[发明专利]风力涡轮机的控制

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机和风力发电厂的控制，具体地涉及在做控制决定时将集电电缆的温度考虑在内的控制方法和设备。

背景技术

风力涡轮机的额定功率在IEC 61400中被定义为处于正常运转和外部条件下的风力涡轮机设计要达到的最大持续电能输出功率。大型商用风力涡轮机通常被设计为20年寿命，并且它们的额定输出功率将该寿命期限考虑在内。

风力涡轮机通常作为包括多个风力涡轮机的风力发电厂的一部分运转。US-A-6,724,097公开了这种风力发电厂的操作方案。判断各个涡轮机的输出量，并且如果总输出量超过发电厂的额定输出量，则控制一个或多个涡轮机以减小一个或多个涡轮机的输出功率。这样的布局是有用的，这是因为尽管各个额定功率之和可能超过风力发电厂的额定输出量，但在任何一个时刻都不可能是全部涡轮机满负荷地运转；一些涡轮机可能被关停以便进行维护，并且一些涡轮机可能正在经历比理想风力条件差的情况。

尽管在US-A-6,724,097中采用的方法处理了避免风力发电厂过量生产的问题，但如果例如为了进行维护而将一些涡轮机关停，或者例如由于一些涡轮机处的局部风力条件不允许达到额定输出功率而使得这些涡轮机不以它们的额定功率运转，则发电厂的输出量可能达不到发电厂额定功率。因此，在经济上期望的是增大一个或多个涡轮机的输出量，以使发电厂的总输出量增大至它的额定输出量。

典型地，使用一条或多条集电电缆来输送从一个风力涡轮机或从多个风力涡轮机产生的电能，以便输出至电网。电力缆线被设计成在公开的缆线额定温度所限定的温度范围内操作，并且如果超过该缆线额定温度，则可能由于缆线导电材料周围的绝缘材料热劣化而导致缆线故障。例如，导电材料表面的常见最高允许温度为60℃、75℃和90℃。产生的热量是流经缆线芯部的电流的函数。因此，电力缆线所承载的电流典型地是受限制的，以避免缆线温度升高至设计温度以上。

结果，涡轮机典型地被控制为防止它们的输出量增大，以避免来自过量生产的电流增大可能导致一条或多条集电电缆超过它们的设计温度的风险。

发明内容

本发明旨在提供改进的方法和设备，用以控制风力涡轮机。

根据本发明的第一方面，提供一种控制涡轮机的方法，该方法包括如下步骤：生成过额定控制信号并将过额定控制信号输出至风力涡轮机，过额定控制信号设定风力涡轮机的输出功率的过额定量；使用至少一个缆线温度传感器来测量连接至风力涡轮机的至少一条集电电缆的缆线温度值；判断测得的缆线温度值是否超过温度设定点；以及如果测得的缆线温度值超过温度设定点，则修改过额定控制信号以减小过额定量。

根据本发明的第二方面，提供一种控制连接至共同节点的多个风力涡轮机的方法，多个涡轮机产生的电能被通过至少一条集电电缆从共同节点输出，该方法包括如下步骤：生成过额定控制信号并将过额定控制信号输出至多个风力涡轮机，过额定控制信号设定多个风力涡轮机的输出功率的过额定量；使用至少一个缆线温度传感器来测量用于至少一条集电电缆的缆线温度值；判断测得的缆线温度值是否超过温度设定点；以及如果测得的缆线温度值超过温度设定点，则修改多个风力涡轮机中的至少一个风力涡轮机的过额定控制信号以减小过额定量。

利用根据本发明的方法，基于实际缆线温度测量值而不是缆线温度的估计值(该估计值需要将安全性余量计算在内，可能存在误差)来修改一个风力涡轮机或多个风力涡轮机的输出功率。例如，缆线温度估计值的误差可能导致与缆线的热特性以及安装环境有关的不确定性。由于本发明不需要安全性余量，所以在保持处于缆线额定温度限制内的同时，能够使输出功率增大至超过在缆线温度估计值的情况下可能的输出功率。

修改过额定控制信号的步骤可以包括：将过额定量减小任何适当的量以降低缆线温度。在某些实施例中，修改过额定控制信号的步骤包括将过额定量减小至零。

修改过额定控制信号的步骤可以包括：与超过温度设定点的程度无关地减小过额定量。例如，修改过额定控制信号的步骤可以包括：根据预定控制体系修改过额定量。在某些实施例中，修改过额定控制信号的步骤包括：基于超过温度设定点的程度，循序渐进地减小过额定量。

至少一个缆线温度传感器可以相对于至少一条集电电缆独立地设置。例如，至少一个缆线温度传感器可以是附接在至少一条集电电缆外侧沿缆线长度的一个或多个位置的独立部件。至少一个缆线温度传感器可以与至少一条集电电缆集是一体。在某些实施例中，至少一个缆线温度传感器是分布式温度传感器并沿至少一条集电电缆的长度的相当大部分延伸。