风力涡轮机控制.pdf

本发明涉及方法、控制器、风力涡轮机和用于控制风力涡轮机的计算机程序产品。风力涡轮机上游的一个或更多个风速测量值被接收(202)，并且确定(204)风力涡轮机处的当前风速的指示。该指示可以包括低于额定风速或高于额定风速。基于所接收的一个或更多个风速测量值和所述当前风速的指示，确定(205)风速是否处于上转变区段或下转变区段。如果确定所述风速处于上转变区段或下转变区段，则执行提升动作(206)。

权利要求书
1.  一种方法，所述方法包括以下步骤：
接收风力涡轮机上游的一个或更多个风速测量值；
确定所述风力涡轮机处的当前风速的指示，其中所述指示包括低于额定风速或高于额定风速；
基于接收到的所述一个或更多个风速测量值和所述当前风速的所述指示，确定风速是否处于上转变区段或下转变区段；以及
如果确定所述风速处于所述上转变区段或所述下转变区段，则启动提升动作。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定所述当前风速的所述指示还包括以下步骤：
识别所述风力涡轮机的发电机的当前电功率输出；以及
基于所述发电机的所述当前电功率输出确定所述当前风速的所述指示。

3.  根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述确定所述风速是否处于所述上转变区段还包括以下步骤：
将接收到的所述风速测量值和所述当前风速的所述指示相比较；并且其中，如果所述风力涡轮机处的所述风速的所述指示是低于额定风速，并且所述风速测量值高于所述风力涡轮机的额定风速，则所述风速是处于所述上转变区段。

4.  根据权利要求3所述的方法，其中，所述确定所述风速是否处于所述上转变区段还包括以下步骤：
确定两个或更多个连续接收到的风速测量值是否高于所述风力涡轮机的额定风速。

5.  根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其中，所述确定所述风速是否处于所述下转变区段还包括：
将接收到的所述风速测量值和所述当前风速的所述指示做比较；并且其中，如果所述风力涡轮机处的所述风速的所述指示是高于所述风力涡轮机的额定风速，并且所述风速测量值低于所述风力涡轮机的额定风速，则所述风速处于所述下转变区段。

6.  根据权利要求5所述的方法，其中，所述确定所述风速是否处于所述下转变区段还包括：
确定两个或更多连续接收到的风速测量值是否低于所述风力涡轮机的额定风速。

7.  根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其中，所述启动所述提升动作还包括：
如果所述风速处于所述上转变区段，则命令所述风力涡轮机的发电机增加电磁转矩。

8.  根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其中，所述启动所述提升动作还包括：
如果所述风速处于所述下转变区段，则命令所述风力涡轮机的变桨距控制系统改变一个或更多个涡轮机叶片的桨距角。

9.  一种风力涡轮机的控制器，所述控制器包括：
输入端，所述输入端适于接收风力涡轮机上游的一个或更多个风速测量值；
第一处理器，所述第一处理器适于确定所述风力涡轮机处的当前风速的指示，其中，所述指示包括低于额定风速或高于额定风速；
第二处理器，所述第二处理器适于基于接收到的所述一个或更多个风速测量值和所述当前风速的所述指示确定风速是否处于上转变区段或下转变区段；以及
第三处理器，所述第三处理器适于在确定所述风速处于所述上转变区段或所述下转变区段的情况下启动提升动作。

10.  根据权利要求9所述的控制器，其中，所述第一处理器还适于识别所述风力涡轮机的发电机的当前电功率输出，并适于基于所述发电机的所述当前电功率输出确定所述当前风速的所述指示。

11.  根据权利要求9或10所述的控制器，其中，所述第二控制器还适于将接收到的所述风速测量值和所述当前风速的所述指示相比较；并且其中，如果所述风力涡轮机处的所述风速的所述指示是低于额定风速，并且所述风速测量值高于所述风力涡轮机的额定风速，则所述风速是处于所述上转变区段。

12.  根据权利要求11所述的控制器，其中，所述第二处理器还适于确定两个或更多个连续接收到的风速测量值是否高于所述风力涡轮机的额定风速。

13.  根据权利要求9到12中任一项权利要求所述的控制器，其中，所述第二处理器还适于将接收到的所述风速测量值和所述当前风速的所述指示做比较；并且其中，如果所述风力涡轮机处的所述风速的所述指示是高于所述风力涡轮机的额定风 速，并且所述风速测量值低于所述风力涡轮机的额定风速，则所述风速处于所述下转变区段。

14.  根据权利要求13所述的控制器，其中，所述第二处理器还适于确定两个或更多连续接收到的风速测量值是否低于所述风力涡轮机的额定风速。

15.  根据权利要求9到14中任一项权利要求所述的控制器，其中，所述第三处理器还适于在所述风速处于所述上转变区段的情况下，命令所述风力涡轮机的发电机增加电磁转矩。

16.  根据权利要求9到15中任一项权利要求所述的控制器，其中，所述第三处理器还适于在所述风速处于所述下转变区段的情况下，命令所述风力涡轮机的变桨距控制系统改变一个或更多个涡轮机叶片的桨距角。

17.  一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括转子、发电机和根据权利要求9到16中任一项权利要求所述的控制器。

18.  一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可读的可执行代码，用于：
接收风力涡轮机上游的一个或更多个风速测量值；
确定所述风力涡轮机处的当前风速的指示，其中所述指示包括低于额定风速或高于额定风速；
基于接收到的所述一个或更多个风速测量值和所述当前风速的所述指示，确定风速是否处于上转变区段或下转变区段；以及
如果确定所述风速处于所述上转变区段或所述下转变区段，则启动提升动作。

说明书风力涡轮机控制
本发明涉及风力涡轮机控制，尤其涉及为了更高效和有效地产生电力而对风力涡轮机的控制。
风力涡轮机是一种利用风能产生电力的设备。实际上，风的动能经由风力涡轮机的发电机被转化成电力。
通常，优选的是风力涡轮机产生最大的电功率输出，因为这是风力涡轮机最高效和最有成本效益的操作。因此，不断地需要更有效地控制和操作风力涡轮机以便扩展产生最大的电功率输出的区段。
本发明力图解决(至少部分地解决)这样的需求，用于更有效地控制风力涡轮机以扩展产生最大电功率输出的区段。
根据本发明的第一方面，提供了一种方法，该方法包括以下步骤：接收风力涡轮机上游的一个或更多个风速测量值；确定风力涡轮机处的当前风速的指示，其中该指示包括低于额定风速或高于额定风速；基于所接收到的一个或更多个风速测量值和当前风速的所述指示，确定风速是否处于上转变区段或下转变区段；以及如果确定风速处于上转变区段或下转变区段，则启动提升动作。
相应地，此方法接收风力涡轮机上游的一个或更多个风速测量值。风速测量值可以在风力涡轮机上游任意适合的距离处(例如，在50米处、100米处、150米处、200米处等等)测得。任何合适的装置或传感器(例如，光检测和测距装置(LiDAR))可以被用来获得或测得风速测量值。这种装置或传感器可以装在或放置在风力涡轮机处或可以跟风力涡轮机分开。
确定风力涡轮机上当前风速的指示，此指示可以包括高于额定风速或低于额定风速。基于风力涡轮机处当前风速的指示和接收到的、在风力涡轮机上游测得的一个或更多个风速测量值还确定风速是否处于上转变区段或下转变区段。如果风速是处于转变区段，则启动提升动作。可以启动提升动作，以使得处于转变区段可以产生额外的电功率。
因此，与处于转变区段的当前风力涡轮机相比，本发明能够有利地产生额外的或更高级别的电功率。
此方法可由控制器实施。
确定当前风速的指示还可以包括识别风力涡轮机的发电机的当前电功率输出；并且其中当前风速的指示的确定可基于该发电机的当前电功率输出。相应地，可以基于发电机的当前电功率输出确定当前风速，该当前风速是从风速是低于额定风速或高于额定风速的指示的角度来说的。例如，如果风速低于额定风速，那么电功率输出将低于给定风力涡轮机的设计或可允许的最大电功率输出。如果风速高于额定风速，那么发电机的电功率输出将处于或大致接近该风力涡轮机的最大设计的或最大可允许的电功率输出。将理解的是，每个风力涡轮机可以被设计成有不同的最大电功率输出。本发明中，术语高于额定风速可以既包括额定风速，也可以包括高于额定风速的任何风速。
确定风速是否处于上转变区段还可以包括将接收到的风速测量值跟当前风速的指示相比较；并且其中如果风力涡轮机处的风速的指示是低于额定风速并且风速测量值高于该风力涡轮机的额定风速，则风速就处于上转变区段。同样地，上转变区段是风速将从低于额定风速转变到高于额定风速的区段。
确定风速是否处于上转变区段还包括确定两个或更多个连续接收到的风速测量值是否高于风力涡轮机的额定风速。相应地，为了避免提升动作不必要地被激活或启动，该方法可以确定两个或更多个连续的风速测量值是否高于额定风速。
确定风速是否处于下转变区段还可以包括将接收到的风速测量值跟当前风速的指示相比较；并且其中如果风力涡轮机处的风速指示高于该风力涡轮机的额定风速并且风速测量值低于该风力涡轮机的额定风速，则该风速处于下转变区段。
确定风速是否处于下转变区段还可以包括确定两个或更多个连续接收到的风速测量值是否低于风力涡轮机的额定风速。
启动提升动作还可以包括如果风速处于上转变区段，则命令风力涡轮机的发电机增强电磁转矩。相应地，如果已确定风速处于上转变区段，则被启动的提升动作可以用于增强发电机的电磁转矩。这对降低转子转速和使得能够增加在上转变区段产生的电功率都有有益的效果。
启动提升动作还可以包括如果风速处于下转变区段，则命令风力涡轮机的变桨距 控制系统改变一个或更多个涡轮机叶片的桨距角。相应地，如果确定风速处于下转变区段，则被启动的提升动作可以用于更改或改变一个或更多个涡轮机叶片的桨距角。这对提高转子转速和使得能够增加在下转变区段产生的电功率都有有益的效果。
启动提升动作还可以包括命令风力涡轮机上的一个或更多个空气动力装置或实体进行更改或改变，以便提高在下转变区段的转子转速。
根据本发明的第二个方面，提供一种风力涡轮机的控制器，该控制器包括：输入端，该输入端适于接收风力涡轮机上游的一个或更多个风速测量值；第一处理器，该第一处理器适于确定所述风力涡轮机处的当前风速的指示，其中，所述指示包括低于额定风速或高于额定风速；第二处理器，该第二处理器适于基于所接收到的一个或更多个风速测量值和当前风速的指示确定风速是否处于上转变区段或下转变区段；以及第三处理器，该第三处理器适于在确定风速处于所述上转变区段或所述下转变区段的情况下启动提升动作。
根据本发明的第三个方面，提供一种风力涡轮机的控制器，该控制器适于：接收风力涡轮机上游的一个或更多个风速测量值；确定所述风力涡轮机处的当前风速的指示，其中该指示包括低于额定风速或高于额定风速；基于所接收到的一个或更多个风速测量值和当前风速的指示，确定风速是否处于上转变区段或下转变区段；以及如果确定风速处于所述上转变区段或所述下转变区段，则启动提升动作。
第一处理器还可以适于识别风力涡轮机的发电机的当前电功率输出，并且适于基于发电机的当前电功率输出确定当前风速的指示。
第二处理器还可以适于将接收到的风速测量值跟当前风速指示相比较；并且其中，如果风力涡轮机处的风速指示低于额定风速并且风速测量值高于风力涡轮机的额定风速，则该风速处于上转变区段。
第二处理器还可以适于确定两个或更多连续接收到的风速测量值是否高于风力涡轮机的额定风速。
第二处理器还可以适于将收到的风速测量值跟当前风速指示相比较；其中，如果风力涡轮机处的风速指示高于风力涡轮机的额定风速并且风速测量值低于风力涡轮机的额定风速，那么该风速就在下转变区段。
第二处理器还可以适于确定两个或更多个连续接收到的风速测量值是否低于风力涡轮机的额定风速。
第三处理器还可以适于在风速处于上转变区段的情况下命令发电机提高电磁转矩。
第三处理器还可以适于在风速处于下转变区段的情况下命令风力涡轮机的变桨距控制系统改变一个或更多个涡轮机叶片的桨距角。
控制器可以适于通过硬件、软件或它们的任意组合来执行上述方法的任何或所有功能和特征。
第一处理器、第二处理器和第三处理器可以是相同的处理器，也可以是不同的处理器，或者它们的任意组合。
根据本发明的第四个方面，提供一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括转子、发电机和控制器，该控制器依据本文描述的控制器的任何特征和功能。
根据本发明的第五个方面，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读的可执行代码，用于：接收风力涡轮机上游的一个或更多个风速测量值；确定所述风力涡轮机处的当前风速的指示，其中所述指示包括低于额定风速或高于额定风速；基于所接收到的一个或更多个风速测量值和当前风速的指示，确定风速是否处于上转变区段或下转变区段；以及如果确定风速处于所述上转变区段或所述下转变区段，则启动提升动作。
该计算机程序产品还可以包括用于执行本发明的所有功能和/或特征中的任何功能和/或特征的计算机可读的可执行代码。
现在将参照附图，仅以示例的方式来描述实施方式。在附图中：
图1示出了根据本发明多个实施方式的风力涡轮机的简化示意图。
图2示出了根据本发明多个实施方式的流程图。
图3示出了根据本发明多个实施方式的三幅曲线图。
图4示出了根据本发明多个实施方式的四幅曲线图。
参照图1，风力涡轮机101通常包括与机舱103连接的涡轮机叶片102，机舱103进而通常安装在塔架104上。
在图1中，示出了三个涡轮机叶片102，然而，应理解的是，涡轮机叶片102的数量取决于风力涡轮机的设计，并可以包括一片或更多片涡轮机叶片102。
图1还示出了水平轴涡轮机叶片布置，然而，应理解的是，风力涡轮机可以另选地或附加地包括垂直轴涡轮机叶片布置。
通常，机舱103将容纳风力涡轮机101的发电机、齿轮箱、驱动轴和其他电气和机械设备，如变桨距控制系统、偏航控制系统等等(为方便参考，图1中未示出)。
为了确定风速和风向，风力涡轮机可以包括一个或更多个传感器，例如风速计传感器、超声波传感器、光检测和测距(LiDAR)装置等等，这些传感器位于以下任意位置：机舱103上、轮毂中、涡轮机叶片上/涡轮机叶片中等等。
风力涡轮机也可以包括一个或更多个控制器105来控制风力涡轮机101的操作。
风力涡轮机101的叶片102在风速达到在本领域被称为切入速度的约3或4米/秒时开始转动，以产生电功率。随着风速的增加，风力涡轮机101产生更多电功率，直到风力涡轮机产生从风力涡轮机101中的发电机输出的最大可允许的电功率。这通常在10米/秒到12米/秒之间的风速(取决于风力涡轮机的设计)发生，且该风速在本领域被称为额定风速。
在高于额定风速的风速，电功率输出实际上不依赖于风速，因为电功率输出被调节成大致恒定在发电机最大可允许电功率输出处。
但是，在额定风速点周围的区段，能量捕获(产生的电功率)随着风速从低于额定风度变到高于额定风度而变化，反之，随着风速从高于额定风度变到低于额定风速，能量捕获亦变化。这导致了风力涡轮机101的低效率操作，因为在这个区段，势能捕获/电功率生产发生了损失。
参照图2，图2示出了流程201，将描述一个示例，该示例提高了风力涡轮机的能量捕获，并且使得风力涡轮机能更有效地被控制，从而比现有风力涡轮机更快地获得最大功率输出。
该第一个示例涉及的情况是风力涡轮机从低于额定风速转变到高于额定风速。换言之，风速处于上转变区段(up transition region)，其中风速正从低于额定风速上转变到额定风速或高于额定风速。在下面的描述中，术语高于额定风速也包括额定风速和大于额定风速的任何风速。
在步骤202，由风力涡轮机中的控制器接收风力涡轮机上游风速的测量值。
风力涡轮机可以包括一个或更多个传感器，用于在风力涡轮机上游测量或检测预定义的距离处或者预定义的时段的风速。另选地，传感器可以位于另一台风力涡轮机 上并分享测量值，可以位于单独的塔架(gantry)或安装平台上，可以位于或装在任何其他的装置或设备处，以便它能在风力涡轮机上游测量或检测预定距离处或预定时段的风速，并向风力涡轮机中的控制器提供风速测量值。
传感器可以是，例如，一个或更多个光检测和测距(LiDAR)传感器、风速计传感器、超声波传感器、或者能够测量或检测风力涡轮机上游的风速的任何其他传感器。
控制器可以自动地接收风速测量值或者可以向传感器请求风速测量值。
在本示例中，风力涡轮机包括装在风力涡轮机机舱的LiDAR装置，该LiDAR装置以2Hz的频率测量在上游100米处的风速，并且自动把风速测量值提供给风力涡轮机中的控制器。
在步骤203，控制器确定或识别接收到的测量的风速是高于还是低于额定风速。风力涡轮机的额定风速可以根据风力涡轮机的设计而变化，但是在本示例中，额定风速是10.7米/秒(m/s)。
在步骤204，控制器识别风力涡轮机当前是在高于额定风速下还是在低于额定风速下运行。例如，控制器可以依据风力涡轮机中的发电机当前生成的电功率来识别风力涡轮机当前是在高于额定风速下还是在低于额定风速下运行。
如上文所述，在低于额定风速下，发电机的电功率输出低于最大可允许的电功率输出，因为风速不足以大到能生成发电机的最大可允许电功率输出。在高于额定风速的风速下，电功率输出实际上不依赖于风速，因为电功率输出被调节成在发电机的最大可允许电功率输出处大致恒定。
因此，控制器能基于发电机的当前电功率输出识别风力涡轮机当前是在高于额定风速下还是在低于额定风速下运行。
在步骤205，控制器基于接收到的风速测量值和当前电功率输出识别风速是否正从低于额定风速向高于额定风速转变(上转变区段)或者从高于额定风速向低于额定风速转变(下降转变区段)。控制器还能识别风速是否保持在高于额定风速或保持在低于额定风速，但是这些转变被认定为这样的区段，即在此区段中对风力涡轮机的改进的控制能捕获额外的能量并提高风力涡轮机的效率。
这个示例涉及风速从低于额定风速到高于额定风速的转变(上转变区段)，相应地，控制器识别出风速将从低于额定风速转变到高于额定风速。
一旦控制器识别出风速将从低于额定风速转变到高于额定风速，则在步骤206， 控制器执行提升动作(boost action)，以使得风力涡轮机能比当前的风力涡轮机捕获更多的能量(因此能产生更多的电功率)。
在本示例中，感兴趣区段是指风速从低于额定风速转变到高于额定风速的区段，因此为了有效地提升能量捕获，例如增加产生的电功率，控制器启动放慢转子转速的过程。一旦测量的高于额定风速的风速抵达风力涡轮机，则增强的风速加速转子回到正确转速。对给定的风力涡轮机来说，转子的正确转速依赖于该风力涡轮机的设计，并且通常是最佳转子转速或是用于该风力涡轮机根据风况产生最佳电功率量而设计的转子转速。在本示例中，风力涡轮机的正确转子转速将是13转/分钟(rpm)。
在本案例中，控制器可以通过增加发电机电磁转矩来启动提升动作，增加发电机电磁转矩具有去除转子的动能，使转子转速变慢的作用。在风力涡轮机中，可以施加或提供改变发电机电磁转矩的可变的电磁转矩信号。例如，控制器可向变换器提出特殊电功率需求，变换器生成一个转矩需求或转矩信号提供给发电机。在本示例中，控制器可以启动发电机电磁转矩的增加，这随后使转子转速下降10％。因此，当本示例中的最佳转子转速是13rpm时，那么转子转速就被降到11.7rpm。要理解的是，根据本发明的众多实施方式，为了能有利地增加电功率输出，转子转速可以被降低任何合适的百分比或量值。
附加地或另选地，控制器可以基于测量到的风力涡轮机上游的风速确定用于提高电磁转矩的量值，以使转子转速能在预定义的时间段(例如，在上游所测量的、影响风力涡轮机的风速的10秒内)内针对风力涡轮机恢复到正确转速。控制器可以计算电磁转矩的增加或根据在上游测量到的风速参考查询表来确定电磁转矩的增加。
基于接收到的转矩需求或转矩信号，发电机于是可以增加电磁转矩，由此使转子的转速减慢所请求的量。
控制器可以启动其他的机制来减慢转子转速，以便在风速从低于额定风速向高于额定风速转变的区段启动必要的提升。
相应地，本示例有利有效地从高于额定风速区段到低于额定风速区段转换电功率生产，从而增加了风力涡轮机产生的电功率和效率。实际上，本示例利用转子中的动能来增强发电机在上转变区段的电功率输出。
图3中突出显示了本示例中提升动作的优点。图3包括3幅曲线图，图3a示出了风速对时间，图3b示出了生成的功率对时间，图3c示出了转子转速对时间。
在图3a中，可以看到在时间301的点(在该曲线图中第126秒处)，LiDAR发现或测量出涡轮机上游100米处的风速将是10.7米/秒，在本示例中这个风速是额定风速。因此，在该曲线图中第136秒处的风速将达到额定风速。
控制器也根据当前功率输出识别出第126秒处风速是低于额定风速的，因为电功率输出将大致低于发电机最大功率输出。
因此，在第126秒处控制器启动提升动作301，其在本示例中是要启动增加发电机中的电磁转矩，以使得转子的转速降低。
现在转向图3b，可以看到在第126秒301处，电功率输出303低于发电机的最大电功率输出，因为风速低于额定风速。在此时间点，控制器启动提升，其引起转速减速并且发电机的电功率输出增加304a。如在图3b中可以看到的，比示出为图3b中的304b的、没有采用本示例中的提升动作的现有风力涡轮机快得多地达到发电机的最大电功率输出304a。实际上，本示例中在上转变区段从低于额定风速到高于额定风速期间生成的额外电功率是根据通过使转子减速将转子的动能转化成电功率而获得的，随后当风速达到额定风速或高于额定风速时，减速的转子得到补偿。
在第136秒，额定风速到达风力涡轮机，这具有使转子加速回其正确速度的作用，以便保持发电机的最大电功率输出。
图3b示出了这些实施方式的提升动作的显著优点，还示出了从高于额定风速到低于额定风速发电量的移位。
图3c示出了叶片的转子转速305，并且可以看出本示例中在在第126秒处的提升动作之前，转子转速是13rpm。一旦控制器启动提升动作，转子转速就被减慢或降低10％，达到11.7rpm。在本示例中，一旦高于额定的风速在第136秒到达风力涡轮机，则风速的提高使转子加速直到转子达到或者回到正确转子转速，在本示例中正确转子转速是13rpm。
上述示例描述的情况是控制器确定风速将从低于额定风速转变到高于额定风速(上转变区段)，并且启动提升动作来增加生成的电功率，并改善风力涡轮机的工作效率。
在下面的示例中，参照图2再次进行解释，感兴趣区段是指风速从高于额定风速转变到低于额定风速的区段。换言之，风速在下转变区段，因为风速正从高于额定风速向低于额定风速向下转变。
在本示例中，这个过程遵循图2中所示的、并在上文与第一个示例相关地描述的流程图201中相同的步骤202到204，所以就不再赘述。
然而，在本示例中，在步骤205控制器基于接收到的风速测量值和当前电功率输出识别出对于风力涡轮机来说风速是从高于额定风速转变到低于额定风速。
一旦控制器识别出风速将从高于额定风速转变到低于额定风速(并且因此处于下转变区段)，则在步骤206，控制器执行提升动作，以使得风力涡轮机能比当前的风力涡轮机捕获更多的能量(因此能产生更多的电功率)。
在本示例中，感兴趣区段是指风速从高于额定风速转变到低于额定风速的区段，因此为了有效地提升能量捕获，例如，增加生成的电功率，控制器启动用于加速转子的转速的过程，作为提升动作。一旦测量到的低于额定的风速到达风力涡轮机，降低了的风速使转子减速回到正确速度，该正确速度如上文所讨论的在本示例中为13rpm，但是取决于风力涡轮机的设计。
控制器可以通过启动涡轮机叶片的桨距的改变来启动提升，使得连接到叶片的转子的转速增加。在本示例中，控制器可以启动桨距角的大约1.6度的改变，以使得转子转速提高大约8％。将理解的是，为了本发明的目的，桨距角改变量和转子转速的增加可以是任何适合的值，以便在下转变区段生成更多的电功率输出。
控制器可以启动其他机制，例如，使用襟翼或任何其他空气动力学组件，用于增加转子转速以便在风速从高于额定风速向低于额定风速转变的区段启动所需的提升。
因此，这个示例有利地扩展了实质上可以获得最大电功率生产的区段。该提升使得能够从低于额定风速的区段有效获得大体上最大的电功率生产，从而提高了生成的电功率和风力涡轮机的效率。同样地，电功率输出也有效地从高于额定的风速转移到低于额定的风速。
图4中突出显示了本示例中提升动作的优点。图4包括四幅曲线图，图4a示出了风速对时间，图4b示出了桨距角变化对时间，图4c示出了转子转速对时间，图4d示出了发电量对时间。
在图4a中示出了风速403相对于时间的关系，从中可以看出在一个时间点(在这个曲线中是在第23秒处)LiDAR或相似的装置检测或测量到风力涡轮机上游100米处的风速将降至低于额定的风速(在本示例中额定风速是10.7米/秒)。因此，在曲线图402上，到第33秒时低于额定的风速将到达风力涡轮机。
控制器也能从当前电功率输出识别出风力涡轮机当前在额定风速下运行因为它正在产生最大可允许电功率(这从图4d可以看出)。相应地，控制器确定或识别出风力涡轮机将短暂地处于下降转变，换句话说，风速在从高于额定风速向低于额定风速转变。
因此，在图4的曲线图中的第23秒，控制器启动了提升动作401，提升动作401在本示例中启动桨距角的改变，以使得转子转速提高(从图4b和图4c中可以看出)。
转到图4b，可以看到，在第23秒，当控制器启动提升动作401时，桨距角404被改变或改动大约1.6度405a，以使得转子提速。改变桨距角以便能从风中提取更多的能量，而在转子转速提高时保持相同的最大可允许电功率生产(从图4d中可以看出)。传统的风力涡轮机在下转变区段遵循405b。
图4c示出了在提升动作406之前以及继第23秒处启动提升动作401之后的转子转速。曲线图中可以看出，一旦启动了提升动作，转子转速增加，而传统的风力涡轮机在下转变时段期间遵循407b。
图4d示出了在401的提升动作之前，产生的电功率408在提升动作前处于可允许的最大值。一旦启动提升动作，当低于额定的风速还未到达风力涡轮机之前，电功率输出保持在可允许的最大值。在这个曲线图的第33秒，低于额定的风速到达风力涡轮机，而且在本示例中，在低于额定的风速到达风力涡轮机后产生的电功率409a在可允许的最大值保持一段时间，而在传统的风力涡轮机中，低于额定的风速一到达风力涡轮机，产生的电功率409b就显著地下降。
因此在本示例中，由于在低于额定的风速到达风力涡轮机之前对转子进行了加速，所以产生的电功率大于从风能中捕获的功率。实际上，一旦风速降到低于额定风速，储存在转子中的动能就被用来生成额外的电功率。
在上述示例中，按照2赫兹的频率测量风力涡轮机上游的风速，比如，每半秒测量一次并且因此基本上是不间断的。将理解的是，进行风速测量的频率可以是适合于本发明的目的的任何频率，比如每隔1秒，每隔2秒，每隔5秒，等等。
在上面描述的示例中，在风力涡轮机上游100米处测量或检测风速。通常风力涡轮机的额定风速大约是10m/s到12m/s，因此在100米处，被测量的风速在额定风速区段大约要用10秒到达风力涡轮机。换句话说，如果风速正从低于额定风速转变到高于额定风速或者从高于额定风速转变到低于额定风速，那么风速将接近于额定风速，并且如此将用大约10秒到达风力涡轮机，这个时间用来根据将要发生的转变启 动适当的提升动作是充足的。然而，将理解的是，可以在风力涡轮机上游50米、100米、150米、200米等位置测量或检测风速。
在上述示例中，在风力涡轮机上游100米处测得了单个风速测量值，并基于单个测量值来确定是否启动提升动作。
此外，系统可以测得多于一个的风速测量值，并且可以基于这多个风速测量值确定是否启动提升动作。例如，在上述示例中，每半秒进行一次风速测量，并且基于例如3次连续的风速测量值确定是否要启动提升动作。在风速从低于额定风速转变到高于额定风速的示例中，如果3次连续的风速测量值都高于额定风速，则可以作出启动提升动作的决定。类似地，在风速从高于额定风速转变到低于额定风速的示例中，如果3次连续的风速测量值都低于额定风速，则可以作出启动提升动作的决定。如通常所理解的那样，可以根据任何数量的风速测量值来决定是否启动提升动作。
另选地或另外地，可以在多个距离处测量风速，比如，在风力涡轮机上游100米、150米和200米处测量风速。可以基于在多个距离处测量的风速确定是否启动提升动作。例如，如果风速正从低于额定风速转变到高于额定风速，如果在全部距离处或者大多数距离处的风速测量值高于额定风速，则可以作出启动提升动作的决定。类似地，如果风速正从高于额定风速转变到低于额定风速，如果在全部距离处或者大多数距离处的风速测量值低于额定风速，则可以作出启动提升动作的决定。将理解的是，进行多次风速测量所处的距离可以是适合本发明目的的任何距离。
在上述示例中，风力涡轮机处的当前风速是根据发电机的电功率输出指示出或推断出的。然而，风力涡轮机处的当前风速可以基于在风力涡轮机处或大致靠近风力涡轮机处获取的风力测量值来确定。当前的风速可以基于在风力涡轮机上游测得的风速来确定，并可从这些测量值被推断出或插值得到。如将要理解的，风力涡轮机处的风速可以根据几种不同的方法以及适于本发明的任何方法来确定。
因此，本发明的上述实施方式能够时限对风力涡轮机的改进的控制，以更高效而且有效果地从风中捕获能量。实际上，通过在额定风速周围的转变区段执行提升动作有利地扩展了风力涡轮机生成大致最大电功率的区段。
虽然示出并描述了本发明的实施方式，但可以理解这些实施方式只是以举例的方式被描述的。在不脱离所附权利要求书中所限定的本发明范围的情况下，对于本领域的技术人员来说可以想到若干变型、修改和替换。因此，所附的权利要求旨在涵盖落入本发明的精神和范围之内的所有这类变型或等同物。