[发明专利]用于调整风力涡轮的多维操作空间的系统和方法

说明书

一种用于调整风力涡轮的多维操作空间的方法包括经由中央多维操作空间控制器来从多个修改操作空间请求器接收多个信号。多个信号中的每个包括数据结构，其具有操作空间中的多个维度的被请求设定点。方法还包括经由中央多维操作空间控制器来跟踪操作空间中的多个维度的当前设定点。而且，方法包括经由中央多维操作空间控制器来基于被请求设定点而动态地确定输出信号，输出信号包括操作空间中的多个维度的当前设定点的一个或多个改变。此外，方法包括基于输出信号而控制风力涡轮，以便提供修改多维操作空间。

技术领域

本公开大体上涉及风力涡轮，并且更具体地涉及用于调整风力涡轮的多维操作空间的系统和方法。

背景技术

风力被视为目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，并且，就此而言，风力涡轮已得到更多的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片是用于使风能转换成电能的主要元件。叶片典型地具有翼型件的横截面轮廓，以致于在操作期间，空气流过叶片，从而在叶片的侧面之间产生压力差。结果，从压力侧指向吸力侧的升力作用于叶片。升力在主转子轴上产生转矩，主转子轴连接到发电机，以便产生电力。

风力涡轮的操作空间可被看作在广义地考虑的控制系统内的设定点的标称值、计划和/或极限。因而，操作空间维度可包括但不限于标称目标叶梢速度比、转子最小电网连接速度、转子最大速度、最大功率输出、最小功率输出、速度和功率设定点、最大转子推力、推力设定点、最小或最大叶片桨距角、叶片桨距角偏移和/或其的极限、导致停机或减载(reduced)操作的暴风速度、无功功率目标和极限等等。

在早期的风力发电产业中，许多风力涡轮设计成以固定速度、固定功率水平以及固定桨距操作。控制相对简单，从而甚至在数字控制器的开发之前存在于电路中。在这样的实例中，风力涡轮可起动，在其固定操作空间内操作，并且在发生与默认空间不兼容的任何事件的情况下停机。在风力发电产业连同其它开发中的数十年里，越来越多地要求风力涡轮能够对操作功率、操作噪声水平以及其它方面进行更多的增量调整，以适应不同操作情形，而没有诸如停机的激烈措施(由此损失所有能量生产)。

类似地，风力发电产业已认识到，在某些高度理想的操作情形下，对操作空间的一些调整可沿“向上”方向，从而增加速度或功率，例如以在尤其良好的状况下从风捕获更多的能量。用以处理对操作空间的这样的调整的初始软件架构是简单的，因为所调整的维度的数量小。

专用单维削减(curtailment)处理机的开发在产业中变得普遍，例如，以响应于来自电网的削减请求而降低最大功率水平，或增大桨距角以降低功率或噪声水平。随着产业发展，操作空间的定制的更多的原因开始起作用。例如，风力涡轮可降低功率，以减少在热天气下在各种电气构件中产生的热，或当某些传感器不可用时，风力涡轮可按某种形式的安全模式操作。

多年来，这些示例持续增加(从非常少到多达几十个)，并且大体上在本文中被称为修改(modified)操作空间请求器(RMOS)。更具体地，按全粒度观察，可能存在几十个构件超温，其在系统中取得RMOS资格，例如以降低感兴趣区中的产热电力生产量。某个RMOS可能基本上起源于外部风场管理机构或系统，而其它RMOS可能起源于本地现场风场水平管理。再一些其它RMOS可能起源于在硬件、软件或中央风场服务器中实现的状况监测系统和具体风力涡轮的本地构件。可能存在与风品质(例如，高湍流或低湍流、高剪切或低剪切、日间状况或夜间状况)有关的若干RMOS。而且，假定风力涡轮设计可在不存在某些感测信息的情况下以降低的水平运行，则可能存在与变得不可用的传感器有关的多个RMOS。因此，存在噪声RMOS、电网容量RMOS以及类似物，从而容易增大总体RMOS的数量。

因此，近年来，风力涡轮控制策略已从简单的单输入单输出构造发展成更复杂的基于模型的、多变量的且现代的控制策略。更具体地，操作策略被更错综复杂地形成，以使在许多特殊状况和情形(诸如，尤其静风或湍流风、尤其高温或低温、不存在某些感测信息等等)下的能量捕获最大化。