[发明专利]基于储能延长风力涡轮机轮系使用寿命的系统和方法

说明书

本发明描述了一种用于风场(10)的风场控制器和控制方法。风场包括借助于低压功率网络(22、25)连接到彼此的多个风力涡轮机(20)和储能系统(24)，所述低压功率网络继而联接到电网。控制器确定风力涡轮机变速箱或传动系的多个操作参数，并且计算变速箱或传动系健康状况量度。这可以包括变速箱寿命的测量。控制器也确定风力涡轮机发电机或共同联接点(26)的一个或多个功率特征，以确定功率失谐指标。基于功率失谐指标和所述变速箱或传动系健康状况量度，控制器以提高变速箱健康状况和寿命为基础确定用于储能系统和风力涡轮机的功率命令。

技术领域

本发明涉及基于储能系统的使用用于延长风力涡轮机轮系的使用寿命的系统和方法，因此尤其涉及用于控制多个风力涡轮机的风场控制器和控制方法。

背景技术

风力涡轮机将风力的动能转换成电能用于在输出端子处供应，并且越来越多地在家用和工业生产上使用，以及用于向国家电网供应电力。由发电公司操作的风力涡轮机典型地位于存在有利风力状况的场所，诸如，接近于海岸线或在山丘区域中的陆基涡轮机，或基于海洋的离岸风力涡轮机。因为这些场所通常在远离现存设施的位置，在这些场所的风力涡轮机的维护可能变得困难且昂贵。因此概括而言，期望在可能情况下确保风力涡轮机有效地操作，且将要求的维修和维护最小化。

图1示出示例性水平轴线风力涡轮机1。风力涡轮机1包括风力涡轮机塔架2，风力涡轮机机舱3在所述风力涡轮机塔架的顶部，转子4被安装到所述风力涡轮机机舱。风力涡轮机转子4包括支撑至少一个转子叶片6的转子轮毂5。转子4连接到机舱3的前部，并且在由入射风提供的力的影响下围绕轮毂5转动。

机舱中的主传动轴将风力涡轮机的转子连接到变速箱，所述变速箱继而驱动使发电机中的转子转动的轴杆。变速箱的作用是将风力涡轮机转子的低速但高转矩的传动轴与发电机的高速且低转矩的转子联接。在稳定状态的操作下，施加到传动轴、变速箱和转子轴的机械转矩由于发电机的电和磁激励场被转矩平衡。因为发电机的电场和磁场取决于电网的电压和频率特征，电网特征的改变影响由发电机场施加在转子上的转矩，这接下来反馈到变速箱。类似地，尤其阵风在风力转子处的风速改变引起由传动轴施加到变速箱的机械转矩变化，从而导致由于发电机场造成的转矩的不平衡。

虽然由阵风或功率系统偏离引起的任何转矩不平衡通常是短期的，但是不平衡确实存在，机械应力被施加到传动和转子发电机轴、以及变速箱。因为机械应力是累积的，所以机械应力的影响能够通过变速箱寿命的减少测量到。

因此，已经理解的是，期望提供用于减轻在变速箱处或风力转子发电机传动系中的转矩不平衡的系统和方法，并且因此延长机械构件的寿命。

发明内容

本发明在独立权利要求中定义，现在引用所述独立权利要求。有利特征在从属权利要求中列出。

在本发明的第一方面，提供了一种用于风场的风场控制系统。风场包括借助于低压功率网络连接到彼此的多个风力涡轮机和储能系统，其中，低压功率网络联接到电网且多个风力涡轮机均分别包括在风力涡轮机的转子与风力涡轮机的发电机之间连接的传动系和变速箱。风场控制系统包括：位于至少第一风力涡轮机中的一个或多个环境传感器，所述环境传感器设置成确定风力涡轮机传动系或变速箱的一个或多个环境操作参数；位于至少第一风力涡轮机中或位于低压功率网络上的一个或多个功率传感器，所述功率传感器设置成确定发电机转子角度与低压功率网络之间的功率失谐指标且向风场控制器输出所述功率失谐指标；控制器，其配置成接收所确定的所述一个或多个操作参数和所述功率失谐指标，以基于所确定的所述一个或多个操作参数而确定变速箱或传动系健康状况量度，并且基于所述功率失谐指标和所述变速箱或传动系健康状况量度而确定用于储能系统和风力涡轮机的功率命令。