CN105593518B - 对风力涡轮机的最大功率输出的模拟 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及确定并设置用于进行过额定值控制的风力涡轮机类型最大功率水平(301)和个体风力涡轮机最大功率水平(308)。

Description

对风力涡轮机的最大功率输出的模拟
技术领域
本发明涉及风力涡轮机的最大功率水平，并且具体而言，涉及设置用于过额定值控制的风力涡轮机类型最大功率水平和个体风力涡轮机最大功率水平。
背景技术
风力涡轮机通过经由发电机将来自风力的动能转化成电能来发电。风力涡轮机生成的电能的量通常是由风力涡轮机的标称额定功率或额定功率水平和风力涡轮机所处地点的风力状况(例如，地形、风速等)来确定的。往往有多台风力涡轮机共同处于风力发电厂中，以生成足以供应到电网的电能。
风力发电厂的年发电量(AEP)与形成风力发电厂的风力涡轮机的生产率有关，并且通常取决于风力发电厂所在位置的年风速。对于给定的风力发电厂而言，AEP越大，风力发电厂的经营者的利润就越大，供应给电网的电能的量就越大。
因而，风力涡轮机制造商和风力发电厂经营者不断尝试提高给定风力发电厂的AEP。
一种这样的方法可以是使风力涡轮机在某些情况下过额定值运转，即，允许风力涡轮机以最高高于风力涡轮机的额定或铭牌功率水平的功率水平运转一段时间，以便在风力大的时候生成更多的电能并相应地提高风力发电厂的AEP。
但是，存在与过额定值风力涡轮机相关联的几个问题和缺陷。风力涡轮机通常被设计为在给定标称额定功率水平或铭牌功率水平下运转并且运转给定年数，例如，20年。因此，如果风力涡轮机过额定值运转，那么风力涡轮机的寿命将缩短。
本发明寻求至少部分地解决上文描述的问题和缺陷中的一些或全部。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于设置风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平的方法，其包括：针对两个或更多测试功率水平模拟载荷谱，以针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功率水平来确定所述风力涡轮机类型上的载荷；将针对每个测试功率水平确定的载荷与所述风力涡轮机类型的设计载荷进行比较；以及将所述风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平设置为使得所确定的载荷不超过所述风力涡轮机类型的设计载荷的最大测试功率水平。
相应地，能够针对一种或多种风力涡轮机类型来确定风力涡轮机类型最大功率水平。
可以将一种风力涡轮机类型理解为具有相同的电气系统、机械系统、发电机、齿轮箱、涡轮机桨叶、涡轮机桨叶长度、轮毂高度等的风力涡轮机。相应地，相对于风力涡轮机的主要结构或部件的任何差异都可以实际上产生新的风力涡轮机类型。例如，除了轮毂高度(例如，塔架高度)不同之外的相同风力涡轮机可以被看作是两种不同的风力涡轮机类型。类似地，除了涡轮机桨叶长度不同之外的相同风力涡轮机也可以被看作是两种不同的风力涡轮机类型。同样，50Hz和60Hz的风力涡轮机可以被看作是不同的风力涡轮机类型，如针对冷气候和热气候设计的风力涡轮机。
因此，所述风力涡轮机类型未必对应于风力涡轮机的国际电工委员会(IEC)类别，因为不同的风力涡轮机类型可以处于相同的风力涡轮机IEC类别中，其中，每种风力涡轮机类型可以基于风力涡轮机的设计和其中的部件而具有不同的风力涡轮机类型最大功率水平。
可以通过将给定功率水平的预期载荷与给定的风力涡轮机类型的设计载荷进行比较并确认不会使风力涡轮机上的载荷超过设计载荷的最大功率水平，来确定风力涡轮机类型最大功率水平。载荷可以是机械载荷、疲劳载荷、或者可以在给定功率水平处为风力涡轮机确定的任何其它载荷。
确定所述风力涡轮机类型上的载荷可以包括确定所述风力涡轮机类型的一个或多个机械部件的载荷。可以针对所述风力涡轮机类型中的所有机械部件或者针对主要或关键机械部件中的一者或多者来确定载荷。
所述方法还可以包括设置第一测试功率水平，其中，第一测试功率水平比所述风力涡轮机类型的标称铭牌功率水平高出第一预定值；以及使每个后续的测试功率水平递增第二预定值。最初可以将第一测试功率水平设置为比标称铭牌额定值高例如5KW、10KW、15KW、20KW、30KW、50KW等的值，或者为比标称铭牌额定值高出标称铭牌额定值的一定百分比(例如1％、2％、5％等)的值。递增步长可以是适于确认风力涡轮机类型最大功率水平的目的的任何递增步长，例如5KW、10KW、15KW、20KW、30KW、50KW等，或者递增步长可以是根据测试功率水平的百分比增大，例如1％的增量、2％的增量、5％的增量等等。
所述方法还可以包括设置第一测试功率水平，其中，所述第一测试功率水平比所述风力涡轮机类型的标称铭牌功率水平高出第三预定值；以及使每个后续的测试功率水平递减第四预定值。因此，最初可以将第一测试功率水平设置为大体上比标称铭牌额定值高例如500KW、400KW、300KW、200KW、100KW、50KW等的值，或者为比标称铭牌额定值高出标称铭牌额定值的一定百分比(例如20％、15％、10％等)的值。递减步长可以是适于确认风力涡轮机类型最大功率水平的目的的任何递减步长，例如5KW、10KW、15KW、20KW、30KW、50KW等，或者递减步长可以根据测试功率水平的百分比降低，例如1％的增量、2％的增量、5％的增量等等。
可以同时执行针对两个或更多测试功率水平模拟载荷谱的步骤，或者可以针对两个或更多测试功率水平中的每一个来依次执行模拟步骤。
可以同时执行将针对两个或更多测试功率水平中的每一个确定的载荷与所述风力涡轮机类型的设计载荷进行比较的步骤，或者可以针对两个或更多测试功率水平中的每一个来依次执行比较步骤。
如果所确定的载荷超过设计载荷，那么所述方法还可以包括：确认机械部件中的所确定的载荷超过一个或多个机械部件的设计载荷的一个或多个机械部件；以及分析所述一个或多个机械部件，以确认是否能够提高一个或多个机械部件的设计载荷。可以在给定的风力涡轮机类型的设计中结合容差或安全裕量，可以分析所述容差或安全裕量，以看出它们是否是保守的，并且因此看出能否提高机械部件的设计极限。
如果所确定的载荷超过设计载荷，那么所述方法还可以包括：确认机械部件中的所确定的载荷超过一个或多个机械部件的设计载荷的一个或多个机械部件；确认使一个或多个机械部件能够在高于一个或多个机械部件的设计载荷下运转的控制和/或硬件；以及在所述风力涡轮机类型中实施所确认的控制和/或硬件。因此，情况可能是，通过向风力涡轮机增加附加的硬件/控制软件而提高一个或多个机械部件的设计极限。例如，控制软件可以包括附加的阈值，其可以阻止某些条件下的过额定值运转，这意味着机械部件可以高于其设计极限运转至少一段时间。硬件可以包括向机械部件增加温度传感器以测量温度，并且使机械部件能够在温度低于阈值的同时高于其设计极限运转。应当认识到，可能存在几种不同的控制和/或硬件或者两者的组合，它们可能能够使机械部件在高于机械部件的设计极限的功率水平下运转。
所述方法还可以包括针对风力涡轮机类型最大功率水平来确定所述风力涡轮机类型的一个或多个电气部件是否处于设计极限内。例如，主要电气部件可以包括发电机、变压器、内部电缆、接触器或者所述风力涡轮机类型中的任何其它电气部件。在模拟和/或计算的基础上可以确定主要电气部件是否能够在先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平下运转。
如果在风力涡轮机类型最大功率水平处超过了一个或多个电气部件的设计极限，所述方法还可以包括检查所述确定的保守性，以确认是否能够提高一个或多个电气部件的设计极限，使得对于风力涡轮机类型最大功率水平而言，一个或多个电气部件处于提高的设计极限内。电气部件的设计可能结合了保守性、容差或安全裕量，可以对其加以分析，以检查是否可以在能够安全运转的同时提高电气部件的设计极限。由于可以仅在某些时间和/或在某些条件下执行过额定值运转，因而电气部件可能能够在较高的功率水平下运转某一段时间，从而使得能够出于过额定值运转的目的而提高设计极限。
如果在风力涡轮机类型最大功率水平处超过了一个或多个电气部件的设计极限，那么所述方法还可以包括：确认使一个或多个电气部件能够在风力涡轮机类型最大功率水平下运转的控制和/或硬件；以及在所述风力涡轮机类型中实施所确认的控制和/或硬件。例如，如果电气部件的温度是其设计极限的关键，那么可以在风力涡轮机内实施附加的温度传感器，以确保在风力涡轮机可以过额定值运转的同时温度不超过其最大值。类似地，可以包括依据实施附加阈值的附加控制，例如以在温度提高到阈值以上的情况下取消或阻止过额定值运转，这因此能够使电气部件以高于其设计极限运转至少一段时间。应当认识到，可能存在任何适当的硬件、控制软件或两者的任何组合，可以实施它们以使一个或多个电气部件能够在高于设计极限的功率水平下运转至少一段时间，以进行过额定值运转。
