CN107709760B - 风力涡轮机控制超驰 - Google Patents

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Abstract

提供了一种控制风力涡轮机的方法。所述方法包括：响应于控制信号而使所述风力涡轮机过额定到高于所述风力涡轮机的额定功率；以及应用过额定控制算法，所述过额定控制算法基于一个或多个涡轮机参数来限制通过由于所述控制信号而使所述风力涡轮机过额定而产生的附加功率的量。所述方法还包括：接收超驰信号；以及响应于所述超驰信号，对所述过额定控制算法进行超驰以使在一段时间内由所述风力涡轮机输出的功率的量暂时增加。

Description

风力涡轮机控制超驰
技术领域
本发明涉及用于对风力涡轮机过额定控制功能进行超驰以允许短期功率提升的方法和控制系统。
背景技术
图1A示出了现有技术中已知的大型常规的风力涡轮机1，其包括塔架10和位于塔架10顶部的风力涡轮机机舱20。风力涡轮机转子30包括三个风力涡轮机叶片32，每个风力涡轮机叶片具有长度L。风力涡轮机转子30可以包括其它数量的叶片32，诸如一个、两个、四个、五个或更多。叶片32安装在位于塔架底部上方高度H处的轮毂34上。轮毂34通过从机舱20的前部延伸的低速轴(未示出)连接到机舱20。低速轴驱动齿轮箱(未示出)，该齿轮箱加快了转动速度，并且继而驱动机舱20内的发电机，以便将由转动的叶片32从风中提取的能量转换成电功率输出。风力涡轮机叶片32限定了扫掠区域A，该扫掠区域A是由转动的叶片32划定的圆形区域。扫掠区域指示给定的空气质量中的多少被风力涡轮机1拦截，并且因此影响了风力涡轮机1的功率输出以及涡轮机1的部件在操作期间经受的力和弯曲力矩。如所示，涡轮机可以位于陆上或海上。在后面的情况下，塔架将连接到单桩三脚架格架或其它地基结构，并且该地基可以是固定的或浮动的。
例如，每个风力涡轮机具有风力涡轮机控制器，其可以位于塔架底座或塔架顶部。风力涡轮机控制器处理来自传感器和其它控制系统的输入，并生成用于诸如桨距致动器的致动器、发电机转矩控制器、发电机接触器、用于启动轴制动器的开关、偏航电机等的输出信号。
图1B示意性地示出了包括多个风力涡轮机110的常规风电厂100的示例，多个风力涡轮机110中的每一个的控制器与电厂控制器PPC 130进行通信。PPC 130可以与每个涡轮机双向通信。如线路150所示，涡轮机将功率输出到电网连接点140。在操作中，并且假设风力条件允许时，风力涡轮机110中的每一个将输出高达由制造商指定的其额定功率的最大有功功率。
图2示出了风力涡轮机的常规功率曲线55，其在x轴上绘制风速并在y轴上绘制功率输出。曲线55是风力涡轮机的正常功率曲线，并将由风力涡轮发电机输出的功率定义为风速的函数。如本领域所公知的，风力涡轮机在切入风速Vmin下开始生成功率。涡轮机然后在部分载荷(也称为局部载荷)条件下操作，直到在点VR处达到额定风速。在额定风速下，达到额定或标称发电机功率，并且涡轮机在满载荷下操作。例如，典型风力涡轮机中的切入风速可以是3m/s，并且额定风速可以是12m/s。点Vmax是切出风速，其是风力涡轮机在输送功率的同时可以操作的最高风速。在等于或高于切出风速的风速下，出于安全原因，特别是为了减小作用在风力涡轮机上的载荷，关闭风力涡轮机。替代地，功率输出可以作为风速的函数逐渐下降到零功率。
风力涡轮机的额定功率或名牌功率水平在IEC 61400中被定义为风力涡轮机被设计要在正常操作和外部条件下实现的最大连续电功率输出。大型商业风力涡轮机通常被设计为20年的寿命，并且被设计为在额定功率下操作，使得不超过部件的设计载荷和疲劳寿命。
风力涡轮机中的个体部件的疲劳损伤累积速率在不同的操作条件下大幅变化。随着所生成的功率的增加，磨损速率、或损伤累积速率趋于增加。风力条件也影响损伤累积速率。对于一些机械部件，在非常高的湍流中操作造成了比在正常湍流中操作高许多倍的疲劳损伤累积速率。对于一些电气部件，可能由高环境温度引起的在非常高温度下的操作造成了比在正常温度下操作高许多倍的疲劳损伤累积速率(诸如绝缘击穿速率)。作为示例，对于发电机绕组，绕组温度降低10℃可能使寿命增加大约100％。
最近在控制涡轮机方面已经取得了进展，使得涡轮机可以在大于额定功率的水平处产生有限的附加功率，如图2的阴影区域58所示。术语“过额定”应当理解为意味着在满载荷操作期间通过控制一个或多个涡轮机参数(诸如转子速度、转矩或发电机电流)而产生超过额定有功功率的功率。随着对速度需求的增加，转矩需求和/或发电机电流需求增加了由过额定产生的附加功率，而对速度、转矩和/或发电机电流需求的降低却降低了由过额定产生的附加功率。将理解的是，将过额定应用于有功功率，而非无功功率。当涡轮机被过额定时，涡轮机比正常情况下运行得更加积极，并且发电机具有比针对给定风速的额定功率更高的功率输出。例如，过额定功率水平可能高达比额定功率输出高出30％。当这对运营商有利时，特别是当诸如风速、湍流和电价之类的外部条件将允许更有利润的发电时，这允许更大的功率提取。
过额定造成了风力涡轮机的部件上的更高的磨损或疲劳，这可能导致一个或多个部件的早期故障并且需要关闭涡轮机以便维护。这样，过额定的特征在于瞬时行为。当涡轮机被过额定时，其可能持续短至几秒钟，或者如果风力条件和部件的疲劳寿命有利于过额定，其可能持续延长的时间段。
欧洲专利申请EP2416007描述了一种用于风电厂的功率管理系统，在该风电厂中可以在个体风力涡轮机上激活提升模式。提升模式增加了功率输出，使得发电厂可以满足其目标或预期输出。
本发明的目标在于提供一种改进的方法和相应的控制器，以便在使涡轮机过额定时保护涡轮机使其免于过早老化和疲劳损伤累积，并且还允许满足目标发电厂或涡轮机功率输出。
发明内容
在独立权利要求中限定了本发明，现在将涉及对独立权利要求的参考。在从属权利要求中阐述了优选的特征。
根据本发明的第一方面，提供了一种控制风力涡轮机的方法。所述方法包括：响应于控制信号而使风力涡轮机过额定到高于风力涡轮机的额定功率，以及应用过额定控制算法，所述过额定控制算法基于一个或多个涡轮机参数来限制通过由于所述控制信号而使风力涡轮机过额定而产生的附加功率的量。在功率输出时段内接收所述风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的最小功率输出的值。周期性地监测所述风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的功率输出。确定何时所述功率输出降至低于所述最小功率输出的值。以及当所述功率输出降至低于所述最小功率输出的值时，生成超驰信号。接收所述超驰信号，并且响应于所述超驰信号而对过额定控制算法进行超驰以在一段时间内暂时增加由风力涡轮机输出的功率的量。
对风能输出的预报和对输出到电网的风力发电的确定性，对于电网运营商而言变得越来越重要。本发明的实施例特别适用于其中风电厂运营商在特定时间段内已经保证了一定量的功率的情况。如果运营商已经预测到特定的输出，并且然后风力预报明显不正确以使得风速在标称功率区以外，或者一个或多个涡轮机由于故障而意外关闭并且不能被重新启动，则运营商在一段时间内将不会产生足够的功率。在这些情况下，用于对过额定控制算法进行超驰的超驰功能迫使剩余的涡轮增加功率，其允许电厂暂时被迫产生足够的功率以满足其目标。有利的是，实施例可以利用对风力涡轮机和/或风电厂控制系统的软件改变来实施，其需要很少或不需要新的硬件。这种超驰功能允许在使涡轮机过额定的同时实现短期的功率输出增加。这是特别有利的，因为过额定控制算法可以被配置为限制由涡轮机或涡轮机部件引起的疲劳损伤，并且允许涡轮机控制器针对短期功率输出权衡短期疲劳损伤。可以根据需要由控制器激活超驰信号，以便从发电厂提取附加功率。
一个或多个涡轮机参数是指示由一个或多个涡轮机部件所消耗的疲劳寿命的可选的参数。一个或多个涡轮机参数可以是寿命使用估计器。过额定控制算法可以判断由一个或多个涡轮机部件所消耗的疲劳寿命是否超过各自的阈值，并且如果超过阈值，则减小风力涡轮机的功率输出以限制由一个或多个涡轮机部件消耗疲劳寿命的速率。
可选地，在过额定控制算法已经被超驰的时间段之后，所述方法还可以包括：确定由一个或多个涡轮机部件所消耗的疲劳寿命；判断由一个或多个涡轮机部件所消耗的疲劳寿命是否超过各自的阈值，并且如果超过阈值，则控制风力涡轮机的功率输出以限制由一个或多个涡轮机部件所消耗的总疲劳寿命。
确定由一个或多个涡轮机部件所消耗的疲劳寿命可以包括：从涡轮机传感器获得指示风力涡轮机部件中的一个或多个的疲劳寿命的一个或多个信号；以及将寿命使用估计器算法应用于所述信号，以确定由涡轮机部件中的每一个所消耗的所述疲劳寿命。
控制风力涡轮机的功率输出以限制由一个或多个涡轮机部件所消耗的总疲劳寿命具体可以包括：在一段时间内减少或取消过额定以减少一个或多个部件的疲劳寿命的消耗速率。替代地，控制风力涡轮机的功率输出以限制由一个或多个涡轮机部件所消耗的总疲劳寿命可以包括：对涡轮机进行降额定以在一段时间内产生低于额定功率的功率，以减少一个或多个部件的疲劳寿命的消耗速率。在任一种情况下，所述方法还可以包括减少疲劳寿命的消耗速率，直到由一个或多个部件中的至少一个所消耗的总疲劳寿命的值通过了从疲劳损伤累积的长期预期趋势中导出的相应的阈值。
可选地，功率输出时段可以例如是半小时的时段。
可选地，所述方法还可以包括通过以下动作应用一个或多个操作约束：监测一个或多个涡轮机部件参数；以及如果涡轮机部件参数中的一个或多个参数移动到超过与各自的值有关的各自的阈值，则取消过额定控制算法。这可以用于提供附加的保护以防止对涡轮机造成损失。具体而言，所述方法还可以包括：如果涡轮机部件参数中的一个或多个参数达到它们各自的值，则关闭涡轮机。
由风力涡轮机输出的功率的量增加的时间段可以在1分钟到48小时之间。具体而言，所述时间段可以是半小时、或半小时左右。
涡轮机参数中的一个参数可以是涡轮机最大功率水平。具体而言，涡轮机最大功率水平可以是第一最大功率水平，其中，过额定控制算法将功率输出约束到所述第一最大功率水平处的值或低于所述第一最大功率水平的值；并且对过额定控制算法进行超驰包括应用大于所述第一最大功率水平的第二最大功率水平，然后所述涡轮机被过额定到所述第二最大功率水平。所述第一最大功率水平可以是涡轮机微站点处的个体涡轮机的最大功率水平。所述第二最大功率水平可以是由风力涡轮机机械部件的终极载荷极限以及电气部件的设计极限所约束的给定涡轮机类型的最大功率水平。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于风力涡轮机的控制器，所述控制器被配置为：响应于控制信号而使风力涡轮机过额定到高于风力涡轮机的额定功率；应用过额定控制算法，所述过额定控制算法基于一个或多个涡轮机参数来减小通过由于所述控制信号而使风力涡轮机过额定而产生的附加功率；在功率输出时段内接收所述风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的最小功率输出的值；周期性地监测所述风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的功率输出；确定何时所述功率输出降至低于所述最小功率输出的值。以及当所述功率输出降至低于所述最小功率输出的值时，生成超驰信号；以及响应于接收到所述超驰信号，对过额定控制算法进行超驰以在一段时间内暂时增加由风力涡轮机输出的功率的量。
还提供了一种包括根据第二方面的控制器的风力涡轮机或风电厂。
根据本发明的第三方面，提供了一种控制风力涡轮机或风电厂的方法，所述方法包括：在功率输出时段内接收风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的最小功率输出的值；周期性地监测风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的功率输出；确定何时所述功率输出下降到低于最小功率输出的值，并且作为响应生成超驰信号；以及向一个或多个风力涡轮机发送所述超驰信号，由此，响应于所述超驰信号，一个或多个风力涡轮机对过额定控制算法进行超驰以在一段时间内暂时增加所述一个或多个风力涡轮机输出的功率输出的量。
所述方法具体可以用于将所述超驰信号发送到根据本发明的第二方面的风力涡轮机控制器。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于控制风力涡轮机或风电厂的控制器，所述控制器被配置为：在功率输出时段内接收风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的最小功率输出的值；周期性地监测风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的功率输出；确定何时所述功率输出下降到低于最小功率输出的值，并且作为响应生成超驰信号；以及向一个或多个风力涡轮机发送所述超驰信号，由此，响应于所述超驰信号，一个或多个风力涡轮机对过额定控制算法进行超驰以在一段时间内暂时增加所述一个或多个风力涡轮机输出的功率输出的量。
附图说明
现在将仅通过举例的方式并参照附图进一步描述本发明，在附图中：
图1A是常规风力涡轮机的示意性前视图；
图1B是包括多个风力涡轮机的常规风电厂的示意性表示；
图2是示出了风力涡轮机的常规功率曲线的图表；
图3是具有用于控制个体涡轮机过额定的过额定优化器的风电厂的示意性表示；
图4是示出了针对示例性涡轮机的作为平均风速的函数的所引起的涡轮机齿轮箱齿疲劳损伤的累积速率的图表；
图5A是示出了作为平均风速的函数的所引起的通用涡轮机结构疲劳损伤的累积速率的图表；
图5B是示出了作为平均风速的函数的所引起的通用涡轮机结构疲劳损伤的累积速率的另一个图表；
图6是示出了针对各种湍流强度的作为平均风速的函数的涡轮机部件的疲劳损伤的累积的归一化速率的一系列图表；
图7是示出了随着时间推移的与疲劳损伤的累积模型有关的减少的疲劳损伤的超驰时段和后续时段的图表；
图8是根据本发明的实施例的方法的示例；
图9示出了涡轮机优化器；以及
图10是用于设定风力涡轮机最大功率水平的方法的示例。
具体实施方式
本发明的实施例涉及风力涡轮机或风电厂，其通过执行过额定来操作。通常，在发电厂级别、个体涡轮机级别、或其它地方(诸如在位于远处的控制站)生成过额定信号。然后可以在发电厂级别、或者由个体涡轮机按过额定信号行动，以实现过额定并且因此实现从个体涡轮机输出的功率的增加。涡轮机可以取决于由其各种部件所使用的疲劳寿命的量、和/或适用于特定涡轮机并被设定为防止超出部件设计载荷的高于额定功率的最大功率水平，而在个体的基础上对过额定信号做出响应。
生成过额定控制信号的具体方式对于本发明的实施例不是至关重要的，而是给出示例以便易于理解。
每个风力涡轮机可以包括过额定控制器，作为风力涡轮机控制器的部分。过额定控制器计算过额定请求信号，该过额定请求信号指示在涡轮机将要使功率输出过额定到超过额定输出时达到的量。控制器从涡轮传感器接收诸如桨距角、转子速度、功率输出等数据，并且能够发送诸如用于桨距角、转子速度、功率输出等的设定点之类的命令。控制器还可以从电网接收命令，例如，从电网运营商接收命令以响应于电网上的需求或故障而提升或减少有功或无功功率输出。
作为替代，例如，过额定控制器可以是图1B的PPC 130的部分。PPC与每个涡轮机进行通信，并且能够从涡轮机接收诸如桨距角、转子速度、功率输出等数据，并且能够向个体涡轮机发送诸如用于桨距角、转子速度、功率输出等的设定点之类的命令。PPC 130还从电网接收命令，例如，从电网运营商接收命令以响应于电网上的需求或故障而提升或减少有功或无功功率输出。每个风力涡轮机的控制器与PPC 130进行通信。
PPC 130从每个涡轮机接收功率输出数据，并且因此知道每个涡轮机和电网连接点140处的作为整体的发电厂所输出的有功功率和无功功率。如果需要，PPC 130可以接收用于作为整体的发电厂的操作设定点，并在涡轮机中的每个涡轮机之间进行划分，使得输出不超过运营商分配的设定点。用于有功功率的该发电厂设定点可以是从0到该厂的额定功率输出中的任何点。该厂的“额定功率”输出是该厂中的个体风力涡轮机的额定有功功率输出的总和。对于有功功率，发电厂设定点可能高于该厂的额定功率输出，即，整个厂被过额定。
PPC可以直接从电网连接接收输入，或者其可以接收是总发电厂输出与标称或额定发电厂输出之间的差值的度量的信号。该差值可以用于为个体涡轮机的过额定提供基础。替代地，可以取决于检测涡轮机、或多个涡轮机、或诸如风速和方向之类的本地条件的操作参数的一个或多个传感器的输出，而生成过额定控制信号。在任何情况下，预期增加风电厂或个体风力涡轮机所产生的功率的量，并因此发出过额定信号。
尽管可以使用用于提供控制输入的总发电厂输出将相同的过额定设定点信号发送到每个涡轮机，但是还可以为每个涡轮机提供其自身的过额定设定点。图3示出了具有将输入提供到PPC 130的中央优化器400的布置。中央优化器400从指示该涡轮机的过额定能力的每个涡轮机接收输入120。该输入可以取决于各种因素，例如本地风力条件、当前的发电成本以及还可能是涡轮机的年龄或疲劳损伤，并且将由个体涡轮机控制器提供该输入。中央优化器400基于涡轮机的当前过额定能力来计算每个涡轮机的过额定值，并将该值传送到每个涡轮机。当然，PPC 130可以考虑其它因素，诸如对确保总功率输出不超过发电厂的额定输出的需要。优化器110可以使用与PPC 130相同的计算机系统来实施，并且可以被实施为与PPC相同的控制系统内的软件。
理论上，只有单个涡轮机可以被过额定，但是优选地对多个涡轮机进行过额定，并且最优选地向所有涡轮机发送过额定信号或者在所有涡轮机处生成过额定控制信号。从过额定控制器发送到每个涡轮机的过额定信号可能不是固定的控制，而可能是对每个涡轮机可以执行的过额定的最大量的指示。
因此，在中央或在每个个体涡轮机处以独立方式生成过额定信号。该信号可以指示可以由每个涡轮机单独执行或由发电厂的涡轮机作为整体执行的过额定的量。无论何时运营商需要更大的功率提取时，特别是当诸如风速、湍流和电价的外部条件允许更有利润的发电时，可以应用该过额定信号。
图4、图5A、图5B和图6示出作为平均风速的函数的风力涡轮机部件内的损伤的累积速率的示例。图4示出了针对变化的平均风速和针对涡轮机的不同功率设定点的齿轮箱齿疲劳损伤的累积速率。图5A和图5B示出了用于不同斜率指数的通用结构化疲劳损伤的相同变量。斜率指数是指S-N曲线的线性部分的斜率，使用在线性标度上的循环应力的大小与在对数标度上的故障循环的数量进行绘图，并且斜率指数取决于部件的材料。可以看出，疲劳损伤的累积速率随着许多载荷的功率需求而非线性地增加。图6示出了针对在标称功率下的操作，部件的损伤速率可以如何根据不同湍流强度值而变化。图6还示出了对于几乎所有载荷，疲劳损伤的累积速率如何随着湍流强度而非线性地增加。图4、图5A和图5B仅示出了最高达到额定功率的变化，其不包括过额定区域。为了避免疑义，示出高于额定功率的变化的曲线将指示当涡轮机在高于额定的区域中操作时损伤累积的进一步增加。
过额定控制(ORC)是一种控制功能，其减轻由过额定引起的疲劳损伤，并且只有当这样做是实际且安全的时，才使风力涡轮机能够通过允许其在其额定功率以上操作而增加年度能量产量(AEP)。可以在涡轮机控制器中实施自动的“操作约束”以监测诸如部件温度和电网条件的关键操作条件，并且调节过额定的量以维持在涡轮机的设计范围内的操作。
设计范围由在其中涡轮机被设计为操作(操作设计范围)或生存(生存设计范围)的操作参数的范围组成。例如，操作参数齿轮箱油温的操作设计范围可以是10℃至65℃，也即，如果齿轮箱油温移动超出该范围，则涡轮机将处于其操作设计范围之外。在该情况下，涡轮机受到警报(IEC61400-1中被称为“保护功能”)保护，并且如果齿轮箱油温移动超出了该范围，则该涡轮机将关闭。除了由实时操作极限(诸如温度和电流限制)限定之外，操作设计范围还可以或替代地由包括用于设计电气部件的部分和机械部件的疲劳载荷的载荷(即“设计载荷”)进行限定。过额定利用通常存在于部件设计载荷与每个正在操作的涡轮机所经受的载荷之间的差距，这通常比计算设计载荷的IEC标准模拟条件更为良好。过额定使得对涡轮机的功率需求在强风中增加，直到达到由操作约束(温度等)指定的操作极限或直到达到已经被设定为防止超出部件设计载荷的功率上限。
操作约束限制了作为各种操作参数的函数的可能的过额定设定点信号或功率需求。例如，如上所述，在当齿轮箱油温超过65℃时保护功能准备就绪以启动关闭的情况下，对于超过60℃的温度，操作约束可以指定最大可能过额定设定点信号作为齿轮箱油温的函数的线性下降，并在65℃达到“不可能过额定”(即，功率设定点信号等于额定功率)。
为了实施ORC，每个涡轮机可以具有相应的过额定控制器。过额定控制器判断涡轮机是否可以对过额定信号做出响应，如果是，则确定以多少量做出响应。每个涡轮机可以根据其过额定控制器单独地对过额定信号做出响应。例如，在控制器确定给定涡轮机处的条件是有利的且高于额定风速的情况下，其可以做出积极的响应，并且给定涡轮机被过额定。由于控制器实施过额定信号，因此发电厂的输出将上升。在下面更详细地描述了过额定控制器。
根据ORC，可以通过每个涡轮机以最适合自身的方式对公共的或个体的过额定信号或设定点做出响应，来控制在个体涡轮机的寿命内使用过额定的程度。因此，当在每个涡轮机的控制器处从PPC 130接收到过额定需求时，每个涡轮机在考虑疲劳的情况下处理并对该信号做出响应。ORC要么允许根据过额定信号或设定点按照所要求的量进行过额定，要么减少应用的过额定的量。如果对关键部件的疲劳寿命的影响太大，则涡轮机可能根本不过额定，或可能不按照所要求的水平进行过额定。关键部件的示例包括转子叶片、叶片桨距系统、主轴承、齿轮箱、发电机、转换器、变压器、偏航系统、塔架和地基。这将取决于涡轮机的条件以及涡轮机的寿命历史。例如，接近涡轮机寿命预期的终点的涡轮机可能是高度疲劳的，因此不适合在需要的过额定水平下运行。如果由于涡轮机中的一些或全部在需要的过额定水平下操作以节省疲劳，而使发电厂输出不足，则过额定需求将持续上升直到其达到其设定点或饱和。
应该注意的是，在个体涡轮机的寿命内对过额定的使用程度的计算或评估可以作为其中央处理的部分在如上面所描述的个体涡轮机控制单元处进行，或者可以是在其它地方进行。例如，该计算可以在PPC 130处或者在单独的优化器400处执行，该优化器400可以基于从那些涡轮机接收的数据分别针对多个涡轮机执行计算。
为了确保所有部件的疲劳载荷极限保持在其设计寿命内，可以测量其经受的载荷(例如，它们的弯曲力矩、温度、作用力或运动)，并计算所消耗的部件疲劳寿命的量。这可以例如使用公知的技术执行，所述技术例如雨流计数和Miner法则或化学衰变方程。然后，作为ORC功能的部分，个体涡轮机可以以不超过设计极限的方式进行操作。
用于对给定部件所消耗的疲劳寿命进行测量的设备称为其寿命使用估计器(LUE)。LUE可以通知涡轮机过额定控制器在给定时间点所经历的总疲劳是低于还是高于涡轮机被设计为能够承受的水平，并且当损伤低于预期水平时，控制器可以决定过额定，以及过额定多少量。LUE还可以或替代地用于测量与绝对水平相反的疲劳累积速率。如果部件的疲劳寿命被消耗得太快，则即使其当前疲劳寿命小于在那个时间所预期的疲劳寿命，对涡轮机的过额定也可以被取消或减少。然后，疲劳寿命的使用速率可以是过额定控制器的一个输入，并且可以帮助做出是否过额定的决定。下面将更详细地描述LUE。
对风能输出的预报和对输出到电网的风电的确定性，对于电网运营商很重要，特别是对于与电网运营商最相关的0.5-24小时预报很重要。当操作风力涡轮机或风电厂时，运营商可以保证在未来的时间段内的给定功率水平。例如，运营商可能已经保证从特定时间开始，第一个半小时为102MW，第二个半小时为96MW，第三个半小时为93MW等。如果运营商已经预测了给定的时间段内的给定输出(例如，在4-4.5小时的时间段内的164MW的平均值)，然后在该时间段期间发生了减少功率产生的意外事件，则根据运营商的合同责任，其将不会产生足够的功率。这种意外事件可能包括风力预报明显不正确，使得风速在标称功率区域之外，或者一个或多个涡轮机因故障而意外关闭并且不能重新启动。
为了减轻这种意外事件，提供了实施过额定控制ORC的超驰功能的控制功能。该控制功能迫使来自尚未在其最大允许过额定功率水平下运行的任何剩余涡轮机的功率增加，以允许发电厂暂时被迫产生足够的功率以满足所要求的输出。超驰控制功能可以在个体风力涡轮机控制器中实施，并且可以特别地在过额定控制器中实施。超驰控制功能还可以在PPC上实施，或者视情况而在位于远处的控制站上实施。
通过对ORC功能进行超驰，可以取消在低于个体风力涡轮机处的ORC控制所允许的最大值的功率输出的任何减少。这增加了个体涡轮机输出的功率，并因此增加了作为整体的发电厂输出的功率。还可以可选地增加最大功率水平，使得每个涡轮机被进一步过额定，以在涡轮机设计所允许的最大水平处、在能够应用而不引起超过极端或终极设计载荷极限的最高功率水平处产生功率。下面提供了用于计算最大功率水平的示例性方法。
仅仅ORC功能中的一部分可能被超驰。特别地，超驰功能可以包括仅基于对给定部件所消耗的疲劳寿命的测量而进行控制，其确保所有部件的疲劳载荷极限保持在其设计寿命内。替代地或另外，如本文所描述的，可以对基于特定最大功率水平来限制过额定的控制功能进行超驰，其中可以使用较高的最大功率水平。
操作约束可以继续被实施，并用于调节过额定的量。特别地，如果关键涡轮机操作条件(诸如部件温度、电流、污染或应力)达到了与关键设计值有关的预定值，则可以使用操作约束来取消超驰。
在正常操作期间，超驰被应用给定时间段然后被取消，其或者是因为已经生成了必要的附加的功率量来满足在需要其的持续时间内的功率输出需求，或者是因为操作约束已经取消了超驰。在其中风力涡轮机已经被过额定超过由ORC提供的正常疲劳载荷保护的超驰时段之后，可以采取措施以抵消在该时段期间所引起的附加疲劳损伤。
图7示出了针对给定涡轮机部件的所引起的疲劳损伤相对于时间的图表。虚线表示在风力涡轮机的预期的20年操作寿命内累积的预期疲劳损伤的线性函数的一部分。基于超驰控制信号开始了超驰时段ΔTOR。在超驰时段之后，开始了疲劳限制时段ΔTLim，在此期间，涡轮机按照减少的过额定进行操作，或被降额定，以使得疲劳损伤的累积速率降低，以使得在疲劳限制时段结束之后，涡轮机部件的疲劳水平符合或低于根据涡轮机的操作寿命内的预期疲劳损伤模型的疲劳水平。
疲劳限制时段ΔTLim可以在超驰时段结束后立即开始，或者可以在超驰时段之后的某个时刻开始。
可选地，操作LUE以确定在由超驰所引起的被迫的过额定时段期间经历了多少附加的疲劳损伤。然后，涡轮机控制器在未来的相应时段内减少任何过额定的量或者完全取消任何过额定，以允许涡轮机返回到其部件疲劳损伤的正确的长期趋势累积。替代地，可以在超驰时段之后安排降额定，以允许涡轮机返回到其部件疲劳损伤的正确的长期趋势累积。
图8中示出了用于实施过额定控制的超驰的方法的示例。在步骤801，接收控制信号以对风力涡轮机进行过额定。如上面所描述的，该控制信号可以提供指示要应用的过额定的量的值，直到最大值，或者其可以简单地指示基于针对涡轮机类型的涡轮机最大功率水平，应该由该涡轮机应用的最大可能过额定。
步骤802是决策块。如果没有接收到超驰信号，则该方法通过确定个体涡轮机要如何对过额定信号做出响应而正常的继续进行。这是使用闭环过额定控制方法来实现的。
在步骤803，做出了对一个或多个部件的寿命使用估计的确定。这可以使用下面进一步详细描述的LUE来完成。将每个部件的寿命使用估计与根据用于损伤累积的预期函数所确定的阈值进行比较，并且还可以考虑设计容差。例如，可以基于图7中示出的线性预期函数或用于预测在涡轮机的寿命内引起的给定部件的疲劳损伤的任何其它函数来确定阈值。这样，疲劳损伤的阈值随时间而改变。
如果在步骤804确定LUE中的一个或多个低于基于预期损伤累积而确定的阈值，则应用步骤805，即，至少在下一个采样时段ΔTLUE内，可以应用根据控制信号的最大过额定，直到再次确定LUE并将其与修正后的阈值进行比较。因此，步骤803、804和805可以被间歇地或周期性地重复。替代地，该过程可以是连续的。
如果在步骤804处确定LUE中的一个或多个LUE高于它们针对可接受的疲劳寿命使用的各自的阈值，则应用步骤806，并且减少由控制器应用到涡轮机的过额定。过额定的减少量可以基于部件的LUE并且与部件的LUE成比例，并且特别是基于超过阈值多少。
步骤806中的过额定的减少可以通过将增益信号应用于过额定控制信号来实现，该增益信号减少了控制信号的有效值，以使由涡轮机控制器响应于该控制信号而应用的过额定的量减少。如同步骤805，可以至少在下一个采样时段ΔTLUE内应用过额定的减少，直到再次确定LUE并将其与修正的阈值进行比较。因此，步骤803、804和806可以被间歇地或周期性地重复。替代地，该过程可以是连续的。
如果在决策块802处接收到超驰信号，则停止或超驰根据步骤803至806的处理，并且将由控制信号允许的最大过额定应用于风力涡轮机。可以在预定的时间段内应用该最大过额定。该时间段可以在1分钟到48小时之间、在1分钟到12小时之间、或在1分钟到12小时之间，并且可以与天气预报窗口相对应(例如，30分钟左右)。替代地或另外，当超驰信号被取消或者接收到相应的取消信号时，可以取消最大过额定。
另外，如本文所示，如本文所描述的操作约束还可以用于取消最大涡轮机类型功率水平的最大过额定。可以实施操作约束以防止涡轮机不必要地关闭。当风力涡轮机内的某些测量值或估计值达到临界值时，涡轮机可以关闭或进入安全(功率减少)模式以防止发生损伤。在上面给出的示例中，在监测齿轮箱油温的情况下，当温度达到特定值(诸如65°)时触发警报或关闭，当温度达到特定值(接近但低于关闭温度)时，可以实施操作约束以取消过额定超驰信号。例如，如果齿轮箱油温达到62°，则操作约束可以取消过额定超驰。当然，可以针对其它参数等同地应用该功能，所述参数例如发电机绕组温度、叶片载荷、或受过额定影响并且可能引起涡轮机关闭或以其它方式进入安全操作模式的任何其它参数。
影响功率需求(例如，缩减)或关闭的其它所选择的控制功能还可以根据需要取消最大过额定。
应该注意的是，可以分别针对不同的部件确定LUE，并且如果仅一个部件超过其寿命使用估计阈值，则可以执行用于减少疲劳寿命的消耗速率的后续控制。如果超过阈值，如上面所描述的，在步骤806处控制涡轮机以减少疲劳寿命的消耗速率。如果不止一个部件超过了它们各自的阈值，则控制还可以基于最疲劳的部件。
可以在风力涡轮机控制器中本地执行、在PPC或优化器处在中央执行、或者经由通信网络远程执行图8中所描述的步骤。还可以以分布的方式执行各种步骤。
可以以多种方式生成超驰信号。作为第一示例，风电厂运营商可以在即将到来的预定时间段内将合约的或目标最小功率输出编程到发电厂控制器中。例如，预定时间段可以是在时间上前进的24小时的滚动窗口，其可选地具有诸如30分钟的特定分辨率。然后，发电厂控制器将监测风电厂的有功功率输出，优选地通过在通往电网的公共耦合(PCC)的点处进行监测。如果输出降至低于目标值，则会自动生成超驰信号，以提升功率输出，从而维持根据合约的或目标最小值的输出。合约的或目标最小功率输出可以在本地被编程到发电厂控制器中，或者被编程到中央控制计算机中，然后该中央控制计算机将合约的或目标安排发送到发电厂控制器。
作为第二示例，可以由电网运营商控制超驰信号，并且超驰信号可以直接来自电网运营商。运营商可以通过提供适当的输入而具有对请求来自一个或多个风电厂的“提升”的手动选择，如果风处于高于额定的区域中，则会给出更高的输出。该过程可以被自动触发，也可以被手动触发。
可以响应于意外条件或意外事件而生成超驰信号，诸如风速的变化或发电厂中的一个或多个涡轮机的关闭中的一个或多个。实施该方法的控制系统可以基于传感器或数据输入来检测意外条件或事件，例如，可以接收指示一个或多个涡轮机是否被关闭的数据。在手动控制而非计算机控制超驰信号的情况下，可以经由用户输入设备从控制终端向发电厂控制器或优化器或单独地向每个风力涡轮机提供超驰信号作为输入。
涡轮机优化器示例
图9示出了可以用于实施ORC并且可以与本文所描述的本发明的实施例中的任何实施例结合使用的风力涡轮机优化器的示例。涡轮机优化器按照不超过由PPC所发送的功率水平的功率水平操作涡轮机，并基于来自寿命使用估计器和PCC的信息来输出转矩和速度的最优水平。从图9中可以看出，涡轮机优化器400包括设定点选择器410和快速约束满足单元420。设定点选择器接收PPC过额定需求、如上面所描述的主要部件的寿命使用数据、以及可选地来自操作约束控制功能(OCC)的操作约束作为其输入。
可以使用OCC来实施上面所描述的操作约束，以防止部件属性超过特定的约束极限，超出该约束极限可能出现警报以保护涡轮机。OCC可以包括基于可测量信号(例如，温度或电流)的值而置于涡轮机操作上的约束。操作约束控制功能限定了应该如何限制涡轮机的行为，以防止所测量的信号超过这些操作约束或触发可能导致涡轮机关闭的警报。
在图9的示例中，输入是寿命使用的绝对值，而不是使用的速率。设定点选择器周期性地(例如，在每分钟到每几分钟之间)向快速约束满意单元输出最优设定点。快速约束满足单元420还周期性地接收PCC需求信号、寿命使用数据、操作约束以及输出速度和转矩设定点作为输入。在所示的示例中，按照从PPC接收的需求信号的频率输出设定点。对于为其确定寿命使用的部件，如果累积的损伤仅与速度过额定百分比相关，则每个部件将被分类为速度敏感，并且如果累积的损伤仅与转矩过额定百分比相关，则每个部件将被分类为转矩敏感。如果对转矩和速度两者都敏感，则部件可能是通用的。如上所述，设定点选择器410选择最优速度和转矩设定点。这是在分钟数量级上的慢时间标度Ts上完成的。选择设定点选择器更新速率Ts以使性能最大化，同时确保过额定控制器不干扰涡轮机软件中存在的控制器。
设定点选择器410接收用于所有估计的部件的寿命使用估计，并选择与最大损伤的部件相对应的值；其具有最大使用的寿命。如果该部件已经消耗的疲劳寿命比其已经被设计为在该时间点上使用的疲劳寿命更多，则设定点选择器输出等于它们各自的额定值的最优速度和功率设定点。因此，在这种情况下，没有过额定。
如果速度敏感部件中的任何速度敏感部件已经使用的疲劳寿命比其在该时间点处的设计值更多，则设定点选择器输出等于额定速度的最优速度设定点，并且如果转矩敏感部件中的任何转矩敏感部件已经使用的疲劳寿命比其在该时间点处的设计值更多，则设定点选择器输出等于额定转矩的最优转矩设定点。设定点选择器选择最优设定点，以使受到来自PPC的约束和在时间-步长开始时采样的操作约束控制器的约束所产生的功率最大化。设定点选择器还试图使受损最大的速度敏感部件和转矩敏感部件的损伤平衡。
该示例中的快速约束满足单元420按照比设定点选择器更高的频率操作，并将饱和应用于最优速度和转矩设定点，将输出限制到由OCC和PPC提供的极限。如果速度/转矩敏感部件中的任何速度/转矩敏感部件已经消耗了超过其目标寿命，则快速约束满足块420不允许优化器发送速度/转矩过额定的设定点。类似地，如果通用部件中的任何通用部件已经消耗了超过其目标寿命，则优化器将不发送过额定功率设定点。
本发明的实施例可以包括涡轮机优化器外部或内部的另外的功能控制单元，其用于绕过涡轮机优化器，以使得在绕过期间应用最大过额定。涡轮机被过额定到的最大功率水平可以在超驰期间以本文所描述的方式进行调整。此外，当疲劳寿命随后被在最大过额定期间所引起的疲劳寿命抵消时，功能单元可以操作以进一步减少LUE值的增加速率，以确保部件中的疲劳使用水平能够在后续时段ΔTLim内恢复。
通常，所描述的实施例考虑基于转矩和速度的过额定。在将旁路/超驰应用于过额定控制功能的情况下，过额定还可以用于恒定速度涡轮机中(例如，恒定速度主动失速涡轮机)。在该情况下，仅对转矩进行过额定，并且发电厂中的每个涡轮机或发电厂的子集中的每个涡轮机向PPC发送过额定需求，该PPC监测总功率输出并且如果总输出高于发电厂的额定输出，则减少过额定的量。在实践中，这可能是很少需要的，因为取决于天气条件，并非所有的涡轮机都将被过额定，并且一些涡轮机可能不会生成任何功率，例如，如果它们关闭以便维修。替代地，功率调节模型使用控制回路，该控制回路将来自每个涡轮机的风速输入数据与已知功率曲线进行比较，以预测每个涡轮机在任何给定时间可以产生多少功率。PRM向每个涡轮机发送个体功率需求，其目标是获得尽可能接近发电厂额定功率的功率。PRM可以与针对过额定涡轮机的扩展功率曲线一起使用。因此，本发明的实施例可以应用于恒定速度涡轮机和可变速度涡轮机两者。涡轮机可以采用主动桨距控制，由此通过羽化来实现高于额定风速的功率限制，其涉及转动每个叶片的全部或部分以减小迎角。替换地，涡轮机可以采用主动失速控制，其通过在与主动桨距控制中使用的方向的相反的方向上对叶片进行变桨距以使其失速而实现高于额定风速的功率限制。
本文所描述的控制器、功能和逻辑元件可以被实施为硬件部件或者在位于风力涡轮机控制器、PPC或远程位置、或其组合处的一个或多个处理器上执行的软件。
涡轮机最大功率水平
风力涡轮机类型最大功率水平是：在给定类型的风力涡轮机要在风力涡轮机的部件的设计载荷的极限下进行操作的情况下，当风力适当地高时允许该给定类型的风力涡轮机产生的最大功率水平。风力涡轮机类型最大功率水平有效地应用于涡轮机的设计寿命。因此，风力涡轮机类型最大功率水平将通常高于该类型的风力涡轮机的标称名牌额定值，因为标称名牌额定值通常是更保守的值。
一种类型的风力涡轮机可以被理解为具有相同的电气系统、机械系统、发电机、齿轮箱、涡轮机叶片、涡轮机叶片长度、轮毂高度等的风力涡轮机。因此风力涡轮机类型不一定与风力涡轮机的机电委员会(IEC)类别相对应，因为不同类型的涡轮机可以处于风力涡轮机的相同IEC类别中，其中每种类型的风力涡轮机基于风力涡轮机的设计及其部件可以具有不同的风力涡轮机类型最大功率水平。
图10示出了可以如何设置风力涡轮机的最大功率水平的示例。给定涡轮机类型的最大功率水平受到风力涡轮机机械部件的终极/极端载荷极限以及电气部件的设计极限的约束，因为最大功率不能安全地增加超过将导致涡轮机经受高于其终极设计载荷极限的载荷值或电气载荷的水平。给定类型或模型的风力涡轮机的最大功率水平303可以以任何适合的方式来确定。这可以包括例如：针对一定范围的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测试功率水平确定该类型的风力涡轮机上的终极机械载荷；将针对每个功率水平所确定的载荷与针对该类型的风力涡轮机的设计载荷进行比较；以及将针对该类型的风力涡轮机的风力涡轮机类型最大功率水平确定为在其中所确定的终极载荷不超过该类型的风力涡轮机的设计载荷的最大功率水平。
针对先前确定的风力涡轮机机械部件设计极限来考虑或评估该类型的风力涡轮机中的电气部件的设计限制。认为主要电气部件确保了针对机械部件设计极限的所确定的风力涡轮机类型功率水平不超过被分析的该类型的风力涡轮机的主要电气部件的设计限制。主要电气部件可以包括例如，发电机、转换器、变压器、内部电缆、接触器、电路断路器或该类型的风力涡轮机中的任何其它电气部件。基于模拟和/或计算，然后判断主要电气部件是否能够在先前确定的针对机械部件设计极限的风力涡轮机类型最大功率水平下进行操作。例如，在机械部件的设计极限功率水平下的操作可能导致风力涡轮机内部的一个或多个电气接触器处的温度增加并因此降低了电气接触器的电流承载能力，所述电流承载能力由接触器的尺寸以及放置该接触器的机柜中的散热条件确定。
如果确定或者识别主要电气部件能够在先前确定的针对给定类型的风力涡轮机的机械部件设计极限下进行操作，则将风力涡轮机类型最大功率水平设置或记录为根据机械部件设计极限的针对给定类型的风力涡轮机的最大功率水平。如果不能，则可以采取进一步的调查或行动，以达到适应机械部件和电气部件两者的涡轮机类型最大功率水平。
最大功率水平可以针对每个个体涡轮机被细化，基于每个涡轮机的疲劳载荷值、基于风力涡轮机中的每者在其具体位置处或在风电厂中的定位处所面对的条件中的一个或多个来进行计算，其中个体最大功率水平是针对给定站点中的每个涡轮机来确定的。因此，可以确定特定涡轮机微站点的最大功率水平，其中术语“微站点”是指个体风力涡轮机的具体位置，而术语“站点”是指更总体的位置，诸如风电厂的位置。设定个体最大功率水平308，使得由涡轮机或者由个体涡轮机部件消耗疲劳寿命的速率与特定目标寿命相对应或者超过特定目标寿命。
在涡轮机被限制在低于由终极机械载荷和电气极限所规定的水平的最大功率水平的情况下，即，在最大功率水平由疲劳载荷规定的情况下，在该微站点处的特定涡轮机的最大功率水平可以安全地超过针对该类型的涡轮机的最大功率水平，并且唯一的影响在于疲劳损伤的累积速率。当接收到超驰信号时，然后可以由控制器将每个涡轮机的最大功率水平设定为涡轮机类型最大功率水平。例如，涡轮机类型可以具有1800kW的最大功率水平。该涡轮机类型的特定微站点上的最大功率水平可能是1760kW。然后当在其它情况下涡轮机将不再超过1760kW时，超驰功能允许达到1800kW的操作。因此，关于本发明的实施例所描述的超驰功能可以允许或导致高达涡轮机类型最大功率水平的过额定。
本发明的实施例还可以提供一种改进的风力涡轮机，其具有一个或多个部件，所述一个或多个部件被设计为具有与给定风力涡轮机类型相比增加的终极载荷极限和/或电气载荷极限。通过加强涡轮机的设计以防终极载荷/电气功率增加，最大功率水平可以增加超过涡轮机类型最大功率，从而允许增加短期最大功率水平以增强通过对过额定控制算法进行超驰所提供的功率提升。例如，典型的涡轮机设计可以支持从特定微站点的个体涡轮机最大功率水平增加10％的功率水平。相比之下，通过提供被设计为承受较高的终极/极端载荷的一个或多个改进的部件，功率的增加可以显著地更高。
涡轮机部件可以被设计为通过在部件铸件上包括诸如铸铁之类的附加材料来承受更高的极端载荷。这可以应用于例如机舱床板和/或轮毂铸件。其它部件(诸如叶片和塔架)可以在某些位置，特别是在经受极端载荷的区域处被加固或撑牢。特定的电气部件可能被更换成更大的版本，例如，转换器部件、或电力电缆上的接触器或电路断路器。
寿命使用估计器
如上面所描述的，本发明的实施例利用寿命使用估计器(LUE)。现在将更详细地描述寿命使用估计器。估计寿命使用所需的算法将在部件之间改变，并且LUE可以包括LUE算法库，其包括以下中的一些或全部：载荷持续时间、载荷转速分布、雨流计数、应力循环损伤、温度循环损伤、发电机热反应速率、变压器热反应速率以及轴承磨损。另外可以使用其它算法。如上所述，寿命使用估计可以仅用于所选择的关键部件，并且对算法库的使用使得能够选择新的部件用于LUE，并且为该部件设置从库中选择的适合的算法以及具体参数。
在一个实施例中，针对涡轮机的所有主要部件实施LUE，所述主要部件包括：叶片；桨距轴承；桨距致动器或驱动器；轮毂；主轴；主轴承壳体；主轴承；齿轮箱轴承；齿轮齿；发电机；发电机轴承；转换器；发电机终端箱电缆；偏航驱动器；偏航轴承；塔架；海上支撑结构(如果存在的话)；地基；以及变压器绕组。替代地，可以选择这些LUE中的一个或多个LUE。
作为适当算法的示例，可以将雨流计数用于叶片结构、叶片螺栓、桨距系统、主轴系统、转换器、偏航系统、塔架和地基估计器中。在叶片结构算法中，将雨流计数应用于叶片根部弯曲摆振和挥舞力矩以识别应力循环范围和平均值，并将输出发送到应力循环损伤算法。针对叶片螺栓，将雨流计数应用于螺栓弯曲力矩，以识别应力循环范围和平均值，并将输出发送到应力循环损伤算法。在桨距系统、主轴系统、塔架和地基估计器中，还将雨流计数算法应用于识别应力循环范围和平均值，并将输出发送到应力循环损伤算法。应用雨流算法的参数可以包括：
-桨距系统-桨距力；
-主轴系统-主轴转矩；
-塔架-塔架应力；
-地基-地基应力。
在偏航系统中，将雨流算法应用于塔架顶部扭矩以识别载荷持续时间，并将该输出发送到应力循环损伤算法。在转换器中，将发电机功率和RPM用于推断温度，并且在该温度上使用雨流计数来识别温度循环和平均值。
可以通过将叶片摆振载荷和桨距速度作为输入而输入到载荷持续时间算法或轴承磨损算法来监测叶片轴承中的寿命使用。针对齿轮箱，将载荷转速持续时间应用于主轴转矩，以计算所使用的寿命。针对发电机，将发电机RPM用于推断发电机温度，其用作热反应速率发电机算法的输入。针对变压器，从功率和环境温度中推断变压器温度，以向变压器热反应速率算法提供输入。
在可能的情况下，优选使用现有的传感器来提供其中算法对其进行操作的输入。因此，例如，风力涡轮机通常直接测量叶片结构、叶片轴承和叶片螺栓估计器所需的叶片根部弯曲摆振和挥舞力矩。针对桨距系统，可以测量气缸的第一腔室中的压力，并可以推断第二腔室中的压力，从而能够计算桨距力。这些仅是示例，并且可以直接测量作为输入所需的其它参数，或可以从其它可用传感器输出中推断所述其它参数。针对一些参数，如果不能以足够的精度推断出一个值，则使用附加的传感器可能是有利的。
用于各种类型的疲劳估计的算法是已知的，并且可以在以下标准和文本中找到：
载荷转速分配和载荷持续时间：
Guidelines for the Certification of Wind Turbines,GermainischerLloyd,Section 7.4.3.2Fatigue Loads
雨流：
IEC 61400-1‘Wind turbines–Part 1:Design requirements’,Annex G Miners求和：
IEC 61400-1‘Wind turbines–Part 1:Design requirements’,Annex G
幂定律(化学变性)：
IEC 60076-12‘Power Transformers–Part 12:Loading guide for dry-typepower transformers’,Section 5。

Claims (26)

1.一种控制风力涡轮机的方法，所述方法包括：
响应于控制信号而使所述风力涡轮机过额定到高于所述风力涡轮机的额定功率；
应用过额定控制算法，所述过额定控制算法基于一个或多个涡轮机参数来限制通过由于所述控制信号而使所述风力涡轮机过额定而产生的附加功率的量；
在功率输出时段内接收所述风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的最小功率输出的值；
周期性地监测所述风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的功率输出；
确定何时所述功率输出降至低于所述最小功率输出的值；以及
当所述功率输出降至低于所述最小功率输出的值时，生成超驰信号；
接收所述超驰信号(802)；以及
响应于所述超驰信号，对所述过额定控制算法进行超驰(807)以使在一段时间内由所述风力涡轮机输出的功率的量暂时增加。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个涡轮机参数是指示由所述一个或多个涡轮机部件所消耗的疲劳寿命的参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述过额定控制算法判断由所述一个或多个涡轮机部件所消耗的疲劳寿命是否超过各自的阈值，并且如果是，则减少所述风力涡轮机的功率输出以限制所述一个或多个涡轮机部件消耗疲劳寿命的速率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：在所述过额定控制算法已经被超驰的所述一段时间之后
确定由一个或多个涡轮机部件所消耗的疲劳寿命；
判断由所述一个或多个涡轮机部件所消耗的疲劳寿命是否超过各自的阈值，并且如果是，则控制所述风力涡轮机的功率输出以限制由所述一个或多个涡轮机部件所消耗的总疲劳寿命。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，控制所述风力涡轮机的所述功率输出以限制由所述一个或多个涡轮机部件所消耗的总疲劳寿命包括：
在一段时间内减少或取消过额定以减少所述一个或多个涡轮机部件的疲劳寿命的消耗速率。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，控制所述风力涡轮机的所述功率输出以限制由所述一个或多个涡轮机部件所消耗的总疲劳寿命包括：
对所述涡轮机进行降额定以在一段时间内产生低于额定功率的功率，以减少所述一个或多个涡轮机部件的疲劳寿命的消耗速率。
7.根据权利要求4所述的方法，还包括：
减少所述疲劳寿命的消耗速率，直到所述一个或多个涡轮机部件中的至少一个部件所消耗的总疲劳寿命的值通过从疲劳损伤累积的长期预期趋势中导出的相应的阈值。
8.根据权利要求3所述的方法，其中，确定由一个或多个涡轮机部件所消耗的疲劳寿命包括：
从涡轮机传感器获得指示所述风力涡轮机的部件中的一个或多个部件的疲劳寿命的一个或多个信号；以及
将一个或多个寿命使用估计器算法应用于所述信号，以确定由所述涡轮机部件中的每个部件所消耗的疲劳寿命。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括通过以下动作应用操作约束：
监测一个或多个涡轮机部件参数；以及
如果所述涡轮机部件参数中的一个或多个参数移动超出与相应值有关的相应阈值，则取消或减少由所述过额定控制算法产生的高于额定功率的功率的量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：
所述涡轮机被配置为在所述涡轮机部件参数中的一个或多个参数达到它们相应值时被关闭。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，由所述风力涡轮机输出的功率的量增加的所述一段时间在1分钟到48小时之间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，由所述风力涡轮机输出的功率的量增加的所述一段时间与天气预报窗口匹配。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，由所述风力涡轮机输出的功率的量增加的所述一段时间是半小时。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述参数中的一个参数是涡轮机最大功率水平。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述涡轮机最大功率水平是第一最大功率水平，并且其中：
所述过额定控制算法将功率输出限制于所述第一最大功率水平处的值或低于所述第一最大功率水平的值；并且
对所述过额定控制算法进行超驰包括应用大于所述第一最大功率水平的第二最大功率水平。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一最大功率水平是涡轮机微站点处的个体涡轮机的个体最大功率水平。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，所述第二最大功率水平是受到风力涡轮机机械部件的终极载荷极限以及电气部件的设计极限约束的给定涡轮机类型的涡轮机类型最大功率水平。
18.一种用于风力涡轮机的控制器，所述控制器被配置为：
响应于控制信号而使所述风力涡轮机过额定到高于所述风力涡轮机的额定功率；
应用过额定控制算法，所述过额定控制算法基于一个或多个涡轮机参数来限制通过由于所述控制信号而使所述风力涡轮机过额定而产生的附加功率的量；
在功率输出时段内接收所述风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的最小功率输出的值；
周期性地监测所述风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的功率输出；
确定何时所述功率输出降至低于所述最小功率输出的值；以及
当所述功率输出降至低于所述最小功率输出的值时，生成超驰信号；以及
响应于接收到所述超驰信号，对所述过额定控制算法进行超驰以使在一段时间内由所述风力涡轮机输出的功率的量暂时增加。
19.一种用于风电厂的控制器，针对所述风电厂中的每个涡轮机，所述控制器被配置为：
响应于控制信号而使所述风力涡轮机过额定到高于所述风力涡轮机的额定功率；
应用过额定控制算法，所述过额定控制算法基于一个或多个涡轮机参数来限制通过由于所述控制信号而使所述风力涡轮机过额定而产生的附加功率的量；
在功率输出时段内接收所述风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的最小功率输出的值；
周期性地监测所述风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的功率输出；
确定何时所述功率输出降至低于所述最小功率输出的值；以及
当所述功率输出降至低于所述最小功率输出的值时，生成超驰信号；以及
响应于接收到所述超驰信号，对所述过额定控制算法进行超驰以使在一段时间内由所述风力涡轮机输出的功率的量暂时增加。
20.根据权利要求18或19所述的控制器，还被配置为执行根据权利要求1-17中的任一项所述的方法。
21.一种控制风力涡轮机或风电厂的方法，所述方法包括：
在功率输出时段内接收风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的最小功率输出的值；
周期性地监测所述风力涡轮机或所述风力涡轮机发电厂的功率输出；
确定何时所述功率输出降至低于所述最小功率输出的值，并且作为响应生成超驰信号；以及
将所述超驰信号发送到一个或多个风力涡轮机，由此，响应于所述超驰信号，所述一个或多个风力涡轮机对过额定控制算法进行超驰，以使所述一个或多个风力涡轮机在一段时间内输出的功率输出的量暂时增加。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，将所述超驰信号发送到一个或多个风力涡轮机包括将所述超驰信号发送到根据权利要求18所述的用于风力涡轮机的控制器或根据权利要求19所述的用于风电厂的控制器。
23.一种用于控制风力涡轮机或风电厂的控制器，所述控制器被配置为：
在功率输出时段内接收风力涡轮机或风力涡轮机发电厂的最小功率输出的值；
周期性地监测所述风力涡轮机或所述风力涡轮机发电厂的功率输出；
确定何时所述功率输出降至低于所述最小功率输出的值，并且作为响应生成超驰信号；以及
将所述超驰信号发送到一个或多个风力涡轮机，由此，响应于所述超驰信号，所述一个或多个风力涡轮机对过额定控制算法进行超驰，以使所述一个或多个风力涡轮机在一段时间内输出的功率输出的量暂时增加。
24.一种风力涡轮机，包括根据权利要求18所述的控制器。
25.根据权利要求24所述的风力涡轮机，其中：
所述参数中的一个参数是涡轮机最大功率水平，所述涡轮机最大功率水平是第一最大功率水平；
所述过额定控制算法将功率输出约束到所述第一最大功率水平的值或低于所述第一最大功率水平的值；以及
对所述过额定控制算法进行超驰包括应用大于所述第一最大功率水平的第二最大功率水平；
并且其中，所述涡轮机被从给定涡轮机类型改进，以进一步包括被设计为具有增加的风力涡轮机机械部件的终极载荷极限和/或电气部件的设计极限的一个或多个部件，以使所述第二最大功率水平能够被增加到超出受到所述给定涡轮机类型的风力涡轮机机械部件的终极载荷极限以及电气部件的设计极限约束的所述给定涡轮机类型的最大功率水平。
26.一种风电厂，包括一个或多个根据权利要求18或19所述的控制器或者一个或多个根据权利要求24或25所述的风力涡轮机。
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