[发明专利]多转子风力涡轮机功率提升策略

说明书

本发明涉及包括至少两个转子的多转子风力涡轮机的操作。每个转子具有额定容量。该方法包括：监测转子的功率输出；检测转子中的至少第一转子的功率输出在其额定容量以下；检测转子中的至少第二转子的功率输出处于其额定容量；以及控制第二转子的操作，以暂时将其功率输出增大到其额定容量以上的值。

技术领域

本发明涉及一种操作多转子风力涡轮机的方法。本发明还涉及一种多转子风力涡轮机。

背景技术

在风力涡轮机中，来自风的动能通过通常经由齿轮箱联接到发电机的转子转换成电能。功率转换器(也称为“转换器”)将发电机的输出转换为适合输送到电网的电功率。风力涡轮机的重要参数是其年度发电量(AEP)。风力涡轮机的AEP取决于一年中的风速以及发电机能够在持续的时间段内输送的最大功率输出。该最大功率输出通常称为额定功率。达到额定输出功率的风速被称为额定风速。在额定风速以下的风速下，风力涡轮机将以其最大效率操作。在额定风速以上的风速下，通常将转子速度控制在恒定参考值附近，同时将功率输出保持在额定功率水平，以避免损坏风力涡轮机的各个部件。在较高的风速下不限制上述转子速度将例如导致发电机或转换器过热。

许多现代风力涡轮机可以在功率提升模式下操作，在该模式下，暂时允许功率输出超过功率额定值。通常在风力涡轮机在额定功率以下操作并且风速回到额定速度以上时启动功率提升。在正确的情况下，功率提升可以补偿在风速在额定速度以下的时间段中“损失”的功率。在功率提升期间，可以通过调节转子桨距以提高转子的旋转速度，将涡轮机的标称功率输出增大至多5％左右。为了不损坏转子，功率提升仅在例如20-60秒的短时间段内起作用。在功率提升之后，恢复时段允许例如发电机和转换器冷却至正常操作温度。

其中描述了功率提升控制策略的各方面的两个示例性专利申请是WO 2017059862 A1和WO 2016 206698 A1。在前者中，使用模型预测控制来控制功率提升功能的使用。在后者中，使用一种用于在不影响操作安全性的情况下优化来自功率提升的功率增益的控制过程。

风力涡轮机技术的另一最新发展是建造多转子风力涡轮机，其中一个风力涡轮机塔架承载多个单独的转子。单独的转子可以设置在从风力涡轮机塔架伸出的臂的外端，但是具有或不具有中央风力涡轮机塔架的其他结构设计也是可能的。在下文中，术语“转子”将如本技术领域中通常的那样不仅用于指代转子叶片和转子轮毂的组合，而且还用于指代将风能转换为电能的全功率生产单元或系统。单转子和多转子风力涡轮机可以作为独立发电机进行操作，也可以在较大的风力涡轮机园区中操作。

发明内容

根据本发明的第一方面，该目的通过提供一种操作多转子风力涡轮机的方法来实现，所述风力涡轮机包括风力涡轮机支撑结构以及包括至少两个转子的一组风力涡轮机转子，所述转子中的至少一个位于远离所述风力涡轮机支撑结构的中心纵向轴线的位置，每个转子具有额定容量(rated capacity)。所述方法包括以下步骤：监测转子的功率输出；检测所述转子中的至少第一转子的功率输出在其额定容量以下；检测所述转子中的至少第二转子的功率输出处于其额定容量；以及控制所述第二转子的操作，以暂时将其功率输出增大到其额定容量以上的值。

在单转子风力涡轮机中，只有在风速再次回到额定速度以上之后，才能通过功率提升来补偿在风速突然下降期间损失的功率。尽管风力涡轮机的平均功率输出仍将处于额定功率输出或在额定功率输出以下，但在功率提升期间，它将在额定功率输出以上。由此在动力总成和功率电子器件上增加的机械应力和热应力可能仍然对风力涡轮机的耐久性具有(小的)有害影响，并且波动的功率输出对于连接到电网可能不是最佳的。