CN1426510A - 一种操作涡轮机的方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制涡轮机特别是风力涡轮机的方法，该法提高涡轮机的能量生产而同时保证不发生损坏或结构性超载。该涡轮机在超过其转子的额定转速的转速下可以在或接近Cp，max抛物形曲线处操作。这提高了能量的生产。

Description

一种操作涡轮机的方法
本发明涉及一种以这样的方式控制涡轮机特别是风力涡轮机的转速的方法，使得在范围广泛的风速特别是在低风速下获得更高的能量生产，以及提高所生产电力的质量，同时降低涡轮机上的结构载荷。其次，一种按照本发明所述方法操作的涡轮机比现有涡轮机更容易操作。当操作风力涡轮机如失速控制的风力涡轮机时，按照本发明所述的方法特别有用。
本发明还涉及一种涡轮机，特别是风力涡轮机，该涡轮机能够按照本发明所述的方法操作。
本发明甚至还涉及一种操作多台涡轮机特别是风力涡轮机，例如组成一个风力场地如近海风力场地的风力涡轮机的方法。
已知按照一种失速控制策略来控制风力涡轮机。但是，希望提供这样一种控制策略，其中可以获得甚至更高的能量生产而同时仍然保持涡轮机的控制并保证在正常操作期间不损坏涡轮机。也希望提供这样一种控制策略，其中，用来控制涡轮机操作的参数是容易而方便地测量和/或评价的。在常规的失速控制的涡轮机中，产生小的功率波动。但是，这导致涡轮机上的结构载荷很大。因此希望提供这样一种控制策略，其中涡轮机上的结构载荷减小，而同时保证功率波动仍然很小。
在1992年9月在Stevenage出版的IEE会刊-B第139卷第5期第421-428页刊登的M.Ermis等人的“带有用于最大功率输送的简单控制器的自动风能转换系统”中，公开了一种控制风力涡轮机的方法。该方法在选定的风力工作状况下使涡轮机的能量输出最优化而同时将发电机费用保持在最低。这是通过选择功率输出作为受控变数而达到的。例如，测量和“处理”一个转速，以便获得一个对应的功率值。这个步骤是利用一个查找表来完成的。
在美国费城出版的1998年美国控制会议会议录1998年第3卷第1710-1714页刊登的E.Muljadi等人的“失速调节的变速风力涡轮机的控制策略”中，公开了一种操作风力涡轮机的方法，其中测量和处理一个转矩，以得到一个转动速度。在低风速时风力涡轮机这样操作，使得通过在接近Cp，max处操作而产生最大功率。在较高风速时防止风力涡轮机追循Cp，max抛物形曲线并迫使其在较低的顶端-速度-比和Cp下操作。因此它不可能在较高的风速下获得最大的功率输出。
在GB 2 206 930 A中公开了一种包括一个速度限制系统的风力涡轮机操作系统。当风速的提高趋向于在其额定条件之上运转涡轮机时，就应用制动器将涡轮机减慢到一个使叶片低效操作的速度，使得风速的进一步提高不能不可接受地提高轴速或转矩。
上述参考文献中设有一个公开这样一种控制涡轮机的方法，其中可以在较高的风速下获得最佳的能量生产。
因此，本发明的一个目的是提供一种以这样的方式操作涡轮机的方法，使得能获得超过已知涡轮机的能量生产的能量生产而同时保持涡轮机的控制。本发明的另一目的是提供以这样的方式操作涡轮机的方法，使得在任何风速下都能产生最佳数量的能量。本发明的又一目的是提供以这样的方式操作涡轮机的方法，使得可以使用超过涡轮机的额定转速的转速。本发明的又一目的是提供这样一种操作涡轮机的方法，其中用于操作的参数可以容易而方便地测量和/或评价。本发明的又一目的是提供以这样的方式操作涡轮机的方法，使得能减小涡轮机上的结构载荷而同时保证功率波动仍然很小。
其次，本发明的一个目的是提供一种适合于按照上述目的操作的涡轮机。
再次，本发明的一个目的是提供一种以这样的方式操作多台涡轮机如形成风力场的多台涡轮机，使得能使这多台涡轮机的能量生产最优化而同时仍然保持这多台涡轮机的控制。
因此，按照本发明，提供一种控制涡轮机转速的方法，该涡轮机包括一个转子，该方法包括下列步骤：
测量或评价与涡轮机的能量生产有关的功率或转矩，
处理测得的或评价的功率或转矩，以得到一个相应的转速，
将得到的转速与一个第一预定阈值和一个第二预定阈值相比较，该第二预定阈值大于第一预定阈值，以及
根据得到的转速控制转子的转速，从而从涡轮机获得预定的能量生产，并以这样的方式使得
在得到的转速不超过第一预定阈值的情况下，从涡轮机得到的预定能量生产是最佳的，
在得到的转速超过第一预定阈值组不超过第二预定阈值的情况下，从涡轮机获得的预定能量生产是最佳的，
在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，涡轮机的转子转速以预定方式减小到一个对应于第一预定阈值的值。
与能量生产有关的功率最好是由发电机产生的电功率，但也可以是例如可以在转子轴上利用的机械功率。该功率最好是测得的，但它也可以是评价的，例如以早先从所考虑的涡轮机和/或从一台或多台类似的涡轮机得到的测量为基础或以理论计算为基础。与能量生产有关的转矩最好是转子上的转矩。
该测得的或评价的功率或转矩最好是用电子方式处理的。但是它也可以替代地或补充地例如用机械方式或电方式处理。
相应的转速最好是转子转速的一个理论值，对应于测得的或评价的发电机功率或者测得的或评价的转矩。它最好是转子转速的一个希望值，所述希望值最好在给定状况(如风速、额定转速等)下给出最佳能量生产。它也可以是另一个希望值，如转子转速的最大值。但是，它也可以替代地或补充地是任何其它合适的转速，如发电机的转速。
通过选择“正确的”转速，涡轮机上的结构载荷得以减小。
转子转速的控制可以用电子方式进行，例如通过向涡轮机的发电机发送一个合适的输出值。在得到的转速指示转子转速的一个希望值的情况下，转子转速最好受到控制从而等于所述希望得到的值。但是，在得到的值高于某个一定水平而此时转子在高于该水平的转速下的操作可能会损坏涡轮机的情况下，转子转速可以受到控制，以便不超过该水平。
转子转速以这样的方式受到控制，使得(在涡轮机是风力涡轮机的情况下)在低的或中等的风速下，涡轮机在或接近Cp，max抛物形曲线处操作，从而获得最佳的能量生产。这不是罕见的。但是，当风速增大，而转子转速超过额定速度n0时，一个按照本发明操作的涡轮机可以仍然在或接近Cp，max抛物形曲线处操作，至少在一定程度上。但是，当然必须保证不超过涡轮机的限度，也就是涡轮机无论如何也不可以在发生结构损坏等的情况下操作。因此，在涡轮机接近这样一个极限的情况下，转速应当以一种受控的方式降低，从而避免此种损坏。在这里叙述的情况下，得到的转速与之比较的“第一预定值”是额定速度n0，而“第二预定值”是涡轮机转子的转速上限。
或者是，该“第二预定值”可以是一个小于发电机额定功率的选定值。该值可以按照由接受者如电站设定的规格选定。这将在下面进一步描述。
该第一和第二预定值最好对某个一定的涡轮机是固定的。但是，它们也可以是动态的，因此它们可以例如按照电网的当前需要、天气状况等而变化。
该控制可以替代地或补充地以任何其它合适的方式如机械方式或电方式来进行。
预定的能量生产最好以能量生产尽可能高的方式选定。但是，它也可以替代地或补充地用其它标准选定，如接受所生产的能量的电站或公用事业的将生产限制在某个一定水平和/或一个保证不会损坏涡轮机的限度的愿望。
该预定的能量生产可以预先确定，如“一次和永远”，但它也可以替代地或补充地连续确定，例如通过使用查找表和/或利用在线计算。
本发明所述的方法因此可以用于控制能量生产，从而生产尽可能多的能量和/或生产一个希望数量的能量，此处该希望的能量生产低于在给定状况下的最大能量生产。
该比较步骤可以例如利用一个查找表或例如使用一台计算机来完成。
本发明所述方法的一个巨大优点是不需要测量风速，因为获得风速的精确测量是非常困难的。另一方面，测量与涡轮机的能量生产有关的功率或转矩是容易而方便的，因此是控制涡轮机的一个良好而精确的参数。
在本发明的一个非常优选的实施例中，该涡轮机是风力涡轮机。但是，它也可以是例如水轮机、循环泵、风扇或任何其何合适种类的涡轮机。
优选地，该处理步骤是用电子方式完成的。但是如上所述，它也可以替代地或补充地用机械方式和/或电方式完成。
最优选地，在从涡轮机得到的预定能量生产是最佳的情况下，涡轮机以这样的方式操作，使得涡轮机的瞬时Cp尽可能接近或等于最大Cp。由此保证最佳的能量生产。但是，可以替代地或补充地选择预定的能量生产，以便防止对涡轮机的损坏和/或如上所述地为了满足电站限制生产的愿望。
该处理可以以一组预定的数据为基础，这组数据是预选的Cp值和相应的转速。该组预定的数据可以是通过测量经验地得到的和/或它们也可以是以理论值为基础计算的。它们可以是早先得到的，也即在启动涡轮机操作之前，和/或它们也可以连续获得，例如通过在线测定/计算。
这些预先选定的Cp值最好是在风力涡轮机的合理静止状态期间在变化的风速下得到的。但是，如上所述，它们也可以是在纯粹理论的基础上得到的。
该方法还可以包括最初对涡轮机转子在不同转速下测定机械功率曲线和/或Cp的步骤。在这种情况下该测定是在起动涡轮机操作之前进行的。如上所述，它可以是利用测量和/或利用理论计算得到的。
在该方法还包括最初对涡轮机转子在不同转速下测定机械功率曲线和/或Cp的步骤的情况下，该处理测得的或评价的功率或转矩的步骤可以包括下列步骤：
对每个转速测定给出Cp，max的风速，以及测定对应于上述风速的机械功率和/或电功率。
该步骤可以包括使用预定数据，如查找表或曲线。如上所述，它可以补充地或替代地包括连续测定风速和/或功率，如通过在线计算。
在该方法还包括最初对涡轮机转子在不同转速下测定机械功率曲线和/或Cp的步骤的情况下，该处理测得的或评价的功率或转矩的步骤可以替代地包括下列步骤：
随后对涡轮机转子在不同转速下测定机械功率曲线和/或Cp，
对每个转速测定给出Cp，max的风速，以及
测定对应于上述风速的机械功率和/或电功率。
在这种情况下，每次处理步骤完成，就测定这些随后测定的曲线。最好这是连续进行的，但它也可以以数据(如以查找表和/或曲线的形式)为基础，这些数据是从经验和/或纯粹从理论得到的，在起动涡轮机操作之前就可使用。
因此，对每个转速给出Cp，max的风速可以从预先记录的数据或理论数据预先测定。
该第一预定阈值可以对应于涡轮机转子的额定或准额定转速，而该第二预定阈值可以对应于涡轮机转于的转速上限。上面已经叙述了该“第一预定阈值”对应于涡轮机转子的额定转速的情况。在这种情况下，该“第一预定阈值”是由涡轮机的发电机确定的。
术语“准额定转速”应当解释为选定的产生小于发电机额定功率的功率输出的“额定速度”。在这种情况下，可以从涡轮机提供一个可以控制的功率输出。因此，例如可以从一台500KW的涡轮机获得300KW的功率输出，也就是该500KW涡轮机将起300KW涡轮机的作用。这对于控制涡轮机的功率输出提供了广阔的可能性，例如按照当前需要一个电厂的规格，等等。
在一个实施例中，在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，涡轮机转子的转速可以通过下列方法降低：
将转速保持在一个对应于第二预定阈值的值，而同时涡轮机的能量生产增加，直到它达到一个能量阈值，以及
在能量生产继续增加的情况下，随后将转速降低到一个对应于第一预定阈值的值。
在该实施例中，涡轮机的能量生产尽可能保持最佳。在图7 a中，对应于“设计2”的曲线例示这种状况。当然，仍然必须保证不超过涡轮机转子的转速上限。
在另一实施例中，在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，涡轮机转子的转速可以通过下列方法降低：
与涡轮机的能量生产线性有关地降低转速，直到获得对应于第一预定阈值的预定能量生产以及转速。
术语“与涡轮机的能量生产线性有关地”应当理解为在能量生产和涡轮机转子转速之间形成一个至少显著的线性关系。在图7a中，对应于“设计1”的曲线例示这种状况。目的是尽可能容易地从在得到的转速超过第二预定阈值的Cp，max抛物形曲线上的点(在图7a和“设计1”的情况下，该点刚巧在1.1以上)到达代表一个预定的能量生产(在这种情况下为500KW)以及该“第一预定阈值”(在这种情况下为额定速度)的点。在这种情况下，在坐标系统中代表转速和能量生产的两个点由一条至少基本上直的线连接。
或者，也可以以任何其它合适的方式连接这两个点，只要保证电转矩仍然大于机械转矩，以便避免涡轮机转子的转速失去控制。
在一个非常优选的实施例中，该方法还包括测量转子转速的步骤。
在这一实施例中，该方法还包括下列步骤：
比较测得的转子转速和由处理测得的或评价的功率或转矩得到的转速，
产生一个对上述比较很显著的信号，以及
按照上述信号控制转子的转速。
最好是，测得的转速以及得到的值用作对PI(比例积分器)控制器的输入。该PI控制器转过来发送一个信号给转换器，后者发送一个信号给涡轮机的发电机，从而控制转子的转速。转速最好控制到使其等于得到的值。但是，这可以在适当地考虑到不应当损坏涡轮机的情况下做到。PI控制器可以整体结合在转换器中。或者是，可以使用其它控制器，如PID(差动比例积分器)控制器。
该产生的信号最好指示该测得的转速和由处理测得的或评价的功率或转矩而得到的转速之间的差值。在这种情况下，转子的转速最好可以按照该差值信号的指示而上下调整。可以有一个阈值，使得只有当该差值信号的数值超过该阈值时转速才调整，从而避免小的调整。或者只有当该差值信号的指示在一定时间内恒定时才进行调整。
或者是，可以通过例如该转换器来评价一个转速，而该评价的值可以用来代替上述测得的值。
在涡轮机是风力涡轮机的情况下，该方法还可以包括通过调整涡轮机的俯仰角而调整由涡轮机产生的功率的步骤。
例如，在上述需要比发电机额定功率小的功率的情况下，可以限制产生的功率。与用常规方法控制的涡轮机比较，只需要较小的安全余量，也就是可以获得较大的功率，因为可以得到较高的转子转速而不会失去对涡轮机转子的控制。通常，在失速控制的涡轮机中极难提供这样一种控制。参照图6C，点C甚至更加偏离曲线，也就是点C的角度更加尖锐，由此在对应于点C的风速处提供更大的输出功率。
本发明还提供一种涡轮机，包括：
一个转子，
一个发电机，
用于测量或评价与涡轮机的能量生产有关的功率或转矩的机构，
用于处理由该测量或评价机构测得的或评价的功率或转矩的处理机构，从而得到一个相应的转速，
用于将得到的转速与第一预定阈值和第二预定阈值进行比较的比较机构，该第二预定阈值大于第一预定阈值，以及
用于按照得到的转速控制转子转速的控制机构，该控制机构适合于以这样一种方式控制转速，使得从涡轮机获得预定的能量生产，并以这样一种方式使得
在得到的转速不超过第一预定阈值的情况下，从涡轮机获得的预定能量生产是最佳的，
在得到的转速超过第一预定阈值但不超过第二预定阈值的情况下，从涡轮机获得的预定能量生产是最佳的，
在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，涡轮机转子的转速以一预定方式降低到一个对应于第一预定阈值的值。
该用于测量或评价功率或转矩的机构最好包括电子测量机构，但它也可以替代地或补充地包括含有通过早先测量和/或理论计算得到的数据的查找表和/或曲线。
该处理机构最好是电子处理机构，但它也可以替代地或补充地是电处理机构和/或机械处理机构。
该控制机构最好是电子控制机构，但它也可以替代地或补充地包括电控制机构或机械控制机构。最优选的是，它包括一个PI(比例积分器)控制器和/或转换器。它可以替代地或补充地包括一个PID(差动比例积分器)控制器。
该比较机构可以包括计算机构，如一台个人计算机(PC)，和/或它可以包括一个或多个含有第一和第二预定阈值的查找表。
该涡轮机最优先的是风力涡轮机。但它也可以是任何其它合适这种类的涡轮机，如水轮机。
该处理机械最好是电子处理机构。但如上所述，它也可以替代地或补充地是任何其它合适种类的处理机构。
该涡轮机还可以包括用于测定涡轮机的机械功率和/或Cp的曲线的机构。如上所述，该测定机构可以是任何合适的种类。例如它可以包括以早先得到的经验数据和/或理论计算为基础的查找表和/或曲线。它还可以包括用于进行所述曲线的在曲线测定的机构。
在这种情况下，该涡轮机还可以包括：
用于对每个转速测定给出Cp，max的风速的机构，以及
用于测定对应于上述风速的机械功率和/或电功率的机构。
该用于测定风速的机构可以包括含有预先记录的数据或理论数据的表。该数据可以从经验得到和/或它可以以理论计算为基础。替代地或补充地它可以包括用于进行在线测定的机构。
该用于测定风速的机构可以包括预先记录的数据或理论数据的曲线。如上所述，这些曲线可以利用经验的数据和/或理论数据得到。
该涡轮机还可以包括用于测定转子转速的机构。该测定机构可以包括一个常数的转速表。
该涡轮机还可以包括用于比较该测得的转速和通过处理测得的或评价的功率或转矩而得到的转速的机构。
或者是，转速可以通过例如转换器来评价，而该评价的值可以用作用于比较测得的转速和通过处理测得的或评价的功率或转矩而得到的转速的机构的输入，以代替该测得的值。
优选的是，该控制机构包括接受信号的机构，所述信号由比较机构产生，而其中该控制机构按照所述信号控制转子的转速。最优选的是，该产生的信号指示测得的或评价的转速和通过处理得到的转速之间的差值。在这种情况下，该控制机构最好包括一个PI(比例积分器)控制器和/或一个转换器，而该指示两个值之间的差值的信号用作对PI控制器的输入，PI控制器转而产生一个输出，用作转换器的输入，转换器转而产生一个用于发电机的信号，使发电机例如以使得真实的速度等于通过处理得到的值的方式来调整转子的转速。该PI控制器可以整体结合在转换器中。
在一个优选实施例中，该涡轮机是一种无齿轮的风力涡轮机。但是，它也可以是一种包括齿轮装置的风力涡轮机。
在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，该涡轮机还可以包括用于降低涡轮机转子转速的机构，该降速机构适合于：
将转速保持在一个对应于第二预定阈值的值，而同时涡轮机的能量生产增加，直到它达到一个能量阈值，以及
在能量生产继续增加的情况下，随后将转速降低到一个对应于第一预定阈值的值。
或者是，在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，该涡轮机还可以包括用于降低涡轮机转子转速的机构，该降速机构适合于：
相对于涡轮机的能量生产线性地降低转速，直到达到对应于第一预定阈值的预定能量生产以及转速。
本发明还提供一种操作多台涡轮机的方法，该方法包括下列步骤：
测量或评价与这多台涡轮机的能量生产有关的功率或转矩，
处理该测得的或评价的功率或转矩，从而得到一个相应的转速，以及
按照得到的转速控制所有这多台涡轮机的转子转速，从而从这多台涡轮机获得一个预定的能量生产。
这些涡轮机的转子转速被控制制成所有转子的速度相等。
该测量或评价步骤以及处理步骤最好如上所述地完成。
这多台涡轮机以这样的方式同时和一起控制，使得从这些涡轮机获得的总能量生产对应于一个预定的能量生产。
在一个实施例中，所有这多台涡轮机可以连接在一个单独的电力换流器上，后者将涡轮机的AC电力转换成适合于长距离输送的DC电力。然后该DC电力可以输送到另一个(远距离的)电力换流器，后者将直流电力转换成适合于输入到一个电力系统的AC电力。
或者是，这多台涡轮机的每一台可以设有一个电力换流器，然后这些涡轮机形成一个DC电网。在这种情况下，不可能或至少不便于一起控制所有涡轮机。这使得控制这多台涡轮机变得更为复杂。另一方面，单个控制涡轮机的可能性在某些情况下可能是有利的。
最好是，这多台涡轮机是风力涡轮机，它们最好形成一个风力场。该风力场可以设置在远处，如沙漠或海上，例如一个近海风力场。
该方法还可包括下列步骤：
将得到的转速与第一预定阈值和第二预定阈值比较，该经二预定阈值大于第一预定阈值，以及
以下列方式按照得到的转速控制所有多台涡轮机的转子转速：
在得到的转速不超过第一预定阈值的情况下，从涡轮机得到的预定能量生产是最佳的，
在得到的转速超过第一预定阈值但不超过第二预定阈值的情况下，从涡轮机得到的预定能量生产是最佳的，
在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，所有涡轮机的转子转速以一种预定的方式降低到一个对应于第一预定阈值的值。
这在上面在一台涡轮机的情况下曾经陈述过。上述论点在这里同样适用。特别是，该第一预定阈值可以是涡轮机转子的额定或准额定转速，而第二预定阈值可以是涡轮机转子转速的一个上限，例如一个超过了它就会使涡轮机受到明显的结构损坏风险的限度。在第一预定阈值是涡轮机转子的一个准额定转速的情况下，如上所述，它可以是一个选定的值。例如，如上所述，这多台涡轮机可以这样操作，使得其作用好像这些涡轮机的发电机额定功率小于真实的发电机额定功率。这使得可以从这多台涡轮机获得一个可以控制的功率输出。这是非常希望的，因为它使一个操作者如电站或电网操作者能够要求一定的功率水平，并获得所要求的功率水平。因此该系统非常灵活，并可按照不同条件如当前功率需求、天气条件、季节等来调整。
在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，涡轮机的转子转速可以通过下列方式降低：
将转速保持在一个对应于第二预定阈值的值，而同时涡轮机的能量生产增加，直到它达到一个能量阈值，以及
在能量生产继续增加的情况下，随后将转速降低到一个对应于第一预定阈值的值。
如上所述，这种情况例示于图7a中，对应于“设计2”的曲线。在这方面提出的论点在这里同样适用。
或者是，在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，涡轮机的转子转速可以通过下列方式降低：
相对于涡轮机的能量生产线性地降低转速，直到达到对应于
第一预定阈值的预定能量生产以及转速。
如上所述，这例示于图7a中，对应于“设计1”的曲线。在这方面提出的论点在这里同样适用。
该处理步骤可以用电子方式完成。或者是，它可以用机械方式、手动方式或任何其它合适方式完成。它例如可以用查找表、或电子方式如利用计算机(如个人计算机(PC))、或手动方式来完成。
涡轮机最好以这样的方式操作，使得涡轮机的瞬时Cp尽可能接近或等于最大Cp。这对低风速或中等风速特别适用(在涡轮机为风力涡轮机的情况下)。但是，如上所述，本发明提供以这样一种方式操作涡轮机的可能性，就是在涡轮机转速高于额定速度n0时涡轮机的瞬时Cp尽可能接近或等于最大Cp。这是非常有利的，因为以这种方式从涡轮机获得的能量生产可以大于以其它方式获得的能量生产。
该处理可以以一组预定的数据为基础，这组数据是预选的Cp并对应于转速的值。这些数据例如可以包含在一个查找表中，可以用电子方式或手动方式得到。
这些预选的Cp可以是在风力涡轮机的合理静止状态期间在变化的风速下得到的最大Cp。
在涡轮机是风力涡轮机的情况下，该方法还可以包括对涡轮机转子在不同转速下最初测定机械功率和/或Cp的曲线的步骤。
该处理测得的或评价的功率或转矩的步骤可以包括下列步骤：
对每个转速测定给出Cp，max的风速，以及
测定对应于上述风速的机械功率或电功率。
该处理测得的或评价的功率或转矩的步骤可以包括下列步骤：
随后对涡轮机转子在不同转速下测定机械功率和/或Cp的曲
线，
对每个转速测定给出Cp，max的风速，以及
测定对应于上述风速的机械功率和/或电功率。
对每个转速给出Cp，max的风速可以从预先记录的数据或理论数据预先确定。
在涡轮机是风力涡轮机的情况下，该方法还可以包括通过调整一台或多台涡轮机中每台的俯仰角来单个调整由该一台或多台涡轮机产生的功率的步骤。
因此，从单个涡轮机获得的能量生产可以利用涡轮机的俯仰角来调整。这在涡轮机组成一个风力场而一或多台涡轮机位于其它一或多台涡轮机产生的风力盲区中的情况下特别有用。在这种情况下，位于风力盲区中的涡轮机将比位于风力盲区外的涡轮机遇到更低的风速。因此可能希望调整由某些涡轮机产生的功率，例如为了使涡轮机的功率输出均匀化，而同时保证没有一台涡轮机受到结构损坏。此外，这使系统甚至更加灵活。
附图简述
图1表示一台固定速度失速控制的风力涡轮机的功率作为风速的函数的图线。
图2表示对于一台固定速度失速控制的风力涡轮机在额定转速n0＝1500rpm(等价于50Hz)时Cp作为风速的函数的图线。
图3表示对不同转速值Cp作为风速的函数的图线。
图4是可以用来控制一台通常的失速控制的风力涡轮机的控制策略的简图。
图5是描述本发明所述的风力涡轮机控制策略的图解。
图6表示描述本发明所述的风力涡轮机控制策略的曲线。
图7a表示在不同设计下风力涡轮机的机械功率作为转子转速的函数的图线。
图7b表示在不同设计下风力涡轮机的转子转矩作为转子转速的函数的图线。
图8分别表示对一台失速控制的风力涡轮机和按照本发明控制的同一风力涡轮机的机械功率作为风速的函数的图线。
图9表示在不同的平均风速下风力涡轮机的机械功率作为转子转速的函数的图线。
图10表示一种用于连接风力场的高压直流(HVDC)构型，其中，该HVDC连线一端连接电力系统，另一端连接风力场AC电网。
图11表示一种用于连接风力场的高压直流(HVDC)构型，其中，风力涡轮机装有自己的AC/DC换流器。
发明详述
图1表示一种固定速度失速控制的风力涡轮机的产生功率P作为风速V的函数的图线。
在风速小于最小风速Vmin时，不产生功率，风力涡轮机是停机的。当风速超过Vmin时，涡轮机开始操作，于是产生功率。产生的功率随增大的风速而增大，直到风速超过最佳风速，在最佳风速时达到涡轮机的额定功率Pnom，产生的功率于是不再增大，基本上保持恒定。在风速超过最大风速Vmax时，风力涡轮机最好停止，以便将由于高风速而损坏涡轮机的风险减到最小。
图2表示在额定转速n0＝1500rpm(等价于50Hz)时固定速度失速控制的风力涡轮机的机械效率Cp作为风速V的函数的图线。图2对应于图1。例如，因为在风速小于最小风速Vmin时不产生功率，此时风力涡轮机停机，所以在该区域内Cp也是零。Cp随超过Vmin的风速的增大而增大，直到风速达到最佳风速Vcp，此时Cp达到最大值Cp，max。在风速超过Vcp时，Cp随风速的增大而减小，从而表明转子以风力吸收能量的能力随风速的增大而变差。在风速超过最大风速Vmax时，如上所述，风力涡轮机最好停止。
图3表示如上所述的机械效率Cp作为风速V的函数的图线。图示的三个曲线代表转子的三种不同的转速ng1、n0和ng2，其中ng1＜n0＜ng2。显然从图可以看出，当风速给定时，可以选择给出Cp最佳值的转子转速，该最佳值尽可能接近Cp，max，最好等于Cp，max。
图4表示一种普通失速控制的可变速度风力涡轮机的控制策略。测量涡轮机当前产生的功率Pg。然后将参考功率Pref和Pg之间的差值用作对比例积分器(PI)控制器的输入。该PI控制器将一个所要的转矩参考值Tref连通到转换器。该转换器产生响应，通过涡轮机的发电机发送一个电流信号。Pref是在转子转速ng的基础上用“Fkt.”装置测定的，ng可以通过测量获得。这可从如下所述地用许多不同的合适方法做到。
在ng和Pref之间建立联系的最简单方法是假定，当nmin＜ng＜n0时，Pref正比于ng，而当ng超过n0时，Pref保持在额定功率，也即：其中K是常数。
这是一个非常简单的策略，它保证涡轮机的额定功率不会被超过。但是，它不会提供最佳功率生产。因此希望提供一种策略，它考虑到这一方面而同时保证不超过额定功率。
请注意，当采用这一策略时，必须测量风速，以便向PI控制器提供一个合适的信号。因为精确地测量风速是非常困难的，所以控制变得不精确。
图5表示描述本发明的可变速度风力涡轮机的控制策略的另一个图。与图4比较，“Fkt.”装置的功能是“逆向的”，因此不是测量ng，而是测量Pg。测到的值而后由“Fkt.”装置处理，以便获得参考转速nref。此外，测量转子的真实转速ng，将nref和ng之间的差值连通到PI控制器上。然后PI控制器将参考转矩信号Tref连通到转换器，后者转而发送一个电流信号给涡轮机的发电机，以便相应地控制转子的转速，从而获得预定的能量生产。预定的能量生产最好这样选择，使得生产尽可能多的能量而仍然保证不超过一个可能导致损坏的水平。但是也可以这样选择，使得仅仅获得有限的能量生产，比如因为电站在一定时期内只需要有限的能量生产。
加入“过滤器”装置是为了保证nref的动态特性与风速的动态特性和转子的惰性相比较时是合适的。
PI控制器nref的过滤和/或处理可以装入涡轮机的控制器和/或直接装入转换器。最好，上述部件装入转换器，因为这大大地减少了需要在不同部件之间连通的信息量，并因此减少错误连通的风险。
与上述联系图4的控制策略相反，当采用本策略时，不需要测量风速以提供对PI控制器的输入。取代的是测量功率，因为这可以以精确得多的方式做到，所以控制也相应地变得更加精确。
图6表示与联系图5的上述控制策略有关的不同曲线。
图6a表示也示于图3的三条Cp曲线。加上五个点(a、b、c、d和e)，指示对不同的风速选择了不同的转速。在接近Vmin的极低风速选择了低转速ng1(点a)。在接近Vcp的风速，选择了额定转速n0(点b)。在超过Vcp的风速，人们可以选择较高的转速nlim，如点C所示。但是，在这种情况下，必须小心不要造成涡轮机损坏。因此，对于更高的风速，代之以选择n0(点d和e)。当可以选择较高的转速nlim时，涡轮机的能量生产增大。这将在下面联系图7作进一步描述。
n0的选择(或nlim的选择)在图6b中进一步例示，图6中n作为风速V的函数而作图。图中指示，在风速超过Vcp时，n可以保持恒定(点b、d和e)。图中也指示，对于超过Vcp一个合适的小量的风速，可以有利地选择对应于nlim的曲线(点c)。
在图6c中更进一步地例示。曲线1表示当涡轮机仅在n0操作时作为风速V的函数的已产生功率P，而曲线2表示当涡轮机如上所述以不同转速操作时作为风速V的函数的已产生功率P。显然，在低风速时获得较高的功率(点a)。在超过Vcp的风速，在点b、d、e对于两种策略已产生功率基本相同。考虑到在两种情况下都选择了额定转速n0，这是不足为奇的。但是，显然，在点c(对应于选择nlim而不是n0)，当采用按照本发明的策略时比起当采用固定速度的策略时，产生更高的功率。
图6d表示已产生功率P作为转速n的函数的图线。连接是利用图6a、6b和6c的曲线建立的。很容易看出，一个无限大的功率值对应于额定的转速n0(点b、d和e)。这是由于只要风速超过一个一定的值，就总是选择n0。因此在一给定的值n时，P不可能是单值确定的。这种状态使其不利于选择一种控制策略，其中n是测量的，而P如图4中图线所示那样从n推算出来。但是，如可从图6d中看出，对于给定的P值，n总是可以单值地确定。因此选择这样一种控制策略是有利的，就是测定P而从测得的P推算n。这刚巧是图5的图线中例示的控制策略。请注意，当使用这一策略时，风速不是一个待测量的参数。
通过在一给定的风速时选择“正确的”转速，可减小涡轮机上特别是涡轮机转子上的结构载荷。
图7a表示涡轮机产生的机械功率P作为转子的转速n的函数的图线。转速轴的单位是“额定转速n0的分数率”。作标记的点指示对应于发电机转速从500rpm到1700rpm每步进200rpm的转速。
“现在的Pn”线指示当转速达到n0时使转速简单地保持恒定的控制策略。
其余的线指示允许转速超过对应于n0的水平的控制策略。经验试验表示，在超过n0一个适当小的量(如在n≈1.2n0)的转速下操作涡轮机不会在对应于该转速的风速下损坏涡轮机，虽然超过了对应于n0的水平。因此，如图中所示，继续沿着实线超越对应于n0的水平直到n≈1.2n0，不会造成对涡轮机的损坏。在较高的风速下，应当遵循三条“设计”图线之一，直到达到一个约500KW的机械功率。显然，当选择这些策略之一时，产生较高的功率。附加产生的功率量取决于选择何种设计，当选择的n最大值增大时，该量也增大。
因此，可以在超过对应于n0的水平的转速下操作涡轮的转子，虽然早先认为该水平界定操作涡轮机的限度。同时保证不会损坏涡轮机。以这种方式，涡轮机的能量生产可以增大。
图7b表示对于不同设计风力涡轮机的转子转矩作为转子转速的函数的图线。它非常类似于图7a。但是，它指示可以测量转子转矩来代替机械功率并用作处理步骤的输入。虚线指示对应于不同设计的功率水平。
图7a和7b的曲线可以非常好地用于建立Pg(或M)和nref之间的联系，也就是它可以被图5的“Fkt.”装置使用。在这种情况下，它是图5的PI控制器的对象，用于提供一个输出，该输出通过转换器使转子的转速得以调整。
图8分别表示对于固定速度失速控制的风力涡轮机(叉号)和本发明所述可变速度风力涡轮机(圈号)的机械功率作为风速函数的图线。圈号表示一种按照最佳Cp策略控制的风力涡轮机。最佳Cp控制策略是一种转子的转速以这样一种方式控制的策略，就是涡轮的Cp如上所述地尽可能大。
从图显然可见，按照最大Cp策略控制的涡轮机的机械功率和因此的能量生产比按照常规的失速控制策略控制的涡轮机要高。同时显然可见，当风速增大到风速超过V≈7.7m/s时，该差值增大。因此一个优点是，能够在风速尽可能高时按照最大Cp策略操作涡轮机。星号表示在更高风速时的计算值。显然，差值保持增大。在更高的转速时该差值的增大甚至更厉害，因此更为有利的是，使用最大Cp策略可以选择更高的转速。但是，仍然需要保证不对涡轮机造成损坏，即使相当多地发生风速超过平均风速的阵风。
图9分别表示在平均风速为5m/s、10m/s、15m/s、20m/s和25m/s时风力涡轮机的机械功率作为转子转速的函数的图线。从图显然可见，给出一定的转速时，与较高平均风速的机械功率相比较，低平均风速(5m/s，一定程度上10m/s)的机械功率是非常低的。同时显然可见，对于5m/s的平均风速，转子的最佳转速为约18rpm，而对于10m/s和更高的平均风速，最佳转动速度为额定转动速度。
专用场地解决办法
下面参照图10和11，描述涉及多台风力涡轮机如风力场的多台风力涡轮机的解决办法。
具有叶片角度控制和/或电力换流器的风能设备能够控制对电力系统的主动电力供给。而且，带有电力换流器的风能设备能够控制通往电力系统的无功功率源。这些风能设备中的主动电力调节通常用于获得最大生产，并且仅仅限制电力以避免风力涡轮机部件的过载和应力，而无功功率调节用于获得恒定的高功率因子，例如等于1。
电力系统中的主动控制电站的其它形式有助于通过调节主动电力的频率控制和通过调节无功功率的电压控制。这些控制能力也能在带有电力换流器的风能设备中获得，但它仅在少数情况下得以实施。这种谨慎从事的主要原因是，当几千台风力涡轮机独立地调节地区终端上的电压时，对电力系统稳定性的冲击成为一种利害关系。
对于具有高的风能穿透性的电力系统，风能设备有助于调节电力系统的电压和频率的能力成为一个重要问题，因为它强烈地影响风能设备替换其它电站的能力。比如，风能设备的容量可信度和对其它电站的燃料节约程度这两者都受风能设备的控制能力的影响。
为了提供具有电力系统控制能力的风能设备和改善对电力系统稳定性的影响，大型风力场中的中央电力电子装置是一种有希望的技术解决方案。中央装置可以连接到风场连接点中的电力系统，因此可以有助于控制该点的电压和频率。在这方面，带有中央电力电子装置的风力场可以起更像一个电站的作用。同时，中央装置很可能是对大型风力场提供控制能力的成本效益最好的办法。
无功功率补偿装置
无功功率补偿装置广泛地应用于电力系统，以提供无功功率平衡和改善电压稳定性。该补偿装置用于提供电感性电力和电容性电力。通常，电容性电力的供给用来补偿反应负载，而电感性电力的供给用来补偿电缆中的电容性消耗。
补偿电力系统中无功功率的最常用装置是同步电容器或者分路电容器，后者或是带有机械开关，或是如静止乏(Var)补偿器(SVC)中那样带有闸流晶体管开关。使用分路电容器的缺点是无功功率正比于电压的平方，因此，当电压降低时，从电容器来的无功功率迅速减小，需要无功功率来维持电压稳定性。
STATCOM或ASVC基本上是以强制转换开关为基础的反向变换器，也即具有无功功率的完全连续的控制。从STATCOM来的最大可用无功功率与电压成正比，因此，当电压降低时，STATCOM的最大无功功率的减小比SVC要慢得多。
丹麦西半部的传输系统操作器ELTRA在Rejsby Hede的24MW风力场安装了一个2×4MVA ASVC，来演示和试验这一概念。Rejsby Hede风力场由40台带有直接连接的感应发电机的600KW NEG-Micon风力涡轮机组成。感应发电机中的无功功率的无载消耗由单个风力涡轮机中的700V水平的分路电容器补偿。
Rejsby Hede的ASVC由风力场连接点中的快速连续的无功功率调节来补偿风力场中的与负载有关的无功功率消耗。例如，ASVC以功率因子控制方式运转，也即在风力场连接点将功率因子控制到等于1。
ASVC原则上也可以以电压调节方式运转，也即参与电网上的电压调节。但是，在Rejsby Hede风力场的风力场连接点中电网非常强。因此，ASVC没有设计成参与电压调节，也没有以该方式试验。
功率调节和蓄能装置
风力涡轮机的额定功率调节是功率最优化和限制功率以保护风力涡轮机的联合。风力场的更全面的功率调节以满足电网的需要并非如此普遍，但已知一些根据电压的功率调节的例子。在爱尔兰的Cronalaght风力场，使用叶片角度控制来限制功率，而在瑞典的Bockstigen风力场，使用风力涡轮机的卸掉负载和中断。
当电力系统中的风能穿透性变得高的时候，蓄能装置的使用变得有意义，因为电力系统需要的功率限制可以导致显著地损失从风力涡轮机来的势能。同时，即使风能很低，蓄能装置也能保证从风力场来的电力。因此，蓄能装置可以给大型风力场提供功率调节能力，它可以使风力场替代而不仅是补充其它电站。除了减小其它电站的容量外，此种调节能力能进一步减少运转备用的需要，从而降低电力系统中的总的燃料费用。因此，发展蓄能技术对于发展风能是非常重要的。
当自然资源可以使用时，抽水蓄能可以与今天的增强电网竞争。但是，在许多地方，抽水蓄能不是一种选择方案。
因此，发展蓄电池、燃料电池和其它蓄能技术是非常重要的。今天蓄电池的主要缺点是费用相当高。蓄电池蓄能系统的额外费用项目是从AC电网转换为DC。如果蓄电池连接在现有的DC电压上，也即ASVC或高压直流(HVDC)传输中的DC连线上，那么该费用可以省去。
HVDC
现在参照图10，对大型(近海)风力场的电网连接讨论最多的概念之一就是HVDC。这归因于该技术的迅速发展和该技术能给予系统操作以及风力涡轮机操作的优点的结合。
HCDC连线至少包括两个AC/DC换流器站6和一个连接这两个站6的DC电缆3。与串联半导体的先进控制相结合的最近的半导体技术发展已提供现代的HVDC传输系统，像具有以强制变换半导体为基础的完全可控转换器的ABB的HVDC灯。
HVDC技术主要对较长距离的传输有意义。DC电缆比具有同样容量的AC传输电缆要便宜，但是如果传输距离小于一定的阈值，换流器站的费用使整个HVDC连线比相应的AC连线要贵。还有，阈值距离随电力电子学的技术发展而迅速减小，后者降低换流器站的费用。
对于近海应用，当达到AC传输的临界电缆长度时，HVDC连线也是可行的。在那种情况下，在AC传输上需要一个补偿装置，它对近海传输也是非常费钱的。
世界第一台HVDC灯设备今天还在Gotland操作。它被安装来增大从安装在该岛南部的许多风力涡轮机得到而输送给该岛北部城镇消费者的传输容量。同时，它用于将无功功率馈送给AC电网，特别是给南部的风力涡轮机，并保证电压稳定性。ELTRA也在丹麦的Tjaereborg安装了一个HVDC灯连网，以试验它对大型风力涡轮机的应用。
由于该电力系统的优点，HVDC灯将很可能在近海和陆上两方面安装，以便从许多大型风力场长距离地传输电力。这将开辟风力涡轮机的可变速度控制的新的可能性，因为风力涡轮机上的电网频率(或各种频率)可以在电力系统频率上独立控制。
连接风力场的最简单的HVDC灯构型是图10中示出的组合连接。HVDC连线3一端连接到电力系统4，另一端连接到风力场AC电网5。在每一端设置一个AC/DC换流器站6a、6b。所有风力涡轮机7连接到一个AC/DC换流器站6b上。换流器站6b将从涡轮机7接受的AC电力转换成DC电力，后者转而通过HVDC连线3输送到另一个AC/DC换流器站6a。AC/DC换流器站6a将接受的DC电力转换成AC电力，后者供给到电力系统4。
原则上，所有设计用于连接到AC电网的风力涡轮机7都可以连接到图10中的风力场AC电网5，但在风力涡轮机7中使用电力换流器6的许多优点却减少了。因此，最明显的是要使用具有直接连接的感应电动机的风力涡轮机7。带着这样一个概念，风力场上的换流器6b将供给风力涡轮机7以无功功率，这种方式使风力场电网5相对于电网故障更为可靠。
HVDC连接也可以控制风力场电网5的频率，以便像对具有单个电力换流器的风力涡轮机7一样提高空气动力学效率。但是频率控制必须将频率设定为风力场中所有单个风力涡轮机7的最佳频率的折中值，因为风速和因而最佳频率对每台风力涡轮机不相同。因此，与具有单个电力换流器的风力涡轮机相比较，空气动力学效率稍许下降。
组合连接概念的另一方面是，共同频率控制不能像风力涡轮机7中的单个电力换流器那样地用于减小传动系上的机械载荷。这对于失速控制的风力涡轮机是重要的，而对于俯仰角控制的风力涡轮机，需要有单个风力涡轮机的例如光学滑动的附加速度控制。
现在参照图11，图11中示出另一构型，该构型似乎具有带单个电力换流器的风力涡轮机7的所有技术优点。风力涡轮机7有其自己的AC/DC换流器6c。
如果单个风力涡轮机7中的AC/DC换流器6c是以强制变换半导体为基础的，那么风力涡轮机7的频率和因而速度可以单个控制。在那种情况下，该频率控制可以用来减小传动系上的机械载荷，有效地利用转子惰性来吸收空气载荷中的最快波动。
单个的AC/DC换流器6c将从所讨论的涡轮机7接受的AC电力转变为DC电力。因为每台涡轮机7设有一个AC/DC换流器6c，所以涡轮机7就连接在DC电网8中。DC电网8通过HVDC连线3连接到一个第二AC/DC换流器站6a上。该第二AC/DC换流器站6a将接受到的DC电力转换为AC电力，后者如上所述地供给到电力系统4。
提出了一种如图11中所示的带有单个AC/DC换流器6c的风力变压器概念。该风力变压器概念消除了使用频率控制来减小驱动系上机械载荷的能力，因为速度控制是以在电力系统连接点中换流器6a处DC电压的控制为基础的，它对所有风力涡轮机7是共同的。但是，机械传动系载荷对风力变压器概念并不如此严格，因为风力涡轮机最好是无齿轮的。
因此，提供了一种操作涡轮机的方法，与现有的涡轮机比较，该法提供增大的能量生产。该方法还保证在任何风速下达到最佳的能量生产，而它仍然防止对涡轮机造成损坏。此外，因为不需要测量风速，所以提供的方法容易而方便地获得操作参数，也就是它不需要测量风速。其次，提供的方法减小了涡轮机上的结构载荷。再次，提出了一种操作多台涡轮机的方法，它使能量生产最优化而仍然保持对涡轮机的控制。

Claims (46)

1.一种控制制涡轮机转速的方法，该涡轮机包括一个转子，该方法包括下列步骤：
    测量或估算与涡轮机的能量生产有关的功率或转矩，
    处理测得的或评价的功率或转矩，以得到一个相应的转速，
    将得到的转速与一个第一预定阈值和一个第二预定阈值相比
较，该第二预定阈值大于第一预定阈值，以及
    根据得到的转速控制转子的转速，从而从涡轮机获得预定的
能量生产，并以这样的方式使得
    在得到的转速不超过第一预定阈值的情况下，从涡轮机
获得的预定能量生产是最佳的，
    在得到的转速超过第一预定阈值但不超过第二预定阈值的
情况下，从涡轮机获得的预定能量生产是最佳的，
    在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，涡轮机的转
子转速以预定方式减小到一个对应于第一预定阈值的值。
2.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，该涡轮机是风力涡轮机。
3.一种如权利要求第1或2所述的方法，其特征在于，该处理步骤是用电子方式进行的。
4.一种如上述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，在从涡轮机获得的预定能量生产是最佳的情况下，涡轮机以这样一种方式操作，就是涡轮机的瞬时Cp尽可能接近或等于最大Cp。
5.一种如上述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，该处理是以一组预定的数据为基础的，该组数据为预先选择的Cp值和相应的转速。
6.一种如权利要求5所述的方法，其特征在于，该涡轮机是一种风力涡轮机，其中，该预先选择的Cp是在变化的风速下在风力涡轮机的理论静止状态期间得到的最大Cp。
7.一种如上述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，还包括最初测定在不同转速下涡轮机转子的机械功率和/或Cp的曲线的步骤。
8.一种如权利要求7所述的方法，其特征在于，该涡轮机是一种风力涡轮机，其中，该处理测得的或评价的功率或转矩的步骤包括下列步骤：
相对于每种转速测定给出Cp，max的风速，以及
测定对应于上述风速的机械功率和/或电功率。
9.一种如权利要求7所述的方法，其特征在于，该涡轮机是一种风力涡轮机，其中，该处理测得的或评价的功率或转矩的步骤包括下列步骤：
随后在不同转速下对涡轮机转子测定机械功率和/或Cp的曲线，
相对于每种转速测定给出Cp，max的风速，以及
测定对应于所述风速的机械功率和/或电功率。
10.一种如权利要求7～9中任何一项所述的方法，其特征在于，相对于每个转速给出Cp，max的风速是从预先记录的数据或理论数据预先确定的。
11.一种如上述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，第一预定阈值对应于涡轮机转子的额定转速或准额定转速，而其中第二预定的阈值对应于涡轮机转子转速的上限。
12.一种如上述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，涡轮机转子的转速通过下列方法降低：
将转速保持在一个对应于第二预定阈值的值上，而同时涡轮机的能量生产增大，直到它达到一个能量阈值，以及
在能量生产继续增大的情况下，随后将转速减小到一个对应于第一预定阈值的值。
13.一种如权利要求1～11中任何一项所述的方法，其特征在于，在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，涡轮机转子的转速通过下列方法降低：
相对于涡轮机的能量生产线性地降低转速，直到获得对应于第一预定阈值的预定能量生产以及转速。
14.一种如上述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，还包括测定转子转速的步骤。
15.一种如权利要求14的所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：
比较测得的转子转速和通过处理测得的或评价的功率或转矩而得到的转速，
产生一个对上述比较很重要的信号，以及
按照所述信号控制转子的转速。
16.一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，该产生的信号指示测得的转速和通过处理测得的或评价的功率或转矩而得到的转速的差值。
17.一种如上述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，该涡轮机是一个风力涡轮机，该方法还包括通过调整涡轮机的俯仰角来调整由涡轮机产生的功率的步骤。
18.一种涡轮机，包括：
一个转子，
一个发电机，
用于测量或评价与涡轮机的能量生产有关的功率或转矩的机构，
