述涡轮控制器(26)配置成至少部分地基于所述调整的风速信号来调整所述风轮机(10)的一个或更多个转子叶片(22)的桨距角。
5.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述涡轮控制器(26)配置成至少部分地基于所述调整的风速信号来调整发电机转矩。
6.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述至少一个传感器(80,82)进一步配置成提供指示关于所述风轮机(10)的风向的风向信号，所述副控制器(106)配置成从所述至少一个传感器(80,82)接收所述风向信号，
其中所述副控制器(106)配置成至少部分地基于第二信号偏差将所述风向信号调整至调整的风向信号，并且将所述调整的风向信号提供至所述涡轮控制器(26)。
7.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述副控制器(106)包括配置成接收与所述风轮机(10)的所述风速和功率产生相关联的输入信号的接口，所述副控制器(106)配置成至少部分地基于所述风速和所述功率产生来确定所述信号偏差。
8.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述副控制器(106)配置成确定用于针对所述风轮机(10)限定的多个不同风速接收器的不同信号偏差。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述涡轮控制器(26)配置成至少部分地基于所述调整的风速信号确定用于所述风轮机(10)的末端速度比设置点。
10.一种用于控制风轮机(10)的方法，所述风轮机(10)包括在信号路径(102,104)上与涡轮控制器(26)通信的第一传感器(80)和第二传感器(82)，所述方法包括：
修改所述涡轮控制器(26)与所述第一传感器(80)和第二传感器(82)之间的所述信号路径(102,104)；
将副控制器(106)插入在所述涡轮控制器(26)与所述第一传感器(80)和第二传感器(82)之间；
利用所述第一传感器(80)生成指示由所述风轮机(10)经历的风速的风速信号；
利用所述第二传感器(82)生成指示关于所述风轮机(10)的风向的风向信号；
在所述副控制器(106)处至少部分地基于第一信号偏差确定不同于所述风速信号的调整的风速信号；
在所述副控制器(106)处至少部分地基于第二信号偏差确定不同于所述风向信号的调整的风向信号；
将调整的风速和风向信号提供至所述涡轮控制器(26)；以及
至少部分地基于所述调整的风速信号或所述调整的风向信号中的至少一个来主动地控制所述风轮机的操作。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括由所述涡轮控制器(26)至少部分地基于所述调整的风速信号来确定用于所述风轮机(10)的末端速度比设置点。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述末端速度比设置点调整与一个或更多个转子叶片(22)相关联的桨距角。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括由所述涡轮控制器(26)至少部分地基于所述调整的风向信号来确定用于所述风轮机(10)的偏航角设置点。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述偏航角设置点调整所述风轮机(10)的机舱(16)关于所述风向的定向。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一信号偏差或所述第二信号偏差中的至少一个使用自动调节过程来编程到所述副控制器(106)中，所述自动调节过程包括：
对于多个输入状态中的各个，递增地调整多个递增信号偏差值之中的所述第一信号偏差或所述第二信号偏差中的至少一个；
监测所述多个递增信号偏差值中的各个处的所述风轮机(10)的功率产生；以及
至少部分地基于与所述多个递增信号偏差值中的各个相关联的所述功率产生从所述多个递增信号偏差值选择所述第一信号偏差或所述第二信号偏差中的至少一个。
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