CN107735567B - 风力涡轮机控制函数的初始化 - Google Patents

风力涡轮机控制函数的初始化 Download PDF

Info

Publication number
CN107735567B
CN107735567B CN201680038987.3A CN201680038987A CN107735567B CN 107735567 B CN107735567 B CN 107735567B CN 201680038987 A CN201680038987 A CN 201680038987A CN 107735567 B CN107735567 B CN 107735567B
Authority
CN
China
Prior art keywords
control function
turbine
time
fatigue life
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201680038987.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107735567A (zh
Inventor
C·斯普鲁斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vestas Wind Systems AS
Original Assignee
Vestas Wind Systems AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vestas Wind Systems AS filed Critical Vestas Wind Systems AS
Publication of CN107735567A publication Critical patent/CN107735567A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107735567B publication Critical patent/CN107735567B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/028—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
    • F03D7/0292—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power to reduce fatigue
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/048—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller controlling wind farms
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • F03D9/257—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor the wind motor being part of a wind farm
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/107—Purpose of the control system to cope with emergencies
    • F05B2270/1075—Purpose of the control system to cope with emergencies by temporary overriding set control limits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/109—Purpose of the control system to prolong engine life
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/332—Maximum loads or fatigue criteria
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

提供了用于控制风力涡轮机的方法。该风力涡轮机是这样的类型的涡轮机：其被操作以执行控制函数以基于一或多个涡轮机部件的疲劳寿命消耗量的度量来控制所产生的功率的量。该方法包括通过以下操作来初始化该控制函数：超驰或绕过(405)该控制函数，使得由该风力涡轮机产生的功率不基于所确定的疲劳寿命消耗量的度量而改变；在该预定时间段期间，操作(407)一个或多个疲劳寿命使用估计算法，以确定由一个或多个涡轮机部件中的每一个消耗的疲劳寿命的度量；并在经过该预定时间段之后，激活(409)该控制函数并在该控制函数中使用在该预定时间段期间确定的疲劳寿命消耗量的至少一个度量。还提供对应的风力涡轮机控制器和风力发电站控制器。

