[发明专利]包括风力涡轮机和空中风能系统的风电场

说明书

一种风电场，该风电场具有风力涡轮机和空中风能系统，其中，针对空中风能系统中的至少一个空中风能系统限定第一区域和第二区域，使得该空中风能系统的一部分与风力涡轮机中的一个风力涡轮机的一部分之间的碰撞风险在该空中风能系统的空中单元处于第二区域时比处于第一区域时更高，并且根据空中单元相对于所限定的区域的位置，将不同控制参数应用至对风力涡轮机和空中风能系统中的至少一者的控制。

技术领域

本发明涉及一种运行风电场(wind park)的方法，该风电场包括至少一个风力涡轮机和至少一个空中风能系统(airborne wind energy system)。

该风力涡轮机包括塔、安装在塔上的至少一个机舱以及联接至各个机舱的转子。该转子可绕旋转轴线旋转，以产生用于电网的电能。该空中风能系统包括空中单元、基部以及将空中单元连接至基部的线缆。

背景技术

现代风力涡轮机用于产生用于电网的电能。为此，联接至转子的一组风力涡轮机叶片被引导向迎面而来的风，并且通过风力涡轮机叶片提取风的能量，使风力涡轮机叶片旋转并由此将风的能量转换成机械能。将转子连接至发电机，并在其中将旋转转子的机械能转换成电能。将电能经由合适的组件供应给电网。转子到发电机的连接可以是直接连接，即，转子以发电机的转子部分的速度旋转，或者经由齿轮装置使其间的速度发生改变。

风力涡轮机的电力生产取决于风力涡轮机场所的风力条件，包括风速。在风速低于指定最小风速(有时称为切入风速)时，风力涡轮机不产生电能。在切入风速与标称风速之间的风速下，风力涡轮机生产的电力随着风速的增加而逐渐增加，直到在标称风速达到标称电力生产为止。在风速高于标称风速时，风力涡轮机的电力生产被限制到标称电力生产。然而，在风速高于最大风速(有时称为切出风速)时，为了防止损坏风力涡轮机，使风力涡轮机停止运行或者以降低的电力生产来运行。

包括上述控制步骤的电力生产是通过一组控制参数来进行控制的，该组控制参数包括控制机舱旋转相对于塔的偏航角和叶片的俯仰角(pitch angle)的参数。

能够在比传统风力涡轮机更高的海拔处捕获风能的各种空中风能系统是众所周知的。这些系统的共同点是，系统的空中单元可以被发射到收集风能的高海拨。将收集到的能量以机械能形式或者以电能形式从空中单元传递至基站。在传递的能量为机械能形式的情况下，通常将在基站处设置发电机，以便将机械能转换成电能。在传递的能量为电能形式的情况下，空中风能系统包括由空中单元承载的空中发电机，即，该系统的被发射到高海拨的所述部分包括发电机。空中单元可以包括风筝或滑翔机。

Cherubini等人在“Airborne Wind Energy Systems:A review of thetechnologies(空中风系统：技术回顾)”，Renewable and Sustainable Energy Reviews,51(2015)1461-1476中描述了许多空中风能系统。

US 2007/0126241公开了一种包括从动部件和控制装置的用于空中发电系统的风动装置。该从动部件被构造和成形为在运行的顺风阶段期间提供来自提升和拖曳的最大力，并且在逆风阶段期间提供最小的力。从动部件具有带前缘和后缘的帆部分。控制装置在顺风运行的高力配置与逆风运行的低力配置之间改变从动部件，调整从动部件的俯仰角和方位角，并且控制后倾角(camber)。在一个实施方式中，从动部件附接至可旋转地安装在塔顶的机舱上的轴。

空中单元的电力生产和位置通过尤其是控制从动部件的上述俯仰角和方位角的控制参数集、基站与空中单元之间的线缆长度以及其它参数来进行控制。

在传统的风电场中，单个风力涡轮机在地面上具有固定位置，并且不存在碰撞的问题。在空中风能系统的风电场中，可能存在缠结的风险，但是不存在损坏风力涡轮机的昂贵转子组件的问题。