如果在风力涡轮机类型最大功率水平处超过了一个或多个电气部件的设计极限，所述方法还可以包括：使风力涡轮机类型最大功率水平递减第五预定值；针对递减的风力涡轮机类型最大功率水平来确定所述风力涡轮机类型的一个或多个电气部件是否处于设计极限内；以及将风力涡轮机类型最大功率水平设置在使得所述风力涡轮机类型的一个或多个电气部件处于设计极限内的第一递减风力涡轮机类型最大功率水平。
因此，如果一个或多个电气部件的设计极限没有提高的空间，那么可以通过使风力涡轮机类型最大功率水平递减预定值而确定较低的风力涡轮机类型最大功率水平，之后确定电气部件是否能够在递减的水平下在设计极限内运转。风力涡轮机类型最大功率水平可以递减的预定值可以是适于确认风力涡轮机类型最大功率水平的目的的任何值，例如5KW、10KW、15KW、20KW、30KW、50KW等，或者可以是百分比，例如1％、2％、5％等等。
所述方法还可以包括基于风力涡轮机类型最大功率水平来确定一个或多个风力涡轮机的个体最大功率水平，其中，在一个或多个风力涡轮机的过额定值控制中使用个体最大功率水平。相应地，之后可以使用所确定的风力涡轮机类型最大功率水平来确定所述风力涡轮机类型的给定风力涡轮机的个体最大功率水平。
可以针对一个或多个风力涡轮机类型设置风力涡轮机类型最大功率水平。
所述方法还可以包括向风力涡轮机类型最大功率水平施加保守度(conservatismfactor)。因此，要想结合风力涡轮机的安全裕量，可以包括保守度，例如以使风力涡轮机类型最大功率水平降低例如5KW、10KW、15KW、20KW、30KW、50KW等等，或者降低一百分比，例如1％、2％、5％等等。
风力涡轮机类型最大功率水平可以包括或者定义最大发电机转矩、最大发电机电流、最大发电机速度和最大转子速度中的一者或多者。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于设置风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平的设备，其包括：第一处理器，其适于针对两个或更多测试功率水平模拟载荷谱，以针对一个或多个测试功率水平中的每个水平确定所述风力涡轮机类型上的载荷；第二处理器，其适于将针对每个测试功率水平确定的载荷与所述风力涡轮机类型的设计载荷进行比较；以及第三处理器，其适于将所述风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平设置为所确定的载荷不超过所述风力涡轮机类型的设计载荷的最大测试功率水平。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于设置风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平的设备，其中，所述设备适于或者被配置为针对两个或更多测试功率水平模拟载荷谱，以针对两个或更多测试功率水平中的每个水平确定所述风力涡轮机类型上的载荷；将针对每个测试功率水平确定的载荷与所述风力涡轮机类型的设计载荷进行比较；以及将所述风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平设置为所确定的载荷不超过所述风力涡轮机类型的设计载荷的最大测试功率水平。
所述第一处理器还适于确定所述风力涡轮机类型的一个或多个机械部件的载荷。
所述设备还包括适于设置第一测试功率水平的第四处理器，其中，第一测试功率水平可以比所述风力涡轮机类型的标称铭牌功率水平高第一预定值；并且第四处理器还可以适于使每个后续的测试功率水平递增第二预定值。
所述设备还可以包括适于设置第一测试功率水平的第五处理器，其中，第一测试功率水平可以比所述风力涡轮机类型的标称铭牌功率水平高第三预定值；并且第五处理器还可以适于使每个后续的测试功率水平递减第四预定值。
第一处理器可以适于同时针对两个或更多测试功率水平模拟载荷谱，或者可以适于依次针对两个或更多测试功率水平中的每个水平模拟载荷谱。
第二处理器可以适于同时将针对两个或更多测试功率水平中的每个水平确定的载荷与所述风力涡轮机类型的设计载荷进行比较，或者可以适于依次将针对两个或更多测试功率水平中的每个水平确定的载荷与所述风力涡轮机类型的设计载荷进行比较。
所述设备还可以包括第六处理器，其适于：确认机械部件中的所确定的载荷超过一个或多个机械部件的设计载荷的一个或多个机械部件；以及分析一个或多个机械部件以确认是否能够提高一个或多个机械部件的设计载荷。
所述设备还可以包括第八处理器，其适于：确认机械部件中的所确定的载荷超过一个或多个机械部件的设计载荷的一个或多个机械部件；以及确认能够使一个或多个机械部件在高于一个或多个机械部件的设计载荷的载荷下运转的控制和/或硬件。
所述设备还包括第九处理器，其适于针对风力涡轮机类型最大功率水平确定所述风力涡轮机类型的一个或多个电气部件是否处于设计极限内。
如果第九处理器确定在风力涡轮机类型最大功率水平处超过了一个或多个电气部件的设计极限，那么第九处理器还可以适于检查所述确定的保守性，以确认是否能够提高一个或多个电气部件的设计极限，使得对于风力涡轮机类型最大功率水平而言，一个或多个电气部件仍然处于提高的设计极限内。
如果第九处理器确定在风力涡轮机类型最大功率水平处超过了一个或多个电气部件的设计极限，那么第九处理器还可以适于确认使一个或多个电气部件能够在风力涡轮机类型最大功率水平下运转的控制和/或硬件；使得能够在所述风力涡轮机类型中实施所确认的控制和/或硬件。
如果第九处理器确定在风力涡轮机类型最大功率水平处超过了一个或多个电气部件的设计极限，那么第九处理器还可以适于：使风力涡轮机类型最大功率水平递减第五预定值；针对递减后的风力涡轮机类型最大功率水平确定所述风力涡轮机类型的一个或多个电气部件是否处于设计极限内；以及将风力涡轮机类型最大功率水平设置为所述风力涡轮机类型的一个或多个电气部件处于设计极限内的第一递减风力涡轮机类型最大功率水平。
所述设备还可以包括第十处理器，其适于基于风力涡轮机类型最大功率水平来确定一个或多个风力涡轮机的个体最大功率水平，其中，可以在一个或多个风力涡轮机的过额定值控制中使用个体最大功率水平。
可以针对一个或多个风力涡轮机类型设置风力涡轮机类型最大功率水平。
所述设备还可以包括适于向风力涡轮机类型最大功率水平施加保守度的第十一处理器。
风力涡轮机类型最大功率水平可以包括或者定义最大发电机转矩、最大发电机电流、最大发电机速度和最大转子速度中的一者或多者。
第一处理器到第十一处理器可以是相同处理器、不同的处理器或其任何组合。处理器可以包括或者可以是控制器、存储器、输入、输出等中的任何一者或多者，从而使处理器能够执行本发明的所述方面的必要功能或特征。
所述设备可以适于或者被配置为通过硬件、软件或者其任何组合来执行本发明的所述方面的功能和特征。
根据本发明的第四方面，提供了一种包括用于实施本发明的所述方面的功能和特征中的任一个或全部的计算机可读可执行代码的计算机程序产品。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于确定风力发电厂中的一个或多个风力涡轮机的个体最大功率水平的方法，其包括：存储一种或多种风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平；存储与针对一种或多种风力涡轮机类型中的每者的一系列功率水平相关的一个或多个疲劳载荷值；存储与风力发电厂所处的现场的现场条件相关的一个或多个参数；以及至少基于一种风力涡轮机类型的所存储的疲劳载荷水平和与现场条件相关的所存储的参数来确定所述风力涡轮机类型的每个风力涡轮机的个体最大功率水平。
相应地，能够基于风力涡轮机类型最大功率水平、疲劳载荷水平和现场条件来为风力发电厂中的每个个体风力涡轮机确定并设置个体最大功率水平。这有利地使得每个风力涡轮机能够运转和/或过额定值运转到其在风力发电厂内的位置处的最大潜能，这可以提高个体风力涡轮机和/或风力发电厂的年发电量。
确定一种风力涡轮机类型的每个风力涡轮机的个体最大功率水平还可以包括：针对测试功率水平，基于疲劳载荷值以及与每个风力涡轮机的位置处的现场条件相关的参数来确定是否每个风力涡轮机都能够在测试功率水平下运转，其中，测试功率水平最初被设置在所述风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平；如果对于一个或多个风力涡轮机而言所述确定是肯定的，那么为一个或多个风力涡轮机设置等于测试功率水平的个体最大功率水平；如果对于一个或多个风力涡轮机而言所述确定是否定的，那么通过使测试功率水平递减预定值而生成后续的测试功率水平；以及针对每个后续测试功率水平迭代地执行所述确定，直到为每个风力涡轮机设置了个体最大功率水平为止。
因此，可以为风力涡轮机类型的每个个体风力涡轮机检查开始于风力涡轮机类型最大功率水平的功率水平，从而基于每个个体风力涡轮机处的条件来确定或确认个体风力涡轮机可以过额定值运转至的最大功率水平。可以使风力涡轮机过额定值运转至最高可达每个风力涡轮机的最大可能功率水平的任何功率水平，这可以提高个体风力涡轮机的有效性和年发电量。
所述方法还可以包括通过跨一系列风速和条件来模拟一种或多种载荷情况而确定针对一系列功率水平中的每个功率水平的疲劳载荷值。
所述方法还可以包括确定一个或多个风力涡轮机已经在运转中；存储与一个或多个风力涡轮机的历史运转相关的数据；以及基于与一个或多个风力涡轮机的历史运转相关的数据来改变疲劳载荷值。
如果风力涡轮机已经在运转中，那么其可能已经用完了风力涡轮机的有效寿命，这意味着其不能过额定值运转至其本来能够达到的较高的功率水平。类似地，如果风力涡轮机的运转低于生产能力，那么可能存在用以过额定值运转至较高功率水平的备用容量。
所述方法还可以包括在对应的个体风力涡轮机中设置个体最大功率水平。
所述方法还可以包括在一个或多个个体风力涡轮机中设置最低的所确定的个体最大功率水平。
个体最大功率水平可以包括或定义个体最大发电机转矩、个体最大发电机电流、个体最大发电机速度和个体最大转子速度中的一者或多者。
根据本发明的第六方面，提供了一种用于确定风力发电厂中的一个或多个风力涡轮机的个体最大功率水平的设备，其包括：存储器，其适于存储一种或多种风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平；存储器还适于存储与针对一种或多种风力涡轮机类型中的每者的一系列功率水平相关的一个或多个疲劳载荷值；存储器还适于存储与风力发电厂所处现场的现场条件相关的一个或多个参数；以及第一处理器，其适于至少基于风力涡轮机类型的所存储的疲劳载荷水平和与现场条件相关的所存储的参数来确定所述风力涡轮机类型的每个风力涡轮机的个体最大功率水平。
根据本发明的第七方面，提供了一种设备，其适于或者被配置为：存储一种或多种风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平；存储与针对一种或多种风力涡轮机类型中的每者的一系列功率水平相关的一个或多个疲劳载荷值；存储与风力发电厂所处的现场的现场条件相关的一个或多个参数；以及至少基于风力涡轮机类型的所存储的疲劳载荷水平和与现场条件相关的所存储的参数来确定所述风力涡轮机类型的每个风力涡轮机的个体最大功率水平。
第一处理器还可以适于基于疲劳载荷值和与每个风力涡轮机的位置处的现场条件相关的参数来针对测试功率水平确定是否每个风力涡轮机都能够在所述测试功率水平下运转，其中，所述测试功率水平最初被设置在风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平；如果对于一个或多个风力涡轮机而言第一处理器做出的确定是肯定的，那么第二处理器适于为一个或多个风力涡轮机设置等于测试功率水平的个体最大功率水平；如果对于一个或多个风力涡轮机而言第一处理器做出的确定是否定的，那么第一处理器还适于通过使测试功率水平递减预定值而生成后续的测试功率水平；并且第一处理器还适于针对每个后续的测试功率水平来迭代地执行所述确定，直到为每个风力涡轮机设置了个体最大功率水平为止。
所述设备还可以包括第三处理器，其适于通过跨一系列风速和条件模拟一种或多种载荷情况而确定针对一系列功率水平中的每个功率水平的疲劳载荷值。
所述设备还可以包括：适于确定一个或多个风力涡轮机已经在运转中的第四处理器；所述存储器还适于存储与一个或多个风力涡轮机的历史运转相关的数据；以及适于基于与一个或多个风力涡轮机的历史运转相关的数据来改变疲劳载荷值的第五处理器。
所述设备还可以包括适于在对应的个体风力涡轮机中设置个体最大功率水平的第六处理器。
所述设备还可以包括适于在一个或多个个体风力涡轮机中设置最低的所确定的个体最大功率水平的第七处理器。
个体最大功率水平可以包括或定义个体最大发电机转矩、个体最大发电机电流、个体最大发电机速度和个体最大转子速度中的一者或多者。
第一处理器到第七处理器可以是相同处理器、不同的处理器或其任何组合。处理器可以包括控制器、存储器、输入、输出等中的一者或多者，从而使处理器能够执行本发明的所述方面的功能或特征。
所述设备可以通过硬件、软件或其任何组合而被调整或者配置。
根据本发明的第八方面，提供了一种包括用于实施本发明的所述方面的功能和特征中的一者或多者的计算机可读可执行代码的计算机程序产品。
根据本发明的第九方面，提供了一种方法，其包括：针对两个或更多测试功率水平模拟载荷谱，以针对两个或更多测试功率水平中的每个水平确定风力涡轮机类型上的载荷；将针对每个测试功率水平确定的载荷与风力涡轮机类型的设计载荷进行比较；将力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平设置为所确定的载荷不超过风力涡轮机类型的设计载荷的最大测试功率水平；存储与针对风力涡轮机类型的一系列功率水平相关的一个或多个疲劳载荷值；存储与风力发电厂所处的现场的现场条件相关的一个或多个参数；以及至少基于风力涡轮机类型的所存储的疲劳载荷水平和与现场条件相关的所存储的参数来确定风力发电厂处的风力涡轮机类型的每个风力涡轮机的个体最大功率水平。
本发明的各个方面和实施例的功能和特征可以是单独的，也可以通过任何方式进行组合，以使本发明能够得以实施和执行。
附图说明
现在将仅通过举例的方式并参考附图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出了根据本发明的很多实施例的风力涡轮机的示意图。
图2示出了根据本发明的很多实施例的风力发电厂的示意图。
图3示出了根据本发明的很多实施例的流程图。
具体实施方式
参考图1，风力涡轮机101通常包括塔架103所附的基座102，以使塔架103牢固、稳定地保持在其位置上。在图1所示的示例性风力涡轮机101中，风力涡轮机101位于海岸上，并且因而基座102通常是混凝土基座，从而将风力涡轮机101固定到地上。
但是，应当认识到，基座102可以是将风力涡轮机101牢固、稳定地保持在其位置上的任何适当基座。因此，基座可以包括平台、用于离岸风力涡轮机的浮动平台、锚固缆等。
机舱104位于塔架103的顶部，其中，机舱通常容纳很多电气系统、机械系统和液压系统(为了便于举例说明而未示出)，以控制风力涡轮机101以及使得电能得以生成。
将毂105连接至机舱104。轮毂105通常附着至驱动轴(为了便于举例说明而未示出)，其驱动机舱104中的发电机(为了便于举例说明而未示出)来产生电能。
轮毂105上附着有若干涡轮机桨叶106，涡轮机桨叶106在冲击的风的影响下发生旋转，从而使连接至发电机的驱动轴发生旋转。在图1所述的示例中，风力涡轮机101包括三个涡轮机桨叶106，但是应当认识到，可以有适用于风力涡轮机101的目的的任何数量的涡轮机桨叶。此外，图1所示的风力涡轮机101示例是横轴风力涡轮机，但是应当认识到，风力涡轮机101可以是纵轴风力涡轮机。
参考图2，其示出了包括五个风力涡轮机202的风力发电厂(WPP)201的示意图。应当认识到，在WPP 201中可以具有任何数量的风力涡轮机202，取决于所需的电能的量、WPP201的位置的大小等等。可以由数十、数百乃至成千上万的风力涡轮机202形成WPP 201。
风力涡轮机202通常操作连接至风力发电厂控制器(WPPC)203。WPPC 203通常控制WPP，例如，WPPC可以选择性地命令个体风力涡轮机降低其电产量或者彻底停止生产，以调节WPP生成的总电量。每个风力涡轮机202通常包括风力涡轮机控制器(或者控制器套件)，以控制风力涡轮机202的运转，并且WPPC 203通常与风力涡轮机控制器204协同工作，从而对WPP 201进行管理和控制。
WPPC 203可以与风力涡轮机202共同位于WPP 201处，或者可以位于WPP 201外部。WPPC 203可以包括单个控制器/处理器206，以实施WPPC的功能，或者可以包括两个或更多控制器/处理器206，它们协同运转来实施WPPC 203的功能。
还可以有其它控制系统和/或计算机系统205，它们可以与WPP 201相关联或者可以用于控制WPP 201，对WPP 201进行规划和/或投产，或者为WPP 201的运转提供任何适当的支持。其它控制系统和计算机系统205可以包括用于实施其它控制系统和/或计算机系统205的功能的一个或多个控制器/处理器207。
参考示出了流程图的图3，将描述根据很多实施例的过额定值控制。
在步骤301中确定一种或多种风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平。在本示例中，采用离线计算机系统确定风力涡轮机类型最大功率水平。但是，应当认识到，可以通过在线计算机系统或者与风力涡轮机和/或WPP相关联的任何其它软件和/或硬件来实施用以确定风力涡轮机类型最大功率水平的功能。
风力涡轮机类型最大功率水平是在给定的风力涡轮机类型以其部件的设计载荷的极限运转的情况下，允许该风力涡轮机类型在风力适当高时产生的最大功率水平。风力涡轮机类型最大功率水平实际上适应于涡轮机的设计寿命。因此，风力涡轮机类型最大功率水平通常比该风力涡轮机类型的标称铭牌额定值高，因为标称铭牌额定值通常是更加保守的值。
可以将下面的示例和实施例中使用的风力涡轮机类型理解为具有相同的电气系统、机械系统、发电机、齿轮箱、涡轮机桨叶、涡轮机桨叶长度、轮毂高度等的风力涡轮机。相应地，出于本发明的实施例的目的，相对于风力涡轮机的主要结构或部件的任何差异实际上产生新的风力涡轮机类型。例如，除了轮毂高度(例如，塔架高度)不同之外的相同的风力涡轮机将是两种不同的风力涡轮机类型。类似地，除了涡轮机桨叶长度不同之外的相同的风力涡轮机也将被看作是两种不同的风力涡轮机类型。50Hz和60Hz的风力涡轮机也被看作是不同的风力涡轮机类型，分别是针对冷气候和热气候设计的风力涡轮机。
因此，风力涡轮机类型未必对应于风力涡轮机的国际电工委员会(IEC)类别，因为不同的风力涡轮机类型可以处于相同的风力涡轮机的IEC类别中，其中，每种风力涡轮机类型可以基于风力涡轮机的设计和部件而具有不同的风力涡轮机类型最大功率水平。
在下面的示例中，风力涡轮机的额定值是1.65MW(1650KW)的标称铭牌额定功率水平，其轮毂高度为78米，并且被设计为在特定的IEC风级条件下工作。
之后，可以通过针对第一测试过额定值功率水平模拟载荷谱以确认针对该第一功率水平的风力涡轮机类型上的载荷，以确定该风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平。载荷可以是机械载荷、疲劳载荷、风力涡轮机可能经历的任何其它载荷或者不同载荷的任何组合。在该示例中，考虑了机械载荷，但是应当认识到，也可以考虑其它载荷，例如，疲劳载荷。模拟载荷谱的过程还可以包括或可以是可以执行以确定风力涡轮机类型上的载荷的推断或其它形式的分析。
载荷谱通常包括一系列不同的测试用例，可以在风力涡轮机的计算机模拟中运行这些测试用例。例如，载荷谱可以包括针对持续10分钟的8m/s的风、持续10分钟的10m/s的风、不同的风向、不同的风紊流度、风力涡轮机的启动、风力涡轮机的停机等的测试用例。应当认识到，可能有很多不同的风速、风况、风力涡轮机运转条件和/或故障状况，可以在载荷谱的风力涡轮机模拟中运行针对它们的测试用例。测试用例可以包括真实的实际数据或者人工数据(例如，在与风力涡轮机相关的标准中定义的50年的阵风)。载荷谱的模拟可以针对载荷谱中的所有测试用例来确定影响风力涡轮机的力和载荷。该模拟还可以估算或者确定测试用例事件可能发生的次数，例如，可以预计10m/s的风持续10分钟的测试用例在风力涡轮机的20年的寿命期间可能发生2000次，并且因此能够计算出针对风力涡轮机的寿命的风力涡轮机上的疲劳。模拟还可以基于所确定的影响风力涡轮机的载荷来计算或确定风力涡轮机中的各种部件可能承受的疲劳损伤或载荷。
在该示例中，第一测试功率水平可以是1700KW，因为其高于在该示例中考虑的风力涡轮机类型的标称铭牌额定功率水平。之后，可以针对给定的风力涡轮机类型来模拟载荷谱，以确定该风力涡轮机类型是否能在第一测试功率水平下运转而不超过该风力涡轮机类型的机械部件的极限设计载荷。如果模拟确认该风力涡轮机类型能够在第一测试功率水平下运转，则可以针对第二功率水平重复相同的过程。例如，在该示例中，第二测试功率水平可以是1725KW。之后，针对给定的风力涡轮机类型来模拟载荷谱，以确认该风力涡轮机类型是否能够在第二测试功率水平下运转而不超过机械部件的极限设计载荷。
如果不超过机械部件的极限设计载荷，那么可以针对其它测试功率水平迭代地执行模拟载荷谱的过程。在该示例中，测试功率水平以25KW的步长递增，但是应当认识到，递增步长可以是适于确认风力涡轮机类型最大功率水平的目的的任何值，例如5KW、10KW、15KW、20KW、30KW、50KW等，或者递增步长可以增大测试功率水平的百分比，例如1％的增量、2％的增量、5％的增量等。替代地，所述过程开始于高的第一测试功率水平，并且针对每次迭代使测试功率水平递减适当的量，直到确认风力涡轮机类型最大功率水平，即风力涡轮机类型能够在其上运转而不会超过极限设计限制的第一测试功率水平为止。
在该示例中，给定的风力涡轮机类型被确认为能够在1825KW处超过一个或多个机械部件的设计极限之前，在1750KW、1775KW和1800KW的其它测试功率水平下运转。
因而，所述过程确认该涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平为1800KW。
在其它实施例中，由于风力涡轮机类型在1800KW处不超过机械部件的极限设计载荷，但是在1825KW处超过机械部件的极限设计载荷，则所述过程可以进一步迭代地使测试功率水平递增较小的增量，例如5KW，以确认风力涡轮机是否能够在1800KW与1825KW之间的功率水平下运转而不超过机械极限设计载荷。但是，在当前示例中，将1800KW的功率水平看作该风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平。
在其它实施例中，一旦达到了风力涡轮机类型在其上超过一个或多个机械部件的极限设计载荷的测试功率水平，就可以执行附加的分析。例如，如果在给定测试功率水平处超过极限设计载荷的机械部件是例如齿轮箱，那么可以执行对所述机械部件(例如齿轮箱)的分析。例如，如果齿轮箱极限转矩超过了设计限制，那么可以对齿轮箱的特定部件执行分析以确认薄弱点。在这种情况下，薄弱点可以是例如外壳和转矩臂，并且因此，通过分析这些薄弱点可以确认，由于存在于这些部件内的安全因素，处于测试功率水平的提高的载荷实际上不会将薄弱点上的载荷提高到超过所确认的薄弱点中的部件的极限设计载荷。因此，在对齿轮箱的部件进行分析之后，可以认识到，实际上齿轮箱可以在给定测试功率水平下运转。此外，还可以对超过极限设计载荷的一个或多个部件执行有限元(FE)分析。
在其它实施例中，一旦确定了给定的风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平，可能适当的是向风力涡轮机类型最大功率水平施加保守度。例如，可以使所确定的风力涡轮机类型最大功率水平降低预定量(例如1％、2％、5％、10KW、25KW、50KW等)作为保守度。可以施加该保守度来确保在任何情况下都不能超过绝对风力涡轮机类型最大功率水平。
但是，在本实施例中，不执行这种附加的分析，也不施加保守度，并且是通过上述递增测试功率水平过程将风力涡轮机类型最大功率水平确认或确定为1800KW。
之后可以针对要分析的任何其它风力涡轮机类型来执行确定风力涡轮机类型最大功率水平的过程。
在图3的步骤302中，可以针对先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平考虑或者评估风力涡轮机类型中的电气部件的设计限制。如上文所描述的，在上文中关于该实施例中分析的风力涡轮机类型的机械部件将风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平确定为1800KW。
因此，在步骤302中，考虑主要电气部件，以确保所确定的风力涡轮机类型最大功率水平不超过正在分析的风力涡轮机类型的主要电气部件的设计限制。例如，主要电气部件可以包括发电机、变压器、内部电缆、接触器或者风力涡轮机类型中的任何其它电气部件。
之后，基于仿真和/或计算来确定主要电气部件是否能够在先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平下运转。例如，在所确定的风力涡轮机类型最大功率水平下运转可能使风力涡轮机内部的一条或多条电缆的温度提高，并因而降低电缆的电流承载能力，电流承载能力是由电缆导体的尺寸和热散逸状况确定的。因此，将针对新的温度状况计算电流承载能力，从而确定所述电缆是否能够在最高为风力涡轮机类型最大功率水平的功率水平下运转。可以针对其它电气部件考虑类似的考虑事项，例如，部件的温度、部件的容量等等，以确认电气部件是否能够在最高为风力涡轮机类型最大功率水平的功率水平下运转。
如果确定或者确认主要电气部件能够在先前关于机械部件确定的风力涡轮机类型最大功率水平下运转，那么在图3的步骤303中，针对给定的风力涡轮机类型将风力涡轮机类型最大功率水平设置或者记录为给定的风力涡轮机类型的最大功率水平。
但是，如果一个或多个电气部件不能在先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平下运转，那么接下来将面临三种选择中的一者或多者。
第一，可以对用于确认不能在先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平下运转的一个或多个电气部件的计算或模拟进行分析，以确认是否在计算/模拟中结合了任何保守性。基于该分析，可以确认由于所使用的计算/模拟的保守性，一个或多个电气部件实际上能够在先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平下运转。如果是这样，那么在图3的步骤303中，可以将给定的风力涡轮机类型的最大功率水平设置在先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平上。例如，由先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平得到的电流可以至少部分地依赖于WPP连接至的电网上的电压。在一些风电现场，电网上的电压可能不太稳定，并且比其它风电现场的变动要大。在能够确定给定的个体风电现场的电压变化低于为电气部件所设计的变化的情况下，可以允许涡轮机在较高的功率上运转。
第二，可以对电气部件和/或与电气部件相关的机械部件的设计进行分析，以确认是否可以实施软件控制和/或硬件控制解决方案，从而使得给定的风力涡轮机类型能够在先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平下运转。例如，控制解决方案(采用硬件和/或软件)可以允许在阻止或取消风力涡轮机在风力涡轮机类型最大功率水平下运转直到其能够再次这样运转之前，使风力涡轮机在风力涡轮机类型最大功率水平下运转一段时间。这种情况的示例可以是，计算/模拟指示例如发电机终端盒的电气部件在风力涡轮机类型最大功率水平下可能过热。但是，基于对电气部件的分析可以确认，可以在电气部件处或附近实施例如温度传感器的附加传感器，从而能够对风力涡轮机运转加以控制，以在来自温度传感器的温度测量结果高于阈值的情况下取消或者阻止在风力涡轮机类型最大功率水平下的运转。如果能够经由软件和/或硬件控制来解决或者补偿可能导致电气部件的计算/模拟失败的状况，则在图3的步骤303中，可以将给定的风力涡轮机类型的最大功率水平设置或记录为先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平。
第三，如果计算/模拟确认一个或多个电气部件不能在先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平下运转，并且针对一个或多个电气部件的故障的解决方案不可能实施，那么可以为给定风力涡轮机类型确定新的风力涡轮机类型最大功率水平。例如，可以使先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平递减预定的量(例如，25KW、50KW、1％、2％等)，并再次对电气部件执行计算/模拟。以递减的测试功率水平执行计算/模拟，直到确定不超过电气部件的设计能力的测试功率水平为止。之后，在图3的步骤303中，可以将新确定的测试功率水平设置或记录为该给定的风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平。
在该实施例中，由对电气部件的分析可以确定，对于给定的风力涡轮机类型，电气部件能够在先前确定的1800KW的风力涡轮机类型最大功率水平下运转。因而，在图3的步骤303中，将该风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平设置或记录为1800KW。
在上述实施例中，确认给定的风力涡轮机类型的主要机械部件和主要电气部件能够运转的风力涡轮机类型最大功率水平的步骤是单独执行的。但是，应当认识到，可以将所述步骤放在一起执行，例如，将机械部件和电气部件分析组合。在上文描述的实施例中，在分析主要电气部件之前对主要机械部件进行分析，但是应当认识到，这些步骤可互换，以确定给定的风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平。
之后，可以为其它的风力涡轮机类型执行上文描述的过程，从而为所有不同的风力涡轮机类型确定并记录风力涡轮机类型最大功率水平。
一旦确定了每种风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平，就可以利用该参数来确定或确认风力涡轮机能够在某些状况下并且在其在WPP中的位置处进行过额定值运转的最大功率水平。如上文所述，针对给定的风力涡轮机类型所确定的风力涡轮机类型最大功率水平是该风力涡轮机类型在不超过该给定的风力涡轮机类型的极限设计载荷和/或限制的情况下能够过额定值运转到的或者能够在其上运转的最大功率水平。
但是，WPP位置或现场处的状况可能阻止能够过额定值运转至所确定的风力涡轮机类型最大功率水平的风力涡轮机类型。或者，WPP处的某些风力涡轮机所面临的状况可能阻止这些风力涡轮机过额定值运转至针对该风力涡轮机类型所确定的风力涡轮机类型最大功率水平。
因此，优选的是针对WPP中的每个风力涡轮机确定个体最大功率水平，例如最大过额定值功率水平，或者针对WPP作为整体确定WPP最大功率水平，例如最大过额定值功率水平。
WPP中的每个风力涡轮机的个体最大功率水平是有利的，因为WPP中的情况可能跨越WPP的现场而发生变化。因此，情况可以是WPP中的一个位置中的风力涡轮机所面对的情况不同于WPP中的不同位置处的同类型的另一个风力涡轮机。因此，同类型的两个风力涡轮机可能要求不同的个体最大功率水平，或者可以根据优选实施方式向WPP中的该类型的所有风力涡轮机施加最低个体最大功率水平。
在该实施例中，将确定个体风力涡轮机所特有的个体最大功率水平。相应地，对WPP加以分析，以确定或确认WPP中的每个风力涡轮机的个体最大功率水平，其中，WPP可以包括一种或多种不同的风力涡轮机类型。
可以使用在线或者离线的计算机系统关于WPP的操作和控制执行分析。执行该分析的工具可以与上文所述的用于确定每种风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平的系统相同或不同。在下文的示例中，利用独立于确定风力涡轮机类型最大功率水平所使用的离线现场检查(SC)工具来分析WPP，并针对每个风力涡轮机/WPP确定个体最大功率水平。
首先，SC工具被配置或者设置为能够确定给定WPP中的每个风力涡轮机的个体最大功率水平。
在图3的步骤304中，SC工具被填充有针对每种风力涡轮机类型的先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平，并且还被填充有针对WPP中的每种风力涡轮机类型的一系列不同功率水平的疲劳载荷值。
疲劳载荷值可以是离线计算的，并且可以是由SC工具或由确定每种风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平的离线系统计算的。在该实施例中，确定风力涡轮机类型最大功率水平的离线系统计算每种风力涡轮机类型的疲劳载荷值。
计算其疲劳载荷值的一系列功率水平取决于先前确定或确认的风力涡轮机类型及其风力涡轮机类型最大功率水平。在上文描述的示例中，所分析的风力涡轮机类型具有1650KW的标称铭牌额定值，并且被确定为具有1800KW的风力涡轮机类型最大功率水平。因此，计算其疲劳载荷值的所述一系列功率水平可以是从1650KW的标称铭牌额定值到1800KW的风力涡轮机类型最大功率水平。因此，所述一系列功率水平开始于1650KW，并以20KW、25KW、40KW、50KW等步长递增或者按照百分比(例如1％、2％、5％等)的形式递增，直到达到给定的风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平为止。
应当认识到，不同的风力涡轮机类型将具有不同的标称铭牌额定值和不同的所确定的风力涡轮机类型最大功率水平。
考虑风力涡轮机类型或者每个个体风力涡轮机的降额定值功率水平的疲劳载荷值也可能是有用的。例如，在风力涡轮机类型具有1650KW的标称铭牌额定值的这种情况下，计算其疲劳载荷值的一系列功率水平替代地可以从(例如)1400KW开始上升到风力涡轮机类型最大功率水平，从而包括风力涡轮机的降额定值功率水平。
包括降额定值功率水平的优点在于平均起来能够获得较高的个体最大功率水平，因为风力涡轮机的预期或者实际的降额定值将在各部件中提供更多的备用疲劳容量。
疲劳载荷值用于一系列运转条件和功率水平的整个谱，因为疲劳损伤是在所有运转条件和功率水平下以不同的速率累积的。相应地，有利的做法可以是在计算中利用风力涡轮机可能在每个运转功率水平(包括过额定值功率水平和非过额定值功率水平二者)处花费的预期或实际时间来确定风力涡轮机的部件的疲劳和/或损伤的量。
但是，在该实施例中，可以仅从标称铭牌额定值上升到所确定的风力涡轮机类型最大功率水平来计算每种风力涡轮机类型的疲劳载荷值。
离线系统通过跨5或10分钟的持续时段的一系列风速(例如，4m/s到20m/s)运行或模拟载荷情况来确定系列中的每个功率水平的疲劳载荷值。相应地，计算并生成针对一系列功率水平中的每个功率水平的很大数量的疲劳载荷水平。模拟载荷情况还可以包括外推或者任何其它分析，可以通过执行所述外推或其它分析来计算或生成疲劳载荷水平。
此外，离线系统还可以基于诸如风速、湍流、空气密度等其它变量的一个或多个系列来计算疲劳载荷值。
SC工具至少被填充有所计算出的与正在分析的给定WPP中的一种或多种风力涡轮机类型相关的疲劳载荷值。
在图3的步骤305中，SC工具还被填充有与给定WPP现场地貌、地形、风况等相关的信息或参数。可以通过现场勘测和/或由对WPP现场的了解来提供地貌和地形信息，对WPP现场的了解可以包括斜坡、峭壁、WPP中的每个涡轮机的入流角等的细节。可以由Met Mast数据和/或由风力涡轮机和/或处于WPP所在位置的WPPC所经历并记录的风况来提供风况，例如风速(季节性的、年度的等)、紊流强度(季节性的、年度的等)、空气密度(季节性的、年度的等)、温度(季节性的、年度的等)等等。
SC工具可以包括一个或多个存储器、数据库或者其它数据结构，以存储并保持每种风力涡轮机类型的疲劳载荷值、每种风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平以及与WPP现场情况相关的信息和/或参数。
一旦SC工具被填充有相关数据，就能够确定每个风力涡轮机的过额定值功率水平。
在图3的步骤306中，可以确认是否正在向现有的WPP(例如，作为改造)或者正在向新的或者最近安装的WPP施加用于确定风力涡轮机所特有的个体最大功率水平(或者WPP所特有的过额定值功率水平)的过程。
在向已经运转了一段时间(例如，一年或更长时间)的现有WPP施加对风力涡轮机所特有的个体最大功率水平(例如，个体风力涡轮机的最大可能过额定值功率水平)的确定的情况下，所述方法可以转到图3的步骤307。替代地，可以忽略WPP和/或风力涡轮机的任何历史运转，并且出于确定每个具体的风力涡轮机/WPP的个体最大功率水平的目的，可以实际上将现有的WPP看作是新的WPP。在这种情况下，所述过程可以进行至图3的步骤308。
在向新WPP或者向已经运转了短时间段(例如，不到一年)的WPP施加对风力涡轮机所特有的个体最大功率水平的确定的情况下，实施例的方法可以移动到图3的步骤308。
返回到步骤307，在向现有的WPP施加所述过程的情况下，SC工具还可以被填充有与迄今为止WPP的运转和/或每个风力涡轮机的运转相关的历史信息或者数据。例如，历史数据可以包括迄今为止的运转年数、风力涡轮机的运转水平、在涡轮机内测得的温度和其它条件(如果在未来的运转中出现这样的条件将可能使得控制系统限制过额定值运转)等等。
通过利用有关WPP和/或每个风力涡轮机的运转的现有或历史数据，能够确定更有效的个体最大功率水平。例如，如果历史运转数据表明，风况一直低于(多个)风力涡轮机的设计状态，那么实际上可能在部件疲劳方面具有附加的“备用容量”。换言之，如果WPP一直经历比预期低的风速，那么风力涡轮机不会是以其满容量运转的，因而也不会遭受像预期那样多的部件疲劳，并且因此可以允许实现过额定值的较高水平。类似地，如果WPP一直经历比预期高的风速，那么可以降低过额定值的水平，以确保风力涡轮机部件达到其预期寿命(通常为20年)。
可以使用与WPP和/或WPP中的风力涡轮机的运转有关的历史数据来改变或校正在先前步骤中计算的疲劳载荷值，从而在确定每个具体的风力涡轮机的过额定值功率水平时考虑历史运转数据。
例如，可能有必要的是，在热天当临界温度接近其工作极限时，尽管高的风况可能会允许生成更高的功率，但还是必须限制过额定值运转。历史数据将允许估算这样的时段的持续时间，并用于校正在未来有可能发生多少过额定值运转的基于风的预测。通过考虑由除适当风况的可用性之外的条件引起的对过额定值的限制的时段，将会产生比在不考虑所述条件时所计算出的未来疲劳载荷低的对未来疲劳载荷的估值，从而实现较高的过额定值功率上限，并因此实现较高的所计算出的个体最大功率水平。
之后，所述过程可以继续至图3中的步骤308，以确定WPP中的每个风力涡轮机的特有的个体最大功率水平。
在图3的步骤308中，可以基于在上文描述的在先步骤中已经为SC工具填充的信息和数据中的至少一些来由SC工具确定风力涡轮机所特有的个体最大功率水平。
SC工具可以依次考虑每个风力涡轮机，可以依次考虑WPP中的每种风力涡轮机类型的所有风力涡轮机，或者可以一起考虑WPP中的所有类型的所有风力涡轮机，以确定WPP中的每个风力涡轮机的风力涡轮机所特有的个体最大功率水平。
在该实施例中，SC工具将依次考虑WPP中的相同类型的所有风力涡轮机。
如上文所述，SC工具被填充有每种风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平、每种风力涡轮机类型的针对至少一系列功率水平的疲劳载荷值(如果WPP已经运转了一年或更长时间，则可以或可以不根据历史运转数据来校正或改变疲劳载荷值)、以及WPP现场条件(其可以包括地形以及可能影响WPP中的每个风力涡轮机的条件)。
在上文给出的示例中，考虑了一种风力涡轮机类型，并且将最大功率水平确定为1800KW。因此，在该示例中，SC工具可以确定该风力涡轮机类型中的每个风力涡轮机的风力涡轮机所特有的个体最大功率水平。
SC工具可以开始于所述风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平，例如该示例中的1800KW，并基于每个风力涡轮机在其在WPP中所处的具体地点或位置上所面临的条件中的一个或多个条件来检查每个涡轮机的疲劳载荷值。
如果基于针对1800KW的功率水平所确定的疲劳载荷值并且给定了风力涡轮机所面临的现场条件(例如，预期风况、地形条件等)，给定风力涡轮机类型的具体风力涡轮机能够在1800KW运转，那么可以将用于该特定风力涡轮机的过额定值运转的个体最大功率水平设置在1800KW。
检查给定类型的所有风力涡轮机是否能够在它们在WPP中的位置处在1800KW运转。将能够在1800KW运转的所有风力涡轮机记录或者标记为具有1800KW的个体最大功率水平。
如果由于在WPP中的所处位置的现场条件的原因而存在不能在1800KW运转的给定风力涡轮机类型的风力涡轮机，那么SC工具检查看给定类型的其余风力涡轮机中哪些能够在较低的或者递减的功率水平下运转。功率水平递减的量与先前用于计算疲劳载荷水平的一系列功率水平有关。在该示例中，SC工具将检查给定类型的其余风力涡轮机是否能够在1780KW运转。
因此，针对给定风力涡轮机类型的其余风力涡轮机中的每者，检查是否每个具体风力涡轮机，基于针对1780KW的疲劳载荷水平以及其余风力涡轮机中的每者的预期现场条件，确定或者确认其余风力涡轮机中的哪些能够在1780KW的过额定值功率水平运转。之后将能够在1780KW运转的那些风力涡轮机记录或者标记为具有1780KW的个体最大功率水平。
针对所有后续的递减的功率水平来迭代地重复所述过程，直到为WPP中的给定类型的所有风力涡轮机确认或记录了个体最大功率水平为止
