[发明专利]利用湍流预报使涡轮机过额定运转

说明书

技术领域

本发明涉及利用湍流预报来使风力涡轮机过额定运转的手段。具体地说，本发明涉及风力涡轮机的过额定控制手段，并且涉及如下方法和设备：基于预测的和当前的湍流，使风力发电厂的一个或多个风力涡轮机能够短期地过额定运转而产生电能。

背景技术

在IEC 61400中限定了：风力涡轮机的额定功率是在正常操作和外部条件下，风力涡轮机设计要达到的最大连续电功率输出。大型商用风力涡轮机通常设计有20年使用寿命，并且在使用寿命期限内将它们的额定功率输出考虑在内。

期望的是，风力涡轮机以过额定操作模式运转，这是因为这样能增加涡轮机的年发电量(AEP)。换句话说，与风力涡轮机不过额定运转的情况相比，一年能够产生更多电能。然而，如果风在涡轮机叶片上施加极限载荷(例如，由湍流风力条件引起的载荷)，则尽管风力涡轮机以过额定模式运转，但过额定运转也可能是危险的。这是因为这些极限载荷可能导致风力涡轮机被破坏。过额定运转也可能意味着涡轮机可能需要更多的维护，因而可能需要工程师在现场时将涡轮机关停。将风力涡轮机关停会加重发电厂中其余涡轮机的负担，以便满足发电厂在那时的目标功率输出，而且意味着预期的AEP增量无法实现。由于涡轮机可能处于难以到达的位置，所以维护工作也可能是困难的和昂贵的。因此，有益的是，控制各个风力涡轮机过额定运转的程度，实现满足功率输出要求和上述缺点之间的平衡。

关于决定各个风力涡轮机过额定多少，进一步考虑可能是重要的。例如，已知的控制系统使用风速计来测量涡轮机的位置处的风速，并为所要产生的过额定功率值设置上限。这是因为涡轮机在高风速期间以过额定模式运转是不安全的，同时由于风施加在涡轮机上的力较大，所以对涡轮机造成破坏的风险增大。因此，这种系统设计成限制涡轮机在风速较高期间的产能。

风力涡轮机能够例如改变叶片的桨距以降低从风中提取的功率，由此保护自身不受高风速的破坏。在极端情况下，涡轮机可以关停，以防止灾难性的破坏。然而，紧急关停程序花费时间，而且在某些情况下可能无法阻止涡轮机部件发生严重破坏。

我们认识到，期望的是，在操作条件允许时，风力涡轮机以过额定操作模式运转。可以对能够指示涡轮机可能发生破坏的参数值(尤其是由于湍流风力条件产生的极限载荷)进行监控，并且仅当出现这种条件的风险可能较低时风力涡轮机才以过额定操作模式运转。因此，如果认为风中含有很少的湍流，则涡轮机可以以过额定操作模式运转。

发明内容

本发明由独立权利要求限定，并且现在以独立权利要求为基准。有益特征记载在从属权利要求中。

本发明涉及一种风力涡轮机，所述风力涡轮机具有额定功率输出和过额定操作模式；在所述过额定操作模式期间，调节一个或多个操作参数，以控制所述风力涡轮机产生比所述额定功率更大的功率；所述风力涡轮机包括控制器，用以控制所述风力涡轮机以所述过额定模式运转的程度；其中，所述控制器能够操作以接收天气预报信息，并判断所述天气预报信息是否指示湍流操作条件；当判断结果没有指示湍流条件时，所述控制器通过调节所述操作参数中的至少一个来控制所述风力涡轮机以所述过额定操作模式操作；并且当判断结果指示湍流条件时，所述控制器通过调节所述操作参数中的至少一个来降低所述风力涡轮机以所述过额定模式运转的程度。因此，控制器可以使用天气预报信息对发生湍流操作条件的可能性做出警告，并且能够采取措施以避免对涡轮机的潜在破坏。这样，因为风力涡轮机能够在无湍流条件下过额定运转，所以允许实现年发电量的增加。当判断结果指示湍流条件时，控制器可以取消过额定运转，以避免过于激烈地运转而破坏涡轮机。

所述控制可以进行操作，从而所述风力涡轮机以所述过额定模式运转的程度降低使得所述风力涡轮机的塔体与叶片之间的间隙增大。

当判断结果指示湍流条件时，所述控制器可以进行操作，以取消所述过额定模式。

所述操作参数是风力涡轮机转子的角速度、风力涡轮机叶片的桨距、或风施加在风力涡轮机叶片上的推力中的一个或多个。

在控制这些参数时，所述控制器可以将操作参数设定点传输至所述风力涡轮机。

所述控制器可以是发电厂控制器。

在判断所述风力涡轮机以所述过额定功率操作的程度时，所述控制器还可以使用历史天气信息，这是因为这样的信息将会包含与风力涡轮机处的特定操作条件有关的趋势和信息。

在判断湍流条件时，可以将所述天气预报信息和/或历史天气信息与来自传感设备的数据相结合，以便获得与操作条件相关的更精确且更可靠的信息。