[发明专利]用于优化风力涡轮之间的尾流交互作用的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及布置成风电场的大型风力涡轮组的操作和控制。

背景技术

风力涡轮通常具有测量系统和控制系统，以便能够使其对改变的风力状况做出独立反应。这些系统设计成使能量捕获最大化，并且同时将疲劳和极限负荷的影响降到最低。这些控制系统的效率受到传感器技术局限的限制。在这个方面，特定的风力涡轮本身具有的测量系统和检测器必须以反应模式操作，从而对风力涡轮处已存在的状况做出反应。以沿着风力涡轮的风流方向在上游检测到的风力状况的形式传输数据，允许相应的风力涡轮预见各种状况，并且主动地而并非被动地调节转子角速度、叶片俯仰(pitch)等。

上游涡轮产生尾流，该尾流以速度降低且湍流增大的区域为特征。在下游操作的任何风力涡轮在尾流状况下将经历比根据周围风速的状况所做出的预期更高的疲劳负载和更低的功率捕获。

目前，涡轮进行操作以设定叶片俯仰角和转子角速度，使得局部的能量捕获最大化，而无需考虑风电场的总能量捕获。因此，希望提供一种将上游涡轮对下游涡轮造成的尾流效应降到最低并且同时最大化风电场的总能量捕获的系统和方法。

如上所述，涡轮尾流中的速度相对于上游风速而降低。因此，下游涡轮产生的能量比上游涡轮少。速度的缺失与上游涡轮上的轴向推力(其也可由涡轮的推力系数来表示)和其他参数(例如，周围风的湍流强度和涡轮间距等)有关。通过改变控制器参数来更改涡轮转子的角速度和叶片的俯仰角，可调节轴向推力。这导致了推力系数和功率系数两者的改变。通常，在无尾流的情况下，风力涡轮在最大功率系数点运行(直到涡轮达到额定功率)。对于在处于尾流状况下的数个涡轮之间的最优能量捕获，由转子的空气动力学约束的这些系数的组合在风电场能源产生方面是最优的。本发明是一种用于检测尾流状况并且然后命令上游涡轮将转子角速度和叶片俯仰角的控制修改成推力与功率系数的最优组合的单元。

发明内容

简要地，本发明的一个方面是关于风力发电站的控制系统，其包括：至少一个上游涡轮；至少一个下游涡轮；和中央处理及控制单元，其操作地联接至上游涡轮和下游涡轮。中央处理及控制单元对从至少一个上游涡轮接收的数据进行处理，以确定至少一个下游涡轮的尾流状况，并且如果存在尾流状况，则选择性地调节控制信号并将控制信号传输到至少一个上游涡轮以增大风力发电站的能量捕获。

本发明的另一方面是关于一种控制风力发电站的方法，该风力发电站包括：至少一个上游涡轮；至少一个下游涡轮；和中央处理及控制单元，其操作地联接至用于每个上游涡轮和下游涡轮的局部控制器；所述方法包括如下步骤：

从至少一个上游涡轮接收数据以确定至少一个下游涡轮的尾流状况；以及

选择性地调节传输至至少一个上游涡轮的控制信号以增大风力发电站的能量捕获。

本发明的另一方面是关于一种控制风力发电站的方法，该风力发电站包括：至少一个上游涡轮；至少一个下游涡轮；和中央处理及控制单元，其操作地联接至用于每一个上游涡轮和下游涡轮的局部控制器；所述方法包括如下步骤：

从至少一个涡轮接收数据；

确定至少一个下游涡轮的尾流状况；以及

如果存在尾流状况，则确定用于至少一个上游涡轮的输入设置以增大风力发电站中的能量捕获。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明时，可更好地理解本发明的这些和其他的特征、方面和优点；在所有视图中，相似的字符表示相似的部件；在附图中：

图1是风电场的示意图，其显示尾流的交互作用；

图2是风电场的一部分的示意图，其显示尾流湍流；

图3是根据本发明实施例的风电场控制和涡轮协调系统的示意图；

图4是显示根据本发明方法的尾流交互作用算法的流程图；及

图5是显示根据本发明方法的用于确定和调节涡轮设置的控制算法的流程图。

零件清单

10.风电场

12.风力涡轮

14.风力涡轮

16.匀速廓线

18.风速廓线

20.风速廓线

22.周线(contour)

24.速度廓线

26.速度廓线

28.速度廓线

30.周线

32.控制器

34.中央控制单元

具体实施方式