CN107035617A - 用于升级多厂商风力涡轮的系统和方法 - Google Patents

用于升级多厂商风力涡轮的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及用于控制和/或升级后继市场多厂商风力涡轮的系统和方法。系统包括构造成控制风力涡轮(10)的运行的涡轮控制器(26)、构造成提供指示安全装置(104)的健康状态的信号的安全装置(104)和置于安全装置(104)和涡轮控制器(26)之间的辅助控制器(102)。辅助控制器(102)构造成在通信接口上从安全装置(104)接收信号。因而如果信号指示正常健康状态，则辅助控制器(26)构造成发送所述信号给涡轮控制器(26)，即保持正常运行。备选地，如果信号指示不良健康状态，则辅助控制器(102)构造成至少部分地基于信号偏移来将信号调节成经调节的信号且提供经调节的信号给涡轮控制器(26)。

Description

用于升级多厂商风力涡轮的系统和方法
技术领域
本公开大体上涉及风力涡轮，且更具体而言，涉及用于升级多厂商风力涡轮，使其在安装后继市场(aftermarket)硬件(例如安全装置)时具有安全或软停机能力的系统和方法。
背景技术
风力被看作一种当前可用的最清洁最环保的能源，并且风力涡轮在这方面获得了更多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理捕捉风的动能。转子叶片以旋转能的方式传递动能，以便转动将转子叶片联接到齿轮箱的轴，或如果不使用齿轮箱，则直接将动能传递到发电机。发电机然后将机械能转换成电能，电能可部署到电网上。
风力涡轮的多种构件典型地经由风力涡轮控制器控制。因而，涡轮控制器大体编程有源代码，源代码运行风力涡轮的多种构件。特定风力涡轮的源代码典型地为私有的，因此被其相应的厂商或制造商锁定。因而源代码大体不能被可能随后结束涡轮的运行的另一个厂商操纵或修改。因此，对于多厂商涡轮，参数优化是不可行的。另外，甚至多厂商涡轮的一些硬件可被锁定，使得其不能被操纵。
通常，对风力涡轮添加新的硬件是有利的，以改进涡轮的能量年产量(AEP)。虽然一些涡轮可具有针对后继市场装置预先编程的备用的分立的I/O，但是许多涡轮不具有备用的I/O。在这种情况下，后继市场硬件不能与涡轮控制器通信。例如，联邦航空主管部门最近开始要求许多涡轮采用后继市场航空灯。在没有备用I/O的涡轮中，航空灯的故障是不可检测的。
考虑到前面提到的问题，本公开涉及用于升级后继市场多厂商风力涡轮，使其在添加的硬件出故障的情况下具有安全或软停机能力的系统和方法。
发明内容
在以下描述中部分地阐述本发明的各方面和优点，或者根据该描述，本发明的各方面和优点可为显而易见的，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。
在一个方面，本公开涉及一种用于控制和/或升级后继市场多厂商风力涡轮的系统。系统包括构造成控制风力涡轮的运行的涡轮控制器、构造成提供指示安全装置的健康状态的信号的安全装置和置于安全装置和涡轮控制器之间的辅助控制器。辅助控制器构造成在通信接口上从安全装置接收初始信号。因而如果信号指示安全装置的正常健康状态，则辅助控制器构造成发送初始信号给涡轮控制器，即保持正常运行。备选地，如果初始信号指示安全装置的不良健康状态，则辅助控制器构造成至少部分地基于信号偏移来将初始信号调节成经调节的信号且提供经调节的信号给涡轮控制器。
在一个实施例中，辅助控制器构造成调节信号，而不访问涡轮控制器执行的计算机可读指令。
在另一个实施例中，安全装置可包括后继市场安全装置。备选地，安全装置可包括风力涡轮的现有安全装置。进一步，在某些实施例中，安全装置可包括航空灯、振动传感器、负载传感器、结冰传感器、温度传感器、风况传感器、防火装置、鸟或蝙蝠检测器、阴影闪烁传感器或任何其它安全装置。
在进一步实施例中，经调节的信号可包括用于风力涡轮的经更新的制动工序。更具体而言，在某些实施例中，辅助控制器可构造成确定风力涡轮的现有制动工序，其典型地包括硬制动工序、中等制动工序和软制动工序。因而，辅助控制器进一步针对硬制动工序、中等制动工序和软制动工序中的各个确定现有风力涡轮传感器的设定点。
在另外的实施例中，可经由辅助控制器使用自动调谐过程自动地确定现有制动工序。更具体而言，在某些实施例中，自动调谐过程可包括针对多个输入状况中的各个在多个增量式信号偏移值之中以增量的方式调节信号偏移、监测风力涡轮在多个增量式信号偏移值中的各个下的制动工序和至少部分地基于与多个增量式信号偏移值中的各个相关联的制动工序针对输入状况从多个增量式信号偏移值中选择信号偏移。备选地，可人工地确定风力涡轮的现有制动工序。
因而，由于已知现有制动工序，所以辅助控制器可提供经调节的信号，其对应于风力涡轮的经更新的制动工序。
在再进一步实施例中，辅助控制器可包括构造成从多个传感器接收一个或多个输入信号或状况的接口。因而，在这种实施例中，辅助控制器可构造成至少部分地基于一个或多个输入信号来确定信号偏移。在某些实施例中，输入信号可包括指示轴速度、功率输出、振动、温度或风速的信号。
在另一个方面，本公开涉及一种用于控制和/或升级后继市场多厂商风力涡轮的方法。风力涡轮包括在信号路径上与风力涡轮控制器通信的安全装置。因而，方法包括将辅助控制器在信号路径中置于安全装置和风力涡轮控制器之间。另一个步骤包括经由安全装置产生指示安全装置的健康状态的初始信号。方法还包括经由通信接口在辅助控制器处接收信号。进一步，方法包括在辅助控制器处至少部分地基于信号偏移来确定不同于初始信号的经调节的信号。方法还包括提供经调节的信号给风力涡轮控制器。
在一个实施例中，经调节的信号可包括风力涡轮的经更新的制动工序。进一步，在一些实施例中，方法可进一步包括经由辅助控制器确定风力涡轮的现有制动工序。更具体而言，现有制动工序典型地包括硬制动工序、中等制动工序和软制动工序。因而，方法可还包括经由辅助控制器针对硬制动工序、中等制动工序和软制动工序中的各个确定现有风力涡轮传感器的设定点。
在某些实施例中，方法可包括经由辅助控制器使用自动调谐过程自动地确定现有制动工序。更具体而言，自动调谐过程可包括针对多个输入状况中的各个在多个增量式信号偏移值之中以增量的方式调节信号偏移、监测风力涡轮在多个增量式信号偏移值中的各个下的制动工序和至少部分地基于与多个增量式信号偏移值中的各个相关联的制动工序针对输入状况从多个增量式信号偏移值中选择信号偏移。备选地，方法可包括经由辅助控制器人工地确定风力涡轮的现有制动工序。
在又一个方面，本公开涉及一种用于控制风力涡轮的系统。系统包括构造成控制风力涡轮的运行的涡轮控制器、在电子信号方面联接到涡轮控制器的辅助控制器和置于涡轮控制器和辅助控制器之间的至少一个电子装置。涡轮控制器和辅助控制器构造成在其之间传送至少一个命令信号。因而，电子装置构造成拦截命令信号且至少部分地基于信号偏移来将命令信号调节成经调节的命令信号且提供经调节的信号给涡轮控制器或辅助控制器中的至少一个。
在一个实施例中，辅助控制器包括风力涡轮的转换器控制器。在另一个实施例中，命令信号包括扭矩命令信号和/或任何其它频率转换器命令信号中的至少一个。在又一个实施例中，系统可进一步包括安全装置，其构造在转换器控制器和涡轮控制器之间。
技术方案1. 一种用于控制风力涡轮的系统，包括：
涡轮控制器，其构造成控制所述风力涡轮的运行；
安全装置，其构造成提供指示所述安全装置的健康状态的初始信号；
辅助控制器，其置于所述安全装置和所述涡轮控制器之间，所述辅助控制器构造成在通信接口上从所述安全装置接收所述初始信号；
其中，如果所述初始信号指示正常健康状态，则所述辅助控制器构造成发送所述初始信号给所述涡轮控制器，以及
其中，如果所述初始信号指示不良健康状态，则所述辅助控制器构造成至少部分地基于信号偏移来将所述初始信号调节成经调节的信号且提供所述经调节的信号给所述涡轮控制器。
技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述辅助控制器构造成调节所述初始信号，而不访问所述涡轮控制器执行的计算机可读指令。
技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述安全装置包括后继市场安全装置或所述风力涡轮的现有安全装置中的至少一个。
技术方案4. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述安全装置包括航空灯、振动传感器、负载传感器、结冰传感器、温度传感器、风况传感器、防火装置、鸟或蝙蝠检测器或阴影闪烁传感器中的至少一个。
技术方案5. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述经调节的信号包括用于所述风力涡轮的经更新的制动工序。
技术方案6. 根据技术方案5所述的系统，其特征在于，所述辅助控制器编程有所述风力涡轮的现有制动工序，所述现有制动工序包括硬制动工序、中等制动工序和软制动工序。
技术方案7. 根据技术方案6所述的系统，其特征在于，所述辅助控制器进一步针对所述硬制动工序、所述中等制动工序和所述软制动工序中的各个确定现有风力涡轮传感器的设定点。
技术方案8. 根据技术方案6所述的系统，其特征在于，经由所述辅助控制器使用自动调谐过程自动地确定所述现有制动工序，所述自动调谐过程包括：
对于多个输入状况中的各个，在多个增量式信号偏移值之中以增量的方式调节所述信号偏移；
监测所述风力涡轮在所述多个增量式信号偏移值中的各个下的制动工序；以及
至少部分地基于与所述多个增量式信号偏移值中的各个相关联的制动工序来针对所述输入状况从所述多个增量式信号偏移值中选择所述信号偏移。
技术方案9. 根据技术方案6所述的系统，其特征在于，人工地确定所述风力涡轮的现有制动工序。
技术方案10. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述辅助控制器包括构造成从多个传感器接收一个或多个输入信号的接口，所述辅助控制器构造成至少部分地基于所述一个或多个输入信号来确定所述信号偏移。
技术方案11. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述一个或多个输入信号包括指示轴速度、功率输出、振动、温度或风速的信号。
技术方案12. 一种用于控制风力涡轮的方法，所述风力涡轮包括在信号路径上与风力涡轮控制器通信的安全装置，所述方法包括：
将辅助控制器在所述信号路径中置于所述安全装置和所述风力涡轮控制器之间；
