[发明专利]风力涡轮机和风力发电站中的过额定控制

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机和风力发电站中的过额定控制（over-rating control），特别是涉及依据各种因素使发电站中的一个或多个风力涡轮机能够产生高于额定输出的功率的控制方法和装置。

背景技术

IEC61400中将风力涡轮机的额定功率定义为风力涡轮机被设计为在正常操作和外部条件下实现的最大的连续电功率输出。大型商用风力涡轮机通常被设计用于20年的寿命，且其额定功率输出考虑了该预期寿命。

风力涡轮机通常作为风力发电站的一部分进行操作，风力发电站包括多个风力涡轮机。US-A-6724097公开了这样的风力发电站的操作。确定每个涡轮机的输出，并控制一个或多个涡轮机使得如果总输出超过发电站的额定输出，就减少一个或多个涡轮机的输出功率。这样的布置是很有用的，因为各个额定功率之和可能超过风力发电站的额定输出，但在任何时候，都不可能是所有的涡轮机都操作在全容量下；一些涡轮机可能为了进行维护而停机，而一些涡轮机正经历小于理想风条件的风条件。

尽管US-A-6724097中采用的办法涉及避免风力发电站的过度生产，但如果一些涡轮机例如由于维护而停机，或例如由于涡轮机所处的局部风条件不允许实现额定的功率输出而使某些涡轮机没有工作在它们的额定功率状态下，则发电站的总输出可能就不会达到额定发电站功率。因此，从经济角度上考虑希望提升一个或多个涡轮机的输出，以将发电站的总输出增加到其额定输出。但是，这样提高输出的风险在于会损伤涡轮机。

US-A-6850821公开了一种风力涡轮机控制器，其测量应力状况作为输入，该输入允许其根据测量到的应力来控制输出功率。因此，例如，在非常紊流的风条件下，与在平均风速相同的较不紊流的条件相比，功率输出可能减少。US-A-2006/0273595公开了，基于对操作参数相对于部件设计额定值的评估，间歇地以增加的额定功率输出来操作风力发电站，以及基于该评估来间歇地增加风力涡轮机的输出功率。

发明内容

本发明的目的在于提供用于使风力涡轮机能够以超出额定的功率下进行操作的改进的方法和装置。

根据本发明，提供了一种用于风力涡轮机发电站的控制器，该发电站包括多个风力涡轮机，每个风力涡轮机都具有额定功率输出，该控制器包括过额定计算单元，过额定计算单元用于计算过额定请求信号，并将该过额定请求信号发送给两个或更多个的涡轮机，其中，该过额定请求信号表示涡轮机将要使它们的输出过额定超出它们的额定输出直到多少量。

本发明还提供了一种控制风力涡轮机发电站的方法，该发电站包括多个风力涡轮机，每个风力涡轮机都具有额定输出，该方法包括：得出过额定请求信号，该过额定请求信号表示两个或更多个的涡轮机将要使它们的输出过额定超出它们的额定输出直到多少量，并将该过额定请求信号发送给每个涡轮机。

本发明的各实施例的优点在于，在风力发电站的额定输出内，某些涡轮机或所有涡轮机可能取决于条件而操作在高于额定的功率下。这使得发电站的操作能够具有更多的灵活性来对来自电网、气象条件和其它外部变量的需求做出反应。

优选地，过额定的量是由控制器根据从发电站的额定输出减去发电站的测量输出而形成的差值信号来计算得到的设定点。这使得控制器能够计算可发送给某些或所有涡轮机的过额定信号。

优选地，对差值信号求积分，并通过应用增益进行放大，将被积分放大后的信号提供给控制器来得到过额定请求信号。

优选地，放大器所施加的增益与过额定设定点的变化对发电站输出的变化的比率成反比例，其中上述比率由多个风力涡轮机来提供。这具有的优点是，不需要使用对该比率的上限，这改进了控制器的响应时间。

优选地，放大器的增益取决于控制器和各个风力涡轮机之间的信令的延迟。这有助于避免风力涡轮机输出的不稳定性。

优选地，基于由多个涡轮机提供给控制器的各个过额定能力来针对该多个风力涡轮机中的一个或多个来计算各个的过额定请求信号。该办法提供了对基于反馈的过额定的替代，使得能够基于每个涡轮机的状态来计算用于该风力涡轮机的单个过额定。

提供给每个涡轮机的过额定信号请求可以由每个涡轮机来进行处理，以将涡轮机疲劳考虑进去。这使得涡轮机能够以反映出各个风力涡轮机状况的方式对全局的过额定指令做出反应。