用於操作風力發電裝置的方法
2023-05-11 23:12:31 3
專利名稱：用於操作風力發電裝置的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用操作管理來操作風力發電裝置的方法，該操 作管理預置風力發電裝置的待產生的電氣變量的期望值。
背景技術：
從"Erneuerbare Energien 5/2006"，第39至43頁，已知紊流強 度取決於測量的位置和時間點。基於風速的平均值，紊流強度定義為 風速的標準偏差<y。作為用於風速的波動的度量，紊流強度由所述位 置周圍的地形等而定。所述位置周圍的表面粗糙度越高，紊流強度越 高。由於所述位置周圍地面的不均勻特性，會出現風速的較大波動， 這會導致風速的標準偏差o增大。因此，由此增大紊流強度。進一步 已知另外的變量，如天氣條件，例如附近的風力發電裝置以及在近海 岸電站中的浪高，對紊流強度有影響。
從DE 10 2006 034 106 Al，已知一種用於操作風力渦輪機的方 法。在該方法中，通過一個或多個外部傳感器，獲得紊流的特性值。 在現有技術中引用的風力紊流中，涉及一個變量，根據
,其 取決於轉子葉片位置。在
中，提及風力紊流傳感器，其測量 在轉子葉片上生成的紊流。該風力紊流與上述取決於測量的位置和時 間的紊流強度不一致。
發明內容
本發明的目的是確保風力發電裝置的操作，其中，在不使風力發 電裝置暴露於不必要的應力的情況下，儘可能少地減小期望值設定。
根據本發明，通過具有權利要求1的特徵的方法，實現該目的。 有利的實施例形成從屬權利要求的主題。
4根據本發明的方法涉及風力發電裝置的操作，其特徵在於操作管 理、測量設備和控制單元。操作管理總體上用來操作風力發電裝置， 並且能夠通過設置期望值來控制或調整由風力發電裝置所生成的功 率。風力測量設備獲得風向和風速。在控制單元上呈現風速和風向的 測量值。將紊流強度獲得為商，即，風速的標準偏差除以平均風速。 上述控制單元不必實現為所述操作管理之外的單獨的控制單元，而是 可以是操作管理中的組成部分。在根據本發明的方法中，在控制單元 中提供臨界風向的一個或多個扇區，其中，所確定的紊流強度超過紊 流強度的預定最大值。基於所述一個或多個扇區，可以生成用於操作 管理的控制信號，以便減小所生成的電氣變量的期望值。當所測量的 風向在臨界風向的扇區中，並且檢測到的特性值超過預定最大值時， 生成用於操作管理的控制信號。在根據本發明的方法中，當滿足兩個 條件時，生成具有減小的電氣變量的用於操作的控制信號。 一個條件 僅涉及風向，並且要求風向的實際值在臨界風向的扇區中。還必須滿 足的第二條件涉及實際確定的特性值。在第二條件中，檢查特性值是
否超過預定最大值。在該操作中，特性值與實際風速的相關性僅是確 定特性值的一種可能性，還可以考慮風力發電裝置的其他特性值，例 如控制器的活動性或實際計算出的紊流強度。
根據本發明的方法提供了總是根據風向進行由風力發電裝置生 成的電氣變量的減小的優點。該方法基於由於位置的布局，風速的波 動在一個風向和另一風向中具有不同的影響的發現，因此，當調節該 操作時，必須不同地考慮。
最好，能分析槳距(pitch)控制器的活動性，以便確定特性值。 即使在本實施例中，將控制器活動性的實際值與用於該控制器活動性 的預置最大值進行比較。在該操作中，控制器活動性可能是每單位時 間的覆蓋的振幅變化或控制器幹預的頻率。
在根據本發明的方法的 一個可能的實施例中，預置控制單元的臨 界風向的一個或多個扇區。例如，這可以通過對風力發電裝置的位置 進行映射來進行，從而分析由風向而定的紊流強度的分布。然後，可以在控制單元中存檔用這種方式確定的臨界風向的所述一個或多個 扇區。
另外，控制單元從由風向而定的紊流強度，計算臨界風向的一個 或多個扇區也是可以的，其中，所檢測的紊流強度超過紊流強度的最 大值。可以連續地或按限定的時間間隔執行該方法。
在根據本發明的方法的一個優選延伸中，控制單元將風速作為特 性值進行分析。因此，在該方法的實施例中，檢查風向是否在臨界風 向的扇區中以及風速是否超過預置最大值。
在另選實施例中，控制單元從風速和相關風向的測量值，將紊流 強度計算為特性值。在根據本發明的方法的該實施例中，對處在臨界 風向的扇區中的風向，檢查相關紊流強度是否超過紊流強度的預置最 大值。
在該方法的實施例(其中，控制單元從風速和風向的測量值，連 續地或以時間間隔確定紊流強度)中，控制單元能執行連續平均值計 算和/或標準偏差的連續計算。在該實施例中，在風向處於臨界風向的 扇區中並且實際紊流強度超過紊流強度的最大值的情況下，進行風力 發電裝置的期望值的減小。
在根據本發明的方法的優選延伸中，可以額外製訂用於調節操作 的其他先決條件。因此，可以規定除超過紊流強度的最大值以外，風 速的實際值也超過最大值。而且，還可以規定除超過紊流強度的最大 值以外，額外確定的塔頭運動和/或塔頭加速度的特性值必須超過預定 臨界值，以便按照電氣變量的減小的期望值，使發電裝置在調節操作 下運行。
電氣變量最好是由風力發電裝置生成的有效功率。但也可以另外 考慮其他電氣變量，其中，在本發明的精神中，電氣變量的減小會導 致風力發電裝置的機械應力的減小。
在根據本發明的方法的優選延伸中，還可以在控制單元上呈現至 少一個轉子葉片的葉片槳距角的實際值。在根據本發明的方法的優選 延伸中，單獨或另外產生葉片槳距角的變化，以便減小電氣變量。在葉片槳距角的變化中，使至少一個轉子葉片轉動為更遠離風，以便減 小由風帶來的轉距，通過此操作，也減小了風力發電裝置的機械應力。 在下文中，將更詳細地描述根據本發明的方法的例子。
圖1示出了在某一位置處由風向而定的紊流強度； 圖2示出了用於在風力發電裝置的操作管理中，取決於風向的幹 預的過程圖3示出了用於紊流強度的連續分析的流程圖；以及 圖4示出了用於紊流強度的分析的另選實施例。
具體實施例方式
圖1示出了由風向而定，針對風力發電裝置的一個位置所測量的 作為線10的紊流強度。在所選表示中，線IO上的點離中心的距離表 示在該風向上存在的紊流強度。在圖1中還畫出了圓12，其預置了最 大紊流強度。最大紊流強度不取決於風向，由此產生圓，因此，在每 一方向上與該表示的中心的距離相同。在被表示為陰影的區域14中， 在該地點存在的紊流強度10大於紊流強度的最大值12。紊流強度10 與紊流強度的最大值的交點限定兩個風向16、 18，這兩個風向界定了 臨界風向的扇區20。大體上認為，臨界風向的扇區處於朝東的方向。 這意味著在朝東的風向中，存在比在來自其他方向的風更大的風速波動。
圖2以框圖描述根據本發明的方法的過程。在步驟22中，測量 風向WDm和風速v的實際值。在步驟24中，檢查所測量的風向是否 在扇區20內。為此目的，在步驟24中檢查所測量的風向Wdw是否 包含在臨界風向{WKRIT}中。與圖1中表示的例子相對照的是，甚 至可能存在如下位置其中，臨界風向不僅在鄰接扇區20中，而且 存在臨界風向的多個不同的大的扇區。在風向對應於臨界風向的情況 下，在圖2所示的方法的步驟26中檢查風速v的實際值是否大於該
7風速的預定臨界值。在這種情況下，在隨後的步驟28中，降低為功 率預置的期望值。
圖2中的過程使得明確正好當風力來自臨界風向時，執行超過臨 界風速時的功率減小。用相反的方式表達，這意味著即使當超過臨界 風速時，當風向不源於臨界風向時，也不執行功率減小。在紊流強度 的語境中的臨界風速的考慮不能與無論風向如何都會觸發風力發電 裝置的停機的臨界風速相混淆。
圖3示出了根據本發明的方法的另選實施例，其中，在步驟30 中，重新確定風向Wont和風速v。在後續步驟32中，根據風向計算 紊流強度T,NT， TINT(WDIR)。如前所述，紊流強度由風速的標準偏 差和平均風速的商得到。在所示的計算步驟32中，由風向而定，還 考慮平均風速。作為另一種選擇，還可以計算平均風速，其中，不僅 平均過去出現的風速，而且還有過去獲得的風向的平均。在該取平均 值中，僅由於標準偏差的方向相關性，紊流強度才由風向而定。
在後續步驟34中，重新檢查實際風向WiHR是否包含在臨界風向集中。
當實際風向是臨界風向時，在步驟36中連續地檢查兩個要求。 第一要求檢查對該風向檢測的紊流強度是否大於臨界紊流強度。事實 上，在風向對應於臨界風向的結論中，已經檢驗相關紊流強度大於臨 界紊流強度。然而，出現的紊流強度不僅由位置的地形而定，而且由 天氣條件和其他環境影響而定。例如，在近海岸電站，浪高也對紊流 強度施加影響。因此，通過請求36中的第一條件，重新檢驗實際計 算出的紊流強度是否仍然是臨界的。因此，通過這樣做，原則上再次 檢驗了風向是否仍然在臨界扇區中。
關於第二要求，檢查風速是否大於臨界風速。當請求36的兩個 要求均得到滿足時，在步驟38中，觸發期望值的減小。
圖4示出了本發明的另一個另選實施例，其中，在步驟40中獲 得風速和風向。在步驟42中，再次計算由風向而定的紊流強度。在 步驟44中，確定風力發電裝置的應力的特性值AGONDEL。在特性值
8Agondel中，可能涉及例如風力發電裝置的吊艙(nacelle)的運動和/ 或塔的運動的特性值。
在步驟46中，再次檢查實際風向是否屬於臨界風向。在過程步 驟48中，隨後檢驗紊流強度的實際確定值是否大於紊流強度的臨界
值。另外，檢驗特性值AcoNDEL的實際值是否大於預定最大值AKRIT。
在這種情況下，當滿足兩個要求時，在步驟50中觸發期望值的減小。 藉助於所述位置的記錄紊流強度，針對已經確定臨界風向的扇區 的情形，已經例示上述方法。在根據本發明的方法中，還可以基於在 過程步驟32和42中計算的紊流強度，連續地調節扇區邊界，以及通 過再次這樣處理，動態地改變臨界風向。還可以通過以等間隔的完整 測量過程，針對某一位置根據風向再次確定紊流強度。
權利要求
1. 一種用於操作風力發電裝置的方法，具有●操作管理，其能預置風力發電裝置的待生成的電氣變量的期望值；●風力測量設備，其能捕獲風向和風速，以及●控制單元，在其上呈現風速和風向的測量值，在該方法中執行下述過程步驟●在控制單元中提供臨界風向的一個或多個扇區，●控制單元生成用於操作管理的控制信號，以便當所測得的風向在臨界風向的扇區中，並且所確定的特性值超過特性值的預定最大值時，減小待生成的電氣變量的期望值。
2. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，根據所測得的風速 和/或控制器的活動性來確定所述特性值。
3. 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，為確定所述特性值， 檢測槳距控制器的控制器活動性。
4. 如權利要求1至3中的任何一項所述的方法，其特徵在於， 預置控制單元的臨界風向的一個或多個扇區。
5. 如權利要求1至3中的任何一項所述的方法，其特徵在於， 控制單元從由風向而定的紊流強度，確定臨界風向的一個或多個扇 區，其中，紊流強度超過該一個或多個扇區中的紊流強度的最大值。
6. 如權利要求1至5中的任何一項所述的方法，其特徵在於， 控制單元將風速作為特性值進行分析。
7. 如權利要求1至6中的任何一項所述的方法，其特徵在於， 控制單元從風速和相關風向的測量值，將紊流強度計算為特性值。
8. 如權利要求7所述的方法，其特徵在於，控制單元從風速和 風向的測量值，連續地計算紊流強度。
9. 如權利要求1至8中的任何一項所述的方法，其特徵在於， 當超過紊流強度的最大值時，僅在風速的實際值也超過最大值的情況下，控制單元才生成用於操作管理的控制信號。
10. 如權利要求1至9中的任何一項所述的方法，其特徵在於， 當超過紊流強度的最大值時，僅在塔頭運動和/或加速度的特性值也超 過預定臨界值的情況下，控制單元才生成用於操作管理的控制信號。
11. 如權利要求1至10中的任何一項所述的方法，其特徵在於， 將有效功率提供為所述電氣變量。
12. 如前述任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於，在控制 單元上呈現葉片槳距角的實際值。
13. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，通過改變至少一 個轉子葉片的葉片槳距角，單獨或另外地執行電氣變量的減小。
全文摘要
本發明涉及用於操作風力發電裝置的方法。一種用於操作風力發電裝置的方法，具有操作管理，其能預置風力發電裝置的待生成的電氣變量的期望值；風力測量設備，其能捕獲風向和風速，以及控制單元，在其上呈現風速和風向的測量值，其中，存檔紊流強度的最大值，在該方法中執行下述過程步驟根據由風向而定的紊流強度，控制單元確定臨界風向的一個或多個扇區，其中，紊流強度超過紊流強度的最大值，控制單元生成用於控制管理的控制信號，以便當所測得的風向在臨界風向的扇區中，並且所確定的特性值超過特性值的預定最大值時，減小待生成的電氣變量的期望值。
文檔編號F03D7/02GK101509468SQ20091000744
公開日2009年8月19日 申請日期2009年2月13日 優先權日2008年2月16日
發明者G·施密特 申請人:諾德克斯能源有限公司