CN107208607A - 校准风力机的风向标 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种根据从风力机的风向标测定的风向确定偏移角的方法，该方法的特征在于其包括以下步骤：限定表示可由风力机产生的功率的间隔的多个功率分组、计算对于多个时隙的风力机的效率、确定对于多个时隙的风力机的功率输出、比较风力机在两个不同时隙中的效率、以及更新表示对于所比较的时隙中的一个所确定的功率间隔的功率分组之一的值，其中，使用最高效率或从最高效率导出的值乘以一常数的结果来更新功率分组的值。

Description

校准风力机的风向标
技术领域
本发明涉及一种用于确定多个不同功率间隔的校准偏移角并使用该校准偏移角来优化风力机的偏航控制(yaw control)的方法。
背景技术
现代风力机通常尺寸为3MW或更大，因此，尤其是当在数年时间中测定发电量时，很容易测定这种大型风力机在发电量方面的甚至微小的优化控制。
尤其是对于不在风电场中的另一风力机的前方或后方的风力机来说，优化控制的一种方法是确保风轮平面(其由叶片旋转所在的平面限定)尽可能接近垂直于风向。这种类型的风力机控制被称为偏航控制，即，使风力机(更具体地说是主轴)与风向对准。
现有技术包括描述使风力机与风向对准的不同方式的若干文献，其中US8476780和US7952215是两个示例。
US8476780描述了在发电之前估算实际风向。描述了两个主要实施例，第一实施例利用从近似表达式导出的二次近似曲线，而第二实施例利用使用梯度法形成的近似曲线(参见第6栏第66行至第7栏第4行)。在这两个实施例中，结果是通过相对于风向偏移值对平均发电机输出功率求近似来估算实际风向，该风向偏移值在当近似平均发电机输出功率为二次曲线中的最大值时被假定为二次曲线(参见权利要求1和2)。
US7952215描述了顺序累积在风力机运行期间所产生的输出功率、估算风速和风向偏差的数据集，该风向偏差被定义为测定风向与机舱方位之间的差值。对这些数据集进行分析，并确定与在各迎面风速下的所产生的输出功率的风向偏差对应的分布曲线。然后将与分布曲线的峰值对应的风向偏差设定为风速计的校正值并针对各迎面风速来存储。这样，利用用于各迎面风速的风速计的校正值来校正在风速计上测定的风向，并且使用校正风向作为控制参数进行发电控制。
US7952215被认为是所提到的现有技术中最接近的现有技术，并且其教导的一个问题在于它是复杂的，其中，它需要计算在各风速下的风力机的输出与风向偏差之间的关系。另一个问题在于，这种优化偏航控制的方法只有当风力机未降低功率(derated)时才是可行的。
发明内容
因此，根据本发明的不同方面，一个目的是通过提出一种用于优化风力机与风向的对准的方法来克服上述问题。
这是通过一种根据从风力机的风向标测定的风向确定偏移角的方法来实现的，该偏移角由风力机控制器用于优化所述风力机的功率输出，该方法包括以下步骤：优选地通过风速计确定风速、优选地通过风向标确定风向，该方法的特征为还包括以下步骤：限定表示可由风力机产生的功率的间隔的多个功率分组(power bins)、确定对于多个时隙的风力机的效率、确定对于多个时隙的风力机的功率输出、比较风力机在两个不同时隙中的效率以获得最高效率、以及更新表示对于所比较的时隙中的一个所确定的输出功率间隔的功率分组的值，其中，使用最高效率或从最高效率导出的值乘以一常数的结果来更新功率分组的值。
效率的计算是在风力机运行时(即发电时)进行的，并且优选地为确定效率的每个时隙确定输出功率。
优选地，通过比较两个不同时隙来得出具有最高效率的时隙，并将在这个时隙中由风向标测定的角度乘以一常数。然后，利用乘法结果来更新表示在具有最高效率的时隙内产生的功率的间隔的功率分组所包含的值。从而获得偏航角偏移的动态和实时优化，其独立于不同风速对来自风向标的测定值的影响。
这些步骤根据需要重复多次，并且因此当风力机产生输出功率使本发明成为实时动态风向标偏移校准程序时可以执行这些步骤。
功率分组各自由功率范围限定，即优选地，风力机的额定功率被划分成多个功率分组。功率分组可以覆盖例如300kW的间隔，例如从300kW到600kW。优选地，所有分组表示低于风力机的额定输出功率的间隔，但是一些分组可以在需要时限定高于该功率。
