用于改善风电场功率产生效率的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了用于改善风电场功率产生效率的方法和系统。提供了用于在具有多个空间分布的风力涡轮机的风电场上改善功率产生效率的方法和系统。该方法包括：接收包括冲击在涡轮机（20）上的风向的风测量，确定风力涡轮机相对于风向的非对准，以及激活针对风力涡轮机（20）的尾流转向控制，以实施风力涡轮机（20）与风向的非对准，使得该非对准被适配成使风力涡轮机的尾流转向为远离邻近的风力涡轮机（30）。风力涡轮机布置包括机舱、偏航控制器，并且还提供了偏航驱动器。

【技术实现步骤摘要】
用于改善风电场功率产生效率的方法和系统
本专利技术涉及用于改善风电场的功率产生效率的方法和系统。
技术介绍
能够经由风电场生成风力，其中风力涡轮机将风中的功率转换为电。当为了生成大量电力的目的将多个风力涡轮机置于相同地理区域中时，创建了风电场。每个风力涡轮机的功率输出随风速而变化并可能受上游涡轮机的尾流影响，由此影响风电场的总体功率产生。在常规方式中，如图1中所示，组装风力涡轮机I包括塔2、机舱3和转子，该转子包括轮毂4与转子叶片5。机舱3围绕偏航轴(未示出)可旋转地安装在塔2上。偏航控制电动机(未示出)位于塔2和机舱3之间，以基于风向使机舱偏航。典型地，通过利用风向标或通过利用声波风传感器(未示出)来测量风向。为了实现风力到电力的最优转换，将转子轴与风向对准。位于其他风力涡轮机的下游的风力涡轮机受上游涡轮机的尾流影响。如图2中所示，基于传入的风15a，靠近前面的涡轮机20将尾流35a投掷到下游涡轮机30上，从而影响冲击在该下游涡轮机上的风15b。结果，在风15b中存在较少能量供下游涡轮机30提取，使其相对于上游涡轮机20更不高产。对于风向中的较小变化，存在对下游涡轮机30的功率产生的函数形式。当风15a与涡轮机20、30之间的定向方向完美地对准时，产生最小量的功率；并且随着风向向左或向右变化，产生更多功率。示出了尾流扩张的延森(Jensen)理论，其中已知风力涡轮机尾流35a轻微地扩张(大约10度角)。鉴于由上游涡轮机的尾流引起的消极影响，现有技术中需要通过使这样的尾流的影响变窄来提高风电场的功率产生效率的系统和方法。【附图说明】鉴于附图，在下文的描述中解释本专利技术，附图示出了: 图1是描绘典型的组装风力涡轮机的示意图。图2是描绘上游涡轮机对下游涡轮机的尾流影响的示意图。图3是图示有向流的图。图4是描绘非对准的上游涡轮机对下游涡轮机的变窄的尾流影响的示意图。图5是描绘在具有和不具有转向的情况下上游涡轮机对下游涡轮机的尾流影响的图。图6a-6b图示在不具有转向和具有转向的情况下涡轮机的功率产生曲线图。图7a_7d图示针对近的和远的涡轮机的尾流转向控制。图8是图示风电场布置的示意图。图9图示在不具有尾流转向控制的情况下图8的风电场布置的功率产生曲线图。图10图示图8的风电场布置的示例控制方案。图11图示在具有尾流转向控制的情况下图8的风电场布置的功率产生曲线图。图12图示用于三个情形的示例非对准方案。图13是本专利技术的实施例的流程图。【具体实施方式】提供了一种用于改善风电场的功率产生效率的方法和系统。该方法包括:接收包括冲击在涡轮机上的风向的风测量，确定风力涡轮机相对于风向的非对准，以及激活针对风力涡轮机的尾流转向控制，以实施风力涡轮机与风向的非对准，使得该非对准被适配成使风力涡轮机的尾流转向为远离邻近的风力涡轮机。风力涡轮机布置包括机舱、偏航控制器，并且还提供了偏航驱动器。本专利技术能够以许多方式实施，包括被实施为系统、风力涡轮机布置、设备/装置、计算机实施的方法、或包含实施该方法的指令的非瞬变计算机可读介质。作为一种系统，本专利技术的实施例包括存储器、输入/输出设备、处理器单元和可选的显示设备和/或数据库。该方法和系统使用尾流转向控制方案来系统地使涡轮机相对于传入风流的定向偏航，以便将由上游涡轮机投掷的尾流导向为远离邻近的(例如，下游)涡轮机，由此允许它们从风产生更多功率。用这样的方式，该方法和系统在风电场中起作用，以将通过它们的操作产生的尾流导向为远离该场内的邻居以及在几何学上使它们的尾流的影响变窄。在系统地完成的情况下，这将增大风电场的总体功率产生。图3图示有向流的构思。类似于通过将流导向为向下而生成升起的飞机(或风力涡轮机)的机翼(airfoil)，风力涡轮机20使穿过它的风15b的流转向——如果该风力涡轮机20成角度以与传入的风15a非对准的话。涡轮机20能够使流转向的量受限于它对风进行的减慢的量(被称为轴向感应)。促动盘理论预言:涡轮机20的尾流将被导向与(a)涡轮机对风感应的轴向感应(轴向感应a)和(b)涡轮机的角度非对准(偏航角Θ)成比例的量。于是，结果得到的涡轮机的尾流的角偏转(尾流偏转角Φ)能够被近似为Φ = 0.6a0。在变速操作期间，轴向感应a大约是1/3，并且涡轮机能够实现的转向的量相对于涡轮机的角度非对准大约是1:5(0.6*1/3=1/5)的量。返回参考图2，靠近前面的涡轮机20将尾流35a投掷到下游涡轮机30上。结果，在风15b中存在较少能量供下游涡轮机30提取，使其相对于上游涡轮机20更不高产。现在转到图4，根据本专利技术的与传入的风15a非对准的涡轮机20将使其尾流35b从下游涡轮机30偏转，由此与上游涡轮机20没有经历尾流转向的情况相比，允许下游涡轮机30从冲击在下游涡轮机30上的风15b制造明显更多的功率。图5中图示出对于上游涡轮机20和下游涡轮机30的、与传统的迎面尾流35a相比较的转向的变窄尾流35b。在图6a和6b的曲线图中分别图示出图2的在没有尾流转向控制的情况下与图4的转向的尾流相比较的功率产生的比较。具体地，图6b图示出:与图6a相比，在实施尾流转向控制的情况下，存在功率产生量值的增加。图7a_7d图示对于与上游涡轮机20接近和远离地定位的涡轮机，用于在下游涡轮机30处产生更多功率的示例尾流转向控制方案。这里示出了尾流扩张的延森理论，其中已知风力涡轮机尾流随着远离的距离增加而轻微地扩张(大约10度角)。图7a-7d图示通过本专利技术的实施例的偏航非对准来使涡轮机的尾流变窄的效果。该效果应当会减小涡轮机的下游影响。如本文所示的，非对准的涡轮机20使它的尾流转向为远离邻近的下游涡轮机30。在相对非常接近于彼此的邻近涡轮机的情况下，图7a示出使尾流转向为远离下游涡轮机30所需的转向的量的示例。图7b中图示出针对近的涡轮机的情况的尾流转向控制方案，示出上游涡轮机20的大的偏航角。该控制方案被图示为分段的曲线图以考虑风向是以轻微的负角还是正角冲击上游涡轮机。在该示例中，如果风向以轻微的负角冲击上游涡轮机，则涡轮机将以正的角度使它本身偏航，以便适当地偏转尾流。然而，如果风以轻微的正角冲击，则涡轮机将沿负的方向偏航。在X轴上示出风向的角度，并且在y轴上示出用于实现期望转向(计划的涡轮机定向)的偏航的量。如本文所示的，曲线图图示出到0° (直接冲击)的任一侧的风向的范围，风向实现了在其中涡轮机与风非对准(这里，其中该曲线图显现为曲线的)的尾流转向控制。在该范围外，没有尾流转向控制被应用并且涡轮机与风对准(这里，其中该曲线图显现为线性的)。类似地，在彼此进一步分离的邻近涡轮机的情况下，图7c示出使尾流转向为远离下游涡轮机30所需的转向的量的示例。图7d中图示出针对远的涡轮机的情况的尾流转向控制方案，示出上游涡轮机20的较小的偏航角。直接地比较这两种情况，可以看出，如果下游涡轮机30非常接近于上游涡轮机20，则与下游涡轮机30进一步远离时相比，上游涡轮机20将需要更大的偏航来使尾流转向。风向的范围和尾流控制的程度取决于涡轮机的空间布置(接近度、角度和放置)。特定控制方案的确定将在转向太多(对上游涡轮机的消极效果)与转向不充分(下游丢失功率)之间最优地平衡。图8示出场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种为了改善功率产生效率而在具有多个空间分布的风力涡轮机的风电场上实施的方法，包括：接收包括冲击在涡轮机上的风向的风测量；由处理器确定风力涡轮机相对于风向的非对准，其中该非对准被适配成使风力涡轮机的尾流转向为远离邻近的风力涡轮机；以及通过产生被适配成实施风力涡轮机与风向的非对准的控制信号来激活针对风力涡轮机的尾流转向控制。

【技术特征摘要】
2013.02.19 US 13/7701251.一种为了改善功率产生效率而在具有多个空间分布的风力涡轮机的风电场上实施的方法，包括: 接收包括冲击在涡轮机上的风向的风测量； 由处理器确定风力涡轮机相对于风向的非对准，其中该非对准被适配成使风力涡轮机的尾流转向为远离邻近的风力涡轮机；以及 通过产生被适配成实施风力涡轮机与风向的非对准的控制信号来激活针对风力涡轮机的尾流转向控制。2.根据权利要求1所述的方法，其中确定风力涡轮机的非对准包括:基于风向确定风力涡轮机的尾流是否冲击在邻近的风力涡轮机上。3.根据权利要求1所述的方法，其中确定风力涡轮机的非对准包括:基于风向确定冲击在邻近的风力涡轮机上的风力涡轮机的尾流的量。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述非对准被适配成基于风电场的布局使风力涡轮机的尾流转向为远离邻近的风力涡轮机，该布局包括多个空间分布的风力涡轮机的空间关系。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:存储包括多个空间分布的风力涡轮机的空间关系的风电场的布局。6.根据权利要求1所述的方法，其中风力涡轮机相对于风向的非对准的量取决于该风力涡轮机和邻近的风力涡 轮机之间的空间关系。7.根据权利要求6所述的方法，其中该风力涡轮机和邻近的风力涡轮机之间的空间关系包括角度和距离。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所确定的风力涡轮机相对于风向的非对准的量与该风力涡轮机和邻近的风力涡轮机之间的接近距离成反比。9.根据权利要求8所述的方法，其中非对准的量包括对于较小接近距离的较大的偏航角以及对于较大接近距离的较小的偏航角。10.根据权利要求1所述的方法，其中激活针对风力涡轮机的尾流转向控制是基于冲击在涡轮机上的风向的预先确定的角度范围来开始的。11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:当风向处于冲击在涡轮机上的风向的预先确定的角度范围之外时，将风力涡轮机相对于风向重新对准。12.根据权利要求1所述的方法，其中，尾流转向控制被适配成产生控制信号，该控制信号在风向以负角冲击时导向风力润轮机以沿正的方向偏航，并且在风向以正角冲击时导向风力涡轮机以沿负的...

【专利技术属性】
技术研发人员：JM奥布雷希特，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE