[发明专利]用于生成风力涡轮机控制时间表的方法和系统

说明书

提供了一种生成用于风力涡轮机的控制时间表的方法，该控制时间表指示涡轮机最大功率水平随着时间如何变化，该方法包括：接收指示一个或多个涡轮机部件中的每一个涡轮机部件在涡轮机的剩余寿命内被更换的最大次数的输入；基于所测量的风力涡轮机场地和/或操作数据，确定指示涡轮机或者涡轮机部件中的一个或多个涡轮机部件的当前剩余疲劳寿命的值；以及改变指定涡轮机最大功率水平随着时间如何改变的初始预定义的控制时间表的参数。通过以下操作来执行改变：(ⅰ)调整初始预定义的控制时间表的参数；(ⅱ)基于改变的控制时间表并且考虑一个或多个涡轮机部件的更换，估计在改变的控制时间表的持续时间内由风力涡轮机或者一个或多个涡轮机部件消耗的未来的疲劳寿命；以及(ⅲ)重复步骤(ⅰ)和(ⅱ)，直到由风力涡轮机或者一个或多个涡轮机部件中的每一个涡轮机部件消耗的所估计的未来的疲劳寿命足以允许达到目标最小风力涡轮机寿命。

技术领域

本发明的实施例涉及用于确定针对风力涡轮机功率输出的控制时间表的方法和系统。

背景技术

图1A例示了现有技术中已知的大型常规风力涡轮机1，其包括塔架10和位于塔架10顶部的风力涡轮机机舱20。风力涡轮机转子30可以包括三个风力涡轮机叶片32，风力涡轮机叶片32均具有长度L。风力涡轮机转子30可以包括另一数量的叶片32，例如一个、两个、四个、五个或更多个。叶片32安装在位于塔架基底上方高度H处的轮毂34上。轮毂34通过从机舱20的前部延伸的低速轴(未示出)连接到机舱20。低速轴驱动齿轮箱(未示出)，该齿轮箱提高转速并且进而驱动机舱20内的发电机，以用于将由旋转叶片32从风中提取的能量转换为电功率输出。风力涡轮机叶片32限定扫掠区域A，该扫掠区域A是由旋转叶片32划定(delineated)的圆的区域。扫掠区域指示风力涡轮机1拦截的给定空气质量的多少，并且因此，影响风力涡轮机1的功率输出以及涡轮机1的部件在操作期间经历的力和弯矩。涡轮机可以立在岸上，如图所示，或离岸。在后一种情况下，塔架将连接到一个单桩、三脚架、格架或其它基础结构，并且基础可以是固定的或浮置的。

例如，每个风力涡轮机具有风力涡轮机控制器，其可以位于塔架基底或塔架顶部。风力涡轮机控制器处理来自传感器和其它控制系统的输入，并生成致动器(诸如桨距致动器、发电机转矩控制器、发电机接触器、用于启动轴制动器的开关、偏航电机等)的输出信号。

图1B示意性地示出了包括多个风力涡轮机110的常规风力发电厂100的示例，每个风力涡轮机110的控制器与发电厂控制器(PPC)130通信。PPC 130可以与每个涡轮机双向地通信。如粗线150所示，涡轮机将功率输出到电网连接点140。在操作中，并且假定风力状况允许，每个风力涡轮机110将输出最大有功功率直到由制造商指定的其额定功率。

图2例示了风力涡轮机的常规功率曲线55，其绘制x轴上的风速相对于y轴上的功率输出的关系。曲线55是风力涡轮机的正常功率曲线，并将风力涡轮发电机的功率输出定义为风速的函数。如本领域所公知的那样，风力涡轮机以切入风速V_最小开始发电。涡轮机然后在部分负载(也称为部分负载)状况下操作，直到在V_R点达到额定风速。在额定风速下，达到额定(或标称)发电机功率并且涡轮机在满负载下进行操作。例如，典型风力涡轮机中的切入风速可以是3m/s，并且额定风速可以是12m/s。V_最大点是风力涡轮机在输送功率时可以操作的最高风速的切出风速。在风速等于或高于切出风速的情况下，出于安全原因(特别是为了减小作用在风力涡轮机上的负载)，关闭风力涡轮机。替代地，功率输出可以作为到零功率的风速而斜降。

风力涡轮机的额定功率在IEC 61400中被定义为最大连续电功率输出，其中风力涡轮机被设计为在正常操作和外部状况下实现。大型商业风力涡轮机一般设计寿命为20至25年，并设计为在额定功率下操作，以便不超过部件的设计负载和疲劳寿命。