CN113272547A - 待机模式中的风力涡轮机叶片的变桨控制 - Google Patents

待机模式中的风力涡轮机叶片的变桨控制 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种包括变桨控制系统的风力涡轮发电机(WTG)的操作方法，该方法包括a)当WTG连接到外部电网的同时，以正常模式操作WTG；b)当WTG以正常模式操作的同时，使用正常变桨控制模式来控制叶片的桨距角；c)检测电网损失；d)在电网损失期间以待机模式操作WTG；以及e)当WTG以待机模式操作的同时，使用不同于正常变桨控制模式的待机变桨控制模式，根据监测到的WTG的速度参数来控制叶片的桨距角，其中，待机变桨控制模式的响应慢于正常变桨控制模式，使得当WTG以待机模式操作时，变桨控制系统的电力消耗会减少。

Description

待机模式中的风力涡轮机叶片的变桨控制
技术领域
本公开涉及一种操作风力涡轮发电机(WTG)的方法，特别是涉及一种当WTG在电网损失(grid loss)期间以待机模式操作的同时控制WTG的叶片的桨距角的方法。
背景技术
风力发电厂(WPP)，也称为风电场或风场，通常包括一些风力涡轮机或风力涡轮发电机(WTG)，它们配置成产生要向外部电网供应的电力。在正常操作条件期间，WPP的WTG持续产生要向外部电网供应的电力。然而，在某些操作条件期间，WPP可能会经历“电网损失”，即WTG无法向外部电网提供电力，例如因为外部电网不可用或确定为不稳定。在这种情况下，WTG可以切换到待机模式，在该待机模式中，WTG继续运行(即，转子继续旋转)，但不操作以产生要向外部电网供应的电力。
在电网损失期间，WTG可能会从它们的通常的电源断开。在这种情况下，WTG的关键子系统(包括例如WTG的变桨控制系统)可以继续由备用电力系统供电，该备用电力系统包括电池储能系统和/或柴油发电机。然而，随着时间的推移，这些备用电力系统可能会耗尽，在这种情况下，可能有必要完全停止WTG。
在某些情况下，WTG可以以待机模式操作的同时操作以产生备用电力，该备用电力可以用来给备用电力系统充电。但是，备用电力系统仍有可能耗尽，例如，如果关键子系统的用电量在很长一段时间内超过备用电力的发电量。
本发明的目的是解决上述类型的已知WPP的缺点。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种操作包括变桨控制系统的风力涡轮发电机(WTG)的方法，该方法包括：a)当WTG连接到外部电网的同时以正常模式操作WTG；b)当WTG以正常模式操作的同时使用正常变桨控制模式来控制叶片的桨距角；c)检测电网损失；d)在电网损失期间，以待机模式操作WTG；以及e)当WTG以待机模式操作的同时使用不同于正常变桨控制模式的待机变桨控制模式、根据监测到的WTG的速度参数来控制叶片的桨距角，其中，待机变桨控制模式的响应慢于正常变桨控制模式，使得当WTG以待机模式操作时，变桨控制系统的电力消耗会减少。
例如，当正常变桨控制模式启动时，例如响应于操作参数(诸如发电机速度和/或转子速度)的微小和/或瞬时变化，可以基本连续地调节叶片的桨距角，以便提供WTG的速度的精确控制并且优化和/或最大化WTG的电力输出。然而，当WTG以待机模式操作的同时，可以应用更高的激活阈值，使得只有在监测到的速度参数在持续时间(例如至少30秒)中一贯地偏离目标速度和/或以较大或显著程度偏离目标速度(例如至少+50％/-30％)的情况下才调节叶片的桨距角。
通过当WTG以待机模式操作的同时使用单独的待机变桨控制模式来控制叶片的桨距角，本发明使WTG能够继续控制叶片的桨距角，以便控制转子速度(以及在发电机当WTG以待机模式操作的同时保持连接的情况下控制发电机速度)。然而，由于待机变桨控制模式的响应慢于正常变桨控制模式，因此与当WTG以待机模式操作的同时继续连续应用正常变桨控制模式的备选情况相比，WTG将会执行较少的桨距角调节操作，因此当以待机模式操作的同时使用较少的能量。这样就可以防止当WTG以待机模式操作的同时执行不必要的常规桨距角调节，并延长在用于WTG关键子系统的电源耗尽之前WTG可以以待机模式操作的时间。减少待机电力的使用也可以减少WTG的备用电力系统的所需容量。
