CN108474350B - 运行风力涡轮机场的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于运行的风力涡轮机场的系统，风力涡轮机场包括多个风力涡轮机(1)，该风力涡轮机具有至少一个环境传感器(7)和可选的至少一个运行传感器(9)。风力涡轮机与远程控制单元(2)通信，该远程控制单元又连接到至少一个数据库(3)，在该数据库中存储环境数据以及可选的运行数据。远程控制单元(2)选择迎风风力涡轮机并确定其第一功率输出，并进一步选择顺风风力涡轮机并确定其第二功率输出。远程控制单元(2)确定第一和第二功率输出之间的相关性，其随后用于确定所选风力涡轮机的降低的运行水平。还提供了该系统的方法。

Description

运行风力涡轮机场的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于运行风力涡轮机场的系统，并且该风力涡轮机场包括多个风力涡轮机，每个风力涡轮机具有安装至轮毂的至少两个风力涡轮机叶片，该轮毂进一步可旋转地连接至设置在所述风力涡轮机中的传动系，其中远程控制单元设置为与每个风力涡轮机通信并且存储从风力涡轮机中检索到的环境数据。

本发明还涉及一种用于控制风力涡轮机场运行的方法，其中相对于所述风力涡轮机中的至少一个测量至少一个环境参数，并至少将所述环境数据存储在至少一个数据库中，并且基于所检测到的风向在所述风力涡轮机中识别至少一个迎风风力涡轮机和至少一个顺风风力涡轮机。

背景技术

现代风力涡轮机通常一起设置在风力涡轮机场中，其中各个风力涡轮机以预定模式相对于彼此定位。已知这样的风力涡轮机场可以包括不同风力涡轮机制造商的风力涡轮机、具有不同额定功率和/或不同尺寸的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。风力涡轮机场的性能通过使用位于远处的监控系统来监控，其中该监控包括能够与风力涡轮机场通信的控制单元，例如通过监控和数据采集(SCADA)链接。传统的控制系统为第三方操作员提供调节风力涡轮机场性能的有限的控制选项。

已知的问题是相对于来风方向位于逆风的风力涡轮机引起的尾流效应或阴影效应。相比击中迎风风力涡轮机的相对自由气流，迎风风力涡轮机也可能产生更湍流的气流。这又可能导致位于该湍流气流路径中的顺风风力涡轮机中的负载和应力增加，并且因此导致来自这些顺风风力涡轮机的电力生产减少。解决这个问题的一种方法是设计风力涡轮机场的布局使得各个风力涡轮机之间的距离增加，或者将具有不同尺寸的风力涡轮机叶片或具有不同额定功率的风力涡轮机列入。

US2006/0232073A1公开了一种用于风力涡轮机场的控制方案，其中控制器基于在顺风风力涡轮机上测量的湍流来调节迎风风力涡轮机的轴向感应值。据述，迎风风力涡轮机的轴向感应降低到小于0.25的值，并且迎风风力涡轮机和顺风风力涡轮机的轴向感应的平均差异大于0.05。这通过朝顺桨位置调节迎风风力涡轮机的风力涡轮机叶片的桨距角来实现。进一步指出的是，这也可以通过减小迎风风力涡轮机叶片的弦长，使其具有小于3.75的弦特征来实现。

WO2013/037374A1公开了一种用于风力涡轮机场的控制方案，其中调节迎风风力涡轮机和顺风风力涡轮机的桨距角，偏航角或旋转方向以增加通过风力涡轮机场的湍流气流与不间断气流的混合。据述，顺风风力涡轮机必须放置在距迎风风力涡轮机特定距离处以实现气流的最佳混合，其中这个特定距离对应于顺风风力涡轮机的转子直径的一至五倍。

US2011/0140428A1公开了一种与风力涡轮机场通信的控制系统，其中该控制系统监控并控制风力涡轮机场的运行。该控制系统基于在风力涡轮机上测量的传感器数据和风力涡轮机的功率输出来估计每个风力涡轮机的退化水平，并将风力涡轮机设置成四组。然后，该控制系统以阶梯式顺序将专用功率限制算法应用于每组风力涡轮机，直到总功率输出的减少符合从电网侧接收到的限制要求。

US2009/0099702A1公开了一种控制风力涡轮机场的方法，其中远程控制单元接收来自风力涡轮机场的测量。使用相邻的风力涡轮机的测量数据来识别引起顺风风力涡轮机上的尾流状况的迎风风力涡轮机。然后，控制器改变用于迎风风力涡轮机的控制信号，这又降低功率输出及其转子推力。只改变引起尾流状况的迎风风力涡轮机的运行，而其余的迎风风力涡轮机和顺风风力涡轮机以正常的电力生产模式运行。据述，可以调节迎风风力涡轮机的运行，直到迎风风力涡轮机和顺风风力涡轮机之间的功率比达到预定值。不管怎样，提供了关于如何改变运行的这个功率比的更多细节。

值得注意的是，US2009/0099702建立在US 2007/0124025上，US 2007/0124025公开了一种控制耦合到风力涡轮机一部分的中央处理和控制单元选择性地传输控制信号以减少疲劳负载并符合功率限制的方法。关于实际实现的细节，US2009/009702是清楚的，而US2007/012405没有提及。

本领域技术人员可以将US2009/0099702视为合适的起点。

还存在对另一种控制方法的需求，其能够在风力涡轮机场的现有控制系统中实施并优化风力涡轮机场运行。

发明内容

发明目的

本发明的目的在于，提供一种用于运行风力涡轮机场的系统，其解决了上述问题。

本发明的目的在于，提供一种用于运行风力涡轮机场的系统，其设有用于连接到不同类型的风力涡轮机的灵活接口。

本发明的目的在于，提供一种用于运行风力涡轮机场的系统，其提供了对所存储的来自风力涡轮机的传感器数据的简单访问。

发明内容

本发明的目的通过一种用于控制风力涡轮机场运行的系统来实现，该风力涡轮机场包括多个风力涡轮机和配置为与所述风力涡轮机和至少一个数据库通信的远程控制单元，所述至少一个数据库被配置为至少存储从至少一个环境传感器检索到的环境数据，该至少一个环境传感器被配置为测量至少一个环境参数，其中每个所述风力涡轮机包括安装至轮毂的至少两个风力涡轮机叶片，所述轮毂进一步可旋转地连接到传动系，所述远程控制单元被配置成基于检测到的风向在所述风力涡轮机中识别至少一个迎风风力涡轮机和至少一个顺风风力涡轮机，所述远程控制单元被配置为确定所述至少一个迎风风力涡轮机的第一功率输出和所述至少一个顺风风力涡轮机的第二功率输出，其特性在于，所述至少一个迎风风力涡轮机在相对于所检测的风向位于逆风的第一组风力涡轮机中进行选择，所述至少一个顺风风力涡轮机在相对于所述第一组风力涡轮机位于顺风的至少第二组风力涡轮机中进行选择，其中，所述远程控制单元进一步被配置为分析第一功率输出和第二功率输出以确定第一功率输出与第二功率输出之间的第一相关性，其中第一相关性表示相对于由至少一个迎风风力涡轮机产生的功率减少量，由至少一个顺风风力涡轮机产生的功率增加量，并且远程控制单元进一步被配置为基于所述第一相关性确定至少一个迎风风力涡轮机降低的运行水平，使得当按照这种降低的运行水平运行时，至少一个迎风风力涡轮机和所组合的顺风风力涡轮机增加风力涡轮机场的总功率生产。

术语“迎风风力涡轮机”被定义为其仅受到来风的自由气流影响的风力涡轮机。术语“顺风风力涡轮机”被定义为受到来自一个或多个迎风风力涡轮机以及可选地还受到来自其他顺风风力涡轮机的湍流气流影响的风力涡轮机。术语“相关性”被定义为迎风风力涡轮机和顺风风力涡轮机的各自功率输出之间的任何类型的直接或间接关联或相关性，所述关联/相关性可以通过统计分析、描述性分析、推论分析、近似分析或任何其他合适的分析确定或计算。术语“降低的运行水平”被定义为低于运行风力涡轮机产生最大或标称功率输出的正常运行水平的运行水平。通用术语“设定点”被定义为用于在风力涡轮机中调节特定运行参数的任何控制值或控制设定点。

这提供了用于优化风力涡轮机场的总功率生产并减少单个风力涡轮机上的结构负载和/或动态负载的另一种控制系统。该控制系统还能够改变通过风力涡轮机场的气流，从而降低顺风风力涡轮机所经历的湍流。这又有助于为风力涡轮机场运营者降低平准化能源成本(LCOE)成本。

在单独的风力涡轮机上或相对于单独的风力涡轮机或在风力涡轮机场附近放置一个或多个环境传感器，例如风速计、风向标、激光雷达系统、湿度传感器、压力传感器、温度传感器、气象站以及其他合适的传感器。这些环境传感器被配置为测量一个或多个环境参数，例如空气密度、环境温度、环境压力、湿度水平、风速、风向、湍流强度以及其他合适的环境参数。环境参数可以周期性地或在预定的时间周期内测量。

根据一个实施例，远程控制单元被配置为计算第一组的另一所选风力涡轮机的功率输出和至少第二组的另一所选风力涡轮机的功率输出之间的至少第二相关性，并且基于所述至少第二相关性确定所述第一组的另一所选风力涡轮机降低的运行水平，使得当按照这个降低的运行水平运行时，所组合的另一所选风力涡轮机进一步增加风力涡轮机场的总功率生产。

控制算法随后基于历史环境数据或通过功率测量来确定所选风力涡轮机的功率输出。或者，控制算法可以在执行选择步骤之前确定每个单独的风力涡轮机的功率输出。然后，确定所选风力涡轮机的功率输出之间的相关性，其随后用于确定所选逆风力涡轮机的运行水平。可以重复该过程，直到已经选择了各个组内的所有风力涡轮机并且已经为各个组中的每个风力涡轮机确定至少一个相关性。

根据一个实施例，所述第一相关性是第一组的平均相关性，至少第二相关性是至少第二组的平均相关性。

控制单元可以进一步确定第一组和第二组之间的平均相关性，当为第一组的各个迎风风力涡轮机确定降低的运行水平时可以使用该平均相关性。同样地，控制单元可以进一步确定第一组和/或第二组以及第三组之间的平均相关性，随后当为第一和/或第二组中的各自的迎风风力涡轮机确定降低的运行水平时可以使用该平均相关性。

根据一个实施例，远程控制单元是服务器单元，其中至少运行系统配置为在服务器单元上运行并且与风力涡轮机及至少一个数据库通信。

控制单元位于远处，例如中央监控或控制站、服务器园区或其他合适的位置。控制单元包括连接到至少一个数据库的至少一个服务器单元，在该数据库中至少存储了测量的环境数据。数据库可以是位于服务器单元内的内部存储器单元或连接到服务器单元的单独的存储器单元。服务器单元和数据库各自包括能够使两个单元彼此通信的通信模块。同样地，服务器单元和风力涡轮机场各自包括能够使服务器单元与风力涡轮机场通信的通信模块。服务器单元可以直接与每个风力涡轮机通信或经由位于风力涡轮机场中的子站进行通信。服务器单元、风力涡轮机场和数据库之间的连接可以是有线连接，例如数据电缆或无线连接，例如，WIFI连接。这允许在中央位置存储和分析环境数据和其他收集的数据。这也提供了能够不依赖风力涡轮机场的布局、使用标准化的通信协议与任何OEM接口进行通信的灵活接口。

运行系统在服务器单元上实施，例如，在其微处理器上，并且被配置为提供对存储在数据库中的环境数据和其他收集的数据，例如运行数据的访问。风力涡轮机运营者或所有者可以通过用户界面，例如，网页或专用图形用户界面访问这些数据。运行系统可以被配置为处理并显示存储的数据，使得风力涡轮机场运营者或所有者能够监控风力涡轮机场的性能。这提供了从任何类型的平台，例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、固定计算机或其他合适的平台对所存储数据的简单访问。

本控制系统的控制算法可以作为能够与上述运行系统相互作用的附加模块或应用实施。或者，可以将控制算法并入到运行系统中以使它们作为单个单元。这使得本控制系统能够适于与具有数据库的任何现有的远程监控系统进行相互作用，该数据库中存储了环境数据以及可选地，运行数据。

根据一个实施例，远程单元还被配置为基于第一功率输出计算至少一个迎风风力涡轮机的第一能量产量并且基于第二功率输出计算至少一个顺风风力涡轮机的第二能量产量。

控制单元可以使用第一和第二功率输出以及可选地环境数据来计算所选迎风风力涡轮机和顺风风力涡轮机的第一和第二能量产量。控制单元然后可以确定第一和第二能量产量之间的相关性，其随后可用于确定迎风风力涡轮机的降低的运行水平。这提供了确定迎风风力涡轮机的运行水平的一种可选方法，该风力涡轮机考虑了通过的气流中可用的能量的量。

根据一个实施例，至少一个运行传感器被设置在风力涡轮机中的一个中并且被配置为测量上述一个风力涡轮机的至少一个运行参数，其中至少一个运行参数被进一步存储在至少一个数据库中，并且由控制单元进行分析。

风力涡轮机场中的一个或多个风力涡轮机可以包括一个或多个运行传感器，例如振动传感器、旋转速度传感器、转矩传感器、角度位置传感器、温度传感器、电压表、瓦特计或其他合适的传感器。这些运行传感器可以被配置为测量一个或多个运行参数，例如振动水平、旋转速度、桨距角、偏航角、旋转轴的扭矩水平、冷却系统的冷却温度、功率输出或其他合适的运行参数。这些运行数据可以与环境数据存储在相同的数据库中或存储在不同的数据库中。另外，用于控制每个风力涡轮机的运行的本地控制参数，例如功率设定点、桨距角、扭矩设定点和其他控制参数也可以存储在数据库中。这允许风力涡轮机场的运营者或所有者进一步监控位于风力涡轮机场中的每个风力涡轮机的性能和运行状态，例如桨距角和所产生的功率输出。

控制单元可以被配置为进一步分析这些运行数据，这些运行数据可以用于确定所选的迎风风力涡轮机和顺风风力涡轮机的性能。当确定各自风力涡轮机的功率输出和/或能量产量时，运行数据和环境数据可以在控制单元中结合。或者，控制单元可以通过由所述运行传感器执行的功率测量来直接确定功率输出。控制单元可选地使用运行数据，以进一步计算风力涡轮机中的关键部件的当前运行时间或下一个维护或更换间隔之前的剩余运行时间。当确定迎风风力涡轮机的降低的运行水平时，可以将这些计算的数据与控制单元中的上述相关性数据结合。这为各个风力涡轮机运行时间与总功率生产之间提供了一个合适的折中，从而降低了运行和维护(O&M)成本。

控制单元可以监控环境数据和/或运行数据，以确定是否应该重复上述过程。

已知根据地理位置处的主导风向来设计风力涡轮机场的布局。然而，风向相对于风力涡轮机场的布局而变化，并且因此直接面向来风的自由气流的风力涡轮机的数量也变化。这可以通过根据所检测到的风向选择第一组风力涡轮机来解决，例如，横跨风力涡轮机场的长度和/或宽度的至少两个位于上风的风力涡轮机。每当风改变方向或当风向的改变超过预定阈值时，控制单元可以更新该第一组风力涡轮机。

然后，控制单元被配置为基于一个或多个预定的标准，例如根据布局，在该第一组内选择至少一个风力涡轮机。

随着风向的改变，受到来自一个或多个迎风风力涡轮机尾流效应或阴影效应的风力涡轮机的数量也改变。这也可以通过根据所检测到的风向选择位于逆风涡轮机下风的第二组风力涡轮机来解决，例如，至少两个位于逆风涡轮机下风的风力涡轮机。可以例如根据风向，在横跨风力涡轮机场的长度和/或宽度上选择第二组。每当风改变方向时或当风向改变超过预定阈值时，控制单元可以进一步更新该第二组风力涡轮机。

或者，风力涡轮机可以进一步被分组成至少第三组，该第三组相对于风向位于更远的下风。该第三组也可以例如根据风向，在横跨风力涡轮机场的长度和/或宽度上进行选择。同样地，每当风改变方向时或者当风向改变超过预定阈值时，控制单元可以进一步更新该至少第三组风力涡轮机。

控制单元选择第一组的迎风风力涡轮机和第二组的顺风风力涡轮机，并如前文所述确定这些所选的风力涡轮机之间的相关性。同样地，控制单元可以选择第一组和/或第二组的迎风风力涡轮机以及第三组的迎风风力涡轮机，并且确定这些所选的风力涡轮机之间的相关性。例如，可以选取风力涡轮机使得它们沿风向对齐或基本对齐，或者当沿着风向观察时相对于彼此偏移。风力涡轮机可以在垂直于风向的方向上偏移。该相关性可以表示相对于由所选的迎风风力涡轮机捕获的功率或能量的减少量，由所选的顺风风力涡轮机捕获的功率或能量增加量。

控制单元可以重复该过程并且选择第一组的另一迎风风力涡轮机和第二组的另一顺风风力涡轮机，并且如上所述确定这些所选的风力涡轮机之间的另一相关性。同样地，控制单元可以重复该过程并且选择第一组和/或第二组的另一迎风风力涡轮机和第三组的另一顺风风力涡轮机并且确定这些所选的风力涡轮机之间的另一相关性。该过程可以重复，直到第一组、第二组和第三组的所有风力涡轮机都已经被选择。

控制单元可以被配置为以有规律的时间间隔或者在认为有必要时执行当前的控制算法。

例如，第一组中的逆风涡轮机的功率减少3％可能导致第二组和/或第三组中的顺风风力涡轮机的功率增加4％。这转而使风力涡轮机场的发电量整体上增加。

根据一个实施例，相关性是从查找表中得出的。

控制单元可以每次执行计算或者使用查找表来确定所选的迎风风力涡轮机降低的运行水平。查找表包括任何合适的数据，例如风向、相关性数据、所选风力涡轮机的第一和第二功率输出和/或能量产量、或其它合适的数据。本控制系统的控制算法可选地包括自学功能，其中控制单元被配置为适应用于确定迎风风力涡轮机降低的运行水平的各个参数值，例如，查找表的值。控制单元可选地向表格值应用插值函数，例如线性函数、多项式函数、样条函数或其他合适的插值函数，以便更好地确定所需的运行水平。这使得控制单元能够确定迎风风力涡轮机的功率或能量损失与顺风风力涡轮机的功率或能量的增加之间的适当折中。这允许对风力涡轮机场进行更优化的控制，这又可能导致各个风力涡轮机的总功率生产和/或总运行时间的增加。

根据一个实施例，控制单元进一步被配置为基于所确定的降低的运行水平为至少一个迎风风力涡轮机产生功率设定点，其中该功率设定点低于正常功率设定点。

控制单元被配置为基于所确定的降低的运行水平为所选的迎风风力涡轮机产生新的功率设定点。控制单元可以使用该风力涡轮机的正常功率设定点作为输入来产生这个新的减小的功率设定点。该风力涡轮机的功率设定点可来源于整个风力涡轮机场的总功率设定点。然后，新的功率设定点被传送到各自的风力涡轮机，其中，其本地控制系统可以根据所选的降低的运行水平，使用功率输出和风力涡轮机叶片的桨距角之间的唯一相关性调整风力涡轮机的运行。例如，风力涡轮机可以使用接收到的功率设定点来确定新的桨距角或设定点，用于风力涡轮叶片的变桨。风力涡轮机可以进一步调整其他控制参数，例如旋转速度或偏航角，以便达到降低的运行水平。

传统的控制系统通过直接调节各个风力涡轮机的桨距角来优化风力涡轮机场的性能。本控制系统不调节用于控制各个风力涡轮机运行的本地控制参数。取而代之的是，控制单元调节各个风力涡轮机的功率设定点。这允许所选的风力涡轮机独立地调整其本地控制参数。这又使得本控制系统适于与不同风力涡轮机制造商的本地控制系统以及位于不同类型的风力涡轮机中的不同固件进行通信。如果本地控制系统的配置允许，本控制单元可以调整所选风力涡轮机的本地控制参数。

本发明的目的还通过一种用于控制风力涡轮机场运行的方法来实现，包括多个风力涡轮机和配置成与所述风力涡轮机通信的远程控制单元，其中每个所述风力涡轮机包括安装至轮毂的至少两个风力涡轮机叶片，所述轮毂进一步可旋转地连接到传动系，其中该方法包括步骤：

-使用至少一个环境传感器测量至少一个环境参数，并且将至少所述环境数据存储在至少一个数据库中，

-检测风向，

-在相对于所检测到的风向位于上风侧的第一组风涡轮机中，选择至少一个迎风风力涡轮机，

-在相对于第一组风力涡轮机位于下风侧的至少第二组风力涡轮机中，选择至少一个顺风风力涡轮机，

-确定至少一个迎风风力涡轮机的第一功率输出和至少一个迎风风力涡轮机的第二功率输出，

-确定所述第一功率输出与所述第二功率输出之间的第一相关性，其中所述第一相关性表示相对于由所述至少一个迎风风力涡轮机产生的功率的减少量，由所述至少一个顺风风力涡轮机产生的功率的增加量，

-基于所述第一相关性确定所述至少一个迎风风力涡轮机的降低的运行水平，

-运行所述至少一个迎风风力涡轮机，使得所述至少一个迎风风力涡轮机和所组合的顺风风力涡轮机增加所述风力涡轮机场的总功率生产。

这提供了替代的控制方法用于运行风力涡轮机场，其中来自风力涡轮机场中的各种环境传感器的环境数据被累积并存储用于随后的分析。然后，可以分析这些历史环境数据以确定所选的迎风风力涡轮机和所选的顺风风力涡轮机的相应功率输出。或者，功率输出可以通过直接测量所选迎风风力涡轮机和顺风风力涡轮机的功率输出来确定。然后使用这些功率输出来确定表示所选顺风风力涡轮机捕获的功率或能量的增加量相对于所选的迎风风力涡轮机捕获的功率或能量的减少量的合适相关性。然后使用这种相关性来确定所选的迎风风力涡轮机的降低的运行水平。

这允许优化风力涡轮机场的功率生产，同时减少各个风力涡轮机上的结构和/或动态负载。这又降低了风力涡轮机场运营者的LCOE成本。降低迎风风力涡轮机的运行水平改变通过的风的气流，并且这会降低顺风风力涡轮机所经受的紊流。

本控制方法可以有利地在远程控制或监控系统中实施，例如，作为与现有控制/监控系统耦合的独立控制模块。这允许风力涡轮机场运营者或所有者访问历史环境数据、运行数据以及如前所述的来自不同平台的其他存储的数据。

根据风力涡轮机场的具体布局和当前的风向，可将各个风力涡轮机分成两组或多组。面向风的自由气流的两个或更多迎风风力涡轮机可以设置在第一组中。承受迎风风力涡轮机的阴影效应或尾流效应的两个或多个顺风风力涡轮机可以设置在至少第二组中。当风的方向改变时，这些组可以被更新，这样风力涡轮机可以从第一组切换到第二组，反之亦然。这允许根据当前风向将风力涡轮机动态分组在一起。

根据特定实施例，该方法还包括步骤：确定第一组的另一所选风力涡轮机的功率输出和至少第二组的另一所选风力涡轮机的功率输出之间的至少第二相关性，并且基于所述至少第二相关性确定所述第一组的另一所选风力涡轮机的降低的运行水平。

然后，该控制算法基于历史环境数据或通过功率测量来确定所选风力涡轮机的功率输出。或者，该控制算法可以在执行选择步骤之前确定每个单独的风力涡轮机的功率输出。然后确定所选风力涡轮机的功率输出之间的相关性，并随后用于确定所选逆风力涡轮机的运行水平。可以重复该过程，直到各个组内的所有风力涡轮机都已经被选择并且已经为各个组中的每个风力涡轮机确定了至少一个相关性。

根据一个实施例，该方法进一步包括步骤：基于第一功率输出计算至少一个迎风风力涡轮机的第一能量产量，并且基于第二功率输出计算至少一个顺风风风力涡轮机的第二能量产量。

可选地，使用前文提到的确定的功率输出为每个选定的风力涡轮机计算能量产量。该能量产量可用于计算所选风力涡轮机之间的相关性，或者可使用该能量产量确定另一相关性。因此可以使用上述相关性或所选迎风风力涡轮机的能量产量与所选顺风风力涡轮机的能量产量之间的相关性来确定迎风风力涡轮机的运行水平。这使得控制算法能够考虑到通过的风中可用能量的量。

可以通过生成查找表来减少计算量，其中可以根据如上所述的表格值简单地选择各自迎风风力涡轮机降低的运行水平。或者，基于单独的相关性确定平均相关性，这随后又用于确定第一组中所有迎风风力涡轮机的降低的运行水平。

根据一个实施例，所述方法还包括步骤：基于所确定的降低的运行水平为至少一个迎风风力涡轮机生成功率设定点，其中所述功率设定点低于正常功率设定点。

在确定了降低的运行水平之后，该控制算法为各个迎风风力涡轮机产生调整过的功率设定点。然后将该调整过的功率设定点传送到各个风力涡轮机，这又相应地调整其运行。

本控制算法适于控制具有不同制造商或不同额定功率的风力涡轮机的风力涡轮机场。而且，该控制算法能够通过不同的OEM接口或不同的固件与风力涡轮机场进行通信。

附图说明

仅通过示例并参照附图描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明的控制系统的示范性实施例，

图2示出了根据本发明的控制方法的示范性流程图，

图3示出了所选风力涡轮机的桨距角作为功率输出的函数的示范性曲线图，

图4示出了所选风力涡轮机的功率输出作为桨距角及所测量风速的函数的示范性曲线图。

在下文中，将逐一描述附图，并且附图所示各个部件和位置在不同附图中将会以相同的序号标出。在特定附图中，并非所有示出的部件和位置都必须与该附图一并进行描述。

序号列表

1.风力涡轮机

2.远程控制单元

3.数据库

4.风力涡轮机叶片

5.轮毂

6.传动系

7.环境传感器

8.风向

9.运行传感器

10.桨距角

11.功率输出

12.风速

具体实施方式

图1示出了用于控制的风力涡轮机场运行的系统的示范性实施例，该风力涡轮机场包括多个单独的风力涡轮机1，这里仅示出了四个风力涡轮机。该系统包括连接到数据库3的远程控制单元2，数据库3被配置为存储从风力涡轮机场接收到的环境数据、运行数据和其他合适的数据。远程控制单元2配置为经由有线或无线连接与风力涡轮机场通信。

每个风力涡轮机1包括安装到轮毂5上的至少两个风力涡轮机叶片4，该轮毂进一步可旋转地连接到风力涡轮机1中的传动系6上。传动系6设置为产生功率输出，该功率输出又传输至电力电网(未示出)。风力涡轮机1还包括用于与远程控制单元2中的相应通信模块进行通信的通信模块。本地控制系统(未示出)用于使用一个或多个本地控制参数来控制风力涡轮机1的运行，其进一步能够与远程控制单元2，例如其控制器通信。

至少一个环境传感器7相对于各个风力涡轮机1设置。环境传感器7被配置为测量至少一个环境参数，例如风速，其经由远程控制单元2存储在数据库3中。环境传感器7还检测相对于风力涡轮机1的风向8，该风向8又存储在数据库3中。风力涡轮机1可以使用偏航系统(未示出)使转子跟踪或对准风向。可选地，至少一个运行传感器9相对于传动系6设置。运行传感器9被配置为测量至少一个运行参数，其也可以存储在数据库3中。

图2示出了根据本发明的用于优化风力涡轮机场的总功率生产的控制方法的示范性流程图。在实施例中，本控制方法在远程控制单元2上运行的运行系统上实现，例如，像在能够与现有控制系统通信的控制模块中一样。

在初始步骤中，环境参数随时间进行测量并存储在数据库3中以形成一组历史环境数据。可选地，运行参数也随时间进行测量并存储在数据库3中以形成一组历史运行数据。

远程控制单元2中的控制器被配置成检测相对于风力涡轮机场的当前风向8。然后控制器从面向来风的自由气流的第一组风力涡轮机1中选择风力涡轮机1。该控制器还从至少第二组风力涡轮机1中选择另一风力涡轮机1，该第二组风力涡轮机1受到来自第一组中的至少一个风力涡轮机1的阴影效应或尾流效应。根据风向选择迎风和顺风风力涡轮机。

该控制器基于至少这些环境数据确定来自所选的迎风风力涡轮机1的第一功率输出。该控制器进一步基于至少这些环境数据确定来自所选的顺风风力涡轮机1的第二功率输出。或者，控制器基于存储在数据库3中的功率测量来确定第一功率输出和第二功率输出。然后，所述第一功率输出和第二功率输出用于确定第一功率输出与第二功率输出之间的相关性。

然后，控制器使用这种相关性来确定所选的迎风风力涡轮机1的运行水平。该运行水平是降低的运行水平，这转而降低该迎风风力涡轮机1的功率输出。这意味着紊流并且因此所选的顺风风力涡轮机遭受的阴影效应或尾流效应减小。因此，顺风风力涡轮机1能够产生更大的功率输出，转而补偿迎风风力涡轮机1降低的功率输出。

然后对第一组的另一所选风力涡轮机1和第二组的另一所选风力涡轮机1重复该过程。该过程被重复直到至少第一组的所有风力涡轮机1已被选择，或者直到第一组和第二组的所有风力涡轮机已被选择。

图3示出了风力涡轮机场中的所选风力涡轮机1的桨距角10作为功率输出11的函数的示范性曲线图。图4示出所选风力涡轮机1的功率输出11作为桨距角10和测量的风速12的函数的示范性曲线图。这里，所选风力涡轮机1具有2.5兆瓦(MW)的额定功率。

远程控制单元2，例如其控制器，通过使用如前文提及的确定的相关性为所选的迎风风力涡轮机1产生新的功率设定点。该控制器可以使用正常的功率设定点作为输入用于产生这个新的功率设定点。可从所选风力涡轮机1或从数据库3接收正常功率设定点。然后将低于正常功率设定点的新功率设定点传送到所选迎风风力涡轮机1。其本地控制系统相应地调整本地控制参数，例如桨距角10，这样使得其达到降低的运行水平。在实施例中，所选的风力涡轮机1的运行水平可以从如图3和4所示的2.5兆瓦，降低至2兆瓦的运行水平。因此，所选的风力涡轮机1能够根据所接收的新的功率设定点独立地调整其本地控制参数。这也允许本系统适于与不同风力涡轮机制造商的本地控制系统及位于不同类型的风力涡轮机中的不同固件进行通信。

可选地，本地控制系统可以使用功率输出11和桨距角10之间的唯一相关性(由图3中的点线表示)以将正常桨距角调整为新的桨距角。这又降低了所选风力涡轮机1的运行水平。

远程控制单元2中的控制器可以使用查找表来确定所选的迎风风力涡轮机1的降低的运行水平。查找表包括至少风向、确定的相关性、第一功率输出、第二功率输出或其他合适的数据。控制器可选地具有用于更新表格值的自学功能，例如在完成上述控制过程之后。这降低了所需的处理器功率量，并且允许远程控制单元2确定迎风风力涡轮机1的功率损失与顺风风力涡轮机1的功率增加之间的合适的折中。

Claims (12)

1.一种用于控制风力涡轮机场运行的系统，所述风力涡轮机场包括多个风力涡轮机和配置为与所述风力涡轮机和至少一个数据库通信的远程控制单元，所述至少一个数据库被配置为至少存储从至少一个环境传感器检索到的环境数据，所述至少一个环境传感器被配置为测量至少一个环境参数，其中每个所述风力涡轮机包括安装至轮毂的至少两个风力涡轮机叶片，所述轮毂进一步可旋转地连接到传动系，所述远程控制单元被配置成基于检测到的风向在所述风力涡轮机中识别至少一个迎风风力涡轮机和至少一个顺风风力涡轮机，其中所述顺风风力涡轮机受到来自一个或多个迎风风力涡轮机的湍流气流影响，所述远程控制单元被配置为确定所述至少一个迎风风力涡轮机的第一功率输出和所述至少一个顺风风力涡轮机的第二功率输出，其特征在于，所述至少一个迎风风力涡轮机机在相对于所检测的风向位于逆风的第一组风力涡轮机中进行选择，所述至少一个顺风风力涡轮机在相对于所述第一组风力涡轮机位于顺风的至少第二组风力涡轮机中进行选择，其中，所述远程控制单元进一步被配置为分析第一功率输出和第二功率输出以确定第一功率输出与第二功率输出之间的第一相关性，其中所述第一相关性表示相对于至少一个迎风风力涡轮机产生的功率减少量，至少一个顺风风力涡轮机产生的功率增加量，并且远程控制单元进一步被配置为基于所述第一相关性确定至少一个迎风风力涡轮机降低的运行水平，使得当根据这种降低的运行水平运行时，至少一个迎风风力涡轮机和所组合的顺风风力涡轮机增加风力涡轮机场的总功率生产，其中处于降低的运行水平运行的所述至少一个迎风风力涡轮机被配置为调整风力涡轮机的叶片的桨距角。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述远程控制单元被配置为计算第一组另

一所选风力涡轮机的功率输出和至少第二组另一所选风力涡轮机的功率输出之间的至少第二相关性，并且基于所述至少第二相关性确定所述第一组的所述另一所选风力涡轮机降低的运行水平，使得当根据这个降低的运行水平运行时，所组合的另一所选风力涡轮机进一步增加风力涡轮机场的总功率生产。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一相关性是所述第一组的平均相关性，所述至少第二相关性是所述至少第二组的平均相关性。

4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述远程控制单元是服务器单元，其中至少一个运行系统配置为运行服务器单元并且与风力涡轮机及至少一个数据库通信。

5.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述远程控制单元还被配置为基于第一功率输出计算至少一个迎风风力涡轮机的第一能量产量并且基于第二功率输出计算至少一个顺风风力涡轮机的第二能量产量。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，至少一个运行传感器被设置在风力涡轮机中的一个中，并且被配置为测量所述一个风力涡轮机的至少一个运行参数，其中至少一个运行参数被进一步存储在至少一个数据库中，并且由控制单元进行分析。

7.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述相关性是从查找表中得到的。

8.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述控制单元进一步被配置为基于所确定的降低的运行水平为至少一个迎风风力涡轮机产生功率设定点，其中该功率设定点低于正常功率设定点。

9.一种用于控制风力涡轮机场运行的方法，所述风力涡轮机场包括多个风力涡轮机和配置成与所述风力涡轮机通信的远程控制单元，其中每个所述风力涡轮机包括安装至轮毂的至少两个风力涡轮机叶片，所述轮毂进一步可旋转地连接到传动系，其中所述方法包括步骤：

-使用至少一个环境传感器测量至少一个环境参数，并且将至少所述环境参数存储在至少一个数据库中，

-检测风向，

-在相对于所检测到的风向位于上风侧的第一组风涡轮机中，选择至少一个迎风风力涡轮机，

-在相对于第一组风力涡轮机位于下风侧的至少第二组风力涡轮机中，选择至少一个顺风风力涡轮机，其中所述顺风风力涡轮机受到来自一个或多个迎风风力涡轮机的湍流气流影响，

-确定至少一个迎风风力涡轮机的第一功率输出和至少一个迎风风力涡轮机的第二功率输出，

-确定所述第一功率输出与所述第二功率输出之间的第一相关性，其中所述第一相关性表示相对于由所述至少一个迎风风力涡轮机产生的功率减少量，由所述至少一个顺风风力涡轮机产生的功率的增加量，

-基于所述第一相关性确定所述至少一个迎风风力涡轮机的降低的运行水平，

-根据所述降低的运行水平通过调节风力涡轮机的叶片的桨距角来运行所述至少一个迎风风力涡轮机，使得所述至少一个迎风风力涡轮机和所组合的顺风风力涡轮机增加所述风力涡轮机场的总功率生产。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：计算第一组的另一所选风力涡轮机的功率输出和至少第二组的另一所选风力涡轮机的功率输出之间的至少第二相关性，并且基于所述至少第二相关性确定所述第一组的另一所选风力涡轮机的降低的运行水平。

11.根据权利要求9-10任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤：基于第一功率输出计算至少一个迎风风力涡轮机的第一能量产量，并且基于第二功率输出计算至少一个顺风风力涡轮机的第二能量产量。

12.根据权利要求9-10任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：基于所确定的降低的运行水平为至少一个迎风风力涡轮机生成功率设定点，其中所述功率设定点低于正常功率设定点。

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