專利名稱：寒冷天氣環(huán)境中降低風(fēng)力渦輪機(jī)載荷的系統(tǒng)、裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的主題大體涉及運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)，并且更具體而言，涉及在寒冷天氣環(huán)境中減小風(fēng)力渦輪機(jī)上的結(jié)構(gòu)載荷。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)站點(diǎn)包括一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)，該一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)利用風(fēng)能來產(chǎn)生或生產(chǎn)電功率。已知的風(fēng)力渦輪機(jī)包括控制系統(tǒng)，以用于以安全和高效的方式來運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)。諸如運(yùn)行閾值的控制參數(shù)用來限定風(fēng)力渦輪機(jī)的行為。例如，如果當(dāng)前風(fēng)速超過最大風(fēng)速閾值，則風(fēng)力渦輪機(jī)的控制器可停用風(fēng)力渦輪機(jī)。停用風(fēng)力渦輪機(jī)消除了來自風(fēng)力渦輪機(jī)的所有功率生產(chǎn)量，直到風(fēng)力渦輪機(jī)重新啟用為止。風(fēng)場的高效運(yùn)行需要最大程度地提高風(fēng)力渦輪機(jī)在安全條件下運(yùn)行的時(shí)間量， 同時(shí)避免在可能有害的條件(例如極端風(fēng)速)下運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)，可能有害的條件可引起危險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)載荷。但是，由于影響結(jié)構(gòu)載荷的因素(例如環(huán)境空氣密度)在溫暖的運(yùn)行環(huán)境和寒冷的運(yùn)行環(huán)境之間的變化的原因，可能難以限定適于所有運(yùn)行條件的單個(gè)運(yùn)行閾值。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括氣象傳感器和風(fēng)力渦輪機(jī)控制器。氣象傳感器配置成以便傳遞指示氣象條件的氣象條件信號(hào)。風(fēng)力渦輪機(jī)控制器配置成以便確定計(jì)算運(yùn)行閾值，其至少部分地基于連續(xù)函數(shù)和氣象條件。風(fēng)力渦輪機(jī)控制器還配置成以便至少部分地基于計(jì)算運(yùn)行閾值來控制風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行。在另一方面，提供了一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行的裝置。該裝置包括配置成以便存儲(chǔ)表示氣象條件的至少一個(gè)氣象參數(shù)的存儲(chǔ)器區(qū)域。該裝置還包括處理器，該處理器聯(lián)接到存儲(chǔ)器區(qū)域上，并且編程成以便至少部分地通過對氣象參數(shù)應(yīng)用連續(xù)函數(shù)來計(jì)算運(yùn)行閾值。該裝置進(jìn)一步包括風(fēng)力渦輪機(jī)控制接口，該風(fēng)力渦輪機(jī)控制接口配置成以便至少部分地基于計(jì)算運(yùn)行閾值來控制風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行。在又一方面，提供了一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的方法。該方法包括從第一傳感器接收指示氣象條件的氣象條件信號(hào)。處理器至少部分地通過對氣象條件應(yīng)用連續(xù)函數(shù)來計(jì)算運(yùn)行閾值?；诮邮兆缘诙鞲衅鞯娘L(fēng)力渦輪機(jī)條件信號(hào)所指示的風(fēng)力渦輪機(jī)條件來產(chǎn)生運(yùn)行參數(shù)。風(fēng)力渦輪機(jī)條件表示風(fēng)力渦輪機(jī)上的結(jié)構(gòu)載荷。當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超過計(jì)算運(yùn)行閾值時(shí)，調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行。


圖1是示例性風(fēng)力渦輪機(jī)的透視圖。圖2是顯示了示例性風(fēng)力渦輪機(jī)控制器的簡圖。圖3是描繪了用于基于環(huán)境空氣溫度來確定最大運(yùn)行風(fēng)速的示例性連續(xù)函數(shù)的曲線圖。
圖4是顯示了用于運(yùn)行圖1所示的一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的示例性系統(tǒng)的簡圖。圖5是用于控制圖1所示的風(fēng)力渦輪機(jī)的示例性方法的流程圖。部件列表 100風(fēng)力渦輪機(jī) 102機(jī)艙
104塔架
106轉(zhuǎn)子
108轉(zhuǎn)子葉片
110旋轉(zhuǎn)輪轂
120風(fēng)力渦輪機(jī)控制裝置
125傳感器
205風(fēng)力渦輪機(jī)控制器 210存儲(chǔ)器區(qū)域 215處理器
220風(fēng)力渦輪機(jī)控制接口
225傳感器接口
230通訊接口
300曲線圖
305第一線條
310第二線條
400系統(tǒng)
405風(fēng)力渦輪機(jī)站點(diǎn) 410站點(diǎn)控制器 415通訊接口
420第一風(fēng)力渦輪機(jī)控制器 425第一風(fēng)力渦輪機(jī) 430第二風(fēng)力渦輪機(jī)控制器 435第二風(fēng)力渦輪機(jī) 440存儲(chǔ)器區(qū)域 445處理器 450傳感器接口 500方法
505接收第一氣象條件信號(hào)
510使用第一連續(xù)函數(shù)來計(jì)算第一運(yùn)行閾值
515使用第二連續(xù)函數(shù)來計(jì)算第二運(yùn)行閾值
520基于表示結(jié)構(gòu)載荷的風(fēng)力渦輪機(jī)條件來產(chǎn)生運(yùn)行參數(shù)
525調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行。
具體實(shí)施方式
本文描述的實(shí)施例有利于使用隨氣象條件(例如空氣溫度、空氣壓力和/或空氣密度)不斷變化的運(yùn)行閾值來運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)(例如在風(fēng)力渦輪機(jī)站點(diǎn)中)。 運(yùn)行閾值可包括但不限于運(yùn)行風(fēng)速閾值(也已知為最大運(yùn)行風(fēng)速)。在一個(gè)實(shí)施例中，通過對環(huán)境空氣溫度和/或環(huán)境空氣密度應(yīng)用連續(xù)函數(shù)來計(jì)算最大運(yùn)行風(fēng)速。在當(dāng)前風(fēng)速超過計(jì)算最大運(yùn)行風(fēng)速時(shí)，停用風(fēng)力渦輪機(jī)。這種實(shí)施例有利于最大程度地提高風(fēng)力渦輪機(jī)的功率生產(chǎn)，同時(shí)避免使風(fēng)力渦輪機(jī)暴露于可能有害的結(jié)構(gòu)載荷。如本文所述，可基于一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)來控制風(fēng)力渦輪機(jī)。運(yùn)行參數(shù)指示和/ 或表示風(fēng)力渦輪機(jī)的條件。風(fēng)力渦輪機(jī)條件包括但不限于運(yùn)行條件(例如轉(zhuǎn)子速度和/或功率輸出)和氣象條件。氣象條件可包括，例如，環(huán)境空氣溫度、環(huán)境空氣密度、濕度水平、 空氣壓力、風(fēng)速和/或風(fēng)向。一些風(fēng)力渦輪機(jī)條件可直接或間接地指示和/或表示風(fēng)力渦輪機(jī)上的結(jié)構(gòu)載荷。例如，結(jié)構(gòu)載荷可間接地由風(fēng)速、轉(zhuǎn)子速度和/或功率輸出表示，但是構(gòu)想了使用任何風(fēng)力渦輪機(jī)條件來表示環(huán)境因素和/或結(jié)構(gòu)載荷。風(fēng)力渦輪機(jī)條件可編碼在電子信號(hào)中，或者可以以別的方式由電子信號(hào)傳送。在一些實(shí)施例中，傳感器傳遞傳達(dá)風(fēng)力渦輪機(jī)條件的信號(hào)。接收來自傳感器的信號(hào)的裝置可配置成以便從該信號(hào)中獲得或提取風(fēng)力渦輪機(jī)條件。在一些實(shí)施例中，諸如運(yùn)行閾值的控制參數(shù)用來控制風(fēng)力渦輪機(jī)。運(yùn)行閾值可包括但不限于最大運(yùn)行風(fēng)速或最大轉(zhuǎn)子速度。例如，如果限定了最大運(yùn)行風(fēng)速，則可不斷地或定期地監(jiān)測當(dāng)前風(fēng)速。如果當(dāng)前風(fēng)速超過最大運(yùn)行風(fēng)速，則停用風(fēng)力渦輪機(jī)，以防止或限制對風(fēng)力渦輪機(jī)的損害。本文描述的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的示例性技術(shù)效果包括下者中的至少一個(gè)(a)從第一傳感器接收指示氣象條件的氣象條件信號(hào)；(b)處理器至少部分地通過對氣象條件應(yīng)用連續(xù)函數(shù)來計(jì)算運(yùn)行閾值；(c)基于接收自第二傳感器的風(fēng)力渦輪機(jī)條件信號(hào)所指示的且表示風(fēng)力渦輪機(jī)上的結(jié)構(gòu)載荷的風(fēng)力渦輪機(jī)條件來產(chǎn)生運(yùn)行參數(shù)；以及，(d)當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超過計(jì)算運(yùn)行閾值時(shí)，調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行。圖1是示例性風(fēng)力渦輪機(jī)100的透視圖。風(fēng)力渦輪機(jī)100包括機(jī)艙102，機(jī)艙102 容納發(fā)電機(jī)(在圖1中未顯示)。機(jī)艙102安裝在塔架104(在圖1中顯示了塔架104的僅一部分)上。塔架104可具有有利于如本文所述來運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)100的任何適當(dāng)?shù)母叨?。在該示例性?shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)100還包括轉(zhuǎn)子106，轉(zhuǎn)子106包括聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)輪轂 110上的三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片108。備選地，風(fēng)力渦輪機(jī)100可包括使得能夠如本文所述來運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)100的任何數(shù)量的轉(zhuǎn)子葉片108。在該示例性實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)100包括齒輪箱(未顯示)，齒輪箱可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子106和發(fā)電機(jī)上。風(fēng)力渦輪機(jī)100可包括一個(gè)或多個(gè)控制裝置120和/或傳感器125 (在圖2中顯示)。圖2是顯示了用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)100(在圖1中顯示)的運(yùn)行的示例性風(fēng)力渦輪機(jī)控制器205的簡圖。風(fēng)力渦輪機(jī)控制器205定位在風(fēng)力渦輪機(jī)100內(nèi)。例如，風(fēng)力渦輪機(jī)控制器205可定位在機(jī)艙102上或內(nèi)，或者定位在塔架104上或內(nèi)。風(fēng)力渦輪機(jī)控制器205包括存儲(chǔ)器區(qū)域210，存儲(chǔ)器區(qū)域210配置成以便存儲(chǔ)可執(zhí)行指令和/或表示和/或指示氣象條件的一個(gè)或多個(gè)氣象參數(shù)。氣象參數(shù)可表示和/或指示(并不限于)環(huán)境空氣溫度、環(huán)境空氣密度、濕度水平、空氣壓力、風(fēng)速和/或風(fēng)向。存儲(chǔ)器區(qū)域210可進(jìn)一步配置成以便存儲(chǔ)基于一個(gè)或多個(gè)氣象條件來限定運(yùn)行閾值的、可選地成一個(gè)或多個(gè)可執(zhí)行指令的形式的連續(xù)函數(shù)。風(fēng)力渦輪機(jī)控制器205還包括處理器215，處理器215聯(lián)接到存儲(chǔ)器區(qū)域210上， 并且編程成以便至少部分地通過對該一個(gè)或多個(gè)氣象參數(shù)應(yīng)用連續(xù)函數(shù)來計(jì)算運(yùn)行閾值。 例如，處理器215可編程成以便計(jì)算運(yùn)行風(fēng)速閾值，運(yùn)行風(fēng)速閾值也可稱為最大運(yùn)行風(fēng)速。 在一個(gè)實(shí)施例中，處理器215編程成以便至少部分地通過對指示環(huán)境空氣溫度和/或環(huán)境空氣密度的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)應(yīng)用連續(xù)函數(shù)來計(jì)算運(yùn)行風(fēng)速閾值。在一個(gè)備選實(shí)施例中，代替對運(yùn)行風(fēng)速閾值進(jìn)行計(jì)算，風(fēng)力渦輪機(jī)控制器205配置成以便接收來自遠(yuǎn)程裝置的計(jì)算運(yùn)行風(fēng)速閾值(如下面參照圖4所述)。圖3是描繪了用于基于環(huán)境空氣溫度Γ來確定最大運(yùn)行風(fēng)速Kmax的示例性連續(xù)函數(shù)的曲線圖300。曲線圖300包括根據(jù)等式1而與Γ相關(guān)地描繪&ax的第一線條305。等式1是用于基于r (單位為攝氏度，° C)來確定rmax(單位為米每秒，m/s)的示例性連續(xù)函數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的運(yùn)行的系統(tǒng)000)，所述系統(tǒng)包括 氣象傳感器(125)，配置成以便傳遞指示氣象條件的氣象條件信號(hào)；以及， 風(fēng)力渦輪機(jī)控制器005)，配置成以便至少部分地基于連續(xù)函數(shù)和所述氣象條件來確定計(jì)算運(yùn)行閾值；以及， 至少部分地基于所述計(jì)算運(yùn)行閾值來控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)G00)，其特征在于，所述氣象傳感器(12 是第一傳感器，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括第二傳感器，配置成以便傳遞指示表示所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)上的結(jié)構(gòu)載荷的風(fēng)力渦輪機(jī)條件的風(fēng)力渦輪機(jī)條件信號(hào)，其中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)控制器(20 進(jìn)一步配置成以便至少部分地基于所述計(jì)算運(yùn)行閾值和所述風(fēng)力渦輪機(jī)條件來控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)000)，其特征在于，所述第二傳感器配置成以便傳遞指示風(fēng)速的風(fēng)速信號(hào)，并且所述風(fēng)力渦輪機(jī)控制器(20 進(jìn)一步配置成以便至少部分地基于連續(xù)函數(shù)和所述氣象條件信號(hào)所指示的氣象條件來確定運(yùn)行風(fēng)速閾值；以及，當(dāng)所述風(fēng)速大于所述運(yùn)行風(fēng)速閾值時(shí)，停用所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)G00)，其特征在于，所述氣象傳感器(125)配置成以便傳遞指示環(huán)境空氣溫度的空氣溫度信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)G00)，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)控制器(205)進(jìn)一步配置成以便至少部分地通過對所述氣象條件應(yīng)用連續(xù)函數(shù)來計(jì)算所述運(yùn)行閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)G00)，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)控制器(205)是進(jìn)一步配置成以便基于所述氣象條件信號(hào)來產(chǎn)生氣象參數(shù)的第一風(fēng)力渦輪機(jī)控制器，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括站點(diǎn)控制器G10)，聯(lián)接成與所述第一風(fēng)力渦輪機(jī)控制器(420)和第二風(fēng)力渦輪機(jī)控制器(430)通訊，所述站點(diǎn)控制器配置成以便接收來自所述第一風(fēng)力渦輪機(jī)控制器的氣象參數(shù)； 至少部分地通過對所述氣象參數(shù)應(yīng)用連續(xù)函數(shù)來計(jì)算運(yùn)行閾值；以及， 將計(jì)算運(yùn)行閾值傳遞給所述第一風(fēng)力渦輪機(jī)控制器和所述第二風(fēng)力渦輪機(jī)控制器， 其中，所述第一風(fēng)力渦輪機(jī)控制器和所述第二風(fēng)力渦輪機(jī)控制器配置成以便至少部分地基于傳遞的計(jì)算運(yùn)行閾值來控制對應(yīng)的風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)000)，其特征在于，所述氣象參數(shù)是第一氣象參數(shù)，并且所述站點(diǎn)控制器(410)進(jìn)一步配置成以便接收來自所述第二風(fēng)力渦輪機(jī)控制器G30)的第二氣象參數(shù)；以及， 通過進(jìn)一步對所述第二氣象參數(shù)應(yīng)用所述連續(xù)函數(shù)來計(jì)算所述運(yùn)行閾值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)G00)，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)控制器(205)是第一風(fēng)力渦輪機(jī)控制器G20)，所述第一風(fēng)力渦輪機(jī)控制器(420)聯(lián)接到所述氣象傳感器 (125)上，并且進(jìn)一步配置成以便基于所述氣象條件信號(hào)所指示的氣象條件來傳遞第一氣象參數(shù)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括站點(diǎn)控制器G10)，聯(lián)接成與所述第一風(fēng)力渦輪機(jī)控制器和第二風(fēng)力渦輪機(jī)控制器(430)通訊，所述站點(diǎn)控制器配置成以便接收來自所述第一風(fēng)力渦輪機(jī)控制器的所述第一氣象參數(shù)和來自所述第二風(fēng)力渦輪機(jī)控制器的第二氣象參數(shù)；基于所述第一氣象參數(shù)和所述第二氣象參數(shù)來產(chǎn)生計(jì)算氣象參數(shù)；以及，將所述計(jì)算氣象參數(shù)傳遞給所述第一風(fēng)力渦輪機(jī)控制器和所述第二風(fēng)力渦輪機(jī)控制器，其中，所述第一風(fēng)力渦輪機(jī)控制器和所述第二風(fēng)力渦輪機(jī)控制器配置成以便通過對所述計(jì)算氣象參數(shù)應(yīng)用連續(xù)函數(shù)來計(jì)算運(yùn)行閾值。
9.一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的運(yùn)行的裝置(120)，所述裝置包括 存儲(chǔ)器區(qū)域010)，配置成以便存儲(chǔ)表示氣象條件的至少一個(gè)氣象參數(shù)；處理器015)，聯(lián)接到所述存儲(chǔ)器區(qū)域上，并且編程成以便至少部分地通過對所述氣象參數(shù)應(yīng)用連續(xù)函數(shù)來計(jì)算運(yùn)行閾值；以及，風(fēng)力渦輪機(jī)控制接口 020)，配置成以便至少部分地基于所述計(jì)算運(yùn)行閾值來控制風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置(120)，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)控制接口(220) 包括通訊接口 030)，所述通訊接口(230)配置成以便通過將所述計(jì)算運(yùn)行閾值傳遞給風(fēng)力渦輪機(jī)控制器(20 來控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及寒冷天氣環(huán)境中降低風(fēng)力渦輪機(jī)載荷的系統(tǒng)、裝置和方法。提供了一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的運(yùn)行的系統(tǒng)(400)。該系統(tǒng)包括配置成以便傳遞指示氣象條件的氣象條件信號(hào)的氣象傳感器(125)。風(fēng)力渦輪機(jī)控制器(205)配置成以便至少部分地基于連續(xù)函數(shù)和氣象條件來確定計(jì)算運(yùn)行閾值，并且至少部分地基于該計(jì)算運(yùn)行閾值來控制風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行。
文檔編號(hào)F03D7/04GK102192086SQ20111005152
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者奎恩特 J., 霍夫曼恩 T. 申請人:通用電氣公司