專利名稱：風(fēng)電場中風(fēng)力渦輪機的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機，具體涉及利用激光雷達(Lidar)來控制風(fēng)電場中一個或更多個風(fēng)力渦輪機的一個或更多個操作參數(shù)。
背景技術(shù)：
風(fēng)電場包括具有一些公共控制元件并經(jīng)由公共連接點向電網(wǎng)輸出電力的多個風(fēng)力渦輪機的陣列。風(fēng)力渦輪機的相對選址取決于包括位置地形和所測得的位置的風(fēng)特性在內(nèi)的多個因素。但是，總是考慮在內(nèi)的一個因素是風(fēng)力渦輪機對彼此的影響。具體地，下游渦輪機可能在由風(fēng)況所決定的程度上受到上游渦輪機渦區(qū)(wake)的影響。在Ma等人的以下論文中討論了潤區(qū)對潤輪機定位的影響，該論文的標(biāo)題為“TheDynamic Modellingof Wind Farms Considering Wake Effects and its Optimal Distribution”， TianjinUniversity of Technology,China IEEE2009。該論文總結(jié)出根據(jù)風(fēng)況,來自下游潤輪機的高達28%的輸出功率可能由于上游渦輪機渦區(qū)的影響而損失。試圖將渦區(qū)的影響考慮進來在本領(lǐng)域示例中是已知的。轉(zhuǎn)讓給General ElectricCompany (通用電氣公司)的US-A-2007/0124025和US-A-2009/0099702都描述了包括多個風(fēng)力渦輪機和中央控制單元的風(fēng)電場。設(shè)置在一個或更多個上游風(fēng)力渦輪機上的傳感器收集關(guān)于風(fēng)的預(yù)報信息，該預(yù)報信息可以被傳送給下游渦輪機，以使下游渦輪機在這些風(fēng)況到達各個渦輪機之前能夠適應(yīng)于變化的風(fēng)況。傳感器包括諸如激光雷達等的激光/光學(xué)設(shè)備以及諸如聲雷達等的超聲波設(shè)備。來自這些設(shè)備以及其他傳感器的信息可以被中央控制單元使用，以確定哪個上游渦輪機產(chǎn)生影響下游渦輪機的渦區(qū)，使得可以調(diào)節(jié)上游渦輪機，從而增加風(fēng)電場的攝能。對未產(chǎn)生影響下游渦輪機的渦區(qū)的上游渦輪機不進行調(diào)節(jié)，并且該上游渦輪機保持在局部攝能最優(yōu)的正?？刂破髂Ｊ较逻\行。然而，如果確定出來自上游渦輪機的渦區(qū)將對下游渦輪機的攝能有不利影響，則減少上游渦輪機的操作，以使得通過降低上游渦輪機的渦區(qū)影響來使來自下游渦輪機的發(fā)電最優(yōu)化。在轉(zhuǎn)讓給Stichting Energienoderzoek Centrum Nederland 的 US-A-7, 357, 622中采用了類似的方法，在該方法中，在確定出下游渦輪機處于上游渦輪機的渦區(qū)中的情況下，降低上游渦輪機的功率。然而，降低上游渦輪機功率的原因是保護下游渦輪機免受會對下游渦輪機組件的疲勞壽命有不利影響的渦區(qū)湍流的影響。控制功率輸出的這些方法都是使用在上游渦輪機處進行的測量，來在條件需要時減小下游渦輪機的功率輸出。由于控制效果是減小風(fēng)力渦輪機輸出的功率，從而減小風(fēng)電場輸出的功率，所以這本身是不利的。

發(fā)明內(nèi)容
以最廣泛的形式，本發(fā)明使用在下游渦輪機處安裝的激光雷達或其他設(shè)備來測量、感測或確定一個或更多個上游渦輪機的渦區(qū)，并且響應(yīng)于測量結(jié)果來調(diào)節(jié)下游渦輪機的參數(shù)。
更具體地，提供了一種風(fēng)電場，該風(fēng)電場包括多個風(fēng)力渦輪機并且包括至少一個上游渦輪機和在上風(fēng)渦輪機下游的至少一個渦輪機，其中，所述下風(fēng)渦輪機包括用于測量或感測所述上游渦輪機的渦區(qū)湍流并用于向控制器輸出渦區(qū)指示信號的設(shè)備，所述控制器響應(yīng)于所述渦區(qū)指示信號生成用于控制所述下游渦輪機的參數(shù)的信號。本發(fā)明還提供了控制風(fēng)電場中至少一個風(fēng)力渦輪機的方法，被控渦輪機設(shè)置在至少一個其他上游風(fēng)力渦輪機的下游，并且被控渦輪機包括用于測量或感測所述上游渦輪機的渦區(qū)的設(shè)備，所述方法包括測量上游渦輪機的渦區(qū)湍流，響應(yīng)于所測得的渦區(qū)湍流給控制器生成渦區(qū)指示信號，以及在所述控制器處，響應(yīng)于所述渦區(qū)指示信號生成用于控制下游渦輪機的參數(shù)的信號。優(yōu)選地，所述設(shè)備是激光雷達。另選地或附加地，所述設(shè)備包括風(fēng)力渦輪機組件上的負載確定傳感器，以及用于循環(huán)地改變下游渦輪機的方位以基于感測到的負載來確定渦區(qū)位置的方位角控制器。后一種設(shè)備的優(yōu)點在于與激光雷達相比，實現(xiàn)起來更便宜。在一個優(yōu)選實施方式中，所述激光雷達測量多個上游渦輪機的渦區(qū)湍流。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，所述控制器是下游渦輪機的控制器。另選地或附加地，所述控制器控制多個下游渦輪機，并且輸出用于控制多個下游渦輪機的參數(shù)的信號。在一個優(yōu)選實施方式中，所述控制器生成的信號是功率超額定信號，該功率超額定信號用于控制所述下游渦輪機的參數(shù)，使得該下游渦輪機以比其額定功率大的水平輸出功率。優(yōu)選地，所述控制器包括疲勞估計器，該疲勞估計器接收所述渦區(qū)指示信號作為輸入，并且如果所述疲勞估計器估計出對所述下游渦輪機的一個或更多個組件的疲勞損壞的風(fēng)險低，則輸出所述超額定信號。在該實施方式中，當(dāng)所述疲勞估計器基于所述渦區(qū)指示信號指示疲勞損壞的風(fēng)險低時，所述控制器優(yōu)選地輸出超額定命令。優(yōu)選地，所述控制信號包括以下命令中的一個或更多個命令共同轉(zhuǎn)子葉片槳距命令、針對下游渦輪機轉(zhuǎn)子的各葉片的單個轉(zhuǎn)子葉片槳距命令、轉(zhuǎn)子速度命令以及機艙偏轉(zhuǎn)角命令。優(yōu)選地，所述風(fēng)電場包括多個下游渦輪機，至少一些下游渦輪機具有安裝在各渦輪機上的激光雷達，以測量來自一個或更多個相鄰的上風(fēng)渦輪機的渦區(qū)。優(yōu)選地，所述控制器生成控制信號來設(shè)置所述下游轉(zhuǎn)子葉片相對于來自所述上游渦輪機的葉片的渦區(qū)的位置，由此使上游葉片渦區(qū)對下游渦輪機葉片的影響最小。大部分渦區(qū)包括隨著葉片旋轉(zhuǎn)而由各葉片流出的螺旋渦流。通過感測或測量該圖案，可以設(shè)置下游渦輪機葉片相對于上游渦輪機葉片的位置，使得下游葉片與螺旋渦區(qū)交錯，以確保下游葉片穿過未受影響的空氣，從而使渦區(qū)對葉片的影響最小。優(yōu)選地，所述風(fēng)電場包括渦輪機陣列，至少一些渦輪機設(shè)置在風(fēng)電場的周邊處，其中，渦區(qū)測量或感測設(shè)備設(shè)置在多個周邊渦輪機上，用于感測一個或更多個上游渦輪機的渦區(qū)湍流。該結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)點在于需要更少的渦區(qū)測量或感測設(shè)備。在實踐中，在任何時候運行中的設(shè)備將取決于風(fēng)向。不使用相對于風(fēng)向在上游的設(shè)備。在下游的設(shè)備將觀察到在陣列的一行中所有渦輪機的累積渦區(qū)。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式具有的優(yōu)點在于，一個或更多個上游渦輪機的實際渦區(qū)是從渦區(qū)下游的渦輪機測量到的。根據(jù)所測得的渦區(qū)情況，通過調(diào)節(jié)渦輪機的諸如轉(zhuǎn)子速度、槳距角或偏轉(zhuǎn)角等的參數(shù)，可以調(diào)節(jié)功率輸出。該調(diào)節(jié)可以包括在下游渦輪機處不存在任何渦區(qū)影響的情況下，使一個或更多個渦輪機臨時超額定。因此，本發(fā)明的實施方式不是用于降低來自風(fēng)電場的功率輸出，而是在一些情況下可以使功率輸出增加。這具有的優(yōu)點在于，增加由風(fēng)電場發(fā)的電，從而增加回報場運營者的財政收益。通過響應(yīng)于疲勞估計執(zhí)行超額定控制，僅當(dāng)疲勞估計器基于所測得的上游渦區(qū)估計出疲勞損壞的風(fēng)險低時，可以命令超額定。本發(fā)明的實施方式具有的進一步優(yōu)點在于，可以延長下游渦輪機的壽命并且可以增大維護間隔。這兩點都是由于響應(yīng)于來自上游渦輪機的渦區(qū)湍流的實際測量結(jié)果來控制渦輪機而實現(xiàn)的。


現(xiàn)在將僅以示例的方式并參照附圖來描述本發(fā)明的實施方式，附圖中圖1是風(fēng)電場的示意圖；圖2例示了響應(yīng)于上游渦輪機的渦區(qū)的測量結(jié)果可以如何控制單個下游渦輪機的參數(shù)；圖3與圖2類似地示出了風(fēng)電場控制器執(zhí)行的并施加于多于一個渦輪機的控制；圖4示出了風(fēng)速與風(fēng)力渦輪機的功率之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖；以及圖5是示出了安裝在所選邊界渦輪機上的激光雷達的風(fēng)電場的示意圖。
具體實施例方式圖1示出了包括多行風(fēng)力渦輪機IOa-1On的風(fēng)電場。在示意圖中，渦輪機以規(guī)則圖案排列，但是在實踐中，渦輪機的分布取決于位置的地形和該位置處測得的風(fēng)況。在圖1中，第一行渦輪機IOa稱作上游渦輪機(盡管這取決于風(fēng)向)。隨著風(fēng)向改變，渦輪機將按風(fēng)向偏轉(zhuǎn)使得，例如90度的方向變化將導(dǎo)致最左列或最右列的渦輪機變成上游渦輪機。給定渦輪機產(chǎn)生的渦區(qū)尺寸取決于風(fēng)速和湍流。在更高的風(fēng)速下，渦區(qū)可以在給定的上游渦輪機后面充分延伸，下游渦輪機處在上游渦輪機的陰影中。根據(jù)渦區(qū)中湍流的程度，由于經(jīng)過下游渦輪機葉片的湍動氣流增加了葉片和其他組件上的負載并可能對組件的疲勞壽命有不利影響，所以這可能對下游渦輪機有不利影響。激光雷達裝置安裝在一個或更多個下游渦輪機上，以使得能夠測量一個或更多個上游渦輪機的渦區(qū)。例如，根據(jù)轉(zhuǎn)讓給Qinetiq Limited的US_A_7，281，891，激光雷達與風(fēng)力渦輪機結(jié)合使用是已知的。在該文獻中，激光雷達與旋轉(zhuǎn)軸成一角度安裝在渦輪機輪榖中，使得激光雷達的一條光束或多條光束隨著葉片旋轉(zhuǎn)進行圓錐掃描。這僅僅是激光雷達定位的一個示例，并且任何適當(dāng)?shù)奈恢枚际强梢缘?，例如，在葉片后面的渦輪機機艙上或者在塔臺上。在QinetiQ的文獻中，激光雷達感測渦輪機前面的或風(fēng)電場前面的風(fēng)況，使得可以按照所感測到的風(fēng)到達渦輪機的時間優(yōu)化諸如葉片槳距等的渦輪機參數(shù)。在圖1的排列結(jié)構(gòu)中，激光雷達感測一個或更多個上游渦輪機的渦區(qū)。渦區(qū)是已經(jīng)經(jīng)過渦輪機葉片的高度湍動的空氣的區(qū)域，并且由于能量被葉片帶走，所以形成渦區(qū)的緩慢空氣向外徑向延伸。為了測量渦區(qū)，安裝在下游渦輪機上的激光雷達必須能夠測量湍流，這需要沿兩個或三個方向測量速度。例如，可以通過利用掃描激光雷達或多光束激光雷達來實現(xiàn)這一點。還期望的是，在距上游渦輪機的不同距離處測量湍流，使得可以確定渦區(qū)的范圍及其強度。因此，期望使用具有多個測距選通(range gate)的激光雷達。根據(jù)所使用的激光雷達，安裝在下游渦輪機上的激光雷達可以感測僅一個上游渦輪機或多個上游渦輪機的渦區(qū)。由此，具有單視向的激光雷達可以僅測量單個上游渦區(qū)，而具有多視向的激光雷達可以測量兩個或更多個上游渦輪機的渦區(qū)。由于后一種結(jié)構(gòu)減少了風(fēng)電場上所需要的激光雷達設(shè)備的數(shù)量，所以是優(yōu)選的。盡管激光雷達是用于感測上游渦區(qū)的優(yōu)選裝置，但是可以使用其他設(shè)備。例如，可以使用另一個遠程傳感器，或者可以通過確定在不同的方位角下渦輪機的組件(例如葉片)上的負載，來推導(dǎo)出渦區(qū)的位置和強度。通過經(jīng)由偏轉(zhuǎn)驅(qū)動來循環(huán)改變方位位置，可以測量渦輪機組件上的力，并用來推導(dǎo)渦區(qū)的位置和強度。從激光雷達獲得的渦區(qū)的測量結(jié)果為控制器提供了輸入，該控制器可以是單獨的渦輪機控制器，或者可以是風(fēng)電場級控制器，或者可以是這兩者的組合。響應(yīng)于所測得的渦區(qū)，控制器可以改變一個或更多個渦輪機參數(shù)，諸如，但是不限于，轉(zhuǎn)子速度、共同的和/或單個的葉片槳距、以及機艙偏轉(zhuǎn)角。典型地，風(fēng)力渦輪機控制器包括疲勞損壞估計器?？刂破鞯钠趽p壞估計器估計所測得的風(fēng)參數(shù)對渦輪機各組件的 疲勞壽命的影響，并且是渦輪機控制器的公知部分。在本發(fā)明的實施方式中，疲勞估計器接收根據(jù)所測得的渦區(qū)得出的輸入?？刂破骺梢灾甘驹诮o定渦輪機處的上游渦區(qū)引起的湍流足夠低，使得疲勞損壞的風(fēng)險低。這表示或者上游渦區(qū)不延伸到下游渦輪機，或者渦區(qū)在該點足夠弱，使得可以忽視渦區(qū)的影響。在這樣的情況下，并且受制于其他控制參數(shù)，控制器可以調(diào)節(jié)渦輪機的諸如轉(zhuǎn)子速度或槳距角等的參數(shù)，使得渦輪機超額定；即，渦輪機的功率輸出超過渦輪機的額定輸出。只要來自激光雷達的渦區(qū)測量結(jié)果表示渦區(qū)湍流對渦輪機的影響將不造成疲勞損壞，渦輪機就可以在額定輸出之上工作。圖2和圖3示意性地例示了該控制。圖2是對單個渦輪機通過自身的機載控制器執(zhí)行控制的示例。圖3是在風(fēng)電場級執(zhí)行控制的類似示例。在圖2和圖3中，生成渦區(qū)22的上游渦輪機示出為20。下游渦輪機24包括激光雷達26，該激光雷達26感測在下游渦輪機24前面的多個距離處的渦區(qū)湍流并且輸出渦區(qū)湍流信號W，作為對渦輪機控制器28 (例如，該控制器的疲勞估計器)的輸入?；跍u區(qū)信號W和其他控制參數(shù)，并根據(jù)控制器應(yīng)用的控制算法，控制器生成反饋回渦輪機以控制槳距角和/或轉(zhuǎn)子速度的共同的和/或單個的葉片槳距角信號(或多個葉片槳距角信號)和/或轉(zhuǎn)子速度信號。除了將渦區(qū)信號輸入到風(fēng)電場控制器之外，圖3的實施方式以相同方式工作?？刂破魅缟纤龅叵驕u輪機24提供葉片槳距/轉(zhuǎn)子速度控制信號，但也可以提供偏轉(zhuǎn)命令并可以向一個或更多個其他下游渦輪機24 (2)…(η)提供葉片槳距、轉(zhuǎn)子速度以及偏轉(zhuǎn)命令。將給定渦輪機處的激光雷達設(shè)置為使得可以測量多于一個的上游渦輪機的渦區(qū)，由于上游渦區(qū)會影響多于一個的渦輪機，所以這是特別有利的。這也使得容易控制渦輪機偏轉(zhuǎn)的影響。在圖1中，將渦輪機示出為迎著風(fēng)。如果風(fēng)與渦輪機成一角度，比如45度，則來自單個渦輪機的渦區(qū)將偏移，使得不再大致沿著機艙的縱軸延伸，而是與機艙成一角度地延伸。根據(jù)風(fēng)況，給定上游渦輪機的渦區(qū)可以不僅影響緊隨其后的下游渦輪機，而且還可以影響相鄰的下游渦輪機。使用中央控制器使得向多于一個渦輪機發(fā)送控制信號變得簡單。這些控制信號可以包括偏轉(zhuǎn)信號，該偏轉(zhuǎn)信號指示渦輪機沿風(fēng)向偏轉(zhuǎn)，在該點給定上游渦輪機的渦區(qū)可以僅影響中間的下游渦輪機。中央控制器的優(yōu)點還在于能夠在風(fēng)電場中使用有限數(shù)量的激光雷達。盡管對于各渦輪機來說，在渦輪機上安裝自帶的激光雷達會很理想，但是單個激光雷達的成本目前很高而可能是不容許的。相反，僅一部分下游渦輪機可以設(shè)置有激光雷達，并且對于不具有激光雷達的渦輪機可以對所進行的測量結(jié)果進行外插，并且由場控制器向這些渦輪機提供合適的反饋控制信號。在一個優(yōu)選實施方式中，如圖5所示，上面安裝有激光雷達的渦輪機設(shè)置在風(fēng)電場的邊界或周邊處。由此，在圖5中，示出一個5 X 5陣列，激光雷達在正方形各周邊邊緣上。在任何一個時候運行中的激光雷達將取決于風(fēng)向并且總是在下游，并且檢測所有上游渦輪機的累積渦區(qū)。由此，在圖5中，風(fēng)向如箭頭所示，激光雷達100將處于運行中。該實施方式具有將所需要的昂貴激光雷達的數(shù)量減少到最小的優(yōu)點。在圖5中，所有周邊的渦輪機具有激光雷達，但這不是必須的。作為另一個選擇，可以使用單個控制和場級控制的組合。例如，從給定渦輪機提供的渦區(qū)信號可以被該渦輪機自身的控制器使用，并且也可以提供給場級控制器，或者甚至可以提供給控制多個渦輪機但不是所有渦輪機的子場級控制器，以為一個或更多個其他渦輪機提供控制信號。額定功率是渦輪機在給定的額定風(fēng)速(例如，20m/s)下輸出的功率的度量。當(dāng)風(fēng)速低于額定值時，功率輸出也低于額定值，遵循如圖4所示的特征功率/速度曲線，如I和II之間的區(qū)域。當(dāng)渦輪機在該區(qū)域中在低于額定風(fēng)速下工作時，如果激光雷達測量結(jié)果顯示增加輸出功率將不會增加疲勞損壞，則功率輸出可以增大到該曲線以上。在本發(fā)明的另一個實施方式中，渦區(qū)位置的測量結(jié)果可以用于確定渦輪機相對于上游渦輪機的葉片位置的最佳葉片位置。風(fēng)力渦輪機渦區(qū)的主要部分是由從葉片邊緣流出的渦流組成。隨著葉片旋轉(zhuǎn)，將會存在來自葉片的擾動空氣的三個螺旋區(qū)域，形成渦區(qū)的主要部分。盡管這些渦流將最終散開并匯合到一起，但是仍然會影響第一下游渦輪機。因此，期望下游渦輪機的葉片與上游渦輪機的葉片交錯，使得湍流的螺旋區(qū)域的影響最小。由此，下游渦輪機的葉片在未被螺旋渦流干擾的未受影響的空氣(clean air)中旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地使用激光雷達測量結(jié)果來檢測這些拖尾渦流的位置并且調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的位置作為響應(yīng)。由此，除了速度和槳距角之外，轉(zhuǎn)子葉片位置是受控的變量。在該實施方式中，相對于來自上風(fēng)渦輪機(優(yōu)選地直接上風(fēng)渦輪機)的葉片的渦區(qū)的所測得的或感測到的位置，確定渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的位置?？梢允褂迷谝陨蠈嵤┓绞街兴龅募す饫走_來感測上游葉片渦區(qū)。另選地，可以使用葉片上的負載傳感器來感測上游葉片渦區(qū)。一個示例是確定葉片根部彎曲力矩。下游渦輪機葉片上的負載將取決于該葉片相對于來自上游渦輪機葉片的渦區(qū)的位置。通過使葉片的相對位置提前和延遲，通過改變轉(zhuǎn)子速度，可以確定負載變化并且確定最小負載的點。這將與轉(zhuǎn)子葉片經(jīng)過上游葉片渦區(qū)的螺旋渦流之間的未受影響的空氣的位置相對應(yīng)。測量葉片負載的許多其他方法可以被使用，并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。例如，可以測量葉片稍部撓曲。由此，本發(fā)明的上述實施方式在風(fēng)況使得單個下游渦輪機的輸出增加不會導(dǎo)致不可接受的疲勞損壞量時，允許單個下游渦輪機的輸出增加，從而允許風(fēng)電場的輸出增加，所以本發(fā)明的上述實施方式是有利的。由于這增加了可以由風(fēng)電場產(chǎn)生的經(jīng)營收入，所以對于風(fēng)電場運營者是有益的。本發(fā)明的實施方式還具有的優(yōu)點在于，可以減少下游風(fēng)力渦輪機的維修和維護。由于激光雷達測量上游渦輪機的渦區(qū)并且根據(jù)那些測量結(jié)果來控制下游渦輪機，所以減小了對下游渦輪機的積累損壞，從而減少維修檢查。由于風(fēng)力渦輪機的維修檢查需要停止發(fā)電而很昂貴，所以減少維修檢查是非常有利的。由于風(fēng)電場往往位于難以接近的區(qū)域，所以進行維修檢查也很困難，并且維修檢查對于近海風(fēng)電場也是一個具體問題。由此，維修間隔的減少是非常期望的。除了減少維修檢查，本發(fā)明的實施方式由于下游渦輪機暴露于減少疲勞壽命的渦區(qū)湍流受到控制，所以還具有的優(yōu)點在于延長渦輪機組件壽命，尤其是葉片壽命。本領(lǐng)域技術(shù)人員會想到對實施方式的各種變型，并且在不偏離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對實施方式進行各種變型。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電場，該風(fēng)電場包括:多個風(fēng)力渦輪機并且包括至少一個上游風(fēng)力渦輪機和在上風(fēng)渦輪機下游的至少一個風(fēng)力渦輪機，其中，下風(fēng)渦輪機包括用于測量或感測所述上游渦輪機的渦區(qū)湍流并用于向控制器輸出渦區(qū)指示信號的設(shè)備，所述控制器響應(yīng)于所述渦區(qū)指示信號生成用于控制下游渦輪機的參數(shù)的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場，其中，所述設(shè)備是激光雷達。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電場，其中，所述激光雷達測量多個上游渦輪機的所述渦區(qū)瑞流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的風(fēng)電場，其中，所述控制器是在下游渦輪機處的控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的風(fēng)電場，其中，所述控制器控制多個下游渦輪機，并輸出用于控制多個下游渦輪機的參數(shù)的信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項所述的風(fēng)電場，其中，所述控制器包括疲勞估計器，并且所述渦區(qū)指示信號向所述疲勞估計器提供輸入。
7.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的風(fēng)電場，其中，所述控制器生成的控制信號使下游渦輪機以高于所述下游渦輪機的額定輸出來輸出功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6和7所述的風(fēng)電場，其中，所述控制器在所述疲勞估計器基于所述渦區(qū)指示信號表示疲勞損壞的風(fēng)險低時，輸出超額定命令。
9.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的風(fēng)電場，其中，控制信號包括共同轉(zhuǎn)子葉片槳距命令。
10.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的風(fēng)電場，其中，控制信號包括下游渦輪機轉(zhuǎn)子的各葉片的單個轉(zhuǎn)子葉片槳距命令。
11.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的風(fēng)電場，其中，控制信號包括轉(zhuǎn)子速度命令。
12.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的風(fēng)電場，其中，控制信號包括機艙偏轉(zhuǎn)角命令。
13.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的風(fēng)電場，該風(fēng)電場包括多個下游渦輪機，至少一些下游渦輪機具有安裝在各個渦輪機上的激光雷達，以測量來自一個或更多個相鄰的上風(fēng)渦輪機的渦區(qū)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)電場，其中，所述設(shè)備包括風(fēng)力渦輪機組件上的負載確定傳感器，以及用于循環(huán)改變下游渦輪機的方位以基于感測到的負載來確定渦區(qū)位置的方位角控制器。
15.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的風(fēng)電場，其中，所述控制器生成控制信號來設(shè)置下游轉(zhuǎn)子葉片相對于來自所述上游渦輪機的葉片的渦區(qū)的位置，由此使上游葉片渦區(qū)對所述下游渦輪機葉片的影響最小。
16.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的風(fēng)電場，其中，所述風(fēng)電場包括渦輪機的陣列，至少一些所述渦輪機設(shè)置在所述風(fēng)電場的周邊處，其中，渦區(qū)測量或感測設(shè)備設(shè)置在用于感測一個或更多個上游渦輪機的渦區(qū)湍流的多個周邊渦輪機上。
17.—種控制風(fēng)電場中至少一個風(fēng)力渦輪機的方法，受控制的所述渦輪機設(shè)置在至少一個其他上游風(fēng)力渦輪機的下游，并且受控制的所述渦輪機包括用于測量或感測所述上游渦輪機的渦區(qū)的設(shè)備，所述方法包括以下步驟: 測量所述上游渦輪機的渦區(qū)湍流，響應(yīng)于所測得的渦區(qū)湍流為控制器生成渦區(qū)指示信號，以及 在所述控制器處，響應(yīng)于所述渦區(qū)指示信號生成用于控制下游渦輪機的參數(shù)的信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述控制器生成的信號是功率超額定信號，該功率超額定信號用于控制所述下游渦輪機的參數(shù)，使得該下游渦輪機以比其額定功率大的水平輸出功率。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述控制器包括疲勞估計器，該疲勞估計器接收所述渦區(qū)指示信號作為輸入，并且如果所述疲勞估計器估計出對所述下游渦輪機的一個或更多個 組件的疲勞損壞的風(fēng)險低，則輸出所述超額定信號。
全文摘要
一種風(fēng)電場包括多個風(fēng)力渦輪機，所述多個風(fēng)力渦輪機具有在至少一個上游渦輪機(20)下游的至少一個風(fēng)力渦輪機。下游渦輪機(24)包括用于感測由上游渦輪機產(chǎn)生的渦區(qū)(22)的特性并且用于向渦輪機或風(fēng)電場控制器(28)提供表示所測量的渦區(qū)的輸出的激光雷達(26)或其他設(shè)備。控制器根據(jù)渦區(qū)指示信號控制下游渦輪機及可能相鄰的渦輪機的參數(shù)?？刂瓶梢园ㄈ绻麥u區(qū)指示信號指示下游渦輪機組件疲勞損壞的風(fēng)險低則使下游渦輪機超額定。
文檔編號F03D7/04GK103080540SQ201180039652
公開日2013年5月1日 申請日期2011年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者R·鮑耶, A·薩恩, C·比爾蒂 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司