CN115585094A - 风力涡轮控制 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种风力涡轮，所述风力涡轮包括具有多个叶片的风力涡轮转子、可操作地耦合到风力涡轮转子以用于生成电功率的发电机，以及用于将由发电机生成的电功率转换成预定频率和电压的转换的AC功率的功率电子转换器。风力涡轮进一步包括风力涡轮控制器，所述风力涡轮控制器配置成从一个或多个传感器接收风力涡轮的一个或多个操作参数的值，并且进一步配置成如果操作参数的值满足潜在跳闸判据则暂时将发电机的速度增加到高于标称发电机速度。本公开还涉及用于控制风力涡轮的方法。

Description

风力涡轮控制

技术领域

本公开涉及风力涡轮，特别地涉及风力涡轮的控制。本公开特别涉及用于控制风力涡轮以避免风力涡轮跳闸的方法和系统。

背景技术

现代风力涡轮通常用于将电力供应到电力电网中。这种类型的风力涡轮一般包括塔架和布置在塔架上的转子。通常包括毂和多个叶片的转子被设置成在叶片上的风的影响下旋转。此旋转生成扭矩，所述扭矩通常通过转子轴直接或通过齿轮箱传送到发电机。这样，发电机产生可以供应到电力电网的电力。

风力涡轮通常进一步包括用于将由发电机生成的电功率转换成预定频率和电压的转换的AC （“交流”）功率的功率电子转换器。然后转换的AC功率被供应到具有低压侧和高压侧的用于将转换的AC功率变换成较高电压并将功率输送到电网的主风力涡轮变压器。

已知风力涡轮发电机和功率电子转换器的不同拓扑。一种此类拓扑是DFIG （“双馈感应发电机”）。在DFIG配置中，发电机的定子直接连接到电网。发电机的转子包括多个线圈。这些线圈通过功率电子转换器电连接到电网，所述功率电子转换器包括转子侧转换器、DC链路和电网侧转换器。

在另一已知的拓扑中，发电机的转子承载多个永磁体。转子的定子通过所谓的“全转换器”连接到电网。全转换器包括机器侧转换器、DC链路和电网侧转换器。

风力涡轮通常进一步包括风力涡轮控制器。风力涡轮控制器可以配置成基于主要情形而针对风力涡轮确定适合致动器设定点。现代可变速度风力涡轮的致动器设定点包括例如发电机扭矩和叶片的俯仰角。通过控制（一个或多个）叶片的（一个或多个）俯仰角和发电机扭矩，可以控制转子的速度以及电功率输出、空气动力推力和进一步机械负载。控制系统的目的一般是要使电功率输出最大化，而同时将风力涡轮中的负载保持在可接受的水平。

风力涡轮的正常或标准操作一般可以沿预定义功率曲线，所述预定义功率曲线将风力涡轮的操作规定为主要风速的函数。正常操作包括不同的操作范围。在较低风速范围下，目标一般是要使电功率输出最大化。在较高的风速范围下，特别是在高于标称风速的风速下，风力涡轮的操作集中于将负载保持在控制之下，同时将电功率输出维持在预定水平。

如之前提到的，扭矩和俯仰（以及其它致动器，例如偏航）的致动器设定点可以根据情形而改变。此类情形可以包括例如平均风速、湍流、风切变、空气密度和其它气象条件，以及还包括内部条件，像振动、机械负载或组件温度等。它们还可以包括特定的外部需求以减小噪声、用于维护的操作中断、例如减小有功功率的需求的基于电网的情形或电网事件（诸如低电压事件、零电压事件、电网频率的增加等等）。

风力涡轮控制器可以被编程以基于从多个传感器接收的测量变量集合，向各种系统（例如，诸如发电机、俯仰系统和偏航系统）发送信号以影响风力涡轮的操作。传感器可以包括转子速度传感器、负载传感器（应变计或加速度计）、风速计、风标等等。

不同的情形可能引起风力涡轮跳闸。跳闸本文中可以被认为是响应于异常或未预期事件或一系列事件的风力涡轮的突然或立即关闭。因此，风力涡轮操作被中断，并且没有功率被输送到电网，直到风力涡轮重新启动。

高电流，并且特别是高于预定义阈值的电流，和/或高于预定义阈值特定时间段的电流，可以导致转换器跳闸，并且由此导致风力涡轮跳闸。

发明内容

在本公开的方面中，提供了一种风力涡轮，其包括具有被支撑在支撑结构上的多个叶片的风力涡轮转子，以及可操作地耦合到风力涡轮转子以用于生成电功率的发电机。风力涡轮进一步包括用于将由发电机产生的电功率转换成预定频率和电压的转换的AC功率的功率电子转换器。风力涡轮进一步包括风力涡轮控制器，所述风力涡轮控制器配置成从一个或多个传感器接收风力涡轮的一个或多个操作参数的值，并且控制器进一步配置成如果操作参数的值满足潜在跳闸判据则暂时将发电机的速度增加到高于标称速度。

