專利名稱：用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的主題大體涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，并且更具體而言，涉及用于控制風(fēng)力渦輪 機(jī)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
一般而言，風(fēng)力渦輪機(jī)包括具有轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)，轉(zhuǎn)子包括具有多個葉片的可旋轉(zhuǎn) 的輪轂組件。葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械旋轉(zhuǎn)扭矩，機(jī)械旋轉(zhuǎn)扭矩通過轉(zhuǎn)子驅(qū)動一個或多個發(fā) 電機(jī)。發(fā)電機(jī)有時(但不總是)通過齒輪箱旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上。齒輪箱提高轉(zhuǎn)子的固有 地低的旋轉(zhuǎn)速度，以便于發(fā)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能高效地轉(zhuǎn)換成電能，該電能通過至少一個電 連接而被供給到公用電網(wǎng)中。還存在無齒輪直驅(qū)式風(fēng)力渦輪機(jī)。轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)、齒輪箱和 其它構(gòu)件典型地安裝在殼體或機(jī)艙內(nèi)，殼體或機(jī)艙定位在可為桁架或管狀塔架的基座的頂 上。一些風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)造包括雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)。這種構(gòu)造還可包括功率變換 器，功率變換器用來將產(chǎn)生的電功率的頻率轉(zhuǎn)換成基本類似于公用電網(wǎng)頻率的頻率。此外， 與DFIG相結(jié)合，這種變換器還在公用電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)之間傳送電功率，并且將發(fā)電機(jī)勵磁功 率從(連接)到電力公用電網(wǎng)連接的連接中的一個傳送到繞線發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。備選地，一些 風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)造包括但不限于備選類型的感應(yīng)發(fā)電機(jī)、永磁(PM)同步發(fā)電機(jī)和電勵磁同 步發(fā)電機(jī)以及開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)。這些備選構(gòu)造也可包括功率變換器，功率變換器用來如上 所述的那樣轉(zhuǎn)換頻率以及在公用電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)之間傳送電功率。已知的風(fēng)力渦輪機(jī)具有多個機(jī)械構(gòu)件和電氣構(gòu)件。各個電氣構(gòu)件和/或機(jī)械構(gòu)件 可具有與其它構(gòu)件獨(dú)立的或不同的運(yùn)行極限，例如電流、電壓、功率和/或溫度極限。此外， 已知的風(fēng)力渦輪機(jī)典型地設(shè)計有和/或組裝有預(yù)先定義的額定功率極限。為了在這種額 定功率極限內(nèi)運(yùn)行，電氣構(gòu)件和/或機(jī)械構(gòu)件可以關(guān)于運(yùn)行極限以大的邊界來運(yùn)行。這種 運(yùn)行可導(dǎo)致效率低下的風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行，并且可能不能充分利用風(fēng)力渦輪機(jī)的功率發(fā)生容 量。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，提供了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)，其包括構(gòu)造成測量風(fēng) 力渦輪機(jī)的至少一個運(yùn)行條件的至少一個測量裝置以及第一控制器。第一控制器構(gòu)造成基 于測得運(yùn)行條件來計算風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行極限，以及基于風(fēng)力渦輪機(jī)的構(gòu)件的極限條件來 調(diào)節(jié)運(yùn)行極限。在另一個實施例中，提供了 一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括發(fā)電機(jī)、構(gòu)造成可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，以及控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括構(gòu)造成測量風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一個運(yùn)行條 件的至少一個測量裝置以及第一控制器。第一控制器構(gòu)造成基于測得運(yùn)行條件來計算風(fēng)力 渦輪機(jī)的運(yùn)行極限，基于風(fēng)力渦輪機(jī)的構(gòu)件的極限條件來調(diào)節(jié)運(yùn)行極限，以及基于運(yùn)行極 限來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)子中的至少一個的運(yùn)行條件。
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在又一個實施例中，提供了一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，其包括測量風(fēng)力渦 輪機(jī)的至少一個運(yùn)行條件、基于測得運(yùn)行條件來計算風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行極限、基于風(fēng)力渦 輪機(jī)的構(gòu)件的極限條件來調(diào)節(jié)運(yùn)行極限，以及基于運(yùn)行極限來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)子中的至少 一個的運(yùn)行條件。


圖1是示例性風(fēng)力渦輪機(jī)的一部分的透視圖。圖2是適于與圖1所示的風(fēng)力渦輪機(jī)一起使用的示例性電氣與控制系統(tǒng)的示意 圖。圖3是適于與圖2所示的電氣與控制系統(tǒng)一起使用的示例性功率極限控制系統(tǒng)的 簡圖。圖4是適于與圖3所示的功率極限控制系統(tǒng)一起使用的示例性變換器極限計算器 的簡圖。部件列表
100風(fēng)力渦輪機(jī)
102機(jī)艙
104塔架
106轉(zhuǎn)子
108葉片
110輪轂
112低速軸
114齒輪箱
116高速軸
118發(fā)電機(jī)
120發(fā)電機(jī)定子
122發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子
200電氣與控制系統(tǒng)
202渦輪機(jī)控制器
206定子同步開關(guān)
208定子總線
210功率變換組件
212轉(zhuǎn)子總線
214主變壓器斷路器
216系統(tǒng)總線
218轉(zhuǎn)子濾波器
219轉(zhuǎn)子濾波器總線
220轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器
222線路側(cè)功率變換器
223側(cè)功率變換器總線
224線路濾波器
225線路總線
226線路接觸器
228變換斷路器
230變換斷路器總線
232連接總線
234主變壓器
236發(fā)電機(jī)側(cè)總線
238電網(wǎng)斷路器
240斷路器側(cè)總線
242電網(wǎng)總線
244DC鏈路
246正軌
248負(fù)軌
250電容器
252電流傳感器
254電流傳感器
256電流傳感器
262變換器控制器
264電流傳感器
300功率極限控制系統(tǒng)
302機(jī)械極限計算器
304測得環(huán)境條件
306機(jī)械功率極限值
308功率極限選擇器
310功率極限使能信號
312第一濾波器
314選定的功率極限值
316機(jī)械功率極限值
318求和結(jié)點(diǎn)
320第二求和結(jié)點(diǎn)
322變換器功率極限值
324變換器極限計算器
326功率極限差
328極限函數(shù)
330第二濾波器
332經(jīng)調(diào)節(jié)的功率極限
334機(jī)械功率減小值
336凈功率調(diào)節(jié)值
說明書
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338第一乘法器
340第二乘法器
342速度參照值
344渦輪機(jī)速度極限
346功率參照值
348渦輪機(jī)功率極限
402構(gòu)件
404測量裝置
406求和結(jié)點(diǎn)
408構(gòu)件值
410構(gòu)件極限值
412差值
414增益模塊
415積分模塊
416規(guī)格化的極限值
418極限比較模塊
具體實施例方式本文所述的實施例有利于通過風(fēng)力渦輪機(jī)的一個或多個構(gòu)件的更加高效的運(yùn)行 來從風(fēng)力渦輪機(jī)中捕獲額外的功率。一個或多個測量裝置測量一個或多個機(jī)械構(gòu)件和/或 一個或多個電氣構(gòu)件的運(yùn)行條件。第一控制器根據(jù)測得環(huán)境條件來計算機(jī)械功率極限。第 二控制器將多個電氣構(gòu)件的運(yùn)行條件與各個構(gòu)件的極限條件作比較。該第二控制器確定哪 個電氣構(gòu)件能夠產(chǎn)生和/或接收最少的功率量，且該第二控制器將電功率極限設(shè)置成具有 最少功率容量的電氣構(gòu)件的極限值。第一控制器計算機(jī)械功率極限和電功率極限之間的 差，并且根據(jù)計算出的差來計算渦輪機(jī)功率極限和/或渦輪機(jī)速度極限。風(fēng)力渦輪機(jī)基于 計算出的渦輪機(jī)功率極限和/或計算出的渦輪機(jī)速度極限來調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)的功率發(fā)生 和/或旋轉(zhuǎn)速度。圖1是示例性風(fēng)力渦輪機(jī)100的一部分的透視圖。風(fēng)力渦輪機(jī)100包括容納發(fā)電 機(jī)(在圖1中未顯示)的機(jī)艙102。機(jī)艙102安裝在塔架104(在圖1中顯示了塔架104 的一部分)上。塔架104可具有有利于本文所述的風(fēng)力渦輪機(jī)100的運(yùn)行的任何適當(dāng)?shù)母?度。風(fēng)力渦輪機(jī)100還包括轉(zhuǎn)子106，轉(zhuǎn)子106包括附連到旋轉(zhuǎn)輪轂110上的三個葉片108。 備選地，風(fēng)力渦輪機(jī)100包括有利于本文所述的風(fēng)力渦輪機(jī)100的運(yùn)行的任何數(shù)量的葉片 108。在該示例性實施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)100包括操作性地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子106和發(fā)電機(jī)(在圖 1中未顯示)上的齒輪箱(在圖1中未顯示)。圖2是可與風(fēng)力渦輪機(jī)100 —起使用的示例性電氣與控制系統(tǒng)200的示意圖。轉(zhuǎn) 子106包括聯(lián)接到輪轂110上的葉片108。轉(zhuǎn)子106還包括可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到輪轂110上 的低速軸112。低速軸112聯(lián)接到提速齒輪箱114上，提速齒輪箱114構(gòu)造成提高低速軸 112的旋轉(zhuǎn)速度，并且將該速度傳遞到高速軸116。在該示例性實施例中，齒輪箱114具有 約70 1的提速比率。例如，聯(lián)接到具有約70 1的提速比率的齒輪箱114上的、以約20轉(zhuǎn)/分(rpm)旋轉(zhuǎn)的低速軸112對高速軸116產(chǎn)生約1400rpm的速度。備選地，齒輪箱114 具有有利于本文所述的風(fēng)力渦輪機(jī)100的運(yùn)行的任何適當(dāng)?shù)奶崴俦嚷省Ｗ鳛榱硗獾膫溥x方 案，風(fēng)力渦輪機(jī)100包括在沒有任何居間齒輪箱的情況下可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子106上的直 驅(qū)式發(fā)電機(jī)。高速軸116可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到發(fā)電機(jī)118上。在該示例性實施例中，發(fā)電機(jī)118是 包括磁耦聯(lián)到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子122上的發(fā)電機(jī)定子120的繞線轉(zhuǎn)子式三相雙饋感應(yīng)(異步)發(fā) 電機(jī)(DFIG)。在一個備選實施例中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子122包括代替轉(zhuǎn)子繞組的多個永磁體。電氣與控制系統(tǒng)200包括渦輪機(jī)控制器202。渦輪機(jī)控制器202包括至少一個處 理器和存儲器、至少一個處理器輸入通道、至少一個處理器輸出通道，并且可包括至少一個 計算機(jī)(在圖2中均未顯示)。如本文所用，術(shù)語計算機(jī)不限于在本領(lǐng)域中稱為計算機(jī)的 集成電路，而是寬泛地指處理器、微控制器、微型計算機(jī)、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集 成電路和其它可編程的電路(在圖2中均未顯示)，而且這些術(shù)語在本文中可互換地使用。 在該示例性實施例中，存儲器可包括但不限于計算機(jī)可讀介質(zhì)，例如隨機(jī)存取存儲器(RAM) (在圖2中均未顯示)。備選地，也可使用一個或多個存儲裝置，例如軟盤、緊致盤只讀存儲 器(⑶-ROM)、磁光盤(MOD)和/或數(shù)字多功能盤(DVD)(在圖2中均未顯示)。而且，在該 示例性實施例中，另外的輸入通道(在圖2中未顯示)可為但不限于與操作員接口相關(guān)聯(lián) 的計算機(jī)外設(shè)，例如鼠標(biāo)和鍵盤(在圖2中均未顯示)。