一組風力渦輪機的控制的製作方法
2023-04-23 14:49:51 2
本發明涉及風力發電系統的控制。具體地，本發明涉及用於減小諸如風力發電廠的一組風力渦輪機的輸出功率的裝置和方法，在所述裝置和方法中，由成組的風力渦輪機產生的功率以選擇性方式減小。
背景技術：
通常，商用風力發電通過將多個單獨的風力渦輪機一起操作為較大風電場(WPP)的一部分而實現。WPP連接到傳輸網絡，由此WPP將功率供應到公用電網。在給定周期內由風能提供的用電總體需求的一部分被稱為風能普及。最近，在一些區域中的年風能普及級別已經達到大約25％或更多，而瞬時風能普及已經已知到接近60％。
諸如風能的可再生能源的增加的普及經常被看做積極的趨勢。然而，可能存在由WPP產生的功率超過可接受級別的時候。最常見的，能夠從WPP傳遞到當地電網的電量由有限的傳輸能力或其它網絡約束限制。運輸限制在新風力能量設施的快速發展還沒有與對傳輸設施的對應改進匹配的一些區域中尤其普遍，這可能相對昂貴且慢於實施。
而且，由一個或多個WPPs產生且發送到電網的能量可能有時超過在用於即時功率傳遞的電網上的需求。這例如當需求低時會發生，諸如在晚上或夏天期間。此外，電網操作員可能被要求遵守在諸如傳統風電場的其它發電系統上的最小操作級別，這可以意味著存在減小能力以適應功用系統內的風能。
鑑於這些考慮，功用操作員需要由WPP輸出到電網的功率的量從其一般級別減小並非常見。實際上，想到的是，這些縮減命令可能在未來隨著風能普及級別增長變得更普遍。
對於縮減的需求可以按多種方式規劃。在第一個示例中，WPP操作員和功用供應員之間的自身功率購買協議可初始包括縮減條款。例如，絕對的合同性限制可布置在功用操作員將從WPP接收的總體電量上。類似的，風能提供者可能被要求理解將在每當系統條件應該要求縮減風能生產時這樣做。傳統上，縮減決定由系統操作員做出。這些決定必須將市場和其它條件考慮在內，且必須實時實現。近來，這種縮減的人工方法正在越來越多地被基於市場的機構替代，在基於市場的機構中，WPP的操作員可在實時市場中給出報價，實時市場基於用於給定時間間隔的預測生產且包括縮減的意願。在這種情況下，縮減命令可被產生且自動複查。
除了縮減以滿足外部電網操作員的需要之外，還存在各種另外的示例，在所述示例中，削減一組渦輪機的總和功率輸出的需要可以由於與渦輪機的操作相關的一個或多個因素而出現。
作為一個示例，WPP內的單獨的渦輪機可成組為群。這種類型的裝置可例如由風電場現場的具體物理特徵生成。每個群內的渦輪機通常將其輸出功率傳遞到當地功率收集系統上。可包括當地子站的功率收集器繼而與公用電網相互連接。WPP的總體功率收集裝置的拓撲結構將依據現場地理位置和泥土特徵等等變化。
在WPP內部的這些功率收集系統通過具體操作限制和約束而自身被特徵化。這些通過示例包括浪湧阻抗加載限值、熱限值以及壓降限值。這些和其它類似的約束可在WPP的操作期間被監測，且在限值被接近或超過的情況下，可產生對應警告信號。因此，可主動做出決定以減小關注的渦輪機組或群的總和功率輸出。
圖1是傳統WPP1的一個示例的簡化示意圖。風電場包括多個風力渦輪機2，所述多個風力渦輪機中的每個與功率風電場控制器(PPC)3雙向通訊。渦輪機將功率輸出到電網連接點4，如由粗線5所示。如上所述，由每個渦輪機輸出的功率的傳輸在更複雜的裝置中可涉及在渦輪機和電網自身之間的一個或多個點處的當地功率收集系統。由WPP輸出到電網的功率簡單地是由單獨的渦輪機2中的每個產生的功率的總和。