之后针对WPP中存在的所有其它风力涡轮机类型重复相同的过程，从而为WPP中存在的所有风力涡轮机确认或记录个体最大功率水平。
相应地，在图3的步骤308结束时，将为WPP中存在的所有风力涡轮机确认或记录了风力涡轮机所特有的个体最大功率水平。
在上述示例中，所述过程通过确认哪些风力涡轮机能够在先前确定的风力涡轮机类型最大功率水平下运转，并且接下来使功率水平递减直到给定类型的所有风力涡轮机都具有个体最大功率水平为止，来确定给定类型的每个风力涡轮机的个体最大功率水平。
替代地，所述过程可以开始于标称铭牌额定功率水平，并使功率水平递增直到确认并记录了每个个体风力涡轮机的个体最大功率水平为止。
作为另一替代方案，可以使用递增或递减功率水平的过程将单个WPP最大功率水平确认为任何一个风力涡轮机的最低个体最大功率水平。
已经确认，尽管风力涡轮机能够在特定的所确定的个体最大功率水平下运转，但是可能存在其它限制，例如，由于外部电缆布线、电网要求、经营者要求、客户要求等等。因此，在图3的步骤309中，可能要检查是否存在可能阻止风力涡轮机在其确定的个体最大功率水平下运转的任何其它限制。
如果存在可能影响WPP中的一个或多个风力涡轮机的个体最大功率水平的任何附加的限制，那么可以相应地调整这些风力涡轮机的个体最大功率水平。
在图3的步骤310中，将每个风力涡轮机设置在其个体最大功率水平。WPPC可以通知或者设置每个个体风力涡轮机的个体最大功率水平，或者任何其它系统可以将个体最大功率水平传达给WPP中的风力涡轮机中的每个风力涡轮机。
作为替代，在图3的步骤311中，使用WPP的单个WPP最大功率水平或者给定的风力涡轮机类型的一个最大功率水平(例如，为WPP所确认的最低个体最大功率水平或者为WPP中的给定的风力涡轮机类型所确认的最低个体最大功率水平)，并将每个风力涡轮机设置在适当的个体最大功率水平。
相应地，之后每个风力涡轮机能够在一个或多个功率水平下运转，所述功率水平最高可达其独立设置的个体最大功率水平。
相应地，上文描述的实施例有利地实现了针对WPP中的每个个体风力涡轮机确定的个体最大功率水平并将其设置在每个个体风力涡轮机的控制系统中。个体最大功率水平确定可以考虑所确定的风力涡轮机类型最大功率水平连同可能影响或者已经影响了个体风力涡轮机的各种因素和条件中的一者或多者，例如，WPP现场处的风况、地形条件和地貌等。这确保了更有效率且更有效果地控制个体风力涡轮机的过额定值运转的能力，并且确保了每个WPP的最有效率的年发电量。
在以上实施例和示例中，为WPP中的每个风力涡轮机确定了单个个体最大功率水平。替代地或此外，可以为每个风力涡轮机确定个体风力区段最大功率水平，以用于不同风向区段的过额定值运转控制。通常将风力涡轮机的360度的地平线划分成12个区段，其中每个区段30度，并且因此可以为风力涡轮机中的每者的12个区段中的每者确定个体区段最大功率水平。这可以提供较高的AEP，因为一个区段可以是低湍流区段，如此可以具有较大的过额定值范围，并且因此具有比一个或多个其它区段高的个体第一区段最大功率水平。类似地，高湍流区段可以具有较低的过额定值范围，并且因此具有比一个或多个其它区段低的个体第二区段功率水平。
为了确定用于每个风力涡轮机的每个区段中的过额定值控制的个体风力区段最大功率水平，图3的步骤308还可以包括基于与WPP中的每个风力涡轮机的每个区段对应或相关的风力和/或现场条件来确定每个区段的个体区段最大功率水平。例如，在步骤308中，替代确定给定类型的具体风力涡轮机的个体最大功率水平，所述过程可以基于每个区段中的疲劳载荷水平和风力/现场条件来确定每个风力涡轮机的每个区段的个体区段最大功率水平。为了实现基于区段的过额定值功率水平，SC工具还可以被填充有每个风力涡轮机的基于区段的数据。替代地或此外，优化算法可以调整每个区段中的最大功率水平，其目标在于来自涡轮机的最高可能的估算的AEP，其受到的限制条件是风力涡轮机寿命一定不得低于设计寿命。
在以上示例和实施例中，确定用于过额定值控制的不同最大功率水平，并且随后使用该不同最大功率水平控制每个个体风力涡轮机的操作。但是，替代地或此外，在所述实施例中的一者或多者中或者在替代的实施例中，最大功率水平(对于风力涡轮机类型和/或个体风力涡轮机而言)可以包括、指示或者定义最大转子速度、最大发电机速度、最大发电机转矩和最大发电机电流需求中的一者或多者。例如，可以为每种风力涡轮机类型确定最大转子速度、最大发电机速度、最大发电机转矩和最大发电机电流需求中的一者或多者，并且随后可以为该风力涡轮机类型的每个风力涡轮机确定最大转子速度、最大发电机速度、最大发电机转矩和最大发电机电流需求中的一者或多者，并使用其控制WPP中的每个风力涡轮机中的过额定值运转。所述过程可以与上文关于过额定值最大功率水平的确定所描述的过程非常类似。
例如，可以使用优化算法来确定给定涡轮机的最大转子转速和/或最大发电机电流的值，其将给出受到涡轮机寿命不低于设计寿命的限制的最高AEP。
上文描述的实施例是非排他性的，并且所述特征中的一者或多者可以结合或协作，从而经由为风力发电厂中的每个风力涡轮机设置最大功率水平来实现改进的过额定值控制，设置最大功率水平考虑了风力涡轮机所面临的或者对风力涡轮机造成影响的环境和现场条件。
尽管已经示出并描述了本发明的实施例，但是应当理解这样的实施例只是通过示例的方式描述的。在不背离由所附权利要求定义的本发明的范围的情况下本领域技术人员将想到很多变化、改变和替换。相应地，旨在使以下权利要求涵盖落在本发明的精神和范围内的所有这种变化或等价方案。

Claims (33)

1.一种用于设置风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平的方法，包括：
针对两个或更多测试功率水平模拟载荷谱，以针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功率水平来确定所述风力涡轮机类型上的载荷；
将针对每个测试功率水平所确定的载荷与所述风力涡轮机类型的设计载荷进行比较；以及
将所述风力涡轮机类型的所述风力涡轮机类型最大功率水平设置为所确定的载荷不超过所述风力涡轮机类型的所述设计载荷的最大测试功率水平。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述风力涡轮机类型上的所述载荷包括确定所述风力涡轮机类型的一个或多个机械部件的所述载荷。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
设置第一测试功率水平，其中，所述第一测试功率水平比所述风力涡轮机类型的标称铭牌功率水平高第一预定值；以及
使每个后续的测试功率水平递增第二预定值。
4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
设置第一测试功率水平，其中，所述第一测试功率水平比所述风力涡轮机类型的标称铭牌功率水平高第三预定值；以及
使每个后续的测试功率水平递减第四预定值。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，同时执行针对所述两个或更多测试功率水平模拟所述载荷谱的步骤，或者针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功率水平依次执行针对所述两个或更多测试功率水平模拟所述载荷谱的步骤。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，同时执行将针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功率水平所确定的载荷与所述风力涡轮机类型的所述设计载荷进行比较的步骤，或者针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功率水平依次执行将针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功率水平所确定的载荷与所述风力涡轮机类型的所述设计载荷进行比较的步骤。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，如果所确定的载荷超过所述设计载荷，那么所述方法还包括：
确认所述机械部件中的所确定的载荷超过了所述一个或多个机械部件的所述设计载荷的一个或多个机械部件；以及
分析所述一个或多个机械部件，以确认是否能够提高所述一个或多个机械部件的所述设计载荷。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，如果所确定的载荷超过所述设计载荷，那么所述方法还包括：
确认所述机械部件中的所确定的载荷超过了所述一个或多个机械部件的所述设计载荷的一个或多个机械部件；
确认用以使所述一个或多个机械部件在高于所述一个或多个机械部件的所述设计载荷的载荷下运转的控制和/或硬件；以及
在所述风力涡轮机类型中实施所确认的控制和/或硬件。
9.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
针对所述风力涡轮机类型最大功率水平确定所述风力涡轮机类型的一个或多个电气部件是否处于设计极限内。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，如果一个或多个电气部件的所述设计极限在所述风力涡轮机类型最大功率水平处被超过了，所述方法还包括：
对确定所述风力涡轮机类型的一个或多个电气部件是否处于设计极限内的保守性进行检查，以确认是否能够提高所述一个或多个电气部件的所述设计极限以使得对于所述风力涡轮机类型最大功率水平，所述一个或多个电气部件处于所提高的设计极限内。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，如果一个或多个电气部件的所述设计极限在所述风力涡轮机类型最大功率水平处被超过了，所述方法还包括：
确认用以使所述一个或多个电气部件在所述风力涡轮机类型最大功率水平下运转的控制和/或硬件；以及
在所述风力涡轮机类型中实施所确认的控制和/或硬件。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，一个或多个电气部件的所述设计极限在所述风力涡轮机类型最大功率水平处被超过了，所述方法还包括：
使所述风力涡轮机类型最大功率水平递减第五预定值；
针对所递减的风力涡轮机类型最大功率水平来确定所述风力涡轮机类型的一个或多个电气部件是否处于所述设计极限内；以及
将所述风力涡轮机类型最大功率水平设置在第一递减风力涡轮机类型最大功率水平，对于所述第一递减风力涡轮机类型最大功率水平，所述风力涡轮机类型的所述一个或多个电气部件处于所述设计极限内。
13.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
基于所述风力涡轮机类型最大功率水平来确定一个或多个风力涡轮机的个体最大功率水平，其中，所述个体最大功率水平用于所述一个或多个风力涡轮机的过额定值控制中。
14.根据权利要求1或2所述的方法，其中，针对一个或多个风力涡轮机类型来设置所述风力涡轮机类型最大功率水平。
15.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
向所述风力涡轮机类型最大功率水平施加保守度。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述风力涡轮机类型最大功率水平包括最大发电机转矩、最大发电机电流、最大发电机速度和最大转子速度中的一者或多者。
17.一种用于设置风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平的设备，包括：
第一处理器，其适于针对两个或更多测试功率水平来模拟载荷谱，以针对所述两个或多个测试功率水平中的每个测试功率水平确定所述风力涡轮机类型上的载荷；
第二处理器，其适于将针对每个测试功率水平所确定的载荷与所述风力涡轮机类型的设计载荷进行比较；以及
第三处理器，其适于将所述风力涡轮机类型的所述风力涡轮机类型最大功率水平设置为所确定的载荷不超过所述风力涡轮机类型的所述设计载荷的最大测试功率水平。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述第一处理器还适于确定所述风力涡轮机类型的一个或多个机械部件的所述载荷。
19.根据权利要求17或18所述的设备，还包括：
适于设置第一测试功率水平的第四处理器，其中，所述第一测试功率水平比所述风力涡轮机类型的标称铭牌功率水平高第一预定值；以及
所述第四处理器还适于使每个后续的测试功率水平递增第二预定值。
20.根据权利要求17或18所述的设备，还包括：
适于设置第一测试功率水平的第五处理器，其中，所述第一测试功率水平比所述风力涡轮机类型的标称铭牌功率水平高第三预定值；以及
所述第五处理器还适于使每个后续的测试功率水平递减第四预定值。
21.根据权利要求17或18所述的设备，其中，所述第一处理器适于同时针对所述两个或更多测试功率水平来模拟所述载荷谱，或者所述第一处理器适于针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功率水平依次模拟所述载荷谱。
22.根据权利要求17或18所述的设备，其中，所述第二处理器适于同时将针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功率水平所确定的载荷与所述风力涡轮机类型的所述设计载荷进行比较，或者所述第二处理器适于依次将针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功率水平所确定的载荷与所述风力涡轮机类型的所述设计载荷进行比较。
23.根据权利要求18所述的设备，还包括：
第六处理器，其适于：确认所确定的载荷超过了所述一个或多个机械部件的所述设计载荷的一个或多个所述机械部件；以及分析所述一个或多个机械部件，以确认是否能够提高所述一个或多个机械部件的所述设计载荷。
24.根据权利要求18所述的设备，还包括：
第八处理器，其适于：
确认所确定的载荷超过了所述一个或多个机械部件的所述设计载荷的一个或多个所述机械部件；以及
确认用以使所述一个或多个机械部件在高于所述一个或多个机械部件的所述设计载荷的载荷下运转的控制和/或硬件。
25.根据权利要求17或18所述的设备，还包括：
第九处理器，其适于针对所述风力涡轮机类型最大功率水平来确定所述风力涡轮机类型的一个或多个电气部件是否处于设计极限内。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，如果所述第九处理器确定所述一个或多个电气部件的所述设计极限在所述风力涡轮机类型最大功率水平处被超过了，那么所述第九处理器还适于：
对确定所述风力涡轮机类型的一个或多个电气部件是否处于设计极限内的的保守性进行检查，以确认是否能够提高所述一个或多个电气部件的所述设计极限以使得对于所述风力涡轮机类型最大功率水平，所述一个或多个电气部件处于所提高的设计极限内。
27.根据权利要求25所述的设备，其中，如果所述第九处理器确定所述一个或多个电气部件的所述设计极限在所述风力涡轮机类型最大功率水平处被超过了，那么所述第九处理器还适于：
确认用以使所述一个或多个电气部件在所述风力涡轮机类型最大功率水平运转的控制和/或硬件；从而能够在所述风力涡轮机类型中实施所确认的控制和/或硬件。
28.根据权利要求25所述的设备，其中，如果所述第九处理器确定所述一个或多个电气部件的所述设计极限在所述风力涡轮机类型最大功率水平处被超过了，那么所述第九处理器还适于：
使所述风力涡轮机类型最大功率水平递减第五预定值；
针对所递减的风力涡轮机类型最大功率水平确定所述风力涡轮机类型的一个或多个电气部件是否处于所述设计极限内；以及
将所述风力涡轮机类型最大功率水平设置在第一递减风力涡轮机类型最大功率水平，对于所述第一递减风力涡轮机类型最大功率水平，所述风力涡轮机类型的所述一个或多个电气部件处于所述设计极限内。
29.根据权利要求17或18所述的设备，还包括：
第十处理器，其适于基于所述风力涡轮机类型最大功率水平确定一个或多个风力涡轮机的个体最大功率水平，其中，所述个体最大功率水平用于所述一个或多个风力涡轮机的过额定值控制中。
30.根据权利要求17或18所述的设备，其中，针对一个或多个风力涡轮机类型来设置所述风力涡轮机类型最大功率水平。
31.根据权利要求17或18所述的设备，还包括：
适于向所述风力涡轮机类型最大功率水平施加保守度的第十一处理器。
32.根据权利要求17或18所述的设备，其中，所述风力涡轮机类型最大功率水平包括最大发电机转矩、最大发电机电流、最大发电机速度和最大转子速度中的一者或多者。
33.一种计算机程序产品，包括用于实施权利要求1到16中的任一项方法的计算机可读可执行代码。
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