[发明专利]用于提高恢复能量损失的发电量的风轮机控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及可变速风轮机控制方法，而且尤其涉及用于提高恢复能量损失的发电量的可变速风轮机控制方法。

背景技术

风轮机是将机械能转化为电能的设备。典型的风轮机包括安装在塔架上的机舱，该塔架容纳有用于将转子的旋转传递给发电机的传动系统和其他部件，例如定位风轮机的偏航驱动器、多个执行机构和传感器、以及制动器。转子支撑多个从其上径向延伸的叶片，用于获得风的动能并引起传动系统旋转运动。转子叶片具有空气动力学形状，以便当风吹过叶片表面时，产生升力使轴旋转，所述轴直接或通过齿轮装置连接到位于机舱内的发电机上。风轮机产生的能量多少取决于转子叶片的扫掠表面，风作用于该表面，因此通常增加叶片的长度导致风轮机输出功率增加。

根据已知的控制方法，风轮机产生的功率随着风速增加，直到达到额定的标称功率输出，然后保持恒定。这一点通过调节叶片的桨距角实现，从而为了减少功率捕获使转子叶片的桨距角变为较小的攻角及为了增加功率捕获使其变为较大的攻角。因此，当输出功率与额定功率一致时，随着风速增大，发电机速度以及输出功率可以维持相对恒定。

在大部分已知商业风轮机控制系统中，采用的功率和转子速度调节是基于如下控制器，例如对在受控变量和其带有相关限制的设置点之间产生的误差作出反应的P、PI、PD、PID控制器。

在湍流和紊流的情况下，在相对小的时间间隔可以彻底改变风速，需要相对快速改变叶片桨距角以保持输出功率恒定，考虑到桨距控制驱动器的动力学特性、机械部件的惯量和风的空间连贯性，这很难实现。结果，几乎不可能在紊流风情况下获得理论规定的发电量。

为了解决这个和其他问题，已知一些新控制系统的方案能相对于已知控制器提高其性能，例如在WO2008/046942A1中公开的方案。

本发明旨在使用已知控制器解决所述问题，以便能够在已经安装的风轮机中实现本发明。

发明内容

本发明的目的是提供由控制方法控制的风轮机，该方法实现发电优化。

本发明的另一目的是提供由控制方法控制的风轮机，该方法在已安装的风轮机上实现发电优化，而不需要改变基础的控制技术。

本发明的另一目的是提供风轮机控制方法，该方法适于优化功率曲线的部分产生区域(也称为功率曲线拐角)的发电量。

一方面，这些和其他目的可以通过提供可变速风轮机运行方法来实现，该风轮机包括用于追踪功率-发电机速度曲线的标准调节的控制装置，所述曲线具有使发电机速度保持耦合值不变的第一子额定区域、允许发电机速度和功率两者与风速一致地增加/减少的第二子额定区域、使发电机速度保持额定值不变的第三子额定区域和功率保持额定值P_n不变的额定区域，其中在用来补偿之前的能量损失的确定时间段T_b内，在比由用于优化发电的所述标准调节确定的功率更大的功率P_b下使用选择性调节。

在优选实施例中，所述选择性调节基于随能量损失变化的累计损失能量ALE的连续计算，该能量损失与根据标准调节的最大允许发电量有关，并基于所述更大功率P_b的设置和与风轮机电和/或机械限制相关的所述时间段T_b的持续时间。因此获得用于增加当前已安装风轮机的发电量的方法，而不需对风轮机进行任何机械或电或基础控制技术的改造。

在另一优选实施例中，所述更大功率P_b设为常量。因此可以获得对功率基准改变有限制的风轮机的适当方法。

在另一优选实施例中，所述更大功率P_b设为随累计损失能量ALE而定的变量。因此可以获得允许发电优化的方法。

在适用于当前已安装风轮机的优选实施例中，更大功率P_b包含在104-110％的额定功率P_n的范围内，时间段T_b包含在180-300s的范围内。

在另一优选实施例中，累计损失能量ALE的计算保持上限ALE_max和下限ALE_min，以便使用所述选择性调节将其维持在可恢复的水平。因此获得实现所述选择性调节的控制使用的方法。

在另一优选实施例中，上限ALE_max确定为时间段T_b中的最大可恢复能量。因此获得实现所述选择性调节的优化使用的方法。