PPC3為了易於闡述示意性示出。PPC將包括但不限於功率設定點的操作命令發送到渦輪機中的每個。PPC也從渦輪機接收各種輸入，尤其與渦輪機操作參數的當前值相關的數據、以及來自風電場中別處的警告和其它信號。
雖然未在圖中示出，但是PPC還從電網接收外部命令。特別的，在下遊功用要求WPP調整其主動或被動功率輸出的情況下，達到這個效果的命令或指令從電網操作員發送到中央風電場控制器3。
當接收到減小由WPP或WPP內的一組渦輪機的產電的請求時，PPC將典型地將指令發送到各種風力渦輪機，以降低正在產生的功率的量。例如，PPC可將指令發布給每個渦輪機以將輸出功率減小到例如10kW。
本發明旨在提供用於減小一組風力渦輪機的集合輸出功率的改進的裝置和方法。
技術實現要素：
本發明在現在參考的獨立權利要求中定義。優選特徵在從屬權利要求中列出。
根據本發明提供一種用於響應於減小輸出功率的請求而減小一組風力渦輪機的輸出功率的方法。所述方法包括以下步驟：通過將使用壽命算法應用到影響使用壽命的一個或多個變量的值而確定由組內多個渦輪機中的每個的至少一個構件的使用壽命的量度，利用渦輪機傳感器獲得這些值；提供用於使用壽命的閾值；識別所述多個渦輪機的子集，所述子集中的渦輪機具有使用壽命大於閾值的構件；且提供用於被識別的渦輪機的功率設定點以減小由渦輪機中的每個產生的功率。
本發明的方法適於基於組中渦輪機的構件的使用壽命的量度，響應於減小總體功率的請求而選擇性減小組內特定風力渦輪機的功率輸出。以這種方式，功率能夠被減小以用於那些具有相對高級別疲勞的一個或多個構件的渦輪機，而用於那些具有較低級別疲勞的構件的渦輪機的功率輸出被保持。
風力渦輪機構件被設計成承受有限量的損壞，超過所述有限量，風力渦輪機構件的操作可能變得不可靠或不安全。這被稱為構件的疲勞壽命。渦輪機在這個疲勞壽命被消耗之前能夠操作的時長已知為構件壽命。通常，大型商用風力渦輪機被設計用於大約二十年的壽命，且渦輪機被額定的最大功率輸出將會把這個目標壽命考慮在內。
在此，術語『疲勞』一般用於指代伴隨渦輪機或其單獨構件部分的年齡的任何類型的磨損。因此，機械構件的疲勞壽命可指示出那個部分被設計成經受的材料應力，而『電纜的疲勞壽命』例如可指代持續電阻加熱不可避免地引發的線纜絕緣體的化學降解。類似的，如下文中可交換使用的術語『負載』、『操作負載』和『疲勞負載』可指代機械和結構性疲勞負載，諸如，彎折力矩和其它力。然而，它們也可用於指示出可影響構件壽命的任何其它因素，諸如操作溫度。旨意將在所有情況下通過上下文變得清晰。
多個影響因素能夠影響渦輪機構件疲勞的速率，且單一風力渦輪機內的多個部分中的每個將以不同地依據那些因素中的每個的速率磨損。而且，如將被理解的，風力和其它條件不僅在時間上而且遍及一組渦輪機的地理範圍地不斷變化。這在安裝大型商用風力渦輪機的情況下尤其如此，大型商用風力渦輪機的轉子現在直徑通常超過100m，且實用規模WPP能夠包括數百個單獨的渦輪機。此外，渦輪機之間的喚醒作用意味著入射到任何一個渦輪機的風力的速度和湍流與風電場內其它點處的那些不同。
因此，如果允許以最小介入控制持續操作，則將預期到WPP內的各種渦輪機的構件將逐漸隨著時間磨損。因此，當接收到功率減小請求時，本發明的實施方式從已經積累其疲勞壽命的最大消耗的那些渦輪機優先減小功率產生。這通過下述實現：利用基於由風力渦輪機部分在其操作中直到當前時間實際經受的負載和應力而實時計算的使用壽命估算(LUE)。以這種方式，構件使用壽命可通過所述一組風力渦輪機被平衡。這可以有利的意味著一些或所有渦輪機的維護操作可協作，因此以減小維護成本。在本發明的優選實施方式中，LUE被表達為絕對值。例如，用於具體渦輪機構件的LUE可表達為構件的總疲勞壽命的一部分。這可以具有的優點是，下文描述的從渦輪機到渦輪機或到閾值的LUE的比較變得更客觀和/或更直截了當。
而且，可能的情況的是，一些渦輪機構件以低於預期的速率經歷磨損。這可能直接轉化成那些構件繼續工作超過它們被設計的二十年壽命。在此公開的方法的應用可能具有的優點是是，這個延長的服務壽命能夠被識別且可應用到組內或風電場內的更大比例的渦輪機。因此，可以在渦輪機維護或替換變得必須之前繼續操作更長的時間周期。這在渦輪機替換是困難和/或昂貴的情況下可能是尤其有利的，諸如在大型離岸設施的情況下。也可能意味著非必須的替換以及相關成本被避免。
如對於技術人員而言清楚的，可應用根據本發明的方法以減小一組渦輪機的當前輸出功率，無論這與額定功率或另一值是否對應，所述值可高於或低於額定級別。
風力發電廠內的單獨的風力渦輪機通常均配備有渦輪機控制器。這種控制器可以容置或不容置在對應渦輪機的艙內。在兩種情況下，渦輪機控制器基本上是計算單元，所述計算單元從傳感器和與其相應渦輪機相關的其它檢測裝置接收數據、以及從PPC接收指令。控制器通常也負責在渦輪機操作的持續監測和調整中將控制信號發送到各種風力渦輪機構件。如對於技術人員而言清楚的，如上文定義的這個本發明的方法步驟中的一個或多個可由這些當地控制器實施。其它步驟可例如由PPC集中執行，且其它步驟仍可由風電場內的任何控制單元等同有效地執行。為了清楚，以下說明在每個步驟的討論中明確參考一個或另一控制裝置。然而，將被理解的是，本發明包含任何合適的控制裝置或這些裝置的組合的使用，以用於執行各種方法步驟。
所述一組風力渦輪機可以是WPP，諸如圖1的WPP1，或可替換性地與較大風力發電設施內的一組渦輪機對應。優選的，LUE被計算以用於組中的每個渦輪機的至少一個的構件。然而，這並非必要的，且本發明也發現方法的應用，在所述方法中，為之提供LUE的所述多個渦輪機實際上包括應用功率減小請求的一系列渦輪機的子組。例如，渦輪機的一個或多個子組可被發現為在很大比例的時間期間經歷類似的風力條件。在諸如那些情況下，LUE可被明確計算以僅用於每個子組中的渦輪機之一；例如，一個渦輪機可被認為是子組就磨損速率而言的代表。測量的LUE或LUE繼而可被用於推導用於組中剩餘渦輪機的對應構件的壽命消耗的大約值。
本發明的優選實施方式還包括以下步驟：確定用於輸出功率的需求級別，且確定功率設定點以將輸出功率減小到需求級別。在一些情況下，需求級別由請求自身指定。通過所述一組風力渦輪機是WPP的示例，減小功率的請求可以是來自公用電網的操作員的縮減命令，且用於輸出功率的需求級別可通過縮減命令直接或間接指定。例如，功用操作員可能鑑於用電需求的低級別希望功率被縮減。在這種情況下，操作員可使用與需求、以及從WPP接收的功率的當前級別相關的信息，以將特定指令規劃給PPC，從而降低由確定比例或特定量提供的電量。替換性的，在存在WPP的功率輸出上的規定配額的情況下，來自功用的請求可簡單地指示出這些最大級別已經被超過，且因此應該採取控制措施。
在其它實施方式中，減小功率的請求可以是來自所述一組風力渦輪機的警告信號。在這種情況下的主要目標經常簡單地是儘可能快地將功率減小到安全級別。在未明確提供需求功率級別的這些和其它情況下，合適的最大級別可實際上鑑於具體情形被推導。
在目標功率級別被給定或推斷下，根據本發明的方法優選的還包括以下步驟：接收指示出由所述一組風力渦輪機中的一個或多個產生的當前功率的信號，基於所述信號估算所述組的當前總輸出功率，確定估算得到的當前總輸出功率和用於輸出功率的需求級別之間的差異，且基於所述差異確定功率設定點。通過這種方法，功率可被更快速和/或更準確地降低到目標級別。
本發明的優選實施方式實施反饋環。特別的，這些示例中的方法還包括：在將功率設定點提供給所述子集的渦輪機之後，以預先設定時間間隔發生的以下步驟：估算所述一組風力渦輪機的被修訂的當前總輸出功率，將被修訂的當前總輸出功率與需求級別相比較，且如果估算得到的當前總輸出功率與需求級別不同，則修訂所述一組渦輪機中的一個或多個的功率設定點以調整總輸出功率。一些實施方式的方法附加地重複以下步驟：將LUE與閾值相比較，且識別應該提供修訂的功率設定點的渦輪機的所述子集。
一些或所有方法步驟的這種反覆可有利的意味著輸出功率被更準確地減小到指定值。而且，在這些和其它實施方式中，反饋環可附加地確定所述一組渦輪機的功率產生是否多於比由請求允許的最大級別低的預先設定量。如果是，則可產生更新功率設定點以在此抬升輸出。以這種方式，能量的最大允許量可從風力提取且所述一組渦輪機的盈利性可最大化。
如上所述，為了識別功率將減小的風力渦輪機的所述子集，用於具體構件的測量的LUE與用於所述構件的閾值相比較。
在一些實施方式中，用於使用壽命的閾值是關注的用於構件的使用壽命的預期值。在優選實施方式中，預期值基於渦輪機的操作壽命。在此，『操作壽命』指的是自渦輪機開始操作起流逝的時間。在一些優選實施方式中，用於使用壽命的測量和預期值的比較被中央執行。這個裝置可有利的更簡單于實施，因為繼而僅需要以依據渦輪機年齡的預先設定閾值編程單一控制單元。然而，這僅是一個示例，且LUE可實際上與由渦輪機控制器的閾值相比較。渦輪機控制器可繼而向PPC通訊如果有則相應渦輪機的構件比預期更快速地折舊。
在其它優選實施方式中，提供閾值的步驟包括將使用壽命的量度中的兩個或多個相比較，且基於所述比較選擇閾值。這種方法可提供的有利之處在於，渦輪機功率輸出基於疲勞壽命消耗與更真實地反映遍及渦輪機組的平均磨損的值的比較而減小。而且，這些示例中的方法可識別正在經歷磨損的最大量的渦輪機，無論LUE的絕對級別如何。例如在渦輪機一般以低於預期的級別經歷磨損的情況下，這可能是尤其有利的。作為一個示例，在所述方法的具體反覆中用於給定構件的閾值級別可限定成對於渦輪機之中的所述構件測量的LUE的中值。以這種方式，一半渦輪機將必然被識別為落入所述子集。因此，本發明的實施方式可有利的意味著減小功率的請求被滿足，無論與測量的LUE如何與預期值相比較。
在另外的實施方式中，來自各種單獨的渦輪機的LUE的比較步驟可在與預期級別的磨損的比較步驟之後。
優選的，為之提供使用壽命的量度的渦輪機構件包括渦輪機葉片結構、葉片變槳系統構件、主軸、主軸軸承、塔、基座、偏轉系統構件、變換器、電纜、葉片軸承、變速箱、發電機以及變壓器中的一個或多個。
在本發明的優選實施方式中，使用壽命算法從負載持續期算法、負載轉速分布算法、雨流計數算法、應力周期損壞算法、溫度周期損壞算法、發電機熱反應率算法、變壓器熱反應率算法以及軸承磨損算法中選擇。在其它示例中可使用不同算法。而且，合適的算法的資料庫可被提供到PPC或渦輪機控制器。這種資料庫可繼而被持續更新，以在新的或改進的算法變得可用時結合這些算法。資料庫的使用也能夠有利的意味著用於新渦輪機部分的使用壽命估算可簡單地通過從可用算法之中選擇且提供需求的構件特定參數而被容易地實施。
