[发明专利]用于操作风力涡轮机的方法

说明书

技术领域

本文所述主题大体上涉及用于操作风力涡轮机的方法和系统，并且更特别地，涉及用于在额定功率以下操作风力涡轮机的方法和系统。本主题还涉及用于操作风力涡轮机的控制器和风力涡轮机。

背景技术

一般而言，风力涡轮机包括具有转子的涡轮，该转子包括具有多个叶片的可旋转毂组件。叶片将风能转化为机械旋转扭矩，其经由转子驱动一个或更多发电机。发电机有时但并非总是通过齿轮箱旋转联接到转子。齿轮箱增加发电机转子固有低的旋转速度以将旋转机械能高效地转换为电能，电能经由至少一个电连接馈送到公用电网中。还存在无齿轮直接驱动风力涡轮机。转子、发电机、齿轮箱以及其它构件通常安装在外壳或机舱内，其定位在可为桁架或管状塔架的基座的顶部上。

一些风力涡轮机配置包括双馈感应发电机(DFIG)。这种配置还可包括功率转换器，其用来将所产生电功率的频率转换到基本上类似于公用电网频率的频率。此外，这种转换器结合DFIG也在公用电网和发电机之间传输电功率且将发电机励磁功率从到公用电网连接的连接中的一个传输到风力发电机转子。备选地，一些风力涡轮机配置包括但不限于备选类型的感应发电机、永磁体(PM)同步发电机和电励磁同步发电机以及开关磁阻发电机。这些备选配置还可包括功率转换器，其用于如上所述转换频率且在公用电网和发电机之间传输电功率。

已知的风力涡轮机具有多个机械和电气构件。每个电气和/或机械构件可具有相比其它构件独立或不同的操作限制，例如电流、电压、功率和/或温度极限。此外，已知的风力涡轮机通常以预先限定的额度功率极限来设计和/或组装。

风力涡轮机仅能提取与风相关联的某一百分比的功率，多达59%的所谓的最大“贝兹极限”。该分数被描述为功率系数。功率系数的值是具体风力涡轮机的形式、风速、旋转速度和桨距(pitch)的函数。假设所有其它操作变量为常数，则当旋转速度变化时，该系数在固定风速下仅具有一个最大值点。因此，已知将涡轮转子的旋转速度调整至本文中称为“最佳旋转速度”的该最大值，以便从风中提取出最大可能功率。

功率系数的特性通常以梢速比λ来表述，其被限定为：

其中，v_p为一个或更多涡轮叶片的梢速(tip-speed)，R为涡轮转子半径，Ω为旋转涡轮角速度，且v为风速。

在图3中，功率系数C_P被绘制为示例性风力涡轮机的梢速比λ的函数。如从该曲线图显而易见的，功率系数为梢速比的函数，并且其仅具有一个最大值。因此，已知的风力涡轮机在与图3中称为λ_max的梢速比对应的旋转速度下操作。由此，有可能从风中提取与理论上可能一样多的能量。

在现代风力涡轮机中，能量输出上的小改进可导致涡轮投资回报的实质增加。因此，不断地期望进一步增加风力涡轮机的年产能量(AEP)。本公开的发明人已发现一种实现这的方法，当涡轮机在额定功率以下操作时，该方法特别适用。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于操作风力涡轮机的方法。该风力涡轮机包括适于在最佳速度下旋转的转子。该方法包括：确定湍流参数；以及，在相比最佳速度增加一速度偏差量的速度下操作风力涡轮机。速度偏差量依赖于湍流参数。

在另一方面，提供了一种用于操作风力涡轮机的方法。该风力涡轮机包括适于以最佳速度旋转的可旋转转子。该方法包括：测量湍流强度；将转子的速度设定至与最佳速度和速度偏差量之和对应的速度；以及，在所述设定速度下操作风力涡轮机。速度偏差量依赖于湍流强度。

在又一方面，提供了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括转子，转子包括至少一个转子叶片。该转子适合于在最佳速度下旋转。风力涡轮机还包括用于控制风力涡轮机的控制器。控制器被配置成用于部分或完全地实行本文所述的方法。特别地，控制器可被配置成用于确定湍流参数；以及在相比转子的最佳速度增加一速度偏差量的速度下操作风力涡轮机。速度偏差量依赖于湍流参数。

根据从属权利要求、描述和附图，本发明的另外的方面、优点和特征是显而易见的。

附图说明

在说明书的其余部分中，包括参考附图，更特定地描述了本发明的全面且能够实现的公开内容，包括对于本领域普通技术人员而言的其最佳模式，在附图中：

图1是示例性风力涡轮机的一部分的透视图。