[发明专利]用于控制从风力涡轮机或风力发电厂输出的功率的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机，更具体而言，涉及风力涡轮机的操作，以控制在给定风况下从风中提取的能量的量。本发明还与包括多个风力涡轮机的风力发电厂有关。

背景技术

在为特定作业地点选择风力涡轮机时，要考虑该场地的特点，例如场地地形的复杂度和平均风况。选择的涡轮机可以在额定功率下理想地运行尽可能长的时间。不过，实际上，风速是变化的，涡轮机必须能够应对多种风速。如果风是可忽略的，在较低风速下功率输出会是零，或者低于额定功率。一旦风速增大到高于产生额定功率的所需风速，涡轮机会保护自己免受损坏，例如，通过改变叶片俯仰以降低从风中提取的能量。在极端情况下，涡轮机会停机或者偏离到风外以防止灾难性损坏。不过，急停或者偏离程序耗时，并且在一些情况下可能不能够防止对涡轮机部件造成严重损坏的发生。

我们的题为“Over-Rating Control in Wind Turbines and Wind Power Plants”的未决申请GB1016493描述了一台涡轮机，或者一组涡轮机是如何可以响应更高功率的要求而超载运行（over-rated）的。术语“超载运行”意味着从涡轮机中提取的功率处于高于额定功率的水平。可以出于多种原因使用超载运行，包括响应于电网运营商的要求，其可能需要响应电网故障而突然注入功率。超载运行以利用诸如给定时间发电的价值的经济条件也是已知的。

我们已认识到，当条件允许时希望使涡轮机超载运行。可以监测能够影响涡轮机疲劳寿命的参数（例如湍流），并且仅当对疲劳寿命的影响很可能低时使涡轮机超载运行。因此，如果认为风是一致的而几乎没有湍流，那么涡轮机可以在高于额定功率下运行。

影响到执行超载运行的一个因素是在超载运行模式下运行的涡轮机发生极端事件的风险。当涡轮机超载运行时，运行载荷非常高并且极端事件很有可能造成严重损坏。极端事件是由国际标准6.2.3部分第三版，IEC64100-1界定的。极端事件是可能很少发生（例如，一年一次或者每几年一次），但是有可能单独地对风力涡轮机或者单个涡轮机部件造成严重损坏的情况。IEC64100-1界定了几个极端事件，包括极端运行阵风、极端湍流、极端切变和极端方向变化。风力涡轮机被设计成能够经受这些极端事件，因此，在正常载荷情况下的运行被有效地过度执行（engineered）。

因此，需要能够检测极端事件并且当极端事件可能发生时，防止风力涡轮机在超载运行模式下运行。本发明旨在解决这项要求。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种风力涡轮机，包括远程感测设备，用于在远离所述风力涡轮机的位置处感测风参数；处理器，用于处理所感测的风参数，如果所述处理表明所述风参数在到达所述风力涡轮机时将超过预定值，输出干预（override）信号；以及控制器，用于控制所述风力涡轮机的输出功率，所述控制器被配置成响应于所感测的参数命令所述涡轮机，通过在大于所述涡轮机额定功率的输出功率下操作所述涡轮机来使所述涡轮机超载运行，其中所述控制器进一步被配置成从所述处理器接收干预信号，并在接收到所述干预信号时，防止或减小所述涡轮机的超载运行。

本发明的这一方面还涉及一种用于风力涡轮机的控制系统，包括远程感测设备，用于在远离所述风力涡轮机的位置处感测风参数；处理器，用于处理所感测的风参数，如果所述处理表明所述风参数在到达所述风力涡轮机时将超过预定值，输出干预信号；以及控制器，用于控制所述风力涡轮机的输出功率，所述控制器被配置成响应于所感测的参数命令所述涡轮机，通过在大于所述涡轮机额定功率的输出功率下操作所述涡轮机来使所述涡轮机超载运行，其中所述控制器进一步被配置成从所述处理器接收干预信号，并在接收到所述干预信号时，防止或减小所述涡轮机的超载运行。

本发明的这一方面还提供了一种控制风力涡轮机的方法，包括在远离所述风力涡轮机的位置处感测风参数；处理所感测的风参数，如果所述处理表明所述风参数在到达所述风力涡轮机时将超过预定值，输出干预信号；以及使用控制器控制所述风力涡轮机的输出功率，所述控制器被配置成响应于所感测的参数命令所述涡轮机，通过在大于所述涡轮机额定功率的输出功率下操作所述涡轮机来使所述涡轮机超载运行，所述控制器从所述处理器接收所述干预信号，并在接收到所述干预信号时，防止或减小所述涡轮机的超载运行。