[发明专利]用于控制风力涡轮机的系统和方法

说明书

技术领域

本文描述的主题大体涉及控制风力涡轮机的操作，并且更具体而言，涉及至少部分地基于来自上风向测量装置的上风向测量值来控制风力涡轮机的操作。

背景技术

风力涡轮机发电机利用风能来产生电功率。风力涡轮机发电机典型地包括具有多个叶片的转子，叶片将风能转化成驱动轴的旋转运动，驱动轴继而用来驱动发电机来产生电功率。多个叶片中的各个可变桨，以增加或降低转子的转速。使叶片变桨指的是使叶片旋转，以改变风对叶片的攻角。朝向顺桨变桨或使桨距顺桨指的是使叶片旋转，从而使得叶片表面沿着风速的方向对准(即减小攻角)。使叶片朝向顺桨变桨减小了叶片捕获到的风能。典型地，叶片逐渐朝向顺桨变桨，以抵消增大的风速，以便保持基本恒定的发电机速度。

例如风速、风湍流强度和风向等的大气条件的变化可显著地影响风力涡轮机发电机产生的功率。风力涡轮机发电机的功率输出随着风速而增大，直到风速达到涡轮机的额定风速为止。在额定风速处以及在额定风速以上，风力涡轮机发电机以额定功率操作。额定功率是风力涡轮机发电机可在该功率处以预定为可接受的涡轮机构件的疲劳水平操作的输出功率。在高于某个速度的风速处，或在超过预定幅度(典型地称为“停机极限”或“监测设定点极限”)的风湍流水平处，风力涡轮机可停止运转，或者可通过调节叶片的桨距或使转子制动来降低负载，以便保护风力涡轮机构件不受损害。典型地在风力涡轮机的设计阶段期间确定静态额定功率和静态停机极限，因此它们不依赖于可能在风力涡轮机的操作期间出现的变化的风力条件。高的风湍流强度对应于变化频繁的风力条件，这些风力条件可包括频繁并且/或者强烈的阵风。阵风是风速的突然、短时的增加。

当风力条件影响风力涡轮机时，定位在风力涡轮机上的传感器会对风力条件作出反应。例如，定位在风力涡轮机上的风速传感器将在阵风撞击转子叶片的基本同时测量阵风。风力涡轮机操作调节易受阵风的测量和叶片的实际变桨之间的时滞的影响，因此，风力涡轮机操作调节典型地在阵风已经影响了风力涡轮机操作之后的时间执行。结果，阵风可导致转子速度和/或输出功率在风力涡轮机操作调节完成之前超过停机极限，从而导致风力涡轮机停止运转。

风力涡轮机的系统控制器可使用风力涡轮机的上风向的风力条件的测量值来确定风力涡轮机操作命令。可在风力涡轮机的上风向测量风速的变化，并且一旦风到达风力涡轮机，就可调节叶片的桨距，以补偿风速的变化。但是，因为由快速构件调节导致的叶片桨距的震荡的原因，风力涡轮机性能可在高的风湍流之时降低。另外，转子叶片和风的互相作用在转子上产生的转矩和发电机转矩之间的平衡有利于风力涡轮机的稳定的操作。叶片桨距调节可导致风在转子上引起的转矩和发电机转矩之间的失衡。

发明内容

在一方面，提供了一种用于控制风力涡轮机的操作的方法。该风力涡轮机包括具有多个转子叶片的转子和上风向风力条件测量装置。该方法包括使用上风向风力条件测量装置来测量转子的上风向的风力条件，以及对处理器提供测得的风力条件。该方法还包括至少部分地基于测得的风力条件来确定控制算法参数，该控制算法参数控制风力涡轮机响应带宽、风力涡轮机响应速度和风力涡轮机控制误差范围中的至少一个。该方法还包括至少部分地基于控制算法参数来确定风力涡轮机操作命令，以及对风力涡轮机的操作应用该风力涡轮机操作命令。

在另一方面，提供了一种用于有利于风力涡轮机的操作的方法。该风力涡轮机包括系统控制器和上风向风力条件测量装置。该方法包括将上风向风力条件测量装置构造成以便对系统控制器提供至少一个上风向风力条件测量值。该方法还包括将系统控制器构造成以便接收至少一个上风向风力条件测量值，以及至少部分地基于上风向风力条件测量值来确定控制算法参数，该控制算法参数控制风力涡轮机响应带宽、风力涡轮机响应速度和风力涡轮机控制误差范围中的至少一个。该方法还包括将系统控制器构造成以便至少部分地基于控制算法参数来确定风力涡轮机操作命令，以及对风力涡轮机的操作应用该风力涡轮机操作命令。