风轮机
阅读：91发布：2020-05-15
专利汇可以提供风轮机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且为了优化 风 轮机的年度 能量 产出，本 发明 提供一种方法，该方法使得风轮机按照不同的预定模式来运行，所述模式取决于朝向风轮机的风向。该模式可以包括桨距控制策略和/或功率控制策略。本发明还提供一种用于风轮机的控制系统，其适合于按照所述方法来运行，并且提供一种具有这样的控制系统的风轮机。，下面是风轮机专利的具体信息内容。
1.一种控制风轮机的方法，所述风轮机具有转子和产生电能的发电机,所述风轮机被竖立在一个地点并且被设计一个额定负载，所述方法包括：
定义出多个扇区，每个扇区规定朝向所述风轮机的风向范围，
对每个扇区定义根据规定风向的预期风力负载、以及基于所述预期风力负载与所述额定负载之间的预定比较的扇区控制策略，
确定当前风向、并根据针对所述当前风向对应的扇区定义的所述扇区控制策略控制所述风轮机。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，每个扇区控制策略基于从风向的对应扇区朝向规定地理位置的风轮机的风的预期风力负载被定义。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，针对风速范围定义作为风速函数的风轮机给定功率输出，所述作为风速函数的给定功率输出对于所有扇区都是相同的；每个扇区的扇区控制策略控制风轮机以使得风轮机的功率输出为下列之一：
低于给定风速下的给定功率输出；
等于给定风速下的给定功率输出；
或者高于给定风速下的给定功率输出。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述风轮机的所述功率输出通过选自以下组的至少一个功率控制策略来控制，所述组包括：转子叶片桨距控制、转子速度控制、发电机功率控制。
5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述方法包括定义多个桨距控制策略，每个桨距控制策略用于设置作为风速函数的风轮机转子叶片的桨距，从而调节作为风速函数的风轮机的输出功率。
6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述方法包括定义多个功率控制策略，每个功率控制策略用于调节作为风速函数的风轮机功率输出。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，所述功率输出通过控制作为风速函数的风轮机转子速度来控制。
8.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，每个扇区的扇区控制策略确定关于作为风速函数的风轮机功率输出的功率曲线，所述每个扇区的功率曲线具有：
风速低于额定风速的部分负载区；以及
风速等于或者高于额定风速的全负载区。
9.根据权利要求5的方法，其特征在于，每个扇区的扇区控制策略确定关于作为风速函数的风轮机功率输出的功率曲线，所述每个扇区的功率曲线具有：
风速低于额定风速的部分负载区；以及
风速等于或者高于额定风速的全负载区。
10.根据权利要求6的方法，其特征在于，每个扇区的扇区控制策略确定关于作为风速函数的风轮机功率输出的功率曲线，所述每个扇区的功率曲线具有：
风速低于额定风速的部分负载区；以及
风速等于或者高于额定风速的全负载区。
11.根据权利要求9的方法，其特征在于，每个扇区的扇区控制策略由用于在部分负载区调节风轮机功率输出的所述多个桨距控制策略之一定义。
12.根据权利要求10的方法，其特征在于，每个扇区的扇区控制策略由用于在全负载区调节风轮机功率输出的所述多个功率控制策略之一定义。
13.根据权利要8的方法，其特征在于，每个扇区的扇区控制策略用于在部分负载区调节风轮机功率输出的多个桨距控制策略之一、和/或用于在全负载区调节风轮机功率输出的多个功率控制策略之一定义。
14.根据权利要求11的方法，其特征在于，每个扇区内风轮机的功率输出由用于所述扇区的桨距控制策略、和/或用于所述扇区的功率控制策略确定。
15.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述预期风力负载根据以下至少一个来定义：实际测量或计算的风速的平均值、实际测量或计算的紊流的平均值、实际测量或计算的风速的极端值、实际测量或计算的紊流值、每个扇区内来自多个风向的风的频率。
16.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，每个扇区的扇区控制策略具有预定的切入风速和切出风速，超过所述切入风速所述风轮机发电机开始输出功率，超过所述切出风速风轮机发电机停止输出功率；每个扇区的所述预定切入风速和切出风速基于所述预期风力负载与所述额定负载之间的预定比较。
17.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，每个扇区的扇区控制策略按照临时策略控制风轮机，以使得风轮机根据一天的时间和/或一年的时间被控制。
18.一种风轮机控制系统，所述控制系统包括存储结构和控制结构，其中存储结构包含定义多个扇区的数据，每个所述扇区规定朝向所述风轮机的风向的范围；并且所述数据对每个扇区定义来自规定风向的预期风力负载、以及为每个扇区定义扇区控制策略，所述扇区控制策略基于所述预期风力负载和额定负载之间的预定比较，并且所述控制结构适合于基于当前的风向按照为当前风向对应的扇区定义的所述扇区控制策略控制风轮机。
19.根据权利要求18的控制系统，其特征在于，所述控制系统适合执行根据权利要求1至17任一所述的方法。
20.一种用于在风能与电能之间进行转换的风轮机，其特征在于，所述风轮机包括根据权利要求18或19的控制系统。
风轮机
技术领域
背景技术
[0002] 风轮机通过将风力转换为作用在传动系统也就是转子叶片上，由此作用在主轴上，通常是作用在由主轴直接驱动或者经由齿轮箱驱动旋转的发电机上的转矩来获得能量。风轮机所接收的能量以及由此可能传递给传动系统的能量的量取决于几个条件包括风速和空气密度，也就是当地条件。
[0003] 尽管增加生产效率的期望要求尽可能多地将风能转换为电能，但是风轮机的结构限制，也就是设计负载，限定了风轮机上所允许负载的安全极限。实际上，风力负载取决于各种天气条件包括平均风速、风的峰值、空气密度、紊流、风的切变以及风的变化，风力负载对风轮机的冲击以及由此产生的风轮机上的负载可以针对当前的风力条件通过改变风轮机上的各种设定值来调节。
[0004] 尽管风轮机的负载取决于多个天气条件以及风轮机上的多个设定值，但是今天的风轮机通常都是以相对简单而可靠的控制策略进行控制，也就是在风速超过某个安全值时彻底地关闭风轮机。
[0005] 虽然这可能是一种非常安全的运行风轮机的方式，但是彻底停机也有很多缺点，例如，在功率产出上任何的大变动可能会对电网供电产生负面的影响。
发明内容
[0006] 由于几个原因人们期望一种改良的风轮机控制，包括在强风或者类似的恶劣天气下提供更连续的功率产出，避免彻底的功率产出关闭从而提高风轮机的性能和经济性，为设计用于指定位置上的指定风轮机提供风轮机保护。
[0007] 在第一方面，本发明提供一种控制风轮机的方法，所述风轮机具有转子和产生电能的发电机，该风轮机被竖立在一个地点并且被设计了一个额定负载，所述方法包括：
[0008] 定义出多个扇区，每个扇区规定朝向所述风轮机的风向范围，
[0009] 对每个扇区定义根据规定风向的预期风力负载、以及基于所述预期风力负载与所述额定负载之间的预定比较的扇区控制策略，
[0010] 确定当前风向、并根据针对所述当前风向对应的扇区定义的所述扇区控制策略控制所述风轮机。
[0011] 本发明涉及的风轮机可以竖立在任何地点并且被设计用于任何环境。由于站点环境极大地受到地面上地表和地理位置、与邻近障碍物比如风电场中的其他风轮机等等之间的距离和角度的影响，根据本发明的方法采用预定的扇区控制策略，该策略依据朝向风轮机的风向的预定扇区来实施。通过这种方式，该扇区控制策略，与根据固定风速进行的传统停机控制相比，可以实现长时间地经受来自各种风向的风力条件。
