[发明专利]具有分散表决的风力涡轮机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及包括分散表决方案的容错风力涡轮机控制系统，所述分散表决方案目的在于在多个可用的风力涡轮机设定点值当中选择最可靠的风力涡轮机设定点值。

背景技术

容错控制系统一般被实施为包括各种重要模块/设备的副本的冗余系统。在重要模块/设备出故障的情况下，它的功能由类似的模块/设备接管。

EP2080903A1公开了用于风力涡轮机应用的故障安全的控制系统。根据EP2080903A1，第一控制单元执行所谓的关键控制功能，而第二和独立的控制单元执行所谓的非关键控制功能。第一和第二控制单元经由网络相互耦合。EP2080903A1讨论了与冗余风力涡轮机控制系统相关的缺点，其中关键控制单元被加倍。然而，如在EP2080903的[0014]中规定的，“此外，第一集合的控制功能也可冗余地包括在第二集合中，以在总控制系统内提供适度的降级”。

US2009/0309360和US2009/0309361讨论了用于控制风能场的方法和系统。在US2009/0309360和US2009/0309361中，主通信单元控制若干个按优先顺序排列的控制单元。在具有给定优先级的给定控制单元出故障的情况下，主通信单元选择较低优先的控制单元来接管有缺陷的控制单元的功能。

在US2009/0309360和US2009/0309361中提议的方法和系统的缺点是，主通信单元在另一控制单元损坏或以任何其它方式发生故障的情况下选择哪个控制单元来接管。然而，在主通信单元本身损坏的情况下，没有替代单元是可用的。因此，在US2009/0309360和US2009/0309361中提议的该控制方法和该控制系统不能被认为是容错控制方法/系统——至少在主通信单元级别上不能被认为是容错控制方法/系统。

提供容错风力涡轮机控制系统可被看作是本发明的实施例的目的。

发明内容

在第一方面中，可通过提供包括多个可控制的风力涡轮机部件的风力涡轮机的容错控制系统来依从上面提到的目的，该控制系统包括：

-用于产生基本上并发的设定点值的副本的控制装置，

-用于将基本上并发的设定点值的副本传输到多个风力涡轮机部件的数据通信网络，以及

-多个分散表决装置，其被布置成使得分散表决装置被分配给每个风力涡轮机部件，每个分散表决装置适合于从设定点值的副本选择出一个设定点值。

待控制的风力涡轮机部件可以是桨距（pitch）、偏航角（yaw）、主轴、齿轮、发电机、功率停止器（power stop）、液压站、水泵、冷却装置、不间断电源（UPS）或计量站。

下面的优点与本发明的第一方面相关：

1.本发明的控制系统架构满足在现代风力涡轮机控制上提出的对可靠性的高要求。

2.本发明的控制系统架构集成了功能安全性并能够支持如在IEX61508标准中规定的安全相关功能的低需求模式、高需求模式和连续模式等级。

3.本发明的控制系统架构以能够使功能适应于各种风力涡轮机平台布局的方式而是可扩展的和可组成的。

本发明的控制系统架构通常反映已制定的设计原理“形式遵循功能”。该控制系统架构可包括适合于控制上述风力涡轮机部件中的一个或多个的风力涡轮机子系统。

所介绍的控制系统架构可利用可通过复制的分布式控制节点（DCN）具有内在容错的多个子系统。而且，所提出的控制系统架构可利用容错实时通信网络（RTCN）。

风力涡轮机子系统的控制功能由DCN和额外的电气部件（例如传感器、继电器、电动机启动器、接触器或固态继电器）执行。DCN也可用作例如传感器接口。DCN可集成支持在节点和系统级别的容错功能安全性的安全相关功能。

容错控制还可包括适合于为用于产生基本上并发的设定点值的副本的控制装置产生参考信号的集中式主控制器装置。

而且，容错控制系统还可包括包含多个传感器的容错传感器系统，所述多个传感器以冗余方式布置。多个传感器可适合于测量至少一个电气参数。

数据通信网络可包括实时通信网络，例如时间触发的以太网。时间触发的以太网通信网络可被实现为单容错网络、双容错网络或多容错网络。实时通信网络可支持安全相关的数据通信。而且，可提供用于建立全球时间的装置。

在第二方面中，本发明涉及包括根据第一方面的容错控制系统的风力涡轮机。多个可控制的风力涡轮机部件可选自由以下组成的组；桨距、偏航角、主轴、齿轮、发电机、功率停止器、液压站、水泵、冷却装置、UPS或计量站。