经由所述安全装置产生指示所述安全装置的健康状态的初始信号；
经由通信接口在所述辅助控制器处接收所述初始信号；
在所述辅助控制器处至少部分地基于信号偏移来确定不同于所述初始信号的经调节的信号；以及，
提供所述经调节的信号给所述风力涡轮控制器。
技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述经调节的信号包括用于所述风力涡轮的经更新的制动工序。
技术方案14. 根据技术方案13所述的方法，其特征在于，进一步包括确定所述风力涡轮的现有制动工序，所述现有制动工序包括硬制动工序、中等制动工序和软制动工序。
技术方案15. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，进一步包括经由所述辅助控制器针对所述硬制动工序、所述中等制动工序和所述软制动工序中的各个确定现有风力涡轮传感器的设定点。
技术方案16. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，进一步包括经由所述辅助控制器使用自动调谐过程自动地确定所述现有制动工序，所述自动调谐过程包括：
针对多个输入状况中的各个，在多个增量式信号偏移值之中以增量的方式调节所述信号偏移；
监测所述风力涡轮在所述多个增量式信号偏移值中的各个下的制动工序；以及
至少部分地基于与所述多个增量式信号偏移值中的各个相关联的制动工序针对所述输入状况从所述多个增量式信号偏移值中选择所述信号偏移。
技术方案17. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，进一步包括人工地确定所述风力涡轮的现有制动工序。
技术方案18. 一种用于控制风力涡轮的系统，包括：
涡轮控制器，其构造成控制所述风力涡轮的运行；
辅助控制器，其在电子信号方面联接到所述涡轮控制器，所述涡轮控制器和所述辅助控制器构造成在其之间传送至少一个命令信号；以及，
至少一个电子装置，其置于所述涡轮控制器和所述辅助控制器之间，所述电子装置构造成拦截所述命令信号且至少部分地基于信号偏移来将所述命令信号调节成经调节的命令信号且提供所述经调节的信号给所述涡轮控制器或所述辅助控制器中的至少一个。
技术方案19. 根据技术方案18所述的系统，其特征在于，所述辅助控制器包括所述风力涡轮的转换器控制器。
技术方案20. 根据技术方案18所述的系统，其特征在于，所述命令信号包括扭矩命令信号或频率转换器命令信号中的至少一个。
技术方案21. 一种用于控制风力涡轮(10)的系统(100)，包括：
涡轮控制器(26)，其构造成控制所述风力涡轮(10)的运行；
安全装置(104)，其构造成提供指示所述安全装置(104)的健康状态的初始信号；
辅助控制器(102)，其置于所述安全装置(104)和所述涡轮控制器(26)之间，所述辅助控制器(102)构造成在通信接口上从所述安全装置(104)接收所述初始信号；
其中，如果所述初始信号指示正常健康状态，则所述辅助控制器(102)构造成发送所述初始信号给所述涡轮控制器(26)，以及
其中，如果所述初始信号指示不良健康状态，则所述辅助控制器(102)构造成至少部分地基于信号偏移来将所述初始信号调节成经调节的信号且提供所述经调节的信号给所述涡轮控制器(26)。
技术方案22. 根据技术方案21所述的系统(100)，其特征在于，所述辅助控制器(102)构造成调节所述初始信号，而不访问所述涡轮控制器(26)执行的计算机可读指令。
技术方案23. 根据技术方案21所述的系统(100)，其特征在于，所述安全装置(104)包括后继市场安全装置或所述风力涡轮(10)的现有安全装置中的至少一个。
技术方案24. 根据技术方案21所述的系统(100)，其特征在于，所述安全装置(104)包括航空灯、振动传感器、负载传感器、结冰传感器、温度传感器、风况传感器、防火装置(104)、鸟或蝙蝠检测器或阴影闪烁传感器中的至少一个。
技术方案25. 根据技术方案21所述的系统(100)，其特征在于，所述经调节的信号包括用于所述风力涡轮(10)的经更新的制动工序。
技术方案26. 根据技术方案25所述的系统(100)，其特征在于，所述辅助控制器(102)编程有所述风力涡轮(10)的现有制动工序，所述现有制动工序包括硬制动工序、中等制动工序和软制动工序。
技术方案27. 根据技术方案26所述的系统(100)，其特征在于，所述辅助控制器(102)进一步针对所述硬制动工序、所述中等制动工序和所述软制动工序中的各个确定现有风力涡轮(10)传感器的设定点。
技术方案28. 根据技术方案26所述的系统(100)，其特征在于，经由所述辅助控制器(102)使用自动调谐过程自动地确定所述现有制动工序，所述自动调谐过程包括：
针对多个输入状况中的各个，在多个增量式信号偏移值之中以增量的方式调节所述信号偏移；
监测所述风力涡轮(10)在所述多个增量式信号偏移值中的各个下的制动工序；以及
至少部分地基于与所述多个增量式信号偏移值中的各个相关联的制动工序针对所述输入状况从所述多个增量式信号偏移值中选择所述信号偏移。
技术方案29. 根据技术方案26所述的系统(100)，其特征在于，人工地确定所述风力涡轮(10)的现有制动工序。
