[发明专利]风力涡轮机控制方法

说明书

一种运行风力涡轮机的方法。风力涡轮机根据控制策略在运行时段内运行。在运行时段内从测量涡轮机的运行参数的传感器接收传感器信号。使用模型来基于传感器信号获得建模疲劳值。建模疲劳值提供在运行时段内施加到涡轮机的部件上的疲劳载荷的估算值。基于建模疲劳值来修改控制策略。

技术领域

本发明涉及风力涡轮机的控制，更具体地涉及基于疲劳载荷值的风力涡轮机的控制。

背景技术

当给风力涡轮机或风力发电场选址时，通常首先要测量所提议的场址的天气条件。通过这些测量，可以预测涡轮机将经受的疲劳载荷，并设计出一种在涡轮机的寿命内运行涡轮机的控制策略。所设计的控制策略可以包括诸如风力扇区运行模式的静态控制特征，其可以例如在给定扇区中将涡轮机设置为运行或在给定扇区中关闭涡轮机。可以将设计的控制策略设计为平衡涡轮机的寿命、运行支出和年发电量。然后基于针对其预定寿命(其可能在20-25年之间)的控制策略来构造和运行涡轮机。

然而，针对如此长的时段预先确定控制策略并不能在涡轮机的一般控制策略中考虑到涡轮机运行期间的实际现场条件。

正是在这种背景下设计了本发明。

发明内容

在第一方面，提供了一种运行风力涡轮机的方法，该方法包括：

根据控制策略在运行时段内运行风力涡轮机；

在所述运行时段内从测量涡轮机的运行参数的传感器接收传感器信号；

使用模型来基于所述传感器信号获得建模疲劳值，其中，所述建模疲劳值提供在所述运行时段内施加到涡轮机的部件上的疲劳载荷的估算值；以及

基于所述建模疲劳值来修改所述控制策略。

通过基于由传感器测量的实际运行测量结果对疲劳载荷进行建模，可以针对涡轮机经受的实际运行参数优化控制策略。例如，可以调节在功率曲线、推力极限方面的控制策略(可能地在风力扇区管理方案中调节这些控制策略)。

传感器可以是应变仪，但是应变仪可能很昂贵。因此，优选地，传感器不是应变仪。

可选地，所述建模疲劳值通过如下方式获得：从所述传感器信号导出统计数据，并将所述统计数据输入到所述模型中以获得所述建模疲劳值，从而获得建模疲劳值。例如，统计数据可以包括运行参数在运行时段内的平均值、最大值、最小值、标准偏差、雨流计数统计值、载荷持续时间/转数分布统计值中的一个或多个。运行参数可能会在运行时段内呈现周期性变化。导出统计数据可能比记录并使用运行参数随时间的全部变化在计算上更有效率。

在一些实施例中，所述模型可以是代理模型。代理模型可以包括响应表面，当给定传感器信号(或一组传感器信号，每个信号涉及不同的运行参数)作为输入时，该响应表面预测疲劳值。使用代理模型可以提供用于预测疲劳值的在计算上很有效率的方法。

该方法可以进一步包括使用训练数据来训练所述代理模型。使用训练数据来训练模型可以包括基于训练数据运行机器学习算法。

在一些这样的实施例中，可以使用来自气动弹性涡轮机载荷模拟的模拟训练数据来训练代理模型。气动弹性载荷模拟通常基于叶片元素动量理论(BEM)，该叶片元素动量理论对转子的空气动力学特性以及涡轮机和控制系统的结构模型进行建模。模拟的输入可以是基于湍流模型的风的湍流的表示。模拟的输出可以是涡轮机响应(例如叶片偏转、旋转速度或加速度、载荷和发电量)。先前记录的统计数据(例如来自其他涡轮机或涡轮机场的统计数据)可用作模拟的输入。模拟可以基于该输入来输出预测的疲劳值。可以使用原型涡轮机上的应变仪来验证模拟。通过使用这样的模拟，可以生成大量数据来训练代理模型，从而确保代理模型在与实际测量结果一起使用时能够准确地估算疲劳载荷。