此外，在一些實施方式中，構件使用壽命的速率可被確定且可繼而與合適的閾值相比較。例如，PPC可識別具有正在以高於平均的速率疲勞的構件的渦輪機。可優選的是，孤立地使用這種方法，或磨損率的分析可繼而用於補充使用壽命的絕對值之一。
因此，本發明的方法提供實時估算由風力渦輪機構件的疲勞壽命的消耗，以優先響應於減小組中輸出功率的請求而減小由組中單獨的渦輪機產生的功率。
根據本發明，也提供一種用於控制一組風力渦輪機的控制裝置，其包括：至少一個使用壽命估算單元，其用於通過將使用壽命算法應用到影響使用壽命的變量的值而確定多個渦輪機中的每個的構件的使用壽命的量度，所述值獲得利用在風力渦輪機上的傳感器；中央控制單元，其用於接收使用壽命的量度，確定用於使用壽命的量度的閾值且識別所述多個渦輪機的子集，所述子集包括具有使用壽命大於閾值的構件的渦輪機；以及功率控制單元，其用於提供用於由中央控制單元識別的所述子集中的渦輪機中的每個的功率設定點，以減小渦輪機的功率產生。
上文參考本發明的方法描述根據本發明的控制裝置的元件中的每個起作用的示例。
本發明也存在於設有上文限定的裝置的一組渦輪機中。
附圖說明
現在將僅通過參考附圖的示例描述本發明，其中：
圖1是利用PPC的已知WPP控制規則的示意圖；
圖2是根據本發明的第一實施方式的用於減小一組渦輪機的輸出功率的方法的流程圖；
圖3是根據本發明的第二實施方式的用於減小一組渦輪機的輸出功率的方法的流程圖；以及
圖4是轉矩與用於典型風力渦輪機的速度相比的圖表，以示出用於渦輪機的操作約束。
具體實施方式
如上所述，本發明的實施方式由下述特徵化：實時估算由風力發電機構件經歷的磨損，且在提供用於減小一組渦輪機的輸出功率的改進策略中使用這個信息。在下文中，根據本發明的方法的第一實施方式將在響應於來自公用電網的功率縮減命令的WPP的功率縮減的背景下被詳細描述，接下來是簡單其各個步驟的總結總結。如先前提及的，減小功率的請求可實際上源於WPP自身內；例如，請求可採取警告信號的形式，快速控制動作被要求以響應於警告信號。本發明及其說明也可以等同地應用到這裡後來類型的情況。
圖2是示出根據本發明的第一實施方式的用於減小由WPP輸出到公用電網的功率的方法100的流程圖。所述方法僅為了方便被示出為直接序列；如將被技術人員理解的，執行示出的許多步驟的順序並不重要。實際上，在所述方法的許多實現方式中，許多步驟的時機將在實踐中重疊。
在可被當做開始點的第一步驟102中，縮減WPP的輸出功率的請求由用於風電場的PPC接收。在步驟104處，用於風電場中的每個風力渦輪機的當地控制器被調用，以通過將使用壽命算法應用到由在每個渦輪機上的傳感器常規測量的操作負載的值，計算用於對應渦輪機的至少一個構件的LUE。LUE在步驟106處被發送到PPC。
在步驟108處，PPC將已經接收的壽命消耗的每個估算與用於相關構件的磨損的閾值相比較。在步驟110處，識別這些渦輪機，所述渦輪機具有實際使用壽命被發現大於閾值的至少一個構件。在步驟112處，PPC繼而將指令播送到被識別的風力發電機中的每個，以減小其操作功率級別，且所述過程在步驟114處結束。
現在參考對以上列出的步驟中的每個的更詳細地討論，如在本發明的發明內容中討論的，在步驟102處接收的請求可以指定或不指定功率待減小的量。為了本文的討論，將假設所述請求僅指示出WPP的輸出功率必須削減。
如提及的，在根據第一實施方式的方法中，在步驟104處的LUE的計算被單獨執行以用於WPP內的每個渦輪機。特別的，提供給單獨的渦輪機的控制器均被製造為包括使用壽命估算單元，以用於輸出對由一個或多個渦輪機構件承受的磨損的估算。如將在下文中進一步詳細討論的，關注的用於渦輪機構件的LUE基於指示出這些構件經歷的各種負載的信號而計算。這些信號由合適的傳感器提供，所述傳感器以已知的方式確定負載且將所述負載通訊給渦輪機控制器內的使用壽命估算單元。
雖然看起來可能有利的是為儘可能多的風力渦輪機構件計算LUE，在實踐中，測量在WPP內的每個渦輪機的每個構件上的所有負載信號是不可行的。實際上，在第一實施方式中，LUE被計算以僅用於每個渦輪機的主要構件，即，葉片結構、葉片變槳系統構件、軸和主軸軸承、塔、基座、偏轉系統構件、變換器、電纜、葉片軸承、變速箱、發電機以及電功率系統變壓器。在其它實施方式中，如期望的，任何或所有這些構件可被省略和/或其它可被包括。
在第一實施方式中，現存傳感器被用於提供被採用作為用於計算使用壽命的輸入的信號。因此，例如，直接測量在風力渦輪機葉片的根部處的翼面向和邊緣向彎折力矩是普遍的；這些測量值因此在下文描述的在使用壽命計算中的數個中使用。類似的，用於變槳系統的LUE基於變槳力，是能夠從在筒的第一腔室中的壓力的測量值和在筒的第二腔室中的壓力的推導值直接獲得的值。這些將被理解為僅是示例；在用於參數的值不能夠以充分的準確性被推導的其它實施方式中，可優選的是直接利用一個或多個附加傳感器測量這個值。
一旦已經獲得負載測量值，這些負載測量值被處理以達到壽命消耗的估算的方式就將從構件到構件地變化。一系列眾所周知的算法為此目的存在，且在這個實施方式中，WPP渦輪機的控制器被製造為包括這些算法的資料庫，以用於構件使用壽命的線上估算。在這個具體示例中，資料庫包括負載持續期、負載轉速分布、雨流計數、應力周期損壞、溫度周期損壞、發電機熱反應率、變壓器熱反應率以及軸承磨損算法。
因此，用於渦輪機的壽命估算單元將其為了關注的每個構件接收的負載測量值輸入從資料庫選擇的合適的算法中。通過示例，在這個實施方式中，雨流計數和應力周期損壞算法被用於估算由葉片結構消耗的疲勞壽命。特別的，計數被應用到在葉片的根部處測量的翼面向和邊緣向彎折力矩，以識別葉片應力循環的範圍和平均值，且這些參數繼而被輸入到用於LUE的計算的應力周期損壞算法中。以類似的方式，雨流計數被用於獲得在一個或多個葉片螺栓上的力矩的範圍和平均值，它們在此被發送到用於估算使用壽命的應力周期損壞算法。
應力周期損壞算法進一步被應用到這些值，所述值用於在變槳系統、主軸、塔和基座中的每個中的平均應力和應力循環的範圍。這些參數通過將雨流算法分別應用到變槳力、主軸轉矩、塔應力和基座應力而被識別。類似的，用於偏轉系統的LUE通過將雨流計數應用到在塔的頂部處測量的扭矩而被計算，以獲得用於負載持續期的值，所述值再次作為輸入被發送到應力周期損壞算法。
接下來參考變換器，發電機功率和RPM的指示被用於推導當地溫度，且再次雨流計數被應用到這個溫度以獲得用於這個溫度循環的平均和範圍值。這些參數繼而被輸入到溫度周期損壞算法。線纜溫度測量值的類似處理被用於獲得至今已經由渦輪機的操作消耗的線纜絕緣體的程度估算。聚合物線纜絕緣體的使用壽命的估算可例如基於用於溫度對反應速率的依賴性的Arrhenius定律。
在這個示例中，用於葉片軸承的LUE從翼面向葉片根部彎折力矩的測量值和藉助於負載持續期算法的變槳速率的測量值獲得。在替換性實施方式中，這些相同的測量值可以繼而被發送到軸承磨損算法。負載轉速分布算法被應用到主軸轉矩以計算變速箱的使用壽命。最後，用於發電機和變壓器的LUE通過將對應熱反應率算法應用到分別從發電機RPM和從功率和環境溫度推導到的溫度而獲得。
如上文提及的，描述的算法是現有技術中已知的那些中的。具體參考下文標準和文字：
負載轉速分布和負載持續期：
風力渦輪機的認證指南，Germanischer Lloyd；段落7.4.3.2
雨流計數：
國際標準IEC 61400-1：風力渦輪機–部分1：設計要求；附件G
變壓器和發電機使用壽命：
國際標準IEC 60076-5和IEC 60076-12：功率變壓器–部分5：用於油填充的功率變壓器和部分12的加載指導：用於乾燥型功率變壓器的加載指導
國際標準ISO 6336-6：正齒輪和斜齒輪的負載能力的計算–部分6：在變化負載下的服務壽命的計算
在這個示例中，使用壽命的測量值被持續更新，以使得渦輪機的總體條件可通過渦輪機的操作被監測。給定構件的使用壽命被測量的頻率將變化，但是在本示例中近似幾十分鐘。根據替換性實施方式的方法可還包括以下步驟：作為使用壽命的絕對值的補充，確定一個或多個構件的設計壽命正在被消耗的速率。這個估算可例如每分鐘更新。通過持續複查使用壽命的估算，在步驟110處對於哪個渦輪機最有利於降調以滿足功率減小請求的決定可基於與組中各種風力渦輪機的條件有關的準確且最新的信息做出。
為了平衡WPP內的各種渦輪機的使用壽命，在本發明的第一實施方式中，PPC被編程為具有用於關注的各種渦輪機構件的使用壽命的預期值，所述預期值基於渦輪機的操作壽命。在步驟108處，PPC將從渦輪機接收的每個LUE與合適的參考值相比較。以這種方式，PPC能夠以給定時間導出與哪個渦輪機的哪個構件已經消耗比它們的工程允許的預期更大比例的磨損有關的信息。在步驟110處，那些構件屬於的渦輪機繼而能夠被識別作為渦輪機的所述子集，來自所述子集的輸出功率應該優先被減小，以滿足在步驟102處接收的功率減小請求。
最終參照步驟112，減小的功率設定點被產生以用於選定渦輪機。更特別的，在這個實施方式中，PPC將指令發送到如上所述的被識別的所述子集中的渦輪機中的每個的控制器，以將所述渦輪機的功率輸出減小預先設定量。PPC可選擇性地播送指令以將功率產生降低例如10kW。渦輪機控制器繼而將用於其相應渦輪機的功率設定點降低被指示量。需求的功率減小由渦輪機控制器實現，所述渦輪機控制器將對應渦輪機的操作設定點調整到合適，且過程在步驟114處結束。
根據本發明的第二實施方式的方法200在圖3的流程圖中示意性示出。這個示例包括與以上描述的第一實施方式的方法100的步驟102、104、106、108、110、112和114類似的步驟202、204、206、208、210、212和214。然而，方法200附加地結合另外的步驟：提取由PPC的渦輪機的指令且實施反饋系統，如現在將描述的。
如先前提及的，對PPC的需求或請求以減小WPP的輸出功率可明確指定，功率必須減小確定的量或絕對值。在下文討論中，將再次被假設的是，所述一組渦輪機是WPP且請求202基本是來自公用電網的縮減需求。然而，在這個示例中，需求包括將風電場的輸出功率降低到預先設定級別的指令。
如先前也提及的，風力渦輪機的控制器將通常指示出所述渦輪機的操作配置方式的數據傳遞迴到WPP的中央控制器。因此，在圖3的方法中，WPP的總輸出功率在步驟211處通過對代表實際渦輪機的級別功率產生的信號求和而由PPC取樣。在決定步驟213處，PPC將這個總輸出與請求202中指定的功率級別相比較。如果渦輪機的總輸出功率不高於這個被接收的限值，則過程結束(步驟214)。相反的，如果請求不被滿足，則PPC將需求的功率減小在步驟210處被識別的渦輪機之中劃分。
為了闡述，如果WPP被要求將輸出功率降低1MW，且在步驟210處被識別的渦輪機的所述子集包括二十個渦輪機，則PPC可決定將由這二十個渦輪機中的每個產生的功率減小50kW。如在這個示例中，需求縮減可被識別的所述子集的渦輪機之中平等劃分，或PPC可繼而使功率減小不同地分布。例如，所述子集中的每個渦輪機可與渦輪機的使用壽命超過對應閾值的量成比例地降調。一旦已經做出這個決定，渦輪機就以與上文參考圖2描述的類似方式被指示出。
圖4是轉矩相比於用於典型風力渦輪發電機的速度的圖表。曲線p1和p2是恆定功率線，每個恆定功率線與在功率設定點處的操作對應。功率減小或調降命令表現為功率設定點到新的較低值的轉換，例如從當前級別p1到新級別p2。渦輪機控制器繼而必須選擇用於渦輪機的操作速度和轉矩以傳遞功率的新級別。應該注意到雖然發電機速度在圖表上被繪製，但是如在下文說明中使用的術語『速度』可等同地指代轉子的旋轉速度或沿傳動系的任何點的旋轉速度；雖然絕對值不同，但是這些絕對值全是相關的。
渦輪機由硬性約束特徵化，所述硬性約束被限定為最大和最小轉矩以及渦輪機能夠操作的速度。這些約束由控制器施加且由例如諸如噪音限值和變速箱潤滑的因素指示。這些約束被稱為『硬性』的，因為它們是絕對的：它們一般不能被違反，除非執行關閉的極端情況。應該注意到雖然這些約束在這方面是硬性的，但是它們可以相反地隨著時間變化。
因此，在其內渦輪機能夠操作的方框50在圖4的圖表上示出。如能夠看見的，渦輪機的可允許操作由速度和轉矩的硬性最大和最小值界定。具體地，能夠從圖中看見，渦輪機不能實現在恆定功率曲線p2上的任何點處操作，恆定功率曲線一直在方框50外側。在來自PPC的減小功率產生的命令相當於降調到功率級別p2的指令的情況下，因此，渦輪機可能不能夠滿足命令。在這種情況下，在本實施方式中的渦輪機控制器繼而調整渦輪機的操作速度和轉矩，以與在圖4的圖表上示出的最小允許級別相對應；換言之，渦輪機在與方框50的底部左手拐角對應的速度和轉矩的值處操作。
鑑於在圖4中示出的硬性最小約束，由如上所述的被指示出以降調的所述子集的渦輪機實現的功率總減小可在實踐中低於預期。例如，如果旨在功率減小的所述子集內的單獨渦輪機當前為了維護而關閉，這可能進一步複雜化。那些渦輪機實際上為了控制決定而冗餘。因此，在這個第二實施方式的方法200中，隨著由延遲步驟217指示出的功率調降指令發布後已經過去預先設定時間間隔之後，PPC返回到步驟211以重新估算WPP的總功率輸出。如果出於任何原因縮減需求仍然未被滿足，將(剩餘)需求的功率減小在最疲勞的渦輪機之中劃分的過程被重複。
在其它實施方式中，反饋環可在方法中實施，諸如上文描述的第一實施方式的方法100，所述方法不主動地包括與分配步驟215對應的階段，而是簡單地將預先設定功率減小指令播送給在步驟210處被識別的渦輪機。
而且，在如上所述的方法200中，PPC在步驟213處檢查是否所述一組風力渦輪機的當前總輸出功率超過最大允許級別。如在本發明的發明內容中說明的，在其它實施方式中，決定步驟213被推廣，且繼而確定功率產生的當前級別是否等於在步驟202處接收的級別。因此，在功率減小指令112或212已經導致渦輪機組的總輸出明顯落到低於能夠被接收到電網上的級別，例如，PPC可發布一個或多個控制信號以再次朝向那個級別抬升輸出。如提及的，這個方法可有利的與超過所產生的電的主要需求協調地最大化風力渦輪機組或WPP的利潤。