根据这个方面，提供了一种风力涡轮，其能够延迟和/或避免风力涡轮跳闸，并且特别是由功率电子转换器中的不期望事件引起的风力涡轮跳闸。通过暂时增加风力涡轮的转速，可以减少机器侧转换器中的电流，由此避免或延迟转换器跳闸。

跳闸判据本文可以被认为是风力涡轮的将引起风力涡轮组件和/或风力涡轮跳闸的操作参数、变量或致动器设定点的一个值或多个值的组合。

潜在跳闸判据本文可以被认为是操作参数、变量或致动器设定点的一个值或多个值的组合，如果它们随着时间继续，则将导致满足跳闸判据。

在进一步方面，提供了一种用于控制风力涡轮的方法。所述方法包括接收风力涡轮的操作参数的值，以及确定操作参数中的一个或多个满足用于潜在地使风力涡轮跳闸的潜在跳闸判据。所述方法进一步包括向风力涡轮致动器发送指令以暂时将风力涡轮的风力涡轮转子的速度增加到高于标称转子速度的水平，并且确定操作参数不再满足潜在跳闸判据。所述方法然后进一步包括向风力涡轮致动器发送指令以将风力涡轮转子的速度减小到标称转子速度。

根据此方面的方法可以在风力涡轮控制器中实现。

在又进一步方面，提供了一种用于操作风力涡轮的方法。所述方法包括确定以下操作参数中的一个或多个：机器侧转换器中的电流、环境温度和风速。所述方法包括确定操作参数符合针对操作改变的判据。所述方法进一步包括当操作参数符合用于返回默认操作的判据时，将发电机的速度增加到高于标称发电机速度的水平，并且将发电机的速度降低到标称发电机速度或以下。

操作改变本文可以被认为是风力涡轮的操作设置的改变，即，管控风力涡轮的操作的致动器设定点和/或边界条件的改变。

本发明提供一组技术方案，如下。

技术方案1. 一种风力涡轮，包括：

具有多个叶片的风力涡轮转子；

发电机，可操作地耦合到所述风力涡轮转子以用于生成电功率；

功率电子转换器，用于将由所述发电机生成的电功率转换成预定频率和电压的转换的AC功率；

风力涡轮控制器，配置成从一个或多个传感器接收所述风力涡轮的一个或多个操作参数的值，并且进一步配置成如果所述操作参数的所述值满足潜在跳闸判据，则暂时将所述发电机的速度增加到高于标称发电机速度。

技术方案2. 根据技术方案1所述的风力涡轮，其中，高于所述标称发电机速度的水平是高于所述标称发电机速度5%或更少，并且具体地高于所述标称发电机速度3%或更少。

技术方案3. 根据技术方案1或2所述的风力涡轮，其中，所述风力涡轮控制器进一步配置成将所述风力涡轮的功率维持在标称功率。

技术方案4. 根据技术方案1-3中的任一项所述的风力涡轮，其中，所述风力涡轮控制器进一步配置成当所述操作参数的所述值不再满足所述潜在跳闸判据时，将所述发电机的所述速度降低到所述标称发电机速度。

技术方案5. 根据技术方案1-4中的任一项所述的风力涡轮，其中，用于潜在地使所述风力涡轮跳闸的所述潜在跳闸判据是用于潜在地使功率电子转换器跳闸的判据。

技术方案6. 根据技术方案5所述的风力涡轮，其中，所述操作参数包括机器侧转换器中的一个或多个电流。

技术方案7. 根据技术方案6所述的风力涡轮，其中，所述潜在跳闸判据包括i².t高于阈值，其中i是机器侧转换器中的电流，并且t是所述机器侧转换器中的所述电流高于最大水平的时间段。

技术方案8. 根据技术方案1至7中任一项所述的风力涡轮，其中，所述发电机是DFIG发电机或永磁发电机。

技术方案9. 一种用于控制风力涡轮的方法，包括：

接收所述风力涡轮的操作参数的值；

确定所述操作参数中的一个或多个满足用于潜在地使所述风力涡轮跳闸的潜在跳闸判据；

向风力涡轮致动器发送指令，以暂时将所述风力涡轮的风力涡轮转子的速度增加到高于标称转子速度的水平；

确定所述操作参数不再满足所述潜在跳闸判据；以及

向风力涡轮致动器发送指令以将所述风力涡轮转子的所述速度减小到所述标称转子速度。

技术方案10. 根据技术方案9所述的方法，其中，高于所述标称转子速度的所述水平是高于所述标称转子速度5%或更少，并且具体地高于所述标称转子速度3%或更少。

技术方案11. 根据技术方案9或10所述的方法，其中，暂时将所述风力涡轮的所述风力涡轮转子的所述速度增加到高于标称转子速度的水平包括将所述风力涡轮的功率维持在标称功率。

