[发明专利]风电场中风力涡轮机的控制

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机，具体涉及利用激光雷达（Lidar）来控制风电场中一个或更多个风力涡轮机的一个或更多个操作参数。

背景技术

风电场包括具有一些公共控制元件并经由公共连接点向电网输出电力的多个风力涡轮机的阵列。风力涡轮机的相对选址取决于包括位置地形和所测得的位置的风特性在内的多个因素。但是，总是考虑在内的一个因素是风力涡轮机对彼此的影响。具体地，下游涡轮机可能在由风况所决定的程度上受到上游涡轮机涡区（wake）的影响。在Ma等人的以下论文中讨论了涡区对涡轮机定位的影响，该论文的标题为“TheDynamic Modelling of Wind Farms Considering Wake Effects and its Optimal Distribution”，Tianjin University of Technology，China IEEE2009。该论文总结出根据风况，来自下游涡轮机的高达28%的输出功率可能由于上游涡轮机涡区的影响而损失。

试图将涡区的影响考虑进来在本领域示例中是已知的。转让给General Electric Company（通用电气公司）的US-A-2007/0124025和US-A-2009/0099702都描述了包括多个风力涡轮机和中央控制单元的风电场。设置在一个或更多个上游风力涡轮机上的传感器收集关于风的预报信息，该预报信息可以被传送给下游涡轮机，以使下游涡轮机在这些风况到达各个涡轮机之前能够适应于变化的风况。传感器包括诸如激光雷达等的激光/光学设备以及诸如声雷达等的超声波设备。来自这些设备以及其他传感器的信息可以被中央控制单元使用，以确定哪个上游涡轮机产生影响下游涡轮机的涡区，使得可以调节上游涡轮机，从而增加风电场的摄能。对未产生影响下游涡轮机的涡区的上游涡轮机不进行调节，并且该上游涡轮机保持在局部摄能最优的正常控制器模式下运行。然而，如果确定出来自上游涡轮机的涡区将对下游涡轮机的摄能有不利影响，则减少上游涡轮机的操作，以使得通过降低上游涡轮机的涡区影响来使来自下游涡轮机的发电最优化。

在转让给Stichting Energienoderzoek Centrum Nederland的US-A-7,357,622中采用了类似的方法，在该方法中，在确定出下游涡轮机处于上游涡轮机的涡区中的情况下，降低上游涡轮机的功率。然而，降低上游涡轮机功率的原因是保护下游涡轮机免受会对下游涡轮机组件的疲劳寿命有不利影响的涡区湍流的影响。

控制功率输出的这些方法都是使用在上游涡轮机处进行的测量，来在条件需要时减小下游涡轮机的功率输出。由于控制效果是减小风力涡轮机输出的功率，从而减小风电场输出的功率，所以这本身是不利的。

发明内容

以最广泛的形式，本发明使用在下游涡轮机处安装的激光雷达或其他设备来测量、感测或确定一个或更多个上游涡轮机的涡区，并且响应于测量结果来调节下游涡轮机的参数。

更具体地，提供了一种风电场，该风电场包括多个风力涡轮机并且包括至少一个上游涡轮机和在上风涡轮机下游的至少一个涡轮机，其中，所述下风涡轮机包括用于测量或感测所述上游涡轮机的涡区湍流并用于向控制器输出涡区指示信号的设备，所述控制器响应于所述涡区指示信号生成用于控制所述下游涡轮机的参数的信号。

本发明还提供了控制风电场中至少一个风力涡轮机的方法，被控涡轮机设置在至少一个其他上游风力涡轮机的下游，并且被控涡轮机包括用于测量或感测所述上游涡轮机的涡区的设备，所述方法包括：测量上游涡轮机的涡区湍流，响应于所测得的涡区湍流给控制器生成涡区指示信号，以及在所述控制器处，响应于所述涡区指示信号生成用于控制下游涡轮机的参数的信号。

优选地，所述设备是激光雷达。另选地或附加地，所述设备包括风力涡轮机组件上的负载确定传感器，以及用于循环地改变下游涡轮机的方位以基于感测到的负载来确定涡区位置的方位角控制器。后一种设备的优点在于：与激光雷达相比，实现起来更便宜。

在一个优选实施方式中，所述激光雷达测量多个上游涡轮机的涡区湍流。

在本发明的一个优选实施方式中，所述控制器是下游涡轮机的控制器。另选地或附加地，所述控制器控制多个下游涡轮机，并且输出用于控制多个下游涡轮机的参数的信号。