[發明專利]風力渦輪機控制函數的初始化

有效

• 申請號: 201680038987.3
• 申請日: 2016-06-22
• 公開（公告）號: CN107735567B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: C·斯普魯斯
• 申請（專利權）人: 維斯塔斯風力系統集團公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D7/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 劉瑜;王英

提供了用于控制風力渦輪機的方法。該風力渦輪機是這樣的類型的渦輪機：其被操作以執行控制函數以基于一或多個渦輪機部件的疲勞壽命消耗量的度量來控制所產生的功率的量。該方法包括通過以下操作來初始化該控制函數：超馳或繞過(405)該控制函數，使得由該風力渦輪機產生的功率不基于所確定的疲勞壽命消耗量的度量而改變；在該預定時間段期間，操作(407)一個或多個疲勞壽命使用估計算法，以確定由一個或多個渦輪機部件中的每一個消耗的疲勞壽命的度量；并在經過該預定時間段之后，激活(409)該控制函數并在該控制函數中使用在該預定時間段期間確定的疲勞壽命消耗量的至少一個度量。還提供對應的風力渦輪機控制器和風力發電站控制器。

技術領域

本發明的實施例涉及用于對保護風力渦輪機免于部件的過度磨損的控制函數進行初始化的方法和控制系統。

背景技術

圖1A示出了大型常規風力渦輪機1，如現有技術中已知的，其包括塔架10和位于塔架10頂部的風力渦輪機機艙(nacelle)20。風力渦輪機轉子30包括三個風力渦輪機葉片32，每個風力渦輪機葉片具有長度L。風力渦輪機轉子30可以包括別的數量(例如一個，兩個，四個，五個或更多個)的葉片32。葉片32安裝在位于塔架底部以上高度H處的輪轂34上。輪轂34通過從機艙20的前部延伸出的低速軸(未示出)連接到機艙20。低速軸驅動齒輪箱(未示出)，該齒輪箱逐步提高轉動速度并且繼而驅動機艙20內的發電機，以便將由旋轉葉片32從風中提取的能量轉換為功率輸出。風力渦輪機葉片32限定掃掠面積A，該掃掠面積A是由旋轉葉片32劃定的圓的面積。掃掠面積決定了在給定的空氣質量中有多少被風力渦輪機1攔截，并且因此影響風力渦輪機1的功率輸出以及渦輪機1的部件在運行期間經受的力和彎曲力矩。渦輪機可以座落在岸上(如圖所示)，或離岸。在后一種情況下，塔架將連接到單樁、三腳架、格柵或其他底座結構，而底座既可以是固定的也可以是浮動的。

每個風力渦輪機具有風力渦輪機控制器，其可以位于例如塔架底部或塔架頂部。風力渦輪機控制器處理來自傳感器以及其他控制系統的輸入，并產生用于致動器的輸出信號，致動器例如變槳距致動器(pitch actuator)、發電機轉矩控制器、發電機接觸器、用于激活軸制動器的開關(switch)、偏航電機等。

圖1B示意性地示出了包括多個風力渦輪機110的常規風力發電站100的示例，每個風力渦輪機110的控制器與發電站控制器(PPC)130通信。PPC 130可以與每個渦輪機雙向通信。如粗線150所示，渦輪機將功率輸出到電網連接點140。在操作中，并且假定風力狀況允許，風力渦輪機110中的每一個風力渦輪機將輸出最大有功功率，最大有功功率至多為風力渦輪機的由制造商指定的額定功率。

圖2示出風力渦輪機的常規功率曲線55，其繪制x軸上的風速與y軸上的功率輸出相對照的關系。曲線55是風力渦輪機的正常功率曲線，并將由風力渦輪發電機輸出的功率定義為風速的函數。如本領域所公知的那樣，風力渦輪機以切入風速V_min開始發電。然后，渦輪機在局部負荷(也稱為部分負荷)狀況下運行，直到在V_R點達到額定風速。在額定風速下，達到額定(或標稱)發電機功率，并且渦輪機在滿負荷下運行。例如，典型風力渦輪機中的切入風速可以是3m/s，額定風速可以是12m/s。點V_max是切出風速，其是在輸送電力的同時風力渦輪機能夠以該風速運行的最高風速。在等于或高于切出風速的風速下，出于安全原因，特別是為了減小作用在風力渦輪機上的負荷，而將風力渦輪機關停。或者，功率輸出可以作為風速的函數而斜降到零功率。

風力渦輪機的額定功率在IEC 61400中被定義為在正常操作狀況和外部狀況下風力渦輪機被設計為要達到的最大連續電功率輸出。大型商用風力渦輪機一般是針對20至25年的壽命設計的，并被設計為在額定功率下運行，從而不會超過部件的設計載荷和疲勞壽命。