WTG可以在以待机模式操作的同时选择性地操作以产生备用电力，以便进一步延长WTG可以以待机模式操作的时间。由WTG产生的备用电力例如可以用于为与WTG相关联的储能系统充电和/或为WTG的一个或多个子系统提供电力。由于待机变桨控制模式的响应能力较低，因此在待机模式中由WTG产生的备用电力通常比在正常操作期间产生的电力品质更低。然而，由于桨距角调节操作的次数减少，因此待机电力使用的减少抵消品质的降低。
与当WTG以正常模式操作时相比，WTG当在待机模式中时优选地以较低的速度操作。例如，WTG可以以40-100rpm范围内的目标发电机速度操作。40-100rpm范围内的发电机速度已确定为特别适合在待机模式中产生备用电力。
可以理解的是，不同的制造商可能使用不同的术语来指称不同的操作模式。但是，本说明书中使用的术语“待机模式”是指在电网损失期间使用的模式，在该电网损失中，WTG继续运行(即，转子继续旋转)，但WTG不操作以向外部电网提供电力。
当WTG以待机模式操作的同时，如果满足第一激活条件，则可以调节叶片的桨距角，但如果不满足第一激活条件，则保持不调节；第一激活条件包括监测到的速度参数在特定时间段中落在第一阈值之外。通过这种方式，可以确保叶片的桨距角响应于操作条件的持续变化来调节，而不响应于短暂或瞬时变化来调节。为了避免疑问，速度参数可以是发电机速度或转子速度。对于发电机为WTG提供备用电力、例如以储存储能系统或直接为WTG的一个或多个子系统提供电力的实施方式，可能优选的是直接监测发电机速度。
第一阈值可以具有目标速度的至少+20％的上限和/或至少-20％的下限。以另一种方式定义，第一阈值可以具有目标发电机速度的至少+10rpm的上限和/或至少-10rpm的下限。目标速度可以是明确定义的目标速度，或备选地可以是第一阈值的上限与下限之间的中点。可以理解的是，下限并不重要，并且在某些情况下，第一阈值可以只包括上限。
第一阈值可以跨越至少20rpm的发电机速度范围。
第一阈值可以具有与70-120rpm范围内的发电机速度相对应的上限和/或与30-50rpm范围内的发电机速度相对应的下限。
特定时间段可以是至少30秒，并且优选地是至少100秒。
备选地或另外地，当WTG以待机模式操作的同时，如果满足第二激活条件，则可以调节叶片的桨距角，但如果不满足第二激活条件，则保持不调节；第二激活条件包括监测到的速度参数落在第二阈值之外。第二阈值优选地大于第一阈值(例如更宽)。第二激活条件可以不随时间变化。换句话说，可能不需要监测到的速度参数在相当长的时间内落在第二阈值之外，以便满足第二激活条件。相反，叶片的桨距角可以在监测到的速度参数已经落在第二阈值之外后立即调节(不管监测到的速度参数偏离第二阈值多长时间)。通过这种方式，可以确保叶片的桨距角响应于操作条件的较大或显著变化来快速调节，而不会响应于较小变化来调节。
第二阈值可以具有目标速度的至少+50％的上限和/或至少-30％的下限。以另一种方式定义，第二阈值可以具有目标发电机速度的至少+30rpm的上限和/或至少-20rpm的下限。目标速度可以是明确定义的目标速度，或备选地可以是第二阈值的上限与下限之间的中点。可以理解的是，下限并不重要，在某些情况下，第二阈值可以只包括上限。
第二阈值可以跨越至少50rpm的发电机速度范围。
第二阈值可以具有与90-200rpm范围内的发电机速度相对应的上限和/或与10-40rpm范围内的发电机速度相对应的下限。
在优选的实施方式中，第一(随时间变化的)激活条件和第二(非随时间变化的)激活条件结合使用，使得如果满足第一和第二激活条件中的任何一个(或两个)，则调节叶片的桨距角，但如果第一和第二激活条件都不满足，则保持不调节。然而，在其他实施方式中，可以更倾向于只应用第一和第二激活条件中的一个。
