FI89534C - Foerfarande foer att undvika en kritisk hastighet foer att anvaendas i samband med styrningen av hastigheten av en vindturbin med reglerbar hastighet och anlaeggning foer styrning av en vindturbin med reglerbar hastighet - Google Patents

Description

89534

Menetelmä kriittisen nopeuden välttämiseksi käytettäväksi ohjattaessa säädettävänopeuksisen tuuliturbiinin nopeutta ja laitteisto säädettävänopeuksisen tuuliturbiinin ohjaamiseksi Förfarande för att undvika en kritisk hastighet för att användas 5 i samband med styrningen av hastigheten av en vindturbin med reglerbar hastighet och anläggning för styrning av en vindturbin med reglerbar hastighet 10 Tämän keksinnön kohteena ovat tuuliturbiinit ja erityisesti säädettävä-nopeuksiset tuuliturbiinit. Keksinnön kohteena ovat erityisesti menetelmä kriittisen nopeuden välttämiseksi käytettäväksi ohjattaessa säädettävänopeuksisen tuuliturbiinin nopeutta ja laitteisto säädettävänopeuksisen tuuliturbiinigeneraattorin ohjaamiseksi parannetuilla tehokkuuksilla ja 15 muulla kuin kriittisellä nopeudella.

Tunnetaan erityyppisiä tuulikoneita mukaanlukien koneet, joiden roottorin nopeus on vakio, ja koneet, joiden roottorin nopeus on säädettävä. Koska turbiinigeneraattori liitetään tavallisesti suoraan kiinteätaajuuksiseen 20 sähkövoimaverkkoon, vakionopeuksiset tuuliturbiinit ovat olleet yleisempiä. Vaihtelevanopeuksisia tuuliturbiineja ei voida liittää suoraan verkkoon, koska niiden sähköantoteho on vaihtelevataajuuksinen. Tästä syystä generaattorin ja verkon välille on välttämätöntä sijoittaa taajuu-denmuutin, joka suorittaa taajuuden muuttamisen. Tällaisissa taajuuden-25 muuttimissa tunnetaan erilaisia menetelmiä, mukaan lukien syklomuuttimet ja tasasuuntain-vaihtosuuntaimet. Tällaisia menetelmiä ei kuitenkaan ole yleisesti sovellettu tuuliturbiinien alalla.

Säädettävänopeuksisten moottorien käytön alalla on kehitetty elektronisia 30 nopeudensäätömenetelmiä kaikentyyppisiin tyristoria, tai ohjattavaa tasasuuntainta (SCR) , käyttäviin moottoreihin. Tuulienergiateoreetikoille on käynyt ilmeiseksi, että on mahdollista käyttää säädettävänopeuksista vaihtovirtakäyttöä käänteisesti. Toisin sanoen, sen sijaan, että säädettävänopeuksista käyttöä käytettäisiin kiinteätaajuuksisen vaihtovirran 35 vastaanottajana sen muuttamiseksi vaihtelevataajuuksiseksi vaihtovirraksi, jolla moottoria käytetään, on mahdollista syöttää taajuudenmuutti-meen vaihtovirtageneraattorista tulevaa vaihtelevataajuuksista vaihtovir- 2 89534 taa sen muuttamiseksi kiinteätaajuuksiseksi vaihtovirraksi voimaverkkoon syötettäväksi.

Kuten tuulienergian alalla on tunnettua, tulevasta tuulivirtauksesta 5 saatavissa oleva kineettinen energia vaihtelee pyyhkäistyn alueen koosta, tiheydestä ja tuulen nopeuden kolmannesta potenssista riippuen. On esitetty, että energiasta ei voida ottaa talteen enempää kuin 59 % ja minkä tahansa tuuliturbiinin kykyä lähestyä tätä maksimia on nimitetty toiminnan hyötykertoimeksi, Cp. Cp liittyy kyseessä olevan koneen aero-10 dynaamisiin ominaispiirteisiin erityisesti potkurin kärkinopeussuhtee-seen, joka määritellään lavan kärjen tangentiaalisen nopeuden suhteeksi verrattuna tulevan tuulen nopeuteen. Mikäli tämä suhde voidaan pitää koneen toiminnan hyötykertoimen huipulla antamalla roottorin nopeuden seurata tuulen nopeutta, tuuliturbiinista tulee erittäin tehokas. Lisäksi 15 säädettävänopeuksiset tuuliturbiinit antavat mahdollisuuden energian lyhytaikaiseen varastoimiseen. Toisin sanoen tuulen nopeuden tasaantu-misilmiöt voidaan integroida nopeudenmuutoksiin.

Tällaista tuuliturbiinia varten tarkoitettu ohjausstrategia, joka pe-20 rustuu osittain generaattorin vääntömomentin sähköiseen säätöön, on selitetty ja esitetty vaatimuksina EP-patenttihakemusjulkaisussa 0 223 729 ja EP-patenttihakemusjulkaisussa 0 223 731. Siinä menetelmässä generaattorin vääntömomenttia säädellään sähköisesti nopeuden säätämiseksi sellaiseksi, että saavutetaan huipputeho. Tämä toteutetaan käyttämällä säädettä-25 vänopeuksisen tuuliturbiinin ohjainta, joka reagoi sekä generaattorin nopeutta että generaattorin antotehoa koskeviin signaaleihin. Se antaa generaattorin vääntömomentin käskysignaalin taajuudenmuuttimeen, joka vuorostaan ohjaa generaattorin ilmaraon vääntömomenttia säätämällä voimaverkkoon toimitetun tehon tasoa. Vastaanotettu tehosignaali annetaan 30 ohjaimeen, joka tutkii hakutaulukkoa, joka on rakennettu generaattorin antotehon ja vastaavan nopeuden välisen halutun toiminnallisen suhteen mukaan, joka suhde on välttämätön optimisuorituskyvyn tai maksimaalisen energianläpisyötön saavuttamiseksi. Ohjain antaa nopeuden vertailu- tai käskysignaalin, jota verrataan generaattorin nopeussignaaliin. Näiden 35 välisen eron osoittava erotussignaali integroidaan antamaan generaattorin vääntömomentin käskysignaali taajuudenmuuttimeen.

3 89534

Generaattorin staattorin ja roottorin välistä ilmaraon vääntömomenttia ohjataan tehokkaasti generaattorin vääntömomentin käskysignaalilla, jonka antaa säädettävänopeuksisen tuuliturbiinin ohjain. Itse asiassa säädettä-vänopeuksisen tuuliturbiinin ohjain toimii kuitenkin alhaisilla tuulen 5 nopeuksilla ohjaten generaattorin nopeutta sen funktion mukaan, joka määrittää generaattorin nopeuden riippuvuuden generaattorin sähköantote-hosta, joka antoteho on peräisin hakutaulukosta. Tämä funktio määritellään siten, että nopeuden säätelyt pyrkivät saamaan tuuliturbiinin toimimaan optimisuorituskykykäyrällä, joka esittää tuuliturbiinin tehon 10 hyötysuhteen riippuvuuden nopeussuhteesta, ja olennaisesti tämän käyrän huipulla tehokkuuden lisäämiseksi.

Valitun rajana olevan vääntömomentin yläpuolisissa, suuremmissa tuulen nopeuksissa generaattorin vääntömomentin käskysignaali pitää vääntö-15 momentin olennaisesti vakiona ja sallii turbiinin roottorin toimia nopeuksilla, jotka ovat suurempia kuin vakionopeussuhteen määräämät, aina nopeusrajaan asti. Vakiollista generaattorin vääntömomentin käskysignaa-lia voidaan edullisesti hyödyntää ilman aerodynaamisen vääntömomentin ohjainta generaattorin antotehon maksimoimiseksi saattamalla tuulitur-20 biini toimimaan olennaisesti optimisuorituskäyrällä, joka esittää tehon hyötysuhteen riippuvuuden nopeussuhteesta, ja lisäämään nopeuttaan tuulen nopeuden yläpuolelle valittuun rajana olevaan vääntömomenttiin, kunnes nopeusraja saavutetaan. Kummassakin tapauksessa toiminta-alueen sisällä tulee olemaan tiettyjä nopeuksia, joilla esiintyy järjestelmän resonans-25 seja. Resonanssit voivat olla erityisen voimakkaita joillakin nopeuksilla ja ne voivat aiheuttaa mahdollisia värähtelyongelmia, jotka ovat niin-muodoin mahdollisesti erittäin vaikeita.

Tämän keksinnön tavoitteena on saada aikaan menetelmä ja laitteisto 30 kriittisen nopeuden välttämiseksi käytettäväksi säädettävänopeuksisen tuuliturbiini-generaattorin nopeuden ohjaamisessa.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: 35 4 39534 tuuli turbiinin generaattorin antotehon havaitseminen ja suodatetun antotehosignaalin antaminen, jonka signaalin suuruus ilmaisee antotehon; generaattorin roottorin nopeuden havaitseminen ja nopeussignaalin anta-5 niinen, jonka signaalin suuruus ilmaisee nopeuden; nopeuden käskysignaalin laskeminen sen mukaan, mikä on lasketun no-peudenkäskysignaalin riippuvuus havainnoidusta antotehon signaalikäyrästä ensimmäisen ja toisen tehotason välisiä suodatetun antotehon signaalin 10 suuruuksia varten ja valitun ensimmäisen ja toisen nopeusrajaparin välisiä turbiinin roottorin nopeuksia varten, joista rajoista kumpikin on kriittisen nopeuden alapuolella, ja ensimmäinen nopeusraja on pienempi kuin toinen nopeusraja, niin 15 että lasketun nopeudenkäskysignaalin käyrän jyrkkyys suhteessa havainnoituun antotehon signaalikäyrään ensimmäisen ja toisen rajan välillä on erilainen kuin käyrän jyrkkyys ensimmäisen nopeusrajan alapuolella; ja nopeuden käskysignaalin laskeminen sen mukaan, mikä on lasketun no-20 peudenkäskysignaalin riippuvuus havainnoidusta antotehon signaalikäyrästä ensimmäisen ja toisen tehotason välisiä suodatetun antotehon signaalin suuruuksia varten ja roottorin nopeuksia varten valitun kolmannen ja neljännen nopeusrajaparin välisiä roottorin nopeuksia varten, joista rajoista kumpikin on kriittisen nopeuden yläpuolella, ja kolmas nopeus-25 raja on pienempi kuin neljäs nopeusraja, niin että lasketun nopeudenkäskys ignaalin käyrän jyrkkyys suhteessa havainnoituun antotehon signaalikäyrään kolmannen ja neljännen rajan välillä on erilainen kuin käyrän jyrkkyys neljännen nopeusrajan yläpuolella.

30 Keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista, että laitteistoon kuuluu; nopeusanturi, joka reagoi joko tuuliturbiinin roottorin tai generaattorin roottorin nopeuteen antaakseen havainnoidun turbiinigeneraattorin nopeus-35 signaalin; I: 5 89534 tehoanturi, joka reagoi generaattorin antotehoon antaakseen havainnoidun tehosignaalin; alipäästösuodatinlaite, joka reagoi havainnoituun tehosignaaliin an-5 taakseen ensiasteen viiveaikavakiosuodatuksen havainnoidusta tehosig-naalista suodatettuna tehosignaalina; ohjain, joka reagoi havainnoituihin nopeusignaaleihin ja havainnoituihin ja suodatettuihin tehosignaaleihin ja joka sisältää elimet no· 10 peudenkäskysignaalin antamiseksi sen mukaan, mikä on lasketun nopeuden-käskysignaalin riippuvuus havainnoidusta tehosignaalikäyrästä suodatettuja tehosignaalin suuruuksia varten ensimmäisen ja toisen tehotason välillä kriittisen nopeusarvon kohdalla ja valittujen ensimmäisen ja toisen nopeusrajaparin välisiä nopeuksia varten, joista rajoista kumpikin 15 on kriittisen nopeuden alapuolella ensimmäisen nopeusrajan ollessa pienempi kuin toinen nopeusraja, niin että lasketun nopeudenkäs-kysignaalin käyrän jyrkkyys suhteessa suodatetun tehosignaalin käyrään ensimmäisen ja toisen rajan välillä on erilainen kuin käyrän jyrkkyys ensimmäisen nopeusrajan alapuolella; 20 elimet nopeuden käskysignaalin antamiseksi sen mukaan, mikä on lasketun nopeudenkäskysignaalin riippuvuus havainnoidun tehosignaalin käyrästä suodatettuja tehosignaalin suuruuksia varten ensimmäisen ja toisen tehotason välillä ja valittujen kolmannen ja neljännen nopeusrajaparin 25 välisiä nopeuksia varten, joista rajoista kumpikin on kriittisen nopeuden yläpuolella kolmannen nopeusrajan ollessa pienempi kuin neljäs nopeusraja, niin että lasketun nopeudenkäskysignaalin käyrän jyrkkyys suhteessa suodatetun tehosignaalin käyrään kolmannen ja neljännen rajan välillä on erilainen kuin käyrän jyrkkyys neljännen nopeusrajan yläpuolella, ja 30 elimet, jotka reagoivat laskettuun nopeudenkäskysignaaliin ja havainnoituun turbiinigeneraattorin nopeussignaaliin antaakseen tuulitur-biinigeneraattorin vääntömomentin ohjaussignaalin generaattorin vääntö-momentin ohjaamiseksi.

35 6 39534 Tämän keksinnön erään piirteen mukaan generaattorin vääntömomenttia ohjataan tavalla, joka säätelee roottorin kärjen nopeutta tuulen nopeuden suhteen. Vääntömomenttirajan yläpuolella generaattorin vääntömomenttia ohjataan siten, että roottorin kärjen nopeutta säädellään nopeuksissa, 5 jotka ovat suuremmat kuin vakionopeussuhteen määräämät nopeudet, aina nopeus- tai tehorajaan asti. Suuremmat saavutetut nopeudet määräytyvät yleisesti nopeuden käskysignaalin välityksellä, joka signaali kasvaa valitussa tahdissa, joka voi olla lineaarinen suhteessa generaattorin antotehoon allakuvattua lukuunottamatta.

10

Edelleen tämän keksinnön erään piirteen mukaisesti kuvattu menetelmä ja laitteisto lisää nopeutta valitussa tahdissa, joka voi olla lineraarinen, suhteessa generaattorin antotehoon, paitsi kriittisen nopeuden lähituntumassa. Mikäli valittu tahti on lineaarinen, se muutetaan hitaammin 15 kasvavaksi lineaariseksi tahdiksi aivan kriittisen nopeuden ylä- ja alapuolella, jotta antotehoa olisi mahdollista lisätä tai vastaavasti vähentää kriittisen pisteen ohitse. Epäyhtenäinen käsky kriittisen nopeuden välttämiseksi annetaan sitten nopeuden käskysignaalissa, mikä saa aikaan äkillisen nopeudenmuutoksen kriittisen nopeuden läpi, jolloin 20 sitä seuraa vastaava antotehon muutos.

Edelleen tämän keksinnön erään piirteen mukaisesti, mikäli nopeus kasvaa kriittisen nopeuden alapuolella ja nopeuden käskysignaali nostetaan korkeammalle tasolle juuri ennen kriittisen nopeuden saavuttamista, 25 nopeus kasvaa äkillisesti ja menee nopeasti kriittisen nopeuden läpi antotehon laskiessa. Samalla tavoin mikäli nopeus laskee kriittisen nopeuden yläpuolella ja nopeuden käskysignaali asetetaan alemmalle tasolle juuri ennen kriittisen nopeuden saavuttamista, nopeus laskee äkillisesti ja menee nopeasti kriittisen nopeuden läpi antotehon kasva -30 essa.

Edelleen tämän keksinnön erään piirteen mukaisesti nopeus kasvaa valitussa tahdissa, kunnes se saavuttaa ensimmäisen alemman nopeusrajan krLittisen nopeuden alapuolella. Ensimmäinen alempi nopeusraja osuu 35 yksiin ensimmäisen generaattorin antotehorajan kanssa. Tuossa pisteessä valittu kasvutahti pienennetään alhaisemmaksi kasvutahdiksi pitkin 7 39534 alempaa alemman tahdin linjaa, kunnes toinen tehoraja saavutetaan, joka raja vastaa toista alempaa nopeusrajaa aivan kriittisen nopeuden alapuolella. Tuossa pisteessä enempiä nopeuden lisäyksiä, tuulenpuuskasta tai muusta aiheutuvia, seuraa määrätyssä nopeustasossa äkillinen askel -5 muutos arvoon, joka on reilusti kriittisen nopeuden yläpuolella. Tuuli-turbiini kasvattaa äkillisesti nopeuttaan pienentämällä generaattorin ilmaraon vääntömomenttia ja kulkee nopeasti kriittisen nopeuden läpi, kun generaattorin antoteho samanaikaisesti vähenee jossakin määrin kompen-soidakseen nopeuden äkillisen lisääntymisen. Tuosta pisteestä eteenpäin 10 muutokset määrätyssä nopeudessa tapahtuvat myös samassa pienennetyssä lineaarisessa tahdissa, mutta ylemmällä alemman tahdin linjalla. Nopeuden lisäyksissä nopeus kasvaa, kunnes toinen tehoraja jälleen kerran saavutetaan, missä pisteessä käskysignaalin muutoksen valitusta tahdista pidetään taas kiinni. Mitä tahansa myöhemmin seuraavia nopeudenlaskuja, jotka 15 putoavat ylemmän alemman tahdin linjan ja valitun linjan yhtymiskohtaa vastaavan neljännen nopeusrajan alapuolelle, tullaan taas ohjaamaan vähennettyyn muutostahtiin ylempää alemman tahdin linjaa pitkin. Vähenemisiä voi edelleen esiintyä aina kolmanteen nopeusrajaan asti, joka raja on aivan kriittisen nopeuden yläpuolella vastaten ensimmäistä 20 tehorajaa. Edelleen tuon pisteen alapuolelle meneviä nopeudenlaskuja seuraa vaiheittainen käskysignaalin tason lasku pisteeseen, joka on alemmalla alemman tason linjalla, ja niin edelleen.

Näin tämä keksintö antaa tehokkaan menetelmän ja välineet kriittisen 25 nopeuden välttämiseksi, mikä nopeus saattaa aiheuttaa tuuliturbiinissa ei-toivottuja värähtelyjä. Menetelmä ottaa huomioon sen, että kasvulinjan maksimitehokkuuden nopeustahti olisi toivottavaa ylläpitää, kun samalla tuota kasvutahtia tulisi välttää siellä, missä se voisi johtaa kriittistä nopeutta vastaaviin käskettyihin nopeuksiin.

30 Tämän keksinnön nämä ja muut tavoitteet, ominaispiirteet sekä edut käyvät selvemmin ilmi keksinnön parhaan, oheisessa piirustuksessa kuvatun ·· toteutusmuodon yksityiskohtaisesta selvityksestä, jossa: 35 Kuvio 1 on yksinkertaistettu lohkokaaviokuva säädettävänopeuksisesta tuuliturbiinista ja ohjaimesta; 8 39534

Kuvio 2 on yksinkertaistettu lohkokaaviokuva samanlaisesta säädettävä-nopeuksisesta tuuliturbiinista kuin kuviossa 1, paitsi että kuvio 2 esittää tuuli turbiinin ohjaimen yksinkertaistetussa systeemitasoisessa kaaviomuodossa, mikä auttaa ymmärtämään joitakin tämän keksinnön näkö-5 kohtia;

Kuvio 3 on kuvaus tietyn tuulikoneen suorituskykykartästä ja esittää toiminnan hyötykertoimen, PR tai Cp, ja lavan kärjen nopeussuhteen, VR, välisen suhteen; 10

Kuvio 4 on kuvaus generaattorin antotehon ja valitun generaattorin nopeuden vertailusignaalin välisestä suhteesta käytettäväksi generaattorin nopeuden ohjaamisessa; 15 Kuvio 5 esittää sovellutuksen kuvion 4 kuvauksesta, mikä sovellutus esittää tämän keksinnön mukaista kriittisen nopeuden välttämistekniikkaa;

Kuvio 6 on tilan siirtymiskaavio, joka esittää tavan käsitteellistää 20 tämän keksinnön mukaisen tuuliturbiinin toiminta; ja

Kuvio 7 on yksinkertaistettu kulkukaaviokuvaus aliohjelmasta tuulitur-biinia ohjaavassa tietokoneohjelmassa, joka kuvaus esittää, kuinka tämän keksinnön nopeuden välttämistekniikka voitaisiin toteuttaa erikoiskäyt-25 töön tarkoitetulla tietokoneella.

Kuvio 1 on kuvaus säädettävänopeuksisesta tuuliturbiinista 10. Turbiinin roottorin akselissa 12, jonka toisessa päässä on napa 14, on ainakin yksi lapa 16 kiinnitettynä napaan. Vaihteistossa 18 matalanopeuksinen puoli 20 30 on kiinnitetty turbiinin roottorin akselin toiseen päähän. Vaihtovirta-generaattorissa 22 generaattorin roottorin akseli 24 on kiinnitetty vaihteiston suurinopeuksiseen puoleen 26. Turbiinin roottorin vääntö-momentti (Qs) käyttää generaattorin roottoria vaihteiston välityksellä. Generaattori antaa ilmaraon vääntömomentin (Qg), joka on toisella puolella 35 kuin kytketty turbiinin roottorin vääntömomentti. Vaihtovirtageneraattori antaa vaihtelevataajuuksista vaihtovirtaa linjalla 28 taajuudenmuuttimeen 9 39534 30, joka muuttaa vaihtelevataajuuksisen vaihtovirran kiinteätaajuuksisek-si vaihtovirraksi linjalle 32, joka vaihtovirta puolestaan viedään voimaverkkoon 34.

5 Säädettävänopeuksisen tuuliturbiinin ohjaimeen 36 kuuluu signaaliprosessori 37, jossa on keskusyksikkö (CPU) 38 ja syöttö- ja tulostusyksikkö (I/O) 40, joka muodostaa rajapinnan väylän 42 kanssa. Signaaliprosessoriin voi kuulua myös lukumuistiyksikkö (ROM) 44 ja poimintarauistiyksikkö (RAM) 46 sekä muuta laitteistoa (ei esitetty). Signaaliprosessorin 10 syöttö- ja tulostusyksikkö reagoi linjalla 48 kulkevaan generaattorin akselin nopeuteen reagoivan nopeusanturin 50 antamaan generaattorin nopeutta koskevaan signaaliin (NG). On tietenkin ymmärrettävä, että varsinainen nopeusmittaus voitaisiin tehdä yhtä hyvin muissakin kohdissa sopivalla signaalin skaalauksella, esimerkiksi akselilla 12, kuten 15 jäljempänä kuvataan yksityiskohtaisemmin. Syöttö- ja tulostusyksikkö 40 reagoi myös linjan 52 tehoanturista 54 tulevaan tehosignaaliin (PE) . Tehoanturi reagoi tehon suuruuteen, joka annetaan linjalla 28 taajuuden-muuttimeen. On myös ymmärrettävä, että generaattorin vaihtelevataajuuksi-nen vaihtovirtateho ei ole ainoa tällaisen antotehon mittauksen lähde. 20 Säädettävänopeuksisen tuuliturbiinin ohjain 36 itse asiassa määrittää signaaliprosessorin avulla minkälainen generaattorin ilmaraon vääntömo-mentin tulisi olla sen funktion mukaan, joka määrittää vastaanotetun tehon riippuvuuden generaattorin nopeudesta, jotta saavutettaisiin maksimiteho. Sen jälkeen kun on määritetty mikä tämän tason tulisi olla, 25 signaaliprosessori antaa syöttö- ja tulostusyksikkönsä 40 kautta generaattorin vääntömomentin käskysignaalin linjalla 56 taajuudenmuuttimeen.

Taajuudenmuutin voi olla esimerkiksi syklomuutin tai tasasuuntain-vaihto-suuntainpari, jota yhdistää tasavirtakytkentä. Nämä molemmat ja muutkin 30 taajuudenmuutintyypit ovat alalla hyvin tunnettuja eikä niitä tarvitse käsitellä tässä yksityiskohtaisesti. Riittää kun mainitaan, että elektro-nistyyppiset muuttimet käyttävät vaiheohjattuja tyristoreita ohjaamaan tehovirtauksen taajuudenmuuttimen läpi. Tämä tapahtuu ohjaamalla tyristorin porttien laukaisun vaihekulmaa sähköverkon vaiheeseen nähden, jotta 35 pystyttäisiin ohjaamaan pätöteho- ja loistehovirtaa. Täten taajuuden-muuttimessa on yleensä liipaisupiiri (ei esitetty), joka reagoi vääntö- 10 89 53 4 momentin käskysignaaliin ja antaa liipaisupulsseja taajuudenmuuttimessa oleviin tyristoreihin. Kuten aikaisemmin esitettiin, yksityiskohtainen kuvaus taajuudenmuuttimesta ja liipaisupiiristä on tässä tarpeeton eikä sitä esitetä, koska nämä yksityiskohdat ovat hyvin tunnettuja taajuuden-5 muuttimien alalla.

Roottorin ohjain 57 voidaan asentaa ohjaamaan aerodynaamista vääntömo-menttia rajana olevan vääntömomentin yläpuolella tarkoituksena rajoittaa työntövoimaa. Tämä voi olla muodoltaan lavan nousukulman tai turbiinin 10 ajautumiskulman ohjain.

Kuvio 2 on samanlainen kuin kuvio 1, paitsi että kuvio 2 esittää kuvion 1 säädettävänopeuksisen tuuliturbiinin ohjaimen yksinkertaistetussa systeemitasoisessa muodossa, mikä auttaa ymmärtämään paremmin tämän 15 keksinnön keskeiset opetukset. Kuviossa 2 esitetään säädettävänopeuksisen tuuliturbiinin ohjain, joka reagoi samoihin nopeus- ja tehosignaaleihin 48,52 ja antaa myös saman vääntömomentin käskysignaalin linjalla 56 taajuudenmuuttimeen 30. Aiipäästötyyppinen suodatin 52b antaa suodatetun antotehosignaalin linjalla 52a ohjelmaan 58. Turbiinin roottorin nopeus -20 signaali linjalla 162 viedään myös ohjelmaan 58. Huomataan, että kuvion 1 signaaliprosessorin laitteisto on korvattu toimintalohkoilla, jotka kuvaavat täydellisemmin tämän keksinnön mukaista ohjaustapaa. Ohjelma 58, joka kuvion 1 digitaalisessa toteutusmuodossa saattaa käsittää hakutaulu-kon, reagoi linjan 52a suodatettuun tehosignaaliin, linjan 52 tehosignaa-25 liin ja linjan 162 turbiinin roottorin nopeutta koskevaan signaaliin. Ohjelma käsittää toiminnallisen suhteen tehosignaaliarvojen ja vastaavien generaattorin nopeuden vertailusignaalin (käskysignaalin) arvojen välillä. Vastauksena havainnoituihin tehosignaalitasoihin nopeuden vertai-lusignaali (Ν^γ) tulostetaan linjalla 60 summauskohtaan 62, jossa tehdään 30 vertailu linjan 60 nopeuden vertailusignaalin ja linjan 48 generaattorin nopeussignaalin välillä. Integraattori 66 integroi linjan 64 erotus-signaalin ja antaa vääntömomentin käskysignaalin linjalla 56 taajuudenmuuttimeen 30. Näin nähdään, että kuvion 1 signaaliprosessorin keskusyksikön (CPU) 38 tehtävä yhdessä esimerkiksi lukumuistin 44 kanssa, joka 35 lukumuisti saattaa sisältää hakutaulukon, on havaita generaattorin antaman tehon taso ja määrittää tuon havaitun tehotason perusteella se il 89534 generaattorin nopeus, jolla maksimi tehokkuus saavutetaan (määrittäminen tapahtuu ennalta ohjelmoidun hakutaulukon, lukumuistin 44 tai ohjelman 58 avulla). Sitten ohjain tuottaa nopeuden vertailusignaalin, jota verrataan generaattorin nopeutta koskevaan signaaliin. Erotus integroidaan antamaan 5 vääntömomentin käskysignaali taajuudenmuuttimeen tehovirtauksen ohjaamiseksi voimaverkkoon 34 ja täten ilmaraon vääntömomentin säätelemiseksi vaihtovirtageneraattorissa.

Kuvio 3 on kuvaus suorituskykykartasta tiettyä tuulikonetta varten ja 10 esittää suhteen toiminnan hyötykertoimen ja lavan kärjen nopeussuhteen (Cp) - tunnettu myös lyhenteenä VR - välillä. Vakionopeuksisten tuulitur-biinien ei ollut mahdollista toimia suorituskykykartan huipulla, koska tuulen nopeus vaihtelee. Säädettävänopeuksisessa tuulikoneessa nopeus -suhde voidaan sen sijaan pitää vakiona antamalla kärjen nopeuden seurata 15 tuulen nopeutta suhteen säilyttämiseksi. Täten maksimitehokkuuden saamiseksi säädettävänopeuksisessa tuuliturbiinissa konstruktion täytyy pyrkiä pitämään nopeussuhde sellaisessa pisteessä, jossa toiminnan hyötykerroin maksimoituu. Tämä piste vastaa kuvion 3 pistettä A-B (70).

20 Kuvio 4 on kuvaus suhteesta generaattorin antotehon ja generaattorin vertailunopeuden välillä linjaa 71 pitkin. Tätä suhdetta käytetään ohjattaessa generaattorin nopeutta nopeussuhteen pitämiseksi vakiona arvossa, joka maksimoi toiminnan hyötykertoimen vastaten kuvion 3 pistettä 70. Kuvio 4 kuvaa myös tapaa, jolla nopeus kasvaa, kun vääntömomentti 25 pidetään vakiona. Jotta toimittaisiin niin, että vääntömomentti ja nopeussuhde olisivat vakioita, kuten yllä on kuvattu, aerodynaamista (nousukulraan tai ajautumiskulman) ohjausta olisi käytettävä vääntömomentin rajan pisteestä 74 (B) ylöspäin.

30 Linjan 71 muodostavien pisteiden ura alkaen pisteestä 72 (A) ja loppuen pisteeseen 74 (B) kuvaa generaattorin toivottua nopeutta eri tehotasoilla maksimitehokkuuden saavuttamiseksi vakiollisen nopeussuhteen toiminnassa vääntömomenttirajan alapuolella. Toiminta pisteiden 72 ja 74 (A ja B) välillä vastaa toimintaa kuvion 3 pisteessä 70. Siellä missä haluttu 35 nopeussuhde on kiinteä vakio ja vastaava toiminnan hyötykerroin on maksimaalinen kiinteä vakio, generaattorin antotehon ja tuon tehon 12 89534 saavuttamiseksi välttämättömän generaattorin nopeuden välinen suhde on mahdollista laskea. Toisin sanoen, koska teho on verrannollinen tuulen nopeuden kolmanteen potenssiin ja koska generaattorin nopeus on verrannollinen tuulen nopeuteen, teho on silloin välttämättä verrannollinen 5 generaattorin nopeuden kolmanteen potenssiin ja generaattorin nopeus on verrannollinen tehon kuutiojuureen. Näin kuvio 4 pisteestä 72 pisteeseen 74 pisteitten 71 uraa pitkin on kartta, joka sanelee generaattorin nopeuden vaadittavan säätämisen havainnoituun tehoon nähden ja epäsuorasti tuulen nopeuteen nähden. Havainnoimalla näin generaattorin antoteho ja 10 tutkimalla kuviossa 4 esitettyä toiminnallista suhdetta, vaadittava generaattorin nopeus nopeussuhteen ylläpitämiseksi saadaan suoraan ja tehokkuus maksimoituu automaattisesti. EP-patenttihakemusjulkaisussa 0 223 731 selitetään ja esitetään vaatimuksina tällainen ohjausmenetelmä. Tuossa hakemuksessa nopeussuhteeltaan vakiollista toimintaa jatketaan 15 vääntömomentin ollessa vakio pisteen B yläpuolelle käyttämällä myös hyväksi nousukulman tai ajautumiskulman ohjausta aerodynaamisen vääntö-momentin moduloimiseen.

EP-patenttihakemusjulkaisussa 0 223 729 on selitetty ja esitetty vaati-20 muksina toinen menetelmä ja laite energian talteenoton kasvattamiseksi rajana olevan vääntömomenttipisteen 74 yläpuolelle, ilman että käytetään hyväksi nousukulman tai ajautumiskulman ohjausta. Koska tuo menetelmä ja laitteisto kuvataan siinä hakemuksessa täydellisesti, niitä kuvataan tässä vain siinä määrin kuin on tarpeellista yleisten periaatteiden 25 selvittämiseksi.

Tässä kuvatusta ja vaatimuksina esitetystä erityisestä säädettävänopeuk-sisen tuuliturbiinin ohjaimesta EP-patenttihakemusjulkaisun 0 223 729 opetukset esittävät, että generaattorin nopeuden tulee antaa kasvaa 30 vapaasti pisteitten 78 uraan pitkin pisteen 74 (B) ja pisteen 76 (C) välillä, jossa pisteessä 76 (C) nopeus- tai tehoraja saavutetaan. Täten, vaikka generaattorin ilmaraon vääntömomentti pidetään vakiona, roottorin nopeuden annetaan kasvaa siten, että energian talteenotto maksimoidaan pysymällä kuvion 3 suorituskykykartalla pisteestä 70 pisteeseen 76 35 pisteitten 80 vastaavaa uraa pitkin. Kuviosta 3 havaitaan, että vääntö-momenttirajan yläpuolella nopeussuhde kasvaa ja toiminnan hyötykerroin

II

3 9 5 3 4 pienenee. Vaikka pisteen 70 kuvaamaa maksimitehokkuutta ei enää voida ylläpitää, pisteitten 80 ura edustaa parasta mahdollista tehokkuutta, joka voidaan saada irti näissä olosuhteissa. Jos tarkastellaan vielä kuviota 4, pisteitten 78 ura vastaa kuvion 3 pisteitten 80 uraa ja 5 edustaa samalla tavoin parasta mahdollista generaattorin nopeuden ohjausta annetuissa tuulen nopeuksissa.

Kuvio 5 on kuvaus toiminnallisesta suhteesta mitatun toimitetun generaattorin antotehon (abskissa) ja määrätyn tai toivotun generaattorin nopeu-10 den (ordinaatta) mitatun osuuden välillä. Kuvio 5 on muodoltaan samanlainen kuin kuvio 4, mutta sitä on muutettu tämän keksinnön opetusten mukaisesti kriittisen nopeuden alueella.

Samoin kuin kuvion 4 yhteydessä on selitetty, kuvion 5 generaattorin 15 nopeutta voidaan ohjata pisteittein 88 uraa pitkin pisteestä 90 (A) pisteeseen 92 (B) nopeussuhteen pitämiseksi vakiona arvossa, joka maksimoi toiminnan hyötykertoimen. Kuviossa 5 kuvataan erilainen tapa ohjata generaattorin nopeutta antotehon lisäämiseksi vääntömomenttirajan pisteen 92 (B) yläpuolelle kuin kuviossa 4 esitetty tapa. Tämän keksinnön mukaisesti 20 pisteitten 94,100,102,104 ura vääntömomenttirajan (B) yläpuolella on muu kuin suora viiva ja siihen voi kuulua rata, joka poikkeaa kuviossa 4 esitetystä suorasta viivasta pisteen 110 (P) ja pisteen 112 (T) välillä, jotta vältettäisiin turbiinin käyttö kriittisellä nopeudella (NT (CRIT)), joka nopeus vastaa käskettyä kriittistä nopeutta 113 (SR CRIT). Tämän 25 keksinnön mukaan valitaan pisteitten 100 ura pisteestä 110 (P) pisteeseen 120 (R), jotta vältettäisiin turbiinin käyttö sen kriittisellä nopeudella (NT (CRIT)), mikä saisi tuuliturbiinin resonoimaan mekaanisesti. Pisteitten 100 uran ei tarvitse olla juuri sellainen kuin kuviossa 5 on esitetty, vaan se voi olla mikä tahansa rata, joka välttää kriittisen nopeuden. 30 On selvää, että voidaan valita useita mahdollisia ratoja, ja vaikka seuraava yksityiskohtainen kuvaus esittää yhden sellaisen radan toteutustavan, tulisi ymmärtää, ettei tämä keksintö rajoitu tähän ainoaan alla - yksityiskohtaisesti kuvattuun rataan.

35 Mikäli toimittaessa pisteitten 100 uralla, vastaanotetun tehon suodatettu arvo ylittää valitun arvon 121 (PE3) ja anturin 158 (katso kuvio 1) 14 39534 anCama turbiinin roottorin nopeussignaali linjalla 162 ylittää valitun nopeusarvon 121b (SRLO), nopeuden vertailuarvossa siirrytään välittömästi pisteitten 100 uralta pisteitten 104 uralle ja seuraavat nopeuden vertailuarvot valitaan pisteitten 104 uralta pisteen 124 (S) ja pisteen 112 (T) 5 väliltä. On tietysti ymmärrettävä, että siirtymisen viestittämisessä olisi turbiinin roottorin nopeuden sijaan voitu käyttää generaattorin roottorin nopeutta sopivan aiipäästotyyppisen suodattimen läpi suodatettuna. Pisteet R pisteitten 100 uralla ja piste R' pisteitten 104 uralla kuvaavat muuttumattomia toimintaolosuhteita saman tuulen nopeuden valli-10 tessa.

Käskysignaalin siirtymisen jälkeen, kuten on osoitettu katkoviivalla pisteestä R pisteeseen R' , generaattorin todellinen nopeus nousee uuteen käskettyyn arvoon kuvion 2 integraattorin 66 määräämässä tahdissa. No-15 peuden käskysignaali määräytyy edelleen pisteitten 104 uran mukaan niin kauan kuin turbiinin nopeus pysyy valitun nopeusarvon 121d (SRHI2) alapuolella; tai se pysyy valitun nopeuden 121e (SRHI) yläpuolella ja vastaanotettu teho pysyy valitun tehoarvon 121a (ΡΕ0) ja PE3 välisellä alueella. Mikäli sekä suodatettu havainnoitu teho ylittää PE3:n pisteessä 20 112 (T) ja turbiinin roottorin nopeus ylittää valitun nopeusarvon 121d (SRHI2), nopeuden vertailuarvo määräytyy, pisteen 112 yläpuolella, pisteitten 102 uran mukaan pisteestä 112 (T) pisteeseen 126 (C). Piste 126 (C) on nopeus- tai tehoraja.

25 Mikäli, toimittaessa pisteitten 104 uralla, turbiinin roottorin nopeus putoaa valitun nopeusarvon 121e (SRHI) alapuolelle ja suodatettu havainnoitu teho putoaa PE0:n alapuolelle, siirrytään, kuten katkoviiva 105 osoittaa, välittömästi takaisin pisteitten 100 uralle pisteestä S (124) pisteeseen 128 (S').

30

Kuvioiden 1 ja 2 säädettävänopeuksisen tuuliturbiinin ohjaimessa 36 on kuvion 1 signaaliprosessorissa 37 nopeudenvälttämislogiikka tai -menetelmä. Ohjeet varastoitaisiin tavallisesti lukumuistiin (ROM) 44 ja pantaisiin täytäntöön yhdessä poimintamuistin (RAM) 46, keskusyksikön (CPU) 38, 35 väylän 42, syöttö- ja tulostusyksikön 40 sekä kaikkien muiden kuviossa 1 esitettyjen elementtien ja signaalien kanssa. Tapa, jolla signaaliproses- is 39534 sori 37 suorittaa kuviossa 5 esitetyn nopeudenvälttaraismenetelmän toteuttamisessa välttämättömät vaiheet, esitetään tarkemmin kuvioissa 6 ja 7, jotka esittävät tilansiirtokaaviota ja vastaavasti kulkukaaviota, jotka voidaan koodata lukumuistiin (ROM) kuvion 1 signaaliprosessorin 37 ymmär-5 tämällä kielellä. Valittu erityinen kieli ei ole tässä selitetylle keksinnölle olennainen eikä sitä esitetä tässä yksityiskohtaisesti.

Kuviossa 6 esitetään tilansiirtokaavio, jolla pystytään kuvaamaan paremmin kuvion 5 suunnitelmaa "tilakoneena".

10

Nopeudenvälttämislogiikka jaetaan neljään toimintatilaan. Kahden binaarisen lipun, LIPUN 1 ja LIPUN 2, binääriluvun tilaa käytetään tilojen määrittelemiseen seuraavasti:

15 LIPPU 1 LIPPU 2 TILA

0 0 1 0 12 1 0 3 20 1 1 4 TILA 1 140 määritellään toiminnaksi kuvion 5 pisteen 110 (P) alapuolella, toisin sanoen pitkin linjaa A-B-P. TILA 2 142 määritellään toiminnaksi pitkin linjaa P-R, pitkin pisteitten 100 uraa pisteitten 110 ja 120 25 välillä. TILA 3 144 määritellään toiminnaksi pitkin linjaa S-T, pitkin pisteitten 104 uraa pisteitten 124 ja 112 välillä. TILA 4 146 määritellään toiminnaksi pitkin linjaa T-C, pitkin pisteitten 102 uraa pisteitten 112 ja 126 välillä. Tilojen väliset siirtymiset tapahtuvat havainnoidun turbiinin roottorin nopeuden ja generaattorin tehon suodatetun arvon 30 funktiona, kuten tilojen välisillä merkityillä siirtolinjoilla kuvataan.

Kuvion 6 numeroidut tilat 140,142,144 ja 146 kuvataan myös kuviossa 5 ympyröityinä numeroina niitä vastaavien pisteurien läheisyydessä. Täten TILA 1 140 esitetään ympyröitynä numerona yksi pisteitten 88 uran lähellä 35 ja uudelleen pisteitten 94 uran lähellä, kun taas TILA 2 142 esitetään samalla tavoin pisteitten 100 uran läheisyydessä. Samoin TILA 3 144 esi- ie 8 9 534 tetään lähellä pisteitten 104 uraa ja TILA 4 146 esitetään pisteitten 102 uran lähellä.

Edelleen kuviossa 6 siirtolinja 150 osoittaa siirtymän TILASTA 1 140 5 TILAAN 2 142 vain, jos tuuliturbiinin mitattu roottorin nopeus on suurempi tai yhtä suuri kuin valittu nopeus SRLO 2. Kuviossa 1 esitetään nopeusanturi 158, joka antaa turbiinin roottorin nopeutta koskevan signaalin (NT) linjalla 162 signaaliprosessorin 37 syöttö- ja tulos-tusyksikköön 40. Tässä tapauksessa on toivottavaa asentaa turbiinin 10 roottoria varten erillinen nopeusanturi, koska turbiinin roottori reagoi hitaammin kuin generaattorin roottori ja aiheuttaa vähemmän todennäköisesti generaattorin roottorin lyhytaikaisista nopeusvaihteluista johtuva ei-toivottuja tilansiirtoja. Vaikka erilaisia nopeusrajoja, toisin sanoen SRHI2, SRHI, SRCRIT, SRLO ja SRL02 esitetään kuviossa 5 mitattuna turbii-15 nin roottorin nopeussignaalin arvoja kuvaavaa asteikkoa vasten, tulisi ymmärtää, että generaattorin roottorin nopeuden vertailuarvot on skaalattu ottamaan huomioon välityssuhde.

TILASSA 1 kuvion 1 signaaliprosessori 37 laskee generaattorin nopeuden 20 vertailusignaalin kuvion 5 pisteitten 88 ja pisteitten 94 uran mukaan, toisin sanoen linjan A-B-P mukaan. TILASSA 2 taas generaattorin nopeuden vertailuarvo lasketaan käyttämällä pisteitten 100 uraa, toisin sanoen pisteestä 110 pisteeseen 120 (P:stä R:ään). Sen jälkeen kun on siirrytty TILASTA 1 TILAAN 2, lipun numeron tila vaihtuu nollasta yhdeksi LIPUN 1 25 pysyessä nollassa.

TILASTA 2 voidaan tehdä siirtymä TILAAN 3, kuten siirtolinja 170 osoittaa. Tämä siirto tapahtuu vain, mikäli sekä turbiinin roottorin nopeus on suurempi tai yhtä suuri kuin SRLO ja generaattorin vastaanotetun antote-30 hon suodatettu arvo on suurempi kuin PE3. TILASSA 3 generaattorin nopeuden vertailuarvo lasketaan käyttämällä kuvion 5 pisteitten 104 uraa. Siirto takaisin TILAAN 2 voidaan tehdä, jos sekä turbiinin roottorin nopeus on pienempi tai yhtä suuri kuin SRHI ja generaattorin suodatettu antotehosignaali on pienempi tai yhtä suuri kuin ΡΕ0. Tällainen siirto 35 takaisin TILAAN 2 osoitetaan siirtolinjalla 172. TILASSA 3 LIPUN 1 tila on arvossa yksi ja LIPPU 2 on arvossa nolla.

17 39534

Havaitaan, että siirtymään TILASTA 2 TILAAN 3 kuuluu roottorin kiihdytys generaattorin antotehon vähenemisen kustannuksella. Tämä siksi, että olisi mahdollista esimerkiksi varastoida väliaikaisesti tuulenpuuskassa oleva energia turbiinin nopeuden kasvamisena. Samalla tavoin siirtymä 5 TILASTA 3 TILAAN 2, esimerkiksi tuulen nopeuden putoamisen takia, johtaa roottorin nopeuden pienenemiseen ja samalla generaattorin antotehon kasvamiseen. Mikäli tällaisten siirtymien sallittaisiin tapahtua tiukasti vastaanotetun tehosignaalin ja vastaanotetun generaattorin nopeussignaa-lin perusteella, voisi TILOJEN 2 ja 3 välillä tapahtua paljon nopeaa 10 jaksottelua. Esimerkiksi generaattorin alkuperäinen antotehopulssi, joka vaaditaan auttamaan hidastamaan roottoria siirtymää 105 toteutettaessa, saattaisi ylittää PE3:n, ja seurauksena voisi olla välitön siirtymä TILASTA 2 takaisin TILAAN 3! Tämän tyyppisen kierron välttämiseksi päätöksentekoprosessissa käytetään generaattorin vastaanotetun antotehon 15 suodatettua arvoa yhdessä hitaammin reagoivan turbiinin roottorin nopeuden kanssa, sen sijaan että käytettäisiin todellisia generaattorin antotehon ja generaattorin nopeussignaalin arvoja. Tehosignaalisuodatti-men taajuusvastekäyrä on sama kuin alipäästösuodattimen ensiasteen viiveaikavakio.

20

Toiminnasta TILASSA 3 144 voidaan tehdä siirtymä TILAAN 4 146, mikäli turbiinin roottorin nopeus tulee suuremmaksi kuin SRHI2, kuten siirto-linja 174 osoittaa. TILASSA 4 146 nopeuden vertailuarvo lasketaan käyttämällä kuvion 5 pisteitten 102 uraa pisteitten 112 ja 126 välillä. 25 Mikäli tuulen nopeus laskee, siirtymä voidaan tehdä TILASTA 4 146 takaisin TILAAN 3 144, mutta vain jos turbiinin roottorin nopeudeksi tulee vähemmän kuin SRHI2, kuten siirtolinja 176 osoittaa. TILASSA 4 146 sekä LIPPU 1 että LIPPU 2 asetetaan l:een.

30 Kuvion 6 tilansiirtokaavio voidaan toteuttaa tietokone-ohjelmassa, joka on toteutettu esimerkiksi kuviossa 1 esitetyn erityiskäyttöön tarkoitetun signaaliprosessorin 37 kaltaisella tietokoneella. Kulkukaavio voidaan toteuttaa käyttämällä mitä tahansa lukuisista ohjelmointikielistä riippuen prosessorissa 37 käytettäväksi valitun keskusyksikön tyypistä. Nämä 35 yksityiskohdat ovat tietysti hyvin tunnettuja signaaliprosessorien alalla eikä niitä tarvitse kuvailla tässä. Yleisesti ottaen kuviossa 7 tai jopa is 8 9 534 pelkästään kuviossa 6 esitetty kulkukaavio riittäisi antamaan ohjelmoijalle riittävät ohjeet tarvittavan koodin kirjoittamiseen.

Aloittaen kuvion 7 tulopisteestä 200 pannaan täytäntöön seuraava vaihe 5 202, jossa säädettävä PEFILT saatetaan ajantasalle arvoon, joka vastaa sähköisen tehosuodattimen signaalin lähdön arvoa. Sähköinen tehosuodatin suodattaa signaalin PE kuvion 1 linjalle 52. Tämä signaali suodatetaan, jotta estettäisiin ylläkuvattu kierto TILOJEN 2 ja 3 välillä.

10 Seuraavaksi toteutetaan päätöksentekovaihe 204, jossa tehdään päätös LIPUN 1 senhetkisestä arvosta. Jos arvo on yhtä kuin nolla, "tilakone" on joko TILASSA 1 tai TILASSA 2. Jotta pystyttäisiin päättämään, kummassa tilassa, suoritetaan seuraavaksi päätöksentekovaihe 206, jossa LIPUN 2 tila määritetään. Jos se on yhtä kuin nolla, tilakone on TILASSA 1 ja 15 kuvion 2 yhteenlaskuliitoksessa 62 tehtävän vertailun nopeuden vertailu tehdään kuvion 5 pisteitten 88 ja 94 uran mukaan, generaattorin antotehon senhetkisestä arvosta riippuen. Tätä laskemista osoittaa kuvion 7 laske-misvaihe 208. Sen jälkeen kun laskeminen on suoritettu vaiheessa 208, täytyy seuraavaksi päätöksentekovaiheessa 210 määrittää, onko turbiinin 20 roottorin nopeus suurempi vai yhtä suuri kuin alin nopeusraja SRL02. Tämä määrää sen, onko nopeus kasvanut kuvion 5 pisteen 110 (P) yläpuolelle. Ellei näin ole tapahtunut, toiminta jatkuu pitkin linjaa A-B-P ja vaiheessa 212 voidaan palata takaisin pääohjelmaan. Mikäli nopeus on kasvanut pisteen 110 (P) yläpuolelle, tilansiirto on silloin tapahtunut TILAAN 25 2 ja LIPPU 2 pannaan samanarvoiseksi kuin yksi vaiheessa 214 ennen palaamista takaisin pääohjelmaan.

Heti kun ollaan TILASSA 2, kuviossa 7 esitetyn aliohjelman seuraava täytäntöönpano antaa tavallisesti negatiivisen vastauksen vaiheessa 206 30 tehtyyn päätöksenteon lohkokysymykseen, mikä osoittaa, että tilakone toimii TILASSA 2. Täten nopeuden vertailusignaali lasketaan kuvion 5 pisteitten 100 uraa pitkin, kuten kuvion 7 laskentavaihe 216 osoittaa.

Seuraavaksi toteutetaan päätöksentekovaihe 218, jossa määritetään, onko 35 turbiinin roottorin nopeus suurempi vai yhtä suuri kuin SRLO ja onko generaattorin antotehon suodatettu arvo suurempi vai yhtä suuri kuin PE3.

19 89534

Ellei näin ole, toiminta tapahtuu edelleen TILASSA 2, ellei turbiinin roottorin nopeus ole pudonnut SRL02:n alapuolelle, kuten päätöksentekovaiheessa 220 on määritetty. Jos nopeus on laskenut noin alas, LIPPU 2 asetetaan takaisin vastaamaan nollaa, mikä osoittaa suunnanvaihtoa 5 takaisin TILAAN 1. Mikäli nopeus ei ole pudonnut, palataan takaisin pääohjelmaan suoraan vaiheen 212 kautta. Jos vaiheessa 218 tehtiin päätös, että sekä turbiinin roottorin nopeus että generaattorin antotehon suodatettu arvo ovat suuremmat kuin valitut rajat, silloin esitetään siirtymää TILAAN 3 ja LIPUT 1 ja 2 sovitetaan vaiheen 224 mukaan ennen 10 kuin paluu tehdään vaiheessa 212.

Palattaessa takaisin ohjelmaan vaiheessa 200, sen jälkeen kun PEFILT on saatettu muuttuvaksi, vaihe 204 osoittaa, jos tilakone on TILASSA 3, ettei LIPPU 1 ole yhtä kuin nolla ja seuraavaksi toteutetaan päätöksen-15 tekovaihe 226 sen määrittämiseksi, onko tilakone TILASSA 3 vai TILASSA 4. Jos LIPPU 2 on yhtä kuin nolla, tilakone on silloin TILASSA 3 ja nopeuden vertailusignaali lasketaan kuvion 5 pisteitten 104 uran mukaan laskenta-vaiheessa 228.

20 Seuraavaksi toteutetaan päätöksentekovaihe 230, jossa päätetään onko turbiinin roottorin nopeus pienempi vai yhtä suuri kuin SRHI ja onko PEFILT pienempi vai yhtä suuri kuin ΡΕ0. Ellei ole, toiminta rajoitetaan edelleen TILAAN 3, paitsi jos roottorin nopeus on suurempi tai yhtä suuri kuin SRHI2, kuten päätöksentekovaiheessa 232 määritettiin. Mikäli näin on 25 asianlaita, esitetään siirtymää TILAAN 4 ja LIPPU 2 asetetaan samanar-voikseksi kuin yksi vaiheessa 234. Ellei, palataan suoraan pääohjelmaan vaiheen 212 kautta.

Jos vaiheessa 230 tehtiin päätös, että turbiinin roottorin nopeus ja 30 generaattorin antotehon suodatettu arvo ovat valittuja rajoja pienemmät, silloin esitetään siirtymää takaisin TILAAN 2 ja LIPPU 1 asetetaan takaisin samanarvoiseksi kuin nolla ja LIPPU 2 takaisin samanarvoikseksi kuin yksi vaiheessa 236 ennen kuin palataan takaisin pääohjelmaan vaiheen 212 kautta.

35 20 3 9 5 34

Jos vaiheessa 226 päätetään, ettei LIPPU 2 ole yhtä kuin nolla, tilakone toimii TILASSA 4 ja nopeuden vertailusignaali lasketaan käyttämällä kuvion 5 pisteitten 102 uraa laskentavaihessa 238. Sen määrittämiseksi, toimiiko tilakone edelleen TILASSA 4, päätetään vaiheessa 240, onko 5 turbiinin roottorin nopeus pienempi kuin SRHI2. Ellei ole, tilakone toimii edelleen TILASSA 4 ja paluu pääohjelmaan tapahtuu vaiheen 212 kautta. Jos on, siirtymä takaisin TILAAN 3 on tehty ja LIPPU 2 on asetettu takaisin samanarvoiseksi kuin nolla vaiheessa 242 ennen paluuta takaisin pääohjelmaan vaiheen 212 kautta.

10 li

Claims (2)

2i 3 9 534

1. Menetelmä kriittisen nopeuden välttämiseksi käytettäväksi ohjattaessa säädettävänopeuksisen tuuliturpiinin nopeutta, tunnettu 5 siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: tuuliturpiinin generaattorin antotehon havaitseminen ja suodatetun antotehosignaalin (52a) antaminen, jonka signaalin suuruus ilmaisee antotehon; 10 generaattorin roottorin nopeuden havaitseminen ja nopeussignaalin (48) antaminen, jonka signaalin suuruus ilmaisee nopeuden; nopeuden käskysignaalin (60) laskeminen sen mukaan, mikä on lasketun 15 nopeudenkäskysignaalin riippuvuus havainnoidusta antotehon signaali- käyrästä (88,94,100,102,104) ensimmäisen ja toisen tehotason (121a,121) välisiä suodatetun antotehon signaalin suuruuksia varten ja valitun ensimmäisen ja toisen nopeusrajaparin (121c,121b) välisiä tur-20 piinin roottorin nopeuksia varten, joista rajoista kumpikin on kriittisen nopeuden alapuolella, ja ensimmäinen nopeusraja on pienempi kuin toinen nopeusraja, niin että lasketun nopeudenkäskysignaalin käyrän jyrkkyys suhteessa havainnoituun antotehon signaalikäyrään (100) ensimmäisen ja toisen rajan (121,121a) välillä on erilainen kuin käyrän 25 jyrkkyys ensimmäisen nopeusrajan (121c) alapuolella; ja nopeuden käskysignaalin (60) laskeminen sen mukaan, mikä on lasketun nopeudenkäskysignaalin riippuvuus havainnoidusta antotehon signaali-käyrästä (88,94,100,102,104) ensimmäisen ja toisen tehotason (121,121a) 30 välisiä suodatetun antotehon signaalin suuruuksia varten ja roottorin nopeuksia varten valitun kolmannen ja neljännen nopeusrajaparin ' (121d,121e) välisiä roottorin nopeuksia varten, joista rajoista kumpi kin on kriittisen nopeuden yläpuolella, ja kolmas nopeusraja on pienempi kuin neljäs nopeusraja, niin että lasketun nopeudenkäskysignaalin 35 käyrän jyrkkyys suhteessa havainnoituun antotehon signaalikäyrään (104) 22 3 9 5 3 4 kolmannen ja neljännen rajan välillä on erilainen kuin käyrän jyrkkyys neljännen nopeusrajan (121d) yläpuolella.

2. Laitteisto säädettävänopeuksisen tuuliturpiinigeneraattorin ohjaami-5 seksi parannetuilla tehokkuuksilla ja muulla kuin kriittisellä nopeudella, tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu: nopeusanturi (50,158), joka reagoi joko tuuliturpiinin roottorin tai generaattorin roottorin nopeuteen antaakseen havainnoidun turpiini -10 generaattorin nopeussignaalin (48,162); tehoanturi (54), joka reagoi generaattorin antotehoon antaakseen havainnoidun tehosignaalin (52); 15 alipäästösuodatinlaite (52b), joka reagoi havainnoituun tehosignaaliin antaakseen ensiasteen viiveaikavakiosuodatuksen havainnoidusta tehosig-naalista suodatettuna tehosignaalina (52a); ohjain (36), joka reagoi havainnoituihin nopeusignaaleihin (48,162) ja havainnoituihin ja suodatettuihin tehosignaaleihin (52,52a) ja joka 20 sisältää elimet (58) nopeudenkäskysignaalin (60) antamiseksi sen mukaan, mikä on lasketun nopeudenkäskysignaalin riippuvuus havainnoidusta tehosignaalikäyrästä suodatettuja tehosignaalin suuruuksia varten ensimmäisen ja toisen tehotason (121,121a) välillä kriittisen nopeusarvon kohdalla ja valittujen ensimmäisen ja toisen nopeusrajaparin 25 (121b,121c) välisiä nopeuksia varten, joista rajoista kumpikin on kriittisen nopeuden alapuolella ensimmäisen nopeusrajan ollessa pienempi kuin toinen nopeusraja, niin että lasketun nopeudenkäskysignaalin käyrän jyrkkyys suhteessa suodatetun tehosignaalin käyrään (100) ensimmäisen ja toisen rajan (121b,121c) välillä on erilainen kuin käyrän 30 jyrkkyys ensimmäisen nopeusrajan (121c) alapuolella; elimet (58) nopeuden käskysignaalin (60) antamiseksi sen mukaan, mikä on lasketun nopeudenkäskysignaalin riippuvuus havainnoidun tehosignaalin käyrästä suodatettuja tehosignaalin suuruuksia varten ensimmäisen 35 ja toisen tehotason (121,121a) välillä ja valittujen kolmannen ja neljännen nopeusrajaparin (121e,121d) välisiä nopeuksia varten, joista ra- 23 39 534 joista kumpikin on kriittisen nopeuden yläpuolella kolmannen nopeusra-jan ollessa pienempi kuin neljäs nopeusraja, niin että lasketun no-peudenkäskysignaalin käyrän jyrkkyys suhteessa suodatetun tehosignaalin käyrään (104) kolmannen ja neljännen rajan välillä on erilainen kuin 5 käyrän jyrkkyys neljännen nopeusrajan (121d) yläpuolella, ja elimet (62,66), jotka reagoivat laskettuun nopeudenkäskysignaaliin (60) ja havainnoituun turbiinigeneraattorin nopeussignaaliin (48,162) antaakseen tuuliturpiinigeneraattorin vääntömomentin ohjaussignaalin (56) 10 generaattorin vääntömomentin ohjaamiseksi. 24 39534