技术方案30. 根据技术方案21所述的系统(100)，其特征在于，所述辅助控制器(102)包括构造成从多个传感器接收一个或多个输入信号的接口，所述辅助控制器(102)构造成至少部分地基于所述一个或多个输入信号来确定所述信号偏移，其中所述一个或多个输入信号包括指示轴速度、功率输出、振动、温度或风速的信号。
技术方案31. 一种用于控制风力涡轮(10)的方法，所述风力涡轮(10)包括在信号路径上与风力涡轮(10)控制器通信的安全装置(104)，所述方法包括：
将辅助控制器(102)在所述信号路径中置于所述安全装置(104)和所述风力涡轮(10)控制器之间；
经由所述安全装置(104)产生指示所述安全装置(104)的健康状态的初始信号；
经由通信接口在所述辅助控制器(102)处接收所述初始信号；
在所述辅助控制器(102)处至少部分地基于信号偏移来确定不同于所述初始信号的经调节的信号；以及，
提供所述经调节的信号给所述风力涡轮(10)控制器。
技术方案32. 根据技术方案31所述的方法，其特征在于，所述经调节的信号包括用于所述风力涡轮(10)的经更新的制动工序。
技术方案33. 根据技术方案32所述的方法，其特征在于，进一步包括确定所述风力涡轮(10)的现有制动工序，所述现有制动工序包括硬制动工序、中等制动工序和软制动工序。
技术方案34. 根据技术方案33所述的方法，其特征在于，进一步包括经由所述辅助控制器(102)针对所述硬制动工序、所述中等制动工序和所述软制动工序中的各个确定现有风力涡轮传感器的设定点。
技术方案35. 根据技术方案33所述的方法，其特征在于，进一步包括经由所述辅助控制器(102)使用自动调谐过程自动地确定所述现有制动工序，所述自动调谐过程包括：
针对多个输入状况中的各个，在多个增量式信号偏移值之中以增量的方式调节所述信号偏移；
监测所述风力涡轮(10)在所述多个增量式信号偏移值中的各个下的制动工序；以及
至少部分地基于与所述多个增量式信号偏移值中的各个相关联的制动工序针对所述输入状况从所述多个增量式信号偏移值中选择所述信号偏移。
参照以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。附图结合在本说明书中且构成说明书的一部分，附图示出本发明的实施例，并且和描述共同用来说明本发明的原理。
附图说明
针对本领域普通技术人员，在说明书中阐述本发明的完整和能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书参照了附图，其中：
图1示出根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2示出风力涡轮的机舱的一个实施例的简化内部视图；
图3示出根据本公开的用于控制风力涡轮的系统的一个实施例的示意图；
图4示出可包括在根据本公开的系统的控制器中的适当的构件的框图；
图5示出根据本公开的用于控制风力涡轮的方法的一个实施例的流程图；以及
图6示出根据本公开的用于控制风力涡轮的系统的另一个实施例的示意图。
部件列表：
10风力涡轮
12塔架
14支承表面
16机舱
18转子
20可旋转轮毂
22转子叶片
24发电机
26涡轮控制器
28风向
32变桨调节机构
34变桨轴线
36偏航轴线
38偏航驱动机构
40转子轴
42发电机轴
44齿轮箱
46底板
52控制柜
80传感器
82信号
100系统
102辅助控制器
104安全装置
105SCADA
106信号路径
107用户接口
108信号路径
109信号路径
110现有传感器
111输入状况/信号
112处理器
114存储器装置
116通信接口
118传感器接口
120信号偏移
122信号路径
124信号路径
150系统
152电气装置
154命令信号
156命令信号
200方法
202方法步骤
204方法步骤
206方法步骤
208方法步骤
210方法步骤
212方法步骤。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，在附图中示出实施例的一个或多个示例。以阐述本发明，而非限制本发明的方式提供各个示例。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在本发明中可作出多种修改和变型，而不偏移本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可用于另一个实施例上，以产生又一个实施例。因而，意图的是，本发明覆盖落在所附权利要求和其等效方案的范围内的这种修改和变型。
大体，本公开涉及用于控制和/或升级后继市场多厂商风力涡轮的系统。更具体而言，系统包括构造成控制风力涡轮的运行的涡轮控制器、构造成提供指示安全装置的健康状态的初始信号的安全装置和置于安全装置和涡轮控制器之间的辅助控制器。因而，辅助控制器构造成从安全装置接收初始信号。如果初始信号指示安全装置的正常健康状态，则辅助控制器构造成发送未经调节的初始信号给涡轮控制器，即保持正常运行。备选地，如果初始信号指示安全装置的不良健康状态，则辅助控制器构造成至少部分地基于信号偏移将初始信号调节成经调节的信号且提供经调节的信号给涡轮控制器。例如，在某些实施例中，经调节的信号可包括风力涡轮的预定制动工序。
因而本公开提供现有技术中不存在的许多优点。例如，不需要辅助控制器102与涡轮控制器26通信。进一步，安全链不必与辅助控制器对接，以产生硬制动故障。相反，可执行软制动工序，其可指示技术人员解决问题。另外，本公开可对于多个涡轮进行比例缩放和进行构造。
现在参照附图，图1示出风力涡轮10的一个实施例的透视图。如显示，风力涡轮10大体包括从支承表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16和联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转轮毂20和联接到轮毂20且从轮毂20向外延伸的至少一个转子叶片22。例如，在示出的实施例中，转子18包括三个转子叶片22。但是，在备选实施例中，转子18可包括超过或不到三个转子叶片22。各个转子叶片22可围绕轮毂20间隔开，以有利于使转子18旋转，以使得从风传递的动能能够转化成可用的机械能，且后续转化成电能。例如，轮毂20可以可旋转地联接到定位在机舱16内的发电机，以容许产生电能。
风力涡轮10可还包括涡轮控制系统，其包括在机舱16内或与风力涡轮10相关联的别处的涡轮控制器26。大体上，涡轮控制器26可包括一个或多个处理装置。因而，在若干实施例中，涡轮控制器26可包括适当的计算机可读指令，在被一个或多个处理装置执行时，其将控制器26构造成执行多种不同的功能，诸如接收、发送和/或执行风力涡轮控制信号。因而涡轮控制器26可大体构造成控制风力涡轮10的多种运行模式(例如，启动或停机顺序)和/或构件。
例如，控制器26可构造成通过调节至少一个转子叶片22相对于风的角度位置控制各个转子叶片22的叶片桨距或桨距角(即，确定转子叶片22相对于风向28的投影的角度)，以控制转子叶片22上的负载。例如，涡轮控制器26可通过将适当的控制信号/命令发送到风力涡轮10的多种变桨驱动器或变桨调节机构32(图2)单独地或同时控制转子叶片22的桨距角。具体而言，转子叶片22可通过一个或多个变桨轴承(未示出)可旋转地安装在轮毂20上，使得可通过使用变桨调节机构32使转子叶片22围绕它们的变桨轴线34旋转来调节桨距角。
进一步，在风向28改变时，涡轮控制器26可构造成控制机舱16围绕偏航轴线36的偏航方向，以相对于风向28定位转子叶片22，从而控制作用在风力涡轮10上的负载。例如，涡轮控制器26可构造成将控制信号/命令发送到风力涡轮10的偏航驱动机构38(图2)，使得机舱16可围绕偏航轴线36旋转。
再进一步，涡轮控制器26可构造成控制发电机24(图2)的扭矩。例如，涡轮控制器26可构造成将控制信号/命令直接或通过频率转换器间接发送给发电机24，以便调整发电机24内产生的磁通量，从而调节发电机24上的扭矩需求。发电机24的这种临时地降低功率可降低转子叶片22的旋转速度，从而降低作用在叶片22上的气动负载和在多种其它风力涡轮10构件上的反作用负载。
现在参照图2，示出风力涡轮10的机舱16的一个实施例的简化内部视图。如显示，发电机24可设置在机舱16内。大体上，发电机24可联接到风力涡轮10的转子18上，以用转子18产生的旋转能产生电功率。例如，转子18可包括主转子轴40，其联接到轮毂20上，以随其旋转。发电机24可然后联接到转子轴40，使得转子轴40的旋转驱动发电机24。例如，在示出的实施例中，发电机24包括发电机轴42，其通过齿轮箱44可旋转地联接到转子轴40。但是，在其它实施例中，应当理解，发电机轴42可直接可旋转地联接到转子轴40。备选地，发电机24可直接可旋转地联接到转子轴40(通常称为“直驱风力涡轮”)。
应当理解，转子轴40可大体通过支承框架或底板46支承在机舱内，支承框架或底板46定位在风力涡轮塔架12的顶部。例如，转子轴40可由底板46经由安装到底板46上的一对枕块支承。
另外，如本文指示，涡轮控制器26还可定位在风力涡轮10的机舱16内。例如，如示出的实施例中显示，涡轮控制器26设置在控制柜52内，控制柜52安装在机舱16的一部分上。但是，在其它实施例中，涡轮控制器26可设置在风力涡轮10上和/或内的任何其它适当的位置或远离风力涡轮10的任何适当的位置。此外，如本文描述，涡轮控制器26可还通信联接到风力涡轮10的多种构件上，以大体控制风力涡轮和/或这种构件。例如，涡轮控制器26可通信联接到风力涡轮10的偏航驱动机构38上，以相对于风向28(图1)控制和/或改变机舱16的偏航方向。类似地，涡轮控制器26可还通信联接到风力涡轮10的各个变桨调节机构32 上(显示了其中一个)，以相对于风向28控制和/或改变转子叶片22的桨距角。例如，涡轮控制器26可构造成将控制信号/命令发送到各个变桨调节机构32，使得变桨调节机构32的一个或多个促动器(未显示)可用来使叶片22相对于轮毂20旋转。
现在参照图3，示出根据本公开的实例实施例的系统100，其用于控制风力涡轮，诸如图1的风力涡轮10。如显示，控制系统100包括风力涡轮控制器26，其构造成控制风力涡轮10的运行。涡轮控制器26可包括计算机可读指令，在被一个或多个处理器执行时，其使一个或多个处理器执行多种控制例程。进一步，涡轮控制器26可包括SCADA 105(监督控制和数据采集)或可与其通信， SCADA 105为用于远程监测和控制的系统，其利用在通信通道上的编码的信号运行。另外，如显示，系统100可进一步包括任何适当的用户接口107，用于与系统100的用户或操作员交互。在一些实施例中，可能不可访问或以其它方式不可获得与涡轮控制器26相关联的计算机可读指令。例如，涡轮控制器26可能由不同的服务提供商安装和/或构造。
