CN101440782A - 风电场以及用于控制风电场的方法 - Google Patents

风电场以及用于控制风电场的方法 Download PDF

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Abstract

一种风电场(1000)，其包括多个风力涡轮机(100，110)，用于检测所述多个风力涡轮机(100，110)中至少一个的结冰状态的冰检测传感器(200)，以及与所述冰检测传感器(200)和所述风力涡轮机(100，110)中的至少两个风力涡轮机连接的主控制器(300)，其中主控制器(300)用于根据由所述冰检测传感器(200)检测到的结冰状态来控制所述至少两个风力涡轮机(100，110)的工作。

Description

风电场以及用于控制风电场的方法
技术领域
这里公开了一种风电场以及用于控制风电场的方法。
背景技术
过去，在销售中对风力涡轮机的需求不断增加。因此，在全年发生结冰的可能性较高的场所也安置和架设越来越多的风力涡轮机。例如，这种场所可处于寒冷且恶劣的气候条件下，像北欧、海上区域或高山地区。这些条件使得结冰的可能性增加，也就是积冰。特别是，在涡轮机的旋翼叶片上的结冰会导致能量输出减少。这是因为风力涡轮机上惯性载荷的增加以及风力涡轮机的空气动力性能的下降。此外，当出现抛冰(ice-throw)时可能要关闭风力涡轮机进行调节，这会使能量输出进一步下降。通常，对位于居住区和/或邻近公路的风力涡轮机而言，关机调节更为严格。
发明内容
考虑到上述情况，提供一种风电场，该风电场包括多个风力涡轮机，用于检测多个风力涡轮机中的至少一个风力涡轮机的结冰状态的冰检测传感器，以及与冰检测传感器和风力涡轮机中的至少两个风力涡轮机相连接的主控制器，其中主控制器用于根据由冰检测传感器检测到的结冰状态来控制至少两个风力涡轮机的工作。
通过从属权利要求，说明书和说明书附图可以明白本发明的其他方面，优点和特征。
根据一个实施方式，提供一种风电场，该风电场包括至少两个连接到结冰检测单元的风力发电站，其中该至少两个风力发电站共用结冰检测单元，且其中该至少两个风力发电站的工作可基于共用的结冰检测单元检测到的至少一个所述风力发电站的结冰状态来进行控制。
根据另一实施方式，提供一种用于控制风电场中的风力涡轮机的工作的方法，该方法包括下列步骤：检测包括在风电场中的至少一个风力涡轮机的结冰状态，以及基于检测到的该至少一个风力涡轮机的结冰状态来控制包括在风电场中的至少两个涡轮机的工作。
附图说明
对于本领域技术人员而言，说明书的包括参照附图在内的其余部分更加具体地示出了实施方式的包括其最佳模式在内的完全且充分的公开，图中：
图1示出了可以用在根据一个实施方式的风电场中的风力涡轮机。
图2示出了根据一个实施方式的风电场。
图3示出了根据另一实施方式的风电场。
图4示出了根据还一实施方式的风电场。
图5示出根据一个实施方式的控制方法的流程图。
部件列表
2 塔架
4 毂
4 机舱
8 旋翼叶片
100，110 风力涡轮机/风力发电站
120 涡轮机控制器
200 冰传感器/结冰检测单元
300 主控制器
400 网络摄像机
500 控制方法
510 开始
520 收集数据
530 结冰？
540，560 涡轮机关闭？
550 关闭涡轮机
570 启动涡轮机
具体实施方式
下面将具体地参考本发明的各种实施方式，图中示出了这些实施方式的一个或多个实施例。每个实施例被提供用来对本发明进行说明，而不是限制本发明。被示出或描述为一个实施方式的部分的特征可用于其他实施方式或者与其他实施方式结合使用而进一步产生再一实施方式。这种修改和变型也包括在本发明内。
图1示出了可以用在根据一个实施方式的风电场中的风力涡轮机100。这里，该风力涡轮机100包括塔架2，其上安装有机舱6。在该机舱6的一个端侧安装有承载旋翼叶片8的旋翼毂4。由旋翼毂4和旋翼叶片8形成的风轮可以从风中获得动能，从而绕基本水平的轴线旋转。一般地，在机舱6中设置了连接到风轮的发电机(未示出)。风轮的旋转作用于发电机以产生电力。如上所述，在特定的大气条件下，在涡轮机各部件上会结冰，例如，在风速计和叶片上。冰的堆积可能导致涡轮机叶片出现抛冰，结果是可能需要关闭风力涡轮机。
图2示出了根据一个实施方式的风电场1000。风电场1000由多个风力涡轮机100形成。虽然在图2中仅示出了四个风力涡轮机100，但是对于本领域技术人员来说很容易明白，风电场1000可以包括等于或大于2的任意数量的风力涡轮机。风电场1000还包括冰检测传感器200，用于检测所述多个风力涡轮机中的至少一个的结冰状态。冰检测传感器200可以为本领域已知的任意配置，并且特别地可以包括用于监测风电场的风力涡轮机100的摄像机。然而，同样也可应用已知的其他配置的冰传感器。冰检测器200可以监测风电场中的若干个风力涡轮机100中仅一个或者甚至所有风力涡轮机100的结冰状态。特别是，冰检测传感器200适合于检测风力涡轮机上是否形成有大量的冰堆积。风电场1000还包括主控制器300，其连接到冰检测传感器200以及至少两个风力涡轮机100。主控制器300适合于根据由冰检测传感器200检测到的结冰状态来控制至少两个风力涡轮机100的工作。例如，如果传感器200检测到相当多的冰堆积形成在涡轮机的旋翼叶片8上，主控制器300可以关闭风力涡轮机100。在这种情况下，主控制器300发送关闭信号给连接到主控制器300的风力涡轮机100。根据另一实施例，冰检测器200可以检测到先前检测到的结冰状态已结束，也就是说，风力涡轮机100的旋翼叶片8没有冰。如果风力涡轮机100因结冰状态而被关闭，则主控制器300现在可以为风力涡轮机开始启动程序。因此，风电场1000中的风力涡轮机100能够再次恢复联机(online)。
由于上述的配置，仅需要单个冰检测传感器200来控制整个风电场1000。换句话说，风电场1000的至少两个风力涡轮机或风力发电站共用结冰检测单元，并能基于由共用的冰检测单元检测到的结冰状态而被共同地控制。因此，不再需要为风电场1000中的每个单独的风力涡轮机100配备它自己的冰检测传感器。因此，能够显著地降低每个涡轮机的成本。另外，不再需要监测每个单独的风力涡轮机。例如，可以仅监测一个或两个风力涡轮机100的结冰状态，而基于监测结果来共同地控制包括在风电场1000中的所有风力涡轮机。例如，当检测到结冰时，风电场1000中的所有涡轮机可被共同地关闭。这样，可以避免仅一些涡轮机被关闭而其他的仍然运转，这种情况在每个涡轮机均配备有其自身的冰检测传感器时由于冰检测过程中的容差而可能发生。
在上述的实施例中，仅用了一个冰检测传感器来控制风电场1000中的所有涡轮机100。然而，本领域技术人员能够理解，也可以提供一个或多个冗余的传感器作为后备系统或作为用于获取更高统计准确度的系统。另外，在大型风电场中，有利的是将风力涡轮机分为两个或多个子组，这些子组中的每个均配备有自己的冰检测传感器和主控制器。在这种情况下，子组的冰检测传感器的信号能够被分布到该子组中包括的所有风力涡轮机并由这些涡轮机进行处理。特别地，结构配置仍然是两个或多个风力涡轮机共用一个冰检测单元。
在图2所示的实施方式中，冰检测传感器200没有安装在风力涡轮机100上而是分开的。例如，冰检测传感器200可以包括对风力涡轮机100中的一个或多个进行成像的数字摄像机，和用于涡轮机和/或叶片结冰的自动检测的图像处理工具。同样，也可以使用其他冰检测器。
图3示出了根据另一实施方式的风电场1000，其中冰检测传感器200安装在这些风力涡轮机110的其中一个上。例如，风力涡轮机110为包括有传统的结冰检测单元的传统类型。其他风力涡轮机100没有配备单独的结冰检测单元，从而实现了生产成本的降低。冰检测单元200连接到主控制器300，该主控制器如上文所述那样控制风力涡轮机110、100的集体行为。
此外，风电场1000包括网络摄像机400，用于检测风电场中的至少一个风力涡轮机的无冰状态。换句话说，网络摄像机400就是用于检测未结冰或无冰状态的传感器。类似于冰检测单元200，网络摄像机400也可连接到主控制器300。例如，风力涡轮机100可由于冰检测单元200检测到的结冰状态而事先由主控制器300关闭。如果网络摄像机400现在检测到旋翼叶片8再次无冰，则其发信号通知主控制器300可以重新开始工作。然后，主控制器300开始用于风力涡轮机100、110的启动程序，来使它们恢复联机。根据另一实施方式，基于网络摄像图片手动地重新激活风电场1000(通常经由远程控制)。对于相反的情况(即，检测无冰状态)也是同样地，单个传感器的检测结果可以由若干个风力涡轮机共享从而集体地协调它们的控制。
图4示出了还一实施方式的风电场。图中示出了不仅冰检测传感器200而且主控制器300也位于一特定的风力涡轮机110上。特别地，风力涡轮机110的涡轮机控制器用于作为主控制器300。为此，主控制器300与设置在未配备有冰检测传感器200的其他风力涡轮机100中的每个涡轮机控制器120连接。例如，当冰检测传感器200检测结冰状态时，主控制器300指示涡轮机控制器120开始关闭程序。虽然图4中未示出，但也可以设置网络摄像机400来检测风力涡轮机何时再次无冰。在这种情况下，主控制器300将指示涡轮机控制器120开始用于它们各自的涡轮机的启动程序。
本领域技术人员应当理解，在任一上述或其他实施方式中，主控制器300可以适于单独地控制每个风力涡轮机100、110和/或每个风力涡轮机控制器120。在各实施方式中，主控制器300可以与每个单独的风力涡轮机100、110处的涡轮机控制器120连接，其中，主控制器300适于控制和/或指示涡轮机控制器120。例如，主控制器300可适于根据由冰检测传感器200检测的结冰状态来关闭两个或多个风力涡轮机100、110。特别地，主控制器300可适于根据检测到的结冰状态关闭包括在风电场或风电场的子组中的所有风力涡轮机。另一方面，主控制器300还可适于根据由冰检测传感器200或用于检测无冰状态的附加传感器400检测到的结冰状态来启动两个或多个风力涡轮机100、110。同样在这个实施方式中，主控制器300可适于根据检测到的无冰状态来启动包括在风电场或风电场的子组中的所有风力涡轮机。
图5示出了根据一个实施方式的控制方法500的流程图。在步骤510中开始该控制方法之后，在步骤520中收集冰检测传感器数据。在步骤530中，检查所收集的数据以检测结冰状态(例如在所监测的风力涡轮机的旋翼叶片8上的冰堆积)。如果检测到结冰，在步骤540中检查风力涡轮机是否已经被关闭。在风力涡轮机已经停止工作的情况下，在步骤520中继续数据的收集。然而，如果涡轮机仍然运转并且已经检测到结冰状态，在步骤550中关闭涡轮机。之后，在步骤520中继续传感器数据的收集。如果在步骤530未检测到结冰状态，在随后的方法步骤560中检查涡轮机是否由于先前的关闭而停止工作。如果不是，则正常的工作状态继续存在，并在步骤520中继续传感器数据的收集。然而，如果在步骤560中检测到涡轮机关闭并且无结冰状态存在(步骤530)，在步骤570中可以重新启动涡轮机。除结冰状态以外，还存在其它需要关闭风电场中的风力涡轮机的原因，例如，电网故障、维修工作、风速过大等等。本领域技术人员应明白，在步骤570中，还要在重新启动涡轮机之前检查这些其他原因。换句话说，图5中示出的流程图主要在于风电场控制的与结冰相关的方面而忽略了其他也起重要作用的方面。然而，本领域技术人员知道这些其他的方面并且可以以仅仅例行公事的方式将它们包括在图5中示出的控制方案中。
在一个实施方式中，基于所检测的结冰状态，包括在风电场中的所有的风力涡轮机同时关闭。同样，基于所检测的结冰状态，包括在风电场中的所有的风力涡轮机可以同时重新启动。特别地，当被设置作为用于无冰状态的传感器的网络摄像机检测到无冰状态时，风力涡轮机可以重新恢复联机。
本说明书使用了实施例来公开包括最佳模式的实施方式，这也有助于本领域技术人员实施和使用这些实施方式。虽然已经描述了多种具体的实施方式，但是本领域技术人员将明白在权利要求书的精神和范围内通过修改可以实现其他实施方式。尤其是，上述实施方式的共有的非排他的特征可以相互结合。专利范围由权利要求书定义，并且包括本领域技术人员想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有与权利要求的文字描述相同的结构要素，或者如果这些其他实施例包括与权利要求的文字描述没有实质性区别的等同结构要素，这些其他实施例也落在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种风电场(1000)，包括
多个风力涡轮机(100，110)，
冰检测传感器(200)，其适于检测所述多个风力涡轮机(100，110)中的至少一个风力涡轮机的结冰状态，以及
主控制器(300)，其连接到所述冰检测传感器(200)以及连接到所述风力涡轮机(100，110)中的至少两个风力涡轮机，其中，该主控制器(300)适于根据所述冰检测传感器(200)检测到的结冰状态来控制所述至少两个风力涡轮机(100，110)的工作。
2.根据权利要求1所述的风电场，其中，所述冰检测传感器(200)被安装成与所述多个风力涡轮机(100)分离。
3.根据权利要求1所述的风电场，其中，所述冰检测传感器(200)安装在其中一个风力涡轮机上(110)。
4.根据前述任一项权利要求所述的风电场，其中，所述主控制器(300)与每个单独的风力涡轮机(100)上的涡轮机控制器(120)连接，其中，该主控制器(300)适于控制所述涡轮机控制器(120)。
5.根据前述任一项权利要求所述的风电场，其中，所述主控制器(300)适于根据由所述冰检测传感器(200)检测到的结冰状态来关闭包括在风电场(1000)中的所有风力涡轮机(100，110)。
6.根据前述任一项权利要求所述的风电场，其中，所述主控制器(300)适于根据由所述冰检测传感器(200)检测到的结冰状态来启动所述至少两个风力涡轮机(100，110)。
7.根据前述任一项权利要求所述的风电场，还包括网络摄像机(400)，用于检测所述多个风力涡轮机中的至少一个风力涡轮机(100)的无冰状态。
8.一种用于控制风电场中的风力涡轮机的工作的方法，包括下列步骤：
检测包括在风电场中的至少一个风力涡轮机的结冰状态，以及
根据所检测到的所述至少一个风力涡轮机的结冰状态来控制包括在风电场中的至少两个风力涡轮机的工作。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，根据所检测到的结冰状态同时关闭包括在风电场中的所有风力涡轮机。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，当通过网络摄像机检测到无冰状态时，使包括在风电场中的所有风力涡轮机恢复联机。
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