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用于风力涡轮机的控制系统

阅读：1015发布：2020-09-16

IPRDB可以提供用于风力涡轮机的控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种用于风力涡轮机的控制系统。控制系统包括分布在风力涡轮机或风力发电厂中的多个控制器；以及多个数据存储单元，每个数据存储单元被设置在风力涡轮机或风力发电厂中的相应预先确定位置处并且耦连到被设置在同一位置处的控制器；其中每个数据存储单元包括与风力涡轮机或风力发电厂中的预先确定位置有关的操作信息；以及每个控制器配置成读取对应数据存储单元的操作信息并且依照操作信息来确定所述控制器的功能。，下面是用于风力涡轮机的控制系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于风力涡轮机或风力发电厂的控制系统，所述控制系统包括：多个控制器，其分布在风力涡轮机或风力发电厂中；以及多个数据存储单元，每个数据存储单元被设置在风力涡轮机或风力发电厂中的相应预先确定位置处并且耦连到被设置在同一位置处的控制器；

其中每个数据存储单元包括与风力涡轮机或风力发电厂中的预先确定位置有关的操作信息，以及每个控制器配置成读取对应数据存储单元的操作信息并且依照操作信息来确定所述控制器的功能。

2.如权利要求1所述的控制系统，

其中每个控制器被进一步配置成依照操作信息来确定所述控制器耦连到所述风力涡轮机或风力发电厂的具体一个或多个部件。

3.如权利要求1或2所述的控制系统，

其中操作信息包括来自由风力发电厂子系统类型、风力发电厂子系统的变型、风力发电厂子系统中的位置、风力发电厂子系统的序列号、风力涡轮机类型、风力涡轮机的变型、风力涡轮机的序列号、风力涡轮机中的位置、部件类型、部件的变型、部件的序列号、部件的配置、部件的校准参数、以及控制系统的信息组成的组中的一个或多个。

4.如权利要求1至3中任一项所述的控制系统，还包括耦连到所述多个控制器的至少一个主控制器；

其中所述至少一个主控制器配置成基于从所述多个控制器接收到的硬件和软件配置信息和从对应数据存储单元接收到的操作信息来确定所述多个控制器是否具有正确的硬件和软件配置。

5.如权利要求4所述的控制系统，

其中所述至少一个主控制器配置成根据多个控制器的相应功能传输软件给多个控制器，所述相应功能依照对应数据存储单元的操作信息来确定。

6.如权利要求4或5所述的控制系统，

其中所述至少一个主控制器被进一步配置成在确定多个控制器中的至少一个具有错误硬件配置和错误软件配置中的一个或两个、多个控制器中的至少一个被设置在风力涡轮机或风力发电厂中的错误位置处或多个控制器中的至少一个从对应数据存储单元接收错误操作信息时防止风力涡轮机或风力发电厂子系统的启动并且提供警示信号。

7.如权利要求4至6中任一项所述的控制系统，其中所述至少一个主控制器被进一步配置成在确定多个控制器具有正确的硬件和软件配置、被设置在风力涡轮机或风力发电厂中的正确位置处、以及从对应数据存储单元接收正确操作信息时允许风力涡轮机或风力发电厂子系统的启动并且提供启动信号。

