基于風力渦輪機葉片的退化而運行風力渦輪機的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于風力渦輪機葉片的退化而運行風力渦輪機的方法。本發(fā)明涉及一種控制方法和風力渦輪機，用于自適應調節(jié)風力渦輪機的運行，以在退化情況期間維持最大電力生產(chǎn)?？刂葡到y(tǒng)包括估算器模塊，該估算器模塊基于當前的一組控制信號和至少當前的一組運行參數(shù)測量值，來確定比例因子。比例因子傳送至控制模塊，該控制模塊基于這個比例因子換算轉子的至少一個空氣動力學性能?？刂颇K進一步基于已換算的空氣動力學性能，確定控制信號的理想設置。本控制方法換算空氣動力學性能，提供了更好的實際退化了的空氣動力學性能展現(xiàn)。
【專利說明】基于風力渦輪機葉片的退化而運行風力渦輪機的方法 發(fā)明領域
[0001]本發(fā)明涉及一種運行方法和一種風力渦輪機，其用于確定風力渦輪機葉片由于環(huán) 境條件而老化和退化所導致的空氣動力學性能變化，并基于這些變化調整控制方法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 已知雨、沙、灰塵和其它風媒碎片逐步剝落并侵蝕快速移動的風力渦輪機葉片的 關鍵性前緣。此外，鹽、污染物和粘性塵粒將積聚在外表面上，增加風力渦輪機葉片的重量 和粗糙度，由此改變空氣動力學形狀的外表面，直至雨或維護沖洗將它們清理干凈。此外， 如果空氣包含過冷水的微滴，冰會積聚在前緣上，并且盡管風力渦輪機葉片配備有導電元 件，雷擊仍然可沿風力渦輪機葉片在任何地方形成裂縫。老化影響外表面和前緣的光潔度， 由此改變它們的初始形狀和形式。這些情況的任一種都可使精心設計的風力渦輪機葉片空 氣動力學外形退化，因此需要清潔并修理風力渦輪機葉片，以維持空氣動力學性能。因為損 壞和空氣動力學性能退化主要集中在前緣，必須采用特殊材料來修復并保護風力渦輪機葉 片的前緣，但是維修葉片是非常危險的工作，因為塔架通常都90米高，并遭受陣風。葉片修 理和其他維護工作僅偶爾進行，因為這個工作非常昂貴并增加風力渦輪機的停機時間。
[0004] 這種風力渦輪機的控制系統(tǒng)通常根據(jù)標稱空氣動力學規(guī)格而調整，其中與這些標 稱規(guī)格的偏差導致控制系統(tǒng)失調并減少電力生產(chǎn)。該問題可通過以下方式解決:根據(jù)部分 退化的空氣動力學規(guī)格而調整控制系統(tǒng)，試圖避免控制系統(tǒng)在嚴重退化下出錯并保障電力 生產(chǎn)。但是，風力渦輪機在退化之前沒有最佳運行，并且不能補償超過這些部分退化規(guī)格所 發(fā)生的空氣動力學性能的逐漸變化。
[0005] 美國專利US8405239B2建議使用三個不同的線性時間域模型，每個運行范圍對應 一個模型。每個運行范圍生成一個時間變化表，該時間變化表與驅動系統(tǒng)的當前控制參數(shù) 進行對比。如果當前控制參數(shù)與該表數(shù)值相差超過20%，則對控制參數(shù)進行調整。該專利聲 稱這使得控制系統(tǒng)能夠補償驅動系統(tǒng)由于老化帶來的動力變化。但是，該啟示沒有暗示控 制系統(tǒng)如何重新調整，或這個控制參數(shù)應該如何調整。此外，這個方案確實暗示控制系統(tǒng)能 夠發(fā)現(xiàn)葉片空氣動力學性能的退化。
[0006] 美國專利US8174136B2公開了一種最大功率點的確定方案，該方案基于一種控制 槳距和轉矩的自適應方法，并結合功率系數(shù)的確定。該功率系數(shù)定義為，在一段時期內(nèi)，所 獲得的功率和可用的風力之比。根據(jù)變化的功率系數(shù)，槳距控制信號或轉矩控制信號按增 加值階梯式遞增。該增加值增加至當前槳距控制信號，并且如果功率系數(shù)增加，重復該過 程。如果功率系數(shù)減小，該增加值無效，重復該過程。以類似方式，可向當前轉矩控制信號增 加另一增加值。
[0007] 這個方案聲稱能夠使風力渦輪機在風速低于額定風速的條件下增加電力生產(chǎn)。平 均功率基于由風速計測得的風速來確定。但是，這種安裝在風力渦輪機上的風速計測量的 不是實際風速，而是明顯被轉子影響后的下游風速。大型風力渦輪機轉子，其覆蓋很大的面 積，例如對于50米長轉子葉片的轉子，其覆蓋面積為7854平方米(m 2)，因此在單一風速計位 置測得的風速不是沖擊整個轉子的風速的代表值。
[0008] 美國專利申請US2014/0241878A1公開了一種用于監(jiān)測風力渦輪機葉片的空氣動 力學情況的方法。例如，在風力渦輪機葉片或風力渦輪機塔架上安裝一個或多個傳感器，以 感測風力渦輪機的一個或多個運行參數(shù)?？刂茊卧治鼋邮盏降膫鞲衅鲾?shù)據(jù)，以確定風力 渦輪機葉片外表面的粗糙狀態(tài)。然后控制單元調整槳距角或轉子速度，以補償全部風力渦 輪機性能的損失。但是，該啟示未提及如何對傳感器數(shù)據(jù)進行分析，以及如何基于這些傳感 器數(shù)據(jù)調整槳距角或轉子速度。
[0009] 美國專利申請US2015/0005966A1公開了一種風力渦輪機控制方法，其中基于所存 儲的載荷狀態(tài)計算第一比例因子，并基于測得的運行條件計算校正參數(shù)。然后用校正參數(shù) 計算第二比例因子，該第二比例因子乘以第一比例因子，來確定用于調節(jié)風力渦輪機葉片 性能的校正措施。這個控制方法的目的在于，通過監(jiān)測實際機械載荷狀態(tài)并相應調整功率 輸出，確保沒有超過設計載荷。這個控制方法不是設計用于監(jiān)測風力渦輪機葉片的空氣動 力學性能的退化程度，也不提供有效的控制方法來補償風力渦輪機葉片變化的空氣動力學 性能。
[0010]因此，需要一種方法用于監(jiān)測葉片空氣動力學性能的退化，估算何時需要維護，并 根據(jù)變化的葉片動力學調整風力渦輪機控制，以使電力/能源生產(chǎn)最大化。
[0011] 發(fā)明目的
[0012] 本發(fā)明的目的在于提供一種方法用于監(jiān)測風力渦輪機的葉片空氣動力學性能的 退化，并確定這個退化的程度。
[0013] 本發(fā)明的目的在于基于空氣動力學性能退化的程度，提供一種調整風力渦輪機運 行的方法。
[0014]本發(fā)明的目的在于提供一種風力渦輪機，其能夠監(jiān)測風力渦輪機葉片的空氣動力 學性能的退化。
[0015] 本發(fā)明的目的在于提供一種風力渦輪機，其能夠基于空氣動力學性能退化的程度 優(yōu)化電力生產(chǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0016] 本發(fā)明的目的通過一種用于控制風力渦輪機運行的方法來實現(xiàn)，該風力渦輪機包 括至少兩片可變槳距的風力渦輪機葉片，該葉片可旋轉地連接至發(fā)電機，該方法包括以下 步驟：
[0017] -通過一個或多個控制信號運行風力渦輪機以產(chǎn)生電力輸出，
[0018]-測量風力渦輪機的一個或多個運行參數(shù)，
[0019] -基于測得的一個或多個運行參數(shù)確定退化值，其中該退化值表示風力渦輪機葉 片的空氣動力學性能的退化，
[0020] -通過基于該退化值調節(jié)至少一個控制信號，來調整風力渦輪機的運行，以使功率 輸出最大化，
[0021] 其中調節(jié)至少一個控制信號的步驟包括:基于定義該退化值的比例因子，換算至 少一個控制參數(shù)，其中這個控制參數(shù)表示風力渦輪機葉片在正常狀態(tài)下的空氣動力學性 能。
[0022] 這提供了一種自適應控制方法，其能重調風力渦輪機的運行，以補償風力渦輪機 葉片的空氣動力學性能退化的影響。這個控制方法對正?；蚶硐氲目諝鈩恿W性能進行調 節(jié)，這樣它們提供更好的實際的退化空氣動力學性能展現(xiàn)?；诒壤蜃?，將該理想空氣動 力學性能換算成實際的退化空氣動力學性能。這使得即使當空氣動力學性能由于老化、葉 片磨損、積聚的顆?；虮?、或其他情況而退化時，風力渦輪機能夠優(yōu)化電力生產(chǎn)或使其最大 化。本文中使用的術語"退化"和"臟"指空氣動力學性能偏離理想空氣動力學性能的任何情 況。本文中使用的術語"正常"、"理想"和"干凈"指在制造期間或制造之后所確定的空氣動 力學性能。
[0023] 控制系統(tǒng)中的估算器模炔基于在風力渦輪機上或相對風力渦輪機實施的測量值， 確定比例因子。比例因子和/或其它表示空氣動力學性能退化的程度的信息可選擇地傳送 并展示給遠程位置的操作者。比例因子還可用于估算下一維護期或維修期，當維護期或維 修期到期時，會有警報通知操作者。比例因子可為數(shù)值或多維矢量，例如為風速、葉尖速比 和/或槳距角的函數(shù)的矢量。
[0024] 根據(jù)一實施例，控制參數(shù)選自下列參數(shù)中的至少一個:空氣動力學功率系數(shù)、空氣 動力學推力系數(shù)、空氣動力學轉矩系數(shù)、空氣動力學誘導因子或轉子半徑。
[0025]在將風力渦輪機豎立之前，確定理想干凈的風力渦輪機葉片的空氣動力學性能， 例如通過風洞試驗，而通過使用上述的各種測量值來確定已退化的或臟的風力渦輪機葉片 的退化空氣動力學性能。理想和/或退化空氣動力學性能可確定為查找表，例如在相鄰表 值之間使用線性內(nèi)插法。這使得電力生產(chǎn)的優(yōu)化能更準確，因為控制信號的選擇是基于已 調整的空氣動力學外形，而不是理想或部分退化的空氣動力學外形。
[0026] 空氣動力學性能由風力渦輪機葉片的尺寸和形狀來確定?？捎棉D子半徑、空氣動 力學功率系數(shù)、空氣動力學推力系數(shù)、空氣動力學轉矩系數(shù)、空氣動力學誘導因子和其它相 關的控制參數(shù)來確定空氣動力學性能。一個或多個比例因子可單獨或共同應用于一個或多 個這些控制參數(shù)。
[0027] 根據(jù)由風引起的最大發(fā)電方案，對風力渦輪機控制系統(tǒng)的控制信號的值進行優(yōu) 化：
[0028]
[0029]其中ρ為空氣密度，R為轉子半徑，V為風速，Ω為轉子轉速，β為槳距角，并且Cq為空 氣動力學轉矩系數(shù)。用于旋轉轉子的優(yōu)化的轉矩qWfc、以及作用于轉子的優(yōu)化的推力f優(yōu)化可 確定為：
[0030]
[0031]其中Ct為空氣動力學推力系數(shù)，Ω優(yōu)化為轉子的優(yōu)化轉速，并且β優(yōu)化為優(yōu)化的槳距 角。此外，空氣動力學功率系數(shù)Cp可確定為(：ρ = λ · Cq，其中λ為葉尖速比。
[0032] 一個或多個控制信號通常受到一個或多個限制，比如所獲得的功率必須不能超過 額定功率設定，轉速必須不能超過最大允許運行速度，以及風力渦輪機結構上的載荷必須 不能超過最大可承受的載荷。并且，由于變槳距范圍下端和可選擇的變槳距范圍上限的不 相等，槳距角受到一些約束。因此，可相對給定風速和/或實時空氣密度或根據(jù)查找表，確定 控制信號的各種優(yōu)化方案，這些優(yōu)化方案隨即被控制系統(tǒng)用于控制風力渦輪機的運行。 [0033]根據(jù)一特定實施例，空氣動力學功率系數(shù)、空氣動力學推力系數(shù)和空氣動力學轉 矩系數(shù)中的至少兩個基于共同比例因子進行換算。
[0034]兩個或多個理想控制參數(shù)可通過比例因子kc進行換算。這使得可對不同的控制參 數(shù)以相同的量進行調節(jié)。例如，換算后的空氣動力學推力系數(shù)Ct擔和空氣動力學轉矩系數(shù) Cqj^確定為：
[0035]
[0036] 其中為理想空氣動力學轉矩系數(shù)，Ct神為理想空氣動力學推力系數(shù)，Cq擔為換 算后的空氣動力學轉矩系數(shù)，并且Ct擔為換算后的空氣動力學推力系數(shù)。
[0037] 可選地或額外地，可利用比例因子kR確定有效半徑，由此換算轉子半徑，其中_效 =kR · R。這使得控制系統(tǒng)仿佛在轉子裝配有縮減了葉片長度的風力渦輪機葉片的情況下 運行風力渦輪機。該換算后的空氣動力學推力系數(shù)和/或空氣動力學轉矩系數(shù)基于有效轉 子半徑確定：
[0038]
[0039] 空氣動力學功率系數(shù)SCP = A · Cq，其根據(jù)公式(3)或(4)以相似的方式進行換算。 可選地或額外地，可為空氣動力學系數(shù)Ct、C q、CP中的一個或多個確定單獨的比例因子。
[0040] 空氣動力學系數(shù)Ct、Cq、CP中的至少一個還可通過空氣動力學誘導因子進行計算。 誘導因子表示遠離轉子的自由流動氣流的上游風速與轉子處風速的變化。這使得能更準確 地確定退化空氣動力學系數(shù)，因為一些自由流動氣流偏離轉子，并且下游氣流的風速較小。
[0041] 然后理想誘導因子a干凈通過比例因子1進行換算，以獲得換算后的誘導因子a擔， 其中_=ka · a神。換算后的空氣動力學推力系數(shù)或空氣動力學轉矩系數(shù)確定為：
[0042]
[0043] 空氣動力學功率系數(shù)SCP = A · Cq，其可根據(jù)公式(5)以相似方式用誘導因子進行 換算。
[0044] 或者，公式(5)的連續(xù)函數(shù)可修改為具有至少兩條線段的分段函數(shù)。這使得該線段 能形成完全可微的單調函數(shù)，例如一種函數(shù)，其中一個給定輸出值僅由一個輸入值給出。其 中一條線段可確定在公式(5)的原線上的預定點處的切線。另一條線段可確定原公式(5)的 線段。
[0045]各個空氣動力學系數(shù)的換算可通過計算換算后的空氣動力學系數(shù)比上理想空氣 動力學系數(shù)的比率，得到進一步改進。然后該比率可應用于，例如乘以理想空氣動力學系 數(shù)，以確定改進后的換算后空氣動力學參數(shù)。例如，空氣動力學轉矩系數(shù)如下確定為：
[0046]
[0047]空氣動力學推力系數(shù)和/或空氣動力學功率系數(shù)可以相似的方式確定，其中將換 算值比上理想值的比率乘以理想值。這能夠更好地表示實際退化空氣動力學系數(shù)。
[0048]上述的任一比例因子可用于調整空氣動力學性能，以使正常運行期間的電力生產(chǎn) 最大化。本控制方法對于切入風速和額定風速之間的風速尤其有利。額定風速可在7至10m/ s之間。比起正常風力渦輪機，退化風力渦輪機在這些區(qū)間可以更高轉速、更低發(fā)電機轉矩 和更低槳距角運行，以使電力生產(chǎn)最大化。
[0049] 根據(jù)一實施例，該方法進一步包括估算均勻作用于風力渦輪機葉片的風速的步 驟。
[0050] 估算器模塊還估算有效風速，該有效風速覆蓋掃掠面積均勻作用于整個葉片轉 盤，并隨時間改變。該估算風速用風速估測算法確定，比如美國專利US5289041 A、美國專利 US7317260B2和國際申請W0 2009/153614 A2中所描述，上述申請全部通過引用并入本申 請。比起使用位于機艙的風速計，這能夠更準確測量或估算作用在轉子上的實際風速。
[0051] 根據(jù)一實施例，調整風力渦輪機運行的步驟包括至少基于估算的風速或退化值， 至少調整槳距控制信號或發(fā)電機轉矩控制信號。
[0052]估算器模塊連接至控制模塊，該控制模炔基于比例因子和/或從估算器模塊接收 到的估算風速來換算控制參數(shù)。控制模塊，例如運行點優(yōu)化器，確定各種控制信號優(yōu)化的運 行點，這樣風力渦輪機實現(xiàn)最大的電力生產(chǎn)。換算后的控制參數(shù)用于確定每個控制信號的 優(yōu)化值。
[0053]然后控制信號的這些優(yōu)化值直接傳送至風力渦輪機中的各種運行單元，或傳送至 風力渦輪機的本地控制系統(tǒng)。然后本地控制系統(tǒng)隨即將這些值傳送至各種運行單元。例如， 控制模塊，例如槳距控制器，將這些優(yōu)化值用作控制風力渦輪機葉片槳距的設定值?；诒?例因子、估算風速以及風力渦輪機的響應，例如測得的轉速，來控制變槳距。
[0054] 根據(jù)一實施例，確定退化值的步驟包括基于當前組的控制信號和至少第二組運行 參數(shù)，來預測第一組運行參數(shù)。
[0055]在第一實施例中，估算器模塊通過狀態(tài)估計算法，例如卡爾曼濾波算法、最小二乘 方曲線擬合或ft?邏輯法，來確定比例因子。例如，估算器模炔基于控制信號的當前值或實際 值，使用第一模型，例如數(shù)學狀態(tài)模型，來預測風力渦輪機的狀態(tài)。第二模型，例如數(shù)學模 型，用于將該預測狀態(tài)轉化為預測組的測量值，例如第一組運行參數(shù)。預測的測量值和當前 的測量值之間的誤差進一步用作第一模型的輸入值，以校正下一預測。第一模型和第二模 型描述了控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示，其中風力渦輪機系統(tǒng)的表現(xiàn)可由兩個已知的轉換函數(shù) 確定。這使得控制系統(tǒng)能夠在用第一和第二模型預測下一測量值時，追蹤風力渦輪機的狀 態(tài)和測量值。
[0056]估算器模塊確定狀態(tài)矢量和預估測量值的時間序列模型。使用上述的第一模型和 第二模型，風速、比例因子和轉速的時間序列模型確定為：
[0058]其中SVcbtS具有標準偏差oVcbt的零均值高斯白噪聲序列，其以風速加速度為單元； Skdot為具有標準偏差Okdot的零均值高斯白噪聲序列，其以比例因子速度為單元?？偡Qk指上 述比例因子kc、k R、ka中的任何一個。此外，I為驅動系中旋轉組件的總慣性，該旋轉組件例如 轉子、旋轉軸、發(fā)電機以及可選擇的變速箱。公式(5)不考慮旋轉軸的啟動階段。使用擴展卡 爾曼濾波、粒子濾波或其它線性化技術，例如在穩(wěn)態(tài)或穩(wěn)態(tài)之前的前期狀態(tài)周圍，可使公式 (7)進一步直線化。
[0059]例如，作用于轉子的推力可作為風力渦輪機塔架位置的函數(shù)進行間接測量。然后 基于測得的風力渦輪機塔架加速度來計算該推力。該加速度可如下文所述，通過加速計直 接測量，或通過定位系統(tǒng)，例如全球定位系統(tǒng)或局部定位系統(tǒng)，間接測量。這改進了預測過 程，同時能夠觀察系統(tǒng)。
[0000]在一實施例中，第二組運行參數(shù)為當前測得的一組運行參數(shù)或至少是之前測得的 一組運行參數(shù)。
[0061] 下一預測狀態(tài)以及下一組測量值至少基于當前狀態(tài)以及當前的一組測量值。這使 得能夠簡化計算下一組測量值。可通過查看兩組或多組測量值，例如當前的一組測量值和 至少一組之前的測量值，對下一狀態(tài)以及一組測量值的預測進行改進。這些至少兩組測量 值可簡單平均，或加權求和。這使得控制系統(tǒng)不易受測量值的噪聲和大變化的影響。
[0062] 根據(jù)另一特定實施例，確定退化值的步驟進一步包括:確定當前測量的一組運行 參數(shù)和第一組運行參數(shù)之間的偏差，并基于該偏差校正隨后的第三組運行參數(shù)。
[0063] 估算器模炔基于當前測量值和較早時期的預測測量值之間的偏差，來校正之后的 預測測量值，例如第三組運行參數(shù)。這增加了下一預測的準確性，并使得控制方法可追蹤控 制信號的軌跡。
[0064] 根據(jù)又一特定實施例，該方法包括以下步驟：
[0065] -通過將第一比例因子與第二比例因子相加，計算測試比例因子，
[0066] -基于該測試比例因子換算至少一個控制參數(shù)，
[0067] -測量第一組運行參數(shù)，
[0068] -通過將第一組運行參數(shù)與第二組運行參數(shù)進行對比，評估第一組運行參數(shù)，以檢 測第一組中控制參數(shù)的至少一個相較第二組中的相應控制參數(shù)是否有改進，以及
[0069] -如果有檢測到改進，保存該測試比例因子作為第二比例因子，或者
[0070]-如果沒有檢測到改進，該第一比例因子的值無效。
[0071 ]術語"改進值"和"改進"定義為構成改進的所選控制參數(shù)的任何情況，比如電力生 產(chǎn)增大、載荷減小以及/或風力渦輪輪機塔架或轉子的震動減小、或槳距角以及/或轉速的 增減。
[0072] 在這個實施例中，估算器模塊通過將固定比例因子與當前比例因子相加，來計算 測試比例因子。然后該測試比例因子傳送至控制模塊。控制模炔基于接收到的測試比例因 子換算各個控制參數(shù)，然后確定每個控制信號的優(yōu)化值。通過安裝在風力渦輪機上或相對 風力渦輪機安裝的各種傳感器，得到新一組的測量值，例如第一組測量值。
[0073] 然后控制模塊或評估器模塊評估該新的一組測量值，以檢測或識別至少一個控制 參數(shù)，例如電力生產(chǎn)中是否有任何改進。這也可以通過將最新測量的一組控制參數(shù)與之前 測量的一組控制參數(shù)進行對比來完成。如果檢測到改進，該測試比例因子被存儲為新的當 前比例因子，且新的測量值組被存儲為之前的測量值組。如果沒有檢測到改進，當前的測試 比例因子不改變，固定比例因子無效，例如從正值變至負值，反之亦然，新一組的測量值可 選擇地存儲為當前的一組測量值。然后在下一時間周期重復該過程。這能夠簡單容易地調 節(jié)控制參數(shù)以及風力渦輪機的運行，因為當前比例因子根據(jù)運行參數(shù)的測量值增加或減 少。
[0074] 改進可確定為超過預定低閾值的控制參數(shù)值的變化，該控制參數(shù)值例如為幅度或 頻率。該低閾值可基于風力渦輪機系統(tǒng)的公差或各個控制參數(shù)的噪聲電平進行選擇。
[0075]本發(fā)明的目的還通過一種風力渦輪機實現(xiàn)，該風力渦輪機包括風力渦輪機塔架、 設置在風力渦輪機塔架頂部，例如機艙中的發(fā)電機、具有至少兩片可旋轉地連接至發(fā)電機 的風力渦輪機葉片的轉子、以及基于一個或多個控制信號來控制風力渦輪機運行的控制系 統(tǒng)，其中該控制系統(tǒng)確定表明風力渦輪機葉片的空氣動力學性能退化的退化值，并基于該 退化值調整風力渦輪機的運行，其中該退化值為比例因子，并且該控制系統(tǒng)基于該比例因 子換算至少一個控制參數(shù)，該控制參數(shù)表明正常狀態(tài)下風力渦輪機葉片的空氣動力學性 能。
[0076] 這提供了一種可供選擇的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)根據(jù)風力渦輪機葉片的退化調整 風力渦輪機的運行。該控制系統(tǒng)能夠更準確地調節(jié)控制信號，因為調節(jié)了風力渦輪機葉片 的理想空氣動力學性能，這樣它們能提供更好的實際的退化空氣動力學性能展現(xiàn)。這使得 控制系統(tǒng)能夠補償葉片的退化，該退化源于老化、葉片磨損、在風力渦輪機葉片上積聚冰或 其它顆粒、或將導致空氣動力學效果損失的多種情況。
[0077] 根據(jù)一實施例，控制系統(tǒng)包含估算器模塊，其基于當前的一組控制信號和至少第 二組運行參數(shù)預測第一組運行參數(shù)。
[0078] 如上所述，估算器模塊包括用于預測下一組測量的運行參數(shù)的第一模型和第二模 型。該第一模型和第二模型利用控制信號和運行參數(shù)模擬風力渦輪機系統(tǒng)的表現(xiàn)，確定風 力渦輪機系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示。這使得能夠更準確地調整風力渦輪機的運行，并使得控制 系統(tǒng)能追蹤退化了的風力渦輪機控制信號的軌跡。
[0079] 根據(jù)一實施例，估算器模炔基于當前測量的一組運行參數(shù)組和第一組運行參數(shù)之 間的偏差，進一步校正隨后的第三組運行參數(shù)。
[0080] 如上所述，估算器模塊進一步包括比較儀，其用于確定預測的測量值組和當前的 測量值組之間的偏差或誤差。該偏差或誤差被校正器用于校正下一組預測的測量值。估算 器模塊，例如校正器，用于計算增加值，該增加值用于校正下一組預測的測量值。該增加值 反饋至第一模型和/或第二模型，并用于計算下一組的測量值和/或系統(tǒng)的下一狀態(tài)。這增 加了預測測量值組的準確性。
[0081] 根據(jù)一實施例，控制系統(tǒng)包括估算器模塊，該估測器模塊通過將第一比例因子與 第二比例因子相加，來計算測試比例因子，其中控制系統(tǒng)相對第二組運行參數(shù)來評估第一 組運行參數(shù)，以檢測第一組中是否有至少一個控制參數(shù)相較第二組中的相應控制參數(shù)具有 改進值。
[0082] 如上所述，這提供了一種簡化的控制系統(tǒng)，其使得根據(jù)當前比例因子是否在至少 一個運行參數(shù)中引起改進，來改變測試比例因子的值。估算器模塊將固定比例因子與當前 比例因子相加，并使用該測試比例因子執(zhí)行當前測量。評估器模塊分析該當前測量值以及 先前測量值，并進一步生成表明是否檢測到改進的信號，該信號傳送至估算器模塊。如果信 號表明沒有檢測到改進，估算器模塊無效該固定比例因子的值。如果信號表明檢測到改進， 估算器模塊將該測試比例因子存儲為當前比例因子。評估器模塊可形成控制模塊的一部 分。
[0083]控制系統(tǒng)在預定時間周期內(nèi)定期調整風力渦輪機的運行。根據(jù)風力渦輪機的地理 位置、風力渦輪機的年齡或其它相關條件，該時間周期可選擇為小時、天或星期。運行參數(shù) 在預定時窗內(nèi)測得?；蛘?，各個時窗可用于測量運行參數(shù)，其中每個時窗針對特定類型的控 制參數(shù)進行優(yōu)化。連接至控制系統(tǒng)的存儲單元用于存儲每個時間周期/時窗的測量值、比 例因子和控制信號。
[0084] 控制系統(tǒng)進一步包括控制模塊，其基于退化值和估算風速調整一個或多個控制信 號。如上所述，控制模塊用運行點優(yōu)化器和/或槳距控制器確定每個控制信號的優(yōu)化值。槳 距控制器可設置為PI-控制器、PID-控制器或其它適合的控制器。在槳距控制算法中，比例 因子和/或估算風速被槳距控制器用來計算一個或多個增加值。
[0085] 根據(jù)一實施例，至少一個傳感器單元相對風力渦輪機設置，其中該至少一個傳感 器單元直接或間接測量風力渦輪機塔架的加速度。
[0086] 如上所述，風力禍輪機塔架的加速度通過一個或多個加速計直接測得，該加速計 設置在風力渦輪機上，例如在風力渦輪機塔架上。加速計測量由轉子的旋轉軸所限定平面 的加速度。加速計通過有線或無線連接連接至控制系統(tǒng)。
