[发明专利]调整风力涡轮机功率参数的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及调整风力涡轮机的功率参数的系统和方法。具体地，本发明涉及调整风力涡轮机的功率参数的系统和方法，其中，考虑风的扰动或风速的扰动来优化地调整与风力涡轮机的功率相关的功率参数。

背景技术

传统的风力涡轮机包括风力涡轮塔、吊舱、与所述吊舱连接的毂，以及与所述毂连接的一个或多个转子叶片。冲击到一个或多个转子叶片上的运动的空气（即风）将其部分动能传递给转子叶片，从而使得与转子轴联结的转子叶片绕转动轴转动。转子轴与发电机联结，从而在转子轴转动时产生电能。发电机根据转子速度、一个或多个转子叶片的节距角以及其它操作参数输出特定的电能。此外，根据风力条件、风力涡轮机的操作条件以及外部参数，风力涡轮机会承受特定的机械负荷，这会限制风力涡轮机的寿命。已知风力涡轮机的机械负荷随着风速的增加以及例如转子速度的增加而增加。此外，风力涡轮机的机械负荷可以取决于转子叶片的节距角。

需要调整风力涡轮机功率参数的方法和系统，其允许风力涡轮机在不同操作条件下尤其是在变化的风力条件下允许。此外，需要用于风力涡轮机功率参数的方法和系统，其中可以适当地调整风力涡轮机的机械负荷以确保延长风力涡轮机的寿命。

发明内容

独立权利要求所述的主题可满足此需要。从属权利要求描述本发明有利的实施例。

根据一个实施例，提供了一种调整风力涡轮机功率参数的方法，其中，所述方法包括确定（具体包括测量、获得、计算、存储、检索、检测、感应、传输和/或验证）表示风力涡轮机的机械负荷（诸如冲击、力、机械装载、磨损）的负荷参数（代表物理量）；基于负荷参数来调整（具体包括控制、提高、降低、改变、转换和/或优化）与风力涡轮机功率（尤其是电能输出）相关的功率参数（取决于风力涡轮机功率或影响风力涡轮机功率的任何参数，诸如功率输出、风力涡轮的转子速度和/或风力涡轮机叶片的叶片节距角）。

根据一个实施例，所述方法进一步包括基于所确定的负荷参数（即扰动具体依赖所确定的负荷参数或可利用所确定的负荷参数获得或模拟扰动）估算（具体包括获得、计算、预测和/或模拟）风速的扰动（具体是风速的标准偏差除以平均风速，其中，风速的标准偏差以及平均风速被作为随时间变化的标准偏差和随时间变化的平均值），其中，调整功率参数是基于所估算的扰动进行的。

因此，调整功率参数时考虑了所估算的扰动（具体代表风速随时间的变化）。由此，可以在风力涡轮机随时间变化的条件下优化控制所述功率参数。具体地，当风的扰动增加时，可以增加作用在风力涡轮机上的机械负荷。然而，在传统系统中，涡轮功率曲线通常仅在扰动程度低的情况有保证。因此，对于增加功率输出或保持功率输出在合理水平，同时风的扰动高的情况下，需要适当地控制功率参数。

在传统系统中，风力涡轮机可以被设计为在高扰动以及功率优化设置情况下的负荷水平。

根据本发明，可以调整功率和转子叶片节距角的优化设置，从而降低机械负荷，尤其是在风的扰动高的情况下。根据一个实施例，可以根据所测量的风速直接计算扰动或者还可以根据其它信号（如转子速度）估算扰动。代替扰动，还可以使用当涡轮机负荷增加时也增加的其它特征。该其它特征可以是例如转子速度的偏差或涡轮机结构中的振动。

根据一个实施例，调整功率参数使得风力涡轮机的机械负荷保持低于阈值负荷。由此，可以确保风力涡轮机即使处于风的扰动高的情况下也不被损。具体地，可以调整功率参数，从而影响转子速度和/或风的冲击。

根据一个实施例，调整功率参数以优化风力涡轮机的功率。具体地，可以根据负荷参数和/或所估算的扰动控制风力涡轮机的功率输出（具体地从发电机输出），从而从风力涡轮机获得最大的功率。具体地，从风力涡轮机获得的功率比不考虑负荷参数和/或风的扰动的情况高。

根据一个实施例，确定负荷参数包括测量风速（具体是在风力涡轮机的一个或多个位置使用风力传感器）和/或测量风力涡轮机的转子的转子速度（具体是通过使用一个或多个速度传感器）。具体地，可以在一个或多个时间点测量风速和/或风力涡轮机的转子速度（即，根据时间进行测量）。通过风速和/或转子速度的多个测量值，可以获得风速和/或转子速度的时间进程。此外，可以计算或确定风速和/或转子速度的标准偏差和/或风速和/或转子速度的平均值（时间平均）。具体地，扰动可以被推导为风速的标准偏差与平均风速的比率。具体地，扰动可以与机械负荷成正比。因此，风力涡轮机的机械负荷越大，风速的变化越大。由此，可以用简单的方法推导出负荷参数。