在具有最高效率的时隙期间测定的风向/功率优选地是在时隙期间测定的平均值。
不一定必须按上述顺序执行步骤。然而，在可以进行一些计算之前必须进行一些测定，并且在可以进行一些比较之前必须进行一些计算。
值被更新的功率分组优选地由具有最高效率的时隙期间的功率来确定，但是可以从所比较的时隙中的任一个或者两者的平均值来确定。时隙期间的功率优选地从测定值测定或导出。
根据本发明的一实施方式，功率分组的值是偏移角。这是有利的在于，它可以通过风力机控制器直接用于控制风力机。
根据本发明的一实施方式，风力机控制器通过将来自表示实时功率输出的所述功率分组的偏移角与由风向标测定的风向相加来控制机舱的方位。这是有利的在于，偏航角加上偏移角与风向逐步对准，直到获得满意的对准，并且这样，根据风力机的产生输出功率来控制风向标的校准。
风向标通过风旋转并将这种旋转转换为风向角度，该风向角度由风力机控制器用于调节机舱以使风轮平面与风向对准。这被称为偏航控制，其目的是保持风轮平面垂直于风向，以增加来自风中的可能的能量捕获。因此，当偏航控制是最佳时，在测定风角与0°(零度)的机舱偏航角之间存在偏移角。
在将风向标安装在机舱时，存在的风险是，风向标不与风向100％对准。这导致不是最佳的风力机控制。可以通过确定风向与由风向标对于多个不同功率输出间隔测定的结果之间的校准偏移角来解决该问题。
风速计测量风速，优选地，风向标和风速计位于风力机的机舱处。
根据本发明的一实施方式，通过将估算风速除以测定风速来计算效率。
根据本发明的一实施方式，基于发电机转矩或发电机滑差来计算估算风速。
根据本发明的一实施方式，通过将测定功率系数除以理论功率系数来计算效率。效率计算是动态的，因此功率分组中的值被实时更新。
根据本发明的一实施方式，该常数小于2，优选小于1。该常数用于效率相乘，以能够调节功率分组的值的更新，这是有利的在于，功率分组的每次更新不会随着不期望的步骤而增加或减少。
根据本发明的一实施方式，从最高效率导出的值是所比较的时隙的效率之间的差值。有利的是，将两个时隙进行比较，得到两个效率，其中一个是最高效率，从该最高效率可以导出值。此外，有利的是，导出值是两个效率的减法结果。此外，有利的是，导出值是绝对值，其中，这将简化控制系统中的实施，其中，结果在一种情况下应该用于增加功率分组的值，并且在另一种情况下用于减小功率分组的值。
根据本发明的一实施方式，如果在所比较的时隙中的具有最高效率的时隙中的测定风向大于在不具有最高效率的时隙中的测定风向，则待更新的功率分组的值增大。
根据本发明的一实施方式，如果在所比较的时隙中的具有最高效率的时隙中的测定风向小于在不具有最高效率的时隙中的测定风向，则待更新的功率分组的值减小。这是有利的在于，在本发明的校准程序的连续执行之后，功率分组的值朝向最终优化值被驱动。当在风力涡轮机的控制中使用时，这有助于实现与功率输出相关的优化控制。
根据本发明的一实施方式，时隙的持续时间在0至500秒之间，优选在75至300秒之间，最优选在100至150秒之间。然而，时隙的持续时间可以在所述间隔之外并且高达数小时，以增加用于更新功率分组的时间，并由此通过目前的优化程序在100至150秒之间的时隙成功优化的时间已经证明是合适的。
根据本发明的一实施方式，所比较的时隙在时间上是连续的。这是有利的在于，随后能够遵循在提供最有效的风力机的偏移(并由此有助于来自风力机的最高功率输出的偏移)的方向上的趋势。
风力机的效率被计算为估算风速除以测定风速，优选得到0到1之间的值，其中最大效率为1。范围是次要的，也可以在0到2之间，其中2是最大值(或其它范围)，例如在估算风速高于测定风速的情况下。测定风速由风速计测定。估算风速是基于与发电机转矩(变速风力机的变流器)或发电机滑差(失速控制风力机的发电机)相关的从发电机或变流器获取的数据来估算的。
分组是由偏移角(即，由风向标测定的风角)的间隔来限定的。因此，一个分组可以表示在风向标从另一角度测定风角的同时用在一个偏航角中的机舱计算的效率。例如，可以提到第一分组在0到1度之间，第二分组在0到-1度之间，第三分组1到2度之间等等。因此，分组优选地由在本文中所称的偏移角来限定。偏移角在图5中示出为效率和风向的函数，并且在图3a和3b的分组中示出。
当本发明方法的步骤已经重复多次时，每个分组将包括多个计算效率。这是因为风向(以及风速)的性质即发散方向(和速度)不是恒定的。
如上所述，最大效率是当风向垂直于风轮平面时。因此，对于所有分组来说，对所有计算效率求平均，得到每个分组的一个平均效率，参见图3b。然后，通过比较每个分组的平均效率，很容易确定哪个分组是最有效的，并由此确定风力机在哪个偏移角下的运行是最有效的。
表示代表最高效率的分组的偏移角则被称为校准偏移角，并且优选地以这种角度校准风向标是在根据本发明的一个方面的控制软件中的校正手段。因此，校准偏移角则可以应用于由风向标测定的角度(即，与风角相关的测定数据)，以更好地使机舱的偏航角与风向对准，并由此提高风力机的发电效率。
根据本发明的一实施方式，通过对每个分组的效率求平均来进行对该分组的效率的计算。为了的更精确的平均值以及更精确的分组效率，在执行效率求平均之前去除离群值可能是有利的。
根据本发明的一实施方式，从变流器获取发电机转矩。优选地，在由变流器基于发电机电流的测定值进行估算的情况下，从变流器获取发电机转矩。获得发电机转矩信息的这种方式对于变速风力机是特别有利的。
根据本发明的一实施方式，通过测定发电机处的发电机转速来获取发电机滑差。获取发电机滑差信息的这种方式对诸如失速控制风力机的非变速风力机来说是特别有利的。
根据本发明的一实施方式，对于发电的预定时间段重复所述步骤，该时间段为至少2小时，优选至少5小时，最优选至少10小时。存储在每个分组中的效率越多，分组的效率的平均值就越准确。因此，数据收集/数据计算周期越长，将预期的平均值就越准确。已经发现，根据本发明的一个方面，超过例如5小时的时间段足以获得偏移角的指示。
应该提到的是，当风力机产生优选地向公用电网输送电力的功率输出时，优选地仅计数预定的时间段。
在风力机停止发电的情况下，预定义的时间段不必重置并重新开始。在这种情况下，仅保存存储数据(例如不同分组的效率)，并且当风力机再次发电时，新数据被添加到存储数据(例如，新效率被添加到不同分组)。
根据本发明的一实施方式，测定和获取的步骤至少每5秒重复一次，优选至少每3秒重复一次，或最优选至少每秒重复一次。测定和获取数据的频率是确定当相关数据可用时全部进行计算、存储和确定的频率。
优选地，重复测定和获取步骤的频率可以由风力机现场处的风的性质来确定。因此，如果该现场在海上，则可能不必像现场在陆上那样频繁地重复这些步骤，在海上的风比在陆上更稳定。
根据本发明的一实施方式，基于在风力机降低功率的时间段期间测定和获取的数据来估算校准偏移角。尽管在观察风力机的收益时是不利的，但由于降噪要求、电网要求、风力机的缺陷或故障部件等，有时是必要的。
根据本发明的方面的一实施方式，基于确定的校准偏移角校准来自风向标的测定值。这是非常有利的在于，基本上消除了偏航失准，并由此与不使用校准偏移角校正偏航角来发电相比，风力机提供了更高的产量。
此外，本发明涉及一种通过使用从根据前述权利要求中任一项所述的方法确定的校准偏移角调节偏航控制设定点来控制风力机的方法。
此外，本发明涉及一种根据前述权利要求中任一项所述的方法来确定校准偏移角的用途，以用于控制风力机的偏航角。
附图说明
下面将参照附图更详细地描述本发明的几个示例性实施例，附图中：
图1示出了根据本发明的实施例的风力机，
图2示出了根据本发明的实施例的偏移角，
图3a示出了根据本发明的实施例的多个分组，
图3b示出了具有平均效率的图3a的分组，
图4示出了效率与风向的关系图，
图5示出了连续时隙的效率和风向，以及
图6示出了功率分组。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的风力机1形式的发电系统。风力机1包括塔架2、机舱3、轮毂4和两个或更多个叶片5。风力机1的叶片5可旋转地安装在轮毂4上，叶片与轮毂4一起被称为风轮。当风轮旋转时由叶片5覆盖的区域被称为风轮平面。叶片5沿其纵向轴线的旋转被称为桨距。
风力机1由控制系统控制，该控制系统包括风力机控制器6、用于控制风力机1的不同部分的子控制器7、以及连通线路8。风力机控制器6优选地经由未示出的连通线路与外部控制器(未示出)和操作器(未示出)连通。因此，能够更新、校正、检查风力机控制器6及其上的软件的状态等。
在机舱3的顶部示出有气象站9，其包括风速计10(用于测定风速)和风向标11(用于测定风向)。
风力机1从使风轮旋转的风中产生电力。风轮耦接到产生电力的发电机。发电机产生的功率在变速风力机中由变流器赋形以符合本地公用电网的电网规范。诸如失速控制风力机的一些风力机不具有变流器并且直接耦接到公用电网。
因此，作用于风轮上的风与发电机上的负载之间存在关系。发电机转矩可以从变流器中进行的测定或从由变流器进行的计算获得。变流器可以测定发电机电流，发动机电流形成用于计算发电机转矩的基础。替代地，可以基于在发电机同步速度和测定发电机速度之间的速度差来确定发电机滑差(generator slip)。
从风力机1产生能量的方式以及这里使用的诸如发电机和变流器的组件(其中涉及风力机1如何操作)既未示出，也未作进一步说明，从而是本领域技术人员公知的。
图2以俯视图示出了风力机1的机舱3、轮毂4和叶片5。另外，图2示出了机舱的方向，其被称为偏航角12(虚线)。偏航角12描述了机舱与风向13(实线)的对准，并由此，风轮平面与风向的对准。风向13是由风向标11测定的实际风向。由于气象站9(并由此，风向标11)随着机舱3旋转，所以在理想情况下，偏航角12与由风向标11测定的风向13对准，导致偏移角14为0°。
实际上，通常在偏航角12与由风向标11测定的风向13之间存在偏移角14。更确切地，由风向标11测定的风向13或与风角有关的测定数据是该偏移角14。因此，该偏移角14可被解释为误差并且有时被称为偏航失准。该偏航失准应由风力机控制器6校正，以便增大风力机1的效率(例如，增大风力机1的发电量)。然而，风通常不是很稳定，并且由于风向标11位于叶片5的后面，所以由叶片5引起的紊流也将对由风向标11测定的风向13产生影响。因此，不希望基于风向标11的实时测定来控制偏航角12，这将导致对偏航角12的不期望的或多或少的恒定调节。
现在将更详细地描述本发明的第一方面，之后接着描述本发明的第二方面。本发明的第二方面至少部分地基于第一方面。然而，不需要实施第一方面的每个特征来实施根据第二方面的风向标11的校准。
根据本发明的第一方面，由风向标11测定的该偏移角14与来自风速计10的风速测定值和与发电机转矩或发电机滑差相关的数据一起被存储在数据存储器(未示出)中。数据存储器可以是风力机控制器6的一部分，或者通信地连接到风力机控制器6。
该数据用于计算风力机1的效率。效率典型地被定义为0到2之间的数字，其中2是基于以下等式1的最大效率(也可以使用替代范围)：
等式1)效率＝Vestimated/Vmeasured
其中：
Vestimated是由下面的等式2计算的估算风速
Vmeasured是由风速计10测定的测定风速
发电机转矩与风速之间的关系可以用下面的等式2表示：
等式2)T＝1/2×ρ×V2×A×Cq
式中：
T是发电机转矩(发电机转矩与发电机滑差之间的关系可以从与特定发电机配置相关的查找表中找到)
V是风速(该等式中的未知量)
ρ(rho)是表示空气密度的常数(ρ可以被测定以改善等式的结果)
A是风轮平面的面积
Cq是由叶片设计定义的常数。更具体地，该值可以被称为Cq(λ,θ)，其中λ(lambda)表示尖端速度比(风速(V)与叶片尖端的速度(ω)(omega)之间的关系)，并且其中θ(theta)表示桨距角。Cq值典型地从在风力机1/叶片5的设计完成时制成的表中找到。
从等式2可以看出，唯一未知量是风速V，从而基于等式的其它量来估算该风速是相对容易的，从而得到等式1所需的Vestimated。
因此，从等式1能够使用由风向标11测定的偏移角14计算风力机1的效率，其中，机舱定位在偏航角12。然后将计算效率存储在数据存储器中的与该偏移角14匹配的分组15中。
应该理解，在本文件中，计算出的和被称为效率的数据应被理解为反映风力机的发电量与特定情况下的最大发电量相比的度量。情况可以例如包括风速、部件缺陷等。因此，计算效率也可以被称为效率表示，其中可能有其它方式来反映这种关系。
在数据存储器中，创建有多个分组15，每个分组15表示一个或多个偏移角14。优选地，每个分组15表示一个偏移角14，使第一分组15表示0°到1°之间的偏移角14，使第二分组15表示0°到-1°之间的偏移角14，使第三分组15表示1°到2°之间的偏移角14，等等。因此，在生成与至少一个风角(即在本发明的实施例中使用的偏移角14)相关的测定数据之前的某个时刻创建分组，这些分组因此可以被认为是预定义的。
当风向13并由此偏移角14(由风向标11测定)在预定时间段已经高于或低于预定阈值时，偏航角12改变。因此，当在几小时或几天内计数的时间段内(优选地在至少5到15小时之间)重复导致风力机1的计算效率的步骤多次时，所得到的多个不同效率被存储在与不同偏移角14相关的多个不同分组15中。
图3A和图3B用于示出由在图3A和图3B所示的偏移角14限定的七个不同分组15中的效率(每个效率由“X”表示)。在图3B中，风力机1的效率最高的偏移角14表示为16，即-2°。
理想地，所有效率都应存储在0°分组15中，这表明机舱3的偏航角12总是与由风向标11测定的风向13(例如偏移角14在0°时)对准。在这种理想情况下，风向将大致垂直于风轮平面的区域。
在图3B中示出了对每个分组15的效率求平均的结果。这里可以看出，在该示例中，风力机1在表示-2°(负2度)的偏移角14的分组16中具有最高效率。从该信息可以导出，风轮平面在-2°的偏航角12(其因此被称为校准偏移角)时与风向13更对准，这表明风向标11未正确校准。
为了补偿在该示例中的偏移误差/偏航失准，应将-2°的校准偏移角与偏航角12相加。这样，偏航角12将与风向13(由风向标11测定)对准，并且偏移角14将为0°。
偏移角(-2)+偏航角(0)＝补偿(-2)
因此，基于根据本发明的确定的校准偏移角来优化风力机1的偏航控制，以增加风力机1的效率。
替代地，来自风向标11的测定值应该减去-2°度的校准偏移角，这也将最终使偏航角与风向13对准，从而偏移角14再次为0°。
偏移角(-2)－偏移角(-2)＝补偿(0)
利用校准偏移角来补偿偏移角14的任何方法可以通过风力机控制器6来实现，例如通过在用于由风力机控制器6的控制目的之前校正改变偏航角12的偏航控制的设定点或校正从风向标11接收的测定值来实现。
因此，以简单的方式并且在对除了在风力机1上已经存在的设备以外的设备没有要求的情况下，获得一种方法，该方法当在风力机1的控制中使用时提高风力机1的效率，其中，根据所确定的校准偏移角控制的风力机的偏航角12将与全时间当前风向13更加对准。
考虑到来自风向标11的测定值可能例如由于风向标11的磨损而改变，可以例如每月一次(可能更频繁或更稀少)的定期重复本发明的确定校准偏移角的方法。
如上所述，本发明的优点在于，它不受风力机1的运行被降低功率的事实限定，即，即使风速允许，也不产生额定输出。风力机1的降低功率是不利的，其中，发电量受到限制，但是可能例如由于降噪要求、电网要求、与风力机1的部件相关的故障或报警等而需要降低功率。
因此，本发明的第一方面的上述描述涉及一种确定校准偏移角的方法，该方法当在风力机的控制中使用时可以提高风力机的效率，该方法包括以下步骤：测定与风速和风向相关的数据、获取与发电机相关的数据、基于与发电机相关的数据计算估算风速、基于估算风速和测定风速计算风力机的效率、将计算效率存储在表示与至少一个风角相关的测定数据的分组中，其中，计算每个分组的效率、以及将校准偏移角确定为表示代表最高效率的分组的风角。
以下是对本发明的第二方面的描述，该第二方面如上述那样重复使用上述第一方面的元件。
根据本发明的第二方面，相对于风力机1的输出功率来限定校准偏移角。因此，风力机控制器6、7可以通过了解当前发电量而根据由风向标11测定的角度确定偏移角。这有助于实现优化的控制参数，尤其是偏航角或偏航角偏移，从而导致风力机1的较高功率输出。
现在将相对于图4、图5和图6来描述本发明的第二方面的优选实施方式。根据本优选实施方式的风力机1的效率如上述那样相对于本发明的第一方面可以得出。此外，第一实施方式的所有方面在该第二方面中是可用的(并且反之亦然)，包括风力机的控制和执行所述优化控制的方法。
图4示出了相对于由风向标11测定的风向绘制的效率。从图4可以得出，在为由风向标11测定的值的负1度的风向下，效率峰值为0.6。
因此，必须假定风向标未正确校准以保持风力机1的风轮平面垂直于风向。
图5示出了在四个时隙t1、t2、t3、t4期间由风向标11测定的风向和计算效率的图。图5所示的示例是风力机1朝向负偏移值优化的示例(偏移和校准角都参照角度14来使用)。图5未示出朝向正偏移角(或在图5中表示正偏移角的误差测定值)进行优化的情况下的时隙。
所示示例的时隙为120秒，但是时隙不限于120秒，并且可以更短或更长。在每个时隙t1-t4期间，测定值和计算值优选地被求平均，得到图5所示的水平曲线图。
可以看出，在-1度时，效率为0.6(t1和t4)，在-0.7度时效率为0.5(t2)，以及在-0.4度时效率为0.4(t3)。因此，从图5可以得出，当测定偏移角低于0度时，风力机1的效率最高。
除了测定风向和每个时隙的计算效率之外，通过直接测定或计算可以得到每个时隙中的功率输出。优选地，在每个时隙期间的输出被求平均，然而这不是强制性的。
根据一实施方式，风力机控制器(主控制器7或子控制器6)比较两个连续的时隙，例如，时隙t1与时隙t2，以及时隙t3与时隙t4等。
图6所示的每个功率分组17包括当风力机1产生的输出处于由各个功率分组17表示的范围内时用于风向标11的校准角。基于如下所述的比较来更新这些值。
在所比较的时隙(t1-t4)期间，(当前)输出功率应被理解为风力机的输出功率(求平均的、单次测定值或其它表示方式)。
因此，如果在所比较的时隙的具有最大测定风向的时隙中得到最高效率，则表示风力机的当前输出功率的范围的功率分组17的校准角增大。
如果在所比较的时隙的具有最小测定风向的时隙中得到最高效率，则表示风力机的当前输出功率的范围的功率分组17的校准角减小。
优选地，功率分组17的校准角增大/减小了两个所比较的时隙之间的效率差值乘以常数。
因此，在时隙比较之后，优选地通过使功率分组17的现有值增大或减小使用效率(或时隙效率之间的差值)乘以常数的结果来进行功率分组的值(即，由功率分组包括的值是偏移角/校准角14)的更新。
从所比较的时隙中的测定风向的比较得出最大和最小测定风向，即-1的角度小于-0.7的角度，并且1的角度大于0.7的角度。
通过优选例如具有已知风轮尺寸和机电部件的特定风力机类型的模拟或实验来得到常数值。已经证明，在大多数情况下合适的是低于2的常数，优选低于1的常数。
功率分组17的校准角的增大和减小的原理如上所述在于，具有最高效率的时隙的测定风向角表示，应在具有最高效率的时隙的角的方向上得到针对来自风向标11的测定角的最佳校准角。当这与产生的输出功率相关联时，产生的输出功率可以用于风向标11的校准。更具体地，在表示由风力机1产生的输出功率的间隔的功率分组17中得到校准偏移角。这样，本发明不必考虑不同风速下的不同偏移角。
在风向在两个连续的时隙期间不变的情况下，不必对功率分组17的校准角进行改变。事实上，如果两个时隙之间的效率朝向相同的值降低，则这可以表示功率分组17的校准角被优化。
因此，优化程序可以停止至少一段时间。在这种时间期间，风力机部件的磨损可能导致需要再次运行优化程序。
现在转到图5和图6，风力机控制器6、7根据如上所述的比较结果来更新相关功率分组17的校准角。如所指出的那样，如果本发明的优化程序正在运行，则它是动态运行的，并因此本发明可以被称为一种用于优化或校准由风向标11测定的风角的动态或自适应方法或程序。
首先，所比较的时隙t1和时隙t2，并且从图5可以看出，时隙t1中的效率(0.6)最高，其中，测定风向为-1度(在t2中，效率为0.5，并且角度为-0.7)。
这意味着，如果在时隙t1期间的输出功率为450kW，则功率分组17C的校准角减小了t1和t2之间的效率差值(即0.6-0.5＝0.1)(效率t1减去效率t2，得到最高效率的导出值)乘以上述的常数(例如0.7)的结果。因此，从由电源分组17C包括的校准角的现有值中减去0.1×0.7＝0.07的值。
如上所述，在这种情况下，功率分组17C的校准角的减小是由于以下事实：-1度(来自t1)小于-0.7度(来自t2)(-1<-0.7)。
以同样的方式，如果所比较的时隙t3的效率(0.4)和t4的效率(0.6)，并且在时隙t4期间的输出为600kW，则功率分组17d的值减小了0.2乘以常数，这是因为在t4中的测定角(-1)小于在t3中的测定角(-0.4)(-1<-0.4)。
如上所述，图6示出了由附图标记17一起表示的多个功率分组。每个单独的功率分组17a、17b、...17n表示风力机1的输出间隔，并且当风力机1产生由功率分组17表示的输出功率时，包括用于测定风向标11的的校准角。因此，分组17a可以表示0kW到100kW之间的输出，17b表示从100kW到300kW，17c表示从300kW到500kW，直到风力机1的额定功率。
应当提及的是，关于本发明的两个方面，也可以通过将测定功率系数除以理论功率系数来得到效率。风力机的一段时间的效率(例如，平均效率)可以得出为在给定桨距角下的测定功率系数与理论功率系数之比。
测定功率系数可以基于以下等式来计算：
其中：
CpMeasured：基于测定值的功率效率
vmeasured：来自风速计的测定风速[m/s]
Pelectrical：测定发电量[W]
Drotor：风轮直径[m]
ρair：空气密度[kg/m3]
理论功率系数可以基于以下等式得出：
式中：
λ：叶尖速度比
vmeasured：来自风速计的测定风速[m/s]
Drotor：风轮直径[m]
ηgear：齿轮箱传动比[-]
ωgen：发电机转速[rad/s]
基于计算的叶尖速度比和实际桨距位置，使用二维查找表来得出理论功率效率Cp，其也被称为叶片数据。该叶片数据查找表具有在一个方向上的叶尖速度比和在另一个方向上的实际桨距位置。因此，来自查找表的输出给出了理论功率效率Cp。
通过执行上述效率计算、测定风向、比较不同时隙中的效率、计算用于更新功率分组17a的值，获得风力机控制的动态和自适应优化。
因此，在限定前两个时隙的时间段之后，获得用于优化风力机控制的偏移角的第一指示和基准。随着更多的时隙被比较，并且更多的功率分组17由此被更新，对于给定的功率输出，偏移角更准确和更精确。
然后，风力机控制器6、7可以基于当前输出功率，其经由功率分组17确定待与来自风向标11的测定风向相加的偏移角。这样，对于对风向标11的测定误差产生影响的不同风速，本发明使用指示器上的功率输出。
本文中参照第一和第二方面及其组合所描述的动态优化程序可以由主风力机控制器或子控制器控制。当风力机1在风力机的寿命期间发电和/或以间隔时间段发电时，可以执行该程序。根据功率分组17的值进行控制的结果是，偏航角12加上偏移角14与风向14逐步地对准，直到获得满意的对准。功率分组17的值优选为在风力机1的控制中可以由风力机控制器6、7直接使用的偏移角。
本发明的优点在于，即使在风力机降低功率的情况下，即被控制成发电量低于额定值，只要风力机发电，也可以实施本发明。除了与引用的现有技术相比具有该优点之外，通过使用本发明，不需要对每个风速进行优化计算。因此，与需要在每个风速时进行许多测定以便能够确定这些风速中的每一个风速的偏移量的现有技术方法相比，根据本发明的优化要快得多。
附图标记列表
1.风力机
2.塔架
3.机舱
4.轮毂
5.叶片
6.风力机控制器
7.子控制器
8.连通线路
9.气象站
10.风速计
11.风向标
12.偏航角
13.风向
14.偏移角
15.分组
16.表示校准偏移角的分组
17.功率分组

Claims (21)

1.一种根据从风力机(1)的风向标(11)测定的风向确定偏移角的方法，所述偏移角由风力机控制器(6、7)用于优化所述风力机(1)的功率输出，所述方法包括以下步骤：
-确定风速，优选地通过风速计(9)确定风速，
-确定风向，优选地通过所述风向标(11)确定风向，
其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
-限定多个功率分组(17)，所述功率分组表示能由所述风力机(1)产生的功率的间隔，
-确定对于多个时隙的所述风力机(1)的效率，
-确定对于多个时隙的所述风力机的功率输出，
-比较所述风力机在两个不同时隙中的效率以获得最高效率，以及
-更新表示对于所比较的时隙中的一个时隙所确定的输出功率间隔的所述功率分组(17)的值，其中，使用所述最高效率或从所述最高效率导出的值乘以一常数的结果来更新所述功率分组(17)的值。
2.根据权利要求1所述的确定偏移角的方法，其中，所述功率分组17的值是所述偏移角(14)。
3.根据权利要求2所述的确定偏移角的方法，其中，所述风力机控制器通过将来自表示实时功率输出的所述功率分组(17)的所述偏移角与由所述风向标(11)测定的风向相加来控制机舱的方位。
4.根据前述权利要求中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，通过将估算风速除以测定风速来计算效率。
5.根据权利要求4所述的确定偏移角的方法，其中，基于发电机转矩或发电机滑差来计算所述估算风速。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，通过将测定功率系数除以理论功率系数来计算效率。
7.根据前述权利要求中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，所述常数小于2，优选小于1。
8.根据前述权利要求中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，从所述最高效率导出的值是所比较的时隙的效率之间的差值。
9.根据前述权利要求中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，如果在所比较的时隙中的具有所述最高效率的时隙中的测定风向大于在不具有所述最高效率的时隙中的测定风向，则待更新的所述功率分组17的值增大。
10.根据前述权利要求1至8中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，如果在所比较的时隙中的具有所述最高效率的时隙中的测定风向小于在不具有所述最高效率的时隙中的测定风向，则待更新的所述功率分组17的值减小。
11.根据前述权利要求中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，所述时隙的持续时间在0至500秒之间，优选在75秒至300秒之间，最优选在100秒至150秒之间。
12.根据前述权利要求中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，所比较的时隙在时间上是连续的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，通过对每个分组(15)的效率求平均来进行对所述分组(15)的效率的计算。
14.根据前述权利要求中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，从变流器获取发电机转矩。
15.根据前述权利要求中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，通过测定发电机处的发电机转速来获取发电机滑差。
16.根据前述权利要求中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，对于发电的预定时间段重复所述步骤，所述时间段为至少2小时，优选至少5小时，最优选至少10小时。
17.根据前述权利要求中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，测定和获取的步骤至少每5秒重复一次，优选至少每3秒重复一次，或最优选至少每秒重复一次。
18.根据前述权利要求中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，基于在所述风力机(1)降低功率的时间段期间测定和获取的数据来估算校准偏移角。
19.根据前述权利要求中任一项所述的确定偏移角的方法，其中，基于确定的所述校准偏移角校准来自所述风向标(11)的测定值。
20.一种通过使用从根据前述权利要求中任一项所述的方法确定的偏移角调节偏航控制设定点来控制风力机(1)的方法。
21.一种根据前述权利要求中任一项所述的方法来确定偏移角的用途，以用于控制风力机(1)的偏航角。
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