CN116241414A - 用于操作风力涡轮的方法和风力涡轮 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于操作风力涡轮(100‑100d)的方法(1000,1001)。所述风力涡轮包括带有转子叶片(108)的转子(106)、与转子(106)机械连接的功率转换系统(118,210,234)、第一子系统(310)、第二子系统(320)以及可与第一子系统(310)和第二子系统(320)连接的内部电功率分配系统(300‑301b,321,322)。在功率转换系统(118,210,234)将输入动力功率转换成电输出功率(P)的正常操作模式下操作(1100)风力涡轮(100‑100d)期间，所述方法(1000)包括：检测(1200)第一子系统(310)的增加的功率需求；以及如果第二子系统(320)的功率需求至少降低，则主动地增加(1300)流过内部电功率分配系统(300‑301b,321,322)到第一子系统(310)的电功率(Pint)的量(P1)。

Description

用于操作风力涡轮的方法和风力涡轮
技术领域
本主题总体上涉及具有带有若干部件的转子的风力涡轮以及特别地在寒冷(零下)气候条件下和/或在寒冷(零下)区域中操作风力涡轮。
背景技术
风电被认为是目前可用的最清洁、最环保的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和带有一个或多个转子叶片的转子。转子叶片使用已知的翼型件原理从风捕获动能，并且通过旋转能传递动能以转动轴，该轴将转子叶片联接到齿轮箱，或者如果不使用齿轮箱，则直接联接到发电机。发电机然后将机械能转换成电能，该电能可被部署到公用电网。
在转子叶片的表面上的冰层的发展可负面地影响相应的风力涡轮的性能，从而降低总体能量生产。此外，在旋转的转子叶片上存在的冰也可造成附加的负载和/或旋转不平衡，这随后可能需要减少功率生产和/或可导致风力涡轮的寿命的减少。
在过去，实现了若干应对措施，以便防止在转子叶片的表面上生成冰。例如，风力涡轮配备有热空气鼓风布置结构，该热空气鼓风布置结构产生引导到所述转子叶片的内部体积中的热空气流。这导致相应的转子叶片的整体加热，从而造成存在于转子叶片的外表面上的冰融化并随后从转子叶片脱落。备选地或附加地，包括碳加热垫的加热布置结构可应用于转子叶片的蒙皮。
然而，对应的叶片加热系统/除冰系统或部件的附加的、典型地变化的和/或大功率要求可能对风力涡轮的内部功率供应提出挑战，该内部功率源还供应对于(正常)操作所需的风力涡轮的其它部件，特别是分别供应风力涡轮的机舱和转子的相应部件。
因此，本公开提供了根据权利要求1所述的用于操作风力涡轮的方法、根据权利要求9所述的风力涡轮以及根据权利要求15所述的计算机程序产品或计算机可读存储介质。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践获知。
在一个方面，本公开涉及一种用于操作风力涡轮的方法。该风力涡轮包括具有转子叶片的转子、与转子机械连接的功率转换系统、第一子系统、第二子系统以及可与第一子系统和第二子系统连接的内部电功率分配系统。在功率转换系统将输入动力功率转换成电输出功率的正常操作模式下，该方法包括：检测第一子系统的增加的(电)功率需求；以及如果第二子系统的(电)功率需求至少降低，则主动地增加流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量。
如果第二子系统能够以低于额定的功率操作(而不影响功率转换系统的期望电输出功率)，例如在空转模式或待机模式下，则这允许向第一子系统供应以来自/经由内部电功率分配系统可用的更大份额的电功率。
因此，内部电功率分配系统可设计用于较低的最大电输出，而不影响在(正常)操作期间子系统的能量供应。注意的是，由于所提出的控制方案，可能需要内部电功率分配系统的架构中的最多微小改变。
因此，可节省成本和材料，并且减少风力涡轮的生态足迹。
注意的是，如果内部电功率分配系统在机舱和转子之间延伸，则成本和材料的节省可能特别高。这是因为机舱和转子之间的(多个)所需滑环可尺寸设计得更小。
流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量可遵循时间进程。例如，电功率的量可首先斜升到第一水平(例如，斜升到最大水平)，此后至少基本上保持在第一水平某个时间段，直到它再次斜降到第二水平，例如零。然而，时间进程也可取决于第一子系统。
此外，流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量的时间进程可至少部分地是预定的和/或根据预先限定的参数化曲线(流过内部电功率分配系统的电功率的时间进程取决于(多个)参数，例如一个或多个预先限定的参数)。
备选地或附加地，流过内部电功率分配系统的电功率的量的时间进程也可取决于第一子系统的测量值和/或操作参数。
甚至此外，实际使用的(例如预定的)(多个)参数可另外用于预测(第一子系统的)即将到来的例如下一个时间段的功率可用性和/或功率需求，在该下一个时间段内，将再次增加流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量。因此，可实现对可用功率以及可满足能量的更好管理。
如本文中解释的方法步骤典型地由用于风力涡轮的控制系统或甚至风力涡轮的控制系统来执行。控制系统与功率转换系统、第一子系统和第二子系统通信地联接，并且典型地实现为控制器，例如相应的涡轮控制器。
注意的是，内部电功率分配系统特别地可与第一子系统和第二子系统连接，以向第一子系统和第二子系统供应以电功率。
更特别地，内部电功率分配系统能够可与功率转换系统连接，以接收待分配到第一子系统和第二子系统的电功率。在该实施例中，功率转换系统可被视为电功率源，并且第一子系统和第二子系统可分别被视为相应的电功率消费器和电负载。
根据实施例，将流过内部电功率分配系统的增加的量的电功率用于加热转子叶片中的至少一个转子叶片。
更特别地，第一子系统可构造成加热(多个)叶片翼型件和/或包括或被实现为用于(多个)叶片的加热系统。
例如，用于转子叶片(108)的加热系统可包括用于转子叶片中的每个转子叶片的相应的电加热布置结构，该电加热布置结构具有至少一个或多个加热条，诸如碳垫(充当加热电阻器)。每个加热布置结构可具有两个或甚至更多个部分。此外，相应的加热布置结构的加热条和/或部分可位于相应的转子叶片中和/或安装到相应的转子叶片。
此外，相应的加热布置结构的加热条和/或部分能够可与内部电功率分配系统单独地连接，例如经由相应的开关。因此，如果流过内部电功率分配系统分别到第一子系统和加热系统的电功率的量增加，则可向更多的加热条和/或部分提供以电功率。
备选地或附加地，加热系统可包括用于从内部加热转子叶片的(多个)热空气鼓风机。
在将加热系统称为第一子系统的实施例中，仅在环境温度低于典型地为0℃的给定温度阈值的情况下和/或在环境温度在给定的环境空气湿度下以足够快(典型地为预定)的速率下降的情况下，才可执行增加流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量。
注意的是，叶片加热也可作为避免叶片结冰的预防措施来进行，例如，如果估计叶片结冰的风险高于例如50%、75%或更典型地90%的相应阈值。
备选地或附加地，增加流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量可根据转子叶片的结冰状况来进行。
特别地，可监测转子叶片的结冰状况，并且可在评估转子叶片的结冰状况之后并且典型地甚至根据通过评估转子叶片的结冰状况获得的结果(诸如所确定的或所估计的冰厚度和/或冰质量)来增加流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量。
与第一子系统相比，第二子系统典型地以更高的优先级进行操作。
在一个实施例中，第二子系统包括或被实现为变桨系统和/或构造用于对转子叶片中的至少一个转子叶片进行变桨。
在(正常操作模式下)操作风力涡轮期间，与除冰和防止结冰相比，变桨具有更高的优先级。
在正常操作模式下，可能仅不时需要变桨，特别是在稳定的风条件下。在这段时期内，变桨系统的功率需求非常低，并且至少接近最低值。因此，变桨系统的额定最大功率的大部分可被重新分配到第一子系统(加热系统)，而不影响风力涡轮的功能。
换句话说，如果第二子系统的功率需求在正常操作模式下操作风力涡轮期间至少接近最低值，则可增加流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量。
此外，可将流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量甚至增加到至少接近内部电功率分配系统的(额定)最大功率输出(例如，大于其80%或甚至90%)的值，例如针对第一子系统和第二子系统，或者甚至针对经由内部电功率分配系统提供功率的所有子系统，增加到内部电功率分配系统的(额定)总最大功率输出。
在主动地增加流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量之前，可将第二子系统设置成空转模式或待机模式。
如果与第一子系统相比典型地以更高优先级进行操作的第二子系统的功率需求再次增加，例如在正常操作模式下进一步操作风力涡轮期间，则可主动地减少流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量。
因此，风力涡轮可根据需要响应于变化的外部(风和/或电网)条件和/或从风电场控制器接收的变化的功率设定点。
注意的是，控制系统典型地提前知道第二子系统是否将再次在正常或甚至全功率下操作。
因此，所提出的控制方案可相对容易地集成到现有控制中。
更特别地，在主动地减少流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量之后，第二子系统可被设置成正常操作模式，在该模式下，第二子系统可响应于针对功率转换系统的变化的电输出功率请求、电网事件和变化的风条件中的至少一个。此外，可主动地增加可流过内部电功率分配系统到第二子系统的电功率的量。
在第一子系统经由内部电功率分配系统的第一内部功率电网提供功率并且第二子系统经由内部电功率分配系统的第二内部功率电网提供功率的实施例中，主动地增加流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量可包括将来自内部电功率分配系统的第二内部功率电网的电功率转移或重新分配到内部电功率分配系统的第一内部功率电网。这可包括转换所转移的或所重新分配的电功率，例如从第二内部功率电网的电压水平改变到第一内部功率电网的不同电压。
备选地，来自第二内部功率电网的电功率可经由第二内部功率电网的可连接/可切换的分支被转移/重新分配到第一子系统。
例如，加热系统(作为第一子系统)的电阻器的一部分可由第一内部功率电网供应，并且电阻器的另一部分可由第二内部功率电网的可连接/可切换的分支供应。
根据实施例，如果此外在正常操作模式下操作风力涡轮期间风力涡轮的第三子系统的功率需求至少降低，典型地还至少接近(在正常操作模式下)操作风力涡轮期间的相应最低值，则可增加或进一步增加流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量。
典型地，与第一子系统相比，第三子系统也以更高的优先级进行操作。
例如，风力涡轮的第三子系统可包括或者是风力涡轮的偏航系统。与上面针对变桨解释的类似，偏航仅可在正常操作期间不时进行，特别是当风向变化时。
备选地，第二子系统由风力涡轮偏航系统提供，并且第三子系统由风力涡轮变桨系统提供。
备选地，第二子系统和第三子系统中的至少一个可由风力涡轮的系统的液压系统提供。
此外，风力涡轮可包括若干(两个或)子系统，功率可从所述子系统重新分配到第一子系统，如上面针对第二子系统和第三子系统所解释的那样。
甚至此外，第一子系统还可包括用于风力涡轮的另一部件(例如用于相应的功率转换系统的发电机、转换器和/或变压器)的加热和/或冷却系统或者由其提供。
在一个方面，本公开涉及一种用于操作风力涡轮的方法。该风力涡轮包括具有转子叶片的转子、与转子机械连接功率转换系统、第一子系统、第二子系统以及内部电功率分配系统，该内部电功率分配系统可与第一子系统和第二子系统连接，用于向第一子系统供应以第一额定电功率(至多第一额定电功率的电功率)，并且向第二子系统供应以第二额定电功率(至多第二额定电功率的电功率)。该方法包括：确定当前不需要第二子系统的主动操作用于在正常操作模式下操作风力涡轮，在该正常操作模式下，功率转换系统将输入动力功率转换成电输出功率；以及将对应于第二额定电功率的至少一部分的电功率的量通过内部电功率分配系统转移到第一子系统，至多直到再次需要第二子系统的主动操作用于(在正常操作模式下)操作风力涡轮。
由于与第一子系统相比第二子系统典型地以更高的优先级进行操作，因此至少在正常操作模式下，如果再次需要主动地操作第二子系统，则可停止电功率的转移。如果诸如叶片加热子系统的第一子系统不再具有功率需求(特别是增加的功率需求)和/或可被设置成空转模式或甚至停止，则也可停止电功率的转移。
在另一方面，本公开涉及一种风力涡轮，该风力涡轮包括具有转子叶片的转子以及功率转换系统，该功率转换系统与转子机械地连接、可电连接到公用电网并配置成将输入动力功率转换成电输出功率。该风力涡轮还包括：第一子系统；第二子系统；内部电功率分配系统，其可与第一子系统和第二子系统连接；以及控制系统，其与功率转换系统、第一子系统和第二子系统通信地联接。控制系统典型地被实现为控制器(特别是风力涡轮控制器)和/或有权访问和/或包括一个或多个处理器和非暂时性计算机可读存储介质，该非暂时性计算机可读存储介质包括指令，当由一个或多个处理器中的至少一个处理器执行时，所述指令导致风力涡轮执行本文中解释的方法。
在又一方面，本公开涉及一种计算机程序产品或非暂时性计算机可读存储介质，其包括指令，当由系统的一个或多个处理器执行时，特别是由具有提供本文中解释的一个或多个处理器的控制系统的风力涡轮的一个或多个处理器执行时，所述指令导致系统执行本文中解释的方法。
在另一方面，本公开涉及一种风力涡轮，该风力涡轮包括具有转子叶片的转子以及功率转换系统，该功率转换系统与转子机械地连接、可电连接到公用电网并配置成将输入动力功率转换成电输出功率。该风力涡轮还包括：第一子系统；第二子系统；内部电功率分配系统，其可与第一子系统和第二子系统连接；以及控制系统，其与功率转换系统、第一子系统和第二子系统通信地联接。在功率转换系统将输入动力功率转换成电输出功率的正常操作模式下操作风力涡轮期间，控制系统配置成：检测第一子系统的增加的功率需求，并且如果第二子系统的功率需求至少降低，则增加流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量。
典型地，功率转换系统可与内部电功率分配系统连接。
因此，增加量的电功率可从功率转换系统流过内部电功率分配系统并且到第一子系统。
内部电功率分配系统可包括可与第一子系统连接的第一内部功率电网，例如可在第一电压下(特别是在功率转换系统的输出电压下)操作的第一内部功率电网。
此外，内部电功率分配系统可包括可与第二子系统和第三子系统中的至少一个连接的第二内部功率电网。
典型地，第二内部功率电网可在不同于、更典型地低于第一电压的第二电压下操作。
内部电功率分配系统可包括电压(功率)转换器，特别是用于在第一内部功率电网和第二内部功率电网之间转换电压水平的电压变压器。
此外，内部电功率分配系统可包括滑环，用于电连接分别布置在风力涡轮的机舱和转子中的第一内部功率电网和第二内部功率电网的相应的部分。
典型地，与第一子系统相比，并且至少在正常操作模式下，第二子系统(由控制系统)以更高的优先级和/或以更短的期望响应时间操作。
第一子系统和第二子系统典型地至少部分地由风力涡轮的转子布置和/或提供。
第一子系统可包括用于转子叶片的加热系统。
用于转子叶片的加热系统可包括可与第一内部功率电网连接的第一加热回路和可与第二内部功率电网连接的第二加热回路中的至少一个。
第二子系统可包括用于转子叶片的变桨系统。
风力涡轮还可包括第三子系统，并且控制系统可配置成：如果在正常操作模式下操作风力涡轮期间风力涡轮的第三子系统的功率需求至少降低，则增加(或进一步增加)流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量。
典型地，与第一子系统相比，并且至少在正常操作模式下，第三子系统也(由控制系统)以更高的优先级和/或以更短的期望响应时间操作。
第三子系统可布置在转子中，或者可不布置在转子中。
特别地，第三子系统可包括风力涡轮的偏航系统或由风力涡轮的偏航系统提供。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将被进一步支持和描述。并入并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
技术方案1. 一种用于操作风力涡轮(100-100d)的方法(1000,1001)，所述风力涡轮包括带有转子叶片(108)的转子(106)、与所述转子(106)机械连接的功率转换系统(118,210,234)、第一子系统(310)、第二子系统(320)以及能够与所述第一子系统(310)和所述第二子系统(320)连接的内部电功率分配系统(300-301b,321,322)，在所述功率转换系统(118,210,234)将输入动力功率转换成电输出功率(P)的正常操作模式下操作(1100)所述风力涡轮(100-100d)期间，所述方法(1000)包括：
● 检测(1200)所述第一子系统(310)的增加的功率需求；以及
● 如果所述第二子系统(320)的功率需求至少降低，则主动地增加(1300)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率(Pint)的量(P1)。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，将流过所述内部电功率分配系统的所述电功率(Pint)的所述增加的量(P1)用于加热所述转子叶片(108)中的至少一个转子叶片，其中，所述第一子系统(310)包括用于所述转子叶片(108)的加热系统，其中，所述方法仅在环境温度低于给定温度阈值、典型地为0℃的情况下执行，其中，所述方法还包括监测所述转子叶片(108)的结冰状况，并且/或者其中，在评估所述转子叶片(108)的所述结冰状况之后，执行主动地增加(1300)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量。
技术方案3. 根据前述技术方案中任一项所述的方法，其中，与所述第一子系统(310)相比，所述第二子系统(320)以更高的优先级进行操作，并且/或者其中，所述第二子系统(320)用于在所述正常操作模式下操作(1100)所述风力涡轮(100-100d)期间对所述转子叶片中的至少一个转子叶片进行变桨。
技术方案4. 根据前述技术方案中任一项所述的方法，其中，如果在所述正常操作模式下操作所述风力涡轮(100-100d)期间所述第二子系统(320)的功率需求至少接近最低值，则增加流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量，并且/或者其中，将流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量增加到至少接近所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)的最大功率输出的值。
技术方案5. 根据前述技术方案中任一项所述的方法，其还包括以下至少一项：
● 在主动地增加(1300)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量之前，将所述第二子系统(320)设置(1250)成空转模式或待机模式；以及
● 如果在所述正常操作模式下操作所述风力涡轮(100-100d)期间将增加所述第二子系统(320)的功率需求，则主动地减少(1400)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量。
技术方案6. 根据技术方案5所述的方法，在主动地减少(1400)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量之后，所述方法还包括以下至少一项：
● 主动地增加(1450)能够流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第二子系统(310)的电功率的量；
● 将所述第二子系统(320)设置(1500)成正常操作模式；以及
● 响应于针对所述功率转换系统(118,210,234)的变化的电输出功率请求和变化的风条件中的至少一个来操作所述第二子系统(320)。
技术方案7. 根据前述技术方案中任一项所述的方法，其中，如果此外所述风力涡轮(100-100d)的第三子系统(330)、特别是偏航系统的功率需求在所述正常操作模式下操作所述风力涡轮(100-100d)期间至少降低，典型地至少接近在所述正常操作模式下操作所述风力涡轮(100-100d)期间的相应最低值，则增加流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量，并且/或者其中，与所述第一子系统(310)相比，所述第三子系统(330)以更高的优先级进行操作。
技术方案8. 根据前述技术方案中任一项所述的方法，其中，主动地增加(1300)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量包括：
● 将电功率从所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)的第二内部功率电网(360)转移到所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)的第一内部功率电网(350)。
技术方案9. 一种风力涡轮(100-100d)，其包括：
● 转子(106)，其包括转子叶片(108)；
● 功率转换系统(118,210,234)，其与所述转子(106)机械地连接、能够电连接到公用电网(242)并配置成将输入动力功率转换成电输出功率(P)；
● 第一子系统(310)；
● 第二子系统(320)；
● 内部电功率分配系统(300-301b,321,322)，其能够与所述第一子系统(310)和所述第二子系统(320)连接；以及
● 控制系统(202)，其与所述功率转换系统(118,210,234)、所述第一子系统(310)和所述第二子系统(320)通信地联接，并且在所述功率转换系统(118,210,234)将输入动力功率转换成电输出功率的正常操作模式下操作(1100)所述风力涡轮(100-100d)期间，所述控制系统配置成：
○ 检测(1200)所述第一子系统(310)的增加的功率需求；以及
○ 如果所述第二子系统(320)的功率需求至少降低，则增加(1300)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量。
技术方案10. 根据技术方案9所述的风力涡轮(100-100d)，其中，所述功率转换系统能够与所述内部电功率分配系统连接，其中，所述内部电功率分配系统包括能够与所述第一子系统(310)连接的第一内部功率电网(300,300a,300b)，其中，所述第一内部功率电网(300a,300b)能够在第一电压(V1)下、特别是在所述功率转换系统的输出电压下操作，其中，所述内部电功率分配系统包括能够与所述第二子系统(310)和所述第三子系统(330)中的至少一个连接的第二内部功率电网(301)，其中，所述第二内部功率电网(301)能够在低于所述第一电压(V1)的第二电压(V2)下操作，其中，所述内部电功率分配系统包括电压转换器(321)，特别是用于在所述第一内部功率电网(300)和所述第二内部功率电网(301)之间转换电压水平的电压变压器，并且/或者其中，所述内部电功率分配系统包括滑环(300s)，用于分别电连接布置在所述风力涡轮的机舱(102)和所述转子(106)中的所述第一内部功率电网和所述第二内部功率电网的相应部分。
技术方案11. 根据技术方案9或10所述的风力涡轮(100-100d)，其中，在所述正常操作模式下，所述第二子系统(320)包括比所述第一子系统(320)更高的优先级和比所述第一子系统(320)更短的期望响应时间中的至少一个，其中，所述第一子系统(310)包括用于所述转子叶片(108)的加热系统，并且/或者其中，所述第二子系统(320)包括变桨系统。
技术方案12. 根据技术方案11所述的风力涡轮(100-100d)，其中，用于所述转子叶片(108)的所述加热系统包括能够与所述第一内部功率电网(350)连接的第一加热回路和能够与所述第二内部功率电网(360)连接的第二加热回路中的至少一个。
技术方案13. 根据技术方案9至12中任一项所述的风力涡轮(100-100d)，其还包括第三子系统(330)、特别是偏航系统，并且其中，所述控制系统(202)配置成：如果在所述风力涡轮(100-100d)的所述正常操作模式下操作所述风力涡轮(100-100d)期间所述风力涡轮(100-100d)的所述第三子系统(330)的功率需求至少降低，则增加(1300)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量。
技术方案14. 根据技术方案9至13所述的风力涡轮(100-100d)，其中，所述控制系统(202)配置成执行根据技术方案1至8中任一项所述的方法。
技术方案15. 一种计算机程序产品或非暂时性计算机可读存储介质，其包括指令，当由根据技术方案9至14中任一项所述的风力涡轮(100-100d)的系统、特别是控制系统(202)的一个或多个处理器(204)执行时，所述指令导致所述系统执行根据技术方案1至8中任一项所述的方法。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳模式，其中：
图1示出了根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2示出了适合与图1中所示的风力涡轮一起使用的电功率系统和控制系统的一个实施例的示意图；
图3示出适合与图1中所示的风力涡轮一起使用的控制器的一个实施例的框图；
图4A示出了根据本公开的风力涡轮的一个实施例的框图；
图4B示出了根据本公开的风力涡轮的一个实施例的框图；
图5A示出了根据本公开的风力涡轮的一个实施例的框图；
图5B示出了根据本公开的风力涡轮的一个实施例的框图；
图6A示出了根据本公开的实施例的方法的流程图；
图6B示出了根据本公开的实施例的方法的流程图；以及
图6C示出了根据本公开的实施例的方法的流程图。
附图中描绘的单个特征相对于彼此相对地示出，并且因此不一定按比例绘制。即使在不同的实施例中显示，附图中相似或相同的元件也用相同的附图标记表示。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其中的一个或多个示例在附图中示出。每个示例都通过对本发明的解释的方式来提供，该解释不应限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行各种修改和变型，例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，意图是，本发明覆盖如落入所附权利要求书的范围内的这样的修改和变型及其等同物。
图1是示例性风力涡轮100的一部分的透视图。在示例性实施例中，风力涡轮100是水平轴线风力涡轮。备选地，风力涡轮100可为竖直轴线风力涡轮。风力涡轮100包括容纳发电机(图1中未示出)的机舱102。机舱102安装在塔架104上(塔架104的一部分在图1中示出)。塔架104可具有有利于如本文中所述的风力涡轮100的操作的任何合适的高度。风力涡轮100还包括转子106，该转子包括附接到旋转毂110的三个叶片108。备选地，风力涡轮100包括有利于如本文中所述的风力涡轮100的操作的任何数量的叶片108。在示例性实施例中，风力涡轮100包括可操作地联接到转子106的齿轮箱(图1中未示出)和发电机(图1中未示出)。
转子叶片108围绕毂110间隔开，以有利于使转子106旋转，从而使动能能够从风能转换成可用的机械能，并随后转换成电能。
在一个实施例中，转子叶片108具有介于约15米(m)到约91m的长度。备选地，转子叶片108可具有使风力涡轮100能够如本文中所述那样起作用的任何合适的长度。例如，叶片长度的其它非限制性示例包括20m或更短、37m、48.7m、50.2m、52.2m或大于91m的长度。当风从风向28击打转子叶片100时，转子106围绕旋转轴线30旋转。当转子叶片108旋转并受到离心力时，转子叶片108也受到各种力和力矩。照此，转子叶片108可从中性位置或非偏转位置偏转和/或旋转到偏转位置。
此外，转子叶片100的桨距角(即确定转子叶片100相对于风向的视角的角度)可由变桨系统109改变，以通过调节至少一个转子叶片108相对于风矢量的角向位置来控制由风力涡轮100生成的负载和功率。在风力涡轮100的操作期间，变桨系统109可改变转子叶片109的桨距角，使得转子叶片109移动到顺桨位置，使得至少一个转子叶片100相对于风矢量的视角提供朝向风矢量定向的转子叶片100的最小表面积，这有利于降低旋转速度和/或有利于转子18的失速。
每个转子叶片108的叶片桨距可由风力涡轮控制器202或变桨控制系统单独控制。备选地，所有转子叶片108的叶片桨距可由所述控制系统同时控制。
此外，在示例性实施例中，随着风向28改变，机舱102的偏航方向可由偏航系统105围绕偏航轴线38旋转，以相对于风向28定位转子叶片106。
偏航系统105可包括由机舱102提供的偏航驱动机构。
此外，偏航系统105也可由风力涡轮控制器107控制。
为了相对于风向28适当地定位机舱102，机舱102还可包括至少一个气象桅杆107，该气象桅杆可包括风向标和风速计(均未在图2中示出)。桅杆107可向风力涡轮控制器202提供关于环境条件的信息。这可包括风向和/或风速以及环境温度、环境湿度、降水类型和/或降水量(如果有的话)。
在示例性实施例中，风力涡轮控制器102示出为集中在机舱102内，然而，风力涡轮控制器也可为遍布风力涡轮100、在支撑系统(图1中未示出)上、在风电场内和/或在远程控制中心处的分布式系统。风力涡轮控制器102包括处理器，该处理器配置成执行如本文中所述的方法和/或步骤。
现在参考图2，示出了可与风力涡轮100一起使用的电(功率)和控制系统200的一个实施例的示意图。在操作期间，风冲击叶片108，并且叶片108将风能转换成机械旋转扭矩，该机械旋转扭矩经由毂110可旋转地驱动低速轴112。
在示例性实施例中，低速轴112构造成驱动齿轮箱114，该齿轮箱随后升高低速轴112的低旋转速度，以便以增加的旋转速度驱动高速轴116。高速轴116大体上可旋转地联接到发电机118，以便可旋转地驱动具有场绕组(未示出)的发电机转子122。
更具体地，在一个实施例中，发电机118可为绕线转子、三相、双馈感应(异步)发电机(DFIG)，其包括磁联接到发电机转子122的发电机定子120。照此，旋转磁场可由发电机转子122感应，并且电压可在磁联接到发电机转子122的发电机定子120内感应。在这样的实施例中，发电机118配置成在发电机定子120中将旋转机械能转换成正弦三相交流(AC)电能信号。相关联的电功率可经由定子总线208、定子同步开关206、系统总线216、主变压器断路器214和发电机侧总线236传输到主变压器234。主变压器234升高电功率的电压幅度，使得经变换的电功率可经由电网断路器238、断路器侧总线240和电网总线242进一步传输到电网。
此外，电功率和控制系统200可包括风力涡轮控制器202，该风力涡轮控制器配置成控制风力涡轮100的任何部件和/或实现如本文中所述的任何方法步骤。例如，如图3中特别地所示，控制器202可包括一个或多个处理器204和(多个)相关联的存储器设备207，其配置成执行各种计算机实现的功能(例如，执行本文中公开的方法、步骤、计算等和存储相关数据)。另外，控制器202还可包括通信模块，以有利于控制器202和风力涡轮100的各种部件(例如，图2的部件中的任何)之间的通信。
此外，如图3中所示，通信模块209可包括传感器接口211(例如，一个或多个模数转换器)，以允许从一个或多个传感器传输的信号被转换成可由处理器204理解和处理的信号。应当意识到，传感器(例如，传感器252,254,256,258)可使用任何合适的手段通信地联接到通信模块209。例如，如图3中所示，传感器252,254,256,258可经由有线连接联接到传感器接口211。然而，在其它实施例中，传感器252,254,256,258可经由无线连接联接到传感器接口211，诸如通过使用本领域已知的任何合适的无线通信协议。照此，处理器204可配置成从传感器接收一个或多个信号。
传感器252,254,256可为用于控制对于风力涡轮100的功率转换所需的电流和/或电压的传感器。下面更详细地解释这一点。
此外，可提供至少一个传感器258用于参考气象数据的传感器数据，例如由图1中所示的气象桅杆107提供的(多个)传感器，和/或参考允许监测和/或评估转子叶片的结冰状况的传感器数据。
如本文中所用，术语“处理器”不仅指在本领域中被称为包含在计算机中的集成电路，还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路。处理器204还配置成计算高级控制算法，并与各种以太网或基于串行的协议(Modbus、OPC、CAN等)进行通信。另外，(多个)存储器设备207大体上可包括(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，闪存存储器)、软盘、紧凑型光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能光盘(DVD)和/或其它合适的存储器元件。(多个)这样的存储器设备207可大体上配置成存储合适的计算机可读指令，当由(多个)处理器204实现时，所述指令配置控制器202以执行本文中所述的各种功能。
重新参考图2，发电机定子120可经由定子总线208电联接到定子同步开关206。在示例性实施例中，为了有利于DFIG配置，发电机转子122经由转子总线212电联接到双向功率转换组件210。备选地，发电机转子122经由有利于如本文中所述的电和控制系统200的操作的任何其它设备电联接到转子总线212。作为另外的备选方案，电和控制系统200配置为全功率转换系统(未示出)，该全功率转换系统包括在设计和操作上类似于功率转换组件210并且电联接到发电机定子120的全功率转换组件(图2中未示出)。全功率转换组件有利于在发电机定子120与电功率传输和分配电网(未示出)之间引导电功率。在示例性实施例中，定子总线208将三相功率从发电机定子120传输到定子同步开关206。转子总线212将三相功率从发电机转子122传输到功率转换组件210。在示例性实施例中，定子同步开关206可经由系统总线216电联接到主变压器断路器214。在备选实施例中，使用一个或多个熔断器(未示出)代替主变压器断路器214。在另一个实施例中，既不使用熔断器也不使用主变压器断路器214。
功率转换组件210包括经由转子总线212电联接到发电机转子122的转子滤波器218。转子滤波器总线219将转子滤波器218电联接到转子侧功率转换器220，并且转子侧功率转换器220电联接到线路侧功率转换器222。转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222是包括功率半导体(未示出)的功率转换器桥。在示例性实施例中，转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222配置成三相脉宽调制(PWM)配置，该配置包括如本领域中已知那样操作的绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关设备(图2中未示出)。备选地，转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222具有使用有利于如本文中所述的电和控制系统200的操作的任何开关设备的任何配置。功率转换组件210与涡轮控制器202以电子数据通信方式联接，以控制转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222的操作。
在示例性实施例中，线路侧功率转换器总线223将线路侧功率转换器222电联接到线路滤波器224。另外，线路总线225将线路滤波器224电联接到线路接触器226。此外，线路接触器226经由转换断路器总线230电联接到转换断路器228。此外，转换断路器228经由系统总线216和连接总线232电联接到主变压器断路器214。备选地，线路滤波器224经由连接总线232直接电联接到系统总线216，并且包括配置成考虑从电和控制系统200移除线路接触器226和转换断路器228的任何合适的保护方案(未示出)。主变压器断路器214经由发电机侧总线236电联接到电功率主变压器234。主变压器234经由断路器侧总线240电联接到电网断路器238。电网断路器238经由电网总线242连接到电功率传输和分配电网。在备选实施例中，主变压器234经由断路器侧总线240电联接到一个或多个熔断器(未示出)，而不是电联接到电网断路器238。在另一个实施例中，既不使用熔断器也不使用电网断路器238，而是主变压器234经由断路器侧总线240和电网总线242联接到电功率传输和分配电网。
在示例性实施例中，转子侧功率转换器220经由单个直流(DC)链路244与线路侧功率转换器222电通信地联接。备选地，转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222经由单独和分离的DC链路(图2中未示出)电联接。DC链路244包括正轨246、负轨248和联接在正轨246和负轨248之间的至少一个电容器250。备选地，电容器250包括串联和/或并联地配置在正轨246和负轨248之间的一个或多个电容器。
涡轮控制器202配置成从第一组电压和电流传感器252接收多个电压和电流测量信号。此外，涡轮控制器202配置成监测和控制与风力涡轮100相关联的操作变量中的至少一些。在示例性实施例中，三个电压和电流传感器252中的每个传感器电联接到电网总线242的三相中的每个相。因此，电网的电流频率可由控制器202确定。备选地或附加地，涡轮控制器202能够在功能上与可与电网连接的频率传感器联接。此外，控制器202能够经由主工厂控制器(诸如在功能上与相应传感器联接的风电场控制器)接收电网的当前频率或至少代表电网的当前频率的信号。
如图2中所示，电和控制系统200还包括转换器控制器262，该转换器控制器配置成接收多个电压和电流测量信号。例如，在一个实施例中，转换器控制器262从与定子总线208以电子数据通信方式联接的第二组电压和电流传感器254接收电压和电流测量信号。转换器控制器262从与转子总线212以电子数据通信方式联接的第三组电压和电流传感器256接收第三组电压和电流测量信号。转换器控制器262还从与转换断路器总线230以电子数据通信方式联接的第四组电压和电流传感器264接收第四组电压和电流测量信号。第二组电压和电流传感器254基本上类似于第一组电压和电流传感器252，并且第四组电压和电流传感器264基本上类似于第三组电压和电流传感器256。转换器控制器262基本上类似于涡轮控制器202，并且以电子数据通信方式与涡轮控制器202联接。此外，在示例性实施例中，转换器控制器262物理地集成在功率转换组件210内。备选地，转换器控制器262具有有利于如本文中所述的电和控制系统200的操作的任何配置。
在操作期间，风冲击叶片108，并且叶片108将风能转换成机械旋转扭矩，该机械旋转扭矩经由毂110可旋转地驱动低速轴112。低速轴112驱动齿轮箱114，该齿轮箱随后升高低速轴112的低旋转速度，以便以增加的旋转速度来驱动高速轴116。高速轴116可旋转地驱动发电机转子122。旋转磁场由发电机转子122感应，并且电压在磁联接到发电机转子122的发电机定子120内感应。发电机118在发电机定子120中将旋转机械能转换成正弦三相交流(AC)电能信号。在示例性实施例中，相关联的电功率经由定子总线208、定子同步开关206、系统总线216、主变压器断路器214和发电机侧总线236传输到主变压器234。主变压器234升高电功率的电压幅度，并且经变换的电功率经由断路器侧总线240、电网断路器238和电网总线242进一步传输到电网。
在示例性实施例中，提供了第二电功率传输路径。三相正弦AC电功率在发电机转子122内生成，并经由转子总线212传输到功率转换组件210。在功率转换组件210内，电功率被传输到转子滤波器218，并且电功率针对与转子侧功率转换器220相关联的PWM信号的变化率被修改。转子侧功率转换器220充当整流器并将正弦三相AC功率整流为DC功率。DC功率被传输到DC链路244中。电容器250通过有利于减轻与AC整流相关联的DC纹波来有利于减轻DC链路244电压幅度变化。
DC功率随后从DC链路244传输到线路侧功率转换器222，并且线路侧功率转换器222充当逆变器，该逆变器配置成将来自DC链路244的DC电功率转换为具有预定电压、电流和频率的三相正弦AC电功率。该转换经由转换器控制器262来监测和控制。经转换的AC功率经由线路侧功率转换器总线223和线路总线225、线路接触器226、转换断路器总线230、转换断路器228和连接总线232从线路侧功率转换器222传输到系统总线216。线路滤波器224补偿或调整从线路侧功率转换器222传输的电功率中的谐波电流。定子同步开关206配置成闭合以有利于将来自发电机定子120的三相功率与来自功率转换组件210的三相功率连接。
转换断路器228、主变压器断路器214和电网断路器238配置成例如当过大的电流可能损坏电和控制系统200的部件时断开对应的总线。还提供了包括线路接触器226的附加保护部件，通过开断对应于线路总线225的每条线路的开关(图2中未示出)，可控制线路接触器226以形成断开。
功率转换组件210针对例如在毂110和叶片108处的风速中的变化来补偿或调整来自发电机转子122的三相功率的频率。因此，以这种方式，机械和电气转子频率与定子频率解耦。
在一些条件下，功率转换组件210的双向特性和具体地转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222的双向特性有利于将生成的电功率中的至少一些电功率反馈到发电机转子122中。更具体地，电功率从系统总线216传输到连接总线232，并且随后通过转换断路器228和转换断路器总线230进入功率转换组件210。在功率转换组件210内，电功率通过线路接触器226、线路总线225和线路侧功率转换器总线223传输到线路侧功率转换器222中。线路侧功率转换器222充当整流器并将正弦三相AC功率整流为DC功率。DC功率被传输到DC链路244中。电容器250通过有利于减轻有时与三相AC整流相关联的DC纹波而有利于减轻DC链路244电压幅度变化。
DC功率随后从DC链路244传输到转子侧功率转换器220，并且转子侧功率转换器220充当逆变器，该逆变器配置成将从DC链路244传输的DC电功率转换为具有预定电压、电流和频率的三相正弦AC电功率。该转换经由转换器控制器262来监测和控制。转换后的AC电功率经由转子滤波器总线219从转子侧功率转换器220传输到转子滤波器218，并且随后经由转子总线212传输到发电机转子122，从而有利于次同步操作。
功率转换组件210配置成从涡轮控制器202接收控制信号。控制信号基于风力涡轮100以及电和控制系统200的感测到的条件或操作特性。控制信号由涡轮控制器202接收并用于控制功率转换组件210的操作。来自一个或多个传感器的反馈可由电和控制系统200用于经由转换器控制器262控制功率转换组件210，包括例如经由第二组电压和电流传感器254、第三组电压和电流传感器256以及第四组电压和电流传感器264的转换断路器总线230、定子总线和转子总线电压或电流反馈。使用该反馈信息，并且例如开关控制信号、定子同步开关控制信号和系统断路器控制(脱扣)信号可以任何已知的方式生成。例如，对于具有预定特性的电网电压瞬变而言，转换器控制器262将至少暂时基本上暂停IGBT在线路侧功率转换器222内的传导。线路侧功率转换器222的操作的这样的暂停将使通过功率转换组件210引导的电功率基本上减轻至大约零。
在示例性实施例中，发电机118、电联接到发电机118的功率转换组件210和升压变压器234形成风力涡轮100的功率转换系统。
图4A图示了风力涡轮100a的框图。风力涡轮100a典型地类似于上面关于图1至图3所解释的风力涡轮100，并且还具有机舱100、带有一个或多个转子叶片的转子106(转子叶片相对于机舱106可旋转地安装)以及功率转换系统118,210，该功率转换系统与转子106机械地连接并且可经由电网断路器238与公用电网电连接用于将电输出功率馈送到公用电网。
如图4A中所示，功率转换系统118,210可包括发电机118，该发电机具有与转子106机械连接的发电机转子。发电机和功率转换系统组件210能够可经由发电机侧总线236和如图2中所示的其它部件(特别是电网断路器238)与公用电网电连接。更特别地，风力涡轮100a可包括DFIG功率转换系统。
在示例性实施例中，转子106的第一子系统310和第二子系统320经由内部电功率分配系统300分别与发电机侧总线236和功率转换系统组件210的功率输出线连接，用于功率供应。
如在图4A中由虚线箭头所示，风力涡轮控制器202典型地经由数据总线和/或相应的数据线与功率转换系统118,210、第一子系统310和第二子系统320通信地联接，并且配置成控制部件118,210,310,320。
在正常操作模式期间，功率转换系统118,210将输入动力功率转换成电输出功率P。典型地，在正常操作模式下，电输出功率P的主要部分Pg被馈送到公用电网。输出功率P的典型地相对小部分Pint(Pint=P-Pg)(例如至多百分之几)可用于子系统310,320的内部功率供应(也参见图4A中的小箭头)。
根据实施例，风力涡轮控制器202配置成：检测第一子系统310的增加的功率需求，并且如果第二子系统320的功率需求(当前)至少降低(例如，与针对第二子系统的主动操作的额定功率需求和/或预期功率需求相当或比其更低)，则以流过内部电功率分配系统到第二子系统320的电功率P2的量为代价，增加流过内部电功率分配系统到第一子系统310的电功率P1的量。
换句话说，电功率P2的至少一部分可重新分配到第一子系统，并且如果需要可分别调整电功率P1和电功率P2之间的平衡(Pint=P1+P2)。
因此，第一子系统310的功率供应能力可至少在基本上不改变风力涡轮100a的硬件的情况下增加。
这通过动态地(实时地或接近实时地)转移/重新分配第二子系统320的一些或甚至所有未利用的功率P2来促进。
典型地，第一子系统310是用于转子叶片的加热系统，并且第二系统是或至少包括用于转子叶片的变桨系统。
因此，用于转子叶片的加热系统可另外使用显著量的功率，用于除冰和/或在不需要变桨的时间间隔内防止除冰。例如，叶片除冰(加热)系统因此可附加地使用至少5%或甚至至少10%。
因此，可减少除冰时间并且可提高风力涡轮的总生产率(在寒冷条件下)。
如图4A中所示，示例性内部电功率分配系统包括滑环300s，该滑环，用于电连接布置在风力涡轮的机舱102中的内部功率电网300的部分300a和布置在转子106中的内部功率电网300的部分300b。
图4B示出了风力涡轮100b的框图。风力涡轮100b典型地类似于上面关于图4A解释的风力涡轮100a。风力涡轮100b典型地还可经由电网断路器238和联接在发电机侧总线和电网断路器238之间的电功率主变压器234与公用电网电连接，用于向公用电网馈送电输出功率。
然而，第一子系统310和第二子系统320由在不同AC电压V1,V2下操作的内部电网供应。
更特别地，风力涡轮100b的示例性内部电功率分配系统具有：第一内部功率电网300,300a,300b，其可与第一子系统310连接并且可在第一电压V1下操作，特别是在例如690V的功率转换系统118,210的输出电压下操作；以及第二内部功率电网301,301a,301b，其可与第二子系统310连接并且可在典型地低于第一电压V1的第二电压V2下操作。在一个示例中，第二电压为约400V。
为此，内部电功率分配系统典型地包括电压转换器321，诸如(附加的)电压变压器，用于在第一内部功率电网和第二内部功率电网之间转换电压水平。
此外，风力涡轮100b的示例性内部电功率分配系统包括分别用于电连接风力涡轮100b的第一内部功率电网300的部分300a,300b和第二内部功率电网301的部分301a,301b的相应滑环300s,301a。
图5A示出了风力涡轮100c的框图。风力涡轮100c典型地类似于上面关于图4B解释的风力涡轮100b。然而，风力涡轮100b附加包括可由涡轮控制器202控制的开关322。
因此，暂时不需要用于供应第二子系统320(特别是相应的变桨系统)的功率P2可部分地或甚至完全地重新分配到/附加地用于第一子系统310(例如，转子叶片除冰系统，特别是转子叶片加热系统)的功率供应。
可以甚至在没有进一步的电压转换的情况下将功率D2重新分配到第一子系统310。例如，叶片加热系统的不同部分(例如，加热电阻器或鼓风机)可被供应以两种电压V1,V2的电功率。
图5B示出了风力涡轮100d的框图。风力涡轮100d典型地类似于上面关于图4A解释的风力涡轮100c。然而，风力涡轮100d附加包括可由涡轮控制器202控制的第三子系统330。
在示例性实施例中，第三子系统330被实现为风力涡轮100d的偏航系统。偏航系统320可由涡轮控制器202控制，并且典型地至少部分地布置在机舱102中。
在示例性实施例中，暂时不需要用于供应第二子系统320和第三子系统320的总功率P2+P3可部分地或甚至完全地被重新分配到/用于第一子系统310，例如叶片加热系统310。
因此，可以甚至在不影响风力涡轮的正常操作的情况下将更大部分的功率重新分配到第一子系统。
图6A示出了操作风力涡轮(特别是如上面关于图1至图5B解释的风力涡轮100-100d)的方法1000的流程图。照此，风力涡轮具有与转子机械连接的功率转换系统、第一子系统、第二子系统和用于向第一子系统和第二子系统供应以电功率的内部电功率分配系统。
在正常操作模式(其中功率转换系统将从转子接收的输入动力功率转换成电输出功率，并且将电输出功率的至少主要部分提供给公用电网)下操作1100风力涡轮期间，方法1000包括检测第一子系统的增加的功率需求的步骤(框)1200。
此后，在随后的框1300中，如果第二子系统的功率需求至少降低，则可增加流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量。
图6B示出了操作风力涡轮(特别是如上面关于图1至图5B解释的风力涡轮100-100d)的方法1001的流程图。方法1001典型地类似于上面关于图6A解释的方法1000，并且还包括检测第一子系统的增加的功率需求的框1200和主动地增加流过内部电功率分配的电功率的量的框1300。
然而，在框1200,1300之间，提供了另一个框1250，其中第二子系统被设置成空转模式或待机模式。
在框1200,1250之间，可提供主动地降低第二子系统的功率需求或检测第二子系统的降低的功率需求的又一个框。
在框1300之后，如果在操作风力涡轮期间第二子系统的功率需求待再次增加，则可在框1400中主动地减少流过内部电功率分配系统到第一子系统的电功率的量。
在框1300,1400之间，可提供检测第二子系统的功率需求是否待例如由于变化的风力条件或例如从风电场控制器接收的变化的功率设定点而再次增加的又一个框。
在框1400之后的框1450中，可主动地增加可流过内部电功率分配系统到第二子系统的电功率的量。
此后，在随后的框1500中，第二子系统可被设置回正常操作模式。
图6C示出了操作风力涡轮(特别是如上面关于图1至图5B解释的风力涡轮100-100d)的方法2000的流程图。因此，风力涡轮典型地具有与转子机械连接的功率转换系统、第一子系统、第二子系统和用于向第一子系统和第二子系统供应以电功率的内部电功率分配系统。
在正常操作模式下操作风力涡轮期间，在该正常操作模式下，功率转换系统将从转子接收的输入动力功率转换成电输出功率，并且将电输出功率的至少主要部分提供给公用电网。
在第一框2200中，方法2000可包括确定当前不需要第二子系统的主动操作用于在正常操作模式下操作风力涡轮，在该正常操作模式下，功率转换系统将输入动力功率转换成电输出功率。
此后，在框2300中，对应于第二额定电功率的至少一部分的电功率的量可通过内部电功率分配系统重新分配到第一子系统，至多直到再次需要第二子系统的主动操作用于操作风力涡轮。
上面详细描述了风力涡轮和用于操作风力涡轮的方法的示例性实施例。系统和方法不限于本文中所述的具体实施例，而是，系统的部件和/或方法的步骤可单独地和独立于本文中所述的其它部件和/或步骤来利用。
尽管本发明的各种实施例的具体特征可能在一些附图中示出，而在其它附图中没有示出，但这仅仅是为了方便。根据本发明的原理，附图的任何特征可结合任何其它附图的任何特征来引用和/或要求保护。
上面已经参照方法、装置(即，系统)和计算机程序产品的框图和流程图图示描述了本发明的实施例。将理解的是，框图和流程图图示的每个框以及框图和流程图图示中的框的组合可分别通过包括计算机程序指令的各种手段来实现。这些计算机程序指令可被加载到通用计算机、专用计算机或诸如上面参照图3讨论的(多个)处理器204的其它可编程数据处理装置上，以产生机器，使得在计算机或其它可编程数据处理装置上执行的指令创建用于实现一个或多个流程图框中指定的功能的手段。
这些计算机程序指令也可存储在非暂时性计算机可读存储器中，该非暂时性计算机可读存储器可指导计算机或其它可编程数据处理装置(例如，图3的(多个)处理器204)以特定方式工作，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括用于实现一个或多个流程图框中指定的功能的计算机可读指令的制品。计算机程序指令还可被加载到计算机或其它可编程数据处理装置上，以导致在计算机或其它可编程装置上执行一系列操作步骤来产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供用于实现一个或多个流程图框中指定的功能的步骤。
因此，框图和流程图图示的框支持用于执行指定功能的手段的组合、用于执行指定功能的步骤的组合和用于执行指定功能的程序指令手段。还将理解的是，框图和流程图图示的每个框以及框图和流程图图示中的框的组合可由执行指定功能或步骤的基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
除非另有明确说明，否则本文中阐述的任何方法绝不意图被理解为要求以特定顺序执行其步骤。因此，如果方法权利要求实际上没有详述其步骤所遵循的顺序或者在权利要求书或描述中没有以其它方式具体陈述这些步骤将应限制于特定的顺序，则在任何方面都不意图推断顺序。这适用于任何可能的非明示的解释基础，其包括：关于步骤安排或操作流程的逻辑问题；源自语法组织或标点符号的简单含义；说明书中描述的实施例的数量或类型。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。尽管前面已经公开了各种具体实施例，但是本领域技术人员将认识到的是，权利要求的精神和范围允许同等有效的修改。特别地，上述实施例的相互非排他性特征可彼此组合。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。例如，子系统中的至少一个子系统可至少部分地位于塔架或底座中，而不是分别位于转子和机舱中，诸如用于主变压器的空调单元。如果这样的其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元件，则这样的其它示例意图落入权利要求书的范围内。
附图标记列表
风力涡轮 100-100d
机舱 102
塔架 104
偏航系统 105
转子 106
气象桅杆 107
叶片 108
变桨系统 109
毂 110
低速轴 112
变速箱 114
发电机 118
发电机定子 120
发电机转子 122
控制系统 200
涡轮控制器 202
处理器 204
同步开关 206
存储器 207
定子总线 208
通信模块 209
功率转换组件 210
传感器接口 211
转子总线 212
变压器断路器 214
系统总线 216
转子滤波器 218
滤波器总线 219
转子侧功率转换器 220
线路侧功率转换器 222
线路侧功率转换器总线 223
线路滤波器 224
线路总线 225
线路接触器 226
转换断路器 228
转换断路器总线 230
连接总线 232
电功率主变压器 234
发电机侧总线 236
电网断路器 238
断路器侧总线 240
经由电网总线的分配电网 242
DC链路 244
正轨 246
负轨 248
电容器 250
电流传感器 252
电流传感器 254
电流传感器 256
转换器控制器 262
电流传感器 264
(第一)内部电网 300,300a,300b
第二内部电网 301,301a,301b
滑环 300s,301s
第一子系统 310
第二子系统 320
第三子系统 330
方法、方法步骤 1000-2300。

Claims (10)

1.一种用于操作风力涡轮(100-100d)的方法(1000,1001)，所述风力涡轮包括带有转子叶片(108)的转子(106)、与所述转子(106)机械连接的功率转换系统(118,210,234)、第一子系统(310)、第二子系统(320)以及能够与所述第一子系统(310)和所述第二子系统(320)连接的内部电功率分配系统(300-301b,321,322)，在所述功率转换系统(118,210,234)将输入动力功率转换成电输出功率(P)的正常操作模式下操作(1100)所述风力涡轮(100-100d)期间，所述方法(1000)包括：
● 检测(1200)所述第一子系统(310)的增加的功率需求；以及
● 如果所述第二子系统(320)的功率需求至少降低，则主动地增加(1300)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率(Pint)的量(P1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将流过所述内部电功率分配系统的所述电功率(Pint)的所述增加的量(P1)用于加热所述转子叶片(108)中的至少一个转子叶片，其中，所述第一子系统(310)包括用于所述转子叶片(108)的加热系统，其中，所述方法仅在环境温度低于给定温度阈值、典型地为0℃的情况下执行，其中，所述方法还包括监测所述转子叶片(108)的结冰状况，并且/或者其中，在评估所述转子叶片(108)的所述结冰状况之后，执行主动地增加(1300)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，与所述第一子系统(310)相比，所述第二子系统(320)以更高的优先级进行操作，并且/或者其中，所述第二子系统(320)用于在所述正常操作模式下操作(1100)所述风力涡轮(100-100d)期间对所述转子叶片中的至少一个转子叶片进行变桨。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，如果在所述正常操作模式下操作所述风力涡轮(100-100d)期间所述第二子系统(320)的功率需求至少接近最低值，则增加流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量，并且/或者其中，将流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量增加到至少接近所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)的最大功率输出的值。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括以下至少一项：
● 在主动地增加(1300)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量之前，将所述第二子系统(320)设置(1250)成空转模式或待机模式；以及
● 如果在所述正常操作模式下操作所述风力涡轮(100-100d)期间将增加所述第二子系统(320)的功率需求，则主动地减少(1400)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量。
6.根据权利要求5所述的方法，在主动地减少(1400)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量之后，所述方法还包括以下至少一项：
● 主动地增加(1450)能够流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第二子系统(310)的电功率的量；
● 将所述第二子系统(320)设置(1500)成正常操作模式；以及
● 响应于针对所述功率转换系统(118,210,234)的变化的电输出功率请求和变化的风条件中的至少一个来操作所述第二子系统(320)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，如果此外所述风力涡轮(100-100d)的第三子系统(330)、特别是偏航系统的功率需求在所述正常操作模式下操作所述风力涡轮(100-100d)期间至少降低，典型地至少接近在所述正常操作模式下操作所述风力涡轮(100-100d)期间的相应最低值，则增加流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量，并且/或者其中，与所述第一子系统(310)相比，所述第三子系统(330)以更高的优先级进行操作。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，主动地增加(1300)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量包括：
● 将电功率从所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)的第二内部功率电网(360)转移到所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)的第一内部功率电网(350)。
9.一种风力涡轮(100-100d)，其包括：
● 转子(106)，其包括转子叶片(108)；
● 功率转换系统(118,210,234)，其与所述转子(106)机械地连接、能够电连接到公用电网(242)并配置成将输入动力功率转换成电输出功率(P)；
● 第一子系统(310)；
● 第二子系统(320)；
● 内部电功率分配系统(300-301b,321,322)，其能够与所述第一子系统(310)和所述第二子系统(320)连接；以及
● 控制系统(202)，其与所述功率转换系统(118,210,234)、所述第一子系统(310)和所述第二子系统(320)通信地联接，并且在所述功率转换系统(118,210,234)将输入动力功率转换成电输出功率的正常操作模式下操作(1100)所述风力涡轮(100-100d)期间，所述控制系统配置成：
○ 检测(1200)所述第一子系统(310)的增加的功率需求；以及
○ 如果所述第二子系统(320)的功率需求至少降低，则增加(1300)流过所述内部电功率分配系统(300-301b,321,322)到所述第一子系统(310)的电功率的量。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮(100-100d)，其中，所述功率转换系统能够与所述内部电功率分配系统连接，其中，所述内部电功率分配系统包括能够与所述第一子系统(310)连接的第一内部功率电网(300,300a,300b)，其中，所述第一内部功率电网(300a,300b)能够在第一电压(V1)下、特别是在所述功率转换系统的输出电压下操作，其中，所述内部电功率分配系统包括能够与所述第二子系统(310)和所述第三子系统(330)中的至少一个连接的第二内部功率电网(301)，其中，所述第二内部功率电网(301)能够在低于所述第一电压(V1)的第二电压(V2)下操作，其中，所述内部电功率分配系统包括电压转换器(321)，特别是用于在所述第一内部功率电网(300)和所述第二内部功率电网(301)之间转换电压水平的电压变压器，并且/或者其中，所述内部电功率分配系统包括滑环(300s)，用于分别电连接布置在所述风力涡轮的机舱(102)和所述转子(106)中的所述第一内部功率电网和所述第二内部功率电网的相应部分。
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