[0012] 所以，即使在遵守相同安全限制的情况下所述的风轮机可能有潜力比传统的风轮机产生更多的电力。
[0013] 本文所说的风轮机的“控制”是指任何类型的风轮机叶片的设置、发电机、变压器或其他电气设备的设置、以及常用的用于控制叶片负载、动力传动系、动力传动系的转动、和/或风轮机功率产出的任何装置的使用。
[0014] 本发明涉及的风轮机可以是任何一种可商用的类型，特别是依靠基本水平的主轴的旋转产生电能的类型，也就是所谓的“水平轴风轮机”，HAWT。
[0015] 每个扇区控制策略可以根据从对应风向的扇区朝向指定地理位置的风轮机的风的预期风力负载来定义。为此目的，在将要立有新风轮机或者实际上已经立有风轮机的规定位置的风力条件被监测一段时间，并且根据实际经受的当地条件或负载，可以对围绕风轮机位置的不同扇区定义预期的风力负载。
[0016] 预期的风力负载可能表现为风的平均能量含量、风速的极端值、紊流的平均紊流值或者极端值、在一个扇区内来自多个风向的风的频率、风速相对于平均风速的偏离等等，如果在当地没有能够获得实际经受数据，那么可以使用气象数据例如来自附近的气象站。通常，预期的风力负载在风轮机竖立以前就通过测量一段时间内风力条件的气象观测桅杆被确定。
[0017] 风向的扇区可以例如表现为罗盘中的固定角度，以使得环绕该地点的360度被分割成多个例如2-30个角度相等或者角度不同的扇区，并且对于这些扇区的每个而言，扇区控制策略可以基于该扇区内所经受的风力负载来确定。
[0018] 扇区控制策略可以根据预期风力负载和为风轮机设计的额定负载之间的预定比较来确定，也就是每个扇区控制策略可以根据关于预期负载和风轮机设计负载的信息来选择。
[0019] 采用对应于实际确定风向的扇区控制策略的实际控制风轮机的步骤可以包括或组合有附加控制和安全相关步骤，例如确定功率输出、确定实际风速、确定塔架偏移、动力传动系偏移或者叶片偏移等、或者测量风轮机其他重要部件上的负载，任何这种额外步骤可以被用于扇区控制策略中以提高安全性和风轮机的发电效率，或者任何这种步骤可以形成并列于本发明的风轮机控制被执行的额外控制程序的一部分。
[0020] 所述方法包括针对风速范围定义作为风速函数的风轮机给定功率输出，该作为风速函数的给定功率输出对于所有扇区都是相同的；每个扇区的扇区控制策略控制风轮机以使得风轮机的功率输出为下列之一：
[0021] 低于给定风速下的给定功率输出；
[0022] 等于给定风速下的给定功率输出；
[0023] 或者高于给定风速下的给定功率输出。
[0024] “作为风速函数的风轮机的给定功率输出”表示风轮机的功率曲线。
[0025] 风轮机的功率输出可以通过选自以下组的至少一个功率控制策略来控制，该组包括：转子叶片桨距控制、转子速度控制、发电机功率控制。功率输出可以通过例如控制转子速度或者任何和转子转动连接的任何旋转元件的速度来调节。转子速度的控制可以作为风速函数，例如通过控制发电机中产生的抵抗主轴旋转的阻抗、或者通过根据风速控制用于限制主轴旋转的独立刹车装置来实现。通过控制转子速度来控制功率输出通常是在部分负载运行期间完成。
[0026] 根据本发明，所述方法包括确定多个桨距控制策略的步骤，其中每一个策略用于设置作为风速函数或者作为尖速比函数的风轮机转子叶片的桨距，尖速比定义为叶片尖端的速度和风速的比值。桨距控制策略通过改变相对于轮毂的叶片角(每个叶片都绕轮毂的纵轴线旋转)从而调节作为风速函数的风轮机的输出功率，从而控制风轮机的负载。
[0028] 一种情况是，该组合提供针对这样一种情形的桨距角，即注重电能的产出而需要更多的积极控制。这表示当目前的风向处在一个典型的风力负载稳定的扇区内时选择该组合，例如，低紊流或者相比平均风速没有大的偏离。
[0029] 另一种情况是，该组合提供针对这样一种情形的桨距角，即相比产出更注重安全从而需要更少的积极控制。看重安全性就减少了作用在风轮机转子和风轮机本身上的负载。这表示当目前的风向处在一个典型的波动风力负载的扇区内时选择该组合，例如，高紊流以及相对于平均风速有巨大的和/或快速的偏离。
[0030] 所述方法还可以包括定义多个功率控制策略的步骤，其中每个策略用于调节作为风速函数的风轮机的功率输出从而再对风轮机负载进行控制。
[0031] 在一个实施例中，定义多个预定的模式，每个对应于功率输出和具有不同负载的转速(rpm)的组合。通过该预定功率模式的使用，风轮机能够根据对所述模式之一的选择来控制，所述模式取决于在该扇区内当前的风向从某种意义上处于对应于前面关于桨距模式所描述的那样的那个扇区。
[0032] 公知的是风轮机具有额定风速，也就是达到额定发电机功率时的风速。通过调节超过额定风速的功率输出，风轮机可以实现欠额定(产出少于额定功率)或是超额定(产出多于额定功率)。
[0033] 为此，每个扇区的扇区控制策略可确定和作为风速函数的风轮机功率输出相关的功率曲线。每个扇区的功率曲线定义风速低于额定风速的部分负载区和风速等于或者高于额定风速的全负载区。
[0034] 所以，当风轮机所处的环境比设计环境更为严苛时，风轮机可以被不那么积极的运行以减少负载同时减少功率产出，并且当风轮机所处的环境比设计环境更温和时，风轮机可以被更为积极地运行以增加功率产出同时增加负载。
[0035] 每个扇区的扇区控制策略可以由用于在部分负载区中调节风轮机功率输出的多个桨距控制策略之一定义。
[0036] 每个扇区的扇区控制策略可以由用于在全负载区中调节风轮机功率输出的多个功率控制策略之一定义。
[0037] 或者，每个扇区的扇区控制策略可以由用于在部分负载区中调节风轮机功率输出的多个桨距控制策略之一、和/或用于在全负载区中调节风轮机功率输出的多个功率控制策略之一定义。
[0038] 在一个实施例中，在每个扇区中风轮机的功率输出纯粹地由被定义用于该扇区的桨距或功率控制策略之一确定。
[0039] 所期望的风力负载可以根据以下至少一个来确定：实际测量或计算的风速的平均值，实际测量或计算的紊流的平均值，实际测量或计算的风速的极端值，实际测量或计算的紊流，以及在每个扇区内来自多个风向的风的频率。这里，频率可以大体上被包括在已经确定的风力负载中从而在控制策略中合并疲劳负载。
[0040] 根据所述方法，竖立在一个指定地点的指定风轮机的预期功率产出可以根据扇区控制策略和预期的未来风力负载来确定，预期的未来风力负载包括预期的未来风向和风力负载。预期的功率产出可以提供有价值的经济图形预报。
[0041] 第二方面，本发明提供一种风轮机控制系统，所述控制系统包括存储结构和控制结构，其中存储结构包含定义多个扇区的数据，每个所述扇区规定朝向所述风轮机的风向的范围；并且所述数据对每个扇区定义来自规定风向的预期风力负载、以及为每个扇区定义扇区控制策略，所述扇区控制策略基于所述预期风力负载和所述额定负载之间的预定比较，并且所述控制结构适合于基于当前的风向按照为当前风向对应的扇区定义的所述扇区控制策略控制风轮机。
[0042] 控制系统适合于执行在本发明第一方面中所描述的任何动作。
[0044] 本发明的实施例参考附图进一步地详细描述，其中：
[0045] 图1和2示意性地示出了来自不同扇区的不同风力负载的解析；
[0046] 图3示出了风轮机如何相对于额定功率曲线被控制；
[0047] 图4和5示出了用于桨距模式和功率模式控制策略的示意性功率曲线；
[0048] 图6示出了风轮机控制器的示意图。
具体实施方式
[0049] 根据下面的详细描述和具体实施例，本发明的进一步的适用性范围将变得清楚。但是，应当理解在对发明的优选实施例进行说明时，这些详细描述和具体实例仅通过示意的形式给出，因为本领域技术人员根据这些详细描述将会很清楚在本发明范围内的各种改变和变型。
[0050] 对于一个指定地点，图1示出了12个扇区的年平均风速的示意性风力罗盘，图2示出了12个扇区的紊流强度的示意性风力罗盘。风力罗盘是一种图形工具，它示意性地表示了在特定地点风速和风向通常是如何分布的。风的频率通过围绕风轮机的360度风向被画出。具有最长辐条的罗盘的方向示出了频率最大的风向。本例中示出了十二个扇区，每个表示围绕罗盘的30度，尽管也可以使用其他数量的扇区。
[0051] 如图1所示，在0-120度和180-300度的扇区中的平均风速可以被称为特定地点的平均风速。在120-180度扇区内平均风速高于该地点的平均风速。在300-360度扇区内的风速低于该地点的平均风速。
[0052] 如图2所示，在0-120度和180-300度的扇区中的平均紊流强度可以被称为特定地点的平均紊流强度。在120-180度扇区内平均紊流强度高于该地点的平均紊流强度。在300-360度扇区内的紊流强度低于该地点的平均紊流强度。
[0053] 年平均风速和紊流(有效和极端)强度是确定指定风轮机能以哪个模式运行的因素。
[0054] 图3示出了风轮机的功率曲线，在x轴上标识出风速，而在y轴上标识出功率。曲线5是风轮机的额定功率曲线，并且定义了作为风速函数的风轮机的功率输出。本领域所公知的是，风轮机在达到切入风速Vmin这点时开始发电。然后风轮机在部分负载(也被认为是局部负载)的条件下运行直到到达点Vr的额定风速为止。在点Vr的额定风速下达到额定(或标称)发电机机功率。普通风轮机的所述切入风速是3m/s而额定风速是18m/s。在点Vmax处是切出风速，这是风轮机能运行并发电的最高风速。当风速等于或者大于切出风速时，风轮机为了安全尤其是为了减少作用在风轮机上的负载而被停机。
[0055] 如上所述，功率曲线5是额定功率曲线。风轮机通常被设计为承受一定的负载，比如转子叶片根部襟翼弯矩、塔架基部弯矩和主轴设计负载。这些都是不应被超过的“设计或额定负载”，所以风轮机具有额定功率曲线，风轮机在该曲线上运行就不会超出所述定义的负载。
[0056] 如图3所示，风轮机被控制以便在部分负载区和全负载区能产生多于或者少于额定功率曲线的功率。“超额定”这个词被理解为在全负载运行期间产生多于额定功率的功率。“欠额定”这个词被理解为在全负载运行期间产生少于额定功率的功率。在本发明中，风轮机在部分负载区和全负载区能产生更多或者更少的功率。所以“超产”一词被用于指在部分负载区和全负载区中相比额定功率曲线功率产出的增加；“低产”一词被用于指在部分负载区和全负载区中相比额定功率曲线功率产出的减少。当风轮机超产时，风轮机相比平时更迅速地运行，发电机的功率输出高于给定风速下的额定功率。图3中的区域6表示超产。当风轮机低产时，风轮机不如平时那样迅速地运行，风轮机的功率输出低于给定风速下的额定功率。图3中的区域7表示低产。应当注意到区域6和7延伸到部分负载区和全负载区。当风轮机超产时作用在风轮机上的负载增加，当风轮机低产时作用在风轮机上的负载减少。
[0057] 对于围绕风轮机的每个扇区而言，风轮机具有确定风轮机输出功率的独立控制策略。风轮机的功率输出根据当前的风速和该风轮机朝向的扇区来确定。所以，在每个扇区中确定是否风轮机应当按照额定功率曲线5产生功率、或超产或低产。对于每个扇区而言风轮机是否应当按其额定水平、超产或低产产生功率的决定在风轮机被建立时就已经编入风轮机的程序中；这是基于来自每个扇区的预期风力负载。
[0058] 有多种方式可以控制风轮机的功率输出。这可以包括：
[0059] 在部分负载和全负载运行中根据一个桨距设置点的转子叶片桨距控制；或者[0060] 根据速度设置点的转子速度控制，其能根据参考速度控制转子速度。例如，在部分负载运行中转子叶片的尖速比被计算。尖速比是叶片尖端的速度相对于进入风速的比值。在部分负载区中，风轮机所产生的功率能通过尖速比来调节，所以如果转子速度升降，输出功率也随之改变；或者
[0061] 在风轮机的转换器中根据功率设置点设置风轮机能跟随的功率参考值，以及设置转子叶片的桨距角；也就是当存在转换器时通过改变功率参考值可以动态改变功率输出。
[0062] 参考图4和5接下来的例子描述了如何利用桨距和功率控制来调节功率输出，尽管上面所提及的其他调节功率输出的方式也是可能的。
[0063] 图4示出了风轮机的功率曲线，在x轴上标识出风速，而在y轴上标识出功率。曲线10是风轮机标准桨距模式的功率曲线。
[0064] 在具有对应于曲线10的功率曲线的风轮机中，在部分负载区的功率输出和在额定功率(或全负载)区的功率输出通过使得叶片相对其纵轴线变桨来调节，就像桨距控制风轮机或者主动失速风轮机中通常所做的那样。
[0065] 如图4所示，桨距模式被用于部分负载运行以优化设计负载的利用，进而优化风轮机的功率输出。在桨距模式中在本实施例中将被改变的参数是桨距角参考值，桨距角参考值相对于轮毂设置叶片的角度。
[0066] 图4示出了除标准桨距模式10外的五个独立桨距模式11-15。桨距模式11，12和13被设计成使风轮机叶片变桨从而使得风轮机产生低于标准桨距模式10的功率(在部分负载区)。桨距模式14和15被设计成使风轮机叶片变桨从而使得风轮机产生多于标准桨距模式10的功率(在部分负载区)。通过对叶片进行变桨，叶片的空气动力攻角被改变，所以叶片产生更高或者更低的升程。当叶片被变桨使得作用在叶片上的提升力降低，功率输出相比于标准桨距模式10被减小(低产)。当叶片被变桨使得作用在叶片上的提升力增加，功率输出相比于标准桨距模式10就增加(超产)。
[0067] 所以，从图4可以看到风轮机能够按照其运行的六个桨距模式的“区”。但是，也可以选择其他数量的桨距模式，比如十个桨距模式。
[0068] 根据图5，能看到功率模式用于全负载运行，再一次优化设计负载的利用，从而优化风轮机的功率输出。在功率模式中将被改变的参数是所谓的功率参考值和rpm参考值。
[0069] 图5示出了标准功率模式30。标准功率模式30对应于风轮机的额定(标称)功率，也就是额定风速下产生的功率。功率模式31，32和33被设计成使得风轮机产生的功率小于标准功率模式30所确定的额定功率，也就是风轮机欠额定。功率模式34和35被设计为使得风轮机产生的功率大于标准功率模式30所确定的额定功率，也就是风轮机超额定。
[0070] 所以，从图5可以看到风轮机能够按照其运行的六个功率模式的“区”。但是，也可以选择其他数量的功率模式，比如十个功率模式。
[0071] 图4和5已经参照“桨距模式”和“功率模式”进行了描述。但是，也已经参照“负载运行模式”和“功率运行模式”进行了描述。这里负载运行模式是指当风轮机按照标准功率曲线10，30以下的功率曲线来运行时，也就是图3中的区域7。例如，功率曲线11，12，13，31，32，33都是负载运行模式。当风轮机按照负载运行模式来运行时，风轮机所产生的功率以及作用在风轮机上的负载与风轮机在标准功率曲线10，30下运行时相比是减小了。功率运行模式是指当风轮机按照标准功率曲线10，30以上的功率曲线来运行时，也就是图3中的区域7。例如，功率曲线14，15，34，35都是功率运行模式。当风轮机按照功率运行模式来运行时，风轮机所产生的功率以及作用在风轮机上的负载与风轮机在标准功率曲线10，30下运行时相比是增加了。所以，尽管在描述本实施例时采用了术语桨距模式和功率模式，但是本领域技术人员会意识到也可以等效地采用术语负载运行模式和功率运行模式。
[0072] 参考图1和2，当在选择哪个具体的风轮机型号应当被竖立在指定地点时，现有技术的常规方法是：每个风轮机型号被针对给定负载设计，当能应付该地点出现的负载时必须只将风轮机放在该地点，换句话说，作用在风轮机上的负载必须处于设计负载以内。根据风轮机将要承受的最大预期负载来制定风力罗盘，该最大预期负载通过风速和紊流强度的信息计算得出。然后能经受该由风力罗盘确定的最大负载的特定风轮机型号被选择。或者，当风速超过切出风速时风轮机可能在某个扇区内被有规律地停机。
[0073] 但是，在本发明的这个实施例中，一个特定的风轮机型号被设计为能经受某个最大负载——“设计负载”。对于该实施例中所给出的风轮机而言，该当地负载(在该实际地点作用于风轮机上的负载)稍微低于0-120度扇区和180-300度扇区内的设计负载。在120-180度扇区内，当地负载明显高于设计负载，在300-360度扇区内，当地负载明显低于设计负载。
[0074] 没有可用桨距模式和功率模式，在0-120度扇区和180-300度扇区内所述的风轮机可能会运行在标准模式(按照桨距模式10和功率模式30)，所以没有利用风轮机的全设计负载。在120-180度扇区内，风轮机将会被停机以致于不会超过风轮机的设计负载。当然，这会导致不必须的产出损失。
[0075] 通过本发明实施例中的可利用桨距模式和功率模式，所述风轮机可能运行在以下模式而不会超出设计负载：
[0076] 在0-120度扇区和180-300度扇区内，风轮机能以桨距模式15运行，在部分负载时负载和功率输出都增加。这是因为当地负载稍微低于风轮机的设计负载。
[0077] 在300-360度扇区内，风轮机能以桨距模式15和功率模式34运行(在部分负载和全负载时都增加负载和功率)，因为当地负载明显低于设计负载。
[0078] 在120-180度扇区内，风轮机在部分负载时能以桨距模式12运行以及在风速超过额定风速时以功率模式31运行，也就是在部分和全部负载时都减少负载和功率)，因为当地负载明显高于设计负载。
[0079] 针对环绕风轮机的每个扇区，确定扇区控制策略。扇区控制策略涉及到桨距模式之一和功率模式之一。每个扇区的扇区控制策略在风轮机投入运行之前就预先确定。为了给每个扇区选择正确的扇区控制策略，对该特定扇区内的预期风力负载和风轮机的设计负载做一个比较。风轮机的设计负载也被称为额定负载。
[0080] 桨距模式和功率模式可以被用于(i)更迅速地运行风轮机从而增加功率产出，所以当风轮机朝向具有平均当地负载的扇区时作用在风轮机上的负载比风轮机的设计负载更温和；或者(ii)当风轮机朝向具有平均当地负载的扇区时，不那么迅速地运行风轮机，该平均当地负载比风轮机的设计负载更严苛。
[0081] 所以，采用了本发明的桨距模式和功率模式的风轮机能竖立在一个地点，在该地点不能立一个一模一样的但是没有桨距模式和功率模式的风轮机。这是因为在具有高预期风力负载的扇区内风轮机低产功率，所以作用在该风轮机上的负载减小了。另外，当风轮机朝向具有低预期风力负载的扇区时风轮机能够超产。
[0082] 所以，桨距模式和功率模式的使用是有利的，不仅仅因为风轮机能竖立在那些非正常设计的地点，还因为风轮机能在更长的时间里发电，也就是不必停机。
[0083] 图6示出了风轮机控制器的示意图。转子被控制器41控制。控制器41接收来自风向监视装置42和风速测量装置43的输入信号。风向监视装置确定风轮机朝向哪个扇区，这可以通过风向的信息(因为转子常常迎向来风)或者通过测量(轮毂安装在上面)的机舱相对于(支承机舱)的风轮机塔架的转动来确定。在本实施例中风速测量装置43是风速计。
[0084] 控制器41内有数据存储装置，用于存储有关桨距模式和功率模式的数据。所述数据可以是查询表的形式。为六个桨距模式中的每一个提供查询表，该查询表包含了用于说明对于直至额定风速的风速范围叶片应当以什么角度被变桨的数据。也为六个功率模式的每一个提供查询表，该查询表包含了关于在额定风速以上如何调节风轮机功率输出的数据。
[0085] 控制器被这样预编程，使得它知道对于每个扇区该使用什么样的桨距模式和功率模式。在本实施例中给出了六个桨距模式和功率模式，但是只有桨距模式12和15以及功率模式31和34能像前面描述的那样使用。所以，对每个扇区指定一个桨距模式和一个功率模式。
[0086] 在使用中，控制器41接收关于风轮机转子朝向哪个扇区以及风速是多少的信息。如果风速低于额定风速，那么控制器41会把转子设置成以给该扇区指定的特定桨距模式运行，另外，控制器41会访问用于该桨距模式扇区的查询表，从而确定什么叶片桨距角应该作为风速函数。如果风速超过额定风速，控制器41会把风轮机设置成以给该扇区指定的特定功率模式运行。
[0087] 控制器41还可以通过风速计监视当前的风速，并根据测量到的风速应用桨距模式或功率模式。所以，例如如图6所示，功率模式31，32，33都仅仅是在预定风速以上才被实施。
[0088] 另外，控制器41能针对每个扇区的特定切入风速和特定切出风速被编程。这意味着如果给定地点在一个或者多个扇区内在低风速下具有非常高的紊流，那么所述切入风速被指定为6m/s而不是3m/s，从而避免风轮机运行在高紊流风中。类似地，如果给定地点在某个扇区内在高风速下具有非常低的紊流，那么所述切出风速被指定为例如27m/s而不是25m/s，从而利用了高风力发电产出而不用使风轮机过载。
[0089] 另外，控制器41能被编程，从而使得一天中特定时间或者一年中特定时间的控制策略可以被确定。例如，在夜间或者冬季，预期风力负载分别高于白天或者夏季，这是因为大气环境比如空气密度。所以，对于给定的扇区而言，可以对不同的时间段设置不同的控制策略。
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