8.如权利要求4至7中任一项所述的控制系统，还包括耦连到多个控制器的至少一个另外的主控制器；

其中所述至少一个另外的主控制器配置成基于从多个控制器接收到的硬件和软件配置信息和从对应数据存储单元接收到的操作信息确定多个控制器中的与安全有关的功能是否正确。

9.如权利要求8所述的控制系统，

其中至少一个另外的主控制器配置成在确定控制器中的与安全有关的功能不正确时防止风力涡轮机或风力发电厂的启动。

10.如权利要求1至9中任一项所述的控制系统，其中每个控制器包括至少一个控制器分区。

11.如权利要求1至9中任一项所述的控制系统，其中每个数据存储单元包括至少一个存储器分区。

12.如权利要求11所述的控制系统，

其中数据存储单元包括至少两个存储器分区，以及数据存储单元的每个存储器分区包括相同操作信息。

13.如权利要求11或12所述的控制系统，其中控制器包括至少两个控制器分区，以及数据存储单元的每个存储器分区耦连到控制器的对应控制器分区。

14.如权利要求12或13所述的控制系统，其中控制器的控制器分区的数量多于对应数据存储单元的存储器分区的数量；

其中控制器的一个控制器分区耦连到数据存储单元的对应存储器分区并且耦连到同一控制器的其他控制器分区。

15.如权利要求14所述的控制系统，

其中控制器的控制器分区配置成传输从数据存储单元的对应存储器分区接收到的操作信息并且配置成传输接收到的操作信息给其他控制器分区。

16.如权利要求12或13所述的控制系统，其中控制器的控制器分区的数量少于对应数据存储单元的存储器分区的数量；

数据存储单元的两个或更多存储器分区耦连到控制器的相同控制器分区。

17.如权利要求1至16中任一项所述的控制系统，其中每个数据存储单元包括可读取代码。

18.如权利要求17所述的控制系统，

其中可读取代码包括条形码或二维码。

19.如权利要求1至18中任一项所述的控制系统，其中每个数据存储单元能够通过对应控制器编程。

20.如权利要求8至19中任一项所述的控制系统，其中至少一个主控制器和至少一个另外的主控制器经由通讯网络耦连到多个控制器。

21.如权利要求20所述的控制系统，

其中控制器中的一些是用于在通讯网络中传输信息的通讯交换机。

22.如权利要求1至21中任一项所述的控制系统，其中每个数据存储单元包括依据控制系统的需求的与安全有关的特性。

23.如权利要求8至22中任一项所述的控制系统，其中数据存储单元中的至少一些各自耦连到至少一个主控制器和至少一个另外的主控制器。

24.如权利要求23所述的控制系统，

还包括耦连到来自由多个控制器、至少一个主控制器以及至少一个另外的主控制器中的一个或多个组成的组中的一个或多个的发电厂控制器。

25.如权利要求24所述的控制系统，

其中发电厂控制器配置成根据来自由多个控制器、至少一个主控制器以及至少一个另外的主控制器中的一个或多个组成的组中的一个或多个的相应功能传输软件给来自由多个控制器、至少一个主控制器以及至少一个另外的主控制器组成的组中一个或多个，所述相应功能依照对应数据存储单元的操作信息来确定。

说明书全文

用于风力涡轮机的控制系统

技术领域

[0001] 本发明总体上涉及一种用于风力涡轮机的控制系统。

背景技术

[0002] 现代风力涡轮机和发电厂控制系统通常具有大量的分布式电子控制单元(ECU)。ECU通常放置于对通向传感器和致动器的接口存在局部需求之处，以及可选地放置于对控制功能和其他功能(诸如数据获取设备和通讯交换机)存在局部需求之处。

[0003] 独立ECU可以根据风力涡轮机和/或风力发电厂中的相应功能来编程和制造。然而，由于不同的系统配置，可能无法在风力涡轮机的不同部分中、在不同类型的风力涡轮机中和/或在不同的风力发电厂子系统中使用这些ECU。

发明内容

[0004] 根据一实施方式，提供一种用于风力涡轮机或风力发电厂的控制系统。控制系统包括分布在风力涡轮机或风力发电厂中的多个控制器；以及多个数据存储单元，每个数据存储单元被设置在风力涡轮机或风力发电厂中的相应预先确定位置处并且耦连到被设置在同一位置处的控制器；其中每个数据存储单元包括与风力涡轮机或风力发电厂中的预先确定位置有关的操作信息；以及其中每个控制器配置成读取对应数据存储单元的操作信息并且依照操作信息来确定所述控制器的功能。

[0005] 根据一实施方式，每个控制器还可以配置成依照操作信息来确定所述控制器所耦连到风力涡轮机或风力发电厂的一个或多个部件中的哪个或哪些。

[0006] 根据一实施方式，操作信息可以包括来自由以下信息组成的组中的一个或多个：风力发电厂子系统类型、风力发电厂子系统的变型、风力发电厂子系统中的位置、风力发电厂子系统的序列号、风力涡轮机类型、风力涡轮机的变型、风力涡轮机的序列号、风力涡轮机中的位置、部件类型、部件的变型、部件的序列号、部件的配置、部件的校准参数、以及控制系统的信息。

[0007] 根据一实施方式，控制系统还可以包括耦连到多个控制器的至少一个主控制器。所述至少一个主控制器可以配置成基于从多个控制器接收到的硬件和软件配置信息和从对应数据存储单元接收到的操作信息来确定多个控制器是否具有正确的硬件和软件配置。

[0008] 根据一实施方式，所述至少一个主控制器还可以配置成根据多个控制器的相应功能传输软件给多个控制器，所述相应功能依照对应数据存储单元的操作信息来确定。

[0009] 根据一实施方式，所述至少一个主控制器还可以配置成在确定多个控制器中的至少一个具有错误硬件配置和错误软件配置中的一个或两个、多个控制器或通讯交换机中的至少一个被设置在风力涡轮机或风力发电厂中的错误位置处、或多个控制器中的至少一个从对应数据存储单元接收到错误操作信息时防止风力涡轮机或风力发电厂子系统的启动并且提供警示信号。

[0010] 根据一实施方式，至少一个主控制器还可以配置成在确定多个控制器具有正确的硬件和软件配置、被设置在风力涡轮机或风力发电厂中的正确位置处、以及从对应数据存储单元接收正确操作信息时允许风力涡轮机或风力发电厂子系统的启动并且提供启动信号。

[0011] 根据一实施方式，控制系统还可以包括耦连到多个控制器的至少一个另外的主控制器。所述至少一个另外的主控制器可以配置成基于从多个控制器接收到的硬件和软件配置信息和从对应数据存储单元接收到的操作信息来确定多个控制器中的与安全有关的功能是否正确。