Description

风力涡轮机控制函数的初始化
技术领域
本发明的实施例涉及用于对保护风力涡轮机免于部件的过度磨损的控制函数进行初始化的方法和控制系统。
背景技术
图1A示出了大型常规风力涡轮机1，如现有技术中已知的，其包括塔架10和位于塔架10顶部的风力涡轮机机舱(nacelle)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可以包括别的数量(例如一个，两个，四个，五个或更多个)的叶片32。叶片32安装在位于塔架底部以上高度H处的轮毂34上。轮毂34通过从机舱20的前部延伸出的低速轴(未示出)连接到机舱20。低速轴驱动齿轮箱(未示出)，该齿轮箱逐步提高转动速度并且继而驱动机舱20内的发电机，以便将由旋转叶片32从风中提取的能量转换为功率输出。风力涡轮机叶片32限定扫掠面积A，该扫掠面积A是由旋转叶片32划定的圆的面积。扫掠面积决定了在给定的空气质量中有多少被风力涡轮机1拦截，并且因此影响风力涡轮机1的功率输出以及涡轮机1的部件在运行期间经受的力和弯曲力矩。涡轮机可以座落在岸上(如图所示)，或离岸。在后一种情况下，塔架将连接到单桩、三脚架、格栅或其他底座结构，而底座既可以是固定的也可以是浮动的。
每个风力涡轮机具有风力涡轮机控制器，其可以位于例如塔架底部或塔架顶部。风力涡轮机控制器处理来自传感器以及其他控制系统的输入，并产生用于致动器的输出信号，致动器例如变桨距致动器(pitch actuator)、发电机转矩控制器、发电机接触器、用于激活轴制动器的开关(switch)、偏航电机等。
图1B示意性地示出了包括多个风力涡轮机110的常规风力发电站100的示例，每个风力涡轮机110的控制器与发电站控制器(PPC)130通信。PPC 130可以与每个涡轮机双向通信。如粗线150所示，涡轮机将功率输出到电网连接点140。在操作中，并且假定风力状况允许，风力涡轮机110中的每一个风力涡轮机将输出最大有功功率，最大有功功率至多为风力涡轮机的由制造商指定的额定功率。
图2示出风力涡轮机的常规功率曲线55，其绘制x轴上的风速与y轴上的功率输出相对照的关系。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。如本领域所公知的那样，风力涡轮机以切入风速Vmin开始发电。然后，涡轮机在局部负荷(也称为部分负荷)状况下运行，直到在VR点达到额定风速。在额定风速下，达到额定(或标称)发电机功率，并且涡轮机在满负荷下运行。例如，典型风力涡轮机中的切入风速可以是3m/s，额定风速可以是12m/s。点Vmax是切出风速，其是在输送电力的同时风力涡轮机能够以该风速运行的最高风速。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负荷，而将风力涡轮机关停。或者，功率输出可以作为风速的函数而斜降到零功率。
风力涡轮机的额定功率在IEC 61400中被定义为在正常操作状况和外部状况下风力涡轮机被设计为要达到的最大连续电功率输出。大型商用风力涡轮机一般是针对20至25年的寿命设计的，并被设计为在额定功率下运行，从而不会超过部件的设计载荷和疲劳寿命。
风力涡轮机中各个部件的疲劳损伤累积速率在不同的运行状况下变化很大。磨损速率或损伤累积速率趋于随着发电功率的增加而增加。风力状况也会影响损伤的累积速率。对于一些机械部件来说，运行在非常高的湍流中会导致比在正常湍流中高出许多倍的疲劳损伤累积速率。对于一些电气部件来说，在很高的温度下的运行(这可能是由高温环境造成的)会导致比在常温下高许多倍的疲劳损伤累积速率，例如绝缘击穿速率。例如，发电机绕组的经验法则是，在绕组温度中10℃的下降将延长100％的寿命。
近来在控制涡轮机方面取得了进展，使得涡轮机能够产生比图2的阴影区域58所示的额定功率更大的功率。术语“超额定(over-rating)”应理解为是指通过控制一个或多个涡轮机参数(例如转子速度，转矩或发电机电流)而在满负荷运行期间产生比额定有功功率更大的功率。速度需求、转矩需求和/或发电机电流需求的增加使得由超额定产生的额外功率增大，而速度、转矩和/或发电机电流需求的减少使得超额定产生的额外功率减小。可以理解，超额定适用于有功功率，而不适用于无功功率。当涡轮机超额定时，涡轮机比正常情况更加激进地被运行，并且发电机对于给定风速的功率输出高于额定功率。例如，超额定功率水平可以至多比额定功率输出高30％。这允许更大的功率提取(当这对操作者有利时)，特别是当诸如风速、湍流和电力价格等外部状况将允许更有利可图的发电时。
超额定导致对风力涡轮机的部件的更高的磨损或疲劳，这可能导致一个或更多个部件的提早故障并且需要关停涡轮机以进行维护。因此，超额定以暂态行为为其特征。当涡轮机超额定时，这可能会持续短至几秒钟，或者如果风力状况和部件的疲劳寿命有利于超额定，则可能会持续较长的一段时间。
现有的控制技术往往侧重于直接对涡轮机状况的测量做出响应。US-A-6,850,821公开了一种风力涡轮机控制器，该风力涡轮机控制器使用所测量的应力状况作为输入，允许将输出功率作为所测量的应力的函数来控制。因此，例如，与具有相同平均风速的较少湍流的状况相比，在很大湍流的风力状况下功率输出可以减小。US-A-2006/0273595公开了基于对操作参数的相对于部件设计额定而进行的评估，以增加的额定功率输出间歇性地操作风力发电站，并且基于该评估，间歇地增加风力涡轮机的输出功率。EP-1,911,968描述了一种风力涡轮机控制系统，其中使用来自连续时间损伤模型的反馈在额定功率水平以内操作涡轮机，所述连续时间损伤模型计算损伤在任何时间累积的速率。
寿命使用估算器可用于确保所有涡轮机部件的疲劳载荷极限保持在其设计寿命内。可以测量给定部件经受的负荷(例如，它们的弯曲力矩，温度，力或运动)，并计算消耗的部件疲劳寿命的量，例如使用诸如雨流计数和Miner法则或化学衰减方程等技术。基于寿命使用估算器，各个涡轮机可以以不超过其设计极限的方式运行。用于测量给定涡轮机部件消耗的疲劳寿命的装置、模块、软件部件或逻辑部件也可以被称为该涡轮机部件的寿命使用估算器，并且将使用相同的首字母缩略词(LUE)来指代确定寿命使用估计值的算法以及相应的装置、模块或软件或逻辑部件。
寿命使用估算器提供给定部件经受的磨损量的有用指示。然而，已经认识到，在风力涡轮机控制应用中仅仅使用LUE(由此基于寿命使用估计值来控制涡轮机功率输出)是次优的，尤其是因为这样的控制仅考虑了涡轮机整个寿命期间的预期损伤累积速率。
