一組風(fēng)力渦輪機(jī)的控制方法和裝置制造方法及圖紙

提供用于減小一組風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出功率的方法和系統(tǒng)。確定多個渦輪機(jī)中的每個的至少一個構(gòu)件的使用壽命的量度，且與用于構(gòu)件的使用壽命的閾值相比較。功率輸出從具有使用壽命的量度超過對應(yīng)閾值的至少一個構(gòu)件的那些渦輪機(jī)優(yōu)先減小。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制。具體地，本專利技術(shù)涉及用于減小諸如風(fēng)力發(fā)電廠的一組風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出功率的裝置和方法，在所述裝置和方法中，由成組的風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的功率以選擇性方式減小。
技術(shù)介紹
通常，商用風(fēng)力發(fā)電通過將多個單獨(dú)的風(fēng)力渦輪機(jī)一起操作為較大風(fēng)電場(WPP)的一部分而實(shí)現(xiàn)。WPP連接到傳輸網(wǎng)絡(luò)，由此WPP將功率供應(yīng)到公用電網(wǎng)。在給定周期內(nèi)由風(fēng)能提供的用電總體需求的一部分被稱為風(fēng)能普及。最近，在一些區(qū)域中的年風(fēng)能普及級別已經(jīng)達(dá)到大約25％或更多，而瞬時風(fēng)能普及已經(jīng)已知到接近60％。諸如風(fēng)能的可再生能源的增加的普及經(jīng)常被看做積極的趨勢。然而，可能存在由WPP產(chǎn)生的功率超過可接受級別的時候。最常見的，能夠從WPP傳遞到當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的電量由有限的傳輸能力或其它網(wǎng)絡(luò)約束限制。運(yùn)輸限制在新風(fēng)力能量設(shè)施的快速發(fā)展還沒有與對傳輸設(shè)施的對應(yīng)改進(jìn)匹配的一些區(qū)域中尤其普遍，這可能相對昂貴且慢于實(shí)施。而且，由一個或多個WPPs產(chǎn)生且發(fā)送到電網(wǎng)的能量可能有時超過在用于即時功率傳遞的電網(wǎng)上的需求。這例如當(dāng)需求低時會發(fā)生，諸如在晚上或夏天期間。此外，電網(wǎng)操作員可能被要求遵守在諸如傳統(tǒng)風(fēng)電場的其它發(fā)電系統(tǒng)上的最小操作級別，這可以意味著存在減小能力以適應(yīng)功用系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)能。鑒于這些考慮，功用操作員需要由WPP輸出到電網(wǎng)的功率的量從其一般級別減小并非常見。實(shí)際上，想到的是，這些縮減命令可能在未來隨著風(fēng)能普及級別增長變得更普遍。對于縮減的需求可以按多種方式規(guī)劃。在第一個示例中，WPP操作員和功用供應(yīng)員之間的自身功率購買協(xié)議可初始包括縮減條款。例如，絕對的合同性限制可布置在功用操作員將從WPP接收的總體電量上。類似的，風(fēng)能提供者可能被要求理解將在每當(dāng)系統(tǒng)條件應(yīng)該要求縮減風(fēng)能生產(chǎn)時這樣做。傳統(tǒng)上，縮減決定由系統(tǒng)操作員做出。這些決定必須將市場和其它條件考慮在內(nèi)，且必須實(shí)時實(shí)現(xiàn)。近來，這種縮減的人工方法正在越來越多地被基于市場的機(jī)構(gòu)替代，在基于市場的機(jī)構(gòu)中，WPP的操作員可在實(shí)時市場中給出報價，實(shí)時市場基于用于給定時間間隔的預(yù)測生產(chǎn)且包括縮減的意愿。在這種情況下，縮減命令可被產(chǎn)生且自動復(fù)查。除了縮減以滿足外部電網(wǎng)操作員的需要之外，還存在各種另外的示例，在所述示例中，削減一組渦輪機(jī)的總和功率輸出的需要可以由于與渦輪機(jī)的操作相關(guān)的一個或多個因素而出現(xiàn)。作為一個示例，WPP內(nèi)的單獨(dú)的渦輪機(jī)可成組為群。這種類型的裝置可例如由風(fēng)電場現(xiàn)場的具體物理特征生成。每個群內(nèi)的渦輪機(jī)通常將其輸出功率傳遞到當(dāng)?shù)毓β适占到y(tǒng)上。可包括當(dāng)?shù)刈诱镜墓β适占骼^而與公用電網(wǎng)相互連接。WPP的總體功率收集裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將依據(jù)現(xiàn)場地理位置和泥土特征等等變化。在WPP內(nèi)部的這些功率收集系統(tǒng)通過具體操作限制和約束而自身被特征化。這些通過示例包括浪涌阻抗加載限值、熱限值以及壓降限值。這些和其它類似的約束可在WPP的操作期間被監(jiān)測，且在限值被接近或超過的情況下，可產(chǎn)生對應(yīng)警告信號。因此，可主動做出決定以減小關(guān)注的渦輪機(jī)組或群的總和功率輸出。圖1是傳統(tǒng)WPP1的一個示例的簡化示意圖。風(fēng)電場包括多個風(fēng)力渦輪機(jī)2，所述多個風(fēng)力渦輪機(jī)中的每個與功率風(fēng)電場控制器(PPC)3雙向通訊。渦輪機(jī)將功率輸出到電網(wǎng)連接點(diǎn)4，如由粗線5所示。如上所述，由每個渦輪機(jī)輸出的功率的傳輸在更復(fù)雜的裝置中可涉及在渦輪機(jī)和電網(wǎng)自身之間的一個或多個點(diǎn)處的當(dāng)?shù)毓β适占到y(tǒng)。由WPP輸出到電網(wǎng)的功率簡單地是由單獨(dú)的渦輪機(jī)2中的每個產(chǎn)生的功率的總和。PPC3為了易于闡述示意性示出。PPC將包括但不限于功率設(shè)定點(diǎn)的操作命令發(fā)送到渦輪機(jī)中的每個。PPC也從渦輪機(jī)接收各種輸入，尤其與渦輪機(jī)操作參數(shù)的當(dāng)前值相關(guān)的數(shù)據(jù)、以及來自風(fēng)電場中別處的警告和其它信號。雖然未在圖中示出，但是PPC還從電網(wǎng)接收外部命令。特別的，在下游功用要求WPP調(diào)整其主動或被動功率輸出的情況下，達(dá)到這個效果的命令或指令從電網(wǎng)操作員發(fā)送到中央風(fēng)電場控制器3。當(dāng)接收到減小由WPP或WPP內(nèi)的一組渦輪機(jī)的產(chǎn)電的請求時，PPC將典型地將指令發(fā)送到各種風(fēng)力渦輪機(jī)，以降低正在產(chǎn)生的功率的量。例如，PPC可將指令發(fā)布給每個渦輪機(jī)以將輸出功率減小到例如10kW。本專利技術(shù)旨在提供用于減小一組風(fēng)力渦輪機(jī)的集合輸出功率的改進(jìn)的裝置和方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)在現(xiàn)在參考的獨(dú)立權(quán)利要求中定義。優(yōu)選特征在從屬權(quán)利要求中列出。根據(jù)本專利技術(shù)提供一種用于響應(yīng)于減小輸出功率的請求而減小一組風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出功率的方法。所述方法包括以下步驟：通過將使用壽命算法應(yīng)用到影響使用壽命的一個或多個變量的值而確定由組內(nèi)多個渦輪機(jī)中的每個的至少一個構(gòu)件的使用壽命的量度，利用渦輪機(jī)傳感器獲得這些值；提供用于使用壽命的閾值；識別所述多個渦輪機(jī)的子集，所述子集中的渦輪機(jī)具有使用壽命大于閾值的構(gòu)件；且提供用于被識別的渦輪機(jī)的功率設(shè)定點(diǎn)以減小由渦輪機(jī)中的每個產(chǎn)生的功率。本專利技術(shù)的方法適于基于組中渦輪機(jī)的構(gòu)件的使用壽命的量度，響應(yīng)于減小總體功率的請求而選擇性減小組內(nèi)特定風(fēng)力渦輪機(jī)的功率輸出。以這種方式，功率能夠被減小以用于那些具有相對高級別疲勞的一個或多個構(gòu)件的渦輪機(jī)，而用于那些具有較低級別疲勞的構(gòu)件的渦輪機(jī)的功率輸出被保持。風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)件被設(shè)計成承受有限量的損壞，超過所述有限量，風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)件的操作可能變得不可靠或不安全。這被稱為構(gòu)件的疲勞壽命。渦輪機(jī)在這個疲勞壽命被消耗之前能夠操作的時長已知為構(gòu)件壽命。通常，大型商用風(fēng)力渦輪機(jī)被設(shè)計用于大約二十年的壽命，且渦輪機(jī)被額定的最大功率輸出將會把這個目標(biāo)壽命考慮在內(nèi)。在此，術(shù)語‘疲勞’一般用于指代伴隨渦輪機(jī)或其單獨(dú)構(gòu)件部分的年齡的任何類型的磨損。因此，機(jī)械構(gòu)件的疲勞壽命可指示出那個部分被設(shè)計成經(jīng)受的材料應(yīng)力，而‘電纜的疲勞壽命’例如可指代持續(xù)電阻加熱不可避免地引發(fā)的線纜絕緣體的化學(xué)降解。類似的，如下文中可交換使用的術(shù)語‘負(fù)載’、‘操作負(fù)載’和‘疲勞負(fù)載’可指代機(jī)械和結(jié)構(gòu)性疲勞負(fù)載，諸如，彎折力矩和其它力。然而，它們也可用于指示出可影響構(gòu)件壽命的任何其它因素，諸如操作溫度。旨意將在所有情況下通過上下文變得清晰。多個影響因素能夠影響渦輪機(jī)構(gòu)件疲勞的速率，且單一風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)的多個部分中的每個將以不同地依據(jù)那些因素中的每個的速率磨損。而且，如將被理解的，風(fēng)力和其它條件不僅在時間上而且遍及一組渦輪機(jī)的地理范圍地不斷變化。這在安裝大型商用風(fēng)力渦輪機(jī)的情況下尤其如此，大型商用風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子現(xiàn)在直徑通常超過100m，且實(shí)用規(guī)模WPP能夠包括數(shù)百個單獨(dú)的渦輪機(jī)。此外，渦輪機(jī)之間的喚醒作用意味著入射到任何一個渦輪機(jī)的風(fēng)力的速度和湍流與風(fēng)電場內(nèi)其它點(diǎn)處的那些不同。因此，如果允許以最小介入控制持續(xù)操作，則將預(yù)期到WPP內(nèi)的各種渦輪機(jī)的構(gòu)件將逐漸隨著時間磨損。因此，當(dāng)接收到功率減小請求時，本專利技術(shù)的實(shí)施方式從已經(jīng)積累其疲勞壽命的最大消耗的那些渦輪機(jī)優(yōu)先減小功率產(chǎn)生。這通過下述實(shí)現(xiàn)：利用基于由風(fēng)力渦輪機(jī)部分在其操作中直到當(dāng)前時間實(shí)際經(jīng)受的負(fù)載和應(yīng)力而實(shí)時計算的使用壽命估算(LUE)。以這種方式，構(gòu)件使用壽命可通過所述一組風(fēng)力渦輪機(jī)被平衡。這可以有利的意味著一些或所有渦輪機(jī)的維護(hù)操作可協(xié)作，因此以減小維護(hù)成本。在本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方式中，LUE被表達(dá)為絕對值。例如，用于具體渦輪機(jī)構(gòu)件的LUE可表達(dá)為構(gòu)件的總疲勞本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于響應(yīng)于減小輸出功率的請求來減小一組風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出功率的方法，所述方法包括：對于多個渦輪機(jī)中的每個，通過將使用壽命算法應(yīng)用到影響使用壽命的一個或多個變量的值來確定渦輪機(jī)構(gòu)件的使用壽命的量度，所述值利用一個或多個渦輪機(jī)傳感器來獲得；提供用于使用壽命的閾值；識別所述多個渦輪機(jī)的子集，所述子集包括具有使用壽命大于閾值的構(gòu)件的渦輪機(jī)；且提供用于所述子集中的渦輪機(jī)中的每個的功率設(shè)定點(diǎn)，從而減小渦輪機(jī)的功率產(chǎn)生。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】1.一種用于響應(yīng)于減小輸出功率的請求來減小一組風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出功率的方法，所述方法包括：對于多個渦輪機(jī)中的每個，通過將使用壽命算法應(yīng)用到影響使用壽命的一個或多個變量的值來確定渦輪機(jī)構(gòu)件的使用壽命的量度，所述值利用一個或多個渦輪機(jī)傳感器來獲得；提供用于使用壽命的閾值；識別所述多個渦輪機(jī)的子集，所述子集包括具有使用壽命大于閾值的構(gòu)件的渦輪機(jī)；且提供用于所述子集中的渦輪機(jī)中的每個的功率設(shè)定點(diǎn)，從而減小渦輪機(jī)的功率產(chǎn)生。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定用于輸出功率的需求級別，且確定功率設(shè)定點(diǎn)以將功率輸出減小到需求級別。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括在提供功率設(shè)定點(diǎn)之前：接收指示出由所述一組風(fēng)力渦輪機(jī)中的一個或多個的當(dāng)前功率產(chǎn)生的信號；基于所述信號估算所述一組風(fēng)力渦輪機(jī)的當(dāng)前總輸出功率；確定估算得到的當(dāng)前總輸出功率和用于輸出功率的需求級別之間的差異；且基于所述差異確定功率設(shè)定點(diǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，還包括，在提供功率設(shè)定點(diǎn)之后以預(yù)先設(shè)定時間間隔：估算所述一組風(fēng)力渦輪機(jī)的被修訂的當(dāng)前總輸出功率；將被修訂的當(dāng)前總輸出功率與需求級別相比較；且如果估算得到的當(dāng)前總輸出功率與需求級別不同，則修訂所述一組渦輪機(jī)中的一個或多個的功率設(shè)定點(diǎn)，以調(diào)整總輸出功率。5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一所述的方法，其中：所述一組風(fēng)力渦輪機(jī)包括風(fēng)電場；減小功率的請求是來自公用電網(wǎng)的操作員的縮減命令；且用于輸出功率的需求級別通過縮減命令直接或間接指定。6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的方法，其中，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：C·斯普魯斯，K·黑爾斯，
申請(專利權(quán))人：維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司，
類型：發(fā)明
國別省市：丹麥;DK