[0087] 例如，通過使用濾波器，例如數(shù)字濾波器，來自加速計的測量信號由控制系統(tǒng)進行 低通濾波，以消除由于共振頻率引起的振動。過濾測得的信號使其中心頻率在0.05Hz至 0.15Hz之間，例如0.1Hz。當計算濾波后的加速度數(shù)據(jù)時，可考慮低通濾波器的相位延遲。這 些加速度的時間序列模型可包含在公式(7)中：
[0089] 其中ω傾1為低通濾波器的截止頻率為由加速計測得的原始加速度數(shù)據(jù) 為由加速計測得的濾波后的加速度數(shù)據(jù)，并且α為迎角。
[0090] 或者，風力渦輪機塔架的加速度可通過一個復雜的模型來確定，該模型考慮了風 力渦輪機塔架的共振運動。
[0092]其中〇踏§為共振頻率，|踏§為阻尼系數(shù)，m為機艙和轉子的總質量，并且X為風力渦 輪機塔架相對于旋轉軸的位置，該旋轉軸由旋轉主軸所確定。
[0093]在風力渦輪機上，或相對風力渦輪機，至少設置第二傳感器，用于測量至少第二運 行參數(shù)。第二傳感器可測量轉矩、輸出功率、槳距角、振動、轉速、載荷或其它運行參數(shù)。一個 或多個感測環(huán)境參數(shù)，比如風速、氣溫、氣壓或其它環(huán)境參數(shù)的傳感器可連接至控制系統(tǒng)。 環(huán)境傳感器可為壓力傳感器、溫度傳感器、激光雷達(LIDAR)系統(tǒng)、風速計或其它適合的傳 感器或傳感器單元。這些測量值的時間序列模型可進一步包含在公式(6)中。
[0094] 根據(jù)一特定實施例，至少一個傳感器單元為位置傳感器或傾斜傳感器。
[0095] 上述塔架加速度可通過定位位置間接測得。然后用風力渦輪機塔架絕對位置的函 數(shù)計算加速度。定位系統(tǒng)可為全球定位系統(tǒng)(GPS)，例如差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)、或局部 定位系統(tǒng)(LPS)。定位系統(tǒng)包括一個或多個本地接收器，該本地接收器位于風力渦輪機上， 例如轉子、機艙或風力渦輪機塔架上。本地接收器接收來自至少一個遠程參考單元的校正 信號，例如RTK信號或其它相位載波增強信號。然后本地接收器基于接收到的校正信號校正 其自身測量值。遠程單元可為位于預定位置的固定參考站、或在風力渦輪機上或相對風力 渦輪機的預定位置設置的基本單元?；蛘撸梢允÷赃h程參考單元，并且校正信號可通過基 于互聯(lián)網(wǎng)的服務方案進行傳送。
[0096] 在這個實施例中，第一模型和第二模型的公式確定為：
[0098] 其中xgiGPS為GPS傳感器測量值和風力渦輪機塔架的初始位置之間的偏移，其中 沒有出現(xiàn)偏差，并且X CPS為來自定位系統(tǒng)的位置數(shù)據(jù)。
[0099] 至少一個角度傳感器，例如傾斜傳感器或傾斜計，設置在風力渦輪機塔架上，并連 接至控制系統(tǒng)。該角度傳感器測量風力渦輪機塔架相對其初始位置的傾斜角。在該實施例 中，該傾斜角γ確定為：
[0101] 其中F為施加至風力渦輪機塔架的力，h為塔架高度，ΕΙ為風力渦輪機塔架的抗彎 剛度，并且X備f為距離標稱位置或初始位置的偏移。
[0102] 然后第一模型和第二模型的公式確定為：
[0104] 其中YSffi為風力渦輪機塔架的初始或標稱傾斜角。
[0105] 在實踐中，風力渦輪機塔架不是等截面梁，因此傾斜角和位置之間的關系比上述 表明的情況更復雜。但是，這可通過描述該關系的查找表來解決。
[0106] 本發(fā)明的目的還通過一種包括一個或多個風力渦輪機的風力渦輪機系統(tǒng)實現(xiàn)，其 中每個風力渦輪機包括控制該風力渦輪機運行的本地控制系統(tǒng)，其中每個本地控制系統(tǒng)與 遠程控制系統(tǒng)遠程通訊，其中遠程控制系統(tǒng)調整一個或多個上述風力渦輪機中至少一個的 運行。
[0107] 本控制系統(tǒng)應用在位于風力渦輪機中的風力渦輪機控制系統(tǒng)中?；蛘?，本控制系 統(tǒng)應用在遠程控制系統(tǒng)中，例如監(jiān)控系統(tǒng)，其中遠程控制系統(tǒng)通過無線或有線連接與本地 風力渦輪機控制系統(tǒng)通信。該無線連接可為SCADA數(shù)據(jù)傳輸器。這使得風力渦輪機運行可在 現(xiàn)場或通過遠程位置進行自適應控制。由各種傳感器所得的測量值可作為原始數(shù)據(jù)傳送至 遠程位置，然后該原始數(shù)據(jù)在遠程位置進行處理?；蛘撸趯y量值傳送至遠程位置之前， 對風力渦輪機的測量值進行初始處理，例如濾波。
【附圖說明】
[0108] 本發(fā)明參照附圖，僅通過示例進行描述，其中：
[0109] 圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明裝配有控制系統(tǒng)的示范性風力渦輪機的框圖；
[0110] 圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明圖1的控制系統(tǒng)的示范性實施例的框圖；
[0111] 圖3分別圖示了示范性干凈風力渦輪機葉片和臟風力渦輪機葉片的優(yōu)化槳距、轉 矩和轉速；
[0112] 圖4圖示了圖3的干凈風力渦輪機葉片和退化風力渦輪機葉片的空氣動力學轉矩 系數(shù)關于槳距角和葉尖速比的函數(shù)；
[0113]圖5圖示了圖3的干凈風力渦輪機葉片和退化風力渦輪機葉片的空氣動力學功率 系數(shù)關于槳距角和葉尖速比的函數(shù)；
[0114] 圖6圖示了根據(jù)第一實施例，將圖3的干凈風力渦輪機葉片的優(yōu)化槳距、轉矩和轉 速進行換算，以獲得圖3的臟風力渦輪機葉片的槳距、轉矩和轉速；
[0115] 圖7圖示了根據(jù)第二實施例，將圖3的干凈風力渦輪機葉片的優(yōu)化槳距、轉矩和轉 速進行換算，以獲得圖3的臟風力渦輪機葉片的槳距、轉矩和轉速；
[0116]圖8圖示了空氣動力學推力系數(shù)關于誘導因子的函數(shù)曲線圖；
[0117]圖9圖示了根據(jù)分段函數(shù)，圖8的空氣動力學推力系數(shù)關于誘導因子的函數(shù)的修改 曲線圖；
[0118]圖10圖示了圖3的干凈風力渦輪機葉片和臟風力渦輪機葉片的空氣動力學推力系 數(shù)關于槳距角和葉尖速比的函數(shù)；
[0119]圖11圖示了圖3的干凈風力渦輪機葉片的推力系數(shù)比上臟風力渦輪機葉片的推力 系數(shù)的比率關于槳距角和葉尖速比的函數(shù)；
[0120]圖12圖示了根據(jù)第三實施例，將圖3的干凈風力渦輪機葉片的優(yōu)化槳距、轉矩和轉 速進行換算，以獲得圖3的臟風力渦輪機葉片的槳距、轉矩和轉速；
[0121]圖13圖示了圖1和圖2的比例因子估算器的示范性第一實施例的框圖；
[0122]圖14圖不了圖1和圖2的控制系統(tǒng)的不范性第一實施例的框圖；并且 [0123 ]圖15圖示了圖1和圖2的控制系統(tǒng)的示范性第二實施例的框圖。
[0124] 在下文中，將對附圖進行逐幅描述，并且附圖中所示各個部件和位置在不同附圖 中將標以相同的標號。在特定附圖中，并非所有示出的部件和位置將一定會與該附圖一起 進行討論。
[0125] 標號列表
[0126] 1風力渦輪機
[0127] 2風力渦輪機塔架
[0128] 3風力渦輪機葉片
[0129] 4變速箱
[0130] 5發(fā)電機
[0131] 6旋轉主軸
[0132] 7傳感器
[0133] 8控制系統(tǒng)
[0134] 9運行參數(shù)
[0135] 10葉片退化信息
[0136] 11發(fā)電機轉矩控制信號
[0137] 12槳距控制信號
[0138] 13槳距機構
[0139] 14估算器模塊
[0140] 15控制模塊
[0141] 16比例因子
[0142] 17控制信號
[0143] 18空氣動力學推力系數(shù)
[0144] 19第一線段
[0145] 20第二線段
[0146] 21第一模型
[0147] 22第二模型
[0148] 23當前的測量值組
[0149] 24預測的測量值組
[0150] 25校正器
[0151] 26 風速
[0152] 27運行點優(yōu)化器
[0153] 28槳距控制器
[0154] 29槳距控制信號
[0155] 30轉速控制信號
[0156] 31基于高頻脈動的控制方法
【具體實施方式】
[0157] 圖1圖示了風力渦輪機1的示范性實施例的框圖，該風力渦輪機1裝配有監(jiān)控空氣 動力學性能的退化并相應調節(jié)風力渦輪機控制的控制系統(tǒng)。該風力渦輪機包括風力渦輪機 塔架2,在該風力渦輪機塔架2上設置有機艙。具有三片風力渦輪機葉片3的轉子可旋轉地安 裝至機艙。該轉子可選擇地連接至變速箱4,并隨即通過至少一個旋轉軸6連接至機艙內(nèi)的 發(fā)電機5。
[0158] 測量風力禍輪機1的一個或多個運行參數(shù)的一個或多個傳感器7通過無線或有線 連接而連接至控制系統(tǒng)8。傳感器7設置在風力渦輪機1上，或相對于風力渦輪機1設置，以測 量各種運行參數(shù)，比如發(fā)電機轉矩、功率輸出、槳距角、機械振動或機械載荷、轉子轉速、風 力渦輪機塔架的位置、風力渦輪機塔架運動的加速度或其它適合的運行參數(shù)。傳感器7還可 包括至少一個環(huán)境傳感器，用于測量風速、氣溫、氣壓或其它適合的環(huán)境參數(shù)。
[0159] 控制系統(tǒng)8基于測得的運行參數(shù)9,例如傳感器數(shù)據(jù)，來監(jiān)控葉片退化的程度。引起 葉片退化的原因有:風力渦輪機葉片3a前緣的侵蝕損傷、由閃電在風力渦輪機葉片3b表面 上造成的裂縫、或在風力渦輪機葉片3c表面逐步生成冰?？刂葡到y(tǒng)將表明葉片退化的信息 10傳送至遠程位置，在該位置操作者能夠監(jiān)控風力渦輪機1的運行?？刂葡到y(tǒng)8進一步根據(jù) 測得的葉片退化來至少調節(jié)發(fā)電機轉矩控制信號11和槳距控制信號12。然后發(fā)電機5和槳 距機構13根據(jù)這些控制信號11、12調節(jié)發(fā)電機轉矩和槳距角，以在這些退化條件下使電力 生產(chǎn)最大化。
[0160] 圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)8的示范性實施例的框圖?？刂葡到y(tǒng)8包括生成 比例因子16的估算器模塊14和生成一個或多個控制信號17來控制風力渦輪機1運行的控制 模塊15。
[0161] 由傳感器7測得的運行參數(shù)9傳送至估算器模塊14。用于控制風力渦輪機1運行的 控制信號17進一步傳送至估算器模塊14。估算器模塊14分析這些數(shù)據(jù)來確定葉片退化信息 10,并生成比例因子16。葉片退化信息10包括比例因子16,其用于提醒操作者下一個保養(yǎng) 期。
[0162] -個或多個測得的運行參數(shù)9與比例因子16-起進一步傳送至控制模塊15。控制 模塊15進一步用接收的比例因子16換算轉子的一種或多種空氣動力學性能，來獲得實際的 退化空氣動力學性能，該轉子的空氣動力學性能由風力渦輪機葉片3所確定。然后控制模塊 15基于這些已換算的空氣動力學性能調整控制信號17,并將它們傳送至風力渦輪機1的各 個部件。這減小了由于葉片退化在風力渦輪機上產(chǎn)生的功率損耗和載荷。
[0163] 圖3圖示了為了使電力成產(chǎn)最大化，示例的1.6MW風力渦輪機的優(yōu)化槳距角、發(fā)電 機轉矩和轉速關于風速的函數(shù)。第一曲線(實線)示出正常葉片，例如干凈風力渦輪機葉片 的空氣動力學優(yōu)化值。第二曲線(虛線)示出退化葉片，例如臟風力渦輪機葉片的空氣動力 學優(yōu)化值。
[0164] 如圖3的曲線圖所示，在風速低于額定風速下，退化的風力渦輪機比正常風力渦輪 機產(chǎn)生功率更小，并且轉子經(jīng)受的推力更小。在這個區(qū)間，退化的風力渦輪機比正常風力渦 輪機運行的轉速更高、轉矩更小并且槳距角更小。
[0165] 圖4圖示了圖3的干凈風力渦輪機葉片和臟風力渦輪機葉片的空氣動力學轉矩系 數(shù)關于槳距角和葉尖速比的函數(shù)。進一步地，圖5圖示了圖3的干凈風力渦輪機葉片和臟風 力渦輪機葉片的空氣動力學功率系數(shù)關于槳距角和葉尖速比的函數(shù)。
[0166] 圖6圖示了根據(jù)第一實施例，為了最大化電力生產(chǎn)而進行優(yōu)化的已調整的風力渦 輪機槳距角、發(fā)電機轉矩和轉速。在該實施例中，根據(jù)公式（1)通過共同比例因子k。，對圖3 的正常風力渦輪機的理想空氣動力學推力和理想空氣動力學轉矩進行換算。此處該理想空 氣動力學推力系數(shù)和轉矩系數(shù)通過因子k c = 0.8進行換算，之后控制系統(tǒng)根據(jù)這些已換算 的空氣動力學系數(shù)來調整理想槳距角、發(fā)電機轉矩和轉速。
[0167] 圖7圖示了根據(jù)第二實施例，為了最大化電力生產(chǎn)而進行優(yōu)化的已調整風力渦輪 機槳距角、發(fā)電機轉矩和轉速。在該實施例中，轉子半徑通過比例因子k R進行換算，來確定 有效轉子半徑，該有效轉子半徑隨即用于根據(jù)公式(2)換算圖3的正常風力渦輪機的理想空 氣動力學推力和理想空氣動力學轉矩。此處理想空氣動力學推力系數(shù)和轉矩系數(shù)通過因子 kR = 0.92進行換算，之后控制系統(tǒng)根據(jù)這些已換算的空氣動力學系數(shù)來調整理想槳距角、 發(fā)電機轉矩和轉速。
[0168] 如圖6和圖7的曲線圖所示，這些調整值（實線）提供圖3退化風力渦輪機的值（虛 線）的更精準展現(xiàn)。這使得退化風力渦輪機能夠增加作用于轉子的推力，并由此在葉片空氣 動力學性能的逐漸退化期間使電力生產(chǎn)最大化。
[0169]圖8圖示了圖3的正常風力渦輪機的空氣動力學推力系數(shù)關于誘導因子的函數(shù)曲 線18。如圖8的曲線圖所圖示，該函數(shù)形成了拋物線函數(shù)，其中兩個不同的a輸入值具有相同 的Ct輸出值。
[0170]圖9圖示了根據(jù)分段函數(shù)，在圖8中所示的空氣動力學推力系數(shù)的修改曲線。在該 實施例中，空氣動力學推力系數(shù)由第一線段19和第二線段20確定。第一線段19相當于圖8的 線段，而第二線段20是圖8的線在預定點，例如0.4處的切線。這提供了一種單調函數(shù)，其中 一個輸入值a具有一個輸出Ct。
[0171]圖10圖示了圖3的正常風力渦輪機葉片和退化風力渦輪機葉片的空氣動力學推力 系數(shù)關于槳距角和葉尖速比的函數(shù)。圖9圖示的分段函數(shù)用于確定圖10的曲線圖中所示的 空氣動力學推力系數(shù)。然后這兩個空氣動力學推力系數(shù)用于確定表明理想誘導因子和退化 誘導因子之間關系的比率，該理想誘導因子例如為干凈風力渦輪機葉片的，該退化誘導因 子例如為退化風力渦輪機葉片的。
[0172]圖11圖示了圖3的干凈風力渦輪機葉片的推力系數(shù)比上退化風力渦輪機葉片的推 力系數(shù)的比率關于槳距角和葉尖速比的函數(shù)。圖11所示的比率用于根據(jù)一個或多個條件來 確定比例因子ka。
[0173]如圖11的曲線圖所表明，該比率范圍為約0.7至約0.84。隨著風速從切入風速增加 至切出風速，該比率也從下端值增加至上端值。
[0174]圖12圖示了根據(jù)第三實施例，為了最大化電力生產(chǎn)而進行優(yōu)化的已調整風力渦輪 機槳距角、發(fā)電機轉矩和轉速。在該實施例中，根據(jù)一個或多個條件，基于圖11所示的比率 確定比例因子ka。圖3的正常風力渦輪機的理想誘導因子通過此比例因子進行換算，其隨即 用于換算空氣動力學系數(shù)。
[0175] 用圖9的誘導因子和這個比例因子ka，根據(jù)公式(4)，對圖3的正常風力渦輪機的理 想空氣動力學轉矩系數(shù)進行換算。此處理想空氣動力學轉矩系數(shù)通過因子k a = 0.72進行換 算。
[0176] 如圖12所示，這些調整值(實線）提供了圖3的退化風力渦輪機的值(虛線）的更精 準展現(xiàn)。此外，用公式(3)換算理想空氣動力學系數(shù)意味著:相比起圖6的調整值和優(yōu)化值， 能夠更準確地得到圖3的退化風力渦輪機的實際空氣動力學性能。
[0177] 圖13圖示了比例因子估算器模塊14的示范性第一實施例的框圖。在該實施例中， 估算器模塊14包括第一數(shù)學模型21和第二數(shù)學模型22。第一模型21和第二模型22確定了風 力渦輪機控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示。在第一模型21中，當前的一組控制信號17用作控制矢 量，當前的一組測量值23,例如運行參數(shù)，用作狀態(tài)矢量。第一模型21基于該控制矢量和狀 態(tài)矢量預測出風力渦輪機控制系統(tǒng)的下一狀態(tài)。然后第二模型22將這個預測狀態(tài)轉化為預 測的下一組測量值24。
[0178] 然后在下一個時間周期得到新一組測量值9。該周期的預測的一組測量值24與新 的一組測量值9 一起傳送至比較儀，用于確定這兩組測量值9、24之間的偏差。校正器25確定 增加量，用于基于這個偏差校正預測，該偏差傳送回第一模型21。然后該第一模型21使用這 個增加量來校正下一預測狀態(tài)。
[0179] 最終，根據(jù)上述的公式（1)、（2)、（3)或（4)，估算器模塊14基于測量的多組運行參 數(shù)9來計算比例因子16。然后在下一周期重復該過程。
[0180] 圖14圖示了控制系統(tǒng)8的示范性第一實施例的框圖。在這個實施例中，圖13的估算 器模塊14進一步確定均勻作用在轉子上估算風速26。比例因子16和風速26傳送至控制模塊 15。
[0181] 控制模塊15包括運行點優(yōu)化器27和槳距控制器28。運行點優(yōu)化器27基于接收到的 比例因子16換算正常風力渦輪機的理想空氣動力學轉矩系數(shù)。為了最大化電力生產(chǎn)，運行 點優(yōu)化器27進一步基于該已換算的空氣動力學系數(shù)，調整這些控制信號17的值。這些已調 整的控制信號17可包括槳距控制信號29、發(fā)電機轉矩控制信號11和轉速控制信號30。槳距 控制器28將這些控制信號11、29、30用作參考點，來控制風力渦輪機葉片3的變槳距。該槳距 控制器28基于風速26、比例因子16以及可選擇的當前轉速來確定槳距控制信號12。
[0182] 圖15圖示了控制系統(tǒng)8的示范性第二實施例的框圖。最初，當前比例因子的固定比 例因子輸入估算器模塊14。之前的一組測量運行參數(shù)輸入控制模塊。
[0183] 然后估算器模塊通過將當前比例因子與固定比例因子相加，來計算測試比例因 子。然后將此測試比例因子傳送至控制模塊，該控制模塊如上所述換算空氣動力學系數(shù)，并 基于這些已換算的空氣動力學系數(shù)來確定優(yōu)化的控制信號。然后測量新一組運行參數(shù)，并 將其傳送至控制模塊?？刂颇K相對之前測量的一組運行參數(shù)來分析當前測量的一組運行 參數(shù)，以確定是否在至少一個運行參數(shù)中存在改進。如果沒有檢測到改進，該固定比例因子 無效，同時當前測試比例因子不變。如果檢測到有改進，該測試比例因子存儲為當前比例因 子，并且當前一組運行參數(shù)存作之前一組運行參數(shù)。最終，重復該過程。
[0184] 本發(fā)明不限于本文所示實施例或所述實施例，在不脫離專利權利要求所述的本發(fā) 明范圍的情況下，可以進行改變或調整。
【主權項】
1. 用于控制風力渦輪機（1)運行的方法，所述風力渦輪機（1)包括至少兩個可旋轉地連 接至發(fā)電機(5)的可變槳距風力渦輪機葉片(3)，所述方法包括以下步驟： 通過一個或多個控制信號（17)，運行風力渦輪機(1)以產(chǎn)生電力輸出， 測量風力渦輪機(1)的一個或多個運行參數(shù)(9)， 基于測得的一個或多個運行參數(shù)(9)確定退化值，其中所述退化值表示風力渦輪機葉 片(3)的空氣動力學性能的退化， 通過基于退化值調節(jié)至少一個控制信號（17)，來調整風力渦輪機（1)的運行，以使功率 輸出最大化，其特征在于， 調節(jié)至少一個控制信號（17)的步驟包括基于確定退化值的比例因子（16)，換算至少一 個控制參數(shù)，其中所述控制參數(shù)表示風力渦輪機葉片(3)在正常狀態(tài)下的空氣動力學性能。2. 根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所述控制參數(shù)選自下列中的至少一個： 空氣動力學功率系數(shù)(CP)、 空氣動力學推力系數(shù)(Ct)、 空氣動力學轉矩系數(shù)(Cq)、 空氣動力學誘導因子(a)、或 轉子半徑(R)。3. 根據(jù)權利要求2的方法，其特征在于，空氣動力學功率系數(shù)(CP)、空氣動力學推力系數(shù) (Ct)和空氣動力學轉矩系數(shù)(C q)中的至少兩個基于共同比例因子(k。)進行換算。4. 根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所述方法進一步包括估算均勻作用于風力渦輪 機葉片(3)上的風速(26)的步驟。5. 根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所述調整風力渦輪機（1)的運行的步驟包括至 少基于估算的風速（26)或退化值，至少調整槳距控制信號（29)或發(fā)電機轉矩控制信號 (11)〇6. 根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，確定退化值的步驟包括基于當前組的控制信號 (17)和至少第二組的運行參數(shù)(9)，預測第一組(24)運行參數(shù)(9)。7. 根據(jù)權利要求6的方法，其特征在于，確定退化值的步驟進一步包括確定當前測量的 一組(23)的運行參數(shù)(9)和第一組(24)運行參數(shù)(9)之間的偏差，以及基于所述偏差校正隨 后第三組的運行參數(shù)(9)。8. 根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟： 通過將第一比例因子與第二比例因子相加，計算測試比例因子， 基于所述測試比例因子換算至少一個控制參數(shù)， 測量第一組的運行參數(shù)(9)， 通過將第一組的運行參數(shù)(9)對比第二組的運行參數(shù)(9)，評估第一組的運行參數(shù)(9)， 以檢測第一組中是否有至少一個控制參數(shù)相較第二組中相應控制參數(shù)具有改進值，以及 如果有檢測到改進，將所述測試比例因子存儲為第二比例因子，或者 如果沒有檢測到改進，所述第一比例因子的值無效。 9 · 一種風力渦輪機（1)，所述風力渦輪機（1)包括風力渦輪機塔架(2)、發(fā)電機(5)、轉子 和控制系統(tǒng)(8)，所述發(fā)電機(5)設置在所述風力渦輪機塔架(2)頂部，例如在機艙中，所述 轉子具有至少兩片可旋轉地連接至所述發(fā)電機(5)的風力渦輪機葉片（3)，所述控制系統(tǒng) (8) 基于一個或多個控制信號（17)控制風力渦輪機（1)的運行，其中所述控制系統(tǒng)(8)確定 表示風力渦輪機葉片（3)的空氣動力學性能退化的退化值，并基于所述退化值調整所述風 力渦輪機（1)的運行，其特征在于，所述退化值為比例因子（16)，并且所述控制系統(tǒng)(8)基于 所述比例因子（16)來換算至少一個控制參數(shù)，所述控制參數(shù)表示風力渦輪機葉片(3)在正 常狀態(tài)下的空氣動力學性能。10. 根據(jù)權利要求9的風力渦輪機，其特征在于，所述控制系統(tǒng)（8)包括估算器模塊 (14)，所述估算器模塊（14)基于當前的一組控制信號（17)和至少第二組的運行參數(shù)(9)，預 測第一組(24)的運行參數(shù)(9)。11. 根據(jù)權利要求10的風力渦輪機，其特征在于，所述估算器模塊（14)進一步基于當前 測量的一組(23)運行參數(shù)(9)和第一組(24)的運行參數(shù)(9)之間的偏差，校正隨后第三組的 運行參數(shù)(9)。12. 根據(jù)權利要求9的風力渦輪機，其特征在于，所述控制系統(tǒng)（8)包括估算器模塊 (14)，所述估測器模塊（14)通過將第一比例因子與第二比例因子相加來計算測試比例因 子，其中所述控制系統(tǒng)（8)進一步相對第二組的運行參數(shù)（9)，來評估第一組的運行參數(shù) (9) ，以檢測第一組中是否有至少一個控制參數(shù)相較第二組中的相應控制參數(shù)具有改進值。13. 根據(jù)權利要求9的風力渦輪機，其特征在于，相對所述風力渦輪機（1)設置至少一個 傳感器單元(7)，其中所述至少一個傳感器單元(7)直接或間接測量風力渦輪機塔架(2)的 加速度。14. 根據(jù)權利要求13的風力渦輪機，其特征在于，所述至少一個傳感器單元(7)為位置 傳感器或傾斜傳感器。15. -種包括一個或多個風力渦輪機（1)的風力渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，每個風力渦 輪機包括控制這個風力渦輪機（1)運行的本地控制系統(tǒng)，其中每個本地控制系統(tǒng)與遠程控 制系統(tǒng)遠程通訊，其中所述遠程控制系統(tǒng)根據(jù)權利要求1至8中任一項的方法，調整一個或 多個風力渦輪機中的至少一個的運行。
【文檔編號】F03D7/04GK106089578SQ201610270968
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月27日 公開號201610270968.5, CN 106089578 A, CN 106089578A, CN 201610270968, CN-A-106089578, CN106089578 A, CN106089578A, CN201610270968, CN201610270968.5
【發(fā)明人】基奇納·克拉克·威爾遜, 張鋒, 陳林, 孫毓平
【申請人】遠景能源（江蘇）有限公司