涡轮机从低功率模式的功率攀升的制作方法

在本发明中呈现的实施方式通常涉及当在低功率模式中操作时改变风力涡轮机中的转子的速度。更特别地，当在低功率模式中操作时，本文公开的实施方式基于变化的风速改变转子速度。

背景技术：

某些国家中的电网规范要求风力涡轮机从低(降额)输出功率迅速攀升到满负荷产出(即，风最优输出功率)。例如，电网导则可能要求风力发电场中的涡轮机根据要求在低功率模式中操作，以使涡轮机降额以输出对于给定风速而言的最优输出功率的一小部分。但是当输出功率减小时，假定转速维持不变，则转子上的转矩也减小。随着转子上的转矩减小，传动系中的打滑(当球轴承开始滑动而非旋转时)将会发生的风险也增加，所述打滑能够损伤涡轮机。此外，当转矩低时，涡轮机可能产生负转矩，所述负转矩能够损害齿轮箱并且显著降低其使用寿命。为了降低打滑和转矩反转的可能性，当在低功率模式中操作时，转子速度减小，由此防止平均转矩落入可能损伤传动系或齿轮箱的范围中。

除了要求涡轮机能够在低功率模式中操作之外，某些电网导则要求涡轮机能够在短时间(例如，15秒)内攀升回到满负荷产出。然而，当前涡轮机可能无法实现这些快速的攀升时间。

技术实现要素：

本发明的一个实施方式是用于操作风力涡轮机的方法。所述方法包括利用一个或多个处理器在使风力涡轮机的输出功率降额的低功率模式中操作风力涡轮机，并且当在低功率模式中操作时，基于风力涡轮机处的变化的风速改变风力涡轮机中的转子的速度。到接收到停止在低功率模式中操作的要求时，所述方法包括通过将转子的叶片变桨来增加风力涡轮机的输出功率。

本发明的另一实施方式是包括转子和控制器的风力涡轮机，所述转子包括一个或多个叶片。控制器配置成在使风力涡轮机的输出功率降额的低功率模式中操作风力涡轮机，并且当在低功率模式中操作时，基于变化的风速改变转子的速度。控制器配置成当停止在低功率模式中操作之后，通过将转子的一个或多个叶片变桨来增加风力涡轮机的输出功率。

本发明的另一实施方式是包括程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码当在处理器上运行时执行包括在使风力涡轮机的输出功率降额的低功率模式中操作风力涡轮机的操作。所述操作还包括当在低功率模式中操作时，基于变化的风速改变风力涡轮机中的转子的速度，并且当停止在低功率模式中操作之后，通过将转子的叶片变桨来增加风力涡轮机的输出功率。

附图说明

为了能够详细理解本发明的上述特征的方式，可以通过参照实施方式来获得在上文中简要总结的本发明的更具体的描述，所述实施方式中的某些在附图中展示。然而，应当注意到的是，附图仅展示本发明的典型实施方式并且因此不应被认为限制本发明的范围，因为本公开可以容许其他同样有效的实施方式。

图1展示根据在本文中描述的实施方式的风力涡轮机的示意图。

图2展示根据在本文中描述的实施方式的风力涡轮机的机舱和塔架内部的部件的示意图。

图3展示根据在本文中描述的实施方式的用于在低功率模式中操作风力涡轮机的控制器。

图4是根据在本文中描述的实施方式、当在低功率模式中操作时用于确定转子速度方法。

图5是展示根据在本文中描述的实施方式、当在低功率模式中操作时基于风速改变转子速度的图表。

图6是展示根据在本文中描述的实施方式、当不再在低功率模式中操作时改变叶片桨距以使输出功率攀升的图表。

图7是展示根据在本文中描述的实施方式、在各种降额的输出功率下控制转子速度的图表。

为了便于理解，在可能的情况下，已利用相同的附图标记来表示在各图中相同的元件。可以设想的是，在一个实施方式中公开的元件可以有利地在其他实施方式上利用而无需特别声明。

具体实施方式

总览

当使输出功率从降额功率值攀升(即，增加)时，风力涡轮机可以向功率变换器发出功率要求以增加涡轮机的输出功率。然而，这些要求产生将会使转子减慢并且可能导致低速停机的转矩。为了补偿通过使功率攀升而产生的增加的转矩，叶片可以变桨入风，由此从风中提取额外能量。然而，如果当在低功率模式中操作时，转子减慢到低于空气动力学最优转子速度(以便如上文所述防止打滑和转矩反转)，则即使叶片变桨到最优桨距角，涡轮机也无法攀升到所要求的功率，例如，涡轮机的风最优输出功率。为了完成到所要求的功率的攀升，涡轮机可以进入部分负载操作，其中功率攀升停止(或减慢)，以使转子速度能够增加以改进空气动力学效率。然而，在部分负载模式中操作导致与通过将叶片变桨入风来使输出功率攀升相比，输出功率攀升更慢，例如，30至40秒相对于3至4秒。如此，当在低功率模式中操作时，利用慢转子速度从低功率模式攀升到风最优功率可能无法满足要求快速攀升的严格电网导则。

为了从低功率模式迅速攀升到满负荷产出，转子速度可以保持在最优空气动力学速度下，对于大于涡轮机的额定风速的风速而言，所述最优空气动力学速度是转子的最大速度。因此，每当从电网接收到输出满负荷产出(即，风最优输出功率)的要求时，涡轮机仅需要将叶片变桨到其最优角以输出最优输出功率。这种功率攀升能够仅花费数秒。然而，如上所述，对于当前风状况而言，将转子速度维持在最优转子速度下可能导致打滑或转矩反转，所述打滑或转矩反转能够降低涡轮机中的传动系或齿轮箱的使用寿命。替代当在低功率模式中时将转子速度维持在最优速度下，在本文中描述的实施方式基于当前风速改变转子速度。通常，随着风速增加到高于额定风速(即，使涡轮机能够产出其额定或最大输出功率的风速)，转子速度能够降低，由此最小化涡轮机将会经历打滑或转矩反转的风险。在一个实施方式中，随着转子速度减小，涡轮机维持仅通过将叶片变桨入风到最优叶片桨距角来使输出功率攀升到涡轮机的额定功率的能力。因此，在接收到停止在低功率模式中操作的要求时，涡轮机能够在不首先增加转子速度的情况下将输出功率增加到额定功率。在一个示例中，使输出功率从在低功率模式期间输出的降额功率攀升到额定功率所要求的时间是将叶片变桨到最优桨距角所需的时间(例如，数秒)。

在其他实施方式中，涡轮机中的控制器确保当在低功率模式中操作时，涡轮机能够通过将叶片变桨入风来最多攀升到风最优输出功率的预定百分比(例如，最优输出功率的90％)。与上文类似，当风速增加到超过额定风速时，控制器能够减小转子速度并且仍保证当叶片变桨入风时，输出功率能够攀升到风最优输出功率的90％。当接收到攀升到满负荷产出的要求时，涡轮机的输出功率通过将叶片变桨入风来在几秒内从降额功率(例如，最优输出功率的10％)攀升到风最优输出功率的90％。在达到风最优输出功率的90％之后，涡轮机能够停止使功率攀升并且在使功率继续攀升之前增加转子速度以将输出功率再增加10％，由此实现风最优输出功率。以这种方式，叶片能够变桨入风以使输出功率迅速攀升到风最优输出功率的限定百分比。涡轮机能够接下来进入部分负载操作(通常是更慢的功率攀升技术)以继续最高攀升到风最优输出功率。

示例实施方式

图1展示水平轴线式风力涡轮发电机100的示意图。风力涡轮发电机100通常包括塔架102和定位在塔架102的顶部处的风力涡轮机机舱104。风力涡轮机转子106可以通过延伸出机舱104外的低速轴杆与机舱104连接。风力涡轮机转子106包括安装到在转子平面中旋转的共同轮毂110上的三个转子叶片108，但是可以包括任意适当数量的叶片，诸如一个、两个、四个、五个、或更多叶片。叶片108(或机翼)通常具有空气动力学形状，所述空气动力学形状具有用于面向风中的前缘112、对于叶片108而言的弦的相反端部处的后缘114、叶尖116、和用于以任意适当方式接附到轮毂110的叶根118。

对于某些实施方式而言，叶片108可以利用变桨轴承120连接到轮毂110，从而使得每个叶片108可以围绕其纵向轴线旋转以调节叶片的桨距。叶片108相对于转子平面的桨距角可以由例如连接在轮毂110与叶片108之间的线性致动器、液压致动器、或步进电机控制。

图2展示风力涡轮发电机100的机舱104和塔架102内部的典型部件的示意图。当风200在叶片108上推动时，转子106自旋并且旋转低速轴202。齿轮箱204中的齿轮将低速轴202的低转速机械地转换成适合于利用发电机206产生电力的高速轴208的相对较高转速。

控制器210可以感测轴杆202，208中的一个或两个的转速。如果控制器判定轴杆(一个或多个)旋转太快，则控制器可以向制动系统212发出信号以使轴杆的旋转减慢，这使转子106的旋转减慢，即，降低每分钟转数(rpm)。制动系统212可以防止对风力涡轮发电机100的部件造成损伤。控制器210还可以接收来自风速计214(提供风速)和/或风向标216(提供风向)的输入。基于接收的信息，控制器210可以将控制信号发送到叶片108中的一个或多个以试图调节叶片的桨距218。通过调节叶片相对于风向的桨距218，转子(并且因此，轴杆202，208)的转速可以增加或减小。基于风向，例如，控制器210可以将控制信号发送到包括偏航电机220和偏航驱动器222的组件以将机舱104相对于塔架102旋转，从而使得转子106可以定位成更多面向(或，在特定情况下，更少面向)上风向。

图3展示根据在本文中描述的实施方式的用于在低功率模式中操作风力涡轮机的控制器210。控制器210包括处理器305和存储器310。处理器305代表一个或多个处理元件，所述一个或多个处理元件每个可以包括一个或多个处理核心。存储器310可以包括易失型存储器、非易失型存储器、或二者的组合。此外，控制器210可以如图2所示定位在涡轮机100上或可以定位成远离涡轮机(例如，作为监视控制和数据采集(scada)系统的一部分)。

存储器310包括低功率控制(lpc)模块315，当在涡轮机的输出功率降额的低功率模式中操作时，所述低功率控制模块控制风力涡轮机。换言之，尽管涡轮机能够高效地输出更多功率，lpc模块315有目的地使涡轮机的输出功率降额或减小。例如，涡轮机可以设计成当达到额定风速时输出3mw。然而，响应于来自电网控制器的要求，lpc模块315可以在低功率模式中操作涡轮机，在所述低功率模式中，即使当前风速处于或高于额定风速也使功率降额。例如，电网控制器可以要求当在低功率模式中时，涡轮机仅输出风最优输出功率的10％。为了使输出功率降额，lpc模块315可以将指令发送到功率变换器或发电机以仅输出其风最优输出功率的一小部分。然而，降低输出功率也降低转子上的转矩。如果转子速度维持在与用于产生风最优输出功率相同的速度下，则涡轮机可能如上文所述经历打滑或转矩反转。因此，在某些实施方式中，当在低功率模式中操作时，转子速度降低以减轻对传动系或齿轮箱造成结构性损伤的可能性。但是降低转子速度还可能当电网控制器指示控制器210停止在低功率模式中操作并且增加涡轮机的输出功率(即，攀升到满负荷产出)时防止输出功率迅速攀升。例如，电网控制器可以识别出电网中的客户需求方面的尖峰，并且做出响应，要求涡轮机迅速攀升以满足这个需求。

为了在允许快速攀升的低功率模式中确定转子速度，lpc模块315包括涡轮机参数320和风速325。涡轮机参数320可以是在各种风速下的用于风力涡轮机的输出功率曲线和最优桨距角。然而，参数320可以取决于涡轮机的类型和配置而改变。在一个实施方式中，涡轮机参数320可以事先已计算出或模拟出，以使lpc模块315能够对于不同转子速度、叶片桨距角、风速等确定由涡轮机输出的功率。在图6中示出展示在特定风速(即，20m/s)下的涡轮机参数320(诸如转子速度、叶片桨距角、和输出功率)的示例图表，将会在下文中更详细地描述所述示例图表。

风速325可以是利用例如安装在涡轮机上的风速计在涡轮机处测量到的风速。可选地，风速计可以处于涡轮机外部并且用于得出或估算出在涡轮机处的风速(例如，风速计可以从涡轮机指向上风向)。此外，风速325可以利用预测出的风速得出。因此，风速325能够是在涡轮机处实际测量到的值或估算出的在涡轮机处的风速。利用涡轮机参数320和风速325，lpc模块315控制转子速度，以便允许涡轮机从降额功率迅速攀升到风最优输出功率或所述风最优输出功率的某些预定百分比。

图4是当在低功率模式中操作时用于确定转子速度的方法400，根据在本文中描述的实施方式。在框405处，控制器接收来自电网控制器的在低功率模式中操作涡轮机的要求。例如，风力涡轮机(或风力发电场中的一组涡轮机)可以用作备用电源。当电网上对于功率的需求低时，电网控制器指示涡轮机在低功率模式中操作。随着需求增加，电网控制器能够指示涡轮机控制器增加其输出功率。

在框410处，控制器将涡轮机的控制传递给lpc模块，所述lpc模块在低功率模式中操作涡轮机并且对于给定风状况而言使输出功率降额。换言之，尽管涡轮机可能能够输出其额定功率(假定风速处于或高于额定风速)，lpc模块使输出功率降额到预定值，例如，额定功率的10％。

在框415处，当在低功率模式中操作时，lpc模块基于变化的风状况改变转子的速度。换言之，转子速度在涡轮机处的风速改变时改变。图5是展示当在低功率模式中操作时基于风速改变转子速度的图表500。如图所示，图表500包括转子速度的图形515-525，所述转子速度用于仅通过将叶片变桨入风来从降额功率(在这个示例中是风最优输出功率的12％)攀升到风最优输出功率的预定百分比，从而使得叶片的连接前缘和后缘的表面与转子平面更加对齐。然而，在其他设计中，风力涡轮机的输出功率可以通过将涡轮机叶片变桨出风来增加，从而使得所述表面与转子平面更加不对齐(即，更加不平行)。

如图所示，图形515展示对于通过将叶片变桨入风来从降额功率攀升到风最优输出功率的100％而言所必需的转子速度，而图形520展示对于通过将叶片变桨入风来从降额功率攀升到风最优输出功率的90％而言所必需的转子速度，并且图形525展示对于通过将叶片变桨入风来从降额功率攀升到风最优输出功率的60％而言所必需的转子速度。尽管图表500展示规定低功率模式在12％最优功率下操作涡轮机的电网导则的示例，这将会取决于耦连到风力涡轮机的特定电网的要求而改变。例如，电网导则可以要求涡轮机在风最优输出功率的15％或更少下操作。

与根据风速改变的图形515-525相反，图形505展示当在低功率模式中操作时维持恒定转子速度，所述恒定转子速度在这个示例中是最大转子速度的大致60％。尽管维持低且恒定的转子速度可以减轻打滑或转矩反转的可能性，低转子速度降低转子的空气动力学效率，由此导致涡轮机能够从风中提取更少能量。因此，当叶片在图形505中示出的转子速度下变桨入风时，仅实现功率方面的小功率增加(例如，取决于当前风速，小于风最优输出功率的30-40％)。替代地，转子速度可能需要在功率能够显著攀升之前首先增加。

图形510展示当涡轮机实现对于给定风速而言的风最优输出功率时的转子速度。对于低于额定风速(即，对于这个涡轮机而言8-9m/s)的风速而言，风最优输出功率小于额定功率，但是在大于额定速度的风速下，风最优输出功率是额定功率。对于低于额定速度的风速而言，转子速度设定成优化空气动力学效率。随着风速增加，转子速度和风力涡轮机的输出功率也增加，直到达到额定风速。在此之后，尽管风速增加，控制器可以将转子速度维持在最大(即，100％)转子速度下，并且将输出功率维持在额定功率下。例如，控制器可以开始将涡轮机上的叶片变桨出风或利用制动器以便防止转子速度超过最大转子速度。尽管当风速超过额定风速时，涡轮机可能能够产生与额定功率相比更多的功率，这样做可能损害涡轮机中的部件并且降低其估算出的使用寿命。

在一个实施方式中，当在低功率模式中操作时，lpc模块如图形510所示控制转子速度。因此，随着风速增加，lpc模块通过控制叶片桨距来增加转子速度，直到实现最大转子速度。如此，如果电网控制器要求涡轮机停止在低功率模式中操作，则叶片仅需要变桨到最优桨距角以使涡轮机产生风最优输出功率。换言之，因为转子速度已处于与对于给定风速而言的最优输出功率相对应的速度下，涡轮机不需要在转子速度增加的部分负载模式中操作。然而，根据图形510控制转子速度的缺点在于这些高速可能导致可以降低涡轮机中的部件的使用寿命的打滑或转矩反转。

通常，随着风速增加超过额定风速，lpc模块继续将叶片变桨出风，以使转子的速度不增加超过最大转子速度。换句话说，风包含与能够由涡轮机提取并且转换成电能的相比更多的能量。图形515、520、和525认识到风速越大，风力涡轮机能够获得的可用能量就越大。因此，随着风速增加，转子速度能够减小并且仍从风中提取相同量的能量。

特别地参照图形515，这个线展示转子速度，所述转子速度是为了将叶片变桨入风所需的并且从风最优输出功率的12％到风最优输出功率的100％而无需增加转子速度。对于高于额定风速的风速而言，图形515展示从额定功率的12％攀升到额定功率的100％所需的转子速度。因此，假定风速处于或高于额定风速，则涡轮机能够仅通过将叶片变桨入风到对于当前风速和转子速度而言的最优叶片角来从额定功率的12％攀升到100％。如图所示，对于低于大致11m/s的风速而言，图形515具有与图形510相同的转子速度。然而，对于大于11m/s的风速而言，图形515上的转子速度相对于图形510上的转子速度减小。换言之，转子速度无需处于最大转子速度以使涡轮机从额定功率的12％攀升到100％。例如，在15m/s下，对于图形515而言的转子速度是最大转子速度的大致80％。因此，为了攀升到100％额定功率，lpc模块将叶片变桨到对于15m/s而言的最优桨距角将转子速度维持在最大转子速度的80％下以产生额定功率。相反地，如果转子速度如图形510所示处于最大转子速度，则lpc模块必须变桨入风到小于对于15m/s而言的最优桨距角的角度以产生额定功率。如果lpc模块将叶片变桨入风到最优角，则所产生的功率将会超过额定功率。因此，图形515展示对于大于额定风速的风速而言，转子速度不需要处于最大转子速度以便仅通过将叶片变桨入风来从降额功率攀升到额定功率的100％。有利地，随着图形515上的转子速度减小，打滑和转矩反转的可能性也减小。与对于高于额定风速的风速而言打滑和转矩反转发生的可能性保持恒定的图形510不同的是，对于图形515而言，这个可能性在转子速度减小时减小。

图形520类似于图形515，不同之处在于这个线指示出为了仅通过将叶片变桨到对于当前风速和转子速度而言的最优桨距角来从额定输出功率的12％攀升到额定输出功率的90％所需的转子速度。类似于图形515，对于大于11m/s的风速而言，转子速度开始减小，由此降低打滑或转矩反转将会发生的可能性。

因为图形520包括在风最优输出功率的仅90％通过将叶片变桨到最优桨距角来实现的情况下的转子速度，lpc模块可以利用其他手段以攀升余下的10％以实现满负荷产出。尽管lpc模块可能能够仅通过将叶片变桨入风来使功率攀升到风最优功率的100％，这样做可能要求叶片桨距角超过最优叶片桨距角，这会使转子减慢。随着越来越多的能量从转子中移除(由此使转子减慢)，涡轮机可能经历低速停机。替代地，控制器可以在部分负载模式中操作并且临时地停止或降低功率攀升的速率，以便增加转子速度。一旦转子速度增加，则控制器完成输出功率到风最优输出功率的攀升。

在低功率操作期间利用图形520而非图形515控制转子速度的一个优点是，总体上，转子速度是更慢的。因此，打滑和转矩反转发生的可能性降低。然而，利用图形520的一个缺点是lpc模块不能仅通过将叶片变桨入风来使输出功率可靠地攀升到风最优输出功率的100％。换言之，涡轮机可能需要在涡轮机能够可靠地产生风最优输出功率之前相对于在图形520中示出的增加转子速度，即，避免低速停机。因此，图形515和520展示防止因为高转子速度导致的涡轮机中的部件上的磨损与快速的攀升时间之间的折衷。如果电网导则具有从风最优输出功率的12％攀升到100％仅能够在将叶片变桨到最优角所需的时间内实现的严格要求，则lpc模块可以根据图形515设定转子速度。然而，如果电网导则不那么严格并且提供能够用于增加转子的速度的额外时间，则lpc模块可以根据图形520设定转子速度并且利用所述额外时间以执行部分负载操作以使输出功率从风最优输出功率的90％攀升到100％。

如果电网导则提供更多时间以使输出功率攀升，则lpc模块可能能够根据图形525设定转子速度，在所述图形525中，输出功率能够仅通过将叶片变桨入风来从风最优输出功率的12％攀升到60％。风最优输出功率的余下40％能够通过当在部分负载模式中操作时增加转子速度(或任意其他适当的功率攀升技术)来实现。

