[发明专利]用于协同控制风电场的风力涡轮机的方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于协同控制风电场的风力涡轮机（10、20）的方法，其中，风电场包括至少一对涡轮机（10、20），所述至少一对涡轮机沿着大致平行于当前风向的公共轴线对齐并且包括上游涡轮机（10）和下游涡轮机（20）。该方法包括以下步骤：a）提供数据驱动模型，所述数据驱动模型利用机器学习方法进行训练并且存储在数据库（51）中，所述数据驱动模型提供从所述一对涡轮机（10、20）并行地获得的时间序列数据与和所对齐的时间序列数据相关的所述上游涡轮机和所述下游涡轮机（20）的当前功率产出的比率之间的相关性，所述时间序列数据在时间上对齐到相同的风前缘；b）通过将所述上游涡轮机（10）的当前功率产生和/或所述上游涡轮机（10）的当前功率产生的时间演进馈送到所述数据驱动模型来确定用于控制所述上游涡轮机（10）和所述下游涡轮机（20）中的至少一个的决策参数，所述上游涡轮机的当前功率产生返回指示所述下游涡轮机（20）是否将受尾流影响的预测值，所述上游涡轮机的当前功率产生的时间演进返回所述下游涡轮机（20）的未来功率产生的可能发展的预测；c）基于所述决策参数，确定用于所述上游涡轮机（10）和/或所述下游涡轮机（20）的控制参数。

技术领域

本发明涉及用于协同控制风电场的风力涡轮机的方法和装置。

背景技术

风电场是在同一位置的一组风力涡轮机，通常包括分布在较大区域上的数十到数百个涡轮机。在这种风电厂中，用于功率产生的风连续地穿过多个涡轮机。沿着大致平行于当前风向的公共轴线对齐的一对涡轮机包括上游涡轮机和下游涡轮机，到达的风前缘首先穿过上游涡轮机，相同的风前缘其次穿过下游涡轮机。

风电场的风力涡轮机之间的距离使得相互干扰最小化，然而这不能完全避免。在上游涡轮机中提取功率的动作降低了风速并在涡轮机后面引入了湍流。在上游涡轮机后面的改变的风场的锥形区域被称为其尾流。这种尾流可能足够显著以影响下游涡轮机，这降低了其功率产生并且由于湍流引起的机械负载增加而负面地影响其寿命。

由上游涡轮机引起的尾流的实际形状高度取决于进入的风场成分的复杂随机性质，以及涡轮机本身的空气动力学特性及其当前操作状态。因此，预测上游涡轮机和下游涡轮机之间的尾流传播及其对上游涡轮机和下游涡轮机的性能的影响是困难的任务。

通常，对于给定的风力条件，单独的风力涡轮机最大化其自身的功率产生，而不考虑其它风力涡轮机的状况。在这种贪婪控制策略下，由上游风力涡轮机形成的尾流影响下游风力涡轮机的功率产生，该尾流导致尾流内的风速降低和湍流强度增加。为了增加总体风电场功率产生，已经提出了协同风力涡轮机控制方法来协调控制动作，该控制动作减轻风力涡轮机之间的尾流干扰，并且因此可以增加总体风电场功率产生。

认识到风力涡轮机之间的相互作用可能对总体功率产生有影响，已经提出了协同控制方法以通过操纵尾流干扰模式来使风电场的总能量产出最大化。存在通过优化分析风电场功率函数来找到最优控制动作的协同控制方法，该分析风电场功率函数在数学上将风力涡轮机的控制输入与风电场的总功率产生相关联。分析风电场功率函数通常基于简化的尾流模型来构造，例如Jensen尾流模型。这种简化的尾流模型不能准确地反映风电场现场或风力涡轮机模型的条件。

为了克服简化的风电场功率函数的限制，高保真度计算流体动力学（CFD）模拟可以用于构造参数化的风电场功率函数。然后，使用构建的风电场功率函数来导出风力涡轮机的最佳偏航偏移角。然而，CFD模型本身需要表示环境条件和风力涡轮机条件的大量参数的规范。

为了避免使用风电场功率函数，已经提出了数据驱动的优化方法，诸如J. Park,K.H.Law在2016年的第165期《应用能源》上的第151-165页所发表的文献“用于最大化总功率产生的数据驱动的协同风电场控制”（J. Park, K.H.Law A data driven,cooperative wind farm control to maximize the total power production,Applied Energy 165（2016）,p. 151–165）中的方法。然而，即使在该文献中描述的方法也依赖于物理模型以用于验证所描述的方法。