[发明专利]用于生成风力涡轮机控制安排的方法和系统

说明书

提供了一种生成用于风力涡轮机的控制安排的方法，所述控制安排指示涡轮机最大功率水平如何随着时间推移而变化，所述方法包括：基于测量的风力涡轮机站点和/或操作数据，确定指示所述涡轮机或者一个或多个涡轮机部件的当前剩余疲劳寿命的值；应用优化功能，所述优化功能通过改变能量俘获与由所述涡轮机或者所述一个或多个涡轮机部件所消耗的疲劳寿命之间的折衷直至确定经优化的控制安排为止，来改变初始控制安排以确定经优化的控制安排，所述优化包括：基于所述当前剩余疲劳寿命和改变后的控制安排来估计由所述涡轮机或涡轮机部件在所述改变后的控制安排的持续时间内所消耗的未来疲劳寿命；以及根据一个或多个输入约束条件来约束所述控制安排的优化；其中，所述优化还包括改变风力涡轮机寿命的初始值，以及改变在所述安排的历程中要对一个或多个部件执行的部件更换的次数的初始值，以确定一个或多个涡轮机部件的部件更换的次数与目标最小风力涡轮机寿命的组合。

技术领域

本发明的实施例涉及用于确定用于风力涡轮机功率输出的控制安排(controlschedule)的方法和系统。

背景技术

图1A示出了现有技术中已知的大型常规的风力涡轮机1，其包括塔架10和位于塔架10顶部的风力涡轮机机舱20。风力涡轮机转子30包括三个风力涡轮机叶片32，每个风力涡轮机叶片具有长度L。风力涡轮机转子30可以包括其它数量的叶片32，诸如一个、两个、四个、五个或更多。叶片32安装在位于塔架底部上方高度H处的轮毂34上。轮毂34通过从机舱20的前部延伸的低速轴(未示出)连接到机舱20。低速轴驱动齿轮箱(未示出)，该齿轮箱加快了转动速度，并且继而驱动机舱20内的发电机，以便将由转动的叶片32从风中提取的能量转换成电功率输出。风力涡轮机叶片32限定了扫掠区域A，该扫掠区域A是由转动的叶片32划定的圆形区域。扫掠区域指示给定的空气质量中的多少被风力涡轮机1拦截，并且因此影响了风力涡轮机1的功率输出以及涡轮机1的部件在操作期间经受的力和弯曲力矩。如所示，涡轮机可以位于陆上或海上。在后面的情况下，塔架将连接到单桩三脚架格架或其它地基结构，并且该地基可以是固定的或浮动的。

例如，每个风力涡轮机具有风力涡轮机控制器，其可以位于塔架底座或塔架顶部。风力涡轮机控制器处理来自传感器和其它控制系统的输入，并生成用于诸如桨距致动器的致动器、发电机转矩控制器、发电机接触器、用于启动轴制动器的开关、偏航电机等的输出信号。

图1B示意性地示出了包括多个风力涡轮机110的常规风电厂100的示例，多个风力涡轮机110中的每一个的控制器与电厂控制器PPC 130进行通信。PPC 130可以与每个涡轮机双向通信。如粗线150所示，涡轮机将功率输出到电网连接点140。在操作中，并且假设风力条件允许时，风力涡轮机110中的每一个将输出高达由制造商指定的其额定功率的最大有功功率。

图2示出了风力涡轮机的常规功率曲线55，其在x轴上绘制风速并在y轴上绘制功率输出。曲线55是风力涡轮机的正常功率曲线，并将由风力涡轮发电机输出的功率定义为风速的函数。如本领域所公知的，风力涡轮机在切入风速V_min下开始生成功率。涡轮机然后在部分载荷(也称为局部载荷)条件下操作，直到在点V_R处达到额定风速。在额定风速下，达到额定(或标称)发电机功率，并且涡轮机在满载荷下操作。例如，典型风力涡轮机中的切入风速可以是3m/s，并且额定风速可以是12m/s。点V_max是切出风速，其是风力涡轮机在输送功率的同时可以操作的最高风速。在等于或高于切出风速的风速下，出于安全原因，特别是为了减小作用在风力涡轮机上的载荷，关闭风力涡轮机。替代地，功率输出可以作为风速的函数逐渐下降到零功率。

风力涡轮机的额定功率在IEC 61400中被定义为风力涡轮机被设计要在正常操作和外部条件下实现的最大连续电功率输出。大型商业风力涡轮机通常被设计为20到25年的寿命，并且被设计为在额定功率下操作，使得不超过部件的设计载荷和疲劳寿命。