CN101509468B - 用于操作风力发电装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于操作风力发电装置的方法。一种用于操作风力发电装置的方法，具有：操作管理，其能预置风力发电装置的待生成的电气变量的期望值；风力测量设备，其能捕获风向和风速，以及控制单元，在其上呈现风速和风向的测量值，其中，存档紊流强度的最大值，在该方法中执行下述过程步骤：根据由风向而定的紊流强度，控制单元确定临界风向的一个或多个扇区，其中，紊流强度超过紊流强度的最大值，控制单元生成用于控制管理的控制信号，以便当所测得的风向在临界风向的扇区中，并且所确定的特性值超过特性值的预定最大值时，减小待生成的电气变量的期望值。

Description

用于操作风力发电装置的方法
技术领域
本发明涉及一种利用操作管理来操作风力发电装置的方法，该操作管理预置风力发电装置的待产生的电气变量的期望值。
背景技术
从“Erneuerbare Energien 5/2006”，第39至43页，已知紊流强度取决于测量的位置和时间点。基于风速的平均值，紊流强度定义为风速的标准偏差σ。作为用于风速的波动的度量，紊流强度由所述位置周围的地形等而定。所述位置周围的表面粗糙度越高，紊流强度越高。由于所述位置周围地面的不均匀特性，会出现风速的较大波动，这会导致风速的标准偏差σ增大。因此，由此增大紊流强度。进一步已知另外的变量，如天气条件，例如附近的风力发电装置以及在近海岸电站中的浪高，对紊流强度有影响。
从DE 102006034106A1，已知一种用于操作风力涡轮机的方法。在该方法中，通过一个或多个外部传感器，获得紊流的特性值。在现有技术中引用的风力紊流中，涉及一个变量，根据[0039]，其取决于转子叶片位置。在[0073]中，提及风力紊流传感器，其测量在转子叶片上生成的紊流。该风力紊流与上述取决于测量的位置和时间的紊流强度不一致。
发明内容
本发明的目的是确保风力发电装置的操作，其中，在不使风力发电装置暴露于不必要的应力的情况下，尽可能少地减小期望值设定。
根据本发明，通过具有权利要求1的特征的方法，实现该目的。有利的实施例形成从属权利要求的主题。
根据本发明的方法涉及风力发电装置的操作，其特征在于操作管理、测量设备和控制单元。操作管理总体上用来操作风力发电装置，并且能够通过设置期望值来控制或调整由风力发电装置所生成的功率。风力测量设备获得风向和风速。在控制单元上呈现风速和风向的测量值。将紊流强度获得为商，即，风速的标准偏差除以平均风速。上述控制单元不必实现为所述操作管理之外的单独的控制单元，而是可以是操作管理中的组成部分。在根据本发明的方法中，在控制单元中提供临界风向的一个或多个扇区，其中，所确定的紊流强度超过紊流强度的预定最大值。基于所述一个或多个扇区，可以生成用于操作管理的控制信号，以便减小所生成的电气变量的期望值。当所测量的风向在临界风向的扇区中，并且检测到的特性值超过预定最大值时，生成用于操作管理的控制信号。在根据本发明的方法中，当满足两个条件时，生成具有减小的电气变量的用于操作的控制信号。一个条件仅涉及风向，并且要求风向的实际值在临界风向的扇区中。还必须满足的第二条件涉及实际确定的特性值。在第二条件中，检查特性值是否超过预定最大值。在该操作中，特性值与实际风速的相关性仅是确定特性值的一种可能性，还可以考虑风力发电装置的其他特性值，例如控制器的活动性或实际计算出的紊流强度。
根据本发明的方法提供了总是根据风向进行由风力发电装置生成的电气变量的减小的优点。该方法基于由于位置的布局，风速的波动在一个风向和另一风向中具有不同的影响的发现，因此，当调节该操作时，必须不同地考虑。
最好，能分析桨距(pitch)控制器的活动性，以便确定特性值。即使在本实施例中，将控制器活动性的实际值与用于该控制器活动性的预置最大值进行比较。在该操作中，控制器活动性可能是每单位时间的覆盖的振幅变化或控制器干预的频率。
在根据本发明的方法的一个可能的实施例中，预置控制单元的临界风向的一个或多个扇区。例如，这可以通过对风力发电装置的位置进行映射来进行，从而分析由风向而定的紊流强度的分布。然后，可以在控制单元中存档用这种方式确定的临界风向的所述一个或多个扇区。
另外，控制单元从由风向而定的紊流强度，计算临界风向的一个或多个扇区也是可以的，其中，所检测的紊流强度超过紊流强度的最大值。可以连续地或按限定的时间间隔执行该方法。
在根据本发明的方法的一个优选延伸中，控制单元将风速作为特性值进行分析。因此，在该方法的实施例中，检查风向是否在临界风向的扇区中以及风速是否超过预置最大值。
在另选实施例中，控制单元从风速和相关风向的测量值，将紊流强度计算为特性值。在根据本发明的方法的该实施例中，对处在临界风向的扇区中的风向，检查相关紊流强度是否超过紊流强度的预置最大值。
在该方法的实施例(其中，控制单元从风速和风向的测量值，连续地或以时间间隔确定紊流强度)中，控制单元能执行连续平均值计算和/或标准偏差的连续计算。在该实施例中，在风向处于临界风向的扇区中并且实际紊流强度超过紊流强度的最大值的情况下，进行风力发电装置的期望值的减小。
在根据本发明的方法的优选延伸中，可以额外制订用于调节操作的其他先决条件。因此，可以规定除超过紊流强度的最大值以外，风速的实际值也超过最大值。而且，还可以规定除超过紊流强度的最大值以外，额外确定的塔头运动和/或塔头加速度的特性值必须超过预定临界值，以便按照电气变量的减小的期望值，使发电装置在调节操作下运行。
电气变量最好是由风力发电装置生成的有效功率。但也可以另外考虑其他电气变量，其中，在本发明的精神中，电气变量的减小会导致风力发电装置的机械应力的减小。
在根据本发明的方法的优选延伸中，还可以在控制单元上呈现至少一个转子叶片的叶片桨距角的实际值。在根据本发明的方法的优选延伸中，单独或另外产生叶片桨距角的变化，以便减小电气变量。在叶片桨距角的变化中，使至少一个转子叶片转动为更远离风，以便减小由风带来的转距，通过此操作，也减小了风力发电装置的机械应力。
在下文中，将更详细地描述根据本发明的方法的例子。
附图说明
图1示出了在某一位置处由风向而定的紊流强度；
图2示出了用于在风力发电装置的操作管理中，取决于风向的干预的过程图；
图3示出了用于紊流强度的连续分析的流程图；以及
图4示出了用于紊流强度的分析的另选实施例。
具体实施方式
图1示出了由风向而定，针对风力发电装置的一个位置所测量的作为线10的紊流强度。在所选表示中，线10上的点离中心的距离表示在该风向上存在的紊流强度。在图1中还画出了圆12，其预置了最大紊流强度。最大紊流强度不取决于风向，由此产生圆，因此，在每一方向上与该表示的中心的距离相同。在被表示为阴影的区域14中，在该地点存在的紊流强度10大于紊流强度的最大值12。紊流强度10与紊流强度的最大值的交点限定两个风向16、18，这两个风向界定了临界风向的扇区20。大体上认为，临界风向的扇区处于朝东的方向。这意味着在朝东的风向中，存在比在来自其他方向的风更大的风速波动。
图2以框图描述根据本发明的方法的过程。在步骤22中，测量风向WDIR和风速v的实际值。在步骤24中，检查所测量的风向是否在扇区20内。为此目的，在步骤24中检查所测量的风向WDIR是否包含在临界风向{WKRIT}中。与图1中表示的例子相对照的是，甚至可能存在如下位置：其中，临界风向不仅在邻接扇区20中，而且存在临界风向的多个不同的大的扇区。在风向对应于临界风向的情况下，在图2所示的方法的步骤26中检查风速v的实际值是否大于该风速的预定临界值。在这种情况下，在随后的步骤28中，降低为功率预置的期望值。
图2中的过程使得明确正好当风力来自临界风向时，执行超过临界风速时的功率减小。用相反的方式表达，这意味着即使当超过临界风速时，当风向不源于临界风向时，也不执行功率减小。在紊流强度的语境中的临界风速的考虑不能与无论风向如何都会触发风力发电装置的停机的临界风速相混淆。
图3示出了根据本发明的方法的另选实施例，其中，在步骤30中，重新确定风向WDIR和风速v。在后续步骤32中，根据风向计算紊流强度TINT，TINT(WDIR)。如前所述，紊流强度由风速的标准偏差和平均风速的商得到。在所示的计算步骤32中，由风向而定，还考虑平均风速。作为另一种选择，还可以计算平均风速，其中，不仅平均过去出现的风速，而且还有过去获得的风向的平均。在该取平均值中，仅由于标准偏差的方向相关性，紊流强度才由风向而定。
在后续步骤34中，重新检查实际风向WDIR是否包含在临界风向集中。
当实际风向是临界风向时，在步骤36中连续地检查两个要求。第一要求检查对该风向检测的紊流强度是否大于临界紊流强度。事实上，在风向对应于临界风向的结论中，已经检验相关紊流强度大于临界紊流强度。然而，出现的紊流强度不仅由位置的地形而定，而且由天气条件和其他环境影响而定。例如，在近海岸电站，浪高也对紊流强度施加影响。因此，通过请求36中的第一条件，重新检验实际计算出的紊流强度是否仍然是临界的。因此，通过这样做，原则上再次检验了风向是否仍然在临界扇区中。
关于第二要求，检查风速是否大于临界风速。当请求36的两个要求均得到满足时，在步骤38中，触发期望值的减小。
图4示出了本发明的另一个另选实施例，其中，在步骤40中获得风速和风向。在步骤42中，再次计算由风向而定的紊流强度。在步骤44中，确定风力发电装置的应力的特性值AGONDEL。在特性值AGONDEL中，可能涉及例如风力发电装置的吊舱(nacelle)的运动和/或塔的运动的特性值。
在步骤46中，再次检查实际风向是否属于临界风向。在过程步骤48中，随后检验紊流强度的实际确定值是否大于紊流强度的临界值。另外，检验特性值AGONDEL的实际值是否大于预定最大值AKRIT。在这种情况下，当满足两个要求时，在步骤50中触发期望值的减小。
借助于所述位置的记录紊流强度，针对已经确定临界风向的扇区的情形，已经例示上述方法。在根据本发明的方法中，还可以基于在过程步骤32和42中计算的紊流强度，连续地调节扇区边界，以及通过再次这样处理，动态地改变临界风向。还可以通过以等间隔的完整测量过程，针对某一位置根据风向再次确定紊流强度。

Claims (12)

1.一种用于操作风力发电装置的方法，其特征在于，该风力发电装置具有：
●操作管理部分，其能预置风力发电装置的待生成的电气变量的期望值；
●风力测量设备，其能捕获风向和风速，以及
●控制单元，在其上呈现风速和风向的测量值，
在该方法中执行下述过程步骤：
●在控制单元中提供临界风向的一个或多个扇区，其中所述临界风向的一个或多个扇区中的每一个由其中风力发电装置的位置处的紊流强度超过紊流强度的预置最大值的风向构成，
●控制单元生成用于操作管理部分的控制信号，以便当所测得的风向在临界风向的扇区中，并且所确定的特性值超过特性值的预定最大值时，减小待生成的电气变量的期望值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所测得的风速和/或控制器的活动性来确定所述特性值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，为确定所述特性值，检测桨距控制器的控制器活动性。
4.如权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其特征在于，预置控制单元的临界风向的一个或多个扇区。
5.如权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其特征在于，控制单元将风速作为特性值进行分析。
6.如权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其特征在于，控制单元从风速和相关风向的测量值，将紊流强度计算为特性值。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，控制单元从风速和风向的测量值，连续地计算紊流强度。
8.如权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其特征在于，当超过紊流强度的预置最大值时，仅在风速的实际值也超过预置最大值的情况下，控制单元才生成用于操作管理部分的控制信号。
9.如权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其特征在于，当超过紊流强度的预置最大值时，仅在塔头运动和/或加速度的特性值也超过预定临界值的情况下，控制单元才生成用于操作管理部分的控制信号。
10.如权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其特征在于，将有效功率提供为所述电气变量。
11.如权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其特征在于，在控制单元上呈现叶片桨距角的实际值。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，通过改变至少一个转子叶片的叶片桨距角，单独或另外地执行电气变量的减小。
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