另外，在該示例性實施例中，另外的 輸出通道可包括但不限于操作員界面監(jiān)視器(在圖2中未顯示)。渦輪機(jī)控制器202的處理器處理從多個電氣和電子裝置中傳輸?shù)男畔?，該多個電 氣和電子裝置可包括但不限于電壓和電流轉(zhuǎn)換器。RAM和/或存儲裝置存儲和傳送信息和 待由處理器執(zhí)行的指令。RAM和/或存儲裝置還可用來存儲臨時變量、靜態(tài)(即不變的)信 息和指令或者其它中間信息，以及在處理器執(zhí)行指令期間將它們提供給處理器。執(zhí)行的指 令包括但不限于駐留的轉(zhuǎn)換和/或比較器算法。指令序列的執(zhí)行不限于硬件電路和軟件指 令的任何具體結(jié)合。發(fā)電機(jī)定子120通過定子總線208電聯(lián)接到定子同步開關(guān)206上。在一個示例性 實施例中，為了有利于DFIG的構(gòu)造，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子122通過轉(zhuǎn)子總線212電聯(lián)接到雙向功率 變換組件210上。備選地，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子122通過有利于本文所述的電氣與控制系統(tǒng)200的 運(yùn)行的任何其它裝置電聯(lián)接到轉(zhuǎn)子總線212上。作為另外的備選方案，電氣與控制系統(tǒng)200 構(gòu)造成這樣的全功率變換系統(tǒng)(未顯示)該全功率變換系統(tǒng)包括在設(shè)計和運(yùn)行上類似于 功率變換組件210且電聯(lián)接到發(fā)電機(jī)定子120上的全功率變換組件(在圖2中未顯示)。 該全功率變換組件有利于在發(fā)電機(jī)定子120和電功率輸配電網(wǎng)(未顯示)之間輸送電功 率。在該示例性實施例中，定子總線208將三相功率從發(fā)電機(jī)定子120傳送到定子同步開 關(guān)206。轉(zhuǎn)子總線212將三相功率從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子122傳送到功率變換組件210。在該示例 性實施例中，定子同步開關(guān)206通過系統(tǒng)總線216電聯(lián)接到主變壓器斷路器214上。在一 個備選實施例中，使用一個或多個熔斷器(未顯示)來代替主變壓器斷路器214。在另一個 實施例中，既沒有使用熔斷器，也沒有使用主變壓器斷路器214。功率變換組件210包括通過轉(zhuǎn)子總線212電聯(lián)接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子122上的轉(zhuǎn)子濾波 器218。轉(zhuǎn)子濾波器總線219將轉(zhuǎn)子濾波器218電聯(lián)接到轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器220上，而轉(zhuǎn) 子側(cè)功率變換器220電聯(lián)接到線路側(cè)功率變換器222上。轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器220和線路側(cè)功率變換器222是包括功率半導(dǎo)體(未顯示)的功率變換器橋。在該示例性實施例中，轉(zhuǎn) 子側(cè)功率變換器220和線路側(cè)功率變換器222構(gòu)造成三相的脈寬調(diào)制(PWM)構(gòu)造，該構(gòu)造 包括如本領(lǐng)域已知的那樣起作用的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)開關(guān)裝置(未在圖2中顯 示)。備選地，轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器220和線路側(cè)功率變換器222具有使用有利于本文所述 的電氣與控制系統(tǒng)200的運(yùn)行的任何開關(guān)裝置的任何構(gòu)造。功率變換組件210以電子數(shù)據(jù) 通訊的方式與渦輪機(jī)控制器202聯(lián)接，以控制轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器220和線路側(cè)功率變換器 222的運(yùn)行。在該示例性實施例中，線路側(cè)功率變換器總線223將線路側(cè)功率變換器222電聯(lián) 接到線路濾波器2 上。而且，線路總線225將線路濾波器224電聯(lián)接到線路接觸器2 上。此外，線路接觸器2 通過變換斷路器總線230電聯(lián)接到變換斷路器2 上。另外，變 換斷路器2 通過系統(tǒng)總線216和連接總線232電聯(lián)接到主變壓器斷路器214上。備選地， 線路濾波器2M直接通過連接總線232電聯(lián)接到系統(tǒng)總線216上，并且包括構(gòu)造成解決從 電氣與控制系統(tǒng)200中移除線路接觸器2 和變換斷路器2 的任何適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)方案(未 顯示)。主變壓器斷路器214通過發(fā)電機(jī)側(cè)總線236電聯(lián)接到電功率主變壓器234上。主 變壓器234通過斷路器側(cè)總線MO電聯(lián)接到電網(wǎng)斷路器238上。電網(wǎng)斷路器238通過電網(wǎng) 總線242連接到電功率輸配電網(wǎng)上。在一個備選實施例中，主變壓器234通過斷路器側(cè)總 線MO電聯(lián)接到一個或多個熔斷器(未顯示)上，而非電聯(lián)接到電網(wǎng)斷路器238上。在另 一個實施例中，既沒有使用熔斷器，也沒有使用電網(wǎng)斷路器238，而是相反，主變壓器234通 過斷路器側(cè)總線240和電網(wǎng)總線242聯(lián)接到電功率輸配電網(wǎng)上。在該示例性實施例中，轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器220通過單個直流(DC)鏈路M4以電連 通的方式與線路側(cè)功率變換器222聯(lián)接。備選地，轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器220和線路側(cè)功率變 換器222通過單獨(dú)的和分開的DC鏈路(在圖2中沒有顯示)電聯(lián)接。DC鏈路244包括正 軌M6、負(fù)軌M8，以及聯(lián)接在正軌246和負(fù)軌248之間的至少一個電容器250。備選地，電 容器250包括在正軌246和負(fù)軌248之間構(gòu)造成串聯(lián)和/或并聯(lián)的一個或多個電容器。渦輪機(jī)控制器202構(gòu)造成接收來自第一組電壓和電流傳感器252的多個電壓和電 流測量信號。此外，渦輪機(jī)控制器202構(gòu)造成監(jiān)測和控制與風(fēng)力渦輪機(jī)100相關(guān)聯(lián)的運(yùn)行 變量中的至少一些。在該示例性實施例中，三個電壓和電流傳感器252中的各個電聯(lián)接到 電網(wǎng)總線M2的三相中的各相上。備選地，電壓和電流傳感器252電聯(lián)接到系統(tǒng)總線216 上。作為另外的備選方案，電壓和電流傳感器252電聯(lián)接到有利于本文所述的電氣與控制 系統(tǒng)200的運(yùn)行的電氣與控制系統(tǒng)200的任何部分上。作為又一個備選方案，渦輪機(jī)控制 器202構(gòu)造成接收來自任何數(shù)量的電壓和電流傳感器252的任何數(shù)量的電壓和電流測量信 號，包括但不限于來自一個轉(zhuǎn)換器的一個電壓和電流測量信號。如圖2所示，電氣與控制系統(tǒng)200還包括構(gòu)造成接收多個電壓和電流測量信號的 變換器控制器262。例如，在一個實施例中，變換器控制器262接收來自以電子數(shù)據(jù)通訊的 方式與定子總線208聯(lián)接的第二組電壓和電流傳感器254的電壓和電流測量信號。變換器 控制器262接收來自以電子數(shù)據(jù)通訊的方式與轉(zhuǎn)子總線212聯(lián)接的第三組電壓和電流傳感 器256的第三組電壓和電流測量信號。變換器控制器262還接收來自以電子數(shù)據(jù)通訊的方 式與變換斷路器總線230聯(lián)接的第四組電壓和電流傳感器264的第四組電壓和電流測量信 號。第二組電壓和電流傳感器2M基本類似于第一組電壓和電流傳感器252，而第四組電壓
8和電流傳感器264基本類似于第三組電壓和電流傳感器256。變換器控制器262基本類似 于渦輪機(jī)控制器202，并且以電子數(shù)據(jù)通訊的方式與渦輪機(jī)控制器202聯(lián)接。此外，在該示 例性實施例中，變換器控制器262實體上結(jié)合在功率變換組件210內(nèi)。備選地，變換器控制 器262具有有利于本文所述的電氣與控制系統(tǒng)200的運(yùn)行的任何構(gòu)造。在運(yùn)行期間，風(fēng)沖擊葉片108，并且葉片108將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，機(jī)械旋 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩通過輪轂Iio可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動低速軸112。低速軸112驅(qū)動齒輪箱114，齒輪箱114隨 后提高低速軸112的低的旋轉(zhuǎn)速度，以便以增大的旋轉(zhuǎn)速度驅(qū)動高速軸116。高速軸116可 旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子122。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子122引起旋轉(zhuǎn)磁場，并且在磁耦聯(lián)到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 122上的發(fā)電機(jī)定子120內(nèi)產(chǎn)生電壓。發(fā)電機(jī)118將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)定子120中 的正弦三相交流(AC)電能信號。通過定子總線208、定子同步開關(guān)206、系統(tǒng)總線216、主 變壓器斷路器214和發(fā)電機(jī)側(cè)總線236將相關(guān)聯(lián)的電功率傳輸?shù)街髯儔浩?34。主變壓器 234提高電功率的電壓幅度，并且經(jīng)變壓的電功率通過斷路器側(cè)總線M0、電網(wǎng)斷路器238 和電網(wǎng)總線242而被進(jìn)一步傳輸?shù)诫娋W(wǎng)。在該示例性實施例中，提供了第二電功率傳輸路徑。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子122內(nèi)產(chǎn)生三 相正弦AC電功率，并且該AC電功率通過轉(zhuǎn)子總線212傳輸?shù)焦β首儞Q組件210。在功率變 換組件210內(nèi)，電功率傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子濾波器218，并且針對與轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器220相關(guān)聯(lián)的 PWM信號的變化率來修改電功率。轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器220用作整流器，并且將正弦三相AC 功率整流成DC功率。DC功率傳輸?shù)紻C鏈路244中。電容器250通過促進(jìn)減輕與AC整流 相關(guān)聯(lián)的DC波動來促進(jìn)減輕DC鏈路M4電壓幅度變化。DC功率隨后從DC鏈路244傳輸?shù)骄€路側(cè)功率變換器222，并且線路側(cè)功率變換 器222用作構(gòu)造成將來自DC鏈路M4的DC電功率轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定的電壓、電流和頻率的 三相正弦AC電功率的逆變器。通過變換器控制器262來監(jiān)測和控制這種轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換來的 AC功率通過線路側(cè)功率變換器總線223和線路總線225、線路接觸器226、變換斷路器總線 230、變換斷路器2 和連接總線232從線路側(cè)功率變換器222傳輸?shù)较到y(tǒng)總線216。線路 濾波器2M補(bǔ)償或調(diào)節(jié)從線路側(cè)功率變換器222傳輸?shù)碾姽β手械闹C波電流。定子同步開 關(guān)206構(gòu)造成關(guān)閉，以有利于使來自發(fā)電機(jī)定子120的三相功率與來自功率變換組件210 的三相功率連接。變換斷路器228、主變壓器斷路器214和電網(wǎng)斷路器238構(gòu)造成以便斷開對應(yīng)的 總線(例如當(dāng)過量電流可損害電氣與控制系統(tǒng)200的構(gòu)件時)。還提供了包括線路接觸器 226的另外的保護(hù)構(gòu)件，可控制該保護(hù)構(gòu)件，以通過打開對應(yīng)于線路總線225中的各個線路 的開關(guān)(在圖2中沒有顯示)來形成斷開。功率變換組件210針對例如輪轂110和葉片108處的風(fēng)速的變化來補(bǔ)償或調(diào)節(jié)來 自發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子122的三相功率的頻率。因此，這樣，機(jī)械和電氣轉(zhuǎn)子頻率就與定子頻率去 華禹。在一些情況下，功率變換組件210的雙向特性，具體而言是轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器220 和線路側(cè)功率變換器222的雙向特性，有利于將產(chǎn)生的電功率中的至少一些反饋回發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子122中。更具體而言，電功率從系統(tǒng)總線216傳輸?shù)竭B接總線232，且隨后通過變換斷 路器2 和變換斷路器總線230，傳輸?shù)焦β首儞Q組件210中。在功率變換組件210內(nèi)，電 功率傳輸通過線路接觸器226、線路總線225和線路側(cè)功率變換器總線223而傳入線路側(cè)功率變換器222中。線路側(cè)功率變換器222用作整流器，并且將正弦三相AC功率整流成DC 功率。DC功率傳輸?shù)紻C鏈路244中。電容器250通過促進(jìn)減輕有時與三相AC整流相關(guān)聯(lián) 的DC波動來促進(jìn)減輕DC鏈路M4電壓幅度變化。DC功率隨后從DC鏈路244傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子側(cè)功率變換器220，并且轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器 220用作構(gòu)造成將從DC鏈路244傳輸?shù)腄C電功率轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定的電壓、電流和頻率的 三相正弦AC電功率的逆變器。通過變換器控制器262來監(jiān)測和控制這種轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換來的 AC功率通過轉(zhuǎn)子濾波器總線219從轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器220傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子濾波器218，并且隨 后通過轉(zhuǎn)子總線212傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子122，從而有利于亞同步運(yùn)行。功率變換組件210構(gòu)造成接收來自渦輪機(jī)控制器202的控制信號?？刂菩盘柣?風(fēng)力渦輪機(jī)100和電氣與控制系統(tǒng)200的感測到的條件或運(yùn)行特性?？刂菩盘栍蓽u輪機(jī)控 制器202接收，并且用來控制功率變換組件210的運(yùn)行。來自一個或多個傳感器的反饋可由 電氣與控制系統(tǒng)200使用，以通過變換器控制器262來控制功率變換組件210，包括例如變 換斷路器總線230，通過第二組電壓和電流傳感器254、第三組電壓和電流傳感器256以及 第四組電壓和電流傳感器264來控制定子總線和轉(zhuǎn)子總線電壓或電流反饋。使用這個反饋 信息(以及例如開關(guān)控制信號)，可以以任何已知的方式產(chǎn)生定子同步開關(guān)控制信號和系 統(tǒng)斷路器控制(跳脫)信號。例如，對于具有預(yù)定特性的電網(wǎng)電壓瞬變，變換器控制器沈2 將在線路側(cè)功率變換器222內(nèi)至少暫時基本中止IGBT導(dǎo)通。線路側(cè)功率變換器222的運(yùn) 行的這種中止將把通過功率變換組件210輸送的電功率基本減小到大約零。圖3是適于與電氣與控制系統(tǒng)200(在圖2中顯示)一起使用的示例性功率極限 控制系統(tǒng)300的示意圖。功率極限控制系統(tǒng)300計算風(fēng)力渦輪機(jī)100(在圖1中顯示)的 功率極限(也稱為功率設(shè)定點(diǎn))和/或旋轉(zhuǎn)速度極限(也稱為速度設(shè)定點(diǎn))。如本文所用， 用語“極限”指的是風(fēng)力渦輪機(jī)100的一個或多個構(gòu)件的相關(guān)聯(lián)的運(yùn)行條件的最大穩(wěn)態(tài)值。 應(yīng)當(dāng)注意，運(yùn)行條件可超過限定的極限達(dá)短的持續(xù)時間，并且可大于風(fēng)力渦輪機(jī)100和/或 風(fēng)力渦輪機(jī)100的一個或多個構(gòu)件的額定極限。在該示例性實施例中，功率極限控制系統(tǒng) 300至少部分地由第一控制器實現(xiàn)，例如渦輪機(jī)控制器202 (在圖2中顯示)。備選地，功率 極限控制系統(tǒng)300由任何適當(dāng)?shù)目刂破骱?或控制系統(tǒng)實現(xiàn)。在該示例性實施例中，功率極限控制系統(tǒng)300包括接收一個或多個測得環(huán)境條件 304的機(jī)械極限計算器302。在該示例性實施例中，測得環(huán)境條件304可為風(fēng)力渦輪機(jī)100 處或附近的任何測得空氣密度、測得海拔、測得風(fēng)速、測得環(huán)境溫度和/或任何適當(dāng)?shù)臏y得 環(huán)境條件。機(jī)械極限計算器302使用測得環(huán)境條件304來計算風(fēng)力渦輪機(jī)100的一個或多 個機(jī)械構(gòu)件可按照預(yù)先定義為可接受的疲勞水平運(yùn)行時所處的最大功率極限(下文中稱 為“機(jī)械功率極限”)。在一個實施例中，機(jī)械極限計算器302參考查找表來使測得空氣密度 或另一個測得環(huán)境條件304與機(jī)械功率極限相互關(guān)聯(lián)。備選地，機(jī)械極限計算器302使用 預(yù)先定義的方程或任何適當(dāng)?shù)姆椒▉碛嬎銠C(jī)械功率極限。在一個實施例中，機(jī)械極限計算 器302將測得環(huán)境條件304與一個或多個機(jī)械構(gòu)件的一個或多個極限條件作比較。在這種 實施例中，機(jī)械極限計算器302比較機(jī)械構(gòu)件的極限條件，并且將計算出的機(jī)械功率極限 值306設(shè)置成最極限的條件(即極限條件和對應(yīng)的測得環(huán)境條件304之間的差的最低值)。 換句話說，機(jī)械極限計算器302計算一個或多個機(jī)械構(gòu)件的最大功率極限，并且將計算出 的機(jī)械功率極限值306設(shè)置成全部機(jī)械構(gòu)件可運(yùn)行時所處的最大功率水平。最大功率極限可大于風(fēng)力渦輪機(jī)100的額定功率極限。機(jī)械極限計算器302將計算出的機(jī)械功率極限值 306傳輸?shù)焦β蕵O限選擇器308。如本文所用，計算出的機(jī)械功率極限值306是表示機(jī)械功 率極限的信號，并且通過功率極限控制系統(tǒng)300內(nèi)的一個或多個導(dǎo)線來傳輸該信號。本領(lǐng) 域技術(shù)人員將認(rèn)可，如本文所用，在信號中傳輸從一個構(gòu)件傳輸?shù)搅硪粋€構(gòu)件的“值”，并且 該信號包括表示該值的成分。功率極限選擇器308接收來自渦輪機(jī)控制器202或來自風(fēng)力渦輪機(jī)100的任何適 當(dāng)構(gòu)件的動態(tài)功率極限使能信號310。動態(tài)功率極限使能信號310表示風(fēng)力渦輪機(jī)100是 構(gòu)造成動態(tài)地改變機(jī)械功率極限，還是風(fēng)力渦輪機(jī)100必須使用默認(rèn)的功率極限值。更具 體而言，如果風(fēng)力渦輪機(jī)100構(gòu)造成動態(tài)地改變功率極限(即如果動態(tài)的功率極限使能信 號310設(shè)置成“真”值或另一個適當(dāng)?shù)闹?，則功率極限選擇器308將計算出的機(jī)械功率極 限值306傳輸?shù)降谝粸V波器312。備選地，如果風(fēng)力渦輪機(jī)100不構(gòu)造成動態(tài)地改變功率極 限(即如果動態(tài)功率極限使能信號310設(shè)置成“假”值或其它適當(dāng)?shù)闹?，則功率極限選擇 器308將默認(rèn)的功率極限值傳輸?shù)降谝粸V波器312。在該示例性實施例中，默認(rèn)的功率極限 值對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)100的額定功率極限。在選擇計算出的機(jī)械功率極限值306或默認(rèn)的 功率極限值之后，功率極限選擇器308將選定的功率極限值314傳輸?shù)降谝粸V波器312。第一濾波器312有利于確定功率極限控制器300的穩(wěn)態(tài)機(jī)械功率極限。在該示例 性實施例中，第一濾波器312包括具有約20秒的時間常數(shù)的低通濾波器。備選地，第一濾 波器312可為任何適當(dāng)?shù)臑V波器，并且可具有任何適當(dāng)?shù)臅r間常數(shù)。第一濾波器312有利 于過濾掉選定的功率極限值314的快速波動。因而，第一濾波器312有利于減小風(fēng)力渦輪 機(jī)100的機(jī)械構(gòu)件的瞬態(tài)運(yùn)行條件的影響，包括但不限于由于驟風(fēng)引起的轉(zhuǎn)子106(在圖1 中顯示)的速度的迅速變化。第一濾波器312將機(jī)械功率極限值316傳輸?shù)降谝磺蠛徒Y(jié)點(diǎn) 318和第二求和結(jié)點(diǎn)320。第一求和結(jié)點(diǎn)318接收從變換器極限計算器324中傳輸?shù)淖儞Q器功率極限值 322(將在下文中參照圖4進(jìn)行更加詳細(xì)的闡述)。第一求和結(jié)點(diǎn)318從機(jī)械功率極限值316 中減去變換器功率極限值322，并且將得到的功率極限差3 傳輸?shù)綐O限函數(shù)328。功率極 限差3 表示由于功率變換組件210(在圖2中顯示)內(nèi)的約束而需要的功率減少量。換 句話說，功率極限差3 表示用以保持功率變換組件210的足夠的運(yùn)行邊界的機(jī)械功率極 限值316的減少。在一個實施例中，功率變換組件210保持功率變換組件210的一個或多 個構(gòu)件的足夠的運(yùn)行邊界，以在介于約0%和約5%之間的電壓波動、介于約5%和約20% 之間的無功功率波動和介于約0%和約5%之間的扭矩變化以及所有包括的子范圍的情況 下運(yùn)行。在另一個實施例中，功率變換組件210保持功率變換組件210的一個或多個構(gòu)件 的足夠的運(yùn)行邊界，以在約2%的電壓波動、約10%的無功功率波動和約2%的扭矩變化的 情況下運(yùn)行。備選地，功率變換組件210可構(gòu)造成如期望的那樣保持其它適當(dāng)?shù)倪吔?。?率變換組件210和/或功率變換組件210內(nèi)的構(gòu)件可比風(fēng)力渦輪機(jī)100的機(jī)械構(gòu)件受更少 的約束。在這種情形下，變換器功率極限值322將大于機(jī)械功率極限值316，從而產(chǎn)生功率 極限差326的負(fù)值。極限函數(shù)3 強(qiáng)制功率極限差326為非負(fù)值。如果功率極限差3 具有負(fù)值，則 極限函數(shù)3 將基本為零的值輸出到第二濾波器330。如果功率極限差3 具有大于或等 于零的值，則極限函數(shù)3 將功率極限差326的值輸出到第二濾波器330。因而，極限函數(shù)328防止變換器功率極限值322將風(fēng)力渦輪機(jī)100的功率極限提高到配備機(jī)械構(gòu)件來操作 的極限以上(即在機(jī)械功率極限值316以上)。極限函數(shù)3 將經(jīng)調(diào)節(jié)的功率極限332傳 輸?shù)降诙V波器330。第二濾波器330有利于確定功率變換組件210所需的穩(wěn)態(tài)功率極限減小。在該示 例性實施例中，第二濾波器330包括具有約4秒的時間常數(shù)的低通濾波器。備選地，第二濾 波器330可為任何適當(dāng)?shù)臑V波器，并且可具有任何適當(dāng)?shù)臅r間常數(shù)。第二濾波器330有利 于過濾掉經(jīng)調(diào)節(jié)的功率極限332的快速波動。因而，第二濾波器330有利于減小風(fēng)力渦輪 機(jī)100的電氣構(gòu)件的瞬態(tài)運(yùn)行條件的影響，包括但不限于功率變換組件210內(nèi)的電壓、電流 和/或頻率的迅速增大。第二濾波器330將機(jī)械功率減小值334傳輸?shù)降诙蠛徒Y(jié)點(diǎn)320。 機(jī)械功率減小值334表示機(jī)械功率極限值316由于功率變換組件210內(nèi)的約束而需要減小 的功率量。第二求和結(jié)點(diǎn)320從機(jī)械功率極限值316中減去機(jī)械功率減小值334，并且將得到 的凈功率調(diào)節(jié)值336傳輸?shù)降谝怀朔ㄆ?38和第二乘法器340。第一乘法器338接收速度 參照值342，并且用凈功率調(diào)節(jié)值336乘以速度參照值342來得到渦輪機(jī)速度極限344。第 二乘法器340接收功率參照值346，并且用凈功率調(diào)節(jié)值336乘以功率參照值346來得到 渦輪機(jī)功率極限；348。在該示例性實施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)100和/或渦輪機(jī)控制器202基 于渦輪機(jī)速度極限344和/或渦輪機(jī)功率極限348來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)118的功率輸出、發(fā)電機(jī) 118的扭矩和/或轉(zhuǎn)子106 (在圖1中顯示)的旋轉(zhuǎn)速度。圖4是顯示了適于與功率極限控制系統(tǒng)300(在圖3中顯示)一起使用的示例性 變換器極限計算器324的簡圖。在該示例性實施例中，變換器極限計算器324由第二控制 器-例如變換器控制器262(在圖2中顯示)來實現(xiàn)。備選地，變換器極限計算器3M在功 率極限控制系統(tǒng)300內(nèi)，以及/或者由渦輪機(jī)控制器202 (在圖2中顯示)或任何適當(dāng)?shù)目?制器和/或控制系統(tǒng)實現(xiàn)。變換器極限計算器3M包括風(fēng)力渦輪機(jī)100(在圖1中顯示)的 多個構(gòu)件402。在該示例性實施例中，構(gòu)件402是功率變換組件210和/或風(fēng)力渦輪機(jī)100 內(nèi)的電氣構(gòu)件。備選地，構(gòu)件402是功率變換組件210和/或風(fēng)力渦輪機(jī)100的機(jī)電構(gòu)件、 機(jī)械構(gòu)件和/或任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)件。雖然圖4顯示了包括四個構(gòu)件402的變換器極限計算器 324，但變換器極限計算器3 可包括任何數(shù)量的構(gòu)件402。在一個實施例中，構(gòu)件402包 括但不限于齒輪箱114、轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器220、線路側(cè)功率變換器222、發(fā)電機(jī)定子120、發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)子122(全部在圖2中顯示)和/或任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)件。在該示例性實施例中，變換器 極限計算器324內(nèi)的各個構(gòu)件402通訊聯(lián)接到至少一個測量裝置404上，測量裝置404測 量構(gòu)件402的一個或多個運(yùn)行條件。在一個實施例中，測量裝置404包括一個或多個傳感 器，傳感器可包括例如下者中的一個或多個第一組電壓和電流傳感器252、第二組電壓和 電流傳感器254、第三組電壓和電流傳感器256、第四組電壓和電流傳感器沈4(全部在圖2 中顯示)，以及任何適當(dāng)?shù)膫鞲衅?。備選地，測量裝置404包括渦輪機(jī)控制器202、變換器控 制器262和/或可提供構(gòu)件402的運(yùn)行條件的一個或多個測量和/或計算值的任何適當(dāng)?shù)?裝置或模型，或者由它們代替。在該示例性實施例中，各個測量裝置404通訊聯(lián)接到求和結(jié)點(diǎn)406上。各個測量 裝置404將表示構(gòu)件402的一個或多個測得的或計算出的運(yùn)行條件的一個或多個構(gòu)件值 408傳輸?shù)角蠛徒Y(jié)點(diǎn)406。這樣的運(yùn)行條件可包括但不限于構(gòu)件402處或內(nèi)的電流、電壓、功率和/或溫度。求和結(jié)點(diǎn)406接收表示各個構(gòu)件402的一個或多個最大運(yùn)行極限的一個 或多個構(gòu)件極限值410。這種極限值可包括但不限于構(gòu)件402構(gòu)造成在其之內(nèi)運(yùn)行的最大 穩(wěn)態(tài)或即時電流、電壓、功率和/或溫度。在該示例性實施例中，構(gòu)件極限值410是在構(gòu)件 402的安裝期間、在風(fēng)力渦輪機(jī)100投入運(yùn)行(commossion)期間和/或在風(fēng)場(未顯示) 投入運(yùn)行期間設(shè)置的預(yù)定的或預(yù)先定義的運(yùn)行約束。構(gòu)件極限值410存儲在渦輪機(jī)控制器 202、變換器控制器262和/或任何其它適當(dāng)?shù)难b置的存儲器(未顯示)內(nèi)。備選地，在任 何適當(dāng)?shù)臅r間期間設(shè)置構(gòu)件極限值410，以及/或者動態(tài)地設(shè)置構(gòu)件極限值410，從而使得 構(gòu)件極限值410可在風(fēng)力渦輪機(jī)100運(yùn)行期間改變。構(gòu)件極限值410從渦輪機(jī)控制器202、 從變換器控制器262和/或從任何適當(dāng)?shù)难b置傳輸?shù)角蠛徒Y(jié)點(diǎn)406。在一個實施例中，構(gòu)件 極限值410從風(fēng)場控制器(未顯示)傳輸?shù)角蠛徒Y(jié)點(diǎn)406。求和結(jié)點(diǎn)406從構(gòu)件極限值410中減去構(gòu)件值408，并且輸出表示比較的結(jié)果的 差值412。在一個實施例中，差值412配置成表示構(gòu)件值408和構(gòu)件極限值410之間的差。 在另一個實施例中，差值412配置成表示基本為零的值(如果構(gòu)件值408小于或等于構(gòu)件 極限值410的話)和構(gòu)件值408與構(gòu)件極限值410之間的差(如果構(gòu)件值408大于構(gòu)件極 限值410的話)。備選地，求和結(jié)點(diǎn)406輸出表示比較的結(jié)果的任何適當(dāng)表達(dá)的差值412。 在該示例性實施例中，各個差值412表示各個構(gòu)件402的各個運(yùn)行條件高于或低于各個構(gòu) 件極限值410的各個相應(yīng)的極限值的量。更具體而言，各個差值412表示各個構(gòu)件402能 夠產(chǎn)生和/或接收的、高于或低于相應(yīng)的極限值的功率量。在該示例性實施例中，差值412傳輸?shù)皆鲆婺K414，增益模塊414使差值412乘 以增益值。在一個實施例中，增益模塊414包括積分模塊415，或者操作性地聯(lián)接到積分模 塊415上，積分模塊有利于減少誤差，例如變換器極限計算器3M的一個或多個構(gòu)件的跟蹤 誤差。備選地，增益模塊414包括對差值412起作用的任何適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償函數(shù)。在該示例性 實施例中，各個差值412乘以單獨(dú)的增益值，并且選擇增益值，以使各個差值412基本規(guī)格 化，以有利于差值412之間的比較。在構(gòu)件402的安裝期間、在風(fēng)力渦輪機(jī)100投入運(yùn)行期 間和/或在風(fēng)場(未顯示)投入運(yùn)行期間預(yù)定或預(yù)先定義和設(shè)置增益值。增益值存儲在渦 輪機(jī)控制器202、變換器控制器沈2和/或任何其它適當(dāng)?shù)难b置的存儲器(未顯示)內(nèi)。備 選地，在任何適當(dāng)?shù)臅r間期間設(shè)置增益值，以及/或者動態(tài)地設(shè)置增益值，從而使得增益值 可在風(fēng)力渦輪機(jī)100運(yùn)行期間改變。增益模塊414將增益值應(yīng)用于差值412，并且將得到的 規(guī)格化的極限值416傳輸?shù)綐O限比較模塊418。在該示例性實施例中，各個規(guī)格化的極限值 416表示各個構(gòu)件能夠產(chǎn)生和/或接收的規(guī)格化的功率量。極限比較模塊418接收各個規(guī)格化的極限值416，并且使規(guī)格化的極限值416彼此 相互比較。在該示例性實施例中，極限比較模塊418確定哪個規(guī)格化的極限值416包含最小 值，并且將變換器功率極限值322設(shè)置成最小的規(guī)格化的極限值416的值。極限比較模塊 418將變換器功率極限值322傳輸?shù)焦β蕵O限控制系統(tǒng)300。換句話說，極限比較模塊418 確定哪個構(gòu)件402具有最低的功率容量，并且將變換器功率極限值322設(shè)置成表示該最低 功率容量的值。功率極限控制系統(tǒng)300基于變換器功率極限值322來減小運(yùn)行極限，例如 機(jī)械功率極限值316、渦輪機(jī)速度極限344和/或渦輪機(jī)功率極限348 (在圖3中顯示)。本文描述的實施例計算風(fēng)力渦輪機(jī)100的一個或多個機(jī)械構(gòu)件的最大功率極限， 并且基于風(fēng)力渦輪機(jī)100和/或功率變換組件210的一個或多個電氣構(gòu)件的極限或約束來
13減小最大功率極限。但是，計算的一個或多個步驟可反過來，從而使得可計算一個或多個電 氣構(gòu)件的最大功率極限，而且最大功率極限可被減小一個或多個機(jī)械構(gòu)件的極限或約束。本文描述的系統(tǒng)和方法的技術(shù)效果包括下者中的至少一個(a)測量風(fēng)力渦輪機(jī) 的至少一個運(yùn)行條件；(b)基于測得運(yùn)行條件來計算風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行極限；(C)基于風(fēng)力 渦輪機(jī)的構(gòu)件的極限條件來調(diào)節(jié)運(yùn)行極限；以及(d)基于運(yùn)行極限來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)子中 的至少一個的運(yùn)行條件。上述實施例有利于為風(fēng)力渦輪機(jī)提供高效且成本有效的控制系統(tǒng)。功率極限控制 系統(tǒng)計算多個風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)件的運(yùn)行極限，例如功率極限，并且將整個渦輪機(jī)功率極限設(shè) 置成基本等于具有最少功率容量的構(gòu)件的功率極限的值。功率極限控制系統(tǒng)可將風(fēng)力渦輪 機(jī)功率輸出提高到大于風(fēng)力渦輪機(jī)的額定功率水平的水平，同時有利于將各個風(fēng)力渦輪機(jī) 構(gòu)件保持在預(yù)先定義的運(yùn)行極限內(nèi)。因而，使用功率極限控制系統(tǒng)可捕獲額外的功率。以上對風(fēng)力渦輪機(jī)、用于風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)以及控制風(fēng)力渦輪機(jī)的方法的示 例性實施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。方法、風(fēng)力渦輪機(jī)和控制系統(tǒng)不限于本文描述的具體實施例， 而是相反，風(fēng)力渦輪機(jī)和/或控制系統(tǒng)的構(gòu)件和/或方法的步驟可獨(dú)立地以及與本文描述 的其它構(gòu)件和/或步驟分開來使用。例如，控制系統(tǒng)和方法還可與其它風(fēng)力渦輪機(jī)功率系 統(tǒng)和方法結(jié)合起來使用，并且不限于僅與本文描述的功率系統(tǒng)一起實踐。相反，可結(jié)合許多 其它風(fēng)力渦輪機(jī)或功率系統(tǒng)應(yīng)用來實現(xiàn)和使用示例性實施例。雖然可能在一些附圖中顯示了本發(fā)明的各實施例的具體特征而在其它圖中沒有 顯示，但這僅是為了方便。根據(jù)本發(fā)明的原理，圖中的任何特征可結(jié)合任何其它圖中的任何 特征來進(jìn)行參照和/或要求保護(hù)。本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人 員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的 可授予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。如果 這種其它實例具有不異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這種其它實例包括 與權(quán)利要求書的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這種其它實例意圖處于權(quán)利要 求書的范圍之內(nèi)。
1權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)000)，所述控制系統(tǒng)包括構(gòu)造成測量所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的至少一個運(yùn)行條件的至少一個測量裝置(404)；以及第一控制器002)，構(gòu)造成基于測得的運(yùn)行條件來計算所述風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行極限；以及 基于所述風(fēng)力渦輪機(jī)的構(gòu)件G02)的極限條件來調(diào)節(jié)所述運(yùn)行極限。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)000)，其特征在于，所述第一控制器(202)構(gòu)造成 計算運(yùn)行極限，所述運(yùn)行極限包括大于所述風(fēng)力渦輪機(jī)的額定功率極限的所述風(fēng)力渦輪機(jī) (100)的功率極限。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)000)，其特征在于，所述第一控制器(202)進(jìn)一 步構(gòu)造成基于所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的多個電氣構(gòu)件(40 的極限條件來減小所述運(yùn)行極限。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)000)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)(200)進(jìn)一步包 括第二控制器062)，該第二控制器( 構(gòu)造成確定所述多個電氣構(gòu)件的具有最低功率容量的電氣構(gòu)件G02)；以及 基于具有最低功率容量的所述電氣構(gòu)件來減小所述運(yùn)行極限。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)000)，其特征在于，在確定所述最低功率容量之 前，使各個電氣構(gòu)件G02)的功率容量規(guī)格化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)000)，其特征在于，所述第一控制器(20 進(jìn)一步 構(gòu)造成基于所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的多個機(jī)械構(gòu)件002)的最大功率容量來計算功率極限；以及基于所述風(fēng)力渦輪機(jī)的多個電氣構(gòu)件的極限條件來減小所述功率極限。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)O00)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)(200)進(jìn)一步包 括構(gòu)造成減小所述運(yùn)行極限的波動的濾波器(224)。
8.一種風(fēng)力渦輪機(jī)(100)，包括 發(fā)電機(jī)(118)；構(gòu)造成可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子(106)； 控制系統(tǒng)000)，包括構(gòu)造成測量所述風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一個運(yùn)行條件的至少一個測量裝置G04)；以及第一控制器002)，該第一控制器(20 構(gòu)造成基于測得的運(yùn)行條件來計算所述風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行極限；基于所述風(fēng)力渦輪機(jī)的構(gòu)件G02)的極限條件來調(diào)節(jié)所述運(yùn)行極限；以及基于所述運(yùn)行極限來調(diào)節(jié)所述發(fā)電機(jī)和所述轉(zhuǎn)子中的至少一個的運(yùn)行條件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(100)，其特征在于，所述第一控制器(202)構(gòu)造 成計算運(yùn)行極限，所述運(yùn)行極限包括大于所述風(fēng)力渦輪機(jī)的額定功率極限的所述風(fēng)力渦輪 機(jī)的功率極限。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(100)，其特征在于，所述第一控制器(202)進(jìn) 一步構(gòu)造成基于所述風(fēng)力渦輪機(jī)的多個電氣構(gòu)件G02)的極限條件來減小所述運(yùn)行極限。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的方法和設(shè)備。提供了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)(200)。該控制系統(tǒng)包括構(gòu)造成測量風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的至少一個運(yùn)行條件的至少一個測量裝置(404)。第一控制器(202)構(gòu)造成基于測得運(yùn)行條件來計算風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行極限，以及基于風(fēng)力渦輪機(jī)的構(gòu)件(402)的極限條件來調(diào)節(jié)該運(yùn)行極限。
文檔編號F03D7/04GK102062051SQ20101055614
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者A·M·克羅多夫斯基, C·舒爾滕, G·托爾博姆, H·肖爾特-瓦辛克, J·G·甘地, M·E·卡迪納爾, S·A·巴克, T·霍夫曼 申請人:通用電氣公司