[发明专利]确定风力涡轮上的载荷

说明书

一种计算机相关方法，用于估算包括多个涡轮的风力发电场中的涡轮轮毂载荷，该方法包括以下步骤：提供3D气流数据库；提供涡轮载荷传递函数；测量每个涡轮的涡轮运行数据；以及使用3D气流数据库和涡轮载荷传递函数处理涡轮运行数据。这允许实时间接获得风力涡轮载荷而无需额外的涡轮仪表，从而降低此类系统的成本。

技术领域

本发明涉及风力发电场布局的设计方法。

背景技术

具有更紧凑且更精密的动力系统和更大转子的风力涡轮正被安装在风况更具挑战性的位置，这增加了因不当设计、过度载荷或非优化操作而导致涡轮部件过早失效的风险。精确估算涡轮载荷变得更加重要。可以对涡轮进行检测以测量这种载荷，但硬件成本以及随后的集成和数据分析通常非常昂贵。替代方法可以是测量一个或两个涡轮并将数据外推至风力发电场的其余部分。然而，虽然这种方法对于相对稳定的风况仍然有用，但无法捕获许多重要的瞬态风况，例如紊流、尾流效应或风切变。风力发电场CFD建模可以提供这些信息，但因计算量太大而不实用。

发明内容

所提出的方法允许使用利用风力发电场级建模和风力发电场SCADA数据开发的风荷载模型，实现更具代表性、成本效益更高且更快的涡轮载荷估算。然后，这种模型的结果可以用作涡轮级气动弹性载荷模型的输入，将涡轮经历的风况转换为动力系统载荷。得到的涡轮载荷模型可以用于在线或离线涡轮载荷计算，并且不需要永久性涡轮仪表。

本发明易于实施并且计算效率高，因为密集的CFD和气动弹性建模被3D气流数据库和离线开发的涡轮载荷传递函数所取代。

附图说明

现在将参考附图描述本发明，在附图中：

图1示出用于风力涡轮载荷估算的信息流的概要框图；

图2示出如何构建3D气流数据库150的实例；以及

图2示出涡轮载荷传递函数。

具体实施方式

在下文中，术语“风力发电场”可以指风力涡轮所在的区域，或者其中建议设置风力涡轮的区域。

现在参见图1，图中示出用于风力涡轮载荷估算的信息流的概要框图，利用涡轮载荷传递函数140从来自一个或多个涡轮的涡轮运行参数120和涡轮级风流130来确定涡轮轮毂载荷110，包括诸如叶片弯曲、扭矩、转子和弯曲力矩等载荷。

涡轮级风流130从3D风流数据库150和风力发电场级风流参数160获得。风力发电场级风流参数160包括风速、风向、紊流、环境温度和空气密度，并且从风力发电场级大气条件170获得。对于既有风力发电场，这些参数可以从例如SCADA、气象桅杆或LIDAR数据获得。例如，可以使用来自安装在风力涡轮上的风速计或其它风感测传感器的数据。对于正在开发的风力发电场，这些参数可以来自位于风力涡轮建议位置处的气象桅杆。重要的是，要注意3D风流数据库150由与风力发电场大气条件范围内风力发电场中不同位置处的一个或多个涡轮处的涡轮级风流量130相关的数据构建而成。这通常是先前获得的风力发电场大气条件。通常，3D风流数据库150是查找表。

涡轮运行参数120从涡轮运行状态180获得，典型地从SCADA数据导出。

应当理解的是，涡轮载荷传递函数140对于涡轮和风流等是特定的。