在WO2013/044925中描述了响应于在涡轮机部件中引起的损伤来控制风力涡轮机的特定方法。风力涡轮机的控制器包括涡轮机优化器和寿命使用估算器。涡轮机优化器基于功率需求输入和来自寿命使用估算器的输入来输出用于风力涡轮机的运行参数的设定点。寿命使用估算器基于每个部件的寿命使用算法来计算由多个涡轮机部件中的每一个涡轮机部件所消耗的疲劳寿命的度量，寿命使用算法对影响部件疲劳寿命的变量的值进行运算，所述值是从风力涡轮机上的传感器获得的。通过使用历史数据和适当的计算来确定寿命使用估算器的初始值的估计，寿命使用计算可以在已经在服役中的涡轮机上实施。
本发明旨在提供用于在使用LUE时控制风力涡轮机以提供针对过早老化和疲劳损伤累积的额外保护的改进的方法和设备。
发明内容
本发明在现在参考的独立权利要求中进行了限定。优选的特征在从属权利要求中列出。
本发明的实施例一般涉及在各种控制场景中使用寿命使用估算器(LUE)。根据定义，LUE着眼于整个涡轮机寿命，通常是20到25年。疲劳损伤累积速率的变化逐年相对较小，但通常逐月或逐季有很大的变化。已经意识到，当LUE被用于涡轮机控制函数时，如果在试运转控制函数之后立即使用LUE而没有初始化，则控制性能可能是基本上是次优的。例如，如果用于超额定控制，并且超额定控制是在北半球冬季中期试运转的，则高风力状况将在接近三个季节抑制所有超额定。项目早些年的发电财务价值不成比例地高，因此有一个智能控制策略是非常有价值的，这种策略允许尽早使用超额定或其他基于LUE的涡轮机控制，其避免不必要的限制发电。
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。风力涡轮机被配置为运行以执行控制函数，该控制函数基于一个或多个涡轮机部件的疲劳寿命消耗量的度量来控制由涡轮机所产生的功率的量。该方法包括通过以下操作来初始化控制函数：超驰或绕过控制函数达预定时间段，使得由风力涡轮机产生的功率不基于所确定的疲劳寿命消耗量的度量而改变；在所述预定时间段期间，操作一个或多个疲劳寿命使用估计算法以确定由所述一个或多个涡轮机部件中的每一个涡轮机部件消耗的疲劳寿命的度量；以及在经过预定时间段之后，激活控制函数并且在控制函数中使用在预定时间段期间确定的疲劳寿命消耗量的至少一个度量。
根据这种方法控制风力涡轮机的优点在于，控制函数在被超驰或绕过时不能抑制发电，而是继续监测所消耗的疲劳寿命的度量。因此，在高风速季节之后，控制函数可以被激活，在此期间，控制函数会抑制发电，并且当超驰时间段已经过去时，疲劳寿命的准确度量可用于控制函数。因此，控制函数可以更早地提供，并且被超驰，直到不会不适当地降低功率输出的时间为止。
在正常操作期间，当没有被超驰时，控制函数可以基于疲劳寿命消耗量的度量来控制所产生的功率的量，这通过以下步骤实现：从涡轮传感器获得指示涡轮机的一个或多个部件的疲劳寿命的一个或多个信号或变量值；将疲劳寿命使用估算器算法应用于所述信号或值以确定由多个涡轮机部件中的每一个所消耗的疲劳寿命的度量；以及基于所述疲劳寿命消耗量的度量来控制所述风力涡轮机的运行参数，以改变由所述风力涡轮机产生的功率。
可选地，控制函数控制风力涡轮机超额定的功率水平(the power level towhich the wind turbine is over-rated)。这可以防止超额定控制函数取消超额定额或进入降额定模式，并且允许额外的能量被涡轮机捕获。可选地，控制函数将部件所消耗的疲劳寿命的比例与基于部件的年龄的目标消耗量进行比较，并且如果任何部件所消耗的疲劳寿命大于该部件的目标消耗量，则防止超额定或者降低风力涡轮机超额定的功率水平。可选地，控制函数将最为受损的部件所消耗的疲劳寿命的比例与基于该部件的年龄的目标消耗量进行比较，并且如果所消耗的疲劳寿命大于该部件的目标消耗量，则防止超额定或者降低风力涡轮机超额定的功率水平。
可选地，疲劳寿命消耗量的度量是疲劳寿命消耗速率。控制函数可将预定函数应用于疲劳寿命消耗速率中的一个或多个，所述预定函数将超额定的量与一个或多个涡轮机部件中的每一个的疲劳寿命消耗速率成比例地控制。
可选地，在预定时间段期间，来自超驰控制函数的输出功率水平被设置为等于预定的超额定功率水平，诸如最大超额定。这确保了当控制函数原本可能降低超额定功率输出时，可以通过对涡轮机进行超额定来捕获额外的功率。
可选地，预定时间段延伸贯穿季节时段的至少一部分，在该季节时段期间累积的疲劳损伤或疲劳损伤累积速率历史上超过给定部件的目标值。因此，超额定时段可以针对一年中的特定时间段，一年中的该特定时间段在部件磨损上特别严重、并且因此会导致针对基于疲劳损伤累积速率来对超额定进行限制的控制函数的减少的超额定。
可选地，该方法可以进一步包括接收指示控制函数正在被初始化的一年中的时间的输入；确定控制函数的初始化一年中的时间是否落入将在其期间累积疲劳损伤或疲劳损伤累积速率历史上超过目标消耗量的季节包括在内的一年中的预定季节时段内；以及基于该确定来设置在其期间控制函数被超驰的预定时间段。这允许在部件磨损上特别严重、并且因此会导致针对基于疲劳损伤累积速率来对超额定进行限制的控制函数的减少的超额定的一年中的特定的时间被自动绕过，从而它不会不当地降低涡轮机功率输出的时候激活控制函数。可选地，只有当初始化的一年中的时间在一年中的预定季节时段内时，才执行对控制函数进行初始化的方法。在其期间控制函数被超驰的预定时间段可选地被设置为在该初始化的一年中的时间与该一年中的预定季节时段的结尾之间的差。
在其期间控制函数被超驰的预定时间段可选地是在从对控制函数进行初始化起的一个月和三年之间。特别是，在其期间控制函数被超驰的时间段内可以是在从对控制函数进行初始化起的两个月到一年之间。更具体地说，在其期间控制函数被超驰的时间段可能是从对控制函数进行初始化起的六个月左右。
根据第二方面，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：执行控制函数以基于一个或多个涡轮机部件的疲劳寿命消耗量的度量来控制所产生的功率的量；并且通过以下步骤初始化所述控制函数：超驰所述控制函数达预定时间段，使得由所述风力涡轮机产生的功率不基于所确定的疲劳寿命消耗量的度量而改变；在所述预定时间段期间，操作一个或多个疲劳寿命使用估计算法以确定由所述一个或多个涡轮机部件中的每一个涡轮机部件消耗的疲劳寿命的度量；并且在经过该预定时间段之后，激活控制函数并且在控制函数中使用在预定时间段期间确定的疲劳寿命消耗量的至少一个度量。
控制函数可以在风力涡轮机控制器中或在相应的风力发电站控制器中实施。初始化方法还可以在风力涡轮机控制器或相应的风力发电站控制器内的软件中实施。
因此，根据第三方面，提供一种用于风力发电站的控制器，所述控制器被配置为针对多个风力涡轮机中的每一个：执行控制函数以基于涡轮机的一个或多个涡轮机部件的疲劳寿命消耗量的度量来控制所产生的功率的量；以及通过以下步骤初始化所述控制函数：超驰所述控制函数达预定时间段，使得由所述风力涡轮机产生的功率不基于所确定的疲劳寿命消耗量的度量而改变；在所述预定时间段期间，操作一个或多个疲劳寿命使用估计算法以确定由所述涡轮机的所述一个或多个涡轮机部件中的每一个所消耗的疲劳寿命的度量；以及在经过预定时间段之后，激活控制函数并且在控制函数中使用在预定时间段期间确定的疲劳寿命消耗量的至少一个度量。
根据第四方面，提供了相应的计算机程序，其当在风力涡轮机控制器或风力发电站控制器上被执行时使得该风力涡轮机控制器或该风力发电站控制器执行本文所述的任何方法。
附图说明
现在将仅以举例的方式并参照附图进一步描述本发明，其中：
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力发电站的示意图；
图2是示出风力涡轮机的常规功率曲线的曲线图；
图3是示出了在具有和不具有超额定控制的情况下示例涡轮机部件在两年的时间段期间发生的疲劳损伤的曲线图；
图4是根据本发明实施例的在涡轮机控制器中采用的用于对基于LUE的控制函数进行初始化的方法的示例；以及
图5是根据本发明实施例的在涡轮机控制器中采用的用于对基于LUE的控制函数进行初始化的方法的另一示例。
具体实施方式
将描述在各种控制场景中利用寿命使用估算器(LUE)的本发明的实施例。这包括使用寿命使用估算器用于：超额定控制；非超额定控制，例如降低额定(de-rating)以避免实际的涡轮寿命低于设计寿命；以及不涉及闭环控制的函数，例如维修调度。具体地，实施例涉及对使用LUE的控制函数进行初始化。
图3显示了示例性风力涡轮机部件在两年时间内可能发生的疲劳损伤的示例。从点A到点B由交替的点划线所定义的线表示在20到25年的寿命期间疲劳损伤累积的连续线性速率。该线表示以线性速率和以设计速率累积的疲劳损伤，即当达到涡轮寿命时将使用100％的疲劳寿命。从点A到点C的由均匀间隔的破折号限定的线表示典型风力发电站地点的疲劳损伤累积的连续线性速率的示例，其中，寿命疲劳损伤的95％发生在20至25年的使用期限内。这条线表示以更真实的速率在一个真实的地点上累积的疲劳，在涡轮机使用寿命期间提供了95％的疲劳寿命使用率。
应当指出的是，图3是用于说明目的的示意图，特别是y轴被示为“疲劳损伤”，而在实践中这可能是“部件中的最大疲劳损伤”，并且具有最大疲劳损伤的部件可能会随着时间的推移而变化。但是，这不会实质上影响图形的形状。
通过A-D-E-F-G-H-I-J-C点的连续线显示了在北半球的风力发电厂典型的两年以来疲劳损伤累积的示例。这条线代表在典型地点的正常运行，即在等于额定功率的最大功率水平下运行。这个绘图是针对在冬季时期开始时着手运行的情况。可以看出，在平均风速较高的季节，特别是在冬季，会产生更大量的疲劳损伤。疲劳损伤累积速率可能高于冬季期间的预期线性20至25年的速率，夏季较低，在春季和秋季近似相等。在图3的例子中，在A-D-E-K期间，由于第一个作业季节是冬季，所以最初超过了设计寿命的长期趋势。但这并不是问题，因为经过一年的运行，在点G，疲劳损伤是设计值的95％。
WO2013/044925的涡轮机控制器描述了一种涡轮机优化器，该涡轮机优化器将部件消耗的疲劳寿命的比例与基于部件的年龄的目标消耗量进行比较，并且如果任何部件消耗的疲劳寿命大于该部件的目标消耗量，则防止涡轮机的超额定。在另一个示例中，涡轮机优化器将最为受损的部件消耗的疲劳寿命的比例与基于部件的年龄的目标消耗量进行比较，并且如果消耗的疲劳寿命大于该部件的目标消耗量，则防止涡轮机的超额定。这些是控制函数的示例，其中涡轮机的功率输出使用功率水平信号来控制，功率水平信号取决于涡轮机部件消耗的疲劳寿命。这样的控制函数，无论它们是实施在风力涡轮机控制器处，在发电厂控制器处，还是在任何其他位置处，都可以用在本发明的任何实施例中。
例如，基于疲劳寿命消耗量的度量来改变功率输出(例如超额定功率输出)的风力涡轮机控制器可以假设在20至25年的寿命期间的疲劳损伤的连续线性累积。这种超额控制策略所遵循的疲劳损伤曲线也在图3中示出。这首先遵循线A-D-E-F，然后在点K分叉并且遵循被标记为“L”的线，这可以被看作具有在F-G-H-I-J-C线以上的疲劳损伤值。该控制器针对20至25年内疲劳损伤累积的线性速率。因此，它在点K之前不会使风力涡轮机超额定，从而说明了仅仅以在整个使用寿命期间的疲劳损伤累积的线性速率为目标的缺点。
在点K之后，线“L”低于线A-B(交替点划线的线)的部分表示超额定发生的时间段，线A-B上方的部分说明何时不发生超额定。在图3中假设超额定给出了在高于额定风速的风期间的疲劳损伤累积速率，比正常运行时高出约15％。请注意，在大多数地点上，超额定仅在总时间的20-35％内发生。可以看出，在前两年的运行中，相对较少的超额定发生，在冬季月份几乎没有发生超额定，因为这会导致超过线性疲劳损伤模型的疲劳损伤。然而，高于平均的疲劳损伤的时段可能会被低于平均的疲劳损伤的时段所抵消，从而允许涡轮机部件最终保持在设计范围内。这代表了在风力发电站的初始运行阶段对于涡轮机操作者可能特别重要的额外的发电量的机会的失去。根据本发明实施例的控制器因此可以实现初始化过程。
设计包络由涡轮机设计运行(操作设计范围)或存活(生存设计范围)的运行参数范围组成。例如，操作参数齿轮箱油温的操作设计包络可以是10℃至65℃，也就是说，如果齿轮箱油温超过该范围，那么涡轮机将超出其操作设计包络。在这种情况下，涡轮机通过警报器(在IEC 61400-1中称为“保护函数”)进行保护，如果齿轮箱油温超出此范围，则会关停。除了由实时操作极限(诸如温度和电流极限)来限定外，操作设计包络还可以或替代地由负荷(包括疲劳负荷)来限定，所述负荷用于设计机械部件和电气部件的零件，即“设计负荷”。
超额定利用了部件设计负荷和每台运行的涡轮机所经受的负荷之间通常存在的差距，这通常比计算设计负荷的IEC标准模拟状况更为良好。超额定导致涡轮机的功率需求在高风速中增加，直到达到由运行约束条件(温度等)指定的运行极限，或者直到达到为防止超过部件设计负荷而设定的功率上限。操作约束作为各种操作参数的函数来限制可能的超额定设定点信号。例如，如上所述，在当齿轮箱油温度超过65℃时保护函数就位而发起关停的情况下，则操作约束可以决定最大可能超额定设定点信号作为超过60℃的齿轮箱油温的函数而线性减小，在65℃达到“不可超额定”(即，功率设定点信号等于额定功率)。
图4示出了在涡轮机控制器中所采用的用于对基于LUE的控制函数进行初始化的方法的示例。最初，控制函数未被激活，对于新安装的风力涡轮机或控制函数正在被改造(retrofit)的风力涡轮机可能是这种情况。基于LUE的控制函数在步骤401被激活或试运转，但在控制函数被启用从而其向风力涡轮机提供控制信号之前，控制函数在步骤405进入绕过(bypass)模式。
在绕过模式下，控制函数仍然是活动的(active)，但是被防止产生控制信号和/或提供控制信号给风力涡轮机。控制器在步骤406从涡轮机传感器获得一个或多个信号，或变量的值，这些信号或变量的值指示风力涡轮机部件中的一个或多个的疲劳寿命。如果需要，可以在接收到信号之后处理信号，以获得疲劳寿命使用算法可以应用的变量。在步骤407，将疲劳寿命使用算法应用于信号或变量，以确定由多个涡轮机部件中的每一个消耗的疲劳寿命的度量。疲劳寿命的初始值可以被提供，并且这些初始值被用于基于传感器数据来确定疲劳寿命的变化。例如，如果总疲劳寿命为20年，则可以将其设定为疲劳寿命的初始值，并且疲劳寿命消耗量被表示为预期寿命剩余量。或者，可以将初始疲劳寿命设定为零，将疲劳寿命消耗量表示为所消耗的疲劳寿命的量。
LUE的初始疲劳寿命值将取决于控制函数被实施是在涡轮机正在试运转时还是在正在被改造时。如果控制函数是在涡轮机试运转时被激活的，则可以将所消耗的初始疲劳寿命设置为零，或者可选地可以将剩余的疲劳寿命设置为风力涡轮机目标寿命。或者，如果控制函数正在被改造到现有的涡轮机上，那么所消耗的初始疲劳寿命或剩余的疲劳寿命可以以三种方式之一来设定。首先，如果LUE先前在涡轮机上已经是活动的，那么这些可以用来设置LUE控制函数初始化时的疲劳寿命。其次，诸如风速和湍流强度等本地地点数据可与涡轮机选址计算机程序结合使用，以估算初始化时的疲劳寿命。第三，可以使用根据已知函数(诸如图3所示的线性函数)的给定时间点处的预期疲劳寿命。可以使用用于确定初始疲劳寿命值的其它方法。
在408，基于LUE的控制函数的绕过状态从控制函数的激活或试运转起被保持预定的时间量。目的是为了防止LUE控制函数在高疲劳损伤(在期望损伤曲线以上)期间抑制发电，稍后这将通过较低疲劳损伤时期(低于期望损伤曲线)进行补偿。预定时间段可以在从LUE控制函数的试运转开始的1个月到3年之间。有利的是，预定时间段可以在2个月到1年之间。优选地，该时间段应该足够长以涵盖疲劳损伤累积速率可能超过长期平均值的所有季节。在一个典型的北半球地点，这将是冬季、春季的前半部分和秋季的后半部分，意味着6个月，或大约6个月，尽管对于有些地点可能会长达9个月。确切的持续时间取决于具体的地点状况。
在绕过时段期间，只有LUE控制函数被超驰。其它控制函数，例如保护函数或操作约束(其将可能的超额定设定点信号作为各种操作参数的函数来限制)仍将是活动的。
绕过时段到期后，控制函数被启用，并且其开始产生控制信号和/或将控制信号提供给风力涡轮机控制器。如在步骤407所示，在整个超驰时段中使用LUE来监测各个部件的疲劳寿命消耗量，并且因此在步骤409，在启用时由控制函数使用的寿命消耗量值可以被设置为超驰期间确定的疲劳寿命消耗量值。
作为具体示例，涡轮机超额定控制函数，“寿命使用控制”(LUC)可以被应用于寿命使用估计，以控制相关联的部件的寿命。控制函数将所使用的部件寿命的当前估计值与涡轮机寿命中的当前时间的用于寿命使用的目标值进行比较。然后通过使风力涡轮机超额定而产生的功率的量被操纵以限制寿命使用率(RLU)。寿命使用控制函数的致动信号在任何时候都是所使用的部件寿命估计值与在那时寿命使用的目标值之间的差。
在给定时间的寿命使用量的目标值可以针对正在被监视寿命使用的所有部件来计算。目标值可以被计算为从涡轮被试运转以来迄今为止所经过的时间除以涡轮机的目标寿命。
涡轮机控制器中的计数器以适合用于寿命计算的形式记录自涡轮机试运转以来至今所经过的时间。涡轮的目标寿命可以是能够通过用户界面设置的参数，例如20至25年的任何默认值。
这个功率需求可以是从0％到100％的值，其中0％是没有超额定，100％是最大可允许的超额定，或者可以以功率单位(例如千瓦)来表示。在其他示例中，在控制器被用于对疲劳损伤和功率需求进行权衡的其他控制策略的情况下，功率需求可以代替地是被应用于涡轮机的降额定(de-rating)的量的指示。
寿命使用控制函数的输出是每个部件的功率需求信号，例如，指示对于寿命使用控制函数所允许的超额定的百分比的信号。输出信号可以通过低选择(low-select)函数来为部件中的每一个选择导致最低超额定功率水平的信号。可选地，该低选择函数的输出可以被应用于与任何其他超额定控制函数共通的一个或多个另外的低选择函数，或能够在涡轮机内实现的其他风力涡轮机控制。选择最低功率需求信号并将其作为风力涡轮机功率需求信号应用到风力涡轮机控制器。
在这个例子中，对于利用基于自试运转涡轮机以来的时间所使用的寿命默认值对LUE控制函数初始化后的前六个月的运行，倘若这种初始化发生在高风速季节，则LUC控制被暂停以停止降低超额定。这可以适用于每个LUE，因此也分别地适用于相关的部件。
具有期望值(例如6个月)的延迟值“LUCActivationDelay”被添加到涡轮机在初始化时已经处于操作中的期间的时间值，并且该值被存储在控制器可访问的存储器中：
LUCActivationTime_Component＝Time从涡轮机试运转起+LUCActivationDelay
该值提供了在相关联的部件LUE的初始化之后、寿命使用控制(LUC)函数可以变为活动之前的延迟时间(例如，月份的数量)。延迟值可以是出厂设置的常数。
与给定部件关联的LUC然后将确保它仅当以下情况时变为活动状态：
Time从涡轮机试运转起>'LUCActivationTime_Component'
在任何实施例中，在基于LUE的控制函数被超驰的任何时段期间，代替于其可以执行替代的控制函数。例如，在正在执行风力涡轮机的超额定的实施例中，超额定控制可被设定为提供最大可能的功率输出或其预定的部分。在超驰时间期间，每个部件的LUE不用于控制超额定输出，但允许运行并积累数据。在超驰时段结束时，可以评估LUE结果并用于确定随后时间段(例如，接下来的六个月或一年)的最大功率输出。
非超额定应用也是可能的，例如，在LUE被另外用于控制涡轮机功率输出或其他参数以在由预期寿命函数设定的包络内维持一个或多个部件的寿命使用的情况下。这样的控制策略可以使用LUE来将输出功率减小到额定功率以下，这取决于累积的寿命使用或者使用寿命的累积速率。如果初始化是在与高疲劳损伤累积速率相关联的高风速季节期间，那么功率输出将被不必要地抑制。通过如本文所述初始化LUE，避免了不必要的初始抑制。
图5将进一步的可选函数引入到图4的实施例中，其可以与其他实施例结合。图5的方法由于附加的步骤502至504而不同于图4的方法。
在步骤502，确定其中LUE控制函数已经被激活的一年中的时间(time of year)。然后在步骤503，关于初始化的一年中的时间是否落入时间段X(其是一年中的预定时间段，例如10月至3月)内，进行确定。如果初始化的一年中的时间在时间段X内，则实现如上所述的绕过函数。否则，LUE控制函数被使能或继续，并且不被绕过。
一年的预定时期可以对应于历史上经受疲劳寿命累积速率增加的状况的一年中的时间。例如，该一年中的时间可能以高风速和/或湍流水平为特征。通常这可能对应于特定的季节，如冬季。如果LUE控制函数从试运转风力涡轮机的时间起运行，则可基于风力涡轮机或风力发电站所座落于的地点的历史气象数据来选择一年中的预定时间。如果LUE控制函数在试运转时间之后某一时间安装，例如在试运转涡轮机的时间之后一些年，则可以基于风力涡轮机或风力发电站的历史操作数据(作为风力涡轮机或风力发电站的历史气象数据的补充或替代)来选择预定时间段。
可以选择在步骤508中使用的预定时间段，使得在该预定时间段到期之后，在步骤503中所指的一年中的预定时间段已经过去。特别地，该预定时间段可以被选择或计算以使得，一旦其已经到期，与高的疲劳损伤累积速率相对应的一年中的季节或时间已经过去。
这里描述的控制方法可以直接在涡轮机控制器中实现。或者，这些方法可以在本地地点控制器(诸如风力发电站控制器)中实施，其中控制函数和相关联的超驰被分别地应用于多个风力涡轮机，并且然后将控制函数的输出功率需求应用于各个涡轮机控制器。或者，这些方法可以以相似的方式远程实施。在一些实施例中，这些方法可以作为超额定控制器的一部分来实现，超额定控制器通过使涡轮机超额定运行来控制所产生的在额定功率以上的功率的量。在其它实施例中，控制器可以用于控制涡轮机的降额定，使用来自LUE的输入将功率降低到额定功率以下。
本文描述的控制器、函数和逻辑元件可以被实现为硬件部件，或在位于风力涡轮机，PPC或远程位置处的一个或多个处理器上执行的软件，或其组合。
应该注意的是，本发明的实施例可以应用于恒速和变速涡轮机两者。涡轮机可采用主动变桨距控制(active pitch control)，由此通过羽化(feathering)来实现高于额定风速的功率#限制，其涉及旋转每个叶片的全部或部分以减小迎角。可选地，涡轮机可采用主动失速控制(active stall control)，其通过在与主动变桨距控制中所使用的方向相反的方向上对叶片进行变桨距进入失速，来实现高于额定风速的功率限制。
寿命使用估算器
现在将更详细地描述寿命使用估算器。
估算寿命使用所需的算法因部件而异，并且LUE可以包括LUE算法库，该算法库包括以下中的一些或全部：负荷持续时间，负荷旋转分布，雨流计数，应力循环损伤，温度循环损伤，发电机热反应速率，变压器热反应速率和轴承磨损。另外可以使用其他算法。如上所述，寿命使用估算仅可用于选定的关键部件，并且算法库的使用使得能够为LUE选择新的部件，并且从库中选择适当的算法，以及为该组成部件设置特定的参数。
在一个实施例中，LUE被实施用于涡轮机的所有主要部件，包括叶片结构、叶片轴承和螺栓、叶片变桨距系统、主轴和轴承系统、齿轮箱(包括齿轮-齿接触点，齿轮箱齿轮-齿根弯曲和/或齿轮箱轴承)、发电机(包括绕组，轴承和/或接线盒电缆)、转换器、变压器(包括变压器绕组)、偏航系统、塔架和底座。或者，可以选择这些LUE中的一个或多个。
作为适当算法的例子，雨流计数可以在叶片结构、叶片螺栓、变桨距系统、主轴系统、转换器、偏航系统、塔架和底座估算器中使用。在叶片结构算法中，将雨流计数应用于叶片根弯曲翼面向(flapwise)和翼弦向(edgewise)力矩以确定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。对于叶片螺栓，将雨流计数应用于螺栓弯曲力矩，以确定应力循环范围和平均值，并将输出发送给应力循环损伤算法。在变桨距系统、主轴系统、塔架和底座估算器中，雨流计算算法也被用来确定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。雨流算法应用于的参数可以包括：
变桨距系统-变桨距力；
主轴系统-主轴转矩；
塔架-塔架应力；
底座–底座应力。
在偏航系统中，雨流算法应用于塔架顶部转矩以识别负荷持续时间，并将该输出发送到应力循环损伤算法。在转换器中，使用发电机功率和RPM来推断温度，并且对该温度使用雨流计数来识别温度循环和平均值。
叶片轴承的寿命使用可以通过输入叶片翼面向负荷和变桨距速度作为负荷持续时间算法或轴承磨损算法的输入来监测。对于齿轮箱，将负荷转速持续时间应用于主轴转矩，以计算所使用的寿命。对于发电机，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。对于变压器，从功率和环境温度推断变压器温度，以向变压器热反应率算法提供输入。
在可能的情况下，优选使用现有的传感器来提供算法对之运行的输入。因此，例如，风力涡轮机通常直接测量对于叶片结构、叶片轴承和叶片螺栓估算器所需的叶片根部弯曲翼弦向和翼面向力矩。对于变桨距系统，可以测量气缸的第一腔室中的压力，并且推断第二腔室中的压力，从而能够计算变桨距力。这些仅是示例，并且需要作为输入的其他参数可以被直接测量，也可以从其他可用的传感器输出来推断。对于一些参数，如果不能以足够的精度推断出一个值，那么使用附加的传感器可能是有利的。对LUE参数ΔTLUEn进行采样的时间步长通常可以从10ms到4秒。
用于各种类型的疲劳评估的算法是已知的，并且可以在以下标准和文本中找到：
负荷旋转分配和负荷持续时间：
风力涡轮机认证准则，Germainischer Lloyd，第7.4.3.2节疲劳负荷(Guidelinesfor the Certification of Wind Turbines,Germainischer Lloyd,Section7.4.3.2Fatigue Loads)
雨流：
IEC 61400-1“风力涡轮机-第1部分：设计要求”，附件G(IEC 61400-1‘Windturbines–Part 1:Design requirements,Annex G)
矿工总结：
IEC 61400-1“风力涡轮机-第1部分：设计要求”，附件G(IEC 61400-1‘Windturbines–Part 1:Design requirements,Annex G)
功率定则(化学衰变)：
IEC 60076-12“电力变压器-第12部分：干式电力变压器的装载指南”，第5节(IEC60076-12‘Power Transformers–Part 12:Loading guide for dry-type powertransformers’,Section 5)。