用于处理由该测量或评价机构测得的或评价的功率或转矩的处理机构，从而得到一个相应的转速，
用于对得到的转速与第一预定阈值和第二预定阈值进行比较的比较机构，该第二预定阈值大于第一预定阈值，以及
用于按照得到的转速控制转子转速的控制机构，该控制机构适合于以这样一种方式控制转速，使得从涡轮机获得预定的能量生产，并以这样一种方式使得
在得到的转速不超过第一预定阈值的情况下，从涡轮机获得的预定能量生产是最佳的，
在得到的转速超过第一预定阈值但不超过第二预定阈值的情况下，从涡轮机获得的预定能量生产是最佳的，
在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，涡轮机的转子转速以一预定方式降低到一个对应于第一预定阈值的值。
19.一种如权利要求18所述的涡轮机，其特征在于，该涡轮机是一种风力涡轮机。
20.一种如权利要求18或19所述的涡轮机，其特征在于，该处理机构是一种利用电子方式的处理机构。
21.一种如权利要求19或20所述的涡轮机，其特征在于，还包括用于测定涡轮机的机械功率和/或Cp的曲线的机构。
22.一种如权利要求21所述的涡轮机，其特征在于，还包括：
用于对每个转速测定给出Cp，max的风速的机构，以及
用于测定对应于上述风速的机械功率和/或电功率的机构。
23.一种如权利要求21或22所述的涡轮机，其特征在于，该用于测定风速的机构包括含有预先记录的数据或理论数据的表。
24.一种如权利要求21～23中任何一项所述的涡轮机，其特征在于，该用于测定风速的机构包括预先记录的数据或理论数据的曲线。
25.一种如权利要求18～24中任何一项所述的涡轮机，其特征在于，还包括用于测定转子转速的机构。
26.一种如权利要求25所述的涡轮机，其特征在于，还包括用于比较测得的转速和通过处理测得的或评价的功率或转矩而得到的转速的机构。
27.一种如权利要求26所述的涡轮机，其特征在于，该控制机构包括用于接受一个信号的机构，所述信号是由用于比较测得的转速和得到的转速的机构产生的，而其中该控制机构按照所述信号控制转子的转速。
28.一种如权利要求19～27中任何一项所述的涡轮机，其特征在于，该涡轮机是一种无齿轮的风力涡轮机。
29.一种如权利要求18～28中任何一项所述的涡轮机，其特征在于，还包括用于在得到的转速超过第二预定阈值的情况下降低涡轮机转子转速的机构，该降速机构适合于：
将转速保持在一个对应于第二预定阈值的值，而同时涡轮机的能量生产增加，直到它达到一个能量阈值，以及
在能量生产继续增加的情况下，随后将转速降低到一个对应于第一预定阈值的值。
30.一种如权利要求18～28中任何一项所述的涡轮机，其特征在于，还包括用于在得到的转速超过第二预定阈值的情况下降低涡轮机转子转速的机构，该降速机构适合于：
相对于涡轮机的能量生产线性降低转速，直到获得对应于第一预定阈值的预定能量生产以及转速。
31.一种操作多台涡轮机的方法，该方法包括下列步骤：
测量或评价与该多台涡轮机的能量生产有关的功率或转矩，
处理测得的或评价的功率或转矩，从而得到一个对应的转速，以及
按照得到的转速控制所有该多台涡轮机的转子转速，从而从该多台涡轮机获得预定的能量生产。
32.一种如权利要求31所述的方法，其特征在于，该多台涡轮机是风力涡轮机。
33.一种如权利要求32所述的方法，其特征在于，该多台涡轮机形成一个风力场地。
34.一种如权利要求31～33中任何一项所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：
将得到的转速与第一预定阈值和第二预定阈值比较，该第二预定阈值大于第一预定阈值，以及
以下列方式按照得到的转速控制所有多台涡轮机的转子转速：
在得到的转速不超过第一预定阈值的情况下，从涡轮机得到的预定能量生产是最佳的，
在得到的转速超过第一预定阈值但不超过第二预定阈值的情况下，从涡轮机得到的预定能量生产是最佳的，
在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，所有涡轮机的转子转速以一种预定的方式降低到一个对应于第一预定阈值的值。
35.一种如权利要求34所述的方法，其特征在于，该第一预定阈值对应于涡轮机转子的额定转速或准额定转速，而且其中该第二预定阈值对应于涡轮机转子转速的上限。
36.一种如权利要求34或35所述的方法，其特征在于，在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，涡轮机的转子转速用下列方法降低：
将转速保持在一个对应于第二预定阈值的值，而同时涡轮机的能量生产增加，直到它达到一个能量阈值，以及
在能量生产继续增加的情况下，随后将转速降低到一个对应于第一预定阈值的值。
37.一种如权利要求34或35所述的方法，其特征在于，在得到的转速超过第二预定阈值的情况下，涡轮机的转子转速用下列方法降低：
相对于涡轮机的能量生产线性地降低转速，直到达到对应于第一预定阈值的预定能量生产以及转速。
38.一种如权利要求31～37中任何一项所述的方法，其特征在于，该处理步骤是用电子方式进行的。
39.一种如权利要求31～38中任何一项所述的方法，其特征在于，该多个涡轮机以这样一种方式操作，使得涡轮机的瞬时Cp尽可能接近或等于最大Cp。
40.一种如权利要求31～39中任何一项所述的方法，其特征在于，该处理是以一组预定的数据为基础的，该组预定的数据为预先选择的Cp值和相应的转速。
41.一种如权利要求40所述的方法，其特征在于，这些涡轮机是风力涡轮机，其中，这些预先选择的Cp是在变化的风速下在风力涡轮机的理论静止状态期间得到的最大Cp。
42.一种如权利要求31～41中任何一项所述的方法，其特征在于，这些涡轮机是风力涡轮机，该方法还包括对涡轮机转子在不同的转速下最初测定机械功率和/或Cp的曲线的步骤。
43.一种如权利要求42所述的方法，其中，该处理测得的或评价的功率或转矩的步骤包括以下步骤：
对每个转速测定给出Cp，max的风速，以及
测定对应于上述风速的机械功率和/或电功率。
44.一种如权利要求42所述的方法，其特征在于，该处理测得的或评价的功率或转矩的步骤包括以下步骤：
随后对涡轮机的转子在不同转速下测定机械功率和/或Cp的曲线，
对每个转速测定给出Cp，max的风速，以及
测定对应于上述风速的机械功率和/或电功率。
45.一种如权利要求42～44中任何一项所述的方法，其特征在于，对每个转速给出Cp，max的风速是从预先记录的数据或理论数据预先确定的。
46.一种如权利要求31～45中任何一项所述的方法，其特征在于，这些涡轮机是风力涡轮机，该方法还包括通过调整所述一台或多台涡轮机的每台的俯仰角来个别地调整一台或多台涡轮机所产生的功率的步骤。
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