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风力涡轮机及其相关方法与计算机程序

阅读：467发布：2021-02-23

IPRDB可以提供风力涡轮机及其相关方法与计算机程序专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及风力涡轮机及其相关方法与计算机程序。提供了一种包括若干子单元的风力涡轮机。其中各子单元适于以合作模式和独立模式操作。在合作模式中，该控制器中的一个控制器用作主控制器且其余控制器用作从控制器。在独立模式中，各子单元受到其相应控制器的专有地控制，其中，这些控制器中的各控制器充当其子单元的独立主控制器。另外，提供一种用于操作包括至少两个子单元的风力涡轮机的方法。其中各子单元包括至少一个传感器、至少一个执行器以及控制器。该方法在各子单元中独立地执行且包括检测至少一个传感器信号及确定并传递命令到至少一个执行器。另外，提供了一种用于控制包括至少两个子单元的风力涡轮机的分段计算机程序。，下面是风力涡轮机及其相关方法与计算机程序专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种风力涡轮机，包括：

若干个子单元，所述子单元中的各个子单元包括控制器，

其中，所述控制器中的各个控制器适于以合作模式和独立模式操作，其中，在所述合作模式中，所述控制器中的一个控制器用作主控制器，且所述控制器中的其余控制器用作所述主控制器的从控制器，其中，在所述独立模式中，各个子单元由相应的控制器专有地控制，所述控制器中的各个控制器充当用于所述相应子单元的独立主控制器，且其中，所述从控制器中的各个能够响应于来自所述主控制器的意外命令或者来自所述风力涡轮机的传感器的意外数据从所述合作模式切换到所述独立模式。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述子单元中的各个子单元包括至少一个传感器，所述控制器中的各个控制器连接至相应子单元的所述至少一个传感器，其中，在所述独立模式中，所述控制器中的各个控制器可操作，以基于由所述至少一个传感器所提供的传感器数据专有地控制所述相应子单元。

3.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述子单元中的至少一个子单元还包括至少一个从控制器，所述至少一个从控制器适于由所述子单元的控制器来监控。

4.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述子单元中的至少一个子单元还包括备用电源。

5.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述子单元中的一个是毂子单元。

6.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其特征在于，所述毂子单元包括用于测量所述风力涡轮机的内电网的电力情况的传感器。

7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其特征在于，所述毂子单元包括用于测量转子轴上的负荷和所述转子轴的旋转速度中的至少一个的传感器。

8.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述子单元中的一个是发电机子单元。

9.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述子单元中的一个是塔架子单元、机器子单元或者转换器子单元。

10.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述子单元中的一个是由在所述独立模式中起主控制器作用的相应控制器专有地控制的毂子单元。

11.一种用于操作包括至少两个子单元的风力涡轮机的方法，所述至少两个子单元中的各个子单元包括至少一个传感器、至少一个执行器以及控制器，所述方法包括：-检测至少一个传感器信号；

-确定命令并将其传递到所述至少一个执行器；

-以合作模式操作所述风力涡轮机，包括作为控制所述风力涡轮机的操作的主控制器操作所述控制器中的一个控制器，以及作为所述主控制器的从控制器来操作所述控制器中的剩余控制器中的各个；

-在所述风力涡轮机以独立模式操作期间独立地操作所述控制器中的各个，其中，在所述独立模式中，所述检测和确定以及传递在各个子单元中独立地执行；以及-在所述风力涡轮机以所述合作模式操作期间，在接收到来自所述主控制器的意外命令或者来自所述传感器中的一个的意外信号之后，使得各个从控制器切换到独立模式中的主模式和操作。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制器仅使用相应的所述子单元内的可用信息来控制所述子单元。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，至少一个子单元还包括由所述至少一个子单元的控制器监控的至少一个从控制器。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，执行所述检测和确定以及传递，使得所述风力涡轮机在给定风力条件下产生预定的最大功率。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，执行所述检测和确定以及传递，使得所述风力涡轮机坡降。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少两个子单元包括由独立的主控制器控制的毂子单元。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，分别在检测到转子轴的旋转速度的降低以及增加之后，使所述毂子单元加速和减速。

说明书全文

风力涡轮机及其相关方法与计算机程序

技术领域

[0001] 本发明公开了一种用于彼此独立地操作风力涡轮机构件的方法。另外，本发明还公开了一种适于由独立的主控制器控制的风力涡轮机以及一种用于独立地操作风力涡轮机构件的计算机程序。

发明内容

[0002] 本发明提供了一种包括若干子单元的风力涡轮机。该若干子单元中的各个子单元包括控制器。根据第一方面，若干控制器中的各个控制器均适于以合作模式和独立模式操作；其中，在合作模式中，若干控制器中的一个控制器用作主控制器，且该若干控制器的其余控制器用作从控制器；且其中，在独立模式中，各个子单元由其相应的控制器进行专有地控制，所述若干控制器中的各个控制器充当其子单元的独立主控制器。

[0003] 另外，本发明提供了一种用于操作包括至少两个子单元的风力涡轮机的方法。该至少两个子单元中的各个子单元包括至少一个传感器、至少一个执行器，以及控制器。在另一方面，在各个子单元中独立地执行用于操作风力涡轮机的方法，且该方法包括：检测至少一个传感器信号；以及确定命令并将其传递到至少一个执行器。

[0004] 另外，本发明提供了一种用于控制包括至少两个子单元的风力涡轮机的分段计算机程序。该分段计算机程序包括用于控制相应子单元的至少两个计算机程序部分。当在计算机或控制器上执行时，该计算机程序部分使得能够检测至少一个传感器信号；以及，确定命令并将其传递到至少一个执行器。在又一方面，计算机程序部分可操作，以彼此独立地控制它们的相应子单元。

[0005] 通过所附的权利要求、说明书和附图，本发明的其它方面、优点和特点变得显而易见。

附图说明

[0006] 参看附图，在说明书的其余部分中更具体地阐述了对于本领域一般技术人员而言的、对实施例的充分和可以实现的公开，包括本发明的最佳实施方式，在附图中：

[0007] 图1示出了其中可采用本技术的各方面的风力涡轮机的侧视图。

[0008] 图2示出了如本文所述的若干实施例中所使用的、具有一个主控制器和若干从控制器的控制架构的方案。

[0009] 图3示出了如本文所述的若干实施例中所使用的、具有两个主控制器和若干从控制器的控制架构的方案。

[0010] 图4示出了如在本文所述的若干实施例中所用的毂子单元的方案。

[0011] 图5示出如在本文所述的若干实施例中所用的机器子单元的方案。

[0012] 图6示出如在本文所述的若干实施例中所用的发电机子单元的方案。

[0013] 图7示出根据本文所述的一个实施例的、用于操作风力涡轮机构件的方法。

[0014] 图8示出根据本文所述的另一实施例的、用于操作风力涡轮机构件的方法。

[0015] 图9示出根据本文所述的又一实施例的、用于操作风力涡轮机构件的方法。

[0016] 图10示出根据本发明的再一实施例的、用于操作风力涡轮机构件的方法。

[0017] 图11示出如在本文所述的若干实施例中所用的、用于控制风力涡轮机的计算机程序模块和信息流的图解。

[0018] 部件列表

[0019] 1，2计算机程序部分

[0020] 10 毂

[0021] 11 毂控制器

[0022] 12 倾斜驱动器

[0023] 14 速度传感器/负荷传感器

[0024] 15 毂子单元

[0025] 16 独立电源

[0026] 20 转子叶片

[0027] 22 叶片负荷传感器

[0028] 30 机舱/机舱子单元

[0029] 31 机舱控制器

[0030] 32 变速箱

[0031] 33 断路器

[0032] 34 发电机

[0033] 35 机器子单元

[0034] 36 加热/冷却系统

[0035] 37 方位驱动器

[0036] 38 独立电源

[0037] 39 发电机子单元

[0038] 40 塔架，塔架子单元

[0039] 41 塔架控制器

[0040] 42 转换器

[0041] 43 连接器/连接线

[0042] 51 机器控制器

[0043] 55 发电机控制器

[0044] 52 发电机转子

[0045] 53 发电机定子

[0046] 56 功率转换器

[0047] 60 ac线路

[0048] 61 电传感器

[0049] 70 转子轴

[0050] 71 速度传感器/负荷传感器

[0051] 72 风传感器

[0052] 80 总线连接

[0053] 81 转换器控制器

[0054] 85 转换器子单元

[0055] 90 电网

[0056] 100 风力涡轮机

[0057] 101 涡轮机控制器

[0058] 102-108控制器

具体实施方式

[0059] 现更详细地参考本发明的各种实施例，在附图中说明了本发明的一个或多个实例。各个实例以解释本发明的方式提供，且并不意图作为限制。举例而言，作为一个实施例的一部分说明或描述的特征可用于其它实施例，或与其它实施例相结合以得到另一实施例。预期这种修改和变型包括于本发明内。

[0060] 图1示出了典型风力涡轮机100的示意性侧视图。风力涡轮机100包括塔架40，机舱30在其顶端安装到塔架40上。具有一个或多个转子叶片20的毂10安装到机舱30的侧端。转子叶片20可由倾斜驱动器(未图示)来调整，该倾斜驱动器通常容纳于毂10内。在这种应用的情形下，用语“风力涡轮机”是指将风的动能转换成机械能的机器。通常使用同步发电机或异步发电机将机械能转换成电能。在这种情况下，机舱30通常容纳有偏转电机、机械断路器(mechanical break)(均未示出)、涡轮机控制器101以及传动系统，主发电机连接到该传动系统。一般而言，涡轮机控制器101用作中央控制系统，其经由专用硬件构件(例如，诸如单点状态(SPS)控制器)和总线连接(诸如以太LAN、控制器区域网络(CAN)总线等)来控制风力发电设备。涡轮机控制器101可包括可编程的逻辑控制器(PLC)或计算机，其可操作，以执行控制算法。涡轮机控制器101通常用作主控制器，其监控风力涡轮机101的功能。这可包括：控制风力涡轮机100的其它控制器；与其它风力涡轮机和/或风力发电场管理系统通信以及错误处置和运行优化。另外，SCADA(监控、控制和数据采集)程序可在涡轮机控制器101上执行。举例而言，具有时限的任务(time critical task)可由作为主控制器101的从控制器的其它控制器来处理。举例而言，叶片调节可由作为主控制器101的从控制器的毂10的控制器来控制。在此应用的情况下，用语“主”和“从”应被理解为是指通信协议或通信模型，其中主装置或主过程具有对一个或多个从装置或从过程的单向控制。还应理解的是，用语“控制”也包括调节型控制，例如反馈回路调节。

[0061] 图2显示了具有一个主控制器102和若干从控制器103-108的风力涡轮机100的控制架构的方案。控制器102-108以合作模式来操作风力涡轮机100。在此应用的情形下，用语“合作模式”应被理解为指具有一个主控制器的风力涡轮机100的控制架构，该主控制器监控至少一个从控制器。根据图2，风力涡轮机100的主控制器102具有对三个从控制器103-105的直接单向控制，如箭头所示。在一个实例中，在合作模式中，涡轮机控制器101充当风力涡轮机100的主控制器102。另外，两个从控制器103和104分别监控子控制器106和107-108。即，从控制器103和104相对于相应的子控制器106-108充当主控制器，且关于风力涡轮机100的主控制器102充当从控制器。在此应用的情形下，用语“主控制器”应被理解为是指并不受风力涡轮机100的其它控制器监控的控制器。用语“主模式”应被理解为其中控制器充当主控制器的控制器操作模式。相应地，用语“从控制器”应被理解为是指控制风力涡轮机100的一部分但是受到风力涡轮机100的另一控制器监控的控制器。用语“从模式”应被理解为是指其中控制器充当从控制器的控制器操作模式。换言之，主控制器向从控制器发布指令或命令，但是并不按风力涡轮机100的其它控制器的指令或命令行动。然而，主控制器可接收外部指令或命令并按外部指令或命令行动。举例而言，风力涡轮机100的主控制器102可接收设定点，诸如将要从外部风力发电场管理系统产生的电力。从控制器根据主控制器的指令或命令行动。它们发布指令或命令到命令链的更低层次级别的从控制器，诸如子控制器。换言之，从控制器可用作其它从控制器的主控制器。但是只要控制器按其它控制器(例如，风力涡轮机100的主控制器102)的命令或指令行动，其就被认为是从控制器。某层次级别的从控制器可彼此通信，如图2中的虚线所示，例如，以用于数据交换，但是它们并不彼此控制。

[0062] 图3显示了具有与图2所示相同但以独立模式运行的控制器102-108的风力涡轮机100的控制架构的方案。在此应用的情形下，用语“独立模式”应被理解为指具有至少两个独立主控制器的风力涡轮机100的控制架构，独立主控制器控制风力涡轮机100但是彼此之间并不直接通信。在图3中，两个控制器102和104作为独立主控制器来操作风力涡轮机100，即，它们控制风力涡轮机100但没有直接的相互信息交换。主控制器102与从控制器103和105直接通信并监控从控制器103和105，而主控制器104具有对子控制器107和108的直接单向控制。

[0063] 风力涡轮机100通常可根据其模块设置和/或根据功能被子单元化或者被分段成例如塔架子单元40、机舱子单元30和毂子单元15，如图4中所示。在此应用的情形下，用语“子单元”或构件应被理解为指由控制器控制的风力涡轮机100的构件。风力涡轮机100的部件的分类取决于控制架构。举例而言，作为受到塔架控制器41控制的塔架子单元40和受到机舱控制器31控制的机舱子单元30的替代，可提供机器子单元35。而且，若干子单元可组合以形成更大子单元。举例而言，塔架子单元40和机舱子单元35可一起形成受到机器控制器51控制的机器子单元30。机器控制器51的功能可由机舱控制器31来执行。但是，作为机器控制器51，其额外地具有对塔架控制器41的单向控制。为了监控塔架控制器41，额外的控制程序通常运行于机舱控制器31上。另外，这些子单元中的各个子单元可被分成更小的子单元，其可被称作次-子单元，它们以从模式受到子控制器的控制。举例而言，机器子单元可包括塔架子单元40、方位驱动子单元、发电机子单元(也参看下文)等。
在这种情况下，机器控制器51还可用作风力涡轮机100的主控制器，其通过直接控制硬件和/或通过监控进一步包括的子单元的子控制器或从控制器来监控毂子单元15和机器子单元。在正常运行条件下，利用在控制器之间运行的通信链路80，风力涡轮机100的控制器通常以合作模式工作，即，图4所示的风力涡轮机100的控制器11、31和41或51中的一个控制器作为风力涡轮机100的主控制器操作，且其余控制器处于从模式。举例而言，机舱控制器31可作为主控制器操作，而毂控制器11和塔架控制器41作为机舱控制器31的从控制器操作。根据一方面，风力涡轮机100的控制器也适于以独立模式操作，其中，各个子单元
15、30和40由其相应的控制器11、31和41或51进行专有地控制。在独立操作模式中，控制器11、31和41或51中的各个控制器用作对其相应子单元15、30和40或35的独立主控制器。在此应用的情形下，用语“独立模式”应被理解为指控制器的这样的操作模式：即，其中不同子单元的相应控制器之间不使用直接通信(如图4中的断开的通信线所示)。这可能是由于相应控制器之间的不可靠或较低的或断开的通信条件造成的，且包括无通信的情况(例如，由于延续时间更长的硬件故障和/或软件故障)以及控制器之间不稳定通信的情况。在这两种情况下，以从模式运行的控制器切换到主模式，以用于独立地控制它们的相应子单元。充当风力涡轮机100的主控制器的控制器仍然是其子单元的主控制器但不再监控与其隔离的子单元的控制器。此外和/或备选地，控制器可在从其主控制器接收到意外命令之后或在从传感器接收到意外数据之后切换到主模式。在控制器之间通信故障的情况下，或者在由控制器接收到意外数据或命令(这被认为是紧急情况)之后，主控制器通常将以受控的方式将风力涡轮机100坡降到零功率生成。在此应用的情形下，用语“坡降”是指降低风力涡轮机100的功率输出。因此，可避免通常伴随风力涡轮机100的紧急中断的紧急停机。对风力涡轮机100而言，紧急中断是可能会限制其寿命的高负荷。另外，风力涡轮机100仍可在控制器之间的不可靠通信的情况下产生功率，如将在下文更详细地解释的那样。风力涡轮机100可在给定的风力条件下产生最大功率或可例如由于安全原因而坡降到较低的功率输出。因而可减小风力涡轮机100的停机时间。取决于其运行状态，如果在控制器之间的通信条件保持不可靠或较低或中断，风力涡轮机100可在其为了安全起见而坡降到零功率生成之前的某段时间继续产生功率。另外，作为控制器之间的有线通信的替代，可使用成本较低的无线通信，例如WLAN或任何其它无线电网络。这是因为可减小对通信网络80的关于实时能力、稳定性、响应时间等的要求。通常需要控制器之间的较少通信且可由子单元的控制器独立地处理所有具有时限的任务。或者，使用供电线路上的通信网络作为通信网络80，其也节省了用于通信网络的额外线路。但无线通信网络80具有额外的优点，因为在仅一个或几个控制器出现通信故障的情况下，可不影响其它控制器之间的通信。

[0064] 在图4中更详细地描绘了毂子单元15。毂控制器11通常连接至转子叶片20的倾斜驱动器12和叶片负荷传感器22，以及连接至毂的未示出的转子轴的速度和/或负荷传感器14。负荷传感器22可(例如)实现为应变传感器。根据另一方面，毂控制器11仅基于由毂子单元15的传感器22和/或14所提供的传感器数据来以独立模式控制毂子单元15。这使得毂控制器11能够在与其它控制器31和41或51无通信的情况下操作毂10。举例而言，毂控制器11使用相应传感器14和22来读取转子叶片的负荷和转子轴的负荷和/或旋转速度。如果在该轴与作用于转子叶片20上的负荷之和之间存在不平衡和/或在给定负荷下转子轴的旋转速度增加或减小，控制器11试图通过使用倾斜驱动器12来改变转子叶片20的倾斜角来对此进行平衡。在轴的旋转速度足够缓慢地降低或增加的情况下和/或如果轴的负荷足够缓慢地增加或降低，那么毂控制器11典型地试图经由调节转子叶片
20的倾斜来分别使毂10加速和减速。如果检测到转子轴旋转速度的急剧增加或减小和/或轴上负荷的急剧降低或增加，那么控制器11将典型地迫使转子叶片20到达中断位置来使毂10减速并最终使毂10停止旋转。由此，在不与其它子单元(特别是操控发电机的子单元)交换数据的情况下，毂控制器11既可以操作毂10来向发电机传递最大的机械动力，又可以以节省或中断模式来驱动毂10，其中，风力涡轮机100坡降到零功率生成。在这个实例中，对于此，仅需要可在毂子单元15内的可用信息，特别是可在毂子单元15内获得的数据。为了在给定风力条件下产生最大的功率，至少在毂控制器11以独立模式作为毂子单元15的主控制器运行的情况下，将由该毂控制器11来执行本领域技术人员已知的合适的优化程序。

[0065] 根据又一方面，毂子单元15包括独立电源或备用电源16，其在不稳定或中断供电的情况下确保毂子单元15的独立操作。备用电源可包括电池、磁能储存装置、飞轮装置、燃料电池、压力蓄电池、机械弹簧、电容器，或者它们的组合。典型地，如果储存于电源16中的能量供应不足，毂控制器11将例如通过请求经由倾斜驱动器12将转子叶片20转离风力来发布毂10的节省减缓指令。

[0066] 在另一方面，毂子单元15包括用于测量风力涡轮机100的内电网(未图示)的实际电力情况的传感器。在毂子单元15的电力支持断供或不稳定的情况下，将其切换到备用电源16。另外，这个传感器信号可用于将毂传感器11切换到主模式。如果电力线路也用作也可能会受到内电网的不稳定或断供的影响的通信网络80的话，这一点特别有用。

[0067] 关于图5，将解释本发明的又一方面。相应地，风力涡轮机100被布置成独立模式，以仅受到两个独立主控制器的控制：监控毂10的毂控制器11和典型地容置于机舱中并监控风力涡轮机100的所有其余部件(即机器子单元35)的机器控制器51。机器控制器51连接到变速箱32、断路器33、发电机34和用于测量转子轴70的旋转速度和/或负荷的传感器71，并且连接到功率转换器42和到外部电网90的连接器或连接线43。在与连接到毂控制器11的完全操作网络连接(fully operating network connection)80的合作模式中，机器控制器51用作风力涡轮机100的主控制器，即，其也监控轮廓控制器11。然而，在合作模式中，毂控制器11充当风力涡轮机100的主控制器也是可行的。在独立模式中，机器控制器51典型地用作专有地对风力涡轮机100的除了毂10之外的所有部件进行控制的独立的主控制器，该毂10由毂控制器11进行专有地控制。

[0068] 另外，机器控制器51典型地从风传感器72接收数据。传感器72可包括诸如风向标的风向传感器，诸如风速计的风速传感器或者用于测量风向和风速的风向风速计。这些数据可由机器控制器51用来利用方位驱动系统37来在风中对机舱30进行定向。在另一实例中，风传感器72的数据也由毂控制器11用于例如确定最佳倾斜角。换言之，两个控制器11和51都可以在独立模式中使用风传感器72的数据。机器控制器51典型地控制其它供应单元，诸如冷却和加热系统36。如上文关于毂子单元15所解释，机器子单元35可包括独立电源或备用电源38。

[0069] 另外，机器控制器51可访问电传感器61，以确定电压、电流和/或从发电机34到外部电网90的交流线路60上的功率流。所测得的数据可用于优化发电机34的功率输出(也参看图6)，和/或在功率流例如由于外部电网90的故障而中断或受到干扰的情况下启动发电机34的中断。如果毂控制器11和机器控制器51两者都用作独立模式中的独立主控制器，则可安全地执行这种断开。可以通过测量转子轴70上的负荷和/或转子轴70的速度由毂控制器11独立地检测由机器控制器51对转子轴70的中断。如上文所解释，毂控制器11可分别通过请求将转子叶片20驱动到风不能吹到位置或在中断位置来对这些值的急剧变化做出响应。注意根据变速箱32中传动比变化的变化。这种变化可能在给定风力条件下优化功率输出期间需要且可能被毂控制器11忽略。换言之，毂控制器11典型地将转子轴70的负荷和/或转子轴70的旋转速度的限定的阶跃型变化理解为变速箱32中传动比的变化。在这种情况下，毂控制器11典型地继续优化电力传输，而不是计划中断。以此方式，两个独立的主控制器11和51可操作风力涡轮机100而不进行通信。作为替代，仅使用相应子单元15和35内的可用信息。这种信息典型地从所测量的数据和可能从其它子单元硬件的知识而在子单元15和35内获得，例如变速箱32中可获得的传动比和/或传动比变化。

[0070] 根据又一方面，机器控制器51还以从模式监控另外的子控制器，诸如塔架控制器41或发电机控制器，其将参照图6进行解释。

[0071] 再一方面，图5所示的风力涡轮机100包括受到转换器控制器81控制的转换器子单元85。在机器控制器51与转换器控制器81之间出现通信故障的情况下，转换器控制器81接管对子单元85的加热/冷却系统36和转换器42的独立控制。

[0072] 图6显示了风力涡轮机100的示范性发电机子单元39的功能构件。主要构件是发电机34，其包括发电机定子53和发电机转子52，发电机定子53具有联接到ac线路60的绕组(未图示)，发电机转子52具有联接到功率转换器56(例如所显示的可变频率变换器)的绕组(未图示)。功率转换器56被配置成用以通过调整到转子绕组的激励电压来控制由发电机34所产生的扭矩。通过控制提供到发电机转子52的频率，还能使发电机的功率输出频率保持在稳定的水平，而与发电机转子52的转动速度无关。由功率转换器56所提供的激励基于由发电机控制器55所传输的频率命令和扭矩命令。发电机控制器55可包括可编程的逻辑控制器(PLC)或计算机，其可操作以实施扭矩控制算法和频率控制算法，以便在发电机转子52的可变速度下确保所需功率的固定频率输出。本领域技术人员已知的是，发电机的功率输出是发电机速度与发电机扭矩的乘积。发电机控制器55典型地使用传感器71每秒钟几次地检查发电机转子52的速度。因此，如果速度是已知的，则可调整扭矩以优化发电机34的功率输出。另外，发电机子单元39可设有传感器61，以用于测量发电机34的功率输出、电压输出和/或电流输出。应指出的是，选择所示的双馈感应发电机34仅是出于例示的目的。所提供的实施例可应用于将旋转运动转换成电功率且由控制器操控的任何装置。在合作模式中，发电机控制器55可以是风力涡轮机100的主控制器，其监控其它控制器，例如毂控制器11和塔架控制器41。或者，发电机控制器55由其它控制器中的一个控制器监控。在与其它控制器中的至少一个控制器无通信或通信不良的情况下，发电机控制器55以独立模式充当发电机子单元39的独立主控制器。如果仅是与这些控制器中的一个控制器的通信出现故障，则如果所连接的控制器中的一个控制器以合作模式充当风力涡轮机100的主控制器，仍连接且通信的控制器之间的控制关系可保持不变。在这种情况下，仅两个独立的主控制器可以以独立模式操作风力涡轮机100。举例而言，在仅毂控制器11与其它控制器之间的连接出现故障的情况下，发电机控制器55可保持为其余子单元的主控制器或接管对其余子单元的主控制。在这种情况下，风力涡轮机100的控制被组织为关于图5已解释的情况。但也在独立模式的多主控制架构的情况下，对功率生成的控制类似于两个独立主控制器的情况。这是因为功率生成和安全性主要由毂10和发电机34以及相应控制器来确定。例如，方位驱动器可完全独立地操作。

[0073] 就图7而言，描述了以独立模式对风力涡轮机100的构件或子单元进行独立操作的方法1000。据此，在第一步骤1200中，对至少一个传感器信号进行检测，且在第二步骤1300中，确定命令并将其传递到至少一个执行器，以控制子单元。在此应用的情形下，用语“执行器”应以测量和控制技术的广义被理解为将一种能量转换成另一种能量的装置，即，将输入信号或输入变量转换成不同的输出信号或输出变量的装置，但是其并不充当传感器。其可包括将来自控制器的输入信号变换成运动的装置，例如末控元件，如倾斜驱动器、断路器、阀或连接器，以及电控装置或构件，如可控制的功率转换器、可控制的频率转换器或频率变换器、Peltier元件、电力开关等。根据又一方面，在各个子单元中独立地执行步骤1200和1300。换言之，可由风力涡轮机100的独立控制器来执行步骤1200和1300，该独立控制器以主模式操作。举例而言，毂控制器11可专有地监控毂10，而风力涡轮机100的所有其它功能由机器控制器51来监控，如关于图5所解释的那样。典型地，步骤1200和
1300处于闭环中，以便较长时间地操作风力涡轮机100而不与控制器通信。因此，可避免风力涡轮机100的紧急停止和与之相关的上述缺点。同样如上文所解释，控制器在独立模式中典型地仅使用相应子单元内的可用信息。该信息可包含于控制器的存储器中和/或从相应子单元内的传感器或子控制器获得。存储于存储器中的信息可包括其它子单元硬件的细节。典型地，该信息经处理，以使得风力涡轮机100在给定风力条件下产生最大功率或在紧急情况下坡降到零功率产生。或者，风力涡轮机100可例如出于安全原因而坡降到较低的功率输出。

[0074] 就图8而言，描述了用于以独立模式对风力涡轮机100的子单元进行独立操作的方法1010。其包括检测在转子轴70上的负荷的步骤1210和确定命令并直接将命令发布到转子叶片20的倾斜驱动器12或发布到倾斜控制器的步骤1310。该程序典型地以闭环在毂控制器11上运行。在备选方案中，另一控制器，诸如对毂10进行监控的机舱控制器31，以独立模式运行方法1010。典型地，所测得的转子轴70上的负荷与转子叶片20上额外地测得的负荷之和进行比较。如果检测到这两个值之间的不平衡，那么调节或控制算法会确定合适的命令，例如，对转子叶片20的定向，以补偿所检测到的不平衡。另外，步骤1310典型地包括与转子轴70上负荷的先前测量值进行比较，以检测急剧或阶跃型变化。这种变化典型地与由于变速箱32中的传动比的可能变化所造成的预期变化相比较。典型地，只是在如果转子轴40上的负荷变化处在由于变速箱32中变化的传动比所造成的预期值范围之外的情况下，出于安全原因，转子叶片30被命令转到中断定向。

[0075] 关于图9所述的方法1020类似于图8的方法1010。其典型地运行于毂控制器11上，或运行于也以独立模式控制毂10的控制器上。但是，在第一步骤1220中，测量转子轴70的旋转速度。在随后的步骤1320，确定命令并将其直接发布至转子叶片20的倾斜驱动器12或发布至倾斜控制器。同样，步骤1220和1320典型地以闭环执行。另外，步骤1320可包括与转子轴70的旋转速度的先前测量值的比较，以检测与由于变速箱32中的传动比的可能变化而引起的预期变化相一致的变化。仅当如果该变化处在由于传动比的变化所引起的预期范围之外时，出于安全原因，转子叶片20典型地被命令转动到中断定向。另外，控制器典型地继续以使功率传输最大。

[0076] 在另一实例中，用于对毂10进行独立操作的方法循环的第一步骤包括测量转子轴70的负荷和转子轴70的速度。两个值在各个循环的随后步骤中用于确定用于转子叶片20倾斜驱动器12或相应控制的命令。这就允许以独立模式对毂10进行更稳固(即，更容错)的控制。

[0077] 典型地，用于对毂10进行控制的例程1000、1010和1020是更大方法或例程的部分。这在图10中进行了说明，其示出了方法1500的流程图，这个方法典型地并行地在各个子单元中执行。如果在步骤500中在合作模式期间检测到严重通信故障，则相应控制器在步骤1100中切换到主模式，其中相应控制器专有地控制其相应子单元。如果控制器在合作模式期间在步骤500之前以及在步骤500中已经充当了风力涡轮机100的主控制器，那么在步骤1100中其典型地放弃对通信受到干扰的控制器的控制。否则，控制器在步骤1100自从模式切换到主模式。这之后是闭环控制，该闭环控制包括检测传感器信号的步骤1200，确定命令并将其传递到执行器的步骤1300和在步骤500中出现故障之后检查通信的步骤1400。应当指出的是，本领域技术人员将能够根据其任务来针对相应子单元使步骤1200和
1300具体化。如果在步骤1400中仍出现通信故障，该方法执行始于步骤1200的下一循环。
否则，控制器切换返回到步骤500的其初始控制模式。

[0078] 就图11而言，解释了用于控制风力涡轮机100的分段计算机程序2000。出于例示目的，其包括用于控制相应子单元的计算机程序部分1和2。各个计算机程序部分在相应计算机或控制器上执行，且包括：检测至少一个传感器信号或若干传感器信号的步骤2200；和确定命令并将其传递到至少一个执行器的步骤2300，使得计算机程序部分1和2可操作，以彼此独立地控制它们相应子单元。典型地，在各个子单元的更大程序部分中以闭环执行步骤2200和2300，其还包括适当的程序代码，以便与其它控制器进行通信，以用于在主模式与从模式之间切换且用于以从模式操作子单元。典型地，各个程序部分也可访问存储于相应可访问存储器中的、关于由其它程序部分操作的硬件的信息。另外，这个概念可应用于任何适当数目的控制或子单元，以用于通过操作其独立部件来完全地操作风力涡轮机100。

[0079] 此书面描述使用实例来公开实施例，包括最佳模式，并且使得本领域任何技术人员能够制造和使用这些实施例。虽然已描述了各种具体实施例，但本领域技术人员应认识到，在权利要求书的精神和范畴内，也可通过修改来实践其它实施例。特别是，上文所述的实施例的相互非排他性特征可彼此组合。可获得专利权的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员联想到的其它实例。如果这些其它实例具有并非与本发明权利要求的文字表述不同的结构元件。或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差别的等效结构元件，那么这些其它实例也预期处在权利要求书的范畴内。

标题	发布/更新时间	阅读量
计算机程序接口-专利编号CN103890721B	2020-05-11	947
导航装置及计算机程序-专利编号CN101470005A	2020-05-13	247
计算机程序接口-专利编号CN103890721A	2020-05-11	858
终端装置及计算机程序-专利编号CN107710212B	2020-05-11	317
混淆计算机程序代码-专利编号CN101568927B	2020-05-12	542
设计计算机程序-专利编号CN101410794A	2020-05-11	312
游戏机以及计算机程序-专利编号CN109862951A	2020-05-12	1110
计算机程序的电容输入-专利编号CN102270076A	2020-05-13	386
游戏机及其计算机程序-专利编号CN109789333A	2020-05-12	164
游戏机以及计算机程序-专利编号CN109843402A	2020-05-13	956

风力涡轮机及其相关方法与计算机程序

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