[0012] 根据一实施方式，所述至少一个另外的主控制器可以配置成在确定控制器中的与安全有关的功能不正确时防止风力涡轮机或风力发电厂的启动。

[0013] 根据一实施方式，每个控制器可以包括至少一个控制器分区。

[0014] 根据一实施方式，每个数据存储单元可以包括至少一个存储器分区。

[0015] 根据一实施方式，数据存储单元包括至少两个存储器分区，以及数据存储单元的每个存储器分区可以包括同一操作信息。

[0016] 根据一实施方式，控制器包括至少两个控制器分区，以及数据存储单元的每个存储器分区可以耦连到控制器的对应控制器分区。

[0017] 根据一实施方式，控制器的控制器分区的数量和对应数据存储单元的存储器分区的数量可以相同。

[0018] 根据一实施方式，控制器的控制器分区的数量和对应数据存储单元的存储器分区的数量可以不同。

[0019] 根据一实施方式，控制器的控制器分区的数量可以多于对应数据存储单元的存储器分区的数量。控制器的一个控制器分区可以耦连到数据存储单元的对应存储器分区并且耦连到同一控制器的其他控制器分区。

[0020] 根据一实施方式，控制器的控制器分区可以配置成传输从数据存储单元的对应存储器分区接收到的操作信息并且配置成传输接收到的操作信息给其他控制器分区。

[0021] 根据一实施方式，控制器的控制器分区的数量可以少于对应数据存储单元的存储器分区的数量。数据存储单元的两个或更多存储器分区可以耦连到控制器的同一控制器分区。

[0022] 根据一实施方式，每个数据存储单元可以包括可读取代码。

[0023] 根据一实施方式，可读取代码可以包括条形码或二维码。

[0024] 根据一实施方式，每个数据存储单元可以通过对应控制器被编程。

[0025] 根据一实施方式，至少一个主控制器和至少一个另外的主控制器可以经通过通讯网络被耦连到多个控制器。

[0026] 根据一实施方式，控制器中的一些是用于在通讯网络中传输信息的通讯交换机。

[0027] 根据一实施方式，每个数据存储单元可以具有依据控制系统需求的与安全有关的特性。

[0028] 根据一实施方式，数据存储单元中的至少一些可以各自耦连到至少一个主控制器和至少一个另外的主控制器。

[0029] 根据一实施方式，控制系统还可以包括发电厂控制器，所述发电厂控制器耦连到来自由多个控制器、至少一个主控制器和至少一个另外的主控制器中的一个或多个组成的组中的一个或多个。

[0030] 根据一实施方式，发电厂控制器可以配置成根据来自由多个控制器、至少一个主控制器和至少一个另外的主控制器中的一个或多个组成的组中的一个或多个的相应功能传输软件给来自由多个控制器、至少一个主控制器和至少一个另外的主控制器中的一个或多个组成的组中的一个或多个，所述相应功能依照对应数据存储单元的操作信息来确定。

附图说明

[0031] 在附图中，同一附图标记通常在不同视图中指代同一部件。附图不必是按比例的，相反的是，通常将重点放置于展示本发明的原理。在以下描述中，本发明的各种实施方式参照以下附图描述，其中：

[0032] 图1展示常规风力涡轮机的常见设置。

[0033] 图2示出根据一实施方式的风力涡轮机的控制系统的示意图。

[0034] 图3示出根据一实施方式的控制系统的控制器的示意图，所述控制器耦连到控制系统的数据存储单元。

[0035] 图4示出根据一实施方式的控制系统的控制器的示意图，所述控制器耦连到控制系统的数据存储单元。

[0036] 图5示出根据一实施方式的控制系统的控制器的示意图，所述控制器耦连到控制系统的数据存储单元。

[0037] 图6示出根据一实施方式的控制系统的控制器的示意图，所述控制器耦连到控制系统的数据存储单元。

具体实施方式

[0038] 用于依据本发明的风力涡轮机的控制系统的示例性实施方式将会在下文中参照附图详细描述。将认识到的是，在下文中描述的示例性实施方式能够在不改变本发明本质的情况下在各种方面进行修改。

[0039] 图1展示常规风力涡轮机100的常见设置。风力涡轮机100被安装在基座102上。风力涡轮机100包括塔架104，所述塔架具有多个塔架部段。风力涡轮机机舱106被放置在塔架104顶部上。风力涡轮机转子包括轮毂108和至少一个转子叶片110，例如三个转子叶片110。转子叶片110连接到轮毂108，所述轮毂继而通过低速轴连接到机舱106，所述低速轴从机舱106前方延伸到外部。低速轴通常驱动用于产出电能的发电机(未示出)。生成的电能此后通常在从风力涡轮机输送到电网之前通过转换器系统(未示出)被调节，所述转换器系统包括功率转换器。

[0040] 风力涡轮机100具有用于控制风力涡轮机100的各种部件的控制系统。控制系统可以具有多个电子控制单元(ECU)，所述多个电子控制单元被设置在风力涡轮机100的相应部件处。独立ECU可以根据风力涡轮机100中的相应功能被编程并且被制造。然而，由于不同系统配置，可能无法在不同类型的风力涡轮机中和/或在不同风力发电厂子系统中使用这些ECU。因此，ECU可能必须有区别地被编程并且被制造，以在不同类型的风力涡轮机中和/或在不同风力发电厂子系统中使用。因此，期望的是在不同类型的风力涡轮机中和/或在不同风力发电厂子系统中再度使用ECU。

[0041] 图2示出根据一个实施方式的控制系统200的示意图。控制系统200可以仅在风力涡轮机中实施或在整个风力发电厂中实施。为了展示目的，控制系统200在风力发电厂202中实施，所述风力发电厂具有风力涡轮机204和变电站206。应当注意到的是，尽管仅一个风力涡轮机204在图2中示出，但是风力发电厂202可以包括一个以上的风力涡轮机。

[0042] 控制系统200具有多个控制器208a-j(还可以称作电子控制单元(ECU))。控制器208a-j分布在风力发电厂202中。例如，控制器208a、208h可以被设置在风力涡轮机204的塔架210中，控制器208b、208c、208d、208i可以被设置在风力涡轮机204的机舱212中，控制器208e可以被设置在风力涡轮机204的轮毂214中，以及控制器208f、208g、208j可以被设置在变电站206中。

[0043] 在一个实施方式中，每个控制器208a-j可以耦连到风力发电厂202中的一个或多个部件。例如，控制器208b可以耦连到发电机(未示出)，控制器208c可以耦连到润滑站(未示出)，以及控制器208d可以耦连到变速箱(未示出)。此外，一些控制器(未示出)还可以被设置在风力涡轮机204的叶片216上。被设置在叶片216上的控制器(未示出)可以耦连到局部传感器，诸如叶片载荷传感器和闪电传感器。被设置在机舱212上的一些控制器(未示出)可以耦连到传感器诸如风速传感器(风速计)和风向传感器(风向标)。控制器208a-j的数量和控制器208a-j的位置和/或布置不限于如图2所示和上文中描述的。

[0044] 控制系统200还包括多个数据存储单元218a-j。每个数据存储单元218a-j被设置在风力发电厂202中的相应预先确定位置处。例如，每个数据存储单元218a-j可以被物理地绑到风力发电厂202的风力涡轮机204中的特定位置，例如齿轮、发电机、冷却站、塔架部段。

[0045] 每个数据存储单元218a-j耦连到被设置在风力发电厂202中的同一位置处的控制器208a-j。每个数据存储单元218a-j和对应控制器208a-j可以可通讯地耦连。在一个实施方式中，每个数据存储单元218a-j和对应控制器208a-j可以可通讯地无线耦连。

[0046] 在另一个实施方式中，每个数据存储单元218a-j可以被可脱离地连接到对应控制器208a-j。每个数据存储单元218a-j可以是连接到对应控制器208a-j但不是对应控制器208a-j的一部分的物理装置。每个数据存储单元218a-j可以具有通向对应控制器208a-g的电连接器。每个数据存储单元218a-j可以具有任何物理形式并且不限于特定物理实施例。在一个实施方式中，每个数据存储单元218a-j可以看上去像在计算机行业中被称为“硬件锁”的装置。“硬件锁”是具有集成连接器的小型外壳。在另一个实施方式中，每个数据存储单元218a-j可以看上去像具有外壳和相关联线缆的传感器，所述线缆在另一端具有连接器。在其他实施方式中，数据存储单元218a-j的其他物理变型可以根据需求来开发。

[0047] 每个数据存储单元218a-j包括与风力发电厂202中的预先确定位置有关的操作信息。在一个实施方式中，操作信息可以包括但不限于风力发电厂子系统类型、风力发电厂子系统的变型、风力发电厂子系统中的位置、风力发电厂子系统的序列号、风力涡轮机类型、风力涡轮机的变型、风力涡轮机的序列号、风力涡轮机中的位置、部件类型、部件的变型、部件的序列号、部件的配置、部件的校准参数、以及控制系统的信息。每个数据存储单元218a-j可以包括与风力涡轮机和/或风力发电厂中的控制系统中的相关联控制器208a-j的作用/功能有关的信息。

[0048] 在一个实施方式中，为了存储操作信息，数据存储单元218a-j可以在生产期间通过电连接被电子地编程。在另一个实施方式中，为了存储操作信息，数据存储单元218a-j可以具有RFID可编程持久性存储器，所述RFID可编程持久性存储器可通过RFID编程器被编程并且可通过控制器208a-j被电子地读取。此外，每个数据存储单元218a-j可以通过对应控制器208a-j被编程。

[0049] 除了数据存储单元218a-j中的操作信息之外，数据存储单元218a-j还可以各自包括可读取代码。可读取代码可以包括但不限于条形码和二维码(例如QR代码)。可读取代码可以通过扫描装置被读取。可读取代码反映出数据存储单元218a-j的数据内容(例如操作信息)。可读取代码能够允许自动且安全的编程，并且允许在整个来源链中识别数据存储单元218a-j。

[0050] 此外，每个数据存储单元218a-j可以具有依据控制系统200的需求的与安全有关的特性。数据存储单元218a-j可以具有与安全有关的特性，所述特性允许数据存储单元218a-j在安全关键系统中使用。数据存储单元218a-j的与安全有关的特性可以包括但不限于存储器的单独数据区域中的双倍或三倍冗余数据存储、对于数据值的适当校验、以及代码之间的适当汉明距离(hamming distance)。数据存储单元218a-j的与安全有关的特性可以依据IEC61508：2010标准中的针对安全完整性级别的规定而符合安全完整性级别2或3(SIL2或SIL3)。

[0051] 控制系统200还可以包括主控制器217和另外的主控制器220。在一个实施方式中，主控制器217和另外的主控制器220可以各自是计算机。

[0052] 在一个实施方式中，控制系统200可以包括耦连到主控制器217的数据存储单元218k和耦连到另外的主控制器220的数据存储单元218l。数据存储单元218k、218l可以包括与主控制器217的相应作用/功能有关和与风力涡轮机204和/或风力发电厂202中的控制系统200中的另外的主控制器220的相应作用/功能有关的信息。数据存储单元
218k、218l可以具有与数据存储单元218a-j相同或相似的配置和特性。

[0053] 在一个实施方式中，控制系统200可以有容错能力。有容错能力的控制系统200可以包括两个或更多主控制器(例如第一主控制器217a和第二主控制器217b)(未示出)，以及两个或更多另外的主控制器220(例如第一另外的主控制器220a和第二另外的主控制器220b)(未示出)。第一主控制器217a可以通过第二主控制器217b冗余。第一另外的主控制器220a可以通过第二另外的主控制器220b冗余。在主控制器217中的一个(例如第一主控制器217a)发生故障的情况下，其他主控制器(例如第二主控制器217b)可以用于执行使风力涡轮机204和/或风力发电厂202运作的功能。在另外的主控制器220中的一个(例如第一另外的主控制器220a)发生故障的情况下，其他另外的主控制器(例如第二另外的主控制器220b)可以用于执行使风力涡轮机204和/或风力发电厂202运作的功能。

[0054] 在一个实施方式中，控制系统200可以包括各自耦连到第一主控制器217a、第二主控制器217b、第一另外的主控制器220a以及第二另外的主控制器220b的数据存储单元(未示出)。

[0055] 为了简化展示，仅一个主控制器217和仅一个另外的主控制器220在图2中示出并且在此描述。

[0056] 在一个实施方式中，主控制器217和另外的主控制器220可以是单独元件。在另一个实施方式中，主控制器217和另外的主控制器220可以是单一元件。即，另外的主控制器220可以集成到主控制器217中。

[0057] 主控制器217和另外的主控制器220耦连到多个控制器208a-j。主控制器217和另外的主控制器220经由通讯网络222耦连到多个控制器208a-j。在一个实施方式中，通讯网络222可以包括以太网或时间触发型通讯网络。替代地，其他适当类型的网络还可以用于通讯网络222。

[0058] 在一个实施方式中，通讯网络222可以仅针对一个风力涡轮机实施。在另一个实施方式中，通讯网络222可以扩展到风力涡轮机之外并且可以连接到其他风力涡轮机或变电站。为了展示目的，图2示出通讯网络222针对具有风力涡轮机204和变电站206的风力发电厂202实施。

[0059] 在一个实施方式中，控制器208h、208i、208j是用于在通讯网络222中传输信息/数据的通讯交换机。通讯交换机208h、208i、208j可以耦连到其他控制器208a-g、主控制器217、以及另外的主控制器220。通讯交换机208h、208i、208j可以在主控制器217与其他控制器208a-g之间、在另外的主控制器220与其他控制器208a-g之间、以及在主控制器217与另外的主控制器220之间传输信息/数据。如图2所示，通讯交换机208h被设置在塔架210中，通讯交换机208i被设置在机舱212中，以及通讯交换机208j被设置在变电站
206中。塔架210中的通讯交换机208h可以直接地耦连到机舱212中的通讯交换机208i。
通讯交换机还可以被设置在轮毂214中。通讯交换机的数量和通讯交换机的位置和/或布置不限于如图2所示和在上文中描述的。

[0060] 在风力发电厂202和/或风力涡轮机204启动之前，控制器208a-j读取对应数据存储单元218a-j的操作信息。在一个实施方式中，控制器208a-j可以在控制器208a-j开机之后的任何时间读取对应数据存储单元218a-j的操作信息。在另一个实施方式中，控制器208a-j可以在控制器208a-j启动时读取对应数据存储单元218a-j的操作信息。控制器208a-j依照操作信息来确定相应功能。控制器208h、208i，208j可以依照对应数据存储单元218h、218i、218j的操作信息将所述控制器的功能确定为用于在通讯端口之间传输数据的通讯交换机。控制器208a-j还可以依照操作信息来确定所述控制器耦连到风力发电厂202和/或风力涡轮机204的具体一个或多个部件。

[0061] 主控制器217根据多个控制器208a-j的相应功能传输软件给多个控制器208a-j，所述相应功能依照对应数据存储单元218a-j的操作信息来确定。

[0062] 此外，主控制器217基于从多个控制器208a-j接收到的硬件和软件配置信息和从对应数据存储单元218a-j接收到的操作信息来确定多个控制器208a-j是否具有正确的硬件和软件配置。

[0063] 控制器的“硬件配置”指的是控制器硬件如何构成，例如微处理器类型、存储器大小、I/O类型和数量以及通讯接口。控制器通常具有类型、变型、以及版本号，硬件配置能够从所述类型、变型、以及版本号中推导出。替代地，信息能够以配置表格形式或其他适当形式提供。控制器能够提供这些数字给用于系统配置检查的外部控制器，诸如主控制器(例如主控制器217)。硬件配置检查的目的是确保正确控制器用于该应用。

[0064] 控制器的“软件配置”指的是控制器具有的软件的信息。控制器能够提供软件配置信息给用于系统配置检查的外部控制器，诸如主控制器(例如主控制器217)。软件配置检查的目的是确保控制器中的软件是用于该应用的正确软件并且确保所述软件是最近批准的版本。

[0065] 硬件和软件配置检查两者对于保护控制系统(例如控制系统200)的完整性而言都是非常重要的。完整性检查对于与安全有关的系统而言是必要的。

[0066] 如果确定多个控制器208a-j中的至少一个具有错误硬件配置和错误软件配置中的一个或两个，则多个控制器208a-j中的至少一个被设置在风力涡轮机204或风力发电厂202中的错误位置处，或多个控制器208a-j中的至少一个接收来自对应数据存储单元218a-j的错误操作信息，主控制器206防止风力涡轮机204或风力发电厂子系统的启动并且传输警示信号。

[0067] 风力发电厂202可以具有各种子系统(未示出)。在一个实施方式中，风力发电厂子系统可以是用于测量公共耦合点处的电压、电流以及相位角的测量系统。在另一个实施方式中，风力发电厂子系统可以是在电网发生故障的情况下提供备用电力的电池系统。在另一个实施方式中，风力发电厂子系统可以是用于测量风速和风向的度量系统。在另一个实施方式中，风力发电厂子系统可以是开关设备控制器系统。

[0068] 在具体风力发电厂子系统中出现错误配置的情况下，风力发电厂202仍可以被允许运作。在具有错误配置的风力发电厂子系统对于风力发电厂202运作而言不是强制的情况下，风力发电厂202可以正常地运作。

[0069] 如果确定多个控制器208a-j具有正确的硬件和软件配置、被设置在风力涡轮机204或风力发电厂202中的正确位置处、以及从对应数据存储单元218a-j接收正确操作信息，则主控制器206传输风力涡轮机启动信号。

[0070] 换言之，数据存储单元218a-j的数据内容(例如操作信息)能够用于在启动风力涡轮机204或风力发电厂202之前安全地验证系统配置。数据存储单元218a-j的数据内容(例如操作信息)能够用于安全地验证分布式控制系统节点的软件配置在启动风力涡轮机204或风力发电厂202之前符合系统配置。

[0071] 在一个实施方式中，控制系统200可以包括变电站206中的发电厂控制器(未示出)。发电厂控制器可以耦连到变电站206中的控制器208f、208g、208j。发电厂控制器可以具有与主控制器217相同或相似的功能。例如，发电厂控制器可以根据控制器208f、208g、208j的相应功能传输软件给变电站206中的控制器208f、208g、208j，所述相应功能依照对应数据存储单元218f、218g、218j的操作信息来确定。

[0072] 在另一个实施方式中，发电厂控制器可以耦连到多个控制器208a-j。发电厂控制器可以根据多个控制器208a-j的相应功能传输软件给多个控制器208a-j，所述相应功能依照对应数据存储单元218a-j的操作信息来确定。发电厂控制器还可以耦连到主控制器217和/或另外的主控制器220。发电厂控制器还可以根据相应功能传输软件给主控制器
217和/或另外的主控制器220，所述相应功能依照对应数据存储单元218k、218l的操作信息来确定。

[0073] 各种配置能够用于控制系统200。为了简化展示，仅一个主控制器217在此描述。

[0074] 在启动风力发电厂202和/或风力涡轮机204之前，另外的主控制器220基于从多个控制器208a-j接收到的硬件和软件配置信息和从对应数据存储单元218a-j接收到的操作信息来确定多个控制器208a-j中的与安全有关的功能是否正确。如果确定控制器208a-j中的与安全有关的功能不正确，则另外的主控制器220防止风力涡轮机204或风力发电厂202的启动。控制器208a-j的与安全有关的控制功能能够包括但不限于保护在涡轮机中工作的人员的功能，诸如紧急停止、连动以及光幕，以及保护涡轮机的功能，诸如载荷监控、超速检测、电弧检测、烟雾检测、偏航位置检测以及叶片桨矩控制。另外的主控制器
220是与安全有关的保护控制器，因为另外的主控制器220进行检查以确定控制器208a-j中的与安全有关的功能在风力发电厂202和/或风力涡轮机204被允许启动之前是正确的。

[0075] 因此，技术人员能够从上文描述中理解的是，控制系统200还作为保护系统执行，所述保护系统执行与安全有关的控制功能。与安全有关的控制功能中的一些能够包括保护在风力涡轮机中工作的人员，以及保护风力涡轮机的完整性以避免控制系统中的故障导致风力涡轮机、风力涡轮机的子系统或变电站系统上的结构损伤。

[0076] 上文描述的控制系统200能够允许控制器208a-j针对不同风力涡轮机和风力涡轮机中的不同子系统再度使用。上文描述的控制系统200能够允许控制器208a-j自动地并且安全地确定所述控制器在风力涡轮机204中或在风力发电厂202中的位置和功能，同时确保控制器208a-j具有正确的硬件和软件配置、被设置在风力涡轮机204或风力发电厂202中的正确位置处、以及从对应数据存储单元218a-j接收正确操作信息。上文描述的控制系统200还能够允许控制器208a-j根据相应功能和所述控制器被设置的相应位置接收用于在风力涡轮机204或风力发电厂202中运作的适当软件(例如最新版本的软件)。

[0077] 这样的确定位置、功能以及配置能够改进风力涡轮机204或风力发电厂202的制造、运作以及维护，因为能够降低与人员失误相关联的风险。在控制器208a-j安装错误的情况下，控制系统200能够自动地检测所述安装错误并且防止风力涡轮机204或风力发电厂202的自动启动。操作员能够恰当地受到警示并且能够采取修正动作。因此，风力涡轮机/风力发电厂系统可靠性和安全性能够得到改善。

[0078] 为了允许控制器208a-j的再度使用，数据存储单元218a-j即使在控制器208a-j被替换时也维持在风力涡轮机204的相应预先确定位置处。因此，每个数据存储单元218a-j耦连到风力涡轮机204或风力发电厂202的一个或多个预先确定部件。一个或多个预先确定部件可以形成或属于风力发电厂202的子系统或风力涡轮机204的子系统。因此，每个数据存储单元218a-j可以被认为是风力发电厂202的子系统或风力涡轮机204的子系统。因此，除了确定风力涡轮机204或风力发电厂202中的控制器208a-j的位置和功能之外，数据存储单元218a-j的操作信息还能够允许控制器208a-j验证控制器208a-j具体安装在其中的子系统。

[0079] 图3示出根据一个实施方式的耦连到示例性数据存储单元304的示例性控制器302。控制器302具有至少一个控制器分区306，并且数据存储单元304具有至少一个存储器分区308。在一个实施方式中，控制器302的控制器分区306的数量和数据存储单元304的存储器分区308的数量相同。控制器302具有一个控制器分区306，并且数据存储单元
304具有一个存储器分区308。

[0080] 数据存储单元304的存储器分区308耦连到控制器302的控制器分区306。数据存储单元304的存储器分区308具有与风力涡轮机200的预先确定部件有关的操作信息，数据存储单元304被设置在所述预先确定部件处。存储器分区308可以是能够通过控制器302(例如控制器302的控制器分区306)读取并且修改的持久性存储器。控制器302的控制器分区306可以提供电力给数据存储单元304的存储器分区308，并且数据存储单元304的存储器分区308可以提供操作信息给控制器302的控制器分区306。

[0081] 图4示出根据一个实施方式的耦连到示例性数据存储单元404的示例性控制器402。控制器402具有一个控制器分区406，并且数据存储单元404具有一个以上的存储器分区(例如两个存储器分区408a、408b)。控制器402的控制器分区406的数量和数据存储单元404的存储器分区408a、408b的数量不同。控制器402的控制器分区406耦连到数据存储单元404的存储器分区408a、408b两者。数据存储单元404的两个存储器分区408a、
408b具有与风力涡轮机的预先确定部件有关的相同操作信息，数据存储单元404被设置在所述预先确定部件处。存储器分区408a、408b可以是能够通过控制器分区404读取并且修改的持久性存储器。控制器402的控制器分区406可以提供电力给数据存储单元404的存储器分区408a、408b两者，并且数据存储单元404的存储器分区408a、408b中的一个或两个可以提供操作信息给控制器402的控制器分区406。

[0082] 在一个实施方式中，数据存储单元404有容错能力，因为所述数据存储单元具有一个以上的存储器分区408a、408b，所述一个以上的存储器分区具有相同操作信息。在存储器分区中的一个(例如存储器分区408a)发生故障或存储器分区中的一个(例如存储器分区408a)与控制器分区406之间的耦连发生故障的情况下，控制器分区406仍能够从其他存储器分区(例如存储器分区408b)获得操作信息。因此，通过具有一个以上的存储器分区408a、408b能够降低下述事件的可能性，即存储器分区408a、408b或与控制器402和/或控制器分区406的相关接口中的随机故障能够导致风力涡轮机由于缺少操作信息(例如系统配置信息)而不能启动的情况。

[0083] 图5示出根据一个实施方式的耦连到示例性数据存储单元504的示例性控制器502。控制器502具有一个以上的控制器分区(例如两个控制器分区506a、506b)，并且数据存储单元504具有一个以上的存储器分区(例如两个存储器分区508a、508b)。控制器
502的控制器分区506a、506b的数量和数据存储单元504的存储器分区508a、508b的数量相同。数据存储单元504的每个存储器分区508a、508b耦连到控制器502的对应控制器分区506a、506b。数据存储单元504的两个存储器分区508a、508b具有与风力涡轮机200的预先确定部件有关的相同操作信息，数据存储单元504被设置在所述预先确定部件处。存储器分区508a、508b可以是能够通过对应控制器分区506a、506b读取并且修改的持久性存储器。控制器502的控制器分区506a、506b可以提供电力给数据存储单元504的对应存储器分区508a、508b，并且数据存储单元504的存储器分区508a、508b可以提供操作信息给控制器的对应控制器分区506a、506b。

[0084] 在一个实施方式中，控制器502有容错能力，因为所述控制器具有一个以上的控制器分区506a、506b。如果控制器分区中的一个(例如控制器分区506a)发生故障，则其他控制器分区(例如控制器分区506b)仍能够从对应存储器分区(例如存储器分区508b)接收操作信息。类似地，如上文描述的，数据存储单元504有容错能力，因为所述数据存储单元具有一个以上的存储器分区508a、508b。

[0085] 图6示出根据一个实施方式的耦连到示例性数据存储单元604的示例性控制器602。控制器602具有一个以上的控制器分区(例如四个控制器分区606a、606b、606c、
606d)，并且数据存储单元604具有一个以上的存储器分区(例如两个存储器分区608a、
608b)。控制器602的控制器分区606a、606b、606c、606d的数量和数据存储单元604的存储器分区608a、608b的数量不同。控制器602的控制器分区606a、606b、606c、606d的数量多于数据存储单元604的存储器分区608a、608b的数量。数据存储单元604的两个存储器分区608a、608b具有与风力涡轮机200的预先确定部件有关的相同操作信息，数据存储单元604被设置在所述预先确定部件处。

[0086] 如图6所示，控制器602的一个控制器分区606a耦连到数据存储单元604的对应存储器分区608a并且耦连到同一控制器602的其他控制器分区606c。控制器602的控制器分区606b耦连到数据存储单元604的对应存储器分区608b并且耦连到同一控制器602的其他控制器分区606d。控制器602的控制器分区606a、606b可以提供电力给数据存储单元604的对应存储器分区608a、608b，并且数据存储单元604的存储器分区608a、608b可以提供操作信息给控制器602的对应控制器分区606a、606b。在一个实施方式中，存储器分区608a、608b可以是能够通过对应控制器分区606a、606b读取并且修改的持久性存储器。控制器分区606a、606b可以提供操作信息给相应耦连控制器分区606c、606d。

[0087] 在一个实施方式中，如上文描述的，控制器602有容错能力，因为所述控制器具有一个以上的控制器分区606a、606b、606c、606d。类似地，如上文描述的，数据存储单元604有容错能力，因为所述数据存储单元具有一个以上的存储器分区608a、608b。

[0088] 控制器和数据存储单元的配置不限于如上文描述并且如图3至6所示的实施方式。不同配置能够用于控制器和数据存储单元。

[0089] 在一个实施方式中，在风力涡轮机中使用的各控制器可以具有相同配置。在另一个实施方式中，在风力涡轮机中使用的各控制器可以具有不同配置。

[0090] 在一个实施方式中，在风力涡轮机中使用的各数据存储单元可以具有相同配置。在另一个实施方式中，在风力涡轮机中使用的各数据存储单元可以具有不同配置。

[0091] 此外，控制器可以具有与安全有关的控制功能并且可以被认为是安全控制器。因此，控制器可以具有与安全有关的特性。因此，控制器可以包括安全和/或非安全控制器分区。

[0092] 在一个实施方式中，控制器的所有控制器分区可以是安全控制器分区或非安全分区。

[0093] 在另一个实施方式中，控制器的控制器分区中的一些可以是安全控制器分区，并且控制器的控制器分区中余下的可以是非安全控制器分区。例如，参考图6，控制器602的控制器分区606a、606b可以是安全控制器分区，并且控制器602的控制器分区606c、606d可以是非安全控制器分区。

[0094] 控制器的安全控制器分区可以执行与设备或人员的安全相关的控制功能，例如在检测出转换器出现故障或有人员在涡轮机内部的情况下使风力涡轮机停机。控制器的非安全控制器分区可以执行正常运作期间的控制功能。

[0095] 因此，控制器的与安全有关的特性和存储器分区的与安全有关的特性能够允许所述控制器和存储器分区在安全关键系统(诸如风力涡轮机系统和风力发电厂系统)中使用。

[0096] 尽管本发明的实施方式已参照特定实施方式具体示出并且描述，但本领域中技术人员应当理解的是，在形式和细节方面的各种改变可以在此做出，而不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。因此，本发明的范围通过所附的权利要求指示出，并且因此在权利要求的等同方案的意义和范围内进行的所有改变适于被涵盖在本发明中。

标题	发布/更新时间	阅读量
风力涡轮机-专利编号CN103081273A	2020-05-11	626
风力涡轮机-专利编号CN102822519A	2020-05-11	812
风力涡轮机-专利编号CN103081273B	2020-05-12	727
风力涡轮机-专利编号CN107208602B	2020-05-11	866
风力涡轮机-专利编号CN107208602A	2020-05-12	484
风力涡轮机-专利编号CN102834612A	2020-05-13	49
风力涡轮机-专利编号CN102822520A	2020-05-13	641
风力涡轮机-专利编号CN102422019A	2020-05-11	86
风力涡轮机-专利编号CN102906418B	2020-05-12	943
风力涡轮机-专利编号CN102272447B	2020-05-13	752

用于风力涡轮机的控制系统

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