系统100可进一步包括多种传感器80, 110，其例如构造成测量与风力涡轮10相关联的风况和/或运行状况。例如，传感器110可构造成测量风力涡轮10的转子轴的旋转速度、风力涡轮10的功率输出、风力涡轮的负载状况或任何其它风力涡轮参数。传感器80可构造成测量风力涡轮10处或附近的多种风况。传感器80, 110可包括任何适当的传感器或构件，诸如一个或多个编码器、接近传感器、换能器、解算器等。在图中示出两个传感器80, 110，以用于示出和论述的目的。使用本文提供的公开的本领域普通技术人员将理解，可使用更多或更少的传感器，而不偏离本公开的范围。
系统100还包括安装在其中的安全装置104。例如，在某些实施例中，安全装置104可包括后继市场安全装置和/或风力涡轮10的现有安全装置。因而，如本文使用，安全装置大体表示改进风力涡轮10的安全性和/或保护风力涡轮10以防受损的任何后继市场或现有装置或硬件。另外，本文描述的安全装置可与运行或非运行参数相关联。更具体而言，安全装置104可包括航空灯、振动传感器、负载传感器、结冰传感器、温度传感器、风况传感器、防火装置、鸟或蝙蝠检测器、阴影闪烁传感器或任何其它安全装置。在运行期间，安全装置104构造成将指示安全装置104的健康状态的信号例如提供给辅助控制器102，如下面描述的那样。
为了例如响应于安全装置104的健康状态而调节涡轮控制器26的运行，而不需要访问与涡轮控制器相关联的计算机可读指令，辅助控制器104可置于安全装置104和涡轮控制器26之间。因而，辅助控制器102构造成经由信号路径106从安全装置104接收指示安全装置104的健康状态的初始信号。如果初始信号指示安全装置104的正常健康状态，则辅助控制器102构造成经由信号路径108发送未经调节的初始信号给涡轮控制器26，以便保持正常运行。备选地，如果初始信号指示不良健康状态，例如航空灯烧毁，则辅助控制器102构造成至少部分地基于信号偏移120来将初始信号调节成不同于初始信号的经调节的信号且经由信号路径109提供经调节的信号给涡轮控制器26。
如本文使用，信号路径可包括任何适当的通信介质，用于传递信号。例如，信号路径可包括任何数量的有线或无线链路，包括经由一个或多个以太网连接、光纤连接、网络总线、电力线、传导件或用于无线地传递信息的电路的通信。信号可在信号路径上使用任何适当的通信协议传送，诸如串行通信协议、电力线上宽带协议、无线通信协议或其它适当的协议。
辅助控制器102可预先编程有适当的计算机介质，例如一个或多个查找表和/或算法，其构造成基于信号偏移120来将接收自传感器110, 80的信号调节成经调节的信号(图4)。经调节的信号可通过例如用信号加上或减去信号偏移120来确定。在某些实施例中，经调节的信号可包括用于风力涡轮10的经更新的制动工序，如本文描述的那样。
在特定实施例中，辅助控制器102构造成调节信号而不访问涡轮控制器26执行的计算机可读指令。因而，在这种实施例中，辅助控制器102可与风力涡轮控制器26分开一定距离(例如1米、1厘米或更少、2米或更多，或其它适当的距离)。另外，辅助控制器102可位于单独的房子中，且/或可包括不同于风力涡轮控制器26的构件的一个或多个构件(例如处理器、存储器装置等)。在实施例中，辅助控制器102可使用相对于涡轮控制器26以不同的语言或协议存储的不同的计算机可读指令。照这样，辅助控制器102可为独立且与涡轮控制器26分开的装置。
在安全装置104的健康状态被认为不健康或不良的情况下，辅助控制器102进一步构造成将对应于风力涡轮10的预定制动工序的经调节的信号发送到涡轮控制器26。更具体而言，现有制动工序可包括硬制动工序、中等制动工序和软制动工序。
在某些实施例中，可经由辅助控制器102使用自动调谐过程自动地确定现有制动工序。例如，自动调谐过程可包括针对多个输入状况中的各个在多个增量式信号偏移值之中以增量的方式调节信号偏移120、监测风力涡轮10在多个增量式信号偏移值中的各个下的制动工序和至少部分地基于与多个增量式信号偏移值中的各个相关联的制动工序针对输入状况从多个增量式信号偏移值中选择信号偏移。备选地，可人工地确定风力涡轮10的现有制动工序。因而，辅助控制器102进一步针对硬制动工序、中等制动工序和软制动工序中的各个确定现有风力涡轮传感器(例如传感器110, 80)的设定点。
仍然参照图3，辅助控制器102可构造成至少部分地基于与根据例如接收自传感器110, 80的信号确定的多种输入状况(例如轴速度、功率输出、振动、温度、风速等)相关联的信号确定经调节的信号。例如，不同的信号偏移值可与不同的输入状况相关联。例如，辅助控制器102可在信号路径111上从传感器110接收信号。辅助控制器102还可在信号路径82上从传感器80接收信号。传感器80可为构造成提供指示风速的信号的传感器，诸如风速计或其它适当的方法或设备。风力涡轮10的风速可通过使用诸如适当的天气传感器80测量。适当的天气传感器包括例如光检测和测距(“LIDAR”)装置、声检测和测距(“SODAR”)装置、风速计、风向标、气压计和雷达装置(诸如多普勒雷达装置)。再进一步，任何适当的测量方法和设备可用来直接或间接测量当前风速。
因而，在某些实施例中，用于传送来自传感器110, 80的信号的信号路径122和124可被中断。因而辅助控制器102在风力涡轮控制器26和传感器110, 80之间提供新的信号路径。一旦确定，经调节的信号可由辅助控制器102在信号路径109上传送给涡轮控制器26。涡轮控制器26可使用经调节的信号来控制风力涡轮10的多种运行。
现在参照图4，示出了可包括在根据本公开的实例方面的辅助控制器102(或涡轮控制器26)内的适当的构件的一个实施例的框图。如显示，辅助控制器102可包括一个或多个处理器112和相关联的存储器装置114，其构造成执行多个计算机执行的功能(例如，执行本文公开的方法、步骤、计算等)。
如本文使用，用语“处理器”不仅表示在现有技术中称为包括在计算机中的集成电路，而且还表示控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路。另外，存储器装置114可大体包括存储器元件，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、紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多媒体盘(DVD)和/或其它适当的存储器元件。
存储器装置114可大体构造成存储适当的计算机可读指令，在被处理器112执行时，其构造成使辅助控制器102执行多种功能，包括但不限于：直接或间接从一个或多个传感器(例如风传感器、传感器传感器)接收指示多种输入状况的信号，从而确定经调节的信号，且/或将经调节的信号发送给涡轮控制器26，以及多种其它适当的计算机执行的功能。
如示出，存储器装置114还可存储信号偏移120。信号偏移120可用来使接收自安全装置104和/或一个或多个传感器110, 80的信号偏移，以确定经调节的信号。在特定实施方式中，不同的信号偏移120可与多个输入状况中的各个相关联。信号偏移120可以任何适当的方式编程到存储器装置114中。在一个实例实施例中，信号偏移120可使用自动调谐过程自动地编程到存储器装置114中，如下面更详细地论述的那样。
另外，辅助控制器102可还包括通信接口116，以有利于辅助控制器102和风力涡轮10的多种构件之间的通信。接口可包括一个或多个电路、端子、管脚、触头、传导件或用于发送和接收控制信号的其它构件。此外，辅助控制器可包括传感器接口118(例如，一个或多个模拟-数字转换器)，以容许发送自安全装置104和/或传感器80, 110的信号转换成可被处理器112理解和处理的信号。因而，在这种实施例中，辅助控制器102可构造成至少部分地基于一个或多个输入状况而确定信号偏移120。
现在参照图5，示出根据本公开的用于控制风力涡轮10的方法200的实施例的流程图。方法200可使用一个或多个控制装置来执行，诸如图3中描绘的一个或多个控制器。另外，图5描绘以特定顺序执行的步骤，以用于示出和论述目的。使用本文提供的公开的本领域普通技术人员将理解，本领公开的任何方法的步骤可以多种方式修改、扩展、省略、重新布置和/或调节，而不偏离本公开的范围。
如在202处显示，方法200包括通过信号操纵确定风力涡轮10的现有制动工序，其可为人工或自动过程。更具体而言，在某些实施例中，方法200可包括经由辅助控制器102使用自动调谐过程自动地确定现有制动工序。例如，在特定实施例中，自动调谐过程可包括针对多个输入状况中的各个在多个增量式信号偏移值之中以增量的方式调节信号偏移120、监测风力涡轮10在多个增量式信号偏移值中的各个下的制动工序和至少部分地基于与多个增量式信号偏移值中的各个相关联的制动工序针对输入状况从多个增量式信号偏移值中选择信号偏移120。备选地，方法200可包括经由辅助控制器102人工地确定风力涡轮10的现有制动工序。
在确定风力涡轮10的现有制动工序之后，如204处显示，方法200可还包括经由辅助控制器102针对各个制动工序确定现有风力涡轮传感器(例如传感器110, 80)的设定点。例如，在某些实施例中，可利用一个或多个电子装置自动地确定设定点。
如在206处显示，方法200包括针对预定制动工序，添加新的安全装置104和/或重新构造现有安全装置104。如208处显示，方法200包括将电子装置的输出发送给现有传感器，以驱动预定制动工序。如210处显示，方法200包括针对预定制动工序和SCADA反馈运行测试。如果测试恰当地运行，则方法200在212处结束。如果测试不恰当地运行，则方法返回到208且重复。
现在参照图6，示出根据本公开的用于控制风力涡轮的系统150的另一个实施例的示意图。如显示，系统150包括构造成控制风力涡轮10的运行的涡轮控制器26、在电子信号方面联接到涡轮控制器26的辅助控制器102和置于涡轮控制器26和辅助控制器102之间的至少一个电子装置152。典型地，涡轮控制器26和辅助控制器102构造成在其之间传送至少一个命令信号154。因而，如显示，电子装置154构造成拦截命令信号154且至少部分地基于信号偏移将命令信号154调节成经调节的命令信号156且提供经调节的命令信号156给涡轮控制器26或辅助控制器102中的至少一个。
在一个实施例中，如显示，辅助控制器102包括风力涡轮10的转换器控制器。在另一个实施例中，命令信号包括扭矩命令信号和/或任何其它频率转换器命令信号中的至少一个。例如，扭矩控制可为有利的，因为在转换器控制器102和涡轮控制器26之间具有命令和控制路径两者。因而，本公开的电子装置152接管涡轮控制器26的部分控制，以便改进能量年产量和/或可靠性。
在某些实施例中，电子装置152可包括任何适当的解译风力涡轮控制器26和转换器控制器102之间的命令信号154和控制系统的自动或人工器件、解译涡轮控制器26和转换器控制器之间的I/O的自动或人工器件、经由I/O或来自涡轮控制器26的通信接管转换器控制器102的执行控制的自动或人工器件、经由I/O或来自转换器控制器102的通信接管控制器26的执行控制的自动或人工器件、改进和自动地或人工地调谐涡轮控制器26或转换器控制器102的整体控制的数据记录器件和/或在任何适当的媒介上观看所述数据的器件。例如，电气装置152可包括扭矩设定点/需求杠杆、温度反馈、总功率产量反馈、发电机速度反馈或任何其它适当的电气构件。进一步，通过将电气装置152置于涡轮控制器26和转换器控制器102之间，装置152构造成智能地监听其之间的信号。信号可为模拟的、数字的或在网络上。因而，电气装置152可还具有一些人工或自动方法，以解译涡轮控制器26和转换器控制器102之间的网络。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并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，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的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示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于控制风力涡轮(10)的系统(100)，包括：
涡轮控制器(26)，其构造成控制所述风力涡轮(10)的运行；
安全装置(104)，其构造成提供指示所述安全装置(104)的健康状态的初始信号；
辅助控制器(102)，其置于所述安全装置(104)和所述涡轮控制器(26)之间，所述辅助控制器(102)构造成在通信接口上从所述安全装置(104)接收所述初始信号；
其中，如果所述初始信号指示正常健康状态，则所述辅助控制器(102)构造成发送所述初始信号给所述涡轮控制器(26)，以及
其中，如果所述初始信号指示不良健康状态，则所述辅助控制器(102)构造成至少部分地基于信号偏移来将所述初始信号调节成经调节的信号且提供所述经调节的信号给所述涡轮控制器(26)。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述辅助控制器(102)构造成调节所述初始信号，而不访问所述涡轮控制器(26)执行的计算机可读指令。
3.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述安全装置(104)包括后继市场安全装置或所述风力涡轮(10)的现有安全装置中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述安全装置(104)包括航空灯、振动传感器、负载传感器、结冰传感器、温度传感器、风况传感器、防火装置(104)、鸟或蝙蝠检测器或阴影闪烁传感器中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述经调节的信号包括用于所述风力涡轮(10)的经更新的制动工序。
6.根据权利要求5所述的系统(100)，其特征在于，所述辅助控制器(102)编程有所述风力涡轮(10)的现有制动工序，所述现有制动工序包括硬制动工序、中等制动工序和软制动工序。
7.根据权利要求6所述的系统(100)，其特征在于，所述辅助控制器(102)进一步针对所述硬制动工序、所述中等制动工序和所述软制动工序中的各个确定现有风力涡轮(10)传感器的设定点。
8.根据权利要求6所述的系统(100)，其特征在于，经由所述辅助控制器(102)使用自动调谐过程自动地确定所述现有制动工序，所述自动调谐过程包括：
针对多个输入状况中的各个，在多个增量式信号偏移值之中以增量的方式调节所述信号偏移；
监测所述风力涡轮(10)在所述多个增量式信号偏移值中的各个下的制动工序；以及
至少部分地基于与所述多个增量式信号偏移值中的各个相关联的制动工序针对所述输入状况从所述多个增量式信号偏移值中选择所述信号偏移。
9.根据权利要求6所述的系统(100)，其特征在于，人工地确定所述风力涡轮(10)的现有制动工序。
10.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述辅助控制器(102)包括构造成从多个传感器接收一个或多个输入信号的接口，所述辅助控制器(102)构造成至少部分地基于所述一个或多个输入信号来确定所述信号偏移，其中所述一个或多个输入信号包括指示轴速度、功率输出、振动、温度或风速的信号。
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