本公開大體上涉及風力渦輪，且更具體而言，涉及用于作為風力渦輪構(gòu)件的局部溫度的函數(shù)來使風力渦輪的功率降低的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

風力渦輪被認為是目前可用的最清潔、最環(huán)境友好的能量來源之一，且風力渦輪因此已獲得越來越多的關(guān)注。現(xiàn)代風力渦輪典型地包括塔架、發(fā)電機、齒輪箱、機艙、和一個或更多個轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片使用已知的翼型件原理來捕集風的動能。例如，轉(zhuǎn)子葉片典型地具有翼形件的截面輪廓，使得在操作期間，空氣流動越過葉片，從而在側(cè)部之間產(chǎn)生壓力差別。因此，從壓力側(cè)朝吸力側(cè)的升力作用在葉片上。該升力產(chǎn)生主轉(zhuǎn)子軸上的扭矩，該扭矩被齒輪傳動至發(fā)電機以用于產(chǎn)生電。

風力渦輪的電氣構(gòu)件中的許多位于塔架下。例如，此種電氣構(gòu)件可包括功率轉(zhuǎn)換器，該功率轉(zhuǎn)換器具有受調(diào)節(jié)DC鏈路以及塔架下電纜。更具體而言，一些風力渦輪(諸如風力驅(qū)動的雙饋感應發(fā)電機(DFIG)系統(tǒng)或全功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng))可包括具有AC-DC-AC拓撲結(jié)構(gòu)的功率轉(zhuǎn)換器。此外，標準功率轉(zhuǎn)換器典型地包括電橋回路和功率濾波器。在某些實施例中，功率轉(zhuǎn)換器還可包括消弧回路(crowbar circuit)。此外，電橋回路典型地包括多個元件(cell)，例如，一個或更多個功率開關(guān)元件和/或一個或更多個二極管。

在操作期間，因為風力渦輪嘗試實現(xiàn)最大功率生成，此種電氣構(gòu)件可由于過高的溫度而受到損傷。

因此，防止此種構(gòu)件高于某溫度地操作的系統(tǒng)和方法將是有利的。因此，本公開涉及作為風力渦輪中構(gòu)件的局部溫度的函數(shù)來使風力渦輪的功率輸出降級的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的方面和優(yōu)點將在下列描述中部分地闡述，或可從描述變得明顯，或通過本發(fā)明的實施而習得。

在一個方面中，本主題涉及用于操作風力渦輪的方法。該方法包括通過一個或更多個溫度傳感器來在預定時間段測量風力渦輪中的構(gòu)件的局部溫度。該方法還包括作為該局部溫度的函數(shù)來確定該風力渦輪的功率能力。另一步驟包括通過一個或更多個傳感器來在該預定時間段測量風力渦輪的功率輸出。又一步驟包括作為功率能力和測得的功率輸出的函數(shù)來確定功率裕度(power margin)，以便確定功率裕度。因此，該方法還包括至少部分地基于該功率裕度來控制該風力渦輪的功率輸出。

在一個實施例中，該構(gòu)件的局部溫度可包括該構(gòu)件的實際溫度、包含該構(gòu)件的區(qū)域的溫度、或該構(gòu)件內(nèi)側(cè)的溫度。例如，在具體實施例中，溫度傳感器構(gòu)造成測量該風力渦輪的包含功率轉(zhuǎn)換組件的區(qū)域的溫度。備選地，溫度傳感器可構(gòu)造成直接地測量該功率轉(zhuǎn)換組件自身的實際溫度。

在另一實施例中，該方法還可包括分析該預定時間段的該測得的局部溫度和/或測得的功率輸出。更具體而言，在某些實施例中，該方法可包括通過過濾(例如，通過一個或更多個濾波器)該預定時間段的測得的局部溫度和/或該預定時間段的測得的功率輸出來分析該預定時間段的測得的局部溫度和/或測得的功率輸出。在具體實施例中，濾波器可包括以下中的任何一個或組合：低通濾波器、高通濾波器、陷波濾波器等。

在其他實施例中，分析該預定時間段的測得的局部溫度和/或測得的功率輸出的步驟可包括計算該預定時間段的該測得的局部溫度的平均值和/或計算該預定時間段的該測得的功率輸出的平均值。

在附加實施例中，至少部分地基于該功率裕度來控制該風力渦輪的功率輸出的步驟可包括：如果該測得的功率輸出超過該功率能力，則使該風力渦輪的功率輸出降級。

在某些實施例中，如本文所描述的該風力渦輪中的構(gòu)件可包括以下中的至少一者：功率轉(zhuǎn)換組件、變壓器、發(fā)電機、塔架下電纜、渦輪控制硬件、偏航硬件、俯仰硬件、或經(jīng)歷因該風力渦輪的功率變化導致的溫度變化的任何其他合適的構(gòu)件。例如，在具體實施例中，待監(jiān)測的構(gòu)件可包括該風力渦輪的塔架下功率轉(zhuǎn)換器。

在再一實施例中，至少部分地基于功率裕度來控制風力渦輪功率輸出的步驟可包括選擇以基于該功率裕度和/或該風力渦輪的一個或更多個功率限制器(power limiter)中的至少一者來控制該風力渦輪的功率輸出。更具體而言，在某些實施例中，該風力渦輪的額外功率限制器可包括以下中的至少一者：電流、電壓、溫度、或一個或更多個風力渦輪構(gòu)件的任何其他合適的功率限制參數(shù)。此外，在具體實施例中，基于功率裕度來控制風力渦輪的功率輸出的步驟還可包括作為該選擇和該風力渦輪的現(xiàn)有功率設(shè)定點的函數(shù)來確定用于該風力渦輪的功率命令。在再一實施例中，該方法還包括限制該功率命令，使得該功率命令不超過該現(xiàn)有功率輸出設(shè)定點。

在另一方面中，本主題涉及用于操作風力渦輪的方法。該方法包括通過一個或更多個溫度傳感器來在預定時間段測量風力渦輪的功率轉(zhuǎn)換器的溫度或其附近的溫度。另一步驟包括作為該溫度的函數(shù)來確定該風力渦輪的功率能力。再一步驟包括通過一個或更多個傳感器來在該預定時間段測量該風力渦輪功率輸出。該方法還包括將功率能力與該測得的功率比較，和當測得的功率輸出超過該功率能力時使該風力渦輪的功率輸出降級。

在再一方面中，本主題涉及用于操作風力渦輪的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個或更多個溫度傳感器、一個或更多個電壓和電流傳感器、和控制器，該一個或更多個溫度傳感器構(gòu)造成在預定時間段測量風力渦輪中的至少一個構(gòu)件的局部溫度，該一個或更多個電壓和電流傳感器構(gòu)造成在該預定時間段測量風力渦輪的功率輸出，該控制器通信地聯(lián)接至溫度傳感器和電壓和電流傳感器。此外，該控制器構(gòu)造成執(zhí)行一個或更多個操作，包括但不限于作為該局部溫度的函數(shù)來確定該風力渦輪的功率能力、將功率能力與測得的功率輸出比較，和當該測得的功率輸出超過該功率能力時，使該風力渦輪的功率輸出降級。

在其他實施例中，該系統(tǒng)還可構(gòu)造為具有如本文所描述的額外特征中的任一個。此外，該系統(tǒng)可構(gòu)造成實現(xiàn)如本文所描述的各種方法步驟中的任一個。例如，在某些實施例中，該控制器可包括一個或更多個濾波器，該一個或更多個濾波器構(gòu)造成處理該預定時間段的測得的局部溫度和/或該預定時間段的測得的功率輸出中的至少一者。如所提及的，濾波器可包括以下中的至少一個或組合：低通濾波器、高通濾波器、陷波濾波器等。

在額外的實施例中，該系統(tǒng)還可包括選擇器，該選擇器構(gòu)造成在該功率裕度和該風力渦輪的一個或更多個額外功率限制器之間選擇，以控制該風力渦輪的功率輸出。因此，該控制器還可構(gòu)造成作為該選擇和該風力渦輪的現(xiàn)有功率輸出設(shè)定點的函數(shù)來確定用于風力渦輪的功率命令。在其他實施例中，該系統(tǒng)還可包括限制器，該限制器構(gòu)造成約束該功率命令，使得該功率命令不超過該現(xiàn)有功率輸出設(shè)定點。

技術(shù)方案1：一種用于操作風力渦輪的方法，所述方法包括：

通過一個或更多個溫度傳感器來在預定時間段測量所述風力渦輪的構(gòu)件的局部溫度；

作為所述局部溫度的函數(shù)來確定所述風力渦輪的功率能力；

通過一個或更多個傳感器來在該預定時間段測量所述風力渦輪的功率輸出；

作為所述功率能力和測得的功率輸出的函數(shù)來確定所述風力渦輪的功率裕度；和

至少部分地基于所述功率裕度來控制所述風力渦輪的功率輸出。

技術(shù)方案2：根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，所述局部溫度包括以下中的至少一者：所述構(gòu)件、包含所述構(gòu)件的區(qū)域的實際溫度、或所述構(gòu)件內(nèi)側(cè)的溫度。

技術(shù)方案3：根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，還包括分析該預定時間段的測得的局部溫度和所述測得的功率輸出。

技術(shù)方案4：根據(jù)技術(shù)方案3所述的方法，其中，分析該預定時間段的所述測得的局部溫度和所述測得的功率輸出還包括通過一個或更多個濾波器來過濾該預定時間段的所述測得的局部溫度，和通過一個或更多個濾波器來過濾該預定時間段的所述測得的功率輸出。

技術(shù)方案5：根據(jù)技術(shù)方案4所述的方法，其中，所述一個或更多個濾波器還包括以下中的至少一者或組合：低通濾波器、高通濾波器、或陷波濾波器。

技術(shù)方案6：根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，分析該預定時間段的測得的局部溫度和所述測得的功率輸出還包括計算該預定時間段的所述測得的局部溫度的平均值，和計算該預定時間段的所述測得的功率輸出的平均值。

技術(shù)方案7：根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，至少部分地基于所述功率裕度來控制所述風力渦輪的功率輸出還包括：當所述測得的功率輸出超過所述功率能力時，使所述風力渦輪的功率輸出降級。

技術(shù)方案8：根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，所述風力渦輪中的構(gòu)件還包括以下中的至少一者：功率轉(zhuǎn)換組件、變壓器、發(fā)電機、塔架下電纜、渦輪控制硬件、偏航硬件、或俯仰硬件。

