存在尾流相互作用的情况下控制风力涡轮机制造技术

描述了一种用于控制风电场（1）中的至少一个所考虑的风力涡轮机（5）的方法，包括：基于风况（7b），特别是风向（7b），确定是否一个其他风力涡轮机（9a、......、9e）处于由所考虑的风力涡轮机引起的尾流区中；如果一个其他风力涡轮机（9b）是所述尾流区（11b）中的最靠近的风力涡轮机并且如果所述其他风力涡轮机（9b）处于可操作状态，则将第一控制设置（15）应用于所考虑的风力涡轮机（5）；如果所述其他风力涡轮机（9b）处于不可操作状态，则将第二控制设置（17）应用于所考虑的风力涡轮机（5），其中，所述第一控制设置基于风电场级别的优化，并且所述第二控制设置基于风力涡轮机级别的优化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】存在尾流相互作用的情况下控制风力涡轮机
本专利技术涉及用于控制包括多个风力涡轮机的风电场中的至少一个所考虑的风力涡轮机的方法和装置，并且还涉及包括该控制装置的风电场。
技术介绍
风电场包括多个风力涡轮机。取决于风向，一些风力涡轮机位于其它风力涡轮机的下游。上游风力涡轮机降低了下游风力涡轮机经受的风速和风能。在上游风力涡轮机下游或之后的风阴区（windshadow）也可称为尾流区。为了减少由风电田中的风力涡轮机尾流引起的生产损失，可以在风力涡轮机上使用优化的叶片桨距、转子速度、功率生产设置点、转子倾斜和/或偏航偏移或其它控制设置。当风力涡轮机的尾流影响到另外的一个或多个其它风力涡轮机时，上游风力涡轮机可以调整其控制设置以减少风电田的尾流引起的负载或优化的总产量。这些优化的设置最通常基于风电田模型，风电田模型假定知道进入风电田的风况和风电田的布局。通常，优化设置基于所有风力涡轮机都在运行时的情况。在用于优化整个风电场的功率输出或负载的常规控制系统中，相应的上游涡轮机被控制，这隐含地假设尾流区中的相应的下游风力涡轮机正在运行，从而正在产生电能。然而，维护或错误可能导致风电田中的一些涡轮机停止。在这种情况下，这些设置不再是优化的，并且可以使用一些调整来改善性能；即，上游涡轮机必须使控制设置适应下游涡轮机停止的情况。通常，为了考虑一个或多个停止的风力涡轮机，可能已经针对具有一个或多个停止的风力涡轮机的每种特定情况应用了专用的基于模型的优化问题，以便找到针对该情况的优化的风力涡轮机控制设置。这种传统应用的解决方案在计算上相当昂贵且复杂。其中，停止和运行的涡轮机的每种组合需要（针对每种风况）求解单独的优化问题。在具有大量涡轮机（N）的大型风电田中，可能存在非常大量的停止和运行的涡轮机的可能组合（理论上，2N个可能组合）。为了适应停止和运行的风力涡轮机的所有可能组合，将需要求解非常大量的优化问题。例如，在具有20个风力涡轮机的风电田的情况下，理论上将需要针对仅一个特定风况（例如，风向和风速的一个组合）求解220=1048576个优化问题。因此，传统应用的方法不适于实现简单、省时的控制方法。因此，可能需要一种控制方法和相应的装置，其在计算上不昂贵并且能够在合理的时间内产生相应的控制设置，由此改善优化的功率生产和/或负载，特别是通过能够以简单方式实现的控制方法，从而确保可靠的性能。
技术实现思路
这种需要可以通过根据独立权利要求的主题来满足。本专利技术的有利实施例由从属权利要求描述。根据本专利技术的实施例，提供了一种用于控制风电场中的至少一个所考虑的风力涡轮机的方法，包括：基于特别是方向的风况来确定是否一个其他风力涡轮机处于由所考虑的风力涡轮机引起的尾流区中；如果一个其他风力涡轮机处于尾流区中并且如果该其他风力涡轮机处于可操作状态，则将第一控制设置应用于所考虑的风力涡轮机；如果该其他风力涡轮机处于不可操作状态，则将第二控制设置应用于所考虑的风力涡轮机，其中，所述第一控制设置基于风电场级别的优化，并且所述第二控制设置基于风力涡轮机级别的优化。特别地，先前已经针对给定的风况确定了第一控制设置，以基于假设所有风力涡轮机都是可操作的模拟模型针对整个风电场优化第一目标函数，其中，特别地，先前已经针对给定的风况确定了第二控制设置，以仅针对所考虑的风力涡轮机优化第二目标函数，特别地，忽略所有其他风力涡轮机。该方法可例如由控制被包括在风电场中的多个风力涡轮机的场控制器执行。替代地，该方法可以（至少）部分地由与风电场的每个其他风力涡轮机相关联的相应风力涡轮机控制器执行。所考虑的风力涡轮机可以是风电场的任何风力涡轮机，并且该方法可以特别地（相继地或并行地）应用于风电场的所有风力涡轮机作为所考虑的风力涡轮机。风况可以例如包括风速和/或风向的定义。风况可通过风速计或任何合适的风传感器以实验方式测量。通常，如果一个其他风力涡轮机位于所考虑的风力涡轮机（在当前风向的方向上）的下游，考虑到所考虑的风力涡轮机的直径（例如转子叶片的直径）并且可选地允许所考虑的风力涡轮机下游的风影响区域的扩展，则该其他风力涡轮机处于由所考虑的风力涡轮机引起的尾流区域中。此外，可能需要该其他风力涡轮机位于与所考虑的风力涡轮机相距特定阈值距离内，以便被认为位于尾流区内，并且可能需要该其他风力涡轮机是最靠近所考虑的风力涡轮机的那个风力涡轮机（例如，如果多于一个风力涡轮机位于所考虑的风力涡轮机下游的区域中）。如果该其他风力涡轮机处于尾流区中并且同时该其他风力涡轮机处于可操作状态，则将第一设置应用于所考虑的风力涡轮机。该其他风力涡轮机不一定必须产生电能或电功率，而是处于不存在任何错误或故障的状况下，使得该其他风力涡轮机具有完整的用于产生电能的所有所需部件。然而，当地的风况可能使得该其他风力涡轮机至少没有正在产生电能，使得转子可能正在以不足以输出电能的非常低的速度旋转。在其它情况下，该其他风力涡轮机可处于正常操作条件，从而例如产生电能，特别是标称功率输出。如果该其他风力涡轮机处于不可操作状态，例如由于错误或者一个或多个故障部件而不能产生电能，则将第二控制设置应用于所考虑的风力涡轮机。第一控制设置可以基于整个风电场的模拟，因此考虑了风电场的所有风力涡轮机以优化第一目标函数。第一目标函数以及第二目标函数可以特别地包括有功功率输出和/或负载。第一和第二控制设置可以包括一个或多个控制参数的定义，例如设置点。第一控制设置不同于第二控制设置。第一控制设置和第二控制设置可以包括相同控制参数的设置点，但是设置点的值可以至少对于一个控制参数是不同的。第一控制设置和/或第二控制设置可以先前已经被确定或者可以在执行该方法期间被在线确定。第二控制设置可以是针对给定的风况仅考虑所考虑的风力涡轮机而已经被确定的，但是特别地忽略风电场的所有其他风力涡轮机。因此，该第二控制设置可以基本上对应于仅仅所考虑的风力涡轮机的操作参数的优化值或设置点，特别是针对功率输出和/或负载优化的，其对于每个风力涡轮机是已知的。第一控制设置和/或第二控制设置两者都可以是先前已经被确定的（针对不同的风况）。因此，在执行该方法期间，取决于当前的风况，可以例如从电子数据结构（例如查找表）查找相应的控制设置。由此，该方法可以以快速和可靠的方式执行。根据本专利技术的实施例，如果该其他风力涡轮机正在产生电功率或者假如风况合适的话至少能够产生电功率，则该其他风力涡轮机处于可操作状态，其中，如果该其他风力涡轮机停止，特别是由于错误或由于维护而停止，则该其他风力涡轮机处于不可操作状态。例如，如果产生电能所需的风力涡轮机的所有部件都起作用，则该其他风力涡轮机处于可操作状态。例如，如果产生能量所需的该其他风力涡轮机的一个或多个部件有故障或不可操作，则该其他风力涡轮机不可操作。特别地，该其他风力涡轮机可能已经被有意地停止，使得该其他风力涡轮机不产生电能，并且特别地，转子保持静止。该其他风力涡轮机甚至可以被锁定。在这种情况下，该其他风力涡轮机可能在产生能量所需的至少一个部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于控制风电场（1）中的至少一个所考虑的风力涡轮机（5）的方法，包括：/n基于风况（7b），特别是风向（7b），确定是否一个其他风力涡轮机（9a、......、9e）处于由所考虑的风力涡轮机（5）引起的尾流区中；/n如果所述其他风力涡轮机（9b）是所述尾流区（11b）中的最靠近的风力涡轮机并且如果所述其他风力涡轮机（9b）处于可操作状态，则将第一控制设置（15）应用于所考虑的风力涡轮机（5）；/n如果所述其他风力涡轮机（9b）是最靠近的风力涡轮机并且所述其他风力涡轮机（9b）处于不可操作状态，则将第二控制设置（17）应用于所考虑的风力涡轮机（5），/n其中，所述第一控制设置基于风电场级别的优化，并且所述第二控制设置基于风力涡轮机级别的优化。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180608 EP 18176703.91.用于控制风电场（1）中的至少一个所考虑的风力涡轮机（5）的方法，包括：
基于风况（7b），特别是风向（7b），确定是否一个其他风力涡轮机（9a、......、9e）处于由所考虑的风力涡轮机（5）引起的尾流区中；
如果所述其他风力涡轮机（9b）是所述尾流区（11b）中的最靠近的风力涡轮机并且如果所述其他风力涡轮机（9b）处于可操作状态，则将第一控制设置（15）应用于所考虑的风力涡轮机（5）；
如果所述其他风力涡轮机（9b）是最靠近的风力涡轮机并且所述其他风力涡轮机（9b）处于不可操作状态，则将第二控制设置（17）应用于所考虑的风力涡轮机（5），
其中，所述第一控制设置基于风电场级别的优化，并且所述第二控制设置基于风力涡轮机级别的优化。


2.根据前一权利要求所述的方法，
其中，所述第一控制设置先前已经针对给定风况被确定，以基于假设所有风力涡轮机都是可操作的模拟模型针对整个风电场优化第一目标函数，
其中，所述第二控制设置先前已经针对给定风况被确定，以仅针对所考虑的风力涡轮机（5）优化第二目标函数，特别是忽略所有其他风力涡轮机
和/或
其中，如果所述其他风力涡轮机（9b）正在产生电功率或者假如风况合适的话至少能够产生电功率，则所述其他风力涡轮机（9b）处于所述可操作状态，和/或
其中，如果所述其他风力涡轮机（9b）停止，特别是由于错误或由于维护而停止，则所述其他风力涡轮机（9b）处于所述不可操作状态。


3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，确定是否所述其他风力涡轮机（9b）处于所述尾流区（11b）中包括：
利用若干其它风力涡轮机（9a、......、9e）与所考虑的风力涡轮机（5）的先前确定的风向特定关联性（21），该关联性根据所述风向（7b）指定所述若干其它风力涡轮机（9a、......、9e）中的一个风力涡轮机（9b）处于所考虑的风力涡轮机（5）的尾流区（11b）中。


4.根据前一权利要求所述的方法，其中
所述关联性（21）为所述若干其它风力涡轮机（9a、......、9e）中的每一个定义了风向角度扇区（23a、......、23e），对于所述风向角度扇区（23a、......、23e），相应的其它风力涡轮机被认为处于所述尾流区中，
其中，特别地，所述其它风力涡轮机被认为处于所述尾流区（11b）中，如果所述其它风力涡轮机（9b）根据所述风向（7b）位于所考虑的风力涡轮机（5）下游的一区域中，该区域具有所考虑的风力涡轮机（5）的叶片的直径（d）的宽度，该宽度（w）在所考虑的风力涡轮机（5）下游在两侧上扩展2°和6°之间的角度（α），
特别地，并且如果所考虑的风力涡轮机和所述其它风力涡轮机之间的距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·M·O·格布拉德，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK