[发明专利]用于风力涡轮机的关机控制器和风力涡轮机的关机方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的关机控制器。

背景技术

关机控制器和负载控制器通常被应用在风力涡轮机中，以保护塔架、叶片、传动装置、发电机、以及其它部件免受结构性过载影响。

风力涡轮机结构上的负载主要源自转子平面和塔架上的风压。因此，负载取决于风速、湍流、风强度、以及包括叶片桨距角和偏航角在内的各种设定值。所述偏航角表现转子轴相对于风向的角度。

负载传统上由测量涡轮机的各种机械状态的各种传感器来测量，所述传感器在此称为机械状态传感器。所述传感器的实施例包括用于感应旋转速度的传感器、用于感应振荡级别(例如被测量为塔架加速度)的传感器、用于感应叶片负载(例如由固定在叶片根部中的应变仪来测量)的传感器、以及叶片桨距角传感器，所述叶片桨距角传感器确定风入射角并且因此确定能够发生的风能转换成转子能量的等级。

传统涡轮机基于单一传感器输入来关机，其中，一个传感器信号测量一个状态(例如转子速度)，并且当信号达到预定极限时启动关机。

发明内容

本发明的目的是提供一种使得风力涡轮机免受控制系统失效和结构性过载影响的改进保护。这包括抵御系统性故障(诸如软件故障)的保护。

因此，在第一方面，本发明提供一种用于风力涡轮机的关机控制器，所述控制器包括至少两个传感器，所述至少两个传感器适于提供对于风力涡轮机中的不同机械状态有重要作用传感器数据，所述控制器适于基于来自所述至少两个传感器的传感器数据来提供风力涡轮机的评估状态，其中，所述控制器适于将风力涡轮机的状态与预定的检测极限相比较，并且在评估状态超出预定的检测极限的情况下提供关机信号。

与单一传感器输入相比，根据本发明的关机控制器能够减小结构性过载，以适应故障情况。

在此“机械状态”应该大体被理解为机械状态及其衍生物。机械状态被定义为在不限于涡轮机的特定区域的情况下，风力涡轮机的结构状态。作为实施例，机械状态可以是塔架、叶片、转子、轮毂、或风力涡轮机中的任何位置的应变，风力涡轮机的温度或甚至风力涡轮机附近的温度，结构性元件(诸如塔架、转子、或叶片等等)的速度、加速度和/或振荡。

在此，涡轮机的机械状态将由向量x指代。根据本发明，这个向量x基于来自数个传感器的输入来确定，例如一个或多个传感器信号的组合，所述传感器信号提供例如转子速度ω_R、桨距角θ、塔架偏转度y_t、或叶片偏转度β等等。

能够清楚认识的是，结构危态与状态向量x紧密相关。例如，塔架顶部偏转度y_t的值与塔架上的负载紧密相关。类似地，旋转速度ω_R支配涡轮机上的大部分负载。状态空间的概念促使引入可容许状态空间X_A。这个可容许状态空间是涡轮机上的负载处于设计范围内的状态空间。

通常对于反馈控制方案，控制向量是状态向量x的函数。在实践中，这通过利用状态的评估来实施，所述状态的评估通过测量(传感器)或基于模型的评估器(例如观察器)来获得。

因此，本发明提供这样一种改进的关机控制器，其从1-d(一维)拓展到N-d(多维)，由此与现有技术中的用于风力涡轮机的关机控制器相比有助于改进的保护。

检测极限可以表现为包，例如凸包。凸包的优点在于其例如通过求解线性程式来使得在线确定状态向量是否在包内部变得容易。

因此，控制器可以尤其适于通过求解线性程式(例如包括利用Simplex算法)来确定风力涡轮机的状态是位于凸包内部还是在凸包外部。

大体上，关机控制器可以被应用在任何类型的风力涡轮机中。然而，有利地，控制器被应用在水平轴线风力涡轮机中。要求保护的至少两个传感器适于提供对于风力涡轮机中的不同机械状态有重要作用传感器数据，所述至少两个传感器可以是在风力涡轮机控制中通常已知的类型，并且所述至少两个传感器可以包括例如叶片弯折传感器(例如光传感器等等)、转子速度传感器、转子弯折传感器、塔架加速度传感器、风速传感器、产能传感器、传动装置负载传感器等等。

关机控制器将风力涡轮机的状态与预定的检测极限相比较的方法将参考后续附图详细来描述。