風(fēng)輪機(jī)的控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)輪機(jī)的控制，并且特別地設(shè)及一種用于提高風(fēng)輪機(jī)的利用率及產(chǎn)量 的控制方法和控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)輪機(jī)的利用率是當(dāng)風(fēng)輪機(jī)和電網(wǎng)兩者均健康時(shí)并且在環(huán)境條件合適（例如當(dāng) 風(fēng)速超過啟動(dòng)限度且低于關(guān)斷限度時(shí)）的同時(shí)產(chǎn)生功率的能力的衡量。利用率表達(dá)為每個(gè) 風(fēng)輪機(jī)每年正常運(yùn)行時(shí)間的百分比，例如99%利用率代表每年要損失生產(chǎn)將近四天。
[0003] 對于成本有效的能源生產(chǎn)，有必要通過最小化停機(jī)時(shí)間使風(fēng)輪機(jī)的利用率最大 化。風(fēng)輪機(jī)是復(fù)雜的發(fā)電站并且包括設(shè)計(jì)用于保護(hù)風(fēng)輪機(jī)免于在不利的運(yùn)行條件期間損壞 的各種安全系統(tǒng)。例如，風(fēng)輪機(jī)被設(shè)計(jì)用于高于某一風(fēng)速時(shí)關(guān)斷，W避免作用在葉片和塔架 上的過量負(fù)荷。
[0004] 風(fēng)輪機(jī)還具有用于監(jiān)測各種部件（例如發(fā)電機(jī)、齒輪油和變獎(jiǎng)控制系統(tǒng)的液壓 油）的溫度的多個(gè)傳感器。如果該些部件的溫度超過預(yù)定闊值，則風(fēng)輪機(jī)可被設(shè)計(jì)成下調(diào) 定額（即減少其功率輸出），或者完全停機(jī)。風(fēng)輪機(jī)下調(diào)定額降低了對風(fēng)輪機(jī)功率和/或速 度方面的需求，并且具有穩(wěn)定或減少部件溫度的效果。
[0005] 風(fēng)輪機(jī)包括用于控制溫度關(guān)鍵部件的溫度的冷卻系統(tǒng)。例如，通過使齒輪油循環(huán) 通過水冷式熱交換器來冷卻齒輪油。風(fēng)輪機(jī)通常還具有位于機(jī)艙內(nèi)側(cè)的風(fēng)扇，用于冷卻熱 交換器中的水并且用于冷卻機(jī)艙內(nèi)側(cè)的其它溫度敏感部件。當(dāng)環(huán)境溫度超過預(yù)定闊值時(shí)或 者如果齒輪油的溫度超過預(yù)定闊值，就激活風(fēng)扇。如果風(fēng)扇的冷卻效果不足W維持溫度使 之低于安全運(yùn)行水平，則風(fēng)輪機(jī)可能需要下調(diào)定額或停機(jī)。同樣，如果在任何的冷卻系統(tǒng) 中有故障導(dǎo)致關(guān)鍵部件的溫度超過預(yù)定的安全運(yùn)行水平，則風(fēng)輪機(jī)可能需要下調(diào)定額或停 機(jī)。
[0006] 風(fēng)輪機(jī)還包括加熱器，用于在冷的條件下增加溫度敏感部件的溫度，并且用于維 持該些部件的溫度使之處于有效運(yùn)行所需要的水平。如果部件的溫度下降到闊值之下，貝U 可防止啟動(dòng)和/或該可防止風(fēng)輪機(jī)W其最大功率輸出水平運(yùn)行。
[0007] 為了使風(fēng)輪機(jī)的利用率最大化，風(fēng)輪機(jī)的控制系統(tǒng)一般被設(shè)計(jì)成響應(yīng)于優(yōu)先于停 機(jī)風(fēng)輪機(jī)的報(bào)警事件使風(fēng)輪機(jī)下調(diào)定額。下面參考圖1描述風(fēng)輪機(jī)的功率下調(diào)場景的示 例。具體地，該示例示出了風(fēng)輪機(jī)功率如何根據(jù)齒輪油溫度調(diào)制，W避免當(dāng)齒輪油溫度太高 時(shí)完全停機(jī)風(fēng)輪機(jī)。
[000引圖1是齒輪油溫度T。和功率基準(zhǔn)P兩者隨時(shí)間變化的圖表。參照圖1，從時(shí)間t。到時(shí)間t2,風(fēng)輪機(jī)正常運(yùn)行。風(fēng)輪機(jī)功率P處于標(biāo)稱功率水平Pw，而齒輪油溫度T。處于安 全運(yùn)行水平。在時(shí)間ti，齒輪油冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，該導(dǎo)致齒輪油溫度T。穩(wěn)步增加。在時(shí) 間t2,齒輪油溫度T。增加，高于闊值安全水平T ，觸發(fā)報(bào)警事件。闊值安全溫度水平T ^胃_<1略低于最大齒輪油溫度TM，高于最大齒輪油溫度Tm則無法保證安全運(yùn)行。報(bào)警事件發(fā) 信號(hào)給風(fēng)輪機(jī)控制器，W使風(fēng)輪機(jī)下調(diào)定額，即W減少的功率輸出來運(yùn)行。