在一个实施方式中，lpc模块计算为了特定电网导则和涡轮机定制的图形。例如，如果电网导则允许15秒以从风最优输出功率的12％攀升到100％，则lpc模块可以控制转子速度，以使输出功率能够通过将叶片变桨到最优叶片角来攀升到风最优功率的70％。控制器可以接下来在部分负载模式中操作以攀升余下的30％。然而，如果电网导则允许20秒以从风最优输出功率的12％攀升到100％，则lpc模块可以控制转子速度，以使输出功率能够通过将叶片变桨到最优叶片角来攀升到风最优功率的63％并且利用部分负载操作以攀升余下的37％。然而，这些设定可以基于涡轮机的特定参数改变。

在一个实施方式中，当在低功率模式中操作时，lpc模块利用在图3中示出的涡轮机参数320和风速325不停地计算特定转子速度。可选地，lpc模块可以将事先计算出的转子速度(类似于在图5中示出的图形)存储在存储器中。利用涡轮机处的当前风速，lpc模块能够查找对应的转子速度。

在图5中，转子速度可以连续地(例如，lpc模块不断地接收新风速数据并且确定更新的转子速度值)或以一定时间间隔更新。作为后者的示例，lpc模块可以每5秒计算新的转子速度。可选地，lpc模块可以在计算新的转子速度之前等待，直到风速变化。例如，lpc模块可以仅在确定风速已从用于设定当前转子速度的风速改变1％之后更新转子速度。

返回到方法400，在框415处，lpc模块基于涡轮机处的变化的风状况改变转子的速度。如图表500所示，随着风速增加到高于额定风速，lpc模块能够减小转子速度，由此减小打滑或转矩反转将会发生的可能性。此外，除了利用风速改变之外，转子速度基于应当通过将叶片变桨到其最优桨距角来攀升多大功率(例如，如图形525所示的风最优输出功率的60％，如图形520所示的风最优输出功率的90％，或如图形515所示的100％风最优输出功率)确定。

响应于接收到来自电网控制器的停止在低功率模式中操作并且在风最优输出功率下操作的要求，在框420处，lpc模块通过将叶片变桨入风到其最优桨距角来增加输出功率。如上所述，对于来自电网的功率的客户需求方面的增加可以导致电网控制器要求涡轮机停止输出降额功率并且替代地攀升到其风最优输出功率。在其他实施方式中，使输出功率攀升的要求可以源自包含涡轮机的风力发电场内的scada控制器或其他控制器。例如，风场中的涡轮机中的一个可能已故障，并且scada控制器可以指示涡轮机(保留为备用)使得其输出功率攀升，以使风力发电场的总输出功率保持恒定。

图6是展示根据在本文中描述的实施方式、当不再在低功率模式中操作时改变叶片桨距以使输出功率攀升的图表600。如图所示，图表600展示对于各种桨距角(y轴)和转子速度(x轴)而言由涡轮机输出的功率。为了代表所产生的功率，图表600由多个不同灰度的功率轮廓划分，其中较浅的轮廓代表较低的输出功率，并且较深的轮廓代表较高的输出功率。通常，随着叶片变桨入风(即，叶片变得与转子平面更加对齐)并且转子速度增加，由涡轮机输出的功率增大。

图表600包括边界610，所述边界展示图表中的涡轮机产生额定功率的区域。换言之，对于落入由边界610限定的区域内的桨距角和转子速度的所有组合而言，涡轮机输出最大额定功率。图表600还包括边界612，所述边界展示涡轮机产生额定功率的至少预定百分比(例如，额定功率的90％或更多)的区域(所述区域包括边界610内的区域)。此外，图表600包括图形605，所述图形展示在20m/s的风速下的对于不同转子速度和桨距角而言的最优桨距角。

在一个实施方式中，包含在图表600内的信息(即，最优桨距角和输出功率与桨距角和转子速度之间的关系)是在图3中描述的涡轮机参数320，当在低功率模式中操作时所，述涡轮机参数由lpc模块315利用以选择转子速度。例如，对于其他风速(即，20m/s以外的风速)而言，lpc模块315可以包括与如图6所示类似的功率轮廓信息。利用在图6中示出的风速和信息，lpc模块能够控制转子速度，从而使得在接收到使输出功率攀升的要求时，模块能够将叶片变桨入风到由图形605示出的最优桨距角以攀升到额定功率的预定百分比。

图表600展示在两个不同转子速度下将涡轮机变桨入风以使输出功率攀升的结果。特别地，点615和625展示在低功率操作期间由涡轮机输出的功率(所述功率可以是同一降额功率)。与点615相对应的转子速度是最大转子速度的大致60-65％，而与点625相对应的转子速度是最大转子速度的大致65-70％。响应于增加输出功率的要求，通过将叶片变桨到由图形605示出的相应的最优桨距角，箭头635展示输出功率攀升到点620并且箭头640展示输出功率攀升到点630。因为这些过渡通过将叶片变桨入风来执行，涡轮机可以使输出功率在数秒内攀升。然而，在点620处，涡轮机产生与在点630处相比更少的功率。的确，在转子速度处于最大转子速度的60％的情况下，涡轮机不可能输出与在点630处输出的相同的功率，无论桨距角如何。因此，为了使涡轮机输出与在点630处输出的功率相同的功率，控制器可以增加转子速度，在这段时间中，功率可以不攀升(或以与在箭头635和640中示出的过渡相比慢得多的步调攀升)。例如，可以花费涡轮机3或4秒以从点615过渡到点620但是花费15或20秒以从点620攀升到点630。

如果期望实现满负荷产出，则一旦处于点630处，控制器就可以在部分负载模式中操作以增加转子速度，从而使得输出功率是额定功率。换言之，控制器可以将转子速度增加到最大转子速度的大约80％或更多。一旦达到更快的转子速度，控制器就可以增加输出功率，以使输出功率处于由边界610限定的区域内。当然，当在低功率模式中时，如果转子速度处于最大转子速度的80％或更大，则控制器将会仅需要将叶片变桨入风，从而使得输出功率处于由边界610限定的区域内。

图7是展示根据在本文中描述的实施方式、在各种降额输出功率下的转子速度图的表700。在一个示例中，图表700代表lpc模块如何基于来自电网运营商的关于将功率降额的不同要求调节转子速度。例如，如果电网要求风力涡轮机将其功率降额到额定功率的12％，则lpc模块如图形705所示控制转子速度。图形710、715、和720分别展示在电网要求涡轮机输出其额定功率的25％、50％、和75％的情况下控制转子的速度。因此，图表700展示lpc模块能够响应于规定不同降额输出功率的各种要求。此外，如果电网要求风力涡轮机在未在图表700中限定的降额功率(例如，额定输出功率的20％)下操作，则lpc模块可以通过将图表700中的图形加权或结合(例如，将图形705和710结合)来得出对应转子速度。

用于不同降额输出功率的图形根据风力涡轮机运营商期望通过将叶片变桨来实现的功率攀升而改变。换言之，图形705-720取决于应当仅通过将叶片变桨入风来实现功率攀升的多少百分比而改变。再次参照图5，图表500展示当输出功率降额到额定输出功率的12％时，用于通过将叶片变桨来实现不同功率攀升的不同转子速度。如果风力涡轮机运营商期望通过将叶片变桨来实现攀升的100％，则图7中的图形705将会与图5中的图形515相同。然而，如果风运营商仅期望通过将叶片变桨来实现90％输出功率，则图形715将会与图形520相同。相同调节可以对于其他图形710-720进行，以使涡轮机与规定从降额功率攀升到风最优输出功率的时间的电网导则兼容。

尽管图5和7展示响应于风速方面的变化利用连续图形以控制转子速度，在其他实施方式中，lpc模块可以利用图形的估算值，诸如查找表，所述查找表可以包括图形中的有限数量的控制点，所述控制点能够用于从当前风速得出转子速度。可选地，lpc模块可以通过利用多个直线区段来逼近在这些图表中示出的图形，由此简化控制系统。

在前文中，参照在本发明中呈现的实施方式。然而，本发明的范围不限于具体描述的实施方式。替代地，在上文中提供的特征和元件的任意组合，无论是否涉及不同实施方式，都被考虑到以实施和实践所考虑到的实施方式。此外，尽管本文公开的实施方式可以相对于其他可能解决方案或相对于现有技术实现优点，特定优点是否由给定实施方式实现并非是对于本发明的范围的限制。因此，在本文中描述的各方面、特征、实施方式和优点仅是展示性的并且不应被认为是所附权利要求的要素或限制，除非在权利要求(一个或多个)中明确表述。类似地，对于“本发明”的引用不应被解释为本文公开的任意创造性主题的概括并且不应被认为是所附权利要求的要素或限制，除非在权利要求(一个或多个)中明确表述。

如本领域技术人员将会理解的，本文公开的实施方式可以体现为系统、方法或计算机程序制品。因此，各方面可以采用完全硬件实施方式的形式、完全软件实施方式(包括固件、常驻软件、微型代码等)的形式或全部可以通常在本文中称为“回路”、“模块”或“系统”的将软件和硬件方面结合的实施方式。此外，各方面可以采用体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序制品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有体现在其上的计算机可读程序代码。

本发明可以是系统、方法、和/或计算机程序制品。计算机程序制品可以包括在其上具有用于导致处理器执行本发明的各方面的计算机可读程序指令的计算机可读存储介质(或媒介)。

可以利用一个或多个计算机可读介质(一个或多个)的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体的系统、设备、或装置，或前述的任意适当组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非穷尽列表)将会包括以下所列：具有一个或多个线的电连接器、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦写可编程只读存储器(eprom或闪存存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、光学存储装置、磁性存储装置、或前述的任意适当组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质是能够包含或存储用于由指令运行系统、设备或装置使用或与指令运行系统、设备或装置结合使用的程序的任意有形介质。

计算机可读信号介质可以包括传播数据信号，所述传播数据信号具有在其中(例如，在基带中或作为载波的一部分)体现的计算机可读程序代码。这样的传播信号可以采用任意形式，包括但不限于电磁、光学、或其任意适当组合。计算机可读信号介质可以是任意计算机可读介质，所述计算机可读介质并非计算机可读存储介质并且能够将程序通讯、传播、或传送以由指令运行系统、设备、或装置使用或与指令运行系统、设备、或装置结合使用。

在计算机可读介质上体现的程序代码可以利用包括但不限于无线、有线、光纤线缆、rf等的任意适当介质或在前所述的任意适当组合传输。

用于执行用于本发明的各方面的操作的计算机程序代码可以以一个或多个编程语言的任意组合写入，所述一个或多个编程语言包括面向对象的编程语言(诸如java、smalltalk、c++等)和常规程序性编程语言(诸如“c”编程语言或类似的编程语言)。程序代码可以完全在用户的计算机上运行、部分在用户的计算机上运行、作为单独软件包运行、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后一种情况下，远程计算机可以通过包括局域网络(lan)或广域网络(wan)的任意类型的网络连接到用户的计算机，或可以连接到外部计算机(例如，利用互联网服务提供商通过互联网)。

本发明的各方面参照根据在本发明中呈现的实施方式的方法、设备(系统)和计算机程序制品的流程图展示和/或框图在下文中描述。将会理解的是，流程图展示和/或框图的每个框以及流程图展示和/或框图中的框的组合能够由计算机程序指令实施。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机、或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机械，从而使得经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器运行的指令生成用于实施在流程图和/或框图框(一个或多个)中指定的功能/动作的手段。

这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，所述计算机程序指令能够指挥计算机、其他可编程数据处理设备、或其他装置以特定方式起作用，从而使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实施在流程图和/或框图的框(一个或多个)中指定的功能/动作的指令的制造品。

计算机程序指令还可以加载到计算机、其他可编程数据处理设备、或其他装置上以导致一系列操作步骤在计算机、其他可编程设备或其他装置上执行以产生由计算机实施的过程，从而使得在计算机或其他可编程设备上运行的指令提供用于实施在流程图和/或框图框(一个或多个)中指定的功能/动作的过程。

附图中的流程图和框图展示根据各种实施方式的系统、方法和计算机程序制品的可能实施例的架构、功能性和操作。就此而言，流程图或框图中的每个框可以代表代码的模块、区段或一部分，所述代码包括用于实施指定的逻辑功能(一个或多个)的一个或多个可运行的指令。还应当注意到的是，在某些可选的实施例中，在框中标注的功能可以不同于在图中标注的顺序进行。例如，按顺序示出的两个框事实上可以基本上同时运行，或框可以某些时候以相反顺序运行，取决于涉及的功能性。还将会注意到的是，框图和/或流程图展示的每个框，以及框图和/或流程图展示中的框的组合，能够由基于专用硬件的系统、或专用硬件和计算机指令的组合实施，所述基于专用硬件的系统执行指定的功能或动作。

鉴于上述情况，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。