最优风力发电场操作制造技术

本发明专利技术涉及操作具有多个退化的风力涡轮机组件的风力农场的灵活的方式。根据本发明专利技术，在单个优化步骤中，对风力农场中的维护调度和功率生产同时地进行处理。代替首先调度维护活动并且随后适应功率生产和/或风力涡轮机操作连续的方法，这两个方面一起被优化。风力农场操作通过基于所建模的机械应力和电应力而适应寿命指数或健康状态来将维护方面考虑在内。因此，风力农场所有者可以决定何时产生能量以及产生多少能量，从而接受对涡轮机设备的哪种应力水平。所提出的对风力农场操作的优化包括传输网络操作者设置、风力农场和在下方的集电栅的拓扑结构、短期和长期风力状况预报、涡轮机的状况、不同的使用模式和时间下的所估计的剩余的操作时间的所有的方面以及电力市场的方面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】最优风力农场操作专利
本专利技术涉及风力农场操作的领域。具体地，本专利技术涉及与电功率传输电网连接并且包括多个具有经受退化的涡轮机组件的风力涡轮机的风力农场。专利技术背景风力发电中的近来的增长很可能持续，由此将可再生能源生产水平提升至无先例的高度。大量的现成的风力发电容量成为离岸的，这引起具体的电气连通性的考虑和组件维护的问题。事实上，安装之后的风力农场的操作成本主要地受维护驱动，其中离岸的风力农场比在岸的安装更贵大约百分之五十。这主要地由提高对天气状况和能够在涡轮机之间导航并且运输必须调换的组件的非常特殊的船舶的附加的限制因素的依赖性引起。常规地，在不同的时间步中计划风力农场维护事件，从多年计划开始，该多年计划指示每年将调换某个百分比的总体设备。这导致基于重复地重新评价的设备特性而随着时间的推移而精制并且适应的初始调度。另一方面，在完全不同的时标基础上，具体地，在每周和每天的基础上常规地执行风力农场生产计划。即，发电计划将先前建立的维护事件仅看作不可挑战的约束。根据专利申请WO2013044925，为了确保所有的风力涡轮机组件的疲劳载荷极限保持在其设计使用寿命内，可以对由组件所经历的诸如弯矩、温度、力或运动的载荷进行测量，并且对所消耗的组件疲劳寿命或补充的残余的使用寿命的量进行计算。例如使用诸如雨流计数算法和Miner准则或化学衰变方程的众所周知的技术来进行该计算。如果给定的涡轮机组件超过其目标疲劳寿命且对高估的参数敏感，则可以禁止暂时的高估。专利US8649911B2公开了将多个所感测的（电气、机械、热、气象）操作参数相对于操作参数的相应的设计额定（速度极限、转矩极限）评估。该专利包括基于风历史而实时地估计疲劳，并且可导致在评估指示所感测的风湍流低于所估计的风湍流时将风力涡轮机的功率设置点提高定额。专利US8633607B2公开了用于控制具有多个风力涡轮机的风力农场的方法，其中，基于单个风力涡轮机的功率曲线与疲劳载荷，在风力涡轮机之间分配所要求的功率。确定疲劳载荷与功率曲线可以包含测量风力涡轮机参数（振动、静载荷）。疲劳载荷与功率曲线可展示最大值，其中疲劳载荷再次降低超过某一功率设置，这潜在地有利于风力涡轮机的非对称的操作，以便降低风力农场中的平均疲劳载荷。所有上文的现有技术的方法具有如下的共同之处：对风力涡轮机操作进行控制，以便适应于或遵守从涡轮机组件设计使用寿命推导出的当前或更新的要求，并且以便在延长的时段内避免超出设计或目标疲劳载荷。此外，先前建立的维护事件被看作不可挑战的约束。专利申请US20130214534公开了如下的风力农场操作控制系统：用于对风力涡轮机组件的剩余的使用寿命或恶化状态进行估计；对来自在等于额定功率的80%、90%、100%中的一个的多个功率极限状况下的电功率的销售的收入进行估计；基于在多个功率极限状况中的每个下的组件的剩余的使用寿命而估计对组件执行维护的多个候选定时中的每个的维护成本；以及选择使从风力农场获得的收入最大化的功率极限状况。所引入的功率极限状况确实表示全厂一致并且时间不变的决策变量。专利技术描述本专利技术的目的是提高在操作风力农场中的灵活性。通过根据独立权利要求的方法和系统而实现该目的。根据从属专利权利要求,优选的实施例是显而易见的。根据本专利技术，在单个优化步骤中，对风力农场中的维护调度和功率生产同时地进行处理。代替首先调度维护活动并且随后适应功率生产或风力涡轮机操作的连续方法,这两个方面一起被优化。风力农场操作通过基于所建模的机械应力和电应力而适应寿命指数或健康状态而将维护方面考虑在内。因此，风力农场所有者可以决定何时产生能量并且产生多少能量，因而接受对涡轮机设备的某一应力水平。所提出的对风力农场操作的优化可以包括与传输网络操作者设置、风力农场和在下方的集电栅(collectorgrid)的拓扑结构、短期和长期风力状况预报、涡轮机的状况、不同的使用模式和时间下的所估计的剩余的操作时间有关的方面以及电力市场的方面。在本说明书通篇中，术语风力农场指全经由变电站或公共耦合点而与传输网络连接的风力涡轮机的全体，无论是否转而将风力涡轮机分组或布置在可区分的较小的单元中。具体地，操作包括多个具有经受退化的涡轮机组件的风力涡轮机的风力农场的方法包含下面的步骤：针对第一风力涡轮机的涡轮机组件，并且针对每个时间间隔或进入未来的一系列的时间间隔的时间步，基于包括在维护间隔tM1开始或发起的组件维护动作的一系列或一条轨迹的时间间隔相关的第一涡轮机控制输入值u1(t1)……u1(tN1)，并且基于第一风力涡轮机的模型，对组件寿命指数L(t)或指示组件的所消耗的或剩余的寿命的模拟的使用寿命轨迹值进行预测；确定包括使取决于组件寿命指数L并且可选地取决于其他预报轨迹的目标函数J(u)的值优化的最优维护间隔tM1*的一系列的最优涡轮机控制输入值u1*(t1)……u1*(tN1)；将第一最优涡轮机控制输入值u1*(t1)提供给第一风力涡轮机的风力涡轮机控制模块，并且，相应地在第一时间步或在第一时间间隔期间操作第一风力涡轮机。在本上下文中，涡轮机控制输入值包括俯仰角、偏航角、吊舱(nacelle)方向、叶片设置、涡轮机的转速以及风力涡轮机的有功功率P或无功功率Q的设置点中的一个或多个。在预报步骤中根据涡轮机控制输入而推导或计算组件寿命指数涉及在本领域中明确地已知的技术以及使组件磨损或使用寿命与风力涡轮机操作有关的任何其他合适的方式。在本专利技术的优选的变型中，涡轮机组件的组件寿命指数取决于通常位于第一涡轮机的上游，更具体地，位于多个另外的风力涡轮机上的第二风力涡轮机的操作行为和多个涡轮机输入值的对应的轨迹。操作风力农场的方法然后包含如下的步骤：通过对第一涡轮机处的风湍流或尾流效应进行评价来基于第二风力涡轮机的一系列的第二涡轮机控制输入值u2(t1)……u2(tN2)而预测组件寿命指数。基于第二风力涡轮机的操作而对后者进行预测或建模，第二风力涡轮机的操作转而由第二涡轮机控制输入确定。方法还包括如下的步骤：同时地确定将提供给相应的风力涡轮机控制模块的最优的第一及第二涡轮机控制输入值u1*(t1)……u1*(tN1)、u2*(t1)……u2*(tN1)。在本专利技术的另一个优选的变型中，第一风力涡轮机的涡轮机组件的组件寿命指数取决于电连接到风力农场的集电栅与第一风力涡轮机相同的分支的第二风力涡轮机的操作行为。操作风力农场的方法然后包含如下的步骤：通过对第一涡轮机的发电机与第二涡轮机的发电机之间的电气交互进行评价来基于第二风力涡轮机的一系列的第二涡轮机控制输入值(u2(t1)……u2(tN2))而预测组件的组件寿命指数。这种交互可以基于两个发电机的分支侧之间的电压相位和幅值差异，该差异转而是两个风力涡轮机的不同的P、Q设置点的结果。方法还包括如下的步骤：同时地确定将提供给相应的风力涡轮机控制模块的最优的第一及第二涡轮机控制输入值u1*(t1)……u1*(tN1)、u2*(t1)……u2*(tN2)。在本专利技术的另一个优选的变型中，目标函数J扩展至对多个退化的涡轮机组件的处理，并且针对每个组件促进不同的维护时间间隔tM，j*。操作风力农场的方法然后包含如下的步骤：确定包括使取决于各分配给多个组件中的一个的多个组件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作包括多个具有经受退化的涡轮机组件的风力涡轮机的风力农场的方法，包含：‑针对第一风力涡轮机（111）的涡轮机组件，并且针对进入未来的一系列的时间间隔(t1……tN1)中的每个，基于包括以维护间隔tM1的组件维护动作的一系列的第一涡轮机控制输入值(u1(t1)……u1(tN1))，预测所述涡轮机组件的组件寿命指数L(t)，‑确定包括使取决于组件寿命指数L的目标函数J(u)优化的最优维护间隔tM1*的一系列的最优涡轮机控制输入值(u1*(t1)……u1*(tN1))，以及‑根据至少一个最优涡轮机控制输入值u1*(t1)而操作所述第一风力涡轮机。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.10 EP 14171827.01.一种操作包括多个具有经受退化的涡轮机组件的风力涡轮机的风力农场的方法，包含：-针对第一风力涡轮机（111）的涡轮机组件，并且针对进入未来的一系列的时间间隔(t1……tN1)中的每个，基于包括以维护间隔tM1的组件维护动作的一系列的第一涡轮机控制输入值(u1(t1)……u1(tN1))，预测所述涡轮机组件的组件寿命指数L(t)，-确定包括使取决于组件寿命指数L的目标函数J(u)优化的最优维护间隔tM1*的一系列的最优涡轮机控制输入值(u1*(t1)……u1*(tN1))，以及-根据至少一个最优涡轮机控制输入值u1*(t1)而操作所述第一风力涡轮机。2.如权利要求1所述的方法，包含：-通过对在所述第一涡轮机处并且由位于所述第一风力涡轮机的上游的第二风力涡轮机（112）的操作行为引起的所预测到的风湍流进行评价来基于所述第二风力涡轮机的一系列的第二涡轮机控制输入值(u2(t1)……u2(tN2))而预测所述组件的所述组件寿命指数，以及-确定最优第一及第二涡轮机控制输入值u1*(t)、u2*(t)。3.如权利要求1或2所述的方法，包含：-通过对所述第一涡轮机与电连接到所述风力农场的集电栅和所述第一风力涡轮机相同的分支（12）的第二涡轮机（112）之间的电气交互进行评价来基于所述第二风力涡轮机的一系列的第二涡轮机控制输入值(u2(t1)……u2(tN2))而预测所述组件的所述组件寿命指数，以及-确定最优第一及第二涡轮机控制输入值u1*(t)、u2*(t)。4.如权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述第一涡轮机包括另外的退化的涡轮机组件，包含：-确定包括使取决于所述另外的组件的组件寿命指数Lj的目标函数J(u)优化的最优维护间隔tM，j*的最优涡轮机控制输入值u*(t)。5.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，包含：-...

【专利技术属性】
技术研发人员：A蒂姆布斯，C弗兰克，M兹马，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH