CN113167226A - 用于风力涡轮机的全功率控制的方法和控制器 - Google Patents
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Abstract
描述了在风力涡轮机控制器上运行的控制过程中设定和清除全功率标志的方法。该方法包括(a)获取下列参数的成组的测量值和/或参考值:转子速度、输出功率、叶片俯仰角和适应性流调节系统的致动水平,(b)当转子速度测量值等于速度限制值且输出功率参考值等于功率限制值时,确定满足第一条件,(c)当叶片俯仰角参考值满足俯仰条件且适应性流调节系统的致动水平满足适应性流调节条件时,或当转子速度测量值在速度限制值以下时,确定满足第二条件,(d)如果满足第一条件而对于第一预定时间周期没有满足第二条件,则设定全功率标志,及(e)如果满足第二条件,则清除全功率标志。此外描述了风力涡轮机控制器和包括此类控制器的风力涡轮机。
Description
技术领域
本发明涉及风力涡轮机的领域,特别地涉及用于风力涡轮机的全功率控制的方法和控制器。
背景技术
如果在设计风轮涡轮机速度控制器时没有特别注意,风力涡轮机在全负载区域中可能具有低于预期的功率生产,特别是在高湍流的情况下。
一种途径是使用状态机来确定涡轮机正在额定风速以上还是以下运行。当在额定风速以上运行时,速度-功率控制器的输出被强制调整到最大功率(或最大转矩,取决于功率能力)。这样确保在高风速下保持高功率生产,即使在具有高湍流的时段期间也能如此,在此情况下转子速度可在速度参考附近显著地变化。此外,该功能将确保当风速正在下降时最大功率不被保持太长时间,因为这将最终导致大的速度和功率下降,而更加难以从大的速度和功率下降中恢复,并且将导致大的负载循环。
然而,在现代风力涡轮机控制系统的复杂性和灵活性日益增加情况下,可能需要进一步的优化,特别是在最大化功率生产方面。
发明内容
该需要可由根据独立权利要求的主题所满足。本发明的有利实施例由从属权利要求所描述。
根据本发明的第一方面,提供了一种在风力涡轮机控制器上运行的控制过程中设定和清除全功率标志的方法。该方法包括(a)获取用于参数的成组的测量值和/或参考值:转子速度、输出功率、叶片俯仰角和适应性流调节系统的致动水平,(b)当转子速度的测量值等于速度限制值并且输出功率参考值等于功率限制值时,确定第一条件得到满足,(c)当叶片俯仰角参考值满足俯仰条件并且适应性流调节系统的致动水平满足适应性流调节条件时,或者当转子速度的测量值在速度限制值以下时,确定第二条件得到满足,(d)在第一预定时间周期中,如果第一条件得到满足而第二条件没有得到满足,则设定全功率标志,以及(e)如果第二条件得到满足,则清除全功率标志。
本发明的该方面基于以下的想法:当第一条件得到满足时,即当转子速度和输出功率两者等于相应限制值(即最大值)时,设定全功率标志,而当第二条件得到满足时,即当俯仰条件和适应性流调节条件两者得到满足时,或当转子速度在速度限制值以下时,清除全功率标志。此外,为了提高稳定性,仅当第二条件(即用于清除全功率标志的条件)对于第一预定时间周期没有得到满足时才设定全功率标志。换言之,从全功率标志被清除起直到第一时间周期已经过去才能设定全功率标志。
在本文中,用语“测量值”可特别地表示实际值或当前值,而用语“参考值”可特别地表示控制值或设定点值。
在本文中,用语“适应性流调节系统”可特别地表示包括多个装置布置在风力涡轮机的转子叶片上的系统,每个装置能够在转子叶片表面的给定区段处影响流特征。在一些实施例中,适应性流调节装置可被实施为可调节阻流板或襟翼,该阻流板或襟翼例如可被选择性地以及可调节地被升起至转子叶片的表面上方,例如通过气动致动。
应当明确地注意到的是,可使用发电机速度代替转子速度。
通过要求满足俯仰条件和适应性流调节条件两者以便清除全功率标志,显著地改善了在高风速和/或高湍流水平下的整体功率捕获。
根据本发明的实施例,当叶片俯仰角的参考值和预定最小俯仰角值之间的差值在第一俯仰阈值以下时,俯仰条件得到满足。
换言之,当俯仰参考值接近预定最小俯仰角时,俯仰条件得到满足。当在该情况下时,应用了相对少量的俯仰,表明风速不是特别高。
根据本发明的进一步的实施例,当对于叶片俯仰角的参考值达到预定最小俯仰角之前将需要的时间的估计在第二俯仰阈值以下时,俯仰条件得到满足。
可基于梯度获得该估计,例如从成系列的叶片俯仰参考值所计算的梯度。当所估计的时间在第二俯仰阈值以下时,这表明将很快达到最小俯仰角并且因此风速不是特别高并且正在下降。
根据本发明的进一步的实施例,当适应性流调节系统的致动水平的参考值在第一流调节阈值以下时,适应性流调节条件得到满足。
换言之,需要相对小的致动水平,这表明当前风速不是特别高。
根据本发明的进一步的实施例,当对于适应性流调节系统的致动水平的参考值达到对应于停用的适应性流调节系统的值之前将需要的时间的估计在第二流调节阈值以下时,适应性流调节条件得到满足。
可基于梯度获得该估计,例如从适应性流调节系统的致动水平的成系列的参考值所计算的梯度。当所估计的时间在第二流调节阈值以下时,这表明适应性流调节系统将很快是停用的,并且因此表明风速不是特别高并且正在下降。
根据本发明的进一步的实施例,当第二预定时间周期内转子速度的测量值已经达到速度限制值,并且在第三预定时间周期内输出功率参考值已经达到功率限制值时,第一条件得到满足。
由此,能够确保设定点中的最近的改变已经被控制器所采纳。
根据本发明的第二方面,提供了一种风力涡轮机控制器,该风力涡轮机控制器包括适于执行根据以上所论述的实施例中的第一方面或任一方面的方法的处理单元。
该方面基本上基于与以上所描述的第一方面相同的想法。
根据本发明的第三方面,提供了一种包括根据第二方面的风力涡轮机控制器的风力涡轮机。
根据该方面的风力涡轮机将能够在高风速和/或高湍流水平下实现卓越的整体功率捕获。
注意到,已经参考不同主题描述了本发明的实施例。特别地,已经参考方法类型的权利要求描述了一些实施例,而且已经参考设备类型的权利要求描述了其他实施例。然而,本领域技术人员将从以上和下列描述中获知的是,除非另外指出,除了属于一种类型的主题的特征的任何组合,涉及不同主题的特征的任何组合,特别是方法类型的权利要求的特征与设备类型的权利要求的特征的组合也是本文献的公开的部分。
本发明的以上所限定的方面和另外的方面从将在下文中描述的实施例的示例中变得清楚的,并且参考实施例的示例来进行解释。将在下文中参考实施例的示例来更详细地描述本发明。然而,需要明确注意到的是,本发明不限于所描述的示例性实施例。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的方法的流程图。
具体实施方式
在附图中的图示是示意性的。所注意到的是,在不同的附图中,类似或相同的元件具有相同的附图标记,或具有仅在第一个数字中进行区分的附图标记。
当风力涡轮机包括适应性流调节系统时,控制器可有利地考虑适应性流调节系统的致动水平,以用于正确地判断能否保持高功率。例如,如果叶片俯仰角接近最优并且适应性流调节系统被完全致动,则这是可能的,但是如果适应性流调节系统仅被略微致动,则这是不可能的。
通过考虑适应性流调节系统的致动水平,能够防止功率生产的损失和转子速度变化的增加。
图1示出了根据本发明的实施例的方法100的流程图。更具体地,在110处,获取参数(转子速度、输出功率、叶片俯仰角和适应性流调节系统的致动水平)的成组的测量值和/或参考值。
然后,在120处,确定是否满足第一条件。当转子速度的测量值等于速度限制值并且输出功率参考值等于功率限制值时,则是这种情况。在一些实施例中,当转子速度的测量值和输出功率参考值已经在一定的预定时间段内(即最近)分别达到速度限制值和功率限制值时,第一条件得到满足。
在130处,确定是否满足第二条件。当叶片俯仰角参考值满足俯仰条件并且适应性流调节系统的致动水平满足适应性流调节条件时,或者当转子速度的测量值在速度限制值以下时,则是这种情况。
更具体地,可在以下时满足俯仰条件:
- 叶片俯仰角的参考值和预定最小俯仰角值之间的差值在第一俯仰阈值以下,或
- 对于叶片俯仰角的参考值达到预定最小俯仰角之前将需要的时间的估计在第二俯仰阈值以下。
换言之,当叶片俯仰角的参考值接近预定最小俯仰角或将很快接近预定最小俯仰角时,满足俯仰条件。
可在以下时满足适应性流调节条件:
- 适应性流调节系统的致动水平的参考值在第一流调节阈值以下,或
- 对于适应性流调节系统的致动水平的参考值达到对应于停用的适应性流调节系统的值之前将需要的时间的估计在第二流调节阈值以下。
换言之,当适应性流调节系统接近停用或很快将接近停用时,满足适应性流调节条件。
然后,在140处,如果第一条件得到满足,并且第二条件对于一定的(第一)时间周期没有得到满足,则设定全功率标志。
此外,在150处,如果第二条件得到满足,则清除全功率标志。
在此之后,方法100返回到110,并且重复以上所描述的步骤和动作。
所注意到的是,用语“包括”不排除其它元件或步骤,并且冠词“一”或“一个”的使用不排除多个。此外,与不同实施例相关联的所描述的元件可被组合。所进一步注意到是,权利要求书中的附图标记将不被解释为限制权利要求的范围。
Claims (8)
1.一种在风力涡轮机控制器上运行的控制过程中设定和清除全功率标志的方法,所述方法包括:
获取下列参数的成组的测量值和/或参考值:转子速度、输出功率、叶片俯仰角和适应性流调节系统的致动水平,
当所述转子速度的测量值等于速度限制值并且输出功率参考值等于功率限制值时,确定第一条件得到满足,
当叶片俯仰角参考值满足俯仰条件并且所述适应性流调节系统的致动水平满足适应性流调节条件时,或者当所述转子速度的测量值在所述速度限制值以下时,确定第二条件得到满足,
如果所述第一条件得到满足,而所述第二条件对于第一预定时间周期没有得到满足,则设定所述全功率标志,以及
如果所述第二条件得到满足,则清除所述全功率标志。
2.根据前一权利要求所述的方法,其特征在于,当所述叶片俯仰角的参考值和预定最小俯仰角值之间的差值在第一俯仰阈值以下时,所述俯仰条件得到满足。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,当对于所述叶片俯仰角的参考值达到预定最小俯仰角之前将需要的时间的估计在第二俯仰阈值以下时,所述俯仰条件得到满足。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,当所述适应性流调节系统的致动水平的参考值在第一流调节阈值以下时,所述适应性流调节条件得到满足。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,当对于所述适应性流调节系统的致动水平的参考值达到对应于停用的适应性流调节系统的值之前将需要的时间的估计在第二流调节阈值以下时,所述适应性流调节条件得到满足。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,当第二预定时间周期内所述转子速度的测量值已经达到所述速度限制值,并且在第三预定时间周期内所述输出功率参考值已经达到所述功率限制值时,所述第一条件得到满足。
7.一种风力涡轮机控制器,其包括适于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的处理单元。
8.一种风力涡轮机,所述风力涡轮机包括根据前一权利要求所述的风力涡轮机控制器。
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