[发明专利]极端负荷控制

说明书

一种用于计算对于操作于非标准操作状况的风力涡轮机的最大安全过额定功率需求的方法，所述方法包括以下步骤：确定指示在标准操作状况下的操作期间超过极限设计负荷的风险的值；以及确立与所述涡轮机在所述非标准操作状况下可以产生而不会相对于在所述标准状况下的操作引起增大的超过所述极限设计负荷的风险的最大功率相对应的最大过额定功率需求。还提出了一种对风力涡轮机进行过额定的方法、一种风力涡轮机控制器、一种风力涡轮机以及一种风力发电厂。

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机的控制方法和系统。特别是，本发明提供了用于控制涡轮机在过额定操作期间经历的极端负荷的方法和系统。

背景技术

图1A示例了大的常规风力涡轮机1，如本领域所知的，其包括塔10和位于塔10的上方的风力涡轮机机舱20。风力涡轮机转子30包括三个风力涡轮机叶片，每个风力涡轮机叶片具有长度L。风力涡轮机转子30能够包括任何其它数量的叶片30，诸如一个、两个、四个、五个或更多。叶片32安装于轮轴(hub)34上，轮轴34位于塔的基底以上的高度H处。轮轴34通过从机舱20的前部延伸的低速轴杆(shaft)(未示出)连接至机舱20。低速轴杆驱动变速箱(未示出)，变速箱提升旋转速度并且依次驱动机舱20内的发电机以将旋转叶片32从风提取的能量转换为电功率输出。风力涡轮机叶片32限定扫描区域A，其是由旋转叶片32的末端勾画的圆的区域。扫描区域规定给定气团的多少被风力涡轮机1截取，并从而影响风力涡轮机的功率输出以及操作期间风力涡轮机1的各个部件经历的力和弯矩。涡轮机可以位于陆上，如示例的，或位于海上。在后一情况下，塔将连接至单极三脚格架(lattice)或其它地基(foundation)结构，并且该地基能够是固定的或浮动的。

每个风力涡轮机具有风力涡轮机控制器，风力涡轮机控制器可以位于例如塔底部或塔顶部。风力涡轮机控制器处理来自传感器和其它控制系统的输入，并且生成输出信号用于诸如桨距(pitch)致动器的致动器、用于发电机扭矩控制、用于发电机接触器、用于开关，该开关用于启用轴杆制动器、偏航发动机等。

图1B是示范性常规风力发电厂(WPP)100的示意性示例，其包括多个独立的风力涡轮机110。每个涡轮机向电网连接点140输出功率，如由粗线150示例的，并且包括与图1B中示为130的发电厂控制器(或PPC)双向通信的控制器(未示出)。

为便于示例，将PPC 130示意性地示于图1B中。PPC向每个涡轮机发送操作命令，包括但不限于功率设定点。PPC还接收来自涡轮机的各个输入，特别是与涡轮机操作参数的当前值有关的数据，以及接收来自发电厂的其它地方的警报和其它信号。

虽然图1B中未示出，但是PPC还可以接收来自电网的与对功率的瞬时需求有关的外部命令。具体地，在下游公用事业需要WPP调整其有功或无功功率输出时，从电网操作员向中央发电厂控制器130发送实现该效果的命令或指令，中央发电厂控制器130然后相应地进行对涡轮机110中的一个或更多涡轮机的操作的调整。

图2示出了常规风力涡轮机在正常操作下的示意性功率曲线55。如本领域技术人员所知的，功率输出(在图2的图示的y轴上示出)可以理解为风速(在图2中的x轴上示出)的函数。更详细地，根据正常功率曲线55，涡轮机将在切入风速V_min开始生成功率，并且将在部分的(或部分)负荷状况下以V_min与额定风速V_R之间的风速操作。额定风速表示涡轮机被设计为用以产生关联的名义(或‘额定’)发电机功率的风速。