[发明专利]用于控制风力涡轮机的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制风力涡轮机的方法和装置，以便增加功率产生效率。

背景技术

常规上，可利用固定或恒定的目标旋转速度（也被称作参考旋转速度或旋转速度设定值）和固定目标功率（也被称作参考功率或功率设定值）操作风力涡轮机。在这些常规系统中，涡轮机控制器可能计划在高风速下保持此固定目标旋转速度和固定目标功率。在此情形中，风速应该足够高，以便在这些目标值下操作，否则速度和/或功率会降低。将损坏机械结构或电气部件的最大旋转速度和最大功率可以大于目标旋转速度和目标功率。

文献EP 2 128 437 A2公开了一种用于增加风力涡轮机中的能量捕获的方法，其中，响应于操作参数确定大于初始旋转速度设定值的经调整的旋转速度设定值，所述操作参数可包括标准化环境条件，诸如平均风速、湍流强度或空气密度，并且操作参数可包括发电机速度、功率输出、湍流强度、风切变、环境温度和空气压力的结合、空气密度、部件温度、发电机扭矩、发电机转子和定子中的电流、发电机转子和定子中的电压、功率因数、功率最大振动、传动系统振动、偏航位置及其组合。

已经注意到，常规的风力涡轮机、风力涡轮机控制器及控制方法并非在每种情况下都能操作风力涡轮机以便提供令人满意的功率产出。

本发明要解决的技术问题可被看作是提供用于控制风力涡轮机的方法和装置，其中，可提高风力涡轮机的能量输出，同时保持安全的操作并避免损坏或过度加载风力涡轮机的部件。

发明内容

该技术问题由本申请所采用的技术方案解决。优选方案具体说明本发明的有利实施例。

具体地，本发明的实施例确保风力涡轮机在设计规格内运作，但容许调整风力涡轮机的目标设定值（诸如目标旋转速度和/或目标功率输出），从而实现最大功率/载荷/噪声关系。具体地，本发明的实施例所满足的设计规格可包括载荷要求、温度要求、噪声要求、功率要求等。具体地，本发明的实施例可考虑不太保守地改变各个系统部件的操作条件和不同的要求。

由此，具体地，为了最大化涡轮机的效率，本发明的发明人已经发现，常规系统的约束可能过于保守，并且根据本发明的方法和装置采用经适应性修改的约束来操作风力涡轮机。本发明的发明人发现，在目标旋转速度和/或目标功率固定的常规系统中，这些目标值很可能过于保守，因为其必须考虑到在最坏情况下的风速、湍流、风切变、环境温度等。

本发明提供一种用于控制风力涡轮机的方法和装置，其中，相对于常规保守的旋转速度参考值来说增大旋转速度参考值。

根据本发明的实施例，提供一种控制风力涡轮机的方法，风力涡轮机具有与至少一个转子叶片连接的转子，所述方法包括：根据第一旋转速度参考值操作转子；以及当转子的实际旋转速度的波动降低到波动阈值以下时和/或当转子叶片的叶片桨距角增加到叶片桨距角阈值以上（即从较小的叶片桨距角改变至较大的叶片桨距角）时，根据大于第一旋转速度参考值的第二旋转速度参考值操作转子。

风力涡轮机可包括风力涡轮机塔以及被安装在风力涡轮机塔之上的机舱，其中，与一个或多个转子叶片连接的转子轴可被支撑在机舱内。可输出具有可变频率的功率流的发电机可机械地连接到旋转轴。此外，风力涡轮机可包括换流器，诸如AC-DC-AC换流器，其可将从发电机输出的可变频功率流转化为直流功率流，并将直流功率流转化为固定频率（诸如40Hz或60Hz）功率流，其之后可以具体地经由一个或多个变压器被供应到可向多种消费者供应电能的公共电网。

控制风力涡轮机可例如包括：控制执行器，执行器被布置并适于调整与旋转轴连接的一个或多个转子叶片的转子叶片桨距角。调整转子叶片的桨距角可影响转子叶片的功率系数，即，从风中提取的能量的比率。

具体地，功率系数可被描述为（例如针对经考虑的固定风速和固定旋转速度）功率系数和叶片桨距角之间的关系。具体地，功率系数可被定义为从可用风能中增加的功率比率，由此指示风力涡轮机转子的效率。功率系数Cp可以是可被表达为依赖转子叶片桨距角和尖端速度比率的比率。叶片桨距角可以是叶片翼弦线和转子旋转平面之间的角。尖端速度比率可被定义为转子尖端速度除以风速的比率（转子速度*转子半径/风速）。具体地，小桨距角相比大桨距角来说，功率系数可能较大。具体地，通过减小叶片桨距角，已经调整桨距角的转子叶片可从吹来的风中提取更多能量。

此外，控制风力涡轮机还可额外地或替代性地包括：通过提供特定的功率参考值来控制风力涡轮机的换流器，从而使得风力涡轮机输出预定功率。