技术方案12. 根据技术方案9-11中任一项所述的方法，其中，用于潜在地使所述风力涡轮跳闸的所述潜在跳闸判据是用于潜在地使功率电子转换器跳闸的判据。

技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，其中，所述操作参数包括机器侧转换器中的一个或多个电流。

技术方案14. 根据技术方案12或13所述的方法，其中，所述操作参数包括环境温度和/或风力涡轮组件中的温度。

技术方案15. 根据技术方案9-14中任一项所述的方法，所述风力涡轮的所述风力涡轮转子的所述速度被增加到高于所述标称转子速度的所述水平30分钟或更少，具体地20分钟或更少。

附图说明

图1示意性地示出了风力涡轮的一个示例的透视图；

图2示出了图1的风力涡轮的机舱的一个示例的简化内部视图；

图3A示意性地示出了在不同的环境温度下在机器侧转换器中出现的电流水平；

图3B示意性地示出了发电机转子速度与机器侧转换器中的电流水平之间的关系；

图3C示出了用于控制风力涡轮的方法的示例；

图4示意性地示出了风力涡轮的标准和修改的操作的示例；以及

图5示意性地示出了用于操作风力涡轮的方法的示例。

具体实施方式

现在将对本发明的实施例详细进行参考，其一个或多个示例在附图中示出。每个示例作为本发明的解释而提供，不是作为本发明的限制。实际上，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变型对于本领域技术人员将是显而易见的。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以产生又进一步实施例。因此，意图是本发明覆盖落入所附权利要求及其等效物的范围内的此类修改和变型。

图1是风力涡轮10的示例的透视图。在示例中，风力涡轮10是水平轴线风力涡轮。备选地，风力涡轮10可以是垂直轴线风力涡轮。在示例中，风力涡轮10包括从地面12上的支撑系统14延伸的塔架100、安装在塔架100上的机舱16、以及耦合到机舱16的转子18。图1具体地描绘了陆上风力涡轮，但本公开还涉及海上风力涡轮。

转子18包括可旋转的毂20和耦合到毂20并从其向外延伸的至少一个转子叶片22。在示例中，转子18具有三个转子叶片22。在备选实施例中，转子18包括多于或少于三个转子叶片22。塔架100可以由管状钢制造，以在支撑系统14和布置在塔架100顶端102的机舱16之间定义腔（图1中未示出）。在备选实施例中，塔架100是具有任何适合高度的任何适合类型的塔架。根据备选，塔架可以是包括由混凝土制成的部分和管状钢部分的混合塔架。而且，塔架可以是部分或全格构式塔架。

转子叶片22围绕毂20分隔开，以促进使转子18旋转来使能动能从风转变成可使用的机械能，并且随后转变成电能。转子叶片22通过在多个负载传递区域26处将叶片根部部分24耦合到毂20而与毂20配合。负载传递区域26可以具有毂负载传递区域和叶片负载传递区域（两者在图1中未示出）。感应到转子叶片22的负载经由负载传递区域26传递到毂20。

在示例中，转子叶片22可以具有范围从大约15米（m）至大约90m或更多的长度。转子叶片22可以具有使能风力涡轮10如本文描述地起作用的任何适合的长度。例如，叶片长度的非限制性示例包括20m或更少、37m、48.7m、50.2m、52.2m或大于91m的长度。当风从风向28冲击转子叶片22时，转子18围绕转子轴线30旋转。当转子叶片22旋转且经受离心力时，转子叶片22也经受各种力和力矩。因此，转子叶片22可能从中性或非偏转位置偏转和/或旋转到偏转位置。

此外，转子叶片22的俯仰角，即确定转子叶片22相对于风向的定向的角度，可以由俯仰系统32改变，以通过调整至少一个转子叶片22关于风矢量的角位置来控制由风力涡轮10生成的负载和功率。示出了转子叶片22的俯仰轴线34。在风力涡轮10的操作期间，俯仰系统32可以特别地改变转子叶片22的俯仰角，使得转子叶片（的部分）的攻角减小，这促进减小转速和/或促进转子18的停转。

在示例中，每个转子叶片22的叶片俯仰由风力涡轮控制器36或由俯仰控制系统80单独控制。备选地，所有转子叶片22的叶片俯仰可以由所述控制系统同时控制。

进一步地，在示例中，当风向28改变时，机舱16的偏航方向可以围绕偏航轴线38旋转以相对于风向28定位转子叶片22。

在示例中，风力涡轮控制器36被示出为集中在机舱16内，然而，风力涡轮控制器36可以是遍及风力涡轮10、在支撑系统14上、在风场（wind farm）内和/或在远程控制中心处的分布式系统。风力涡轮控制器36包括配置成执行本文描述的方法和/或步骤的处理器40。进一步地，本文描述的许多其它组件包括处理器。

如本文使用的，术语“处理器”不限于在本领域中称为计算机的集成电路，而是宽泛地指控制器、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，并且这些术语本文中可互换地使用。应该理解，处理器和/或控制系统还可以包括存储器、输入通道和/或输出通道。

图2是风力涡轮10的一部分的放大截面图。在示例中，风力涡轮10包括机舱16和可旋转地耦合到机舱16的转子18。更具体地，转子18的毂20通过主轴44、齿轮箱46、高速轴48和联轴器50可旋转地耦合到定位在机舱16内的电发电机42。在示例中，主轴44安排成至少部分地与机舱16的纵向轴线（未示出）同轴。主轴44的旋转驱动齿轮箱46，所述齿轮箱随后通过将转子18和主轴44的相对慢的旋转运动转化成高速轴48的相对快的旋转运动来驱动高速轴48。所述高速轴在联轴器50的帮助下连接到发电机42以用于生成电能。此外，变压器90和/或适合的电子装置、开关和/或逆变器可以布置在机舱16中，以便将由发电机42生成的具有400V至1000V之间的电压的电能变换成具有中等电压（例如10-35 KV）的电能。所述电能经由功率电缆160从机舱16传导到塔架100中。

变压器90中的发电机42、齿轮箱46可以由机舱16的主支撑结构框架支撑，所述主支撑结构框架可选地体现为主框架52。齿轮箱46可以包括齿轮箱壳体，所述齿轮箱壳体通过一个或多个扭矩臂103连接到主框架52。在示例中，机舱16还包括主前支撑轴承60和主后支撑轴承62。此外，发电机42可以通过解耦合支撑部件54安装到主框架52，特别是为了防止发电机42的振动被引入到主框架52中并由此引起噪声发射源。

可选地，主框架52配置成承载由转子18和机舱16的组件的重量以及由风和旋转负载引起的整个负载，并且此外，将这些负载引入风力涡轮10的塔架100中。转子轴44、发电机42、齿轮箱46、高速轴48、联轴器50以及任何关联的紧固、支撑和/或固定装置（包括但不限于支撑52以及前支撑轴承60和后支撑轴承62）有时被称为驱动系（drive train）64。

机舱16还可以包括偏航驱动机构56，其可以用于使机舱16并且由此还使转子18围绕偏航轴线38旋转，以控制转子叶片22相对于风向28的视角。

为了相对于风向28适当地定位机舱16，机舱16还可以包括至少一个气象测量系统，其可以包括风向标和风速计。气象测量系统58可以向风力涡轮控制器36提供可以包括风向28和/或风速的信息。在示例中，俯仰系统32至少部分地布置为毂20中的俯仰组合件66。俯仰组合件66包括一个或多个俯仰驱动系统68和至少一个传感器70。每个俯仰驱动系统68耦合到相应的转子叶片22 （在图1中示出），以用于沿俯仰轴线34调节转子叶片22的俯仰角。图2中仅示出了三个俯仰驱动系统68中的一个。

在示例中，俯仰组合件66包括至少一个俯仰轴承72，其耦合到毂20且耦合到相应的转子叶片22 （在图1中示出），以用于使相应的转子叶片22围绕俯仰轴线34旋转。俯仰驱动系统68包括俯仰驱动马达74、俯仰驱动齿轮箱76和俯仰驱动小齿轮78。俯仰驱动马达74耦合到俯仰驱动齿轮箱76，使得俯仰驱动马达74将机械力赋予俯仰驱动齿轮箱76。俯仰驱动齿轮箱76耦合到俯仰驱动小齿轮78，使得俯仰驱动小齿轮78由俯仰驱动齿轮箱76旋转。俯仰轴承72耦合到俯仰驱动小齿轮78，使得俯仰驱动小齿轮78的旋转引起俯仰轴承72的旋转。

俯仰驱动系统68耦合到风力涡轮控制器36，以用于在从风力涡轮控制器36接收到一个或多个信号时调整转子叶片22的俯仰角。在示例中，俯仰驱动马达74是由电功率和/或使能俯仰组合件66如本文所描述地起作用的液压系统驱动的任何适合的马达。备选地，俯仰组合件66可以包括任何适合的结构、配置、布置和/或组件，例如但不限于液压缸、弹簧和/或伺服机构。在某些实施例中，俯仰驱动马达74由从毂20的旋转惯量和/或向风力涡轮10的组件供应能量的储存能量源（未示出）提取的能量驱动。

俯仰组合件66还可以包括一个或多个俯仰控制系统80，以用于在特定优先化情形的情况下和/或在转子18超速期间根据来自风力涡轮控制器36的控制信号来控制俯仰驱动系统68。在示例中，俯仰组合件66包括至少一个俯仰控制系统80，其通信地耦合到相应的俯仰驱动系统68，以用于独立于风力涡轮控制器36控制俯仰驱动系统68。在示例中，俯仰控制系统80耦合到俯仰驱动系统68并且耦合到传感器70。在风力涡轮10的正常操作期间，风力涡轮控制器36可以控制俯仰驱动系统68，以调整转子叶片22的俯仰角。

根据实施例，例如包括电池、电容器或由毂20的旋转驱动的电力发电机的功率发电机84布置在毂20处或毂20内，并且耦合到传感器70、俯仰控制系统80以及耦合到俯仰驱动系统68，以向这些组件提供功率源。在示例中，在风力涡轮10的操作期间，功率发电机84向俯仰组合件66提供连续的功率源。在备选实施例中，功率发电机84仅在风力涡轮10的电功率损失事件期间向俯仰组合件66提供功率。电功率损失事件可以包括功率网损失或衰退、风力涡轮10的电力系统的失灵和/或风力涡轮控制器36的故障。在电功率损失事件期间，功率发电机84操作以向俯仰组合件66提供电功率使得俯仰组合件66可以在电功率损失事件期间操作。

在示例中，俯仰驱动系统68、传感器70、俯仰控制系统80、电缆和功率发电机84每个定位在由毂20的内表面88定义的腔86中。在备选实施例中，所述组件相对于毂20的外表面定位，并且可以直接或间接耦合到外表面。

图3A示意性地示出了在不同的环境温度下在机器侧转换器中出现的电流水平。y-轴表示平均电流（10分钟间隔），并且x-轴表示环境温度。图3A中绘制的数据对应于在不同地点采用永磁发电机的风力涡轮。在图3A中可以看出在较高的环境温度下机器侧转换器的电流水平趋于较高的趋势。不希望绑定到特定理论，相信这种现象由永磁发电机中的磁体在较高环境温度下强度的降低引起。为了维持功率水平，增加机器侧转换器中的扭矩，并且这导致更高的电流。

当然，电流水平还将取决于风力涡轮的操作情形，并且特别地取决于风速。在高于标称风速的风速下，功率输出通常将是风力涡轮的标称或“额定”功率。在低于标称风速的风速下，功率输出将较低。

图3A中还指示了两条参考线。较低的参考线指示转换器的标称或额定电流。这是在标称功率输出下转换器所预期的电流水平。较上的线指示电流水平，高于所述电流水平转换器的操作可能受危害，即，阈值，高于所述阈值操作是不可持续的。转换器的IGBT、二极管等将具有操作限制，高于所述操作限制，它们可能被损坏。转换器保护阈值是高于标称电流水平的安全裕度。

如果电流达到转换器保护阈值，则转换器一般不必立即跳闸。取决于转换器，可以实现不同的安全机构。一种安全机构可以定义电流和时间两者的函数，如果函数达到特定水平，则转换器将跳闸。转换器跳闸将导致风力涡轮跳闸。一种此类函数是i².t高于阈值，其中i是机器侧转换器中的电流，并且t是所述机器侧转换器中的电流高于最大水平的时间段。因此，高水平电流可以持续短时间段而不是持续延长时间段。

在图3A中可以看出，在较高的环境温度下，电流可能达到高于转换器保护阈值的水平，并且可能因此导致风力涡轮跳闸。已经发现，在具有较高环境温度（例如在一天期间高于25℃或高于30℃若干小时）结合高风速的特定站点可能导致风力涡轮跳闸。

图3B示意性地示出了发电机转子速度与机器侧转换器中的电流水平之间的关系。对于给定的功率水平，发电机电流和机器侧转换器中的电流与发电机转子速度成反比。在直接驱动风力涡轮的情况下以及在具有带有恒定传动比的齿轮箱的风力涡轮的情况下，发电机转子速度直接与风力涡轮转子的转速成正比。已经发现，RPM的例如1%或2%的小的增加可以导致电流水平的减小，其足以推迟或避免机器侧转换器跳闸。

图3C示出了用于控制风力涡轮的方法的示例。用于控制风力涡轮的方法包括，在框150，接收风力涡轮的操作参数的值。所述方法进一步包括，在框160，确定操作参数中的一个或多个满足用于潜在地使风力涡轮跳闸的潜在跳闸判据。所述方法包括，在框170，向风力涡轮致动器发送指令，以暂时将风力涡轮的风力涡轮转子的速度增加到高于标称转子速度的水平。在框180，所述方法包括确定操作参数不再满足潜在跳闸判据，并且在框190，向风力涡轮致动器发送指令以将风力涡轮转子的速度减小到标称转子速度。

在框150，风力涡轮控制器可以从多个不同的传感器接收操作参数的值。此类传感器可以包括环境温度传感器、组件温度传感器，还以及指示电流水平的传感器。这些参数可以指示转换器温度和转换器电流水平，并且因此可以用于确定如之前所谈及的机器侧转换器的潜在跳闸情形。

然而，也可以使用（特别是与其它潜在跳闸情形联系）其它传感器。此类传感器包括应变计、振动传感器和指示负载的其它传感器。此类传感器可以与转换器、或发电机、或风力涡轮转子等等一起布置或指示转换器、或发电机、或风力涡轮转子等等的操作情形。

在框160，可以评估特定操作参数或操作参数的组合是否满足潜在跳闸判据，即，分析不同参数的水平是否在时间上可持续，或者在这些水平的延长操作是否将导致风力涡轮或组件跳闸。如果不满足潜在跳闸判据，则可以继续标准或正常操作。在本上下文中的标准操作可以特别地表示根据预定功率曲线的操作，所述预定功率曲线关于风力涡轮的标称功率以及风力涡轮的转子或发电机转子的标称速度两者。

在框160，如果发现满足预定义的潜在跳闸判据中的一个或多个，则在框170控制器可以发送指令以暂时增加发电机的转子速度。如之前所解释的，转子速度的暂时增加可以减少机器侧转换器中的电流，并避免电流达到阈值，高于所述阈值转换器组件的安全可能受损害。在其它示例中，此类暂时增加可以避免风力涡轮中的共振。通过改变转子速度，可以改变特定负载的激励频率，并且可以避免共振。因此，可以避免负载或振动达到会导致风力涡轮跳闸的水平的潜在情形。

在框170，由控制器发送的指令可以包括致动器，像俯仰致动器和/或发电机扭矩的设置。在示例中，可以在控制器中预定义多于一个操作模式，包括默认或标准操作模式以及适配或修改的操作模式。这些操作模式中的每个可以具有预定义的规则，其中基于包括例如转子速度、负载、俯仰角等的传感器的值，调整致动器设定点。在此示例中，在框170，可以适配修改的操作模式。

在示例中，操作模式或增加的转速可以维持预定义的时间段。在其它示例中，在框180，可以维持适配的操作模式，直到不再满足潜在跳闸判据，例如，直到机器侧转换器中的电流低于预定义阈值。为了避免滞后，如果电流低于预定义安全阈值最小时间段，则可以执行切换回关于标称转子速度的标准操作模式。将清楚的是，在其它示例中，或者在其它潜在跳闸情况下，返回到正常操作可以取决于不同于电流水平的参数。

在示例中，用于潜在地使风力涡轮跳闸的潜在跳闸判据可以是用于潜在地使功率电子转换器跳闸的判据。

在示例中，针对潜在跳闸评估而分析或考虑的操作参数包括机器侧转换器中的一个或多个电流。备选地或附加地，操作参数包括环境温度和/或风力涡轮组件中的温度。

在一些示例中，高于标称转子速度的水平可以是高于标称转子速度5%或更少，并且具体地高于标称转子速度3%或更少。已经发现，即使标称转子速度的小的增加可以充分地减小转换器中的电流水平，并且同时负载的潜在增加足够低，使得风力涡轮的寿命不受影响。

在示例中，暂时将风力涡轮的风力涡轮转子的速度增加到高于标称转子速度的水平包括将风力涡轮的功率维持在标称功率。

在示例中，风力涡轮的风力涡轮转子的速度可以增加到高于标称转子速度的水平30分钟或更少，具体是20分钟或更少。

图4示意性地示出了风力涡轮的标准和修改的操作的示例。根据本公开的方面，提供了风力涡轮，其包括具有多个叶片的风力涡轮转子、可操作地耦合到风力涡轮转子以用于生成电功率的发电机，以及用于将由发电机所生成的电功率转换成预定频率和电压的转换的AC功率的功率电子转换器。风力涡轮进一步包括风力涡轮控制器，风力涡轮控制器配置成从一个或多个传感器接收风力涡轮的一个或多个操作参数的值，并且进一步配置成如果操作参数的值满足潜在跳闸判据则暂时将发电机的速度增加到高于标称速度。

在示例中，发电机可以是DFIG发电机。在进一步示例中，发电机可以是永磁发电机。本公开不限于特定的发电机和/或转换器拓扑。

如之前提到的，高于标称转子速度的水平可以是高于标称转子速度5%或更少，并且具体地高于标称转子速度3%或更少。在一些示例中，高于标称速度的水平可以是大概2%。

如之前提到的，风力涡轮控制器可以进一步配置成将风力涡轮的功率维持在标称功率。

参考图4，示出了两条单独的功率曲线。第一功率曲线，其指示在标准或默认操作模式中作为风速的函数的风力涡轮的有功功率输出。功率曲线可以对应于经典的风力涡轮控制，在其中转子速度和输出功率从某个风速增加到第一风速（在图4的示例中，大约9m/s），在所述第一风速下达到标称转子速度。从此风速开始，转子速度保持恒定在标称水平，直到达到标称风速（在图4的示例中，大约12m/s）。从标称风速开始，转子速度和功率输出两者维持恒定。这通常通过风力涡轮叶片的俯仰来实现。

第二功率曲线指示在适配的或修改的操作模式中作为风速的函数的风力涡轮的有功功率输出。可以看出，功率曲线基本上完全重叠。即，在修改的操作模式中，风力涡轮的功率输出不作为风速的函数而改变。

在同一图4中，两条单独的曲线指示发电机在两种不同操作模式中的RPM （每分钟转数）。在此示例中，在从大概9m/s开始的风速下（在所述风速下达到标称转子速度），转子速度可以比标称转子速度更高。

当满足潜在跳闸判据时，风力涡轮控制器可以从默认操作模式切换到具有高于标称转子速度的转子速度的修改的操作模式。在一些示例中，用于潜在地使风力涡轮跳闸的潜在跳闸判据是用于潜在地使功率电子转换器跳闸的判据。在这些示例中的一些中，操作参数可以包括机器侧转换器中的一个或多个电流。

在特定示例中，潜在跳闸判据可以包括i².t高于阈值，其中i是机器侧转换器中的电流，并且t是机器侧转换器中的电流高于最大水平的时间段。

在一些示例中，风力涡轮控制器进一步配置成当操作参数的值不再满足潜在跳闸判据时将发电机的速度降低到标称速度。

图5示意性地示出了用于操作风力涡轮的方法的示例。在本公开的方面，提供了用于操作风力涡轮的方法，其包括，在框250，测量机器侧转换器中的电流。在框260，所述方法可以包括确定机器侧转换器中的电流符合针对操作改变的判据。在框270，发电机的速度可以增加到高于标称发电机速度的水平。所述方法进一步可以包括，在框280，当机器侧转换器中的电流符合用于返回到默认操作的判据时，将发电机的速度降低到标称发电机速度或以下。

在图5的示例中，所述方法可以包括，在框230，预定义至少两种操作模式。这些操作模式中的一种可以是默认操作模式，并且这些模式中的另一个可以是具有更高转速的适配的操作模式。

在框260，用于进行操作改变的判据可以涉及机器侧转换器的保护，如上文已经谈及的。在其它示例中，可以使用其它判据或附加判据。为了评估此判据，可以确定机器侧转换器中的电流。备选地或附加地，可以测量环境温度。

如果不要求操作改变，则可以继续默认操作，如在框165指示的。如果操作改变，则风力涡轮可以切换到备选操作模式，在其中转子速度可以达到高于标称转子速度的水平。

在任何情况下，在框250，可以继续监测机器侧转换器中的电流。在框280，可以进行评估以确定风力涡轮是否能够切换回默认操作模式的模式。在示例中，用于返回到默认操作的判据可以包括机器侧转换器中的电流低于预定义水平例如至少最小时间段。如果情况不是这样，则框285，可以继续具有增加的发电机速度的操作模式。如果可以进行切换回默认操作模式，则可以恢复默认操作模式，框290。

通过本公开的示例，在通过传统控制方法会发生跳闸的情形中，可以避免风力涡轮跳闸。通过本公开的示例，可议减小风力涡轮每周、每月或每年跳闸的次数。风力涡轮的增加的可用性将导致年发电量的增加，并且还可以导致减小的组件磨损。本公开的示例还可以减小对冷却特定组件的需要。

在其它示例中，操作风力涡轮的方法可以包括，在框250，测量以下操作参数中的一个或多个：机器侧转换器中的电流、风速和环境温度。在框260，此类方法可以包括确定操作参数符合针对操作改变的判据。单个操作参数或操作参数的组合可以符合此类判据。对于环境温度和风速，在示例中可以对过去24小时、12小时或6小时的历史值进行考虑。在此类方法中，在框280，当操作参数符合用于返回默认操作的判据时，可以降低发电机的速度。

本公开的示例可以特别适合用于在具有主要是高环境温度的地点操作的风力涡轮，以避免机器侧转换器跳闸。本公开的示例还可以在仅很少达到高环境温度的地点有用。在这些情况下，可以允许配置和使用接近其操作极限的组件（诸如转换器），并且在会引起跳闸的异常情况下，暂时允许转子速度的增加。

本文公开的方法的示例可以通过硬件、软件、固件及其组合来实现。本文公开的方法的示例可以采用虚拟机、云计算和边缘计算中的一个或多个。

本领域的技术人员将进一步领会，联系本文的公开而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地示出硬件与软件的这种可互换性，上面已经在其功能性方面一般地描述了各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。将此类功能性实现为硬件还是软件取决于特定应用和对整个系统施加的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以变化的方式实现所描述的功能性。

联系本文中的公开而描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以利用设计成执行本文中所描述的功能的一个或多个通用处理器、数字信号处理器（DSP）、云计算架构、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在备选中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以实现为计算装置的组合（例如DSP和微处理器的组合）、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器或任何其它此类配置。

本公开还涉及包括指令（代码）的计算机程序或计算机程序产品，所述指令（代码）当被执行时，执行本文公开的方法中的任何一个。

计算机程序可以处于源代码、目标代码、源和目标代码的中间代码的形式，诸如处于部分编译形式的或者处于适合用于在过程的实现中使用的任何其它形式。载体可以是能够承载计算机程序的任何实体或装置。

如果在软件/固件中实现，则所述功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过其传送。计算机可读介质包括计算机存储介质与通信介质两者，所述通信介质包括促进将计算机程序从一个地方传递到另一地方的任何介质。存储介质可以是可以由通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为示例而不是限制，此类计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD/DVD或其它光学盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁存储装置或者可以用于承载或存储处于指令或数据结构形式的所期望的程序代码部件并可以由通用或专用计算机或通用或专用处理器访问的任何其它介质。而且，任何连接被恰当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线（DSL）或无线技术（例如红外线、无线电和微波）从网站、服务器或其它远程源传送软件/固件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术（例如红外线、无线电和微波）包括在介质的定义中。如本文所使用的，磁盘和光盘包括致密盘（CD）、激光盘、光盘、数字多功能盘（DVD）、软盘和蓝光盘，其中磁盘（disk）通常磁性地再现数据，而光盘（disc）利用激光光学地再现数据。上面的组合也应该包括在计算机可读介质的范围内。

本书面描述使用示例来公开本发明（包括优选实施例），并且还使能本领域任何技术人员实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求定义，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等效结构元件，则此类其它示例意图在权利要求的范围内。来自所描述的各种实施例的方面以及针对每个此类方面的其它已知等效物可以由本领域普通技术人员混合和匹配，以根据本申请的原理构造附加实施例和技术。如果涉及附图的附图标记被置于权利要求中的括号中，则它们仅用于试图增加权利要求的可理解性，并且不应当被解释为限制权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种风力涡轮（10），包括：

具有多个叶片（22）的风力涡轮转子（18）；

发电机（42），可操作地耦合到所述风力涡轮转子（18）以用于生成电功率；

功率电子转换器，用于将由所述发电机（42）生成的电功率转换成预定频率和电压的转换的AC功率；

风力涡轮控制器（36），配置成从一个或多个传感器接收所述风力涡轮的一个或多个操作参数的值，并且进一步配置成如果所述操作参数的所述值满足潜在跳闸判据，则暂时将所述发电机（42）的速度增加到高于标称发电机速度。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮，其中，高于所述标称发电机速度的水平是高于所述标称发电机速度5%或更少，并且具体地高于所述标称发电机速度3%或更少。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮，其中，所述风力涡轮控制器（36）进一步配置成将所述风力涡轮（10）的功率维持在标称功率。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的风力涡轮，其中，所述风力涡轮控制器（36）进一步配置成当所述操作参数的所述值不再满足所述潜在跳闸判据时，将所述发电机（42）的所述速度降低到所述标称发电机速度。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的风力涡轮，其中，用于潜在地使所述风力涡轮跳闸的所述潜在跳闸判据是用于潜在地使功率电子转换器跳闸的判据。

6.根据权利要求5所述的风力涡轮，其中，所述操作参数包括机器侧转换器中的一个或多个电流。

7.根据权利要求6所述的风力涡轮，其中，所述潜在跳闸判据包括i².t高于阈值，其中i是机器侧转换器中的电流，并且t是所述机器侧转换器中的所述电流高于最大水平的时间段。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的风力涡轮，其中，所述发电机（42）是DFIG发电机或永磁发电机。

9.一种用于控制风力涡轮的方法，包括：

接收（150）所述风力涡轮的操作参数的值；

确定（160）所述操作参数中的一个或多个满足用于潜在地使所述风力涡轮跳闸的潜在跳闸判据；

向风力涡轮致动器发送指令（170），以暂时将所述风力涡轮的风力涡轮转子的速度增加到高于标称转子速度的水平；

确定（180）所述操作参数不再满足所述潜在跳闸判据；以及

向风力涡轮致动器发送指令（190）以将所述风力涡轮转子的所述速度减小到所述标称转子速度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，高于所述标称转子速度的所述水平是高于所述标称转子速度5%或更少，并且具体地高于所述标称转子速度3%或更少。

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