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用于命令风电场中的上游风力涡轮机的方法技术

技术编号:40465721 阅读:28 留言:0更新日期:2024-02-22 23:19
本发明专利技术涉及用于命令具有多个空间分布的风力涡轮机(10、20)的风电场(5)中的上游风力涡轮机(10)的方法(100)以及用于控制该风电场(5)中的上游风力涡轮机(10)的方法(200)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本专利技术涉及:用于命令具有多个空间分布的风力涡轮机的风电场中的上游风力涡轮机的方法,尤其是计算机实现的方法;用于控制该风电场中的上游风力涡轮机的方法;包括用于执行这些方法中的任何方法的装置的系统;与该计算机实现的方法相关联的计算机程序;以及与该计算机程序相关联的计算机可读介质。


技术介绍

1、由于风力涡轮机由风中包含的能量产生电,因此与风力涡轮机前方的风相比,风力涡轮机后方的风具有较少的能量含量。换言之,风力涡轮机总是在下游侧上投射背风区(wind shadow)。这导致风力涡轮机后方的尾流,所述尾流是与风力涡轮机前方的风相比具有较低风速的湍流风尾。这些尾流会导致受其影响的风力涡轮机的较低的发电效率。当风流在下游继续行进时,存在尾流的扩散,并且尾流可能会趋向自由流状态恢复。

2、由风力涡轮机彼此影响所引起的风速变化导致的对风电场的能量生产的综合影响通常被称为所谓的尾流效应。重要的是要考虑来自相同风电场内的相邻风力涡轮机的或者由于附近的其他风电场引起的尾流效应。

3、在风电场中,各个风力涡轮机在空间上彼此相距一定距离分布,以减少背风侧上的湍流。此外,风电场也通常在空间上彼此相距一定距离分布。然而,尾流效应仍然会发生。存在两种主要技术,或者换言之,存在两种控制操作,用于减轻尾流对风电场的年能量生产的影响。

4、第一,为了减少风电场中的尾流效应,已知对于给定的风向通过风前方的风力涡轮机执行所谓的尾流转向(wake steering)控制操作。风前方的风力涡轮机也可被称为上游风力涡轮机,而上游风力涡轮机下游的风力涡轮机可被称为下游风力涡轮机。在尾流转向控制操作中,上游风力涡轮机朝向主导风向成角度,或者换言之,强制上游风力涡轮机偏摆错位(yaw misalignment),以便使尾流远离下游风力涡轮机转向。由此,下游风力涡轮机可变得不受或更少受尾流影响,并且可提高其发电效率。

5、第二,已知对上游风力涡轮机执行感应控制操作(有时也称为轴向感应控制操作),以通过削弱尾流效应来减少该尾流效应(而不是像尾流转向控制操作所做的那样,使尾流转向另一个方向)。这样的感应控制操作通过操纵上游风力涡轮机控制动作来执行。例如,感应控制操作可包括对上游风力涡轮机的风力涡轮机叶片的桨距角控制。感应控制操作旨在为了下游风力涡轮机的利益而降低上游风力涡轮机处的能量生产效率。

6、当以孤立方式操作风力涡轮机时,尾流转向控制操作和感应控制操作两者都会导致偏离风力涡轮机的最佳性能的设计控制设置,因为这些设计控制设置并没有考虑风电场中由于尾流效应而导致的不同状况。因此,任何形式的尾流操纵都涉及所操纵的风力涡轮机的性能降低与其他风力涡轮机处的性能提高之间的折衷,以使得风电场的总体年能量生产得以提高。

7、然而,专利技术人发现,风电场的总产量或性能不仅取决于总体年能量生产,而且还取决于其他因素,例如磨损,当使用上面提出的技术来减轻尾流效应时,所述磨损可能会增加。


技术实现思路

1、因此,本专利技术的一个目的在于提供一种能够提高风电场的整体性能的改进方法。

2、该目的通过权利要求的主题来解决。特别地,该目的通过以下各项来解决:根据权利要求1所述的用于命令具有多个空间分布的风力涡轮机的风电场中的上游风力涡轮机的方法;根据权利要求12所述的用于控制具有多个空间分布的风力涡轮机的风电场中的上游风力涡轮机的方法;根据权利要求13所述的系统;根据权利要求14所述的计算机程序;以及根据权利要求15所述的计算机可读介质。本专利技术的其他细节由其他权利要求以及说明书和附图展现。由此,结合本专利技术的用于命令风电场中的上游风力涡轮机的方法描述的特征和细节结合本专利技术的用于控制风电场中的上游风力涡轮机的方法、本专利技术的系统、本专利技术的计算机程序以及本专利技术的计算机可读介质应用,使得关于本专利技术的各个方面的公开,其彼此参考或可彼此参考。

3、根据本专利技术的第一方面,该目的通过一种用于命令具有多个空间分布的风力涡轮机的风电场中的上游风力涡轮机的方法来解决,该方法包括以下步骤:

4、-确定冲击位于下游风力涡轮机上游的所述上游风力涡轮机的风的风向,所述下游风力涡轮机位于所述风电场中的所述上游风力涡轮机下游,使得所述风使尾流冲击所述下游风力涡轮机,

5、-确定针对所确定的风向的尾流转向控制命令,所述尾流转向控制命令能够提高所述风电场的发电效率,能够由所述上游风力涡轮机执行,并且被构造成至少部分地使所述尾流偏离所述下游风力涡轮机,

6、-对于所确定的尾流转向控制命令将由所述上游风力涡轮机执行的情况,确定所述下游风力涡轮机的第一负载水平,

7、-基于针对所确定的尾流转向控制命令未被转发到所述上游风力涡轮机(10)的情况而确定的所述下游风力涡轮机(20)的第二负载水平,以及基于预定容差值,来确定负载水平的阈值,以及

8、-如果所述第一负载水平小于负载水平的预定阈值,则将所确定的尾流转向控制命令转发(或者换言之,发送)到所述上游风力涡轮机,以便利用其来执行。

9、因此,本专利技术提供了一种方法,尤其是计算机实现的方法,其不仅考虑在上游风力涡轮机上执行尾流转向控制命令时风电场的提高的发电效率,而且还包括在该尾流转向控制命令被转发到上游风力涡轮机以便利用其执行之前的进一步限制或制约。

10、本专利技术的一个发现在于,提高的发电效率不是唯一要考虑的变量,而是对于这种情况存在另一个特别相关的技术限制,即下游风力涡轮机所经历的第一负载水平。已经发现下游风力涡轮机的负载水平可能由于尾流转向控制命令而显著增加。已经发现,特别是部分尾流的状况,即其中尾流的中心在风力涡轮机叶片的侧向边缘周围的状况,与没有尾流或完全尾流的状况相比,在对下游风力涡轮机的负载水平方面可能非常有害。因此,为了提高风电场的整体性能,这种部分尾流状况,或者更一般地,在下游风力涡轮机上具有特别高的第一负载水平的状况,通过本专利技术的计算机实现的方法借助于负载水平的预定阈值来避免。

11、在该计算机实现的方法中,借助于负载水平的预定阈值来限定限制下游风力涡轮机中的有害负载水平的制约。仅在第一负载水平小于负载水平的预定阈值的情况下,转发所确定的尾流转向控制命令,以便利用上游风力涡轮机执行。该阈值被预先确定,使得避免了特定大小的第一负载水平。因此,在这种状况下,特别是部分尾流状况下,通过不执行尾流转向控制操作的较低的发电效率被接受为是针对较低负载水平的折衷。从短期来看,这会导致风电场的较少的年能量生产。然而,从长远来看,与无论下游风力涡轮机处的负载水平如何都执行尾流转向控制操作时相比,风电场中的下游风力涡轮机所经历的负载降低会导致较少的因维护而导致的停机时间,以及降低的维护成本,从而最终导致更大的年能量生产。

12、负载水平的预定阈值可被调整,并且因此,根据本专利技术的第一方面的方法对于是否要操作尾流转向控制命令提供了很大的灵活性,以有益于下游风力涡轮机上的较低负载水平。

13、此本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.用于命令具有多个空间分布的风力涡轮机(10、20)的风电场(5)中的上游风力涡轮机(10)的方法(100),所述方法包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的方法(100),其中,当电需求下降到低于第一需求水平时,负载水平的所述阈值降低,和/或当电需求上升到高于第二需求水平时,负载水平的所述阈值增加,其中,所述第二需求水平高于所述第一需求水平。

3.根据权利要求1或2所述的方法(100),其中,当所述第一负载水平大于负载水平的所述预定阈值时,所确定的尾流转向控制命令不被转发。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100),其中,所述方法(100)还包括确定针对检测到的风向的感应控制命令的步骤,所述感应控制命令能够提高所述风电场(5)的发电效率,能够由所述上游风力涡轮机(10)执行,并且被构造成削弱下游涡轮机(20)处的所述尾流(40)。

5.根据权利要求4所述的方法(100),其中,如果所述第一负载水平大于负载水平的所述预定阈值,则所述感应控制命令被转发到所述上游风力涡轮机(10)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100),其中,所述第一负载水平是所述下游风力涡轮机(20)的偏摆系统的疲劳负载水平。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100),其中,负载水平的所述阈值被预先确定,使得没有部分尾流冲击所述下游风力涡轮机(20)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100),其中,

9.根据权利要求8所述的方法(100),其中,所述模拟为预先模拟。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100),其中,对于冲击所述上游风力涡轮机(10)的风(30)的不同风向,重复所述方法(100)的步骤。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100),其中,确定能够提高所述风电场(5)的发电效率的针对检测到的风向的至少两个尾流转向控制命令,确定对于至少两个所确定的尾流转向控制命令中的每一个的所述下游风力涡轮机(20)的第一负载水平,并且在所述至少两个所确定的尾流转向控制命令之中,将具有小于负载水平的所述预定阈值的所确定的第一负载水平以及提高所述风电场(5)的发电效率的最大能力的对上游风力涡轮机的一个所确定的尾流转向控制转发。

12.用于控制具有多个空间分布的风力涡轮机(10、20)的风电场(5)中的上游风力涡轮机(10)的方法(200),所述方法(200)包括根据前述权利要求中任一项所述的方法(100),并且还包括以下步骤:在接收到转发到所述上游风力涡轮机(10)的尾流转向控制命令时,由所述上游风力涡轮机(10)执行所确定的尾流转向控制命令。

13.系统(50),其包括用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法(100、200)的装置。

14.计算机程序(60),其包括指令,当所述计算机程序(60)由计算机(51)执行时,所述指令使得所述计算机(51)执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法(100)。

15.计算机可读介质(52),其包括指令,当由计算机(51)执行时,所述指令使得所述计算机(51)执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法(100)。

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【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.用于命令具有多个空间分布的风力涡轮机(10、20)的风电场(5)中的上游风力涡轮机(10)的方法(100),所述方法包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的方法(100),其中,当电需求下降到低于第一需求水平时,负载水平的所述阈值降低,和/或当电需求上升到高于第二需求水平时,负载水平的所述阈值增加,其中,所述第二需求水平高于所述第一需求水平。

3.根据权利要求1或2所述的方法(100),其中,当所述第一负载水平大于负载水平的所述预定阈值时,所确定的尾流转向控制命令不被转发。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100),其中,所述方法(100)还包括确定针对检测到的风向的感应控制命令的步骤,所述感应控制命令能够提高所述风电场(5)的发电效率,能够由所述上游风力涡轮机(10)执行,并且被构造成削弱下游涡轮机(20)处的所述尾流(40)。

5.根据权利要求4所述的方法(100),其中,如果所述第一负载水平大于负载水平的所述预定阈值,则所述感应控制命令被转发到所述上游风力涡轮机(10)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100),其中,所述第一负载水平是所述下游风力涡轮机(20)的偏摆系统的疲劳负载水平。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100),其中,负载水平的所述阈值被预先确定,使得没有部分尾流冲击所述下游风力涡轮机(20)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100),其中,

9.根据权利要求8所述的方法(100),其中,所述模拟为预先模拟。

【专利技术属性】
技术研发人员:F·帕洛拉拉纳加J·巴斯克萨达C·莫拉尔冈萨雷斯J·J·佩纳马丁内斯C·皮扎罗德拉福恩特J·苏亚雷斯艾兹潘
申请(专利权)人:西门子歌美飒可再生能源创新与技术有限公司
类型:发明
国别省市:

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