技術(shù)方案9：根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，至少部分地基于所述功率裕度來控制所述風力渦輪的功率輸出還包括：確定所述功率裕度的增益，且選擇以基于所述增益或所述風力渦輪的一個或更多個額外功率限制器中的至少一者來控制所述風力渦輪的功率輸出。

技術(shù)方案10：根據(jù)技術(shù)方案9所述的方法，其中，至少部分地基于所述功率裕度來控制所述風力渦輪的功率輸出還包括：作為該選擇和所述風力渦輪的功率設(shè)定點的函數(shù)來確定用于所述風力渦輪的功率命令。

技術(shù)方案11：根據(jù)技術(shù)方案10所述的方法，還包括限制所述功率命令，使得所述功率命令不超過所述功率輸出設(shè)定點。

技術(shù)方案12：根據(jù)技術(shù)方案9所述的方法，其中，所述風力渦輪的所述一個或更多個額外功率限制器包括一個或更多個風力渦輪構(gòu)件的電流、電壓、或溫度中的至少一者。

技術(shù)方案13：一種用于操作風力渦輪的方法，所述方法包括：

通過一個或更多個溫度傳感器來在預定時間段測量所述風力渦輪的功率轉(zhuǎn)換組件的溫度或其附近的溫度；

作為所述溫度的函數(shù)來確定所述風力渦輪的功率能力；

通過一個或更多個傳感器來在該預定時間段測量所述風力渦輪的功率輸出；

將所述功率能力與測得的功率輸出比較；和

當所述測得的功率輸出超過所述功率能力時，使所述風力渦輪的功率輸出降級。

技術(shù)方案14：一種用于操作風力渦輪的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

一個或更多個溫度傳感器，其構(gòu)造成在預定時間段測量所述風力渦輪的構(gòu)件的局部溫度；

一個或更多個電壓和電流傳感器，其構(gòu)造成在該預定時間段測量所述風力渦輪的功率輸出；和

控制器，其通信地聯(lián)接至所述溫度傳感器和所述電壓和電流傳感器，所述控制器構(gòu)造成執(zhí)行一個或更多個操作，所述一個或更多個操作包括：

作為所述局部溫度的函數(shù)來確定所述風力渦輪的功率能力；

將所述功率能力與測得的功率輸出比較；和

當所述測得的功率輸出超過所述功率能力時，使所述風力渦輪的功率輸出降級。

技術(shù)方案15：根據(jù)技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其中，所述局部溫度包括以下中的至少一者：所述構(gòu)件、包含所述構(gòu)件的區(qū)域的實際溫度、或所述構(gòu)件內(nèi)側(cè)的溫度。

技術(shù)方案16：根據(jù)技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器包括一個或更多個濾波器，所述一個或更多個濾波器構(gòu)造成過濾該預定時間段的所述測得的局部溫度或該預定時間段的所述測得的功率輸出中的至少一者，其中，所述一個或更多個濾波器還包括以下中的至少一者或組合：低通濾波器、高通濾波器、或陷波濾波器。

技術(shù)方案17：根據(jù)技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其中，所述風力渦輪中的所述構(gòu)件還包括以下中的至少一者：功率轉(zhuǎn)換組件、變壓器、發(fā)電機、塔架下電纜、渦輪控制硬件、偏航硬件、或俯仰硬件。

技術(shù)方案18：根據(jù)技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，還包括選擇器，所述選擇器構(gòu)造成在所述功率裕度或所述風力渦輪的一個或更多個額外功率限制器之間選擇，以控制所述風力渦輪的功率輸出。

技術(shù)方案19：根據(jù)技術(shù)方案18所述的系統(tǒng)，還包括作為該選擇和所述風力渦輪的功率輸出設(shè)定點的函數(shù)來確定用于所述風力渦輪的功率命令。

技術(shù)方案20：根據(jù)技術(shù)方案19所述的系統(tǒng)，還包括限制器，所述限制器構(gòu)造成約束所述功率命令，使得所述功率命令不超過所述功率輸出設(shè)定點。

參照下列描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其他特征、方面以及優(yōu)點將變得更好理解。并入本說明書中并組成其一部分的附圖例示了本發(fā)明的實施例，并與說明一起用來解釋本發(fā)明的原理。

附圖說明

針對本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明的完整和能夠?qū)崿F(xiàn)的公開，包括其最佳模式，在參照附圖作出的說明書中得到闡述，在該附圖中：

圖1例示根據(jù)本公開的風力渦輪的一個實施例的一部分的透視圖；

圖2例示電氣和控制系統(tǒng)的一個實施例的示意圖，該電氣和控制系統(tǒng)適合用于與圖1中示出的風力渦輪一起使用；

圖3例示控制器的一個實施例的框圖，該控制器適合用于與圖1中示出的風力渦輪一起使用；

圖4例示系統(tǒng)的一個實施例的示意圖，該系統(tǒng)用于保護根據(jù)本公開的風力渦輪的構(gòu)件；

圖5例示方法的一個實施例的流程圖，該方法用于保護根據(jù)本公開的風力渦輪的構(gòu)件。

部件列表

100 風力渦輪

102 機艙

104 塔架

106 轉(zhuǎn)子

108 轉(zhuǎn)子葉片

110 轂

112 發(fā)電機

114 低速軸

116 控制器

118 齒輪箱

200 電氣和控制系統(tǒng)

202 渦輪控制器

204 處理器

206 同步開關(guān)

207 存儲裝置/存儲庫

208 定子母線

209 通信模塊

210 功率轉(zhuǎn)換組件

211 傳感器接口

212 轉(zhuǎn)子母線

214 主變壓器回路斷路器

216 系統(tǒng)母線

218 轉(zhuǎn)子濾波器

219 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換器母線

220 轉(zhuǎn)子側(cè)功率轉(zhuǎn)換器/AC-DC轉(zhuǎn)換器/功率半導體裝置

222 線路側(cè)功率轉(zhuǎn)換器/DC-AC轉(zhuǎn)換器

223 線路轉(zhuǎn)換器母線

224 線路濾波器

225 線路母線

226 線路接觸器

228 回路斷路器

230 轉(zhuǎn)換回路斷路器母線

232 連接母線

234 電功率主變壓器

236 發(fā)電機側(cè)母線

238 網(wǎng)絡回路斷路器

240 斷路器側(cè)母線

242 網(wǎng)絡母線

244 DC鏈路

246 正軌道

248 負軌道

250 電容器

252 電壓或電流傳感器

254 電壓或電流傳感器

256 電壓或電流傳感器

260 電氣構(gòu)件/電橋邏輯

262 轉(zhuǎn)換器控制器

300 系統(tǒng)

302 傳感器

304 傳感器

306 數(shù)據(jù)處理器

308 數(shù)據(jù)處理器

310 圖表

312 功率能力

314 比較器

316 功率裕度

318 增益

320 功率控制器

322 選擇器

324 額外功率限制器

326 選擇器

328 渦輪控制

330 現(xiàn)有渦輪功率設(shè)定點

332 渦輪功率命令

334 限制器

400 方法

402 方法步驟

404 方法步驟

406 方法步驟

408 方法步驟

410 方法步驟。

具體實施方式

現(xiàn)在將詳細地參照本發(fā)明的實施例，其一個或更多個示例在附圖中例示。作為本發(fā)明的解釋而非本發(fā)明的限制來提供各示例。事實上，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的是，可在本發(fā)明中作出各種更改和變更，而不脫離本發(fā)明的范圍或精神。例如，作為一個實施例的部分例示或描述的特征可與另一實施例一起使用，以產(chǎn)生又一實施例。因此，意圖本發(fā)明覆蓋落入所附權(quán)利要求和它們的等同物的范圍內(nèi)的此種更改和變更。

大體而言，本主題涉及用于操作風力渦輪的系統(tǒng)和方法。更具體而言，該系統(tǒng)構(gòu)造成通過作為構(gòu)件的局部溫度的函數(shù)使風力渦輪的功率輸出降級來保護風力渦輪的一個或更多個構(gòu)件。因此，本公開允許風力渦輪使渦輪的功率輸出最大化，同時還將構(gòu)件溫度維持在安全極限內(nèi)。因此，對于某些實施例，本公開的有效使用取決于渦輪功率輸出與構(gòu)件溫度之間的關(guān)系。更具體而言，本公開的系統(tǒng)包括多個傳感器，以用于在預定時間段測量構(gòu)件的局部溫度，并且/或者用于在該預定時間段測量風力渦輪的功率輸出。因此，該系統(tǒng)構(gòu)造成作為局部溫度的函數(shù)來確定風力渦輪的功率能力。因此，通過受到保護的構(gòu)件來確定功率能力。此外，該系統(tǒng)構(gòu)造成作為功率能力和測得的功率輸出的函數(shù)來確定風力渦輪的功率裕度。因此，該系統(tǒng)因而可控制風力渦輪的功率輸出，例如，通過基于該功率裕度來使功率輸出降級。

更具體而言，在某些實施例中，系統(tǒng)可確定功率能力和測得的功率輸出之間的差異，例如，通過從功率能力中減去測得的功率輸出。負的功率裕度提供風力渦輪的必要降級，以保護其構(gòu)件。此外，因為風力渦輪內(nèi)側(cè)的局部化區(qū)域的溫度不在渦輪的功率輸出的增大或減小的情況下即時地改變，所以渦輪的功率輸出的降低不需要為快速的，且一般不應當是快速的。因此，如本文所描述的使渦輪降級在與因功率水平變化而導致的局部溫度變化的速率一致的速率下保護渦輪構(gòu)件。此外，作為溫度的函數(shù)使根據(jù)本公開的渦輪的功率輸出降低允許風力渦輪根據(jù)單獨的構(gòu)件能力來操作。更具體而言，在局部溫度由于渦輪外側(cè)的周圍溫度和影響局部區(qū)域的來自渦輪內(nèi)側(cè)的損耗的組合而升高時，該局部區(qū)域中的此種構(gòu)件的能力降低。因此，還降低功率輸出以解決溫度增高。因此，本公開維持風力渦輪各種構(gòu)件的安全操作溫度，同時還使渦輪的功率輸出最大化。

現(xiàn)在參照附圖，圖1為根據(jù)本公開的示范風力渦輪100的一部分的透視圖，其構(gòu)造成實現(xiàn)如本文所描述的方法和設(shè)備。風力渦輪100包括機艙102，該機艙102通常容納發(fā)電機(未示出)。機艙102安裝在塔架104上，該塔架104具有有助于如本文所描述的風力渦輪100操作的任何合適的高度。風力渦輪100還包括轉(zhuǎn)子106，該轉(zhuǎn)子106包括附接至旋轉(zhuǎn)轂110的三個葉片108。備選地，風力渦輪100可包括有助于如本文所描述的風力渦輪100的操作的任何數(shù)量的葉片108。

參考圖2，例示示范電氣和控制系統(tǒng)200的示意圖，該電氣和控制系統(tǒng)200可與風力渦輪100一起使用。在操作期間，風沖擊葉片108且葉片108將風能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械旋轉(zhuǎn)扭矩，該機械旋轉(zhuǎn)扭矩經(jīng)由轂110可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動低速軸112。低速軸112構(gòu)造成驅(qū)動逐步地提高低速軸112的低轉(zhuǎn)速的齒輪箱114，以在增大的轉(zhuǎn)速下驅(qū)動高速軸116。高速軸116大體上可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至發(fā)電機118，以便可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子122。在一個實施例中，發(fā)電機118可為繞線轉(zhuǎn)子、三相、雙饋感應(異步)發(fā)電機(DFIG)，該雙饋感應發(fā)電機包括磁性地聯(lián)接至發(fā)電機轉(zhuǎn)子122的發(fā)電機定子120。因此，旋轉(zhuǎn)磁場可由發(fā)電機轉(zhuǎn)子122引起，且可在磁性地聯(lián)接至發(fā)電機轉(zhuǎn)子122的發(fā)電機定子120內(nèi)感應電壓。在一個實施例中，發(fā)電機118構(gòu)造成將旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)換成發(fā)電機定子120中的正弦、三相交流電(AC)電能信號。相關(guān)電功率可經(jīng)由定子母線208、定子同步開關(guān)206、系統(tǒng)母線216、主變壓器回路斷路器214和發(fā)電機側(cè)母線236而傳輸至主變壓器234。主變壓器234逐步提高電功率的電壓幅度，使得轉(zhuǎn)變的電力可經(jīng)由斷路器側(cè)母線240、網(wǎng)絡回路斷路器238、和網(wǎng)絡母線242而進一步傳輸至網(wǎng)絡。

此外，電氣和控制系統(tǒng)200可包括風力渦輪控制器202，該風力渦輪控制器202構(gòu)造成控制風力渦輪100的構(gòu)件中的任一個。例如，如在圖3中具體示出的，控制器202可包括一個或更多個處理器204和相關(guān)的存儲裝置207，它們構(gòu)造成執(zhí)行各種計算機實現(xiàn)的功能(例如，執(zhí)行方法、步驟、計算等且儲存如本文中公開的有關(guān)數(shù)據(jù))。此外，控制器202還可包括通信模塊209，以有助于控制器202與風力渦輪100的各種構(gòu)件(例如，圖2的構(gòu)件中的任一者)之間的通信。此外，通信模塊209可包括傳感器接口211(例如，一個或更多個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)以準許從一個或更多個傳感器傳輸?shù)男盘柋晦D(zhuǎn)換成可由處理器204理解和處理的信號。應當理解的是，傳感器(例如，傳感器252、254、256、264、302、304)可使用任何合適的手段來通信地聯(lián)接至通信模塊209。例如，如在圖3中所示出的，傳感器252、254、256、264、302、304可經(jīng)由有線連接而聯(lián)接至傳感器接口211。然而，在其他實施例中，傳感器252、254、256、264、302、304可經(jīng)由無線連接而聯(lián)接至傳感器接口211，諸如通過使用本領(lǐng)域中已知的任何合適的無線通信協(xié)議。因此，處理器204可構(gòu)造成接收來自傳感器的一個或更多個信號。

如本文中所使用的，用語“處理器”不僅指在本領(lǐng)域中稱為包括在計算機中的集成回路，還指控制器、微型控制器、微型計算機、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成回路、和其他可編程回路。處理器204還構(gòu)造成計算先進的控制算法且根據(jù)各種以太網(wǎng)或串行協(xié)議(Modbus、OPC、CAN等)而通信。此外，存儲裝置207可大體上包括存儲元件，包括但不限于計算機可讀介質(zhì)(例如，隨機存取存儲器(RAM)、計算機可讀非易失性介質(zhì)(例如，閃速存儲器)、軟盤、致密盤只讀存儲器(CD-ROM)、磁性光盤(MOD)、數(shù)字通用盤(DVD)和/或其他合適的存儲元件。這種存儲裝置207可大體上構(gòu)造成儲存合適的計算機可讀指令，當由處理器204實現(xiàn)時，該計算機可讀指令配置控制器202以執(zhí)行如本文所描述的各種功能。

回頭參考圖2，發(fā)電機定子120可經(jīng)由定子母線208而電聯(lián)接至定子同步開關(guān)206。在一個實施例中，為了有助于DFIG構(gòu)造，發(fā)電機轉(zhuǎn)子122經(jīng)由轉(zhuǎn)子母線210而電聯(lián)接至雙向功率轉(zhuǎn)換組件210或功率轉(zhuǎn)換器。備選地，發(fā)電機轉(zhuǎn)子122可經(jīng)由促進如本文所描述的電和控制系統(tǒng)200的運轉(zhuǎn)的任何其他裝置而電聯(lián)接至轉(zhuǎn)子母線212。在又一實施例中，定子同步開關(guān)206可經(jīng)由系統(tǒng)母線216而電聯(lián)接至主變壓器回路斷路器214。

功率轉(zhuǎn)換組件210可包括轉(zhuǎn)子濾波器218，轉(zhuǎn)子濾波器218經(jīng)由轉(zhuǎn)子母線212而電聯(lián)接至發(fā)電機轉(zhuǎn)子122。轉(zhuǎn)子濾波器母線219將轉(zhuǎn)子濾波器218電聯(lián)接至轉(zhuǎn)子側(cè)功率轉(zhuǎn)換器220。此外，轉(zhuǎn)子側(cè)功率轉(zhuǎn)換器220可經(jīng)由單個直流電(DC)鏈路244而電聯(lián)接至線路側(cè)功率轉(zhuǎn)換器222。備選地，轉(zhuǎn)子側(cè)功率轉(zhuǎn)換器220和線路側(cè)功率轉(zhuǎn)換器222可經(jīng)由單獨且分開的DC鏈路而電聯(lián)接。此外，如圖所示，DC鏈路244可包括正軌道246、負軌道248、和聯(lián)接在其間的至少一個電容器250。

此外，線路側(cè)功率轉(zhuǎn)換器母線223可將線路側(cè)功率轉(zhuǎn)換器222電聯(lián)接至線路濾波器224。而且，線路母線225可將線路濾波器224電聯(lián)接至線路接觸器226。而且，線路接觸器226可經(jīng)由轉(zhuǎn)換回路斷路器母線230而電聯(lián)接至轉(zhuǎn)換回路斷路器228。此外，轉(zhuǎn)換回路斷路器228可經(jīng)由系統(tǒng)母線216和連接母線232而電聯(lián)接至主變壓器回路斷路器214。主變壓器回路斷路器214可經(jīng)由發(fā)電機側(cè)母線236而電聯(lián)接至電功率主變壓器234。主變壓器234可經(jīng)由斷路器側(cè)母線240而電聯(lián)接至網(wǎng)絡回路斷路器238。網(wǎng)絡回路斷路器238可經(jīng)由網(wǎng)絡母線242而連接至電功率傳輸和分配網(wǎng)絡。

在操作中，經(jīng)由去往網(wǎng)絡母線242的雙路徑來提供通過轉(zhuǎn)子106的旋轉(zhuǎn)而在發(fā)電機定子120處生成的交流電(AC)功率。該雙路徑由定子母線208和轉(zhuǎn)子母線212限定。在轉(zhuǎn)子母線側(cè)212上，將正弦多相(例如，三相)AC功率提供至功率轉(zhuǎn)換組件210。轉(zhuǎn)子側(cè)功率轉(zhuǎn)換器220將從轉(zhuǎn)子母線212提供的AC功率轉(zhuǎn)換成DC功率且將該DC功率提供至DC鏈路244?？烧{(diào)制在轉(zhuǎn)子側(cè)功率轉(zhuǎn)換器220的電橋回路中使用的開關(guān)元件(例如，IGBT)，以將從轉(zhuǎn)子母線212提供的AC功率轉(zhuǎn)換成適用于DC鏈路244的DC功率。

線路側(cè)轉(zhuǎn)換器222將DC鏈路244上的DC功率轉(zhuǎn)換成適合用于電氣網(wǎng)絡母線242的AC輸出功率。具體而言，可調(diào)制在線路側(cè)功率轉(zhuǎn)換器222的電橋回路中使用的開關(guān)元件(例如，IGBT)，以將DC鏈路244上的DC功率轉(zhuǎn)換成線路側(cè)母線225上的AC功率。來自功率轉(zhuǎn)換組件210的AC功率可與來自定子120的功率結(jié)合，以提供多相功率(例如，三相功率)，該多相功率具有被基本上維持在電氣網(wǎng)絡母線242的頻率(例如，50Hz/60Hz)處的頻率。應當理解的是，轉(zhuǎn)子側(cè)功率轉(zhuǎn)換器220和線路側(cè)功率轉(zhuǎn)換器222可具有使用如下開關(guān)裝置的任何構(gòu)造，該開關(guān)裝置有助于如在本文中描述的電氣和控制系統(tǒng)200的操作。

此外，功率轉(zhuǎn)換組件210可與渦輪控制器202和/或分開或一體的轉(zhuǎn)換器控制器262電子數(shù)據(jù)通信地聯(lián)接，以控制轉(zhuǎn)子側(cè)功率轉(zhuǎn)換器220和線路側(cè)功率轉(zhuǎn)換器222的操作。例如，在操作期間，控制器202可構(gòu)造成從第一組電壓和電流傳感器252接收一個或更多個電壓和/或電流測量結(jié)果信號。因此，控制器202可構(gòu)造成經(jīng)由傳感器252來監(jiān)測和控制與繞線渦輪100相關(guān)的操作變量中的至少一些。在例示的實施例中，傳感器252中的各個可電聯(lián)接至網(wǎng)絡母線242的三相中的各一個。備選地，傳感器252可電聯(lián)接至電氣和控制系統(tǒng)200的有助于促進如在本文中描述的電氣和控制系統(tǒng)200的操作的任何部分。除了上述傳感器之外，傳感器還可包括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264(都在圖2中示出)、和/或任何其他合適的傳感器。此外，電壓和電流傳感器252、254、256、264可構(gòu)造成直接或間接地測量風力渦輪100的功率輸出。

還應當理解的是，可在風力渦輪100內(nèi)且在任何場所處采用任何數(shù)量或類型的傳感器。例如，傳感器可為溫度傳感器、微型慣性測量單元(MIMU)、應變計、加速計、壓力傳感器、溫度傳感器、迎角傳感器、振動傳感器、光探測和測距(LIDAR)傳感器、照相機系統(tǒng)、纖維光學系統(tǒng)、風速計、風向標(wind vane)、聲波探測和測速(SODAR)傳感器、紅外激光、輻射計、皮托管(pitot tube)、無線電探空測風儀、其他光學傳感器、和/或任何其他合適的傳感器。

此外，轉(zhuǎn)換器控制器262構(gòu)造成接收一個或更多個電壓和電流測量信號。例如，如在例示的實施例中所示出的，轉(zhuǎn)換器控制器262從第二組電壓和電流傳感器254接收電壓和電流測量信號，該第二組電壓和電流傳感器254與定子母線208電子數(shù)據(jù)通信地聯(lián)接。轉(zhuǎn)換器控制器262還可從第三和第四組電壓和電流傳感器256、264接收第三和第四組電壓和電流測量信號。此外，轉(zhuǎn)換器控制器262可構(gòu)造為具有在本文中關(guān)于主控制器202描述的特征中的任一者。此外，轉(zhuǎn)換器控制器262可與主控制器202分開或一體。

現(xiàn)在參考圖4，例示出用于保護風力渦輪的一個或更多個構(gòu)件(例如，圖2的風力渦輪100的構(gòu)件中的任一者)的系統(tǒng)300的一個實施例的示意圖。在某些實施例中，如在本文中描述的，風力渦輪100的構(gòu)件可包括以下中的至少一者：功率轉(zhuǎn)換組件210、變壓器234、發(fā)電機118、塔架下電纜、渦輪控制硬件、偏航硬件、俯仰硬件、或經(jīng)歷因風力渦輪的功率變化導致的溫度變化的任何其他合適的構(gòu)件。此外，系統(tǒng)300可利用現(xiàn)有的風力渦輪硬件、新硬件、和/或它們的組合。

如圖所示，系統(tǒng)300包括一個或更多個溫度傳感器302、304，該溫度傳感器302、304構(gòu)造成在預定時間段測量風力渦輪構(gòu)件的局部溫度。例如，在某些實施例中，局部溫度可對應于該構(gòu)件、包含該構(gòu)件的區(qū)域的實際溫度、構(gòu)件內(nèi)側(cè)的溫度等。更具體而言，在某些實施例中，溫度傳感器302、304可構(gòu)造為具有風力渦輪100的塔架下功率轉(zhuǎn)換組件210。因此，溫度傳感器302、304可構(gòu)造成測量包含功率轉(zhuǎn)換組件210的局部塔架下區(qū)域的溫度。備選地，溫度傳感器302、304可構(gòu)造成直接地測量功率轉(zhuǎn)換組件210的溫度。此外，系統(tǒng)300還可包括一個或更多個電壓和電流傳感器252、254、256、264，它們構(gòu)造成在該預定時間段測量風力渦輪100的功率輸出。

仍參考圖4，系統(tǒng)300包括功率控制器320，該功率控制器320通信地聯(lián)接至溫度傳感器302、304和電壓和電流傳感器252、254、256、264。因此，應當理解的是，功率控制器320可與渦輪控制器202和/或轉(zhuǎn)換器控制器262一體。備選地，功率控制器320可與渦輪控制器202和/或轉(zhuǎn)換器控制器262分開。因此，功率控制器320構(gòu)造成實現(xiàn)如在本文中描述的各種方法步驟，且可與渦輪控制器202和/或轉(zhuǎn)換器控制器262類似地構(gòu)造。

例如，如圖所示，功率控制器320構(gòu)造成從溫度傳感器302、304接收局部(區(qū)域或構(gòu)件)溫度測量結(jié)果。因此，功率控制器320還可例如通過數(shù)據(jù)處理器306來進一步處理數(shù)據(jù)。類似地，功率控制器320還構(gòu)造成從電壓和電流傳感器252、254、256、264接收測得的功率輸出且可例如通過數(shù)據(jù)處理器308來進一步處理數(shù)據(jù)。更具體而言，數(shù)據(jù)處理器306、308可包括一個或更多個濾波器，該濾波器構(gòu)造成過濾預定時間段的測得的局部溫度，并且/或者過濾預定時間段的測得的功率輸出。例如，在某些實施例中，濾波器可包括以下中的至少一者或組合：低通濾波器、高通濾波器、陷波濾波器等。

在另外的實施例中，數(shù)據(jù)處理器306、308可構(gòu)造成在過濾數(shù)據(jù)之外或除濾波數(shù)據(jù)之外，計算測得的局部溫度和/或測得的功率輸出的平均值。此外，應當理解的是，該預定時間段可為任何合適的時間段，例如，從大約五分鐘開始。在又一實施例中，該預定時間段可為少于五分鐘或多于五分鐘。

仍參考圖4，功率控制器320還可構(gòu)造成作為來自傳感器302、304的局部溫度測量結(jié)果的函數(shù)來確定風力渦輪100的功率能力312(如通過定額曲線310示出)。例如，如在310處示出的，功率控制器320可包括定額曲線310(或查找表)，該定額曲線310包括對應的測得溫度值和渦輪功率輸出值。因此，功率控制器320構(gòu)造成將處理后溫度測量結(jié)果輸入到額定曲線310中，這可用于確定對應的功率能力312。如在本文中使用的，“功率能力”大體上指剩余功率的量，該剩余功率可由風力渦輪100生成，而不導致風力渦輪100的對溫度的增加通常最敏感的各種構(gòu)件的損傷。

因此，功率控制器320可被預編程為具有用于構(gòu)件中的各個的某界限值，使得功率控制器320可確定何時超過此種界限。例如，如圖所示，系統(tǒng)300可包括比較器314，比較器314作為風力渦輪100的功率能力312和測得的功率輸出的函數(shù)來確定功率裕度316(例如，通過比較功率能力312和測得的功率輸出)。通常，測得的功率輸出小于功率能力312(即，功率裕度316為正(+))。在此種情形中，功率控制器320可使用正常操作程序來繼續(xù)操作風力渦輪100，因為正(+)功率裕度316指示風力渦輪100在可允許的溫度界限內(nèi)操作。然而，如果測得的功率輸出大于功率能力312，則功率裕度為負(-)。在該情形中，已超越渦輪的能力地產(chǎn)生的平均過量功率可用于使渦輪100降級，以便保護構(gòu)件免受與溫度相關(guān)的損傷，同時不超過必要地使風力渦輪100降級。然后通過增益318來更改功率裕度316。

仍參考圖4，在某些實施例中，系統(tǒng)300還可包括選擇器322，選擇器322構(gòu)造成在增益318的輸出與風力渦輪100的一個或更多個額外的功率限制器324之間選擇，以便控制風力渦輪的功率輸出。更具體而言，如圖所示，風力渦輪100的額外功率限制器324可包括一個或更多個風力渦輪構(gòu)件的電流、電壓、溫度、或任何其他合適的功率限制參數(shù)中的至少一者。此外，額外功率限制器324可通過控制器(例如，比例加積分(PPI)控制器326)而進一步得到處理。在又一實施例中，控制器320還可包括任何其他合適的控制器，包括但不限于比例(P)控制器、比例積分(PI)控制器、比例積分微分(PID)控制器、比例微分(PD)控制器等。例如，在一個實施例中，選擇器322可構(gòu)造成選擇構(gòu)造成最多限制風力渦輪100功率輸出的功率限制器(即，增益318的輸出，或是額外的功率限制器324中的一者)。還應理解的是，系統(tǒng)300的某些實施例可不包括選擇器322或額外的功率限制器324，且可僅基于功率裕度316和增益318來簡單地操作風力渦輪100。

在作出選擇(或在沒有選擇器322的實施例中確定功率裕度316)之后，功率控制器320構(gòu)造成作為如在328處示出的風力渦輪100的選擇(或簡單地為功率裕度316)和功率設(shè)定點330的函數(shù)來確定用于風力渦輪100的功率命令332。在又一實施例中，功率控制器320還可包括限制器334，限制器334構(gòu)造成限制選擇器322的輸出，使得進入渦輪控制328中的信號不會為負的。

因此，功率命令332構(gòu)造成使風力渦輪100降級，以便降低構(gòu)件的局部溫度。例如，如所提及的，當測得的功率輸出大于功率能力312時，功率裕度316為負(-)。因此，功率控制器320可通過將增益318的輸出加至渦輪功率設(shè)定點330來確定功率命令332。因此，所得的功率命令332可小于渦輪功率設(shè)定點330，且因此使渦輪100降級。然而，在其他實施例中，在功率裕度為正(+)的情況下，限制器334防止功率控制器320使渦輪100升級至高于其可允許的限制。在其他另外的實施例中，渦輪功率設(shè)定點330可對應于最大功率，且渦輪功率命令332可為對渦輪功率設(shè)定點330的限制。

現(xiàn)在參考圖5，例示用于操作風力渦輪100的方法400的一個實施例的流程圖。如在402處所示，方法400包括通過一個或更多個溫度傳感器來在預定時間段測量構(gòu)件的局部溫度。如在404處示出的，方法400包括作為局部溫度的函數(shù)來確定風力渦輪的功率能力。如在406處示出的，方法400包括通過一個或更多個傳感器來在該預定時間段測量風力渦輪的功率輸出。如在408處示出的，方法400包括作為功率能力和測得的功率輸出的函數(shù)來確定風力渦輪的功率裕度。因此，如在410處示出的，方法400包括至少部分地基于功率裕度來控制風力渦輪的功率輸出。

本書面說明使用示例以公開本發(fā)明，包括最佳實施方式，并且還使任何本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造并且使用任何裝置或系統(tǒng)，并執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明的可申請專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括由本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他示例。如果這些其他示例包括不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其他示例包括與權(quán)利要求的字面語言無顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其他示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。