如果确定当WTG以待机模式操作的同时要调节叶片的桨距角，例如如果已经满足第一和/或第二激活条件，则该方法可以包括增加用于控制叶片的桨距角的增益系数。否则，增益系数可以保持在其当前值而不进行调节，例如保持在数值0，使得不会执行桨距角调节操作。
如果已经满足第一激活条件，则增益系数可以增加到第一预定值。第一预定值可以是数值1。增益系数可以在一段时间中以第一增益率增加，以避免增益系数的阶跃变化。在已经调节叶片的桨距角之后，增益系数可以随后减少，例如回到数值0。
如果已经满足第二激活条件，则增益系数可以增加到数值1以上。这样，如果已经满足第二激活条件，则可以人为地提高桨距角控制的响应性。增益系数可以以第二增益率增加，该增益率可以与第一增益率不同。在已经调节叶片的桨距角之后，增益系数可以随后减少，例如回到数值0。
该方法可以包括，当WTG以待机模式操作的同时，关停通常用于设置叶片的桨距角的桨距角控制模块。桨距角控制模块可以在WTG进入待机模式时自动关停。在某些情况下，关停桨距角控制模块可以包括完全停止为桨距角控制模块供电。然而，在其他情况下，可以简单地阻止桨距角控制模块当WTG以待机模式操作的同时按照正常变桨控制模式来调节叶片的桨距角。(可以理解的是，桨距角控制模块可能不是独立的单元，而是更广泛的控制系统的一部分，例如WTG控制器。)
WTG也可以配置成当WTG以待机模式操作的同时关停一个或多个其他非关键子系统，包括例如升降系统、照明系统、加热系统、冷却系统、通风系统、液压泵系统和/或非关键传感器系统。
该方法可以进一步包括如果确定当WTG以待机模式操作的同时要调节叶片的桨距角，例如如果已经满足第一和/或第二激活条件，则重新激活桨距角控制模块并使用桨距角控制模块来设置叶片的桨距角。桨距角控制模块可以在已经用于重新设置叶片的桨距角之后随后关停。如果确定当WTG以待机模式操作的同时要调节叶片的桨距角，则可以按照正常变桨控制模式来调节叶片的桨距角。
备选地，叶片的桨距角可以在WTG以待机模式操作的同时由单独的控制模块设置。单独的控制模块可以是相对简单的控制器，其功耗低于桨距角控制模块。
与当WTG以正常模式操作时相比，当WTG以待机模式操作时，可以在调节叶片的桨距角时应用更低的变桨速率。例如，当WTG以待机模式操作时，变桨速率可以减少至少30％。
与当WTG以正常模式操作时相比，当WTG以待机模式操作时，可以以更低的频率监测(例如与目标速度和/或一个或多个激活阈值进行比较)监测到的速度参数。例如，当WTG以待机模式操作时，可以应用至少5秒的监测周期。
根据本发明的另一个方面，提供一种控制器，其配置成按照上述方法来控制WTG的操作。控制器可以包括用于存储指令的一个或多个存储器模块和用于执行所存储的指令的一个或多个处理模块。控制器可以构成与WTG相关联的WTG控制器和/或与WTG所在的发电厂相关联的电厂控制器的一部分。可以理解的是，存储器模块和处理模块不需要在单一位置一起配备，并且在某些情况下，可以在WTG控制器和发电厂控制器之间分配。
根据本发明的另一个方面，提供一种可从通信网络下载和/或存储在机器可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包括用于实施按照上述方法的方法的程序代码指令。
在本申请的范围内，明确表示前面各段、权利要求书和/或以下描述和附图中列出的各方面、实施方式、实施例和备选方案，特别是其各个特征，可以独立或以任何方式组合。也就是说，所有的实施方式和/或任何实施方式的特征可以以任何方式和/或组合，除非这些特征是不相容的。申请人保留相应改变任何最初提交的权利要求或提交任何新的权利要求的权利，包括修改任何最初提交的权利要求以依赖和/或纳入任何其他权利要求的任何特征的权利，尽管最初没有以这种方式要求。
附图说明
现在将参照附图，仅以实施例的方式描述本发明的一个或多个实施方式，其中：
图1示意性地展示风力发电厂，其与外部电网的连接，以及其控制系统；
图2示意性地展示在图1中展示的风力发电厂的风力涡轮发电机的前视图；
图3示意性地展示在图2中展示的风力涡轮发电机的发电和转换设备及各种子系统；
图4是示出方法步骤的流程图，在正常操作条件期间和在电网损失期间通过该方法步骤来控制在图1中展示的发电厂的风力涡轮发电机；以及
图5展示一种方法，当风力涡轮发电机在电网损失期间根据待机变桨控制模式操作的同时可以通过该方法来调节叶片的桨距角。
具体实施方式
图1示意性地展示根据本发明的一个可能的非限制性实施方式的包括风力发电厂(WPP)1的输电网络的一部分。风力发电厂也可以称为风电场或风场。风力发电厂1包括多个风力涡轮机或风力涡轮发电机(WTG)10，它们配置成在WPP 1的正常运行期间产生要向外部电网2供应的电力。如图1所示，WTG 10每个连接到WPP 1的本地电网3。本地电网3又连接到互联点(POI)总线6，电力经由该互联点总线通过包括主升压变压器5的输电线路4馈入到外部电网2中。外部电网2可以是区域、国家或国际输电网络，例如大不列颠国家电网。
WPP 1配备有发电厂控制器(PPC)7。PPC 7在测量点(POM)8处连接到输电网络，PPC7能够从该测量点监测输电网络的状态，并连接到电网运营商或输电系统运营商(TSO)9，PPC 7能够从该电网运营商或输电系统运营商处接收有关WPP 1的操作的指令。PPC 7进一步连接到WPP1，并配置成根据所存储的一套操作指令和从TSO 9接收的指令来控制WPP1的操作。特别是，PPC 7配置成将信息和指令传达给相应WTG 10的控制器20，后者继而控制WTG及其各子系统的操作。
可以理解的是，图1所示的输电网络是示意性的，而且是高度简化的，仅用于展示目的，而且WPP 1可以包括任何所需数量的WTG 10，它们可以以任何合适的方式连接到彼此并连接到外部电网2。
图2示意性地展示WPP 1的典型的其中一个WTG 10的前视图。如图2所示，WTG 10包括转子11，该转子包括从轮毂13向外延伸的多个叶片12。转子11连接到机舱14，该机舱继而连接到塔架15。机舱14容纳有配置成由转子11驱动的发电机。WTG 10是具有三个叶片的岸上水平轴风力涡轮机(HAWT)。然而，可以理解的是，本发明同样可以应用于其他类型的WTG，包括离岸WTG。
图3示意性地展示在图2中展示的WTG 10的发电和转换设备及各种子系统。如图3所示，发电和转换设备包括由转子11经由传动装置17驱动的发电机16。传动装置17可以选择性地包括变速箱，或可以备选地是直接驱动的传动装置。发电机16配置成产生要以通常的方式向外部电网2供应的电力。发电和转换设备还包括电力转换器19，该电力转换器配置成将发电机16的输出转换为与外部电网2兼容的频率。电力转换器19可以选择性地是包括机器侧AC-DC转换器19a、DC链路19b和电网侧DC-AC转换器19c的全规模转换器，如图3所示，尽管其他类型的转换器也可以用在其他实施例中。WTG 10的发电和转换设备一般由WTG控制器20控制。
图3所示，WTG 10还包括电力系统23，该电力系统包括电池存储系统(BSS)24，该电池存储系统配置成根据WTG 10的设计，以任何合适的方式由发电机16充电。在某些情况下，电力系统23可以连接到并配置成由电力转换器19充电(如连接25所示)。在这种情况下，电力系统可以选择性地连接到电力转换器19的DC链路19b，或备选地连接到电力转换器19的任何其他合适的部分。然而，在其他情况下，电力系统23可以配置成经由包括另一AC-DC转换器的单独连接(见连接26)由发电机16充电。电力系统23还连接到并配置成至少在电网损失情况下向WTG的各种用电子系统供应DC电流，这一点在下文有更详细的描述。
WTG 10进一步包括各种用电子系统21，例如，包括：包括用于控制叶片12的桨距角的一个或多个致动器的变桨控制致动系统22、包括用于控制机舱14的偏航角的一个或多个致动器的偏航控制致动系统、润滑系统、升降系统、照明系统、加热系统、冷却系统、通风系统、液压泵系统，以及各种传感器系统，这些也通常由WTG控制器20控制。
用电子系统21可以当WPP 1保持连接到外部电网2的同时在WTG 10的正常操作期间根据WTG 10和WPP 1的设计以任何合适的方式被供电。例如，用电子系统21可以由本地电网3和/或外部电网2供电，选择性地经由专用供电电网供电。在这种情况下，WTG电力系统23可以只作为备用电力系统操作。备选地，在WTG 10的正常操作期间，用电子系统21可以由WTG电力系统23供电。然而，在任何一种情况下，WTG电力系统23都配置成在电网损失期间向用电子系统21中的至少一些供应DC电流，使得WTG 10能够在电网损失期间、甚至在用电子系统21已经从其常用电源断开的情况下继续操作。
WTG控制器20是包括各种不同的控制模块的控制系统，该控制模块配置成控制WTG10及其各种子系统21的操作。特别是，WTG控制器20包括速度控制模块30和桨距角控制模块40(以及其他模块)。速度控制模块30配置成例如使用速度传感器或备选地通过计算或估计WTG的速度来至少基本上实时监测WTG 10的速度(即，转子速度和/或发电机速度)，并调节转子11和发电机16的速度。桨距角控制模块40配置成例如通过计算桨距角设定点和控制变桨控制致动系统22的操作以便实现所需的叶片桨距角来设置叶片12的桨距角。桨距角设定点例如可以根据当前的风力涡轮机速度和从PPC 7接收到的电力需求来计算出，尽管当设置桨距角设定点时可以另外考虑到其他的操作参数。
可以理解的是，图3所示的基本WTG架构是示意性的，而且是高度简化的，仅供展示之用，并且WTG 10可以进一步包括以任何合适的方式布置的其他子系统和控制模块。
现在将参照图4的流程图来描述WTG 10在正常操作条件期间和在电网损失期间的操作。下面的描述指的是对单一WTG 10的控制，尽管可以理解的是，可以为每个WTG 10都用同等方式控制。
在正常操作条件下，当WPP 1连接到外部电网2并且外部电网2可以从WPP 1接收电力的同时，WTG 10以正常模式操作以产生要经由本地电网3和输电线路4向外部电网2供应的电力，如步骤1所示。
当WTG 10以正常模式操作的同时，桨距角控制模块40连续地操作以按照正常变桨控制模式来计算叶片12的桨距角设定点，并控制变桨控制致动系统22的操作，以便实现理想的叶片桨距角，如步骤2所示。正常变桨控制模式对于执行桨距角调节操作具有较低的阈值，因此提供对叶片12的桨距角进行基本连续的调节，包括响应于操作条件的较小和/或瞬时变化，以便提供对转子速度和发电机速度的精确控制，并优化和/或最大化WTG10的电力输出。
在某些操作条件期间、例如在外部电网2完全不可用或确定为不稳定的情况下，WTG 10可以从外部电网2断开并阻止向其提供电力。在这种情况下，例如由PPC 7和/或WTG控制器20检测到“电网损失”情况，并且WTG 10从正常模式自动切换到单独的待机模式，在该待机模式中，WTG 10继续运行(即转子11继续旋转)，但WTG 10不操作以向外部电网2提供电力，如步骤3所示。在某些情况下，转子11可以不间断地继续旋转，尽管在其他情况下，转子11可以在检测到电网损失时最初停止，然后例如通过将叶片12顺桨(feathering)而重新开始旋转。
在电网损失期间，当WTG 10以待机模式操作的同时，用电子系统21可以从其通常的电源断开。为了使WTG 10在电网损失期间继续操作，WTG控制器20和其他各种关键子系统至少由WTG电力系统23间歇性地供电。然而，为了最小化待机电力的使用并保持BSS 24的寿命，在待机模式中可以自动地停止为包括例如升降系统、照明系统、加热系统、冷却系统、通风系统、液压泵系统和非关键传感器系统的非关键子系统供电。
当WTG 10以待机模式操作的同时，随着转子11继续旋转，可以操作WTG 10、可选地使用在WTG 10的正常操作时使用的相同发电机16和电力转换器19以产生要向BSS 24供给的备用电力，如步骤4所示。在某些情况下，可以至少基本上连续地为BSS 24充电，例如通过涓流充电，尽管在其他情况下，BSS 24可以只在满足充电条件时充电，例如当BSS 24低于能量阈值时。
当WTG 10进入待机模式时，也停止为桨距角控制模块40供电，使得叶片12的桨距角就不再使用正常变桨控制模式来控制。相反，叶片12的桨距角按照单独的待机变桨控制模式来控制，如步骤5所示。
在待机变桨控制模式中，速度控制模块30继续监测发电机速度。在一些实施方式中，与当WTG以正常模式操作时相比，当WTG以待机模式操作时，发电机速度可以以更低的频率、例如以10秒的监测周期监测。发电机速度然后与目标发电机速度比较，如步骤6所示。目标发电机速度可以是预设速度，该预设速度可以例如在WTG 10的设计、安装或校准过程中设置。备选地，目标发电机速度可以是可变的，可以在WTG 10的操作过程中计算出来。目标发电机速度优选地是非常适合在电网损失期间产生备用电力的速度。在本实施方式中，目标发电机速度预设为60rpm，尽管同样可以选择其他值，例如80rpm或100rpm。已确定在40-100rpm范围内的发电机速度特别适合在待机模式中产生备用电力。
在待机变桨控制模式中，如果由速度控制模块30确定当前发电机速度在持续时间中或以较大或显著程度偏离目标发电机速度，则调节叶片12的桨距角，如步骤7所示。特别是，如果发电机速度在至少300秒的时段中连续落在目标发电机速度的+/-20rpm(或+/-30％)的第一阈值之外(即高于80rpm或低于40rpm)，则确定已经满足与发电机速度的持续误差相对应的第一激活条件，并且调节叶片的桨距角以减少或消除速度误差。同样，如果发电机速度落在目标发电机速度的+60rpm/-40rpm(或+100％/-65％)的第二阈值之外(即高于120rpm或低于20rpm)，则确定已经满足与发电机速度的较大或显著误差相对应的第二激活条件，并且调节叶片的桨距角以减少或消除速度误差。然而，如果这两个激活条件都不满足，则确定不需要调节桨距角，在这种情况下，叶片12的桨距角保持不进行调节。
这样，叶片的桨距角只响应于操作条件的持续或重大变化来调节，而不需要响应于瞬时或小的变化来调节，使得转子速度和发电机速度可以保持在可接受的范围内，同时也最小化WTG 10在执行桨距角调节操作中消耗的电力。在一些实施方式中，与WTG以正常模式操作时相比，当WTG以待机模式操作时，叶片12的桨距角可以以较低的变桨速率来调节，例如以正常变桨速率的20％来调节，以便进一步降低电力消耗。
根据一个可能的实施方式，如果由速度控制模块30确定当在WTG 10以待机模式操作的同时要调节叶片12的桨距角(例如，如果已经满足第一和/或第二激活条件)，则重新激活并操作桨距角控制模块40以控制叶片12的桨距角，以便减少或消除发电机速度与目标发电机速度之间的误差，如步骤8所示。在某些情况下，如果确定当WTG 10以待机模式操作的同时要调节叶片12的桨距角，则叶片12的桨距角可以按照正常变桨控制模式来调节。然而，一旦已经调节叶片12的桨距角，就将桨距角控制模块40关停，以便防止执行进一步不必要的桨距角调节操作。在其他实施方式中，当WTG以待机模式操作的同时，桨距角调节可以由单独的控制模块来控制，例如由速度控制模块30或构成WTG控制器20的一部分的另一个模块来控制，在这种情况下，可能没有必要重新激活桨距角控制模块40。
当WTG 10以待机模式操作的同时，PPC 7和WTG控制器20继续监测外部电网2的可用性。一旦故障排除并且外部电网2可以再次接收电力，WTG 10就会重新连接到外部电网2并且返回到正常模式，用于向外部电网2提供电力，如步骤9所示。在WTG 10重新进入正常模式后，重新激活并操作桨距角控制模块40以按照正常变桨控制模式来连续控制叶片12的桨距角。
现在将会参照图5描述在待机变桨控制模式中满足第一和/或第二激活条件的情况下对叶片12桨距角的控制。
当前发电机速度与目标发电机速度比较，如上文与步骤7有关的描述。只要发电机速度保持在第一阈值内(即在第一/低阈值上限与第一/低阈值下限之间)，就不采取任何措施以调节叶片12的桨距角并且不激活桨距角控制模块40。然而，如果发电机速度在至少300秒的时段中连续落在第一阈值之外，则可以确定WTG 10的操作条件已经发生持续变化，并且重新激活并操作桨距角控制模块40以调节叶片12的桨距角。在这种情况下，用于设置叶片的桨距角的增益值“K”在一段时间中以第一增益率增加到数值1，使得叶片的桨距角可以按照正常变桨控制模式来调节。
如果发电机速度误差减少或消除，则增益值减少回数值0(如图5中的标为“A”的线条所示)并且关停桨距角控制模块40。另一方面，如果发电机速度误差继续增加并且发电机速度随后落在第二阈值之外(例如高于第二/高阈值上限或低于第二/高阈值下限)，则确定WTG 10的操作条件已经发生较大或显著变化，并且增益值K以第二增益率(如图5中标为“B”的线条所示)进一步增加到数值1以上，以便人为地提高桨距角控制模块40的响应能力。在已经消除发电机速度误差后，然后增益值降低回数值0并且关停桨距角控制模块40。
图5展示一种情况，其中只有在已经满足第一激活条件之后才会满足第二激活条件。然而，也有可能在不满足第一激活条件的情况下、例如在发电机速度迅速增加或减少的情况下满足第二激活条件。在这种情况下，可以重新激活桨距角控制模块40，并且增益值K可以从数值0增加，而不需要在应用纠正措施之前等待也满足第一激活条件。
上面的描述涉及本发明的一个可能的实施方式。然而，可以理解的是，在所附权利要求的范围内，对上述实施例的许多修改和变化是可能的。
例如，上述待机变桨控制模式包括第一和第二激活条件，用于当WTG以待机模式操作的同时触发桨距角调节，每个激活条件包括基于与目标发电机速度的偏差的发电机速度阈值。然而，可以理解的是，在本发明的其他实施方式中同样可以选择不同的激活条件。例如，在其他实施方式中，待机变桨控制模式可以只包括上述第一和第二激活条件中的一个，或者备选地可以包括除上述第一和第二激活条件之外的另一激活条件。此外，用于确定要何时调节叶片的桨距角的阈值可以具有与上述不同的值，并且同样可以基于除发电机速度之外的不同速度参数，例如转子速度或另一传动系部件的速度。此外，用于确定要何时调节叶片的桨距角的阈值可以有单独定义的开始和结束点，这不需要基于任何明确定义的目标速度。
在一个实施方式中，在电网例如由于出口电缆的损坏而在延长的时段中损失的情况下，可以在安装期间应用操作风力涡轮机的方法。在这种情况下，可以用该方法操作WTG，直到可以建立正常模式操作。在这种情况下，实施方式是针对：
一种在连接到外部电网之前操作包括变桨控制系统的风力涡轮发电机(WTG)的方法，的，该方法包括：
a)使WTG处于正常操作模式，包括使WTG具有控制叶片的桨距角的能力；
c)检测到由于WTG没有连接到外部电网而不可能处于正常操作模式；
d)以待机模式操作WTG；以及
e)当WTG以待机模式操作的同时，使用与正常变桨控制模式不同的待机变桨控制模式、根据监测到的WTG的速度参数来控制叶片的桨距角，其中，待机变桨控制模式的响应慢于正常变桨控制模式，使得当WTG以待机模式操作时，变桨控制系统的功耗降低。
其他变化和修改对于本领域的技术人员来说也是不难发现的。

Claims (19)

1.一种操作包括变桨控制系统的风力涡轮发电机(WTG)的方法，所述方法包括：
a)当WTG连接到外部电网的同时，以正常模式操作WTG；
b)当WTG以正常模式操作的同时，使用正常变桨控制模式来控制叶片的桨距角；
c)检测电网损失；
d)在电网损失期间，以待机模式操作WTG；以及
e)当WTG以待机模式操作的同时，使用与正常变桨控制模式不同的待机变桨控制模式、根据监测到的WTG的速度参数来控制叶片的桨距角，其中，待机变桨控制模式的响应慢于正常变桨控制模式，使得当WTG以待机模式操作时，变桨控制系统的功耗降低。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当WTG以待机模式操作的同时，应用较高的激活阈值，使得只有在监测到的速度参数在持续时间中和/或以显著程度偏离目标速度的情况下才调节叶片的桨距角。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，当WTG以待机模式操作时，如果满足第一激活条件，则调节叶片的桨距角，但如果不满足第一激活条件，则保持不调节；第一激活条件包括监测到的速度参数在规定的时间段中落在第一阈值之外。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，第一阈值具有目标速度的至少+20％的上限和/或至少-20％的下限。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中，第一阈值跨越至少20rpm的发电机速度范围。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，规定的时间段至少为30秒。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当WTG以待机模式操作的同时，如果满足第二激活条件，则调节叶片的桨距角，但如果不满足第二激活条件，则保持不调节；第二激活条件包括监测到的速度参数落在第二阈值之外。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，第二阈值具有目标速度的至少+50％的上限和/或至少-30％的下限。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，第二阈值跨越了至少50rpm的发电机速度范围。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，如果确定当WTG以待机模式操作的同时要调节叶片的桨距角，则所述方法包括增加用于控制叶片的桨距角的增益系数。
11.根据权利要求10所述的方法，当依赖于权利要求3至6中任一项时，其中，如果已经满足第一激活条件，则将增益系数增加到第一预定值。
12.根据权利要求10所述的方法，当依赖于权利要求7至9中任一项时，其中，如果已经满足第二激活条件，则将增益系数增加到数值1以上。
13.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，WTG设有桨距角控制模块，用于当WTG以正常模式操作的同时设置叶片的桨距角，所述方法包括当WTG以待机模式操作的同时关停桨距角控制模块。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法进一步包括如果确定当WTG以待机模式操作的同时要调节叶片的桨距角，则重新激活桨距角控制模块并且使用桨距角控制模块来设置叶片的桨距角。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当WTG以待机模式操作时，与当WTG以正常模式操作时相比，在调节叶片的桨距角时应用更低的变桨速率。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当WTG以待机模式操作时，与当WTG以正常模式操作时相比，以更低频率监测速度参数。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在待机模式期间，操作WTG以产生为WTG的一个或多个子系统提供电力和/或为与WTG相关的储能系统充电的备用电力。
18.一种控制器，其配置成根据前述权利要求中任一项所述的方法来控制WTG的操作。
19.一种可从通信网络下载和/或存储在机器可读存储介质上的计算机程序，其包括用于实施根据权利要求1至17中任一项的方法的程序代码指令。
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