CN109477456A - 在维修期间具有减振的风力涡轮机系统 - Google Patents

在维修期间具有减振的风力涡轮机系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机系统(1)，其包括具有多个风力涡轮机模块(2)安装到其的支撑结构(3)。控制系统(20)被设置成进入维修模式，在该维修模式中，可以通过将第一控制命令(1CC)施加到风力涡轮机模块的第一子集(2′)以终止发电从而在风力涡轮机系统(1)中执行维修。将第二控制命令(2CC)施加到风力涡轮机模块的第二子集(2″)以使风力涡轮机模块的第二子集(2″)进入减振模式，在该减振模式中，第二子集的每个风力涡轮机模块被操作和/或定位以主动和/或被动地抑制风力涡轮机模块的第一子集的至少一个风力涡轮机模块(2*)的振动。由此获得了风力涡轮机系统在维修期间的经改善的稳定性。

Description

在维修期间具有减振的风力涡轮机系统
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮机系统，更具体地涉及具有多个风力涡轮机模块的风力涡轮机系统，带有多个转子的风力涡轮机系统具有其中主动和/或被动地执行减振的维修模式。本发明还涉及相应的方法、以及相应的计算机程序产品和控制系统。
背景技术
最常见的风力涡轮机类型是三叶片逆风水平轴风力涡轮机(缩写为HAWT)。在这种类型的风力涡轮机或风力涡轮发电机中，具有相应叶片的转子定位在机舱的前部，机舱本身安装在竖直风力涡轮机塔架的顶部上。
或者，具有多个风力涡轮机模块的风力涡轮机系统可安装到支撑结构，例如支撑若干个风力涡轮机模块的单个塔架，风力涡轮机模块可安装在竖直方向上的若干个不同的层中。这种风力涡轮机系统在本领域中也称为多转子阵列型风力涡轮机。与常规的HAWT相比，这些风力涡轮机系统具有若干个优点，尤其与运输、倍增和灵活性相关的优点。
然而，这种风力涡轮机系统也具有一些缺点，尤其是将更难以解决机械稳定性，例如是因为风力涡轮机模块可能彼此相互作用。多转子阵列型风力涡轮机的概念已经被知道一段时间，但遗憾的是，相关问题已经成为在风力涡轮机工业中进行大规模商业实施的障碍。
可以预期到，尤其是在这种多转子风力涡轮机系统的维修期间，常规单转子风力涡轮机通常经历的稳定性问题对于多转子风力涡轮机系统而言将实际上更糟糕。因此，对多转子风力涡轮机系统在维修期间的安全性和稳定性要求甚至可以比迄今为止对常规单转子风力涡轮机的更严格，由此表示了关于多转子风力涡轮机系统的更广泛商业使用的另一个障碍。例如，在能够对常规单转子风力涡轮机进行维修的低风水平下，在相同的风况下执行多转子风力涡轮机系统的维修可能是困难的或不可能的。
因此，具有多个转子的经改善的风力涡轮机系统将是有利的，尤其是在风力涡轮机系统的维修期间具有提高的稳定性的风力涡轮机系统。
发明内容
可以将本发明的一个目的看作是提供一种解决了上述问题的风力涡轮机系统，其在风力涡轮机系统的维修期间具有稳定性。
上文描述的目的旨在通过提供一种风力涡轮机系统在本发明的第一方面中实现，其中该风力涡轮机系统包括：
-支撑结构，
-安装到支撑结构的多个风力涡轮机模块，其中多个风力涡轮机模块中的每个包括转子，
-控制系统，
其中控制系统被设置成进入维修模式，在该维修模式中能够在风力涡轮机系统中执行维修，该维修模式包括：
-将第一控制命令(1CC)施加到风力涡轮机模块的第一子集以终止发电，以及
-将第二控制命令(2CC)施加到与所述风力涡轮机模块的第一子集不同的风力涡轮机模块的第二子集，第二控制命令(2CC)使风力涡轮机模块的第二子集进入减振模式，在该减振模式中，第二子集的每个风力涡轮机模块被操作以抑制风力涡轮机模块的第一子集的至少一个风力涡轮机模块的振动。
本发明尤其但并非仅仅有利于获得一种风力涡轮机系统，该风力涡轮机系统能够实现一种在维修期间稳定具有多个转子的风力涡轮机系统的经改善的和/或节约成本的方式，这是由于利用风力涡轮机模块的第二子集在来自风力涡轮机模块的第一子集的至少一个风力涡轮机模块的维修期间进行减振。这实现了这种具有多个转子的风力涡轮机系统在维修期间的大大改善的稳定性，该稳定性以在常规HAWT型单个风力涡轮机中不可能的方式提供。
进而，因此本发明有利于迄今为止在实际实施中没有想到的尤其是关于这种具有多个转子的风力涡轮机系统的支撑结构的新的和有益的设计，尤其是关于在以前认为根本不可能的风况下执行维修的可能性。因此，预期到本发明将是具有多个转子的风力涡轮机系统在更大规模上的实际运行的关键要素。还值得强调的是，本发明可以以相对低的复杂程度实施，这对于提供非常节约成本的风能路径的具有多个转子的风力涡轮机系统而言是重要的，尤其是由于期望使用在具有多个转子的风力涡轮机系统中的风力涡轮机模块中的经过良好测试并且成熟的风力涡轮机技术。
关于术语“维修”，应以最广的词义理解，以非限制性方式包括涉及风力涡轮机系统的可维护性、可靠性和/或可用性的操作和/或程序，或其部分或其中的部分。虽然定义可能存在差异，但“维修”通常与“维护”可互换地或同义地使用。应该指出的是，风力涡轮机领域内的维修现在已经成熟为一个独立的技术分支或业务领域，该维修的要素涉及对技术、相关后后勤(logistics)、关于故障的概率/统计、技术的经济要素等的深入了解。
还应理解，在一些情况下，被维修的风力涡轮机模块中的一个或多个可以——作为维修的结果——从风力涡轮机系统移除或在风力涡轮机系统中替换，从而不再是该风力涡轮机系统的一部分。
关于术语“振动”，应理解振动通常涉及机械现象，由此振荡发生在平衡点附近。振荡可以是周期性的，诸如摆运动，或者振荡可以是随机的。振荡也可以被描述为自由振荡或受迫振荡，如在力学的振动分析中公知的。关于振动或振荡的相关术语“抑制/减振”，其应理解为至少包括减少、限制和/或防止这种振动或振荡。在许多物理系统中，通过使存储在振荡中的能量被动或主动地消散的操作和/或过程产生减振。
关于“控制系统”的概念，其通常由电子装置实现，例如在一种专用计算机系统中，该专用计算机系统具有通常来自传感器和/或模型或模拟的相应输入，以及实现和施行根据本发明的振动控制的所产生的输出，但是控制系统也可以在相对不复杂的系统中机械地实现。然而，在本发明的被动减振实施方式中，控制系统不必基于具有振动数据的传感器输入，这是因为合适的被动减振位置和/或运行参数可足以实现本发明，如下面将更详细讨论的。
“第二子集中的每个风力涡轮机模块被操作以抑制风力涡轮机模块的第一子集的至少一个风力涡轮机模块的振动”可以例如理解为
-第二子集中的每个风力涡轮机模块被操作以基于振动数据主动地抑制风力涡轮机模块的第一子集的至少一个风力涡轮机模块的振动，
-其中风力涡轮机系统包括定位在风力涡轮机模块的第一子集的将被主动减振的所述至少一个风力涡轮机模块上或附近的一个或多个振动传感器，该一个或多个振动传感器向控制系统提供振动数据，该控制系统具有诸如闭合控制回路的控制回路，用于基于所述振动数据在所述至少一个风力涡轮机模块上执行主动减振，
-其中第二控制命令(2CC)被设置成用于在风力涡轮机模块的第二子集的至少部分风力涡轮机模块中进行以下项中的任何一个或多个
ο使转子上的叶片变桨，
ο实现转子的扭矩控制，和/或
ο实现连接到转子的相应发电机的功率控制，
以便主动地抑制风力涡轮机模块的第一子集的所述至少一个风力涡轮机模块的振动，
和/或其中
-第二控制命令被设置成用于使风力涡轮机模块的第二子集进入被动减振模式，在该被动减振模式中，第二子集的每个风力涡轮机模块被定位和/或操作以被动地抑制风力涡轮机模块的第一子集的至少一个风力涡轮机模块的振动。
其中第二控制命令被设置成用于通过相应地定位和/或操作风力涡轮机模块的第二子集从而修改风力涡轮机系统的本征频率和/或模态参数，来使风力涡轮机模块的第二子集进入被动减振模式。
“主动地减振”可以理解为施加力(诸如通过变桨、扭矩控制和/或功率控制)，诸如力矩(例如通过使风力涡轮机模块的第二子集来回变桨，优选地与待抑制的振动反相)，这种力抵消了振动。
“被动减振”可以理解为第二控制命令能使风力涡轮机系统进入相对位置(relative position)，诸如风力涡轮机系统内的相对位置的“甜蜜点(sweet spot)”，诸如其中与要被抑制的振动相关的一个或多个本征频率与一个或多个所施加力的频率(诸如转子频率)(频谱地)远离。
在一些实施方式中，第二控制命令(2CC)被设置成用于使风力涡轮机模块的第二子集进入主动减振模式，其中第二子集的每个风力涡轮机模块可被操作以基于振动数据主动地抑制风力涡轮机模块的第一子集的至少一个风力涡轮机模块的振动。更具体地，风力涡轮机系统可包括定位在风力涡轮机模块的第一子集的将被主动地减振的所述至少一个风力涡轮机模块上或附近的一个或多个振动传感器，该一个或多个振动传感器向控制系统提供振动数据，该控制系统具有用于根据所述振动数据在所述至少一个风力涡轮机模块上执行主动减振的控制回路。以这种方式，可以获得非常有效的实现减振的方法，该减振可以有利地与风力涡轮机系统的设计和/或系统的外部参数紧密地集成，这通常使风力涡轮机系统的设计极限显著提高。
在其它实施方式中，第二控制命令(2CC)被设置成用于使风力涡轮机模块的第二子集进入被动减振模式，在该被动减振模式中，第二子集中的每个风力涡轮机模块被定位和/或操作以被动地抑制风力涡轮机第一子集的至少一个风力涡轮机模块的振动。以这种方式，可以获得非常成本节约且简单的实现减振的方法，而无需在控制系统中进行连续的数据收集和分析。相反，第二控制命令可以使风力涡轮机系统进入风力涡轮机系统内的相对位置的“甜蜜点”和/或风力涡轮机系统的合适的运行参数，这可能受到一些外部参数的影响，例如风速和风向。因此，第二控制命令可以被设置成用于通过相应地定位和/或操作风力涡轮机模块的第二子集从而修改风力涡轮机系统的本征频率和/或模态参数，来使风力涡轮机模块的第二子集进入被动减振模式。
在有利的实施方式中，控制系统可以被设置成用于主动和/或被动地抑制与支撑结构中的一个或多个振动模式相关联的振动和/或与多个风力涡轮机模块中的转子的一个或多个振动模式相关联的振动。因此，在一些实施方式中，在风力涡轮机系统中实施振动或振荡的主动减振和被动减振两者，以用于显著提高稳定性。
在第二方面中，本发明涉及一种使风力涡轮机系统进入维修模式的方法，该风力涡轮机系统包括：
-支撑结构，
-安装到支撑结构的多个风力涡轮机模块，其中多个风力涡轮机模块中的每个包括转子，
-控制系统，
其中该方法包括：
-将第一控制命令(1CC)施加到风力涡轮机模块的第一子集以终止发电，以及
-将第二控制命令(2CC)施加到与所述风力涡轮机模块的第一子集不同的风力涡轮机模块的第二子集，第二控制命令(2CC)使风力涡轮机模块的第二子集带进入减振模式，在该减振模式中，第二子集的每个风力涡轮机模块被操作以抑制风力涡轮机模块的第一子集的至少一个风力涡轮机模块的振动。
在第三方面中，本发明涉及一种具有指令的计算机程序产品，该指令在运行时使计算设备或计算系统(诸如控制系统)执行根据第二方面的方法。
在第四方面中，本发明涉及用于控制风力涡轮机系统的控制系统，所述控制系统被设置成用于，根据基于第二方面的方法控制所述风力涡轮机系统。
通过结合附图参考以下详细描述，将更容易了解并且可更好地理解许多附属特征。如对技术人员而言明显的，优选特征可以适当地组合，并且可以与本发明的任何方面组合。
附图说明
图1描绘了根据本发明的风力涡轮机系统，
图2示出了根据本发明的风力涡轮机系统的一部分，
图3示出了根据本发明的用于使风力涡轮机系统进入维修模式的方法，
图4是示出了使用风力涡轮机模块的转子叶片的变桨的主动减振的曲线图，
图5是示出了两种不同情况下的力矩的曲线图，
图6示出了根据本发明的用于使风力涡轮机系统两次进入维修模式的另一种方法，
图7描绘了根据本发明的维修中的风力涡轮机系统，以及
图8是例示说明了根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
现在将进一步详细解释本发明。尽管本发明易于实现各种修改和替代形式，但是已经通过示例公开了具体实施方式。然而，应该理解，本发明并不限于所公开的具体形式。相反，本发明将覆盖落入由随附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同方案和替代方案。
图1A描绘了风力涡轮机系统1，其中风力涡轮机系统包括：
-支撑结构3，其包括塔架4和在结合部6处安装到塔架4的臂5，
-安装到支撑结构3的多个风力涡轮机模块2，其中多个风力涡轮机模块中的每个包括具有叶片9的转子7。
风力涡轮机系统还包括图2所示的如下面进一步描述的控制系统20。控制系统20被设置为通过执行根据本发明的多个控制命令进入维修模式。
在本实施方式中，支撑结构3包括从塔架4向外延伸的臂5，多个风力涡轮机模块中的每个安装在相应臂的端部上。此外，图1A描绘了每个风力涡轮机模块2的机舱8。图1A示出了具有两个臂5的支撑结构，每个臂5上安装有两个风力涡轮机模块2，但是当然可以想到其它实施方式，例如每个臂具有四个风力涡轮机模块的四个臂或者下臂、中臂和上臂分别具有六个、四个和两个风力涡轮机模块的三个臂。风力涡轮机模块可以在相同的竖直平面中，或者它们可以相对于彼此偏移。
在风力涡轮机模块2中，风的动能通过发电系统(未示出)转换成电能，如风力涡轮机领域的技术人员将容易理解的那样。如图1A中的四个箭头A所示，转子正在旋转，因此风力涡轮机模块2全部是可运行的并且正在从风中发电，即风力涡轮机系统不处于维修模式。
在图1B中，示出了根据本发明的风力涡轮机系统1和1″的一些其它实施方式，但是当然可以想到其它实施方式，例如每个臂具有四个风力涡轮机模块的四个臂或者下臂、中臂和上臂分别具有六个、四个和两个风力涡轮机模块的三个臂。在本发明的教导和原理中也考虑了更多数量的风力涡轮机模块，例如7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个等。风力涡轮机模块可以安装在各种设计构型的支撑结构上。
在图1B的上部风力涡轮机系统1′中，四个臂5从塔架上的公共结合部在基本相同的竖直平面中延伸，两个臂从结合部指向上方并且两个臂从结合部指向下方。
风力涡轮机模块可以处于相同的竖直平面中，或者它们可以在风向上相对于彼此偏移，例如下部风力涡轮机系统1″那样。因此，在风力涡轮机系统1″中，六个臂从塔架上的公共结合部延伸，三个臂相对于结合部指向前方，并且三个臂从结合部指向后方。如示意性示出的，除了臂之外，风力涡轮机模块2还可以由直接在风力涡轮机模块2之间的连接装置40机械地支撑以增加稳定性，例如通过使用线材、棒材、杆材或类似物。
图1C示出了类似于图1A的支撑结构3，在塔架4上具有两个横向臂5，每个臂各具有在下部水平I和上部水平II中安装于臂上的两个风力涡轮机模块2。在图1C中，两个上部风力涡轮机模块2′和2*构成风力涡轮机模块的第一子集，第一子集已经接收到用于终止其发电以便在在风力涡轮机系统1的处于维修模式的风力涡轮机模块2*上执行维修的第一控制命令1CC，并且因此在水平I处的两个转子7不旋转。因此，维修人员(未示出)现在能够接近风力涡轮机模块2*以进行维护和/或维护，这可能是根据计划的或紧急需要的。
在来自风力涡轮机模块的第一子集的特定风力涡轮机模块2*处执行维修的维修模式期间，将第二控制命令2CC施加给风力涡轮机模块的水平I处的第二子集2″(即与风力涡轮机模块的水平II处的第一子集不同的第二子集2″)。第二控制命令2CC使风力涡轮机模块的第二子集2″进入减振模式，在该减振模式中，第二子集的每个风力涡轮机模块被操作以抑制风力涡轮机模块的第一子集的风力涡轮机模块2*的振动。
在该实施方式中，风力涡轮机模块的第一子集和第二子集定位在支撑结构上的不同竖直水平上，在这里分别是水平II和I，但是在其它实施方式中，风力涡轮机模块的第一子集和第二子集中的一些或全部风力涡轮机模块可以定位在相同的竖直水平处，例如在支撑结构的同一个臂上或类似物上。
在根据本发明的风力涡轮机系统1中，振动可以与支撑结构中的一个或多个振动模式相关联，例如塔架振动v1(侧向振动、前后振动等)或臂振动v2，和/或振动与风力涡轮机模块2中的转子7的一个或多个振动模式v3相关联，如相应的三个双箭头示意性指示的。因此，从通常的风力涡轮机可知，在转子上具有多个叶片，例如3个叶片，叶片通常存在所谓的一阶和二阶的对称和非对称振动模式，并且可能存在其它振动模式。
通过本发明，各种振动模式被有利地主动或被动地抑制。可能的是，减振可以通过处理风力涡轮机系统1中的振动的两种方法的组合来执行。
当通过主动减振实施本发明时，第二控制命令2CC被设置成用于使风力涡轮机模块的第二子集2″进入主动减振模式，在该主动减振模式中，第二子集2″的每个风力涡轮机模块被操作以基于传输到控制系统20的振动数据主动地抑制风力涡轮机模块的第一子集的至少一个风力涡轮机模块(2*)的振动。
因此，可以实施一种控制过程，例如一种闭环控制回路，其中可以对控制系统施加各种约束或限制。
因此，控制系统可以被设置成根据与风力涡轮机系统相关的一个或多个外部参数在来自风力涡轮机模块的第一子集的所述至少一个风力涡轮机模块2*上执行主动减振，优选地达到关于例如风(风速和/或风向)、温度、压力、湿度之类的外部参数的预定振动水平。
附加地或替代地，其中控制系统可以被设置成根据风力涡轮机系统的一个或多个运行参数在来自风力涡轮机模块的第一子集的所述至少一个风力涡轮机模块2*上执行主动减振，优选地达到关于这些运行参数的预定振动水平，例如，与风力系统的所需维修直接相关的振动水平或与风力涡轮机的另一个运行参数相关的振动水平，该运行参数诸如作为第二子集的一部分的一个或多个风力涡轮机模块的功率、作为第二子集的一部分的一个或多个风力涡轮机模块的转子的旋转速度和/或扭矩、支撑结构与特定位置的偏差等。
当通过执行风力涡轮机系统1的被动减振来实施本发明时，第二控制命令2CC被设置成用于使风力涡轮机模块的第二子集2″进入被动减振模式，在该被动减振模式中，第二子集的每个风力涡轮机模块中被定位和/或操作以被动地抑制风力涡轮机的第一子集的至少一个风力涡轮机模块(2*)的振动。更具体地，被动减振模式可以包括通过相应地定位和/或操作风力涡轮机模块的第二子集2″来修改风力涡轮机系统的本征频率和/或模态参数。
由于风力涡轮机系统中相对高的自由度，这可以通过多种方式实现，其中每个风力涡轮机模块可以彼此独立地运行并且在很大程度上独立于彼此定位，如风力涡轮机系统的机械特性领域的技术人员在完全理解本发明的教导和一般原理之后将容易理解的。
因此，每个风力涡轮机模块2可以围绕竖直旋转轴线旋转(偏航)和/或安装有风力涡轮机模块的臂5可以围绕中心塔架4旋转(偏航)，以到达用于执行被动减振的位置。并且，叶片9可以固定在某个方位角位置，以充当被动减振器，例如，相邻的风力涡轮机模块可以相对于彼此以相反的方位角叶片位置固定。
类似地，每个风力涡轮机模块可以彼此独立地运行，例如关于发电量、叶片的桨距位置、每分钟的转数(RPM)等。具体地，设想到第二子集2″中的风力涡轮机模块的低RPM可能是有利的，所谓的空转(减小功率)运行模式，例如0.01-10RPM，更优选地0.1-1RPM。
风力涡轮机系统1还包括控制系统CTRL 20，如图2中示意性示出的，为简单起见，风的力F_wind仅作用在一个风力涡轮机模块2上。图2示出了风力涡轮机系统的一部分，其中控制系统20被设置成用于通过主动减振使转子7上的叶片9变桨(其中每个转子7包括与转子叶片9附接的毂11)，即控制系统正在实施例如闭环控制回路的控制过程，其中输入数据被用作反馈，如控制理论领域的技术人员将容易理解的。风力涡轮机系统的控制系统20包括输入装置，例如相应的数据端口和部分，用于接收与多个风力涡轮机模块2和/或支撑结构4相关联的振动数据s1、s2和s3。举例来说，在图2中，数据s1和s2分别源自传感器S126a和S2 26b，而振动数据s3来自机舱。振动数据s1可以例如是从合适的仪表/传感器(未示出)获得的来自支撑结构3的负载数据，而振动数据s2可以是来自支撑结构的相关振动数据。振动数据s3可以例如是来自转子叶片9(来自它们中的一个、多个或全部)的振动数据。控制系统20和25可操作地连接到输入装置以用于接收振动数据s1、s2和s3。控制系统20和25还被构造成确定用于多个风力涡轮机模块2的特定风力涡轮机模块2′和/或2″的命令21和21′。在图2中，命令21′是用于使转子叶片9变桨到特定桨距位置θ的变桨命令。不用说，控制系统20和25可以产生用于多于一个风力涡轮机模块2′和2″的命令，尤其是用于风力涡轮机系统1中的所有风力涡轮机模块2的命令。
输入装置能够可操作地连接到传感器系统26a和26b，用于测量与多个风力涡轮机模块和/或支撑结构相关联的振动数据s1、s2和s3，优选地传感器装置26a和26b包括定位在特定风力涡轮机模块2′上、其处或其附近的一个或多个传感器元件，例如加速度计、振动传感器、陀螺仪、位置传感器、光学传感器或能够产生振动相关数据的类似传感器件。更优选地，这种振动传感器元件可以定位在风力涡轮机模块2的转子叶片9上或其处，和/或定位在支撑结构3和塔架4上或其处，可能位于支撑结构的外侧或下方，例如，测量振动的光学传感器位于距地面位置的某一距离处。
因此，风力涡轮机系统可还包括定位在从支撑结构延伸的所述臂5上或附近的一个或多个振动传感器26，在臂上的一个或多个振动传感器给控制系统提供振动数据s1、s2和s3，该控制系统具有控制回路，用于根据所述振动数据执行关于与臂的振动相关联的一个或多个振动模式v2的主动减振。
图3示意性示出了用于使具有四个风力涡轮机M1、M2、M3和M4的风力涡轮机系统进入维修模式的方法。四个模块可以以任何合适的方式设置在支撑结构上，例如类似于图1A和1C中那样，但是技术人员当然容易理解，本发明例示说明的原理不限于该具体实施方式。
在步骤A 330中，风力涡轮机M1-M4全部发电，处于“ON”，并且风力涡轮机系统尚未处于维修模式中。在步骤B 331中，进入维修模式，因此第一控制命令1CC使模块M3和M4停止发电，处于“OFF”。在步骤B331中，在施加第一控制命令1CC的同时、之前或之后，执行第二控制命令2CC，以使模块M1和M2(形成第二子集2″)进入减振模式“DM”，在该减振模式中，模块M1和M2将如上所述的主动和/或被动减振提供给至少风力涡轮机模块M3 2*，然后可由维修人员和/或维修设备(例如起重机、遥控无人机或机器人等)对其进行维修和/或维护。在例示说明的实施方式中，可以认为模块M3和M4形成第一子集2′。应当理解，也可以抑制在图3中没有处于维修中的模块M4的振动。可能地，模块M4可以在模块M3完成维修之后进行维修。
图4是示出了其中风力涡轮机模块2″的转子叶片9进行变桨的主动减振的曲线图，如由图2的控制系统20参考图3的两个步骤A和B实现的。在时间步骤A中，曲线图的上部分中的一个(或多个)叶片的桨距角θ示出桨距角在发电模式中如何恒定。在时间步骤B中，桨距角θ系统地变化以主动地抑制在待维修的风力涡轮机模块2*处或附近的弯曲力矩。在步骤B期间，明显的是，来自风力涡轮机模块的来回变桨的第二子集2″的主动减振，其优选地与待抑制的振动反相，使力矩逐渐减小直到时间步骤C中的一个点，维修在该点处是可能的，或者是因为力矩减小到零或接近零，或是因为力矩已经减小到风力涡轮机模块2*的维修可行的某个水平。
作为变桨的替代方案，第二控制命令2CC可以被设置成用于实现风力涡轮机模块的第二子集2″的至少一部分风力涡轮机模块中的转子7的扭矩控制，以便主动地抑制风力涡轮机模块的第一子集的至少一个风力涡轮机模块2*的振动。在另一个替代方案中，第二控制命令2CC可以被设置成用于实现对与风力涡轮机模块的第二子集2″的至少一部分风力涡轮机模块中的转子7连接的相应发电机的电力控制，以便主动地抑制风力涡轮机模块的第一子集的至少一个风力涡轮机模块2*的振动。
图5是一个模拟，其示出了在两种不同情况下的类似于图4的曲线图的下部分的力矩，分别具有和不具有根据本发明的减振。因此，图5示出了待维修的风力涡轮机模块2*的周期性力矩在两个极值之间来回振荡，但是具有根据本发明的减振的周期性力矩在幅值上显著减小到较低水平，即减小到能够进行维修或开始维修更安全的水平。
图6示出了使风力涡轮机系统两次进入维修模式的类似于图3的另一种方法。因此，图6示意性地示出了用于使具有四个风力涡轮机M1、M2、M3和M4的风力涡轮机系统两次进入维修模式的方法，但是可以容易地将其推广用于更多数量的风力涡轮机模块和/或更复杂的风力涡轮机系统结构。四个模块可以以任何合适的方式设置在支撑结构上，例如类似于图1A和1C中那样，但是技术人员当然容易理解，本发明例示说明的原理不限于该具体实施方式。
在步骤A 630中，风力涡轮机M1-M4全部发电，处于“ON”，并且风力涡轮机系统尚未处于维修模式中。
在步骤B 631中，进入维修模式，因此第一控制命令1CC使模块M3和M4停止发电，处于“OFF”。在步骤B 331中，在施加第一控制命令1CC的同时、之前或之后，执行第二控制命令2CC，以使模块M1和M2(形成第二子集2″)进入减振模式“DM”，在该减振模式中，模块M1和M2将如上所述的主动和/或被动减振提供给至少风力涡轮机模块M3和M4 2*，然后可由维修人员和/或维修设备对其进行维修和/或维护。现在可以认为模块M3和M4在所示实施方式中形成第一子集2′。
在步骤C631中，再次进入维修模式，但是这次第一控制命令1CC使模块M1和M2停止发电，其中模块M2 2*将被维修。模块M1和M2现在形成另一个第一子集2′。由于已经在步骤B中维修了模块M3和M4，因此现在对模块M3和M4(现在形成另一个第二子集2″)施加第二控制命令2CC以使它们进入减振模式“DM”，在该减振模式中，这两个模块可以在接下来对模块M22*执行维修时抑制模块M2 2*处的振动。因此，现在可以认为模块M1和M2在所示实施方式中形成第一子集2′。
在步骤D 636中，可以使所有四个模块M1-M4都回到发电，处于“ON”，其中步骤B和C中的维修已经分别在M3和M4、以及M2上执行。
图7描绘了根据本发明的维修中的风力涡轮机系统1，其类似于图1C中所示的系统。图7A是类似于图1C中的视图的前视图，图7B是例示说明臂可以如何围绕塔架4旋转的局部俯视图。在图7中，移除了水平II处的风力涡轮机模块2*，即起重机70将机舱11从支撑结构上的先前位置下降。在维修期间，处于水平I的风力涡轮机模块2″然后处于减振模式，以便降低风力涡轮机模块2*处的振动。
因此，支撑结构3包括在水平I处的臂51′和52′，以及在水平II处的臂51和52，臂从塔架4向外延伸，多个风力涡轮机模块2中的每个安装在相应臂的一部分上，一个或多个臂可枢转地设置在塔架上。来自控制系统(这里未示出，参见图2)的第二指令2CC相应地设置成使可枢转地设置的所述一个或多个臂能够在风力涡轮机系统的所述维修模式期间围绕塔架旋转，以便臂和安装在其上的风力涡轮机模块能够占据用于主动和/或被动减振的有利位置。
在一些实施方式中，所述一个或多个臂在风力涡轮机系统的维修期间围绕塔架的旋转可以由来自相应风力涡轮机模块2″的用于围绕塔架旋转的正推力和/或负推力提供。因此，风力涡轮机模块可以在风力涡轮机模块的帮助下旋转，例如，下部水平I的臂可以旋转(偏航)离开起重机70的下降线，以避免与机舱11以及位于下部的臂51′和52′以及风力涡轮机模块2″碰撞。在该实施方式中，在水平I处的臂51′和52′作为一个元件旋转，它们都可以围绕塔架4独立地旋转。在一些实施方式中，负推力可以通过以电机模式操作风力涡轮机模块的第二子集的一个或多个相应风力涡轮机模块2″而产生。通常，这可以通过在电机(正常旋转方向)中以正桨距角θ操作相应的风力涡轮机模块来完成，或者可以通过在电机(相反旋转方向)中以负桨距角θ操作相应的风力涡轮机模块来完成。
在其它实施方式中，两个或更多个臂，例如51′和52′相对于彼此，或51′和52′相对于51和52，可以在风力涡轮机系统的维修期间相对于彼此保持基本上预定的角度间隔，例如通过从安装在两个或更多个臂上的相应风力涡轮机模块提供正推力和/或负推力。在一个示例中，臂可以围绕塔架结构旋转(偏航)，使得臂和风力涡轮机模块都可以偏航离开直接风以减小风的直接冲击并且可能由此减小风力涡轮机系统中的振动。
图8是用于例示说明根据本发明的方法的流程图。一种用于使风力涡轮机系统进入维修模式的方法，参见图1A、1B和1C，风力涡轮机系统1包括：
-支撑结构3，
-安装到支撑结构3的多个风力涡轮机模块2，其中多个风力涡轮机模块中的每个包括转子7，
-控制系统20，参见图2，
其中该方法同时地(整体或部分地)或者连续地(以两种顺序)包括以下步骤：
S1将第一控制命令1CC施加到风力涡轮机模块的第一子集2′M3和M4以终止发电，参见图3和图6，以及
S2将第二控制命令2CC施加到与风力涡轮机模块的所述第一子集不同的风力涡轮机模块的第二子集2″M1和M2，第二控制命令2CC使风力涡轮机模块的第二子集2″进入减振模式，参见图3和图6，在该减振模式中，第二子集中的每个风力涡轮机模块被操作以抑制风力涡轮机模块的第一子集的至少一个风力涡轮机模块2*的振动，参加图1C。
尽管已经结合具体实施方式描述了本发明，但是不应该将其解释为以任何方式限于所给出的示例。本发明的范围由随附权利要求阐述。在权利要求的上下文中，术语“包括”或“包含”不排除其它可能的元件或步骤。此外，提及诸如“一个”的参考不应被解释为排除多个。权利要求中关于附图中所示元件的附图标记的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，可以有利地组合在不同权利要求中提到的各个特征，并且在不同的权利要求中提及这些特征并不排除特征的组合是不可能和有利的。

Claims (17)

1.一种风力涡轮机系统(1)，其中所述风力涡轮机系统包括：
-支撑结构(3)，
-安装到所述支撑结构(3)的多个风力涡轮机模块(2)，其中所述多个风力涡轮机模块中的每个风力涡轮机模块包括转子(7)，
-控制系统(20)，
其中所述控制系统(20)被设置成进入能够在所述风力涡轮机系统(1)中执行维修的维修模式，所述维修模式包括：
-将第一控制命令(1CC)施加到风力涡轮机模块的第一子集(2′)以终止发电，以及
-将第二控制命令(2CC)施加到与风力涡轮机模块的所述第一子集不同的风力涡轮机模块的第二子集(2″)，所述第二控制命令(2CC)使风力涡轮机模块的所述第二子集(2″)进入减振模式，在所述减振模式中，所述第二子集的每个风力涡轮机模块被操作以抑制风力涡轮机模块的所述第一子集的至少一个风力涡轮机模块(2*)的振动。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机系统，其特征在于，所述第二控制命令(2CC)被设置成用于使风力涡轮机模块的所述第二子集(2″)进入主动减振模式，在所述主动减振模式中，所述第二子集的每个风力涡轮机模块被操作以基于振动数据(s1，s2)主动地抑制风力涡轮机模块的所述第一子集的至少一个风力涡轮机模块(2*)的振动。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机系统，其特征在于，所述风力涡轮机系统包括一个或多个振动传感器(26)，所述一个或多个振动传感器(26)定位在风力涡轮机模块的所述第一子集的振动将被主动抑制的所述至少一个风力涡轮机模块(2*)上或附近，所述一个或多个振动传感器给所述控制系统提供振动数据(s1，s2)，所述控制系统具有控制回路，用于根据所述振动数据在所述至少一个风力涡轮机模块(2*)上执行主动减振。
4.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机系统，其特征在于，所述控制系统被设置成根据关于所述风力涡轮机系统的一个或多个外部参数在来自风力涡轮机模块的所述第一子集的所述至少一个风力涡轮机模块(2*)上执行主动减振，优选地达到关于这些外部参数的预定振动水平。
5.根据权利要求2、3或4所述的风力涡轮机系统，其特征在于，所述控制系统被设置成根据所述风力涡轮机系统的一个或多个运行参数在来自风力涡轮机模块的所述第一子集的所述至少一个风力涡轮机模块(2*)上执行主动减振，优选地达到关于这些运行参数的预定振动水平。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机系统，其特征在于，所述第二控制命令(2CC)被设置成用于使风力涡轮机模块的所述第二子集(2″)的至少一部分风力涡轮机模块中的所述转子(7)上的叶片(9)变桨，以便主动抑制风力涡轮机模块的所述第一子集的所述至少一个风力涡轮机模块(2*)的振动。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的风力涡轮机系统，其特征在于，所述第二控制命令(2CC)被设置成用于实现所述风力涡轮机模块的所述第二子集(2″)的至少一部分风力涡轮机模块中的所述转子(7)的扭矩控制，以便主动地抑制风力涡轮机模块的所述第一子集的至少一个风力涡轮机模块(2*)的振动。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的风力涡轮机系统，其特征在于，所述第二控制命令(2CC)被设置成用于实现与风力涡轮机模块的所述第二子集(2″)的至少一部分风力涡轮机模块中的所述转子(7)连接的相应发电机的功率控制，以便主动地抑制风力涡轮机模块的所述第一子集的至少一个风力涡轮机模块(2*)的振动。
9.根据权利要求1所述的风力涡轮机系统，其特征在于，所述第二控制命令(2CC)被设置成用于使风力涡轮机模块的所述第二子集(2″)进入被动减振模式，在所述被动减振模式中，所述第二子集的每个风力涡轮机模块被定位和/或操作以被动地抑制风力涡轮机模块的所述第一子集的至少一个风力涡轮机模块(2*)的振动。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机系统，其特征在于，所述第二控制命令(2CC)被设置成用于通过相应地定位和/或操作风力涡轮机模块的所述第二子集(2″)从而修改所述风力涡轮机系统的本征频率和/或模态参数，来使风力涡轮机模块的所述第二子集(2″)进入被动减振模式。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机系统，其特征在于，所述控制系统(20)被设置成用于主动和/或被动地抑制与所述支撑结构中的一个或多个振动模式(v1，v2)相关联的振动和/或与所述多个风力涡轮机模块(2)中的所述转子的一个或多个振动模式(v3)相关联的振动。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机系统，其特征在于，所述支撑结构(3)包括从塔架(3，4)向外延伸的臂(5)，所述多个风力涡轮机模块(2)中的每个风力涡轮机模块被安装在相应臂的一部分上，一个或多个臂(51，52)可枢转地设置在所述塔架上，来自所述控制系统的所述第二命令(2CC)被进一步设置成用于使可枢转地设置的所述一个或多个臂能够在所述风力涡轮机系统的所述维修模式期间围绕所述塔架旋转。
13.根据权利要求12所述的风力涡轮机系统，其特征在于，所述一个或多个臂(51，52)在所述风力涡轮机系统的维修期间围绕所述塔架的旋转由来自相应风力涡轮机模块(2″)的用于围绕所述塔架旋转的正推力和/或负推力提供，所述负推力优选地通过以电机模式操作来自风力涡轮机模块的所述第二子集的一个或多个相应风力涡轮机模块(2″)产生。
14.根据权利要求12和13中的任一项所述的风力涡轮机系统，其特征在于，优选地通过从安装在两个或更多个臂(51′，52′)上的相应风力涡轮机模块提供正推力和/或负推力，所述两个或更多个臂在所述风力涡轮机系统的所述维修期间相对于彼此保持基本上预定的角度间隔。
15.一种用于使风力涡轮机系统进入维修模式的方法，所述风力涡轮机系统(1)包括：
-支撑结构(3)，
-安装到所述支撑结构(3)的多个风力涡轮机模块(2)，其中所述多个风力涡轮机模块中的每个风力涡轮机模块包括转子(7)，
-控制系统(20)，
其中所述方法包括：
-将第一控制命令(1CC)施加到风力涡轮机模块的第一子集(2′)以终止发电，以及
-将第二控制命令(2CC)施加到与风力涡轮机模块的所述第一子集不同的风力涡轮机模块的第二子集(2″)，所述第二控制命令(2CC)使风力涡轮机模块的所述第二子集(2″)进入减振模式，在所述减振模式中，所述第二子集的每个风力涡轮机模块被操作以抑制风力涡轮机模块的所述第一子集的至少一个风力涡轮机模块(2*)的振动。
16.一种具有指令的计算机程序产品，所述指令在被执行时使计算设备或计算系统执行根据权利要求15所述的方法。
17.一种用于控制风力涡轮机系统(1)的控制系统，所述控制系统被设置成用于根据如权利要求15所述的方法控制所述风力涡轮机系统。
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