Claims (26)

1.一种控制风力涡轮机的方法，其中，所述风力涡轮机被操作以执行控制函数以基于一个或多个涡轮机部件的疲劳寿命消耗量的度量来控制所产生的功率的量，所述方法包括通过以下步骤初始化所述控制函数：
超驰(405)所述控制函数达预定时间段，使得由所述风力涡轮机产生的功率不基于所确定的疲劳寿命消耗量的度量而改变；
在所述预定时间段期间，操作(407)一个或多个疲劳寿命使用估计算法以确定由所述一个或多个涡轮机部件中的每一个涡轮机部件消耗的疲劳寿命的度量；以及
在经过所述预定时间段之后，激活(409)所述控制函数并且在所述控制函数中使用在所述预定时间段期间确定的疲劳寿命消耗量的至少一个度量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制函数控制所述风力涡轮机超额定的功率水平。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制函数将部件所消耗的疲劳寿命的比例与基于所述部件的年龄的目标消耗量进行比较，并且如果所消耗的疲劳寿命大于所述部件的目标消耗量，则防止超额定或者降低所述风力涡轮机超额定的功率水平。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制函数将最为受损的部件所消耗的所述疲劳寿命的比例与基于所述部件的年龄的目标消耗量进行比较，并且如果所消耗的疲劳寿命大于所述部件的目标消耗量，则防止超额定或者降低所述风力涡轮机超额定的功率水平。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述疲劳寿命消耗量的度量是疲劳寿命消耗速率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述控制函数将预定函数应用于疲劳寿命消耗速率中的一个或多个，所述预定函数将超额定的量与所述一个或多个涡轮机部件中的每一个的疲劳寿命消耗速率成比例地控制。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，在所述预定时间段期间，来自所述超驰控制函数的输出功率水平被设定为等于预定的超额定功率水平。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述预定的超额定功率水平是最大超额定。
9.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，在所述预定时间段期间，防止所述涡轮机的超额定。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述预定时间段延伸贯穿季节时段的至少一部分，在所述季节时段期间累积的疲劳损伤或疲劳损伤累积速率历史上超过给定部件的目标值。
11.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，还包括：
接收指示所述控制函数正被初始化的一年中的时间的输入；
确定对所述控制函数的初始化的所述一年中的时间是否落入所述一年中的预定季节时段内，所述预定季节时段包括在其期间累积疲劳损伤或疲劳损伤累积速率历史上超过目标消耗量的时段；以及
基于所述确定，设置预定时间段，在其期间所述控制函数被超驰。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，只有当初始化的所述一年中的时间在所述一年中的所述预定季节时段内时才执行对所述控制函数的初始化。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，在其期间所述控制函数被超驰的所述预定时间段被设置为所述初始化的一年中的时间与该一年中的所述预定季节时段的结尾之间的差。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，在其期间所述控制函数被超驰的所述预定时间段在从初始化所述控制函数起的一个月和三年之间。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在其期间所述控制函数被超驰的时间段在从初始化所述控制函数起的两个月和一年之间。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在其期间所述控制函数被超驰的时间段是从初始化所述控制函数起的大约六个月。
17.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述控制函数在试运转所述风力涡轮机时被初始化。
18.根据要求1至6中任一项所述的方法，其中，在作为改造来试运转所述风力涡轮机之后，所述控制函数被初始化。
19.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述风力涡轮机是主动失速涡轮机。
20.一种用于风力涡轮机的控制器，所述控制器被配置为：
执行控制函数以基于一个或多个涡轮机部件的疲劳寿命消耗量的度量来控制所产生的功率的量；以及
通过以下步骤初始化所述控制函数：
超驰所述控制函数达预定时间段，使得由所述风力涡轮机产生的功率不基于所确定的疲劳寿命消耗量的度量而改变；
在所述预定时间段期间，操作一个或多个疲劳寿命使用估计算法以确定由所述一个或多个涡轮机部件中的每一个涡轮机部件消耗的疲劳寿命的度量；以及
在经过所述预定时间段之后，激活所述控制函数并且在所述控制函数中使用在所述预定时间段期间确定的疲劳寿命消耗量的至少一个度量。
21.根据权利要求20所述的控制器，被配置为执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法。
22.一种用于风力发电站的控制器，所述控制器被配置为针对多个风力涡轮机中的每一个：
执行控制函数以基于涡轮机的一个或多个涡轮机部件的疲劳寿命消耗量的度量来控制所产生的功率的量；以及
通过以下步骤初始化控制函数：
超驰所述控制函数达预定时间段，使得由所述风力涡轮机产生的功率不基于所确定的疲劳寿命消耗量的度量而改变；
在所述预定时间段期间，操作一个或多个疲劳寿命使用估计算法以确定由所述涡轮机的所述一个或多个涡轮机部件中的每一个涡轮机部件消耗的疲劳寿命的度量；以及
在经过所述预定时间段之后，激活所述控制函数并且在所述控制函数中使用在所述预定时间段期间确定的疲劳寿命消耗量的至少一个度量。
23.根据权利要求22所述的用于风力发电站的控制器，所述控制器被配置成对于所述多个涡轮机中的每一个涡轮机执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法。
24.一种控制风力涡轮机的设备，其中，所述风力涡轮机被操作以执行控制函数以基于一个或多个涡轮机部件的疲劳寿命消耗量的度量来控制所产生的功率的量，所述设备包括用于通过以下模块初始化所述控制函数的模块：
用于超驰(405)所述控制函数达预定时间段，使得由所述风力涡轮机产生的功率不基于所确定的疲劳寿命消耗量的度量而改变的模块；
用于在所述预定时间段期间，操作(407)一个或多个疲劳寿命使用估计算法以确定由所述一个或多个涡轮机部件中的每一个涡轮机部件消耗的疲劳寿命的度量的模块；以及
用于在经过所述预定时间段之后，激活(409)所述控制函数并且在所述控制函数中使用在所述预定时间段期间确定的疲劳寿命消耗量的至少一个度量的模块。
25.一种风力涡轮机，包括根据权利要求20或21所述的控制器。
26.一种风力发电站，包括根据权利要求22或23所述的控制器。
CN201680038987.3A 2015-06-30 2016-06-22 风力涡轮机控制函数的初始化 Expired - Fee Related CN107735567B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201570412 2015-06-30
DKPA201570412 2015-06-30
PCT/DK2016/050210 WO2017000954A1 (en) 2015-06-30 2016-06-22 Initialisation of wind turbine control functions

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107735567A CN107735567A (zh) 2018-02-23
CN107735567B true CN107735567B (zh) 2019-09-03

Family

ID=56321682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680038987.3A Expired - Fee Related CN107735567B (zh) 2015-06-30 2016-06-22 风力涡轮机控制函数的初始化

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10578080B2 (zh)
EP (1) EP3317517A1 (zh)
CN (1) CN107735567B (zh)
WO (1) WO2017000954A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2800675T3 (es) * 2014-10-17 2021-01-04 Vestas Wind Sys As Control de turbinas eólicas
US10578080B2 (en) 2015-06-30 2020-03-03 Vestas Wind Systems A/S Initialisation of wind turbine control functions
US11078886B2 (en) * 2018-03-29 2021-08-03 Vestas Offshore Wind A/S Wind turbine generator and method of controlling wind turbine generator
DE102018214099A1 (de) * 2018-08-21 2020-02-27 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und System zur unmittelbaren Ermittlung einer theoretischen Schädigung mindestens einer Komponente einer Vorrichtung
US10890158B2 (en) * 2018-09-25 2021-01-12 General Electric Company System and method for initializing startup of a wind turbine
ES2941641T3 (es) * 2020-09-14 2023-05-24 Vestas Wind Sys As Método de control de un generador de aerogenerador
US11635060B2 (en) 2021-01-20 2023-04-25 General Electric Company System for operating a wind turbine using cumulative load histograms based on actual operation thereof
US11661919B2 (en) 2021-01-20 2023-05-30 General Electric Company Odometer-based control of a wind turbine power system
US11728654B2 (en) 2021-03-19 2023-08-15 General Electric Renovables Espana, S.L. Systems and methods for operating power generating assets
CN113339207B (zh) * 2021-06-29 2023-05-26 浙江理工大学 一种风电机组主传动系统的运行工况划分方法及系统
CN116412083A (zh) * 2021-12-29 2023-07-11 新疆金风科技股份有限公司 一种风力发电机组的控制方法、装置、设备及介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5130003A (en) * 1990-06-14 1992-07-14 Conrad Richard H method of powering corona discharge in ozone generators
CN1880756A (zh) * 2006-05-16 2006-12-20 陈亚洲 自由发电定频稳压输出的风力发电机
CN101900079A (zh) * 2009-05-25 2010-12-01 维斯塔斯风力系统集团公司 用于控制风力涡轮机的操作的方法和系统
CN103946540A (zh) * 2011-09-30 2014-07-23 维斯塔斯风力系统集团公司 风力涡轮机的控制

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10011393A1 (de) 2000-03-09 2001-09-13 Tacke Windenergie Gmbh Regelungssystem für eine Windkraftanlage
US8649911B2 (en) 2005-06-03 2014-02-11 General Electric Company System and method for operating a wind farm under high wind speed conditions
EP1911968A1 (en) 2006-10-10 2008-04-16 Ecotecnia Energias Renovables S.L. Control system for a wind turbine and method of controlling said wind turbine
JP5244502B2 (ja) * 2008-08-25 2013-07-24 三菱重工業株式会社 風車の運転制限調整装置及び方法並びにプログラム
US20130320674A1 (en) 2012-05-30 2013-12-05 Clipper Windpower, Llc Net Present Value Optimized Wind Turbine Operation
US9605654B2 (en) 2012-07-24 2017-03-28 General Electric Company Wind turbine lifetime estimator
EP2853730A1 (en) 2013-09-25 2015-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Monitoring mechanical load of a wind turbine component
US9835135B2 (en) 2013-10-31 2017-12-05 General Electric Company System and method for controlling a wind turbine
US10578080B2 (en) 2015-06-30 2020-03-03 Vestas Wind Systems A/S Initialisation of wind turbine control functions

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5130003A (en) * 1990-06-14 1992-07-14 Conrad Richard H method of powering corona discharge in ozone generators
CN1880756A (zh) * 2006-05-16 2006-12-20 陈亚洲 自由发电定频稳压输出的风力发电机
CN101900079A (zh) * 2009-05-25 2010-12-01 维斯塔斯风力系统集团公司 用于控制风力涡轮机的操作的方法和系统
CN103946540A (zh) * 2011-09-30 2014-07-23 维斯塔斯风力系统集团公司 风力涡轮机的控制

Also Published As

Publication number Publication date
US10578080B2 (en) 2020-03-03
WO2017000954A1 (en) 2017-01-05
US20180180024A1 (en) 2018-06-28
EP3317517A1 (en) 2018-05-09
CN107735567A (zh) 2018-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107735567B (zh) 风力涡轮机控制函数的初始化
CN107709762B (zh) 风力涡轮机的控制方法以及系统
EP3317518B1 (en) Wind turbine control based on forecasts
EP3317520B1 (en) Control method and system for protection of wind turbines
EP2295793B1 (en) System for determining a cut-out limit for a wind turbine
EP3317521B1 (en) Wind turbine control over-ride
CN107709760B (zh) 风力涡轮机控制超驰
EP3317523B1 (en) Methods and systems for generating wind turbine control schedules
EP3317525B1 (en) Methods and systems for generating wind turbine control schedules
US20110123331A1 (en) Wind speed dependent adaptation of a set point for a fatigue life of a structural component of a wind turbine
EP2644888A2 (en) Control system and method for avoiding overspeed of a wind turbine
EP2153063A2 (en) A method of operating a wind turbine with pitch control, a wind turbine and a cluster of wind turbines
EP3317524B1 (en) Methods and systems for generating wind turbine control schedules
US10240580B2 (en) Adjusting a rotor blade pitch angle
TW201938904A (zh) 風力發電裝置的控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190903

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee