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CN105971818A - 风轮机设定点控制 - Google Patents

风轮机设定点控制 Download PDF

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CN105971818A
CN105971818A CN201610142946.0A CN201610142946A CN105971818A CN 105971818 A CN105971818 A CN 105971818A CN 201610142946 A CN201610142946 A CN 201610142946A CN 105971818 A CN105971818 A CN 105971818A
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J.L.查孔
K.A.盖伯
N.彭宁顿
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General Electric Co
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Abstract

提供了用于控制风轮机(10)中的转子叶片(22)的桨距角的系统及方法。风轮机(10)的涡轮控制器(26)与变桨系统(30)之间的信号路径(126)可修改，并且副控制器(100)可插入在涡轮控制器(26)与变桨系统(30)之间。副控制器(100)可从涡轮控制器(26)接收桨距角设定点，并且将桨距角设定点调整至调整的桨距角设定点。调整的桨距角设定点可传送至变桨系统(30)。以此方式，用于风轮机(10)的桨距角设定点可调整来提供增加的能量产生，而不需要存取由风轮机控制器(26)实施的计算机可读指令，如源代码。

Description

风轮机设定点控制
技术领域
本主题大体上涉及风轮机，并且更具体地涉及用于控制用于风轮机系统的设定点的系统及方法。
背景技术
风力认作是最清洁，对环境最友好的目前可用的能源中的一种，并且风轮机在该方面得到增长的关注。现代风轮机典型地包括塔架、发电机、变速箱、机舱和一个或更多个转子叶片。转子叶片使用已知的箔片(foil)原理从风捕获动能，并且将动能通过旋转能传输来使将转子叶片联接于变速箱(或如果未使用变速箱，则直接地联接于发电机)的轴转动。发电机接着将机械能转换成可配置至公用电网的电能。
在风轮机的操作期间，各个转子叶片可经受由作用于叶片上的空气动力风负载引起的偏转和/或扭转，这可导致通过叶片传输的反应负载。风轮机可使用变桨系统来控制这些负载，该变桨系统可在操作期间使转子叶片变桨。变桨涉及围绕变桨轴线调整如旋转转子叶片。转子叶片的变桨调整转子叶片在操作期间经受的负载。在许多情况下，风轮机的各个转子叶片变桨至独立的桨距角，该独立的桨距角可不同于风轮机中的其它转子叶片的桨距角。此外，这些角可在操作期间不断地或间断地调整。用于转子叶片的此类变桨操作有益地允许了由转子叶片经历的负载的频繁调整。
变桨系统可包括桨距控制器和桨距调整机构。桨距控制器可从涡轮控制器接收指示桨距角设定点的信号。桨距控制器可处理这些信号，并且将它们提供至桨距调整机构。桨距调整机构接着可基于来自桨距控制器的信号使转子叶片变桨，以实现期望的桨距角。
在某些情况下，可合乎需要的是调整从涡轮控制器提供的桨距角设定点，以在各种风速和/或功率下增加或提高能量产生。然而，在一些情况中，可难以调整涡轮控制器自身处的桨距角设定点。例如，由涡轮控制器在执行用于提供桨距角设定点的各种控制例行程序中实施的计算机可读指令(例如，源代码)可不为可存取的或者在其它情况下不能够修改。
因此，用于修改由涡轮控制器提供至变桨系统的桨距角设定点的系统和方法将在技术上受欢迎。例如，允许由涡轮控制器提供的桨距角设定点的调整而不需要存取或修改由涡轮控制器实施的计算机可读指令的系统和方法将是特别合乎需要的。
发明内容
本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或者可从描述学习，或者可通过实施例的实践学习。
本公开的一个示例性方面针对一种用于控制风轮机的系统。系统包括构造成提供设定点的涡轮控制器，以及构造成控制与风轮机操作相关联的参数的操作系统。该方法还包括与涡轮控制器分开一距离的副控制器。副控制器构造成从涡轮控制器通过通信接口接收设定点。副控制器构造成将设定点调整至调整设定点，并且将指示调整设定点的信号提供至操作系统。
一种用于控制风轮机的一个或更多个转子叶片的桨距角的方法。该方法包括在副控制器处从涡轮控制器接收指示桨距角设定点的信号。该方法还包括在副控制器处接收与输入状态相关联的一个或更多个信号。该方法还包括在副控制器处至少部分地基于输入条件来确定不同于桨距角设定点的调整的桨距角设定点。该方法还包括由副控制器将指示调整的桨距角设定点的信号提供至桨距控制器。
本公开的又一个示例性方面针对一种用于调整由涡轮控制器提供的桨距角设定点的副控制器。副控制器包括构造成接收指示桨距角设定点的信号的第一接口，以及构造成接收与输入条件相关联的一个或更多个信号的第二接口。副控制器还包括一个或更多个处理器和一个或更多个存储器装置。一个或更多个存储器装置储存计算机可读指令，其在由一个或更多个处理器执行时引起一个或更多个处理器执行操作。操作包括经由第一接口接收指示桨距角设定点的信号，以及经由第二接口接收与输入条件相关联的一个或更多个信号。操作还可包括至少部分地基于输入条件来确定不同于桨距角设定点的调整的桨距角设定点。
在一方面，技术方案1. 一种用于控制风轮机的系统，包括：
构造成提供设定点的涡轮控制器；
构造成控制风轮机操作的参数的操作系统；以及
与所述涡轮控制器分开一距离的副控制器，所述副控制器构造成通过通信接口从所述涡轮控制器接收所述设定点；
其中所述副控制器构造成将所述设定点调整至调整的设定点，并且将指示所述调整的设定点的信号提供至所述操作系统。
技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述副控制器构造成调整所述设定点，而不存取由所述涡轮控制器实施的计算机可读指令。
技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述副控制器位于所述涡轮控制器外的壳体中。
技术方案4. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述副控制器包括构造成接收一个或更多个输入信号的接口。
技术方案5. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述副控制器构造成至少部分地基于所述一个或更多个输入信号确定所述调整的设定点。
技术方案6. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述一个或更多个输入信号包括指示功率的信号。
技术方案7. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述一个或更多个输入信号包括指示风速的信号。
技术方案8. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述副控制器构造成至少部分地基于所述一个或更多个输入信号根据在所述副控制器处编程的调整例行程序来确定所述调整的设定点，所述调整例行程序针对多个输入条件中的各个提供调整的设定点。
技术方案9. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，所述调整例行程序通过以所述副控制器执行操作来至少部分地确定，所述操作包括：
针对所述多个输入条件中的各个，递增地调整多个递增设定点之中的所述设定点；
监测所述多个不同递增设定点中的各个处的所述风轮机的功率产生；以及
至少部分地基于与各个递增设定点相关联的所述功率产生来从所述多个递增设定点选择用于所述输入条件的所述调整的设定点。
技术方案10. 一种用于控制风轮机的一个或更多个转子叶片的桨距角的方法，所述方法包括：
在副控制器处从涡轮控制器接收指示桨距角设定点的信号；
在所述副控制器处接收与输入条件相关联的一个或更多个信号；
在所述副控制器处至少部分地基于所述输入条件来确定不同于所述桨距角设定点的调整的桨距角设定点；以及
由所述副控制器将指示所述调整的桨距角设定点的信号提供至桨距控制器。
技术方案11. 根据技术方案10所述的方法，其特征在于，所述方法包括由桨距调整机构至少部分地基于指示提供至所述桨距控制器的所述调整的桨距角的所述信号来调整转子叶片的桨距角。
技术方案12. 根据技术方案10所述的方法，其特征在于，与输入条件相关联的所述一个或更多个信号包括指示所述风轮机的功率产生的信号。
技术方案13. 根据技术方案10所述的方法，其特征在于，与输入条件相关联的所述一个或更多个信号包括指示风速的信号。
技术方案14. 根据技术方案10所述的方法，其特征在于，在所述副控制器处至少部分地基于所述输入条件来确定不同于所述桨距角设定点的调整的桨距角设定点包括：
存取针对多个输入条件中的各个提供调整的桨距角的调整例行程序；以及
至少部分地基于所述调整例行程序确定所述调整的桨距角。
技术方案15. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，所述调整例行程序由所述副控制器通过执行操作来确定，所述操作包括：
针对所述多个输入条件中的各个，递增地调整多个递增桨距角设定点之中的所述桨距角设定点；
监测所述多个不同递增桨距角设定点中的各个处的所述风轮机的功率产生；以及
至少部分地基于与各个递增桨距角设定点相关联的所述功率产生来从所述多个递增设定点选择用于所述输入条件的调整的桨距角。
技术方案16. 根据技术方案10所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
修改用于在所述涡轮控制器与所述桨距控制器之间传送所述桨距角设定点的信号路径；以及
在所述涡轮控制器与所述桨距控制器之间的新信号路径中提供所述副控制器。
技术方案17. 一种用于调整由涡轮控制器提供的桨距角设定点的副控制器，所述副控制器包括：
构造成接收指示桨距角设定点的信号的第一接口；
构造成接收与输入条件相关联的一个或更多个信号的第二接口；
一个或更多个处理器；以及
一个或更多个存储器装置，所述一个或更多个存储器装置储存计算机可读指令，其在由所述一个或更多个处理器执行时引起所述一个或更多个处理器执行操作，所述操作包括：
经由所述第一接口接收指示桨距角设定点的信号；
经由所述第二接口接收与所述输入条件相关联的一个或更多个信号；
至少部分地基于所述输入条件来确定不同于所述桨距角设定点的调整的桨距角设定点。
技术方案18. 根据技术方案17所述的副控制器，其特征在于，所述副控制器还包括与桨距控制器通信的第三接口，所述操作还包括经由所述第三接口提供指示所述调整的桨距角设定点的信号。
技术方案19. 根据技术方案18所述的副控制器，其特征在于，所述一个或更多个存储器装置储存与调整例行程序相关联的一个或更多个计算机可读指令，所述调整例行程序针对多个输入条件中的各个提供调整的桨距角。
技术方案20. 根据技术方案19所述的副控制器，其特征在于，所述调整例行程序通过以所述副控制器执行操作来至少部分地确定，所述操作包括：
针对所述多个输入条件中的各个，递增地调整多个递增桨距角设定点之中的所述桨距角设定点；
监测所述多个不同递增桨距角设定点中的各个处的所述风轮机的功率产生；以及
至少部分地基于与各个递增桨距角设定点相关联的所述功率产生来从所述多个递增设定点选择用于所述输入条件的调整的桨距角。
可对本公开的这些示例性实施例作出变型和修改。
各种实施例的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且连同描述用于说明相关原理。
附图说明
在参照附图的说明书中阐释了针对本领域技术人员的实施例的详细论述，在该附图中：
图1绘出了风轮机的一个实施例的透视图；
图2绘出了风轮机的机舱的一个实施例的内部透视图；
图3绘出了根据本公开的示例性实施例的示例性控制系统；
图4示出了根据本公开的示例性实施例的用于风轮机的副控制器的一个实施例的示意图；
图5绘出了根据本公开的示例性实施例的用于调整风轮机的转子叶片的桨距角的示例性方法的流程图；
图6绘出了根据本公开的示例性实施例的用于对用于副控制器的调整例行程序编程的示例性方法的流程图；以及
图7绘出了根据本公开的示例性实施例的用于调整由桨距角编码器提供的反馈的示例性方法的流程图。
部件列表
10 风轮机
12 塔架
14 支承表面
16 机舱
18 转子
20 毂
22 转子叶片
24 发电机
26 风轮机控制器
28 变桨轴线
30 变桨系统
32 转子轴
34 发电机轴
35 桨距控制器
36 变速箱
38 桨距驱动马达
40 桨距驱动变速箱
42 桨距驱动小齿轮
44 变桨轴承
46 传感器
48 传感器
56 (多个)处理器
100 副控制器
102 传感器
104 传感器
112 (多个)处理器
114 存储器装置
120 调整例行程序
122 通信接口
124 传感器接口
126 信号路径
128 信号路径
130 信号路径
132 信号路径
134 信号路径
200 方法
202 方法步骤
204 方法步骤
206 方法步骤
208 方法步骤
210 方法步骤
212 方法步骤
300 方法步骤
302 方法步骤
304 方法步骤
306 方法步骤
308 方法步骤
310 方法步骤
312 方法步骤
400 方法步骤
402 方法步骤
404 方法步骤
406 方法步骤
408 方法步骤
410 方法步骤。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其中一个或更多个实施例在附图中示出。各个实例经由阐释本发明而非限制本发明来提供。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本发明中进行各种修改和变型，而不脱离本本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例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，意图是本发明覆盖归入所附权利要求及它们的等同物的范围内的此类修改和变型。
本公开的示例性方面针对用于控制风轮机控制系统中的设定点的系统及方法。风轮机控制系统可包括涡轮控制器，其构造成将指示设定点的信号提供至风轮机的各种操作系统。如本文中使用的，风轮机的操作系统可为由风轮机控制器控制以执行关于通过风轮机的功率的生成的各种功能的任何系统。例如，操作系统可包括变桨系统、偏航系统、发电机、动力系统或其它适合的系统。涡轮控制器可确定各种设定点来控制风轮机的各种操作特征。
在一些情况下，可合乎需要的是在各种条件(例如，不同的风速和/或功率产生)下修改由涡轮控制器提供的设定点，以进一步增加或提高风轮机的能量产生。然而，在一些情况下，可难以存取与涡轮控制器相关联的编程(例如，计算机可读指令，如，源代码或源参数)来进行设定点改变。
根据本公开的示例性方面，一种副控制器可设在风轮机处。副控制器可在风轮机控制器外，并且/或者可与涡轮控制器分开一距离。在示例性实施例中，副控制器可联接在涡轮控制器与操作系统之间，使得副控制器从涡轮控制器接收设定点。副控制器可从风轮机控制系统接收输入如指示风速和/或功率(例如，千瓦)的信号，并且可至少部分地基于各种输入来确定对来自涡轮控制器的设定点的调整。调整的设定点可提供至操作系统以调整风轮机的操作参数。
例如，在一个特定实施中，操作系统可为用于调整风轮机的转子叶片的桨距角的变桨系统。例如，在低于风轮机的额定风速(即，风轮机可实现其额定功率的风速)的风速下，转子叶片的桨距角可保持在动力位置处来从风捕获最大量的能量。然而，在风速达到和超过额定风速时，桨距角可朝顺桨位置调整，以将风轮机的功率输出保持在其额定功率处，从而防止涡轮的构件如电气构件受损。
涡轮控制器可将桨距角设定点提供至变桨系统以调整转子叶片的桨距角。更具体而言，变桨系统可包括桨距控制器，其处理桨距角设定点并且控制桨距调整机构，以基于桨距角设定点调整一个或更多个转子叶片的桨距角。副控制器可确定对来自涡轮控制器的桨距角设定点的调整。调整的桨距角设定点可提供至变桨系统以调整转子叶片的桨距角。
在示例性实施中，调整的桨距角设定点可基于调整例行程序确定。调整例行程序可针对各种输入条件提供新的调整设定点。例如，输入条件可基于风轮机的各种风速和/或功率产生。作为实例，调整例行程序可与有利于针对低于某一阈值的风速提高能量产生的第一调整的设定点相关联，并且可与有利于针对高于某一阈值的风速提高能量产生的第二调整的设定点相关联。结果，许多调整的设定点可针对多种输入条件确定，这与不断偏移的设定点相反。
调整例行程序可编程到副控制器中。在示例性实施例中，当副控制器集成到风轮机控制系统中时，调整例行程序可编程到副控制器中。例如，对于多个输入条件中的各个，副控制器可递增地调整多个递增桨距角设定点之中的桨距角设定点。副控制器可监测各种输入来确定哪个递增桨距角设定点针对特定输入条件提供能量产生中的最大或足够更大的改进。该递增桨距角设定点可选择为用于特定输入条件的调整的桨距角。
根据本公开的示例性方面的系统和方法可提供对桨距角设定点的修改，而不需要存取与涡轮控制器相关联的计算机可读指令。这可允许对使用桨距角控制的所有变桨系统的改进，而不管控制系统的其它方面的可存取性。
出于图示和论述的目的，本公开的示例性方面将参照副控制器论述，该副控制器构造成调整桨距角设定点。本领域技术人员使用本文中提供的公开将理解到，副控制器可调整与风轮机的操作条件相关联的其它类型的设定点，而不脱离本公开的范围。
现在参照图1，示出了风轮机10的一个实施例的透视图。如所示，风轮机10大体上包括从支承表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16，以及联接于机舱16的转子18。转子18包括可旋转毂20，以及联接于毂20并且从毂20向外延伸的至少一个转子叶片22。例如，在所示实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18包括多于或少于三个的转子叶片22。各个转子叶片22可围绕毂20间隔开，以便于使转子18旋转来实现动能从风转变成可用的机械能，并且随后转变成电能。例如，毂20可以可旋转地联接于定位在机舱16内的发电机，以容许产生电能。
风轮机10还可包括涡轮控制系统，其包括与风轮机10相关联的机舱16内或别处的涡轮控制器26。大体上，涡轮控制器26可包括一个或更多个处理装置。因此，在若干实施例中，涡轮控制器26可包括适合的计算机可读指令，其在由一个或更多个处理装置执行时，将控制器26构造成执行各种不同功能，如，接收、传输和/或执行风轮机控制信号。就此而言，涡轮控制器26可大体上构造成控制风轮机10的各种操作模式(例如，启动或停机顺序)和/或构件。
如将在下文更详细所述，控制器26可构造成调整各个转子叶片22围绕变桨轴线28的叶片桨距或桨距角(即，确定叶片22相对于风向的投影的角)，以便控制转子叶片22的转速和/或由风轮机10生成的功率输出。例如，涡轮控制器26可独立地或同时地确定转子叶片22的桨距角设定点。控制器26接着可将指示桨距角设定点的控制信号提供至变桨系统。在风轮机10的操作期间，控制器26可大体上提供桨距角设定点，以便在0度(即，转子叶片22的动力位置)到90度(即，转子叶片22的顺桨位置)之间改变各个转子叶片22的桨距角。
如将在下文详细论述，桨距角设定点可提供至副控制器(图3中所示)，该副控制器可调整桨距角设定点来增大风轮机的能量产生。调整的桨距角设定点接着可提供至变桨系统。
现在参照图2，示出了图1中所示的风轮机10的机舱16的一个实施例的简化内部视图。如所示，发电机24可设置在机舱16内。大体上，发电机24可联接于转子18，用于从由转子18生成的旋转能产生电功率。例如，如所示实施例中所示，转子18可包括联接于毂20用于与其一起旋转的转子轴32。转子轴32继而可通过变速箱36可旋转地联接于发电机24的发电机轴34。如大体上理解的，转子轴32可响应于转子叶片22和毂20的旋转将低速高转矩输入提供至变速箱36。变速箱36接着可构造成将低速高转矩输入转换成高速低转矩输出来驱动发电机轴34，以及因此发电机24。
此外，涡轮控制器26也可位于机舱16内。如大体上理解的，涡轮控制器26可通信地联接于风轮机20的任何数量的构件，以便控制此类构件的操作。例如，风轮机控制器26可通信地联接于风轮机10的各个桨距调整机构30(示出了其中一个)(例如，经由副控制器和/或桨距控制器(图3中所示))，以便于各个转子叶片22围绕其桨距轴线28的旋转。
大体上，各个桨距调整机构或变桨系统30可包括桨距控制器和/或任何适合的构件，并且可具有允许桨距调整机构30如本文中所述地起作用的任何适合的构造。例如，在若干实施例中，各个桨距调整机构30可包括桨距驱动马达38(例如，任何适合的电动机)、桨距驱动变速箱40和桨距驱动小齿轮42。在此类实施例中，桨距驱动马达38可联接于桨距驱动变速箱40，以使桨距驱动马达38将机械力给予桨距驱动变速箱40。类似地，桨距驱动变速箱40可联接于桨距驱动小齿轮42用于与其一起旋转。桨距驱动小齿轮42继而可与联接在毂20与对应的转子叶片22之间的变桨轴承44旋转接合，使得桨距驱动小齿轮42的旋转引起变桨轴承44的旋转。因此，在此类实施例中，桨距驱动马达38的旋转驱动桨距驱动变速箱40和桨距驱动小齿轮42，从而使变桨轴承44和转子叶片22围绕变桨轴线28旋转。
在备选实施例中，应当认识到的是，各个桨距调整机构30可具有便于转子叶片22围绕其桨距轴线28旋转的任何其它适合的构造。例如，桨距调整机构30是已知的，其包括液压或气动从动装置(例如，液压或气动缸)，其构造成将旋转能传送至变桨轴承44，从而引起转子叶片22围绕其变桨轴线28旋转。因此，在若干实施例中，替代上文所述的电动桨距驱动马达38，各个桨距调整机构30可包括使用流体压力来将转矩施加于变桨轴承44的液压或气动从动装置。
仍参照图2，风轮机还可包括用于监测风轮机10的一个或更多个参数和/或状态的多个传感器46,48。如本文中使用的，风轮机10的参数或状态在传感器46,48用于确定其目前值时"被监测"。因此，用语"监测"和其变型用于指示传感器46,48不需要提供监测的参数和/或状态的直接测量。例如，传感器46,48可用于生成关于监测的参数和/或状态的信号，其接着可由涡轮控制器26、副控制器(图3)、桨距控制器(图3)或其它适合的装置使用来确定实际参数和/或状态。例如，在一个实施例中，传感器46,48可为编码器，其将桨距角位置提供回桨距控制器，并且最终回到涡轮控制器26。桨距角位置可用作用于变桨系统的反馈，以根据桨距角设定点调整转子叶片22的桨距角。
图3绘出了根据本公开的示例性实施例的用于风轮机如图1的风轮机10的控制系统。如所示，控制系统10包括风轮机控制器26，其构造成提供指示用于包括桨距控制器35的变桨系统30的桨距角设定点的信号。桨距控制器35可控制变桨马达38，以调整如上文更详细论述的转子叶片的桨距角。
涡轮控制器26可包括计算机可读指令，其在由一个或更多个处理器执行时，引起一个或更多个过程实施各种控制例行程序，如，确定用于变桨系统30的桨距角设定点。在一些实施例中，与涡轮控制器26相关联的计算机可读指令可为不可存取或在其它情况下不可用的。例如，涡轮控制器26可由不同服务提供者或原始装备制造者(OEM)安装和/或构造。
为了调整桨距角设定点，例如，出于提高风轮机的能量产生的目的，用于在涡轮控制器26与变桨系统30(例如，桨距控制器35)之间传送桨距角设定点和其它信息的信号路径126可中断。副控制器100可插入在风轮机控制器26与变桨系统35之间的新信号路径中。
副控制器100可与风轮机控制器26分开一距离(例如，1m、1cm或更小、2m或更大，或其它适合距离)。此外，副控制器100可位于单独的壳体中，并且/或者可包括不同于风轮机控制器26的构件的一个或更多个构件(例如，处理器、存储器装置等)。在实施例中，副控制器100可使用以关于涡轮控制器26不同的语言或协议储存的不同计算机可读指令。以该方式，副控制器100可为与风轮机控制器26和桨距控制器35独立和分开的装置。
副控制器100可构造成从涡轮控制器26经由信号路径128接收指示桨距角设定点的控制信号。如本文中使用的，信号路径可包括用于传输信号的任何适合的通信介质。例如，信号路径可包括任何数量的有线或无线链路，包括经由一个或更多个以太网连接、光纤连接、网络总线、电力线、导线或电路用于无线地传输信息的通信。信号可使用任何适合的通信协议在信号路径上传送，如，串行通信协议、宽带电力线协议、无线通信协议，或任何其它适合的协议。
副控制器100还可从与各种输入状态相关联的各种传感器接收输入信号。输入状态可代表用于风轮机的功率产生、用于风轮机的风速状态，和/或其它适合的参数。例如，副控制器100可在信号路径132之上从传感器102接收信号。传感器102可为与风轮机的电气系统相关联的传感器，其提供指示风轮机的功率产生的信号。副控制器100还可在信号路径134之上从传感器104接收信号。传感器104可为构造成提供指示风速的信号的传感器，如风速计或其它适合的方法或设备。
例如，风轮机10的风速可测量，如通过适合的天气传感器的使用。例如，适合的天气传感器包括光探测和测距("LIDAR")装置、声探测和测距("SODAR")装置、风速计、风向标、气压计和雷达装置(如，多普勒雷达装置)。在又一些备选实施例中，传感器可用于测量转子叶片22的偏转。该偏转可关于转子叶片22经受的风速。更进一步，任何适合的测量方法和设备可用于直接地或间接地测量当前的风速。
副控制器100可构造成至少部分地基于如例如从自传感器102,104接收的信号确定的输入条件(例如，风速)来确定调整的桨距角设定点。在特定实施中，调整的桨距角设定点至少部分地基于调整例行程序确定。调整例行程序使各种调整的桨距角设定点与不同输入条件相关，以提供提高的能量产生。用于将调整例行程序编程到控制器100中的示例性方法将在下文更详细论述。
一旦确定，则调整的桨距角设定点可由副控制器100在信号路径130之上传送至变桨系统30。例如，调整的桨距角设定点可传送至桨距控制器35，其继而可使用调整的桨距角设定点来调整风轮机的各种转子叶片的桨距角。
本公开参照设置在风轮机控制器100与变桨控制器35之间的副控制器100论述。然而，副控制器100还可在控制系统的其它方面处实施，如在桨距控制器35与变桨系统30的各种构件如变桨马达38之间。
现在参照图4，示出了适合的构件的一个实施例的框图，该适合的构件可包括在根据本公开的示例性方面的副控制器100(或涡轮控制器26和桨距控制器35)内。如所示，副控制器100可包括构造成执行多种计算机实施的功能(例如，执行本文中公开的方法、步骤、计算等)的一个或更多个(多个)处理器112和相关联的(多个)存储器装置114。
如本文中使用的，用语"处理器"不但是指本领域中称为包括在计算机中的集成电路，而且是指控制器、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。此外，(多个)存储器装置114可大体上包括(多个)存储器元件，其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，闪速存储器)、软盘、压缩盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其它适合的存储器元件。
此类(多个)存储器装置114大体上可构造成储存适合的计算机可读指令，其在由(多个)处理器112实施时，将副控制器100构造成执行各种功能，其包括但不限于直接地或间接地(从涡轮控制器26)接收指示桨距角设定点的控制信号、从一个或更多个传感器(例如，风速传感器、功率产生传感器)接收指示各种输入条件的控制信号、确定调整的桨距角设定点，以及/或将指示调整的桨距角设定点的适合的控制信号传输至变桨系统30中的一个或更多个(经由桨距控制器35)，以及各种其它适合的计算机实施的功能。
如所示，(多个)存储器装置114还可储存调整例行程序120。调整例行程序120可使各种调整的桨距角设定点与不同输入条件相关。调整例行程序120可以以任何适合的方式编程到(多个)存储器装置114中。在一个示例性实施例中，如下文将更详细论述的，当副控制器100实施到风轮机的控制系统中时，调整例行程序120可自动地编程到(多个)存储器装置114中。
此外，副控制器100还可包括通信接口122以便于控制器100与风轮机10的各种构件之间的通信。接口可包括一个或更多个电路、端子、插脚、触点、导线或用于发送和接收控制信号的其它构件。例如，通信接口100可用作第一接口以容许副控制器100接收指示来自涡轮控制器26的桨距角设定点的控制信号，并且将控制信号传输至各个变桨系统30(经由桨距控制器35)用于控制转子叶片的桨距角。此外，副控制器可包括传感器接口124(例如，一个或更多个模数转换器)，以容许从传感器(例如，传感器102,104)传输的信号转换成可由处理器112理解和处理的信号。
图5绘出了根据本公开的示例性实施例的用于控制风轮机的一个或更多个转子叶片的桨距角的示例性方法(200)的流程图。方法(200)可使用一个或更多个控制装置实施，如图3中绘出的控制器中的一个或更多个。此外，图5出于图示和论述的目的绘出了以特定顺序执行的步骤。本领域技术人员使用本文中提供的公开将理解，本文中公开的方法中的任一种的步骤可以以各种方式修改、扩展、省略、再布置和/或改变，而不脱离本公开的范围。
在(202)处，该方法包括在副控制器处从涡轮控制器接收桨距角设定点。例如，图3的副控制器100可在信号路径128之上经由第一接口从涡轮控制器26接收指示桨距角设定点的控制信号。在图5的(204)处，可接收与输入条件相关联的一个或更多个信号。例如，副控制器100可从各种传感器如传感器102和传感器104接收信号。输入条件可为特定水平的功率产生、特定风速或组合。输入条件还可基于其它适合的参数，而不脱离本公开的范围。
在(206)处，可存取调整例行程序。例如，可存取编程到与副控制器100相关联或通信的存储器装置114中的调整例行程序120。调整例行程序可使各种调整桨距角设定点与不同输入条件相关。例如，第一调整的桨距角可与低于阈值的风速相关联。第二调整的桨距角可与高于阈值的速度相关联。
图6绘出了根据本公开的示例性实施例的确定调整例行程序的一种示例性方法。调整例行程序可在任何适合时间处执行，如当副控制器首先在控制系统中和/或以周期间隔实施时。大体上，该方法包括递增地调整多个递增桨距角设定点(例如，桨距角设定点±0.5°、±1.0°、±1.5°、±2.0°、±2.5等)之中的桨距角设定点。可使用任何适合数量的递增桨距角设定点，而并未脱离本公开的范围。风轮机的功率产生可在多个不同递增桨距角设定点中的各个处监测。针对输入条件的调整的桨距角设定点可至少部分地基于与各个递增桨距角设定点相关联的功率产生选择，使得与最大改进和/或提高的功率产生相关联的递增桨距角设定点选择为调整的桨距角设定点。
更具体而言，在(302)处，可识别新的输入条件。例如，基于从传感器102和104接收到的信号，副控制器100可识别新输入条件存在(例如，新风速)。在(304)处，该方法可包括将桨距角设定点递增地调整至下一递增桨距角。可监测递增桨距角处的功率产生(306)。在(308)处确定递增桨距角处的功率产生是否改进或提高。如果不是，则确定递增桨距角是否是多个递增桨距角中的最后桨距角(312)。如果是这样，则该方法终止。否则，方法回到(304)，其中桨距角递增地调整至下一个递增桨距角。
如果在(308)处改进或提高了功率产生，则递增桨距角选择为针对输入条件的调整的桨距角(310)。接着确定递增桨距角是否是多个递增桨距角中的最后桨距角(312)。如果是这样，则该方法终止。否则，该方法回到(304)，其中桨距角递增地调整至下一个递增桨距角。该过程自身重复，直到测试多个递增桨距角中的所有递增桨距角。
图6绘出了根据本公开的示例性方面的用于将调整例行程序编程到副控制器中的一个示例性方法。可使用其它适合的方法，而不脱离本公开的范围。例如，在其它实施中，调整例行程序可人工地编程到副控制器中。
回头参照图5，在(208)处，该方法可包括至少部分地基于调整例行程序确定调整的桨距角设定点。例如，对应于调整例行程序中的输入条件的调整的桨距角设定点可由副控制器100确定为调整的桨距角设定点。
在(210)处，调整的桨距角设定点传送至变桨系统。例如，调整的桨距角设定点可由副控制器100在信号路径130之上传送至桨距控制器35。在(212)处，一个或更多个转子叶片的桨距角根据调整的桨距角设定点调整。例如，变桨系统30可将至少一个转子叶片的桨距角调整为近似等于桨距角设定点的桨距角。
如上文论述的，变桨系统可包括一个或更多个编码器，其将桨距角位置提供回桨距控制器并且最终提供回涡轮控制器26。编码器可校准成在转子叶片的桨距角处于或接近0°时提供指示叶片零点的信号。在一些情况下，可合乎需要的是调整由具有偏移或偏差的编码器提供的信号来实现能量产生改进。调整编码器可允许风轮机的能量产生改进，而不需要存取风轮机控制器中的计算机可读指令用于确定桨距角设定点。
图7绘出了用于确定用于编码器的恒定或固定偏差来实现能量产生改进的示例性方法(400)。大体上，该方法包括将编码器读数从公布的叶片零点递增地调整，并且监测功率产生改进。如果提高或改进的功率产生发生，则编码器读数的调整可设定为用于编码器的固定偏差来实现能量改进。该方法(400)可通过人工地调整编码器读数或使用例如由涡轮控制器、副控制器或桨距控制器中的一个或更多个实施的自动化过程来实施。
更具体而言，在(402)处，该方法可包括将编码器读数从公布的叶片零点递增地调整至下一个递增桨距角读数。可监测递增桨距角处的功率产生(404)。在(406)处确定在调整的桨距角读数处的功率产生是否改进或提高。如果不是，则确定递增桨距角读数是否是多个调整的桨距角读数中的最后调整的桨距角读数(410)。如果是这样，则该方法终止。否则，方法回到(402)，其中桨距角读数递增地调整至下一个递增桨距角读数。
如果在(408)处改进或提高了功率产生，则与递增的调整桨距角读数相关联的偏移选择为用于编码器的恒定偏差(408)。接着确定递增桨距角读数是否是多个调整的桨距角读数中的最后调整的桨距角读数(410)。如果是这样，则该方法终止。否则，方法回到(402)，其中桨距角递增地调整至下一个递增桨距角读数。该过程自身重复，直到测试多个递增桨距角读数中的所有递增桨距角读数。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1. 一种用于控制风轮机的系统，包括：
构造成提供设定点的涡轮控制器(26)；
构造成控制风轮机操作的参数的操作系统(30)；以及
与所述涡轮控制器(26)分开一距离的副控制器(100)，所述副控制器(100)构造成通过通信接口(122)从所述涡轮控制器(26)接收所述设定点；
其中所述副控制器(100)构造成将所述设定点调整至调整的设定点，并且将指示所述调整的设定点的信号提供至所述操作系统(30)。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述副控制器(100)构造成调整所述设定点，而不存取由所述涡轮控制器(26)实施的计算机可读指令。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述副控制器(100)位于所述涡轮控制器(26)外的壳体中。
4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述副控制器(100)包括构造成接收一个或更多个输入信号的接口(124)。
5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述副控制器(100)构造成至少部分地基于所述一个或更多个输入信号确定所述调整的设定点。
6. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一个或更多个输入信号包括指示功率的信号。
7. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一个或更多个输入信号包括指示风速的信号。
8. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述副控制器(100)构造成至少部分地基于所述一个或更多个输入信号根据在所述副控制器(100)处编程的调整例行程序(120)来确定所述调整的设定点，所述调整例行程序(120)针对多个输入条件中的各个提供调整的设定点。
9. 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述调整例行程序(120)通过以所述副控制器(100)执行操作来至少部分地确定，所述操作包括：
针对所述多个输入条件中的各个，递增地调整多个递增设定点之中的所述设定点；
监测所述多个不同递增设定点中的各个处的所述风轮机(10)的功率产生；以及
至少部分地基于与各个递增设定点相关联的所述功率产生来从所述多个递增设定点选择用于所述输入条件的所述调整的设定点。
10. 一种用于控制风轮机的一个或更多个转子叶片的桨距角的方法(200)，所述方法包括：
在副控制器处从涡轮控制器接收指示桨距角设定点的信号(202)；
在所述副控制器处接收与输入条件相关联的一个或更多个信号(204)；
在所述副控制器处至少部分地基于所述输入条件来确定不同于所述桨距角设定点的调整的桨距角设定点(208)；以及
由所述副控制器将指示所述调整的桨距角设定点的信号提供至桨距控制器(210)。
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