[發(fā)明專利]通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)的可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910224974.7
• 申請(qǐng)日: 2009-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN101737257A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·埃格達(dá)爾;A·G·努德森
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號(hào): F03D7/04
• 分類號(hào): F03D7/04
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 范曉斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生電力的風(fēng)力渦輪機(jī)領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及用于估計(jì)以降低的功率設(shè)定點(diǎn)運(yùn)行的風(fēng)力渦輪機(jī)的可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量的方法及控制系統(tǒng)。此外，本發(fā)明設(shè)計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)以及用于控制上述功率估計(jì)方法的計(jì)算機(jī)程序。?

背景技術(shù)

風(fēng)能逐漸被認(rèn)識(shí)是一種用于補(bǔ)充甚至是代替其他能源(例如礦物燃料)的可行選擇。在風(fēng)能的早期發(fā)展中，將大多數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)造成以恒定速度運(yùn)行。然而，最近的趨勢(shì)是朝著使用可變速風(fēng)力渦輪機(jī)來(lái)更好的捕獲有效風(fēng)力發(fā)展。在多數(shù)情況下，可調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片俯仰角以控制可變速風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行。?

當(dāng)供到供電網(wǎng)絡(luò)的電力大于從供電網(wǎng)絡(luò)中提取的電力時(shí)，整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)的頻率將會(huì)增加。這基于連接到供電網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)力渦輪機(jī)不能將它們產(chǎn)生的所有的功率傳輸?shù)焦╇娋W(wǎng)絡(luò)的事實(shí)。因此，所產(chǎn)生電力的所產(chǎn)生交流電流(AC)的頻率將增加。典型地，不僅一臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)表現(xiàn)這種行為，而是風(fēng)力渦輪機(jī)場(chǎng)的多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)。因此，產(chǎn)生的功率大于使用者功率的功率不平衡可引起供電網(wǎng)絡(luò)的頻率的整體提高。?

為了避免這種頻率變化，已知的是以降低的功率設(shè)定點(diǎn)來(lái)運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)使得供給到供電網(wǎng)絡(luò)的電力將減小，并且可至少近似地實(shí)現(xiàn)在傳輸?shù)焦╇娋W(wǎng)絡(luò)的電力和從供電網(wǎng)絡(luò)移除的電力之間的功率平衡。為了保證穩(wěn)定的供電網(wǎng)絡(luò)，甚至法律規(guī)定要求這種降低的功率設(shè)定點(diǎn)。?

風(fēng)力渦輪機(jī)以降低的功率設(shè)定點(diǎn)運(yùn)行的原因典型地不在風(fēng)力渦輪機(jī)操作者的影響范圍內(nèi)。因此，風(fēng)力渦輪機(jī)的操作者典型地將會(huì)得到與可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量有關(guān)但跟實(shí)際發(fā)電量無(wú)關(guān)的收益。因此，對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的操作者來(lái)說非常希望能夠總是準(zhǔn)確可靠地了解其風(fēng)力渦輪機(jī)的可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量。當(dāng)然，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量極大地取決于實(shí)際風(fēng)況。?

已知的是通過測(cè)量風(fēng)速(例如風(fēng)力渦輪機(jī)外罩頂端的風(fēng)速)來(lái)估計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)的可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量，并且基于測(cè)量的風(fēng)速來(lái)計(jì)算可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量。這?個(gè)眾所周知的用于估計(jì)可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量的程序具有結(jié)果通常并不十分準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。?

因此需要促進(jìn)以降低的功率設(shè)定點(diǎn)運(yùn)行的風(fēng)力渦輪機(jī)的可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量的估計(jì)的準(zhǔn)確性。?

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題將會(huì)滿足此種需要。本發(fā)明的有益實(shí)施例通過從屬權(quán)利要求描述。?

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于估計(jì)以降低的功率設(shè)定點(diǎn)運(yùn)行的風(fēng)力渦輪機(jī)的可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量的方法。提供的方法包括：(a)確定表示風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行狀況的至少兩個(gè)參數(shù)的值；(b)將該至少兩個(gè)參數(shù)的值輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中；和(c)從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出輸出值，其中，輸出值是對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量的估計(jì)。?

本發(fā)明的第一方面是基于下列想法：通過利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可極大地降低計(jì)算以降低的功率設(shè)定點(diǎn)運(yùn)行的風(fēng)力渦輪機(jī)的可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量所必需的計(jì)算功率。換句話說，估計(jì)過程可由具有相對(duì)小的計(jì)算功率的簡(jiǎn)單處理裝置執(zhí)行。這可提供下述優(yōu)點(diǎn)：該簡(jiǎn)單處理裝置可安裝在每個(gè)由能源公司操作的風(fēng)力渦輪機(jī)上而不會(huì)增加風(fēng)力渦輪機(jī)的初始成本。特別地，該簡(jiǎn)單處理裝置可設(shè)在風(fēng)力渦輪機(jī)的控制單元內(nèi)，該裝置總用于控制對(duì)應(yīng)風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行。?

如果例如提供的電力的交流電流(AC)頻率太高，對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)使用降低的功率設(shè)定點(diǎn)可能是必要的。這種情況可能是例如風(fēng)力渦輪機(jī)供到供電網(wǎng)絡(luò)的電力大于由也連接到供電網(wǎng)絡(luò)的終端用戶消耗的電力。換句話說，如果供給到供電網(wǎng)絡(luò)的電力未使用，供電網(wǎng)絡(luò)的交流電流頻率將增加。如果至少一個(gè)連接到電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機(jī)以降低的功率設(shè)定點(diǎn)運(yùn)行以維持供到供電網(wǎng)絡(luò)的電力(a)與從供電網(wǎng)絡(luò)移除的電力(b)之間的平衡，那么這種頻率增加可避免。因此，具有要求風(fēng)力渦輪機(jī)的所有人相應(yīng)地適應(yīng)風(fēng)力渦輪機(jī)的功率設(shè)定點(diǎn)的法律規(guī)定。然而，由于功率設(shè)定點(diǎn)的降低不在風(fēng)力渦輪機(jī)的操作者的影響范圍內(nèi)的這樣的情況，因此，操作者會(huì)得到與可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量有關(guān)但跟實(shí)際發(fā)電量無(wú)關(guān)的收益。因此，對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的操作者來(lái)說非常希望能夠總是可靠地了解可能具有最佳功率設(shè)定點(diǎn)的可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量。當(dāng)然，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量極大地取決于實(shí)際風(fēng)況。?

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，三個(gè)表示風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行狀況的參數(shù)值被確定并輸入進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。因此，第一參數(shù)為風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)際發(fā)電量，第二參數(shù)為風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的葉片俯仰角，第三參數(shù)為轉(zhuǎn)子速度。這可提供以下優(yōu)點(diǎn)：基于三個(gè)輸入?yún)?shù)，即實(shí)際發(fā)電量，俯仰角和轉(zhuǎn)子速度，可保證高精度的功率估計(jì)。高精度的功率估計(jì)基于整個(gè)轉(zhuǎn)子平面，并不是簡(jiǎn)單基于用于已知功率估計(jì)程序的單一風(fēng)速測(cè)量值。?

根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為已經(jīng)在測(cè)量數(shù)據(jù)方面受過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這可提供以下優(yōu)點(diǎn)：非常可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。?