[发明专利]使用自适应参考变量操作风力涡轮机的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定风力涡轮机操作变量目标值的布局结构和方法，以及包括该布局结构的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机可通过对风力涡轮机控制器提供目标设定（也被称为设定点或参考）而被操作。

在此，所用术语“参考”或“目标设定”的含义如下：风力涡轮机控制器根据一些参考值或目标设定而操作，该参考值或目标设定可典型地为最大功率和最大旋转速度。“参考”或“目标设定”因而正是控制策略的目标（最大值）。

为了风力涡轮机控制器执行控制策略，控制器向致动器发送控制信号。这些控制信号在传统上也可被表示成参考，并且主要是“桨距参考”、“扭矩或功率参考”（以及“用于偏航系统的某一控制信号”）。下文中，我们将那些从风力涡轮机控制器发送到致动器（风力涡轮机致动器）的信号称为“控制信号”，以将这些信号与表示最大值特别是最大功率和最大旋转速度的“参考”或“目标设定”区别开来。

根据目标设定，风力涡轮机可改变其操作状态，特别是关于产生功率、旋转速度、扭矩、生成的电功率的电压等的操作状态。

传统上，风力涡轮机已使用固定目标旋转速度和固定目标功率操作。传统的涡轮机控制器旨在以高风速保持该速度和功率（必须有足够的风，以便对这些目标操作，否则速度和/或功率将较低）。通常，典型地选择最大速度和功率，从而减小结构负载并且不使电气部件过载。

由于目标速度和目标功率（也表示为速度和功率设定点或者速度和功率参考）是固定的，因而它们非常可能过于稳健，这是因为它们必须考虑最坏情况的风速、湍流、风切变、环境温度等。因而，实际上，风力涡轮机可在不损害风力涡轮机的情况下在高于固定参考条件下操作。

在传统系统中，风力涡轮机可通过向风力涡轮机控制器提供固定的目标旋转速度和固定的目标功率而操作。因此，已观测到，涡轮机的效率不能令人满意，和/或涡轮机未被充分利用（设计能力未充分开发），特别是在温和（理想）条件下。

可能需要一种布局结构和方法来确定风力涡轮机的操作变量的目标值，然后操作变量的该目标值可用于控制风力涡轮机，以便改进风力涡轮机的效率，特别是关于产生功率的效率。进一步地，可使用操作变量的目标值，以便减少风力涡轮机的噪声排放并减少风力涡轮机部件的机械和/或电气负载，与此同时，风力涡轮机的产生功率被最大化。

发明内容

该需求可通过各独立权利要求的主题来实现。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于确定（特别地包括计算、推算、推导、估计和/或输出）风力涡轮机的操作变量（操作变量特别地包括限定或设定风力涡轮机操作状态的变量，例如功率和/或扭矩和/或转子速度和/或发电机速度）的目标值（特别地包括功率设定点或目标值、扭矩设定点或目标值和/或速度设定点或目标值，其中设定点可限定各个操作变量的最大值，其中风力涡轮机应被操作为不超过这些最大值）的布局结构（特别地包括电子电路、计算机程序和/或存储计算机程序的数据载体）。因此，该布局结构包括：至少一个输入端子（特别地为电气和/或光学输入端子），用于接收所述风力涡轮机的至少一个操作参数（或多个操作参数，所述操作参数限定或表示所述风力涡轮机的实际操作状态）；以及确定单元（特别地包括电子电路和/或计算机程序产品，特别地包括在风力涡轮机控制器中），以基于所述操作参数确定（特别地包括计算、推算、估计、利用模型化进行确定）所述风力涡轮机的操作变量（可设定所述风力涡轮机预期操作状态的变量）的目标值（也称为设定点，是预期的最大值，所述风力涡轮机在该设定点处可以在不损害风力涡轮机的情况下被操作，从而使得所述目标值在所述风力涡轮机的操作期间不会被取代）。

特别地，当操作参数变化时，风力涡轮机的操作变量的目标值可由确定单元进行确定以变化。特别地，因而，风力涡轮机的操作变量的目标不是固定的预定值，而是可根据风力涡轮机操作所在的操作实际条件而改变。因此，风力涡轮机的效率可被改进，特别是关于产生功率的效率，与此同时，可满足局部要求，例如噪声要求、电压要求或其他电气要求。特别地，操作变量的目标值可高于根据现有技术的固定目标值。