[0009] 功率輸出和轉(zhuǎn)速與齒輪油溫度之間有相關(guān)性，即，當(dāng)所有其它因素保持不變時(shí)，齒 輪油溫度T。與功率輸出和轉(zhuǎn)速成比例。一旦觸發(fā)了報(bào)警事件，風(fēng)輪機(jī)就W下調(diào)定額功率運(yùn) 行，該使齒輪油溫度T。維持在基準(zhǔn)水平TC下。在時(shí)間13,冷卻系統(tǒng)重新聯(lián)機(jī)并正常工作。 從時(shí)間ts到時(shí)間14,功率輸出P能夠增加，而冷卻系統(tǒng)使齒輪油維持在基準(zhǔn)溫度Tc下。在 時(shí)間*4,功率輸出P已返回到標(biāo)稱功率水平IV并且齒輪油溫度T。穩(wěn)步下降。在時(shí)間15,齒 輪油溫度1'。下降到闊值溫度1',^^。之下，在該一點(diǎn)，風(fēng)輪機(jī)停止下調(diào)定額運(yùn)行并返回到正 常運(yùn)行。
[0010] 在報(bào)警的情況下如上文描述使風(fēng)輪機(jī)下調(diào)定額比完全停機(jī)可取，因?yàn)橐坏┯|發(fā)報(bào) 警事件，下調(diào)定額允許風(fēng)輪機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，盡管是W減少的功率水平運(yùn)行，從而提高了風(fēng)輪機(jī) 的利用率。
[0011] 如果溫度傳感器或控制系統(tǒng)的其它傳感器中的一者發(fā)生故障，則不正確的數(shù)據(jù)可 傳遞回控制器，并且由于在虛假傳感器數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上觸發(fā)了報(bào)警事件，控制器可能不必要 地采取行動(dòng)來停機(jī)風(fēng)輪機(jī)。
[0012] 為了避免該問題，申請人的共同未決的PCT申請W02012/025121描述了一種系統(tǒng)， 其用于如果確定傳感器是有故障的則基于風(fēng)輪機(jī)的理論狀態(tài)來控制風(fēng)輪機(jī)。例如，控制系 統(tǒng)能夠基于例如轉(zhuǎn)子速度、環(huán)境溫度等其它運(yùn)行參數(shù)來估算諸如齒輪油的關(guān)鍵部件的溫 度。如果發(fā)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)與估算溫度顯著不一致，則傳感器被認(rèn)為是有故障的，并且基于估 算溫度值控制風(fēng)輪機(jī)。該控制方法減少了如果傳感器發(fā)生故障則風(fēng)輪機(jī)停機(jī)或者不正確地 運(yùn)行的可能性，并且因而增加了風(fēng)輪機(jī)的利用率。
[0013] 期望風(fēng)輪機(jī)能夠盡可能提高其產(chǎn)量（即功率輸出），W例如在風(fēng)電場的另一風(fēng)輪 機(jī)停機(jī)時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償或者如果電網(wǎng)運(yùn)營商需要功率提升時(shí)。然而，該在風(fēng)輪機(jī)已經(jīng)運(yùn)行得接 近其最大溫度限度（例如在高環(huán)境溫度下，W高功率輸出）時(shí)可能產(chǎn)生問題，因?yàn)轱L(fēng)輪機(jī)可 觸發(fā)報(bào)警事件，引起風(fēng)輪機(jī)下調(diào)定額或完全停機(jī)。如上文已經(jīng)描述的，風(fēng)輪機(jī)停機(jī)在任何時(shí) 間都是不期望的，但尤其不期望下調(diào)定額或停機(jī)發(fā)生在需要功率提升的時(shí)間里。
[0014] 在此背景下，本發(fā)明旨在在變化的運(yùn)行條件期間提高風(fēng)輪機(jī)的利用率。本發(fā)明還 旨在提供一種控制策略，其特別是在風(fēng)輪機(jī)已經(jīng)運(yùn)行得接近其溫度限度時(shí)能夠響應(yīng)于功率 提升需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 根據(jù)本發(fā)明，提供了一種控制風(fēng)輪機(jī)的方法，所述方法包括；(a)基于所述風(fēng)輪機(jī) 的當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)并且基于需要的功率輸出來預(yù)報(bào)所述風(fēng)輪機(jī)的部件的溫度演變；化）根據(jù) 所述溫度預(yù)報(bào)來預(yù)測因所述部件的溫度超過第一闊值水平或下降到第二闊值水平之下所 導(dǎo)致的未來的報(bào)警事件；W及（C)調(diào)整所述風(fēng)輪機(jī)的運(yùn)行參數(shù)W控制所述部件的溫度演 變，從而避免或延緩所預(yù)測的報(bào)警事件。
[0016] 所述部件可W是齒輪油、液壓流體、轉(zhuǎn)換器、水冷卻系統(tǒng)和/或發(fā)電機(jī)的一個(gè)或多 個(gè)相。針對在所述第一闊值和第二闊值之間的溫度下的安全運(yùn)行來設(shè)置所述部件的定額。 優(yōu)選地，所述方法設(shè)及預(yù)報(bào)多個(gè)部件的溫度演變。
[0017] 通過預(yù)報(bào)所述部件的溫度演變，可W采取積極行動(dòng)將所述部件的溫度維持在合適 的水平下，W確保所述風(fēng)輪機(jī)可W在需要的功率輸出水平下正常運(yùn)行和/或在不觸發(fā)任何 報(bào)警事件的情況下適應(yīng)功率提升請求。
[0018] 例如，如果預(yù)測所述部件的溫度在未來的時(shí)間點(diǎn)可能超過所述第一闊值水平，貝U 與所述部件關(guān)聯(lián)的冷卻系統(tǒng)可W在此未來的時(shí)間點(diǎn)之前被激活或使之過定額，W防止或延 緩報(bào)警事件。該提高了所述風(fēng)輪機(jī)的利用率并且允許所述風(fēng)輪機(jī)繼續(xù)正常運(yùn)行；而如果未 采取積極步驟，則所述風(fēng)輪機(jī)可能另外需要下調(diào)定額或停機(jī)。
[0019] 相反，在低溫下，要冒著所述部件的溫度可能下降到所述第二闊值水平之下的風(fēng) 險(xiǎn)，所述部件太冷而不能保證安全運(yùn)行。例如，如果所述齒輪油的溫度變得太低，則所述齒 輪油的粘度可能太高而不能提供有效潤滑。相應(yīng)地，如果預(yù)測所述部件的溫度在未來的時(shí) 間點(diǎn)可能下降到所述第二闊值水平之下，則與所述部件關(guān)聯(lián)的加熱系統(tǒng)可W在此未來的時(shí) 間點(diǎn)之前被激活或使之過定額，W防止或延緩報(bào)警事件。
[0020] 另選地或另外地，所述方法可包括；在所預(yù)測的報(bào)警事件之前調(diào)整轉(zhuǎn)子速度、扭矩 或者另外調(diào)整所述風(fēng)輪機(jī)的功率輸出。功率是速度和扭矩的乘積，因此僅調(diào)整該些參數(shù)中 的一者將引起功率的變化，同時(shí)可功率保持恒定該樣的方式調(diào)整兩個(gè)參數(shù)。就熱行為 而言，所述部件可響應(yīng)于不同于轉(zhuǎn)子速度變化的扭矩變化。相應(yīng)地，可W為扭矩和轉(zhuǎn)子速度 選擇合適的值，所述值最不可能觸發(fā)未來的報(bào)警事件，但仍然得到所需的功率水平。
[0021] 所述方法特別有利的是，當(dāng)所述風(fēng)輪機(jī)需要過定額時(shí)，例如是為了補(bǔ)償風(fēng)電場中 的另一停機(jī)的風(fēng)輪機(jī)或者是滿足電網(wǎng)運(yùn)營商的功率提升請求。在該方面，所述方法的步驟 (a)可包括；預(yù)報(bào)所述風(fēng)輪機(jī)的功率輸出的所需增加對所述部件的溫度演變的影響。如果 在步驟化）中預(yù)測所述風(fēng)輪機(jī)過定額有可能觸發(fā)報(bào)警事件，則可W采取積極步驟（諸如上 文已經(jīng)提到的該些步驟）來避免或延緩所述報(bào)警事件。
[0022] 如果需要功率提升，則可W提高轉(zhuǎn)子速度或扭矩中的任一者或兩者。W上已描述 過相比于轉(zhuǎn)子速度的變化，所述部件的溫度行為不同于扭矩變化。相應(yīng)地，所述方法可包 括；在不同的過定額策略之間進(jìn)行選擇，或者確定最不可能導(dǎo)致觸發(fā)報(bào)警事件的過定額策 略。
[0023] 因而，所述方法可包括；預(yù)報(bào)實(shí)現(xiàn)所需功率增加的第一過定額策略和第二過定額 策略對所述部件的溫度演變的影響，其中所述第一過定額策略設(shè)及提高轉(zhuǎn)子速度，并且所 述第二過定額策略設(shè)及提高扭矩；W及選擇最不可能觸發(fā)未來的報(bào)警事件的過定額策略。
[0024] 所述方法可包括確定最大"安