用于运行风能设备的方法、风能设备和风电场技术

本发明专利技术涉及一种用于运行风能设备的方法、一种相关的风能设备和一种风电场。所述方法包括以下步骤：确定所述风能设备的环境的环境参数中的至少两个、优选至少三个并且尤其优选所有环境参数，所述环境参数选自：湍流强度、空气密度、空气温度和切变，提供用于运行所述风能设备的边界条件，所述边界条件包含出自负荷边界条件、噪声水平边界条件和功率边界条件中的至少一个，在考虑所述边界条件的情况下，基于特定的环境参数的变化的组合，调整所述风能设备的运行控制，尤其运行点和/或运行特征曲线。尤其运行点和/或运行特征曲线。尤其运行点和/或运行特征曲线。

【技术实现步骤摘要】
用于运行风能设备的方法、风能设备和风电场


[0001]本专利技术涉及一种用于运行风能设备的方法、一种相关的风能设备和一种风电场。

技术介绍

[0002]已知在风能设备中通过驻地特定的参数来执行收益计算。然而，在这种情况下已经证实，后续确定的收益因实际的驻地条件而异。

技术实现思路

[0003]在此背景下，本公开内容的目的是通过运行控制抵挡由于驻地条件造成的可能的功率损失并且根据驻地改进风能设备的个体的运行控制。在具有极端的环境或风力条件的驻地处对运行控制的调整必须同时确保遵循负荷和噪声输出水平，以便即使对于更复杂的驻地也能实现最优的设定。
[0004]以下术语和常用缩写是下述描述的前提。
[0005]AEP：Annual Energy Production；年发电量
[0006]α
min
/最小叶片角：对应于如下叶片角，即转子叶片的设定角，通过所述叶片角，风能设备至少在部分负荷范围中运行。例如可以因负荷、功率和/或噪声要求而提高叶片角。
[0007]运行特征曲线：转子的转速n与所产生的电功率P
el
之间的关系，风能设备在运行中调节到所述关系上。
[0008]运行点：运行特征曲线的离散点和转子叶片的所定义的桨距角，所述桨距角在一定风速中达到。
[0009]C
p
：风能设备的功率系数，其指示风能设备相对于现有的风功率能够获得多少功率。
[0010]C
t
：风能设备的推力系数，其指示风能设备相对于闭合的圆面产生多少推力(垂直离开转子平面的力)。
[0011]λ/TSR：Tip
‑
speed
‑
ratio/叶尖速比。在这种情况是转子叶片在转子叶片尖端处的速度与风速的比值。
[0012]负荷储备：瞬时负荷或驻地负荷条件与设计负荷情况的差。
[0013]功率储备：电功率与可能的电功率的差。
[0014]噪声水平储备：所产生的噪声水平与所允许的噪声水平的差。
[0015]M
x
：枢转方向上的叶片力矩
[0016]M
y
：在挥舞方向上的叶片力矩
[0017]IPC：Individual Pitch Control，独立变桨控制，各个转子叶片的设定角能够彼此无关地——以补充为集体的控制的方式——被控制。
[0018]在本公开的一个方面中，提出一种用于运行风能设备的方法，其中所述方法包括以下步骤：
[0019]‑
确定风能设备的环境的至少两个、优选至少三个并且特别优选所有的环境参数，
所述环境参数选自：湍流强度、空气密度、空气温度、切变和降水，
[0020]‑
提供用于运行风能设备的边界条件，所述边界条件包含负荷边界条件、噪声水平边界条件和功率边界条件中的至少一个，
[0021]‑
在考虑所述边界条件的情况下，基于特定的环境参数的变化的组合来调整风能设备的运行控制，尤其运行点和/或运行特征曲线。
[0022]环境参数能够事先确定，即在投入运行之前或甚至在设立风能设备之前确定。优选地，替选地或者附加地在风能设备的运行期间确定环境参数。为了确定环境参数，优选在风能设备上或在风能设备的周围环境中提供适合的传感器。用于确定环境参数的传感器的类型和设计方案不受限制，只要其适合于确定环境参数即湍流强度、空气密度、空气温度、切变和降水中的一个或多个即可。
[0023]负荷边界条件例如能够是根据设计情况所允许的负荷。噪声水平边界条件例如能够包括所允许的噪声水平。功率边界条件例如能够包括可能的电功率和/或最大的电网侧的功率，其中其他指示功率的其他边界条件如转矩极限等也是可设想的。
[0024]特别优选地，附加地提供基于风速的环境参数。该环境参数例如能够直接是风速、风向，但尤其是与对负荷的观察相关的平均年风速或者风速和/或风向的分布。
[0025]作为运行特征曲线，优选使用在风能设备的领域中常用的转速
‑
功率特征曲线，其对于转子的不同速度n指示待调节的功率(更确切地说：指示功率的值)，如电功率P
el
或待由转子提供的气隙功率或者发电机上的转矩。就本公开而言，其他特征曲线也能够理解为运行特征曲线，因此例如可考虑被称为桨距特征曲线的特征曲线，其指示转子叶片对于一定风速和/或电功率和/或气隙功率的桨距角。也可考虑其他特征曲线作为运行特征曲线。
[0026]根据所述方面，据此通过个体地调整运行特征曲线或运行点(例如桨距设定)来提高最大可能功率能够有助于增加年发电量。尤其地，能够耗尽诸如负荷边界条件和噪声水平边界条件的边界条件，以便通过个体地调整运行特征曲线和桨距设定使用相对于设计运行负荷的储备来优化年发电量。
[0027]优选地，运行点的调整包括以下步骤：
[0028]‑
提供风能设备的当前的运行点，
[0029]‑
基于特定的环境参数中的各一个环境参数的变化和当前的运行点确定风能设备的运行控制的各一次调整，
[0030]‑
在考虑边界条件的情况下基于特定的调整的组合来调整风能设备的运行控制。
[0031]也就是说，根据该实施方案，基于环境参数之一的个体变化来确定运行控制的个体调整。这些调整能够——根据情况——其相互加强地作用或者相互矛盾。于是仅在组合了特定的个体调整之后才进行调整，其中还考虑边界条件。由此，即使存在多个变化的环境参数，也能够最优地调整运行控制。
[0032]例如能够从可行的调整的列表中选择针对特定的环境参数中的各一个环境参数的变化的调整。优选地，通过考虑环境参数的所有变化来从可行的调整的列表中进行选择。换言之，在此能够针对每个环境参数从可行的调整的列表中选择一个或多个调整候选，并且在考虑到所有特定的环境参数的情况下从一个或多个所选择的调整候选中选择最终调整。因此，在这种情况下，对于环境参数的组合而言可以最优地选择适合的措施或调整，而无需不必要地限制于已经针对个体的环境参数所确定的调整。
[0033]优选地，在风能设备的运行期间，环境参数重复地、尤其周期性地并且特别优选连续地确定。
[0034]一个或多个环境参数的确定例如借助于测量进行。替选地或附加地，计算和/或估计环境参数。
[0035]特别优选地，据此于是重复地，尤其周期性地或连续地调整运行控制。
[0036]优选地，如果对负荷边界条件、噪声水平边界条件和功率边界条件的考虑指示至少一个负荷储备，噪声水平储备或功率储备，那么对运行点和/或运行特征曲线的调整包括以下措施中的至少一种：
[0037]‑
调整，尤其降低最小叶片角，并且调整，尤其降低叶尖速比，以便减少运行点距具有最优功率系数的运行点的距离，
[0038]‑
将用于控制转子叶片的桨距角的特征曲线针对运行范围的至少一部分朝向更高的桨距角移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于运行风能设备的方法，其中所述方法包括以下步骤：
‑
确+
‑
定所述风能设备的环境的环境参数中的至少两个、优/*
‑
选至少三个并且特别优选所有环境参数，所述环境参数选自：湍流强度、空气密度、空气温度、切变和降水，
‑
提供用于运行所述风能设备的边界条件，所述边界条件包含出自负荷边界条件、噪声水平边界条件和功率边界条件中的至少一个，
‑
在考虑所述边界条件的情况下，基于特定的环境参数的变化的组合，调整所述风能设备的运行控制，尤其运行点和/或运行特征曲线。2.根据权利要求1所述的方法，其中对所述运行点的调整包括以下步骤：
‑
提供所述风能设备的当前的运行点，
‑
基于所述特定的环境参数中的每个环境参数的变化和当前的运行点，确定所述风能设备的运行控制的每个调整，
‑
在考虑所述边界条件的情况下，基于特定的调整的组合，调整所述风能设备的运行控制。3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述风能设备运行期间，反复地，尤其周期性地和特别优选连续地确定所述环境参数。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中如果考虑所述负荷边界条件，噪声水平边界条件和功率边界条件指示至少一个负荷储备，噪声水平储备或功率储备，那么对所述运行点和/或所述运行特征曲线的调整包括以下措施中的至少一个：
‑
调整，尤其降低最小叶片角，并且调整，尤其降低叶尖速比，以便减少所述运行点距具有最优功率系数的运行点的距离，
‑
针对所述运行范围的至少一部分将用于控制转子叶片的桨距角的称为桨距特征曲线的特征曲线朝向更高的桨距角移置或改变，
‑
提高所述风能设备的转子转速，
‑
增加所述风能设备的额定功率。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中确定所述环境参数包括确定空气密度，其中所述空气密度的降低导致负荷储备和噪声水平储备的提高并从而导致对运行控制的调整，调整，尤其提高转子转速以利用噪声水平储备来补偿叶尖速比的变化，和/或利用所述负荷储备调整所述运行特征曲线和/或桨距特征曲线。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中确定所述切变的环境参数包括确定切变系数，所述切变系数表示在所述风能设备的转子的转子平面上风速在竖直方向上的变化，所述切变系数的降低对应于具有相对低的交变负荷的更均匀的迎流，将所述切变系数与预定的切变阈值进行比较，所述预定的切变阈值对应于具有功率收益的最小值的切变系数，并且
根据所述切变系数的变化和所述切变系数与所述预定的切变阈值的比较来调整所述运行点。7.根据权利要求6所述的方法，其中将功率降低范围定义为所述切变系数的值域，对于所述值域，所述转子盘的下半部中的降低的速度无法通过所述转子盘的上半部中的提高的速度来补偿并从而降低功率，其中所述功率降低范围的下端处的切变系数被定义为设计切变系数，其中根据所述切变系数的变化以及所述切变系数与所述设计切变系数的比较对所述运行点进行调整。8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述切变系数的降低出现在所述设计切变系数以下的范围中的情况下，调整所述运行点，使得用于提高年发电量的附加的负荷和/或迎角储备引起转速的提高和/或更激进的桨距变化曲线，尤其在个体地设定(IPC)转子叶片的情况下。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中在所述切变系数的提高出现在所述设计切变系数以上但在所述功率降低范围内的范围中的情况下，调整所述运行点，使得为了遵循必要的负荷和/或迎角储备进行以下调整中的至少一个：a)个体地设定各个转子叶片以降低负荷，尤其在转子盘的上半部中的负荷，b)在上部的部分负荷范围中较早地变桨以降低负荷，和c)降低转速以遵循负荷极限。10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中在所述切变系数的提高出现在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：安妮卡，
申请(专利权)人：乌本产权有限公司，
类型：发明
国别省市：