包括风力涡轮机和空中风能系统的风电场技术方案

一种风电场，该风电场具有风力涡轮机和空中风能系统，其中，针对空中风能系统中的至少一个空中风能系统限定第一区域和第二区域，使得该空中风能系统的一部分与风力涡轮机中的一个风力涡轮机的一部分之间的碰撞风险在该空中风能系统的空中单元处于第二区域时比处于第一区域时更高，并且根据空中单元相对于所限定的区域的位置，将不同控制参数应用至对风力涡轮机和空中风能系统中的至少一者的控制。力涡轮机和空中风能系统中的至少一者的控制。力涡轮机和空中风能系统中的至少一者的控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括风力涡轮机和空中风能系统的风电场


[0001]本专利技术涉及一种运行风电场(wind park)的方法，该风电场包括至少一个风力涡轮机和至少一个空中风能系统(airborne wind energy system)。
[0002]该风力涡轮机包括塔、安装在塔上的至少一个机舱以及联接至各个机舱的转子。该转子可绕旋转轴线旋转，以产生用于电网的电能。该空中风能系统包括空中单元、基部以及将空中单元连接至基部的线缆。

技术介绍

[0003]现代风力涡轮机用于产生用于电网的电能。为此，联接至转子的一组风力涡轮机叶片被引导向迎面而来的风，并且通过风力涡轮机叶片提取风的能量，使风力涡轮机叶片旋转并由此将风的能量转换成机械能。将转子连接至发电机，并在其中将旋转转子的机械能转换成电能。将电能经由合适的组件供应给电网。转子到发电机的连接可以是直接连接，即，转子以发电机的转子部分的速度旋转，或者经由齿轮装置使其间的速度发生改变。
[0004]风力涡轮机的电力生产取决于风力涡轮机场所的风力条件，包括风速。在风速低于指定最小风速(有时称为切入风速)时，风力涡轮机不产生电能。在切入风速与标称风速之间的风速下，风力涡轮机生产的电力随着风速的增加而逐渐增加，直到在标称风速达到标称电力生产为止。在风速高于标称风速时，风力涡轮机的电力生产被限制到标称电力生产。然而，在风速高于最大风速(有时称为切出风速)时，为了防止损坏风力涡轮机，使风力涡轮机停止运行或者以降低的电力生产来运行。
[0005]包括上述控制步骤的电力生产是通过一组控制参数来进行控制的，该组控制参数包括控制机舱旋转相对于塔的偏航角和叶片的俯仰角(pitch angle)的参数。
[0006]能够在比传统风力涡轮机更高的海拔处捕获风能的各种空中风能系统是众所周知的。这些系统的共同点是，系统的空中单元可以被发射到收集风能的高海拨。将收集到的能量以机械能形式或者以电能形式从空中单元传递至基站。在传递的能量为机械能形式的情况下，通常将在基站处设置发电机，以便将机械能转换成电能。在传递的能量为电能形式的情况下，空中风能系统包括由空中单元承载的空中发电机，即，该系统的被发射到高海拨的所述部分包括发电机。空中单元可以包括风筝或滑翔机。
[0007]Cherubini等人在“Airborne Wind Energy Systems:A review of the technologies(空中风系统：技术回顾)”，Renewable and Sustainable Energy Reviews,51(2015)1461-1476中描述了许多空中风能系统。
[0008]US 2007/0126241公开了一种包括从动部件和控制装置的用于空中发电系统的风动装置。该从动部件被构造和成形为在运行的顺风阶段期间提供来自提升和拖曳的最大力，并且在逆风阶段期间提供最小的力。从动部件具有带前缘和后缘的帆部分。控制装置在顺风运行的高力配置与逆风运行的低力配置之间改变从动部件，调整从动部件的俯仰角和方位角，并且控制后倾角(camber)。在一个实施方式中，从动部件附接至可旋转地安装在塔顶的机舱上的轴。
[0009]空中单元的电力生产和位置通过尤其是控制从动部件的上述俯仰角和方位角的控制参数集、基站与空中单元之间的线缆长度以及其它参数来进行控制。
[0010]在传统的风电场中，单个风力涡轮机在地面上具有固定位置，并且不存在碰撞的问题。在空中风能系统的风电场中，可能存在缠结的风险，但是不存在损坏风力涡轮机的昂贵转子组件的问题。
[0011]有益地，可以将空中风能系统放置在风力涡轮机上并且从风力涡轮机运行，或者可以将空中风能系统放置在风力涡轮机附近的地面上。在组合风力涡轮机和空中风能系统的风电场中，例如，如果由风力涡轮机或者空中风能系统所造成的湍流风力条件降低了该风力涡轮机和空中风能系统中的另一者或者该两者的效率，则存在非最佳运行条件的风险。此外，空中风能系统与风力涡轮机之间存在碰撞的风险。因此，需要改进控制。

技术实现思路

[0012]本公开的实施方式的目的是提高包括至少一个风力涡轮机以及至少一个空中风能系统的电场的安全性并且降低碰撞的风险。另一个目的是允许增加能量生产并避免能量生产的不必要中止。
[0013]根据第一方面，本公开提供了一种运行风电场的方法，该风电场包括至少一个风力涡轮机以及至少一个空中风能系统。
[0014]所述方法涉及一种风电场，其中，该风力涡轮机包括：塔、以及被安装在塔上的至少一个机舱和转子，该转子被联接至机舱并且可绕旋转轴线旋转以产生用于电网的电能。
[0015]所述方法涉及的空中风能系统包括：空中单元、基部以及将空中单元连接至基部的线缆。
[0016]所述方法包括以下步骤：
[0017]-针对空中风能系统中的至少一个空中风能系统限定第一区域和第二区域，使得空中风能系统中的一个空中风能系统的一部分与风力涡轮机中的一个风力涡轮机的一部分之间的碰撞风险在该空中风能系统的空中单元处于第二区域时比处于第一区域时更高。
[0018]借助于示例，可以限定第一区域与第二区域，使得空中风能系统与风力涡轮机之间的碰撞在第二区域中可能发生，但是在第一区域中不可能发生。第一区域和第二区域例如可以至少部分地基于风力涡轮机的位置和基部的位置被限定。
[0019]所述方法还包括以下步骤：
[0020]-确定空中单元的位置；以及
[0021]-如果空中单元的位置处于第一区域，则将第一控制参数集应用至对风力涡轮机和空中风能系统中的至少一者的控制，而如果空中单元的位置处于第二区域，则将第二控制参数集应用至对风力涡轮机和空中风能系统中的至少一者的控制。
[0022]根据该方法，第一区域和第二区域指示碰撞风险的不同程度。所述区域可以基于静态信息，例如，与应用所述区域的空中风能系统附近的风力涡轮机的位置以及空中风能系统本身的基部的位置有关的信息。这样的信息可以用于限定第一区域和第二区域。因此，所述区域指示碰撞风险的程度和/或非最佳运行条件的风险程度。空中单元相对于所限定的区域的位置确定了要应用哪个控制参数集。因此，所述控制取决于空中单元相对于第一区域和第二区域的位置，并由此取决于碰撞或非最佳运行条件的风险，因此所述方法改善
了具有风力涡轮机和空中风能系统的组合的风电场的运行条件。
[0023]所述方法还可以包括以下步骤：限定比在第二区域中更可能发生风力涡轮机与空中风能系统之间的碰撞的第三区域，并且如果空中单元处于第三区域内，则将第三控制参数集应用至风力涡轮机和空中风能系统中的至少一者。
[0024]第一区域、第二区域以及第三区域可以被认为是绿色区域、黄色区域以及红色区域，其中，警惕性在黄色区域中较高，而在红色区域中更高。
[0025]风力涡轮机可以是任何类型的风力涡轮机。可以是传统风力涡轮机，例如，水平轴风力涡轮机(具有为被安装在塔顶的机舱形式的能量产生单元)、垂直轴风力涡轮机，或者本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种运行风电场的方法，所述风电场包括至少一个风力涡轮机(1)和至少一个空中风能系统(2)，所述风力涡轮机(1)包括塔(3)、被安装在所述塔(3)上的至少一个机舱(4)以及转子(5)，所述转子联接至所述机舱(4)并且能够绕旋转轴线旋转以产生用于电网的电能，所述空中风能系统(2)包括空中单元(6)、基部(7)以及将所述空中单元连接至所述基部(7)的线缆(8)，所述方法包括以下步骤：-针对所述空中风能系统中的至少一个空中风能系统限定第一区域和第二区域，使得该空中风能系统的一部分与所述风力涡轮机中的一个风力涡轮机的一部分之间的碰撞风险在所述空中风能系统的所述空中单元处于所述第二区域时比处于所述第一区域时更高；-确定所述空中单元的位置，以及-如果所述空中单元的位置处于所述第一区域，则将第一控制参数集应用至对所述风力涡轮机和所述空中风能系统中的至少一者的控制，而如果所述空中单元的位置处于所述第二区域，则将第二控制参数集应用至对所述风力涡轮机和所述空中风能系统中的至少一者的控制。2.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：限定比在所述第二区域中更可能发生所述风力涡轮机与所述空中风能系统之间的碰撞的第三区域，并且如果所述空中单元处于所述第二区域内，则将第三控制参数集应用至对所述风力涡轮机和所述空中风能系统中的至少一者的控制。3.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括以下步骤：基于所述风电场的至少一个风力涡轮机或空中风能系统的运行条件，重新限定所述第一区域、所述第二区域以及所述第三区域中的至少一者。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：基于所述风电场的至少一个风力涡轮机或空中风能系统的控制参数，重新限定所述第一区域、所述第二区域以及所述第三区域中的至少一者。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，重新限定所述区域的步骤是在产生电能的同时执行的。6.根据权利要求3至5所述的方法，其中，重新限定所述区域的步骤被连续地执行。7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：将所述第一区域、所述第二区域以及所述第三区域中的至少一者限定为不能够被重新限定的静态区域。8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述风电场包括计算机系统，所述计算机系统被配置成限定所述控制参数并且控制所述风力涡轮机和/或所述空中风能系统，其中，所述第一区域和所述第二区域在所述计算机系统中被限定，并且其中，所述计算机系统被配置成基于所述空中单元的位置来选择并执行所述第一控制参数集或所述第二控制参数集。9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述第一控制参数集、所述第二控制参数集以及所述第三控制参数集中的至少一者包括以下中的至少一者：所述旋转轴线的取向、所述线缆的长度、线缆收放速度、所述转子的速度、所述叶片的位置以及所述空中单元的位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：