切换电构造时的风力涡轮机的速度管理制造技术

为了在不同的风速下有效地运行风力涡轮机，所述风力涡轮机可以被配置为在根据风速提供不同的效率的两种不同的电构造之间进行切换。例如，在低风速期间可以优选星形构造，而对于高风速则优选三角形构造。在切换之前，可以将由所述涡轮机的发电机输出的功率驱动为零。然而，这样做将从转子桨叶去除负载，这可能引起所述转子速度提高。相反，可以控制所述转子速度，以使得所述速度停留在紧接在所述发电机功率斜降之前的所述转子的速度或者高于该速度。当在电构造之间进行切换的同时将转子速度保持在当前速度或略高于当前速度可以缓解所述涡轮机所经历的转矩变化，并且可以减小发生结构故障的可能性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
在本公开内容中所提出的实施例总体上涉及切换发电机构造，并且更具体而言， 涉及当在发电机构造之间进行切换时保持大体上恒定的转子速度。
技术介绍
与一些形式的发电系统不同，风力发电系统依赖于用于发电的不同的环境条件。 具体而言，由涡轮机产生的功率可以根据风场中的风速而变化。风力涡轮机可以根据风速 以不同效率产生功率。如本文中所使用的，涡轮机的效率是涡轮机将风能转化成电能的能 力的测度。例如，如果涡轮机被配置为以大约10米/秒的风速进行最佳操作，但是当前风速 为大约5米/秒，那么涡轮机可能以降低的效率产生功率。因此，风力涡轮机设计中的大量工 作致力于设计出能够在不同环境条件下有效率地发电的风力涡轮机。
技术实现思路
本公开内容的一个实施例包括用于风力涡轮机的控制器和用于控制风力涡轮机 的方法。所述控制器和所述方法包括：当以切换前转子速度进行操作时，在确定在电构造之 间切换时，减小由风力涡轮机中的发电机产生的输出功率。在减小输出功率的同时，所述控 制器和所述方法调节与风力涡轮机的转子相关联的参数，从而使转子的速度保持在切换前 转子速度和期望的切换后转子速度的至少其中之一或高于切换前转子速度和期望的切换 后转子速度的至少其中之一。在确定输出功率达到预定义功率值时，所述控制器和所述方 法在与发电机相关联的第一电构造到第二电构造之间进行切换。在切换到第二电构造之 后，所述控制器和所述方法增大由风力涡轮机中的发电机产生的输出功率。此外，在增大输 出功率的同时，所述方法和所述控制器调节与转子相关联的参数，从而使转子的速度保持 在切换前转子速度和期望的切换后转子速度的至少其中之一或高于切换前转子速度和期 望的切换后转子速度的至少其中之一。 本文中所提出的另一个实施例是包括发电机、耦合到发电机的转子、和控制器的 风力涡轮机。控制器被配置为：当以切换前转子速度进行操作时，在确定在电构造之间切换 时，减小由发电机产生的输出功率，并且在减小输出功率的同时，调节与转子相关联的参 数，从而使转子的速度保持在切换前转子速度和期望的切换后转子速度的至少其中之一或 高于切换前转子速度和期望的切换后转子速度的至少其中之一。在确定输出功率达到预定 义功率值时，控制器被配置为在与发电机相关联的第一电构造到第二电构造之间进行切 换。在切换到第二电构造之后，控制器还被配置为增大由发电机产生的输出功率，并且在增 大输出功率的同时，调节与转子相关联的参数，从而使转子的速度保持在切换前转子速度 和期望的切换后转子速度的至少其中之一或高于切换前转子速度和期望的切换后转子速 度的至少其中之一。【附图说明】 可以通过参考附图来获得对以上简单概括的本专利技术的实施例的更加具体的描述， 从而能够详细地理解得到以上列举的方面的方式。 然而，要指出的是，附图仅示出了本专利技术的典型实施例，并且因此不应认为附图限 制了本专利技术的范围，因为本专利技术可以允许其它等效实施例。 图1示出了根据本文中所描述的一个实施例的风力涡轮机的图解视图。 图2A-2C是根据本文中所提出的实施例的用于发电的发电机构造。 图3是根据本文中所提出的一个实施例的用于在发电机构造之间进行切换的涡轮 机系统。 图4A-4B是根据本文中所提出的实施例的示出当在发电机构造之间进行切换时的 功率和转子速度的图表。 图5示出了根据本文中所提出的一个实施例的在星形构造和三角形构造之间进行 切换的示意图。 图6示出了根据本文中所提出的一个实施例的具有用于在星形构造与三角形构造 之间进行切换的多个阈值的示意图。 图7是根据本文中所提出的一个实施例的用于调节涡轮机在发电机构造之间进行 切换的速率的流程图。 为了便于理解，在可能的地方使用了相同的附图标记以指示附图所共有的相同的 要素。可以设想的是，在没有具体的叙述的情况下，在一个实施例中所公开的要素可以有利 地用于其它实施例。【具体实施方式】 为了以不同的风速有效率地运行风力涡轮机，风力涡轮机可以在两种或者更多种 不同的电构造之间进行切换。在一个实施例中，涡轮机可以包括将发电机重新配置成星形 构造或者三角形构造的继电器。这两种电构造可以根据风速提供不同的效率。在低速情况 下，星形构造可以比三角形构造更有效率，但是一旦风速提高以使得发电机的输出功率超 过星形功率限制阈值，风力涡轮机可能就不得不降级（de-rate)。相比之下，三角形构造可 以允许发电机产生超过星形功率限制阈值的功率，但是在产生较低功率时（即，在风速降低 时），发电机可能遭受效率低下。 在一个实施例中，涡轮机被配置为基于当前风力条件或发电机正在产生的功率量 来使发电机在两种不同的电构造之间进行切换，例如从星形到三角形或者从三角形到星 形。在切换之前，可以将由发电机输出的功率驱动为零。然而，这样做将从传动系统中去除 负载，如果不考虑这种情况将导致转子速度提高。在一个实施例中，可以控制转子速度以使 得所述速度随着发电机功率斜降至零而下降至预定义的连接速度。然而，改变转子的速度 改变了转子对涡轮机施加的力。因此，涡轮机可以使用例如桨叶桨距或者制动器来控制转 子速度，从而使转子速度在整个切换过程中保持近似恒定。在一个实施例中，可以将转子速 度保持在或高于紧接在发电机功率斜降之前的转子速度（即，切换前转子速度）、或者在发 生切换并且发电机输出功率斜升之后的期望的转子速度（即，切换后转子速度）。当在电构 造之间进行切换的同时将转子速度保持在切换前或者切换后转子速度或高于切换前或者 切换后转子速度可以缓解涡轮机塔架所经历的转矩变化，并且可以降低发生结构故障的可 能性。 因为电构造之间的切换可能使涡轮机疲劳，所以风力涡轮机还可以利用用于确定 何时在电构造之间进行切换的不同标准来建立多个阈值。例如，在从三角形切换到星形时， 涡轮机可以等待直到发电机输出功率下降到200kW以下持续六十秒。然而，风场可能经历使 发电机长时间输出300kW的稳定且恒定的风。与涡轮机处于星形构造下相比，在这一时间段 内停留在三角形构造将使该涡轮机的效率较低。相反，涡轮机可以使用多个阈值，在这些阈 值中，时间和功率标准提高。例如，如果功率输出低于200kW持续五分钟或者输出功率低于 300kW持续一小时，那么风力涡轮机可以切换构造。以这种方式，所述多个阈值可以获得以 上提及的涡轮机可以受益于切换电构造的场景。然而，通过提高时间约束，如果发电机输出 的变化很短暂，并且涡轮机不得不切换回先前的电构造，那么涡轮机可能无意中限制了切 换。 在一个实施例中，风力涡轮机可以追踪由涡轮机执行的电构造切换的次数。因为 这些切换使涡轮机疲劳，所以控制器可以更新用于确定何时在电构造之间进行切换的标准 以降低切换速率，并且从而降低涡轮机的疲劳。例如，如果涡轮机超过了其切换预算，那么 控制器可以增大与阈值相关联的时间或者使涡轮机保持在仅一种电构造下，直到总切换次 数在切换预算之内。降低涡轮机的切换速率可以防止涡轮机塔架过早老化，这可以降低不 期望的维护成本的可能性。 现在将更加详细地解释本专利技术。尽管本专利技术易受到各种修改和替代形式的影响， 但是通过示例的方式公开了具体的实施例。然而，应当理解，本专利技术并不是要局限于所公开 的特定形式。相反，本专利技术是要涵盖落在所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于风力涡轮机的控制器，所述控制器包括控制逻辑单元，所述控制逻辑单元被配置为：当以切换前转子速度进行操作时，在确定在电构造之间进行切换时，降低由所述风力涡轮机中的发电机产生的输出功率；在降低所述输出功率时，调节与所述风力涡轮机的转子相关联的参数，从而使所述转子的速度保持在所述切换前转子速度和期望的切换后转子速度的至少其中之一或高于所述切换前转子速度和所述期望的切换后转子速度的至少其中之一；在确定所述输出功率达到预定义的功率值时，在与所述发电机相关联的第一电构造到第二电构造之间进行切换；在切换到所述第二电构造之后，增大由所述风力涡轮机中的所述发电机产生的所述输出功率；以及在增大所述输出功率时，调节与所述转子相关联的所述参数，从而使所述转子的速度保持在所述切换前转子速度和所述期望的切换后转子速度的至少其中之一或高于所述切换前转子速度和所述期望的切换后转子速度的至少其中之一。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·谢尔，P·科尔谢尔，R·墨尔加德维德克努森，M·苏莱曼扎德，M·M·瑟恩森，A·扎伊博，A·库马尔辛格，P·B·克里斯滕森，M·霍林德延森，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK