用于自动功率估计调整的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明描述了一种用于变速风力涡轮机的自动调整系统、执行变速风力涡轮机的可用功率估计的自动调整的方法；计算机程序产品；以及风力涡轮机。
【背景技术】
[0002]风场的风力涡轮机可以在降低功率设定点下操作以确保正在由风力涡轮机输送至电网的功率与在电网中正在消耗的功率之间的令人满意的平衡。降低的功率设定点避免了其中风力涡轮机将共同地生成比在电网或电力网中所消耗的更多的功率的情形，其将导致生成功率的不期望的频率增加。可在电力网法规中规定此类降低的功率设定点。然而，风力涡轮机收益一般地基于可以由风力涡轮机输送给电力网的功率，即该风力涡轮机的“可用功率”，即风力涡轮机收益可能不一定基于实际上由风力涡轮机输送给电力网的功率。可用功率是在当时条件下可以由风力涡轮机生成的功率。其中最重要的是当前风速，因为这控制风力涡轮机转子的旋转速度。
[0003]通常，风场或者甚至风力涡轮机装配有诸如风速计之类的一个或多个风速测量设备。测量的风速被用作根据其估计可用功率的基础。通常，这通过查阅先前在用于该风力涡轮机类型的校准程序中生成的功率曲线表来完成。然而，可用功率的估计可能相当不精确，因为难以以任何程度的准确度来测量转子平面上的风速。阵风和湍流(特别是在在另一风力涡轮机下游的风力涡轮机的情况下)导致质量差的风速测量结果。此外，即使风速计直接位于风力涡轮机上，例如在其吊舱(nacelle)上，也可能不能提供用于该涡轮机处的风速的确切测量。例如，如果风速计位于转子平面的下风向，则其测量的风速将不同于转子平面中的风速，但是其为整个转子平面上的在风中的可用功率量方面相关的风速。
[0004]在另一方法中，作为使用诸如风速计之类的设备来测量风速并使用该风速来确定可用功率的替代，可以使用由风力涡轮机生成的功率来推导出实际风速。由此，可以估计可用功率。然而，此类调整程序是复杂的，并且要花费一些时间执行。此外，由于该方法要求手动干预且因为必须考虑许多因素，所以误差累积起来是相对容易的，导致风力涡轮机的次最佳控制。
[0005]另一问题可能在调整风力涡轮机的控制以降低噪声水平、尤其是由转子叶片引起的空气动力噪声时出现。如果基于不正确的估计风速值而降低旋转速度，则结果可能是风力涡轮机在低效率水平下操作。
【发明内容】
[0006]因此本发明的目的是提供一种可靠地估计可用功率的改善方式，其避免的上述问题。
[0007]由权利要求1的自动调整系统；由执行功率估计值的自动调整的权利要求7的方法；由权利要求14的计算机程序产品；以及由权利要求15的风力涡轮机来实现此目的。
[0008]根据本发明，用于变速风力涡轮机的自动调整系统包括功率矢量发生器，用于生成风力涡轮机输出功率的功率矢量；
映射单元，用于基于风力涡轮机的功率矢量和操作轨迹来建立风力涡轮机输出功率与旋转速度和俯仰角之间的关系；
风速估计器，用于估计风速；以及
可用功率计算器，用于基于估计风速和建立的关系来计算风力涡轮机的可用功率。
[0009]根据本发明的自动调整系统的优点是其使得可能计算可用功率的最新和准确估计，即风力涡轮机在当前操作条件下能够输送的功率。这样，可以在任何时间且响应于任何刺激而自动地调整可用功率的估计，但是没有任何用户干预。例如，自动调整系统可以在任何时间报告用于当前风速的最新可用功率值，其还可考虑操作参数的任何变化，诸如风力涡轮机转子的旋转速度的故意改变。
[0010]根据本发明，执行估计风力涡轮机功率曲线的自动调整的方法包括步骤:
生成风力祸轮机输出功率的功率矢量；
基于风力涡轮机的功率矢量和操作轨迹来建立风力涡轮机输出功率与旋转速度和俯仰角之间的关系；
估计风速；以及
基于估计风速和建立的关系来调整风力涡轮机的可用功率的估计。根据本发明的方法的特征在于在没有任何所需人类交互的情况下执行该步骤。
[0011]根据本发明的方法的优点是能够在本质上任何时间快速地且可靠地调整或重新计算可用功率的估计，而操作员不必评定诸如瞬时风速的变化、由于噪声水平而引起的旋转速度的变化等因素的任何改变的相关性。关于可用功率的最新知识正在变得更加相关，因为各种电力网法规的可接受估计误差正在减小。
[0012]根据本发明，计算机程序产品能够在被加载到风力涡轮机的可编程设备的存储器中时执行此类方法的步骤。
[0013]根据本发明的计算机程序产品的优点是其能够在任何适当设备上运行，并且能够在一天的任何时间且在不易受到误差的情况下快速地且可靠地输送最新信息。例如，可编程设备可包括作为风场控制系统的一部分的计算机，使得能够针对多个风力涡轮机并行地执行该方法的步骤。同样地，可编程设备可包括诸如风力涡轮机的主计算机之类的计算机，使得能够在风力涡轮机中本地地执行该方法的步骤，并且能够直接地使用任何计算的结果来控制该风力涡轮机和/或可将其报告给风场操作员。
[0014]根据本发明，风力涡轮机包括此类自动调整系统，使得其始终能够确定其在当时情况下将能够输送多少功率。例如，即使由于某种原因将风力涡轮机向下调节(例如根据适用的电力网法规的规定)，其也能够提供其能够提供的功率的准确且最新的估计。
[0015]如在以下描述中所揭示，本发明的特别有利实施例和特征由从属权利要求给出。可适当地将不同权利要求种类的特征组合以给出本文未描述的更多实施例。
[0016]可以控制变速风力涡轮机以改变其转子叶片(通常是布置在转子平面中的三个叶片)的叶片俯仰角，使得能够由风力涡轮机来捕捉更多的风能并将其转换成电能。在下文中，在不以任何方式限制本发明的情况下，可假设风力涡轮机是变速风力涡轮机。此外，可假设使变速风力祸轮机以向下调节(down-regulated)方式操作或可操作，即使得其被抑制(throttle)而输送比其实际上能够输送的更少的功率。在本介绍中已给出了以这种方式来抑制风力涡轮机的原因。
[0017]除非另外指示，应在当时的背景下理解词语“当前”，例如应将术语“当前功率”理解成意指“在那个时刻的功率”，术语“当前风速”意指“在这时的风速”等。
[0018]在根据本发明的方法的第一步骤中，以步长间隔对功率矢量进行编译，即“放在一起”，包括功率值。优选地，步长是相对小的，例如可以以100 kW的步长对功率矢量进行编译，使得功率矢量可能包括kw (千瓦)功率值0、100、200、…等直至额定功率的值，并且可能扩展超过此值，例如直至额定功率的110%的值。3.6 MW风力涡轮机的功率矢量可以包括值0、100、200、...、3500、3600、3700 kW。当然，功率矢量中的“点”不需要是等距的，并且可以根据要求来选择点之间的间隔尺寸。
[0019]由于各种因素而可能需要在任何时间改变风力涡轮机的操作轨迹。例如，可能必须操作风力涡轮机以在夜晚或在某些天降低其噪声水平。类似地，根据风向，可能必须降低接近于居住区的风场的一个或多个风力涡轮机的噪声水平。可以例如通过改变风力涡轮机的转子叶片的俯仰角来降低噪声水平。
[0020]在根据本发明的方法的第二步骤中，如上所述，基于风力涡轮机的功率矢量与操作轨迹来建立风力涡轮机输出功率与旋转速度和俯仰角之间的关系。因此，在优选实施例中，自动调整系统优选地包括用于存储该风力涡轮机的俯仰曲线的存储器模块，其中，俯仰曲线定义用于该风力涡轮机的叶片俯仰角与功率输出之间的关系；以及速度/功率曲线，其定义用于该风力涡轮机的旋转速度与功率之间的关系。
[0021]优选地，为了能够确定风力涡轮机的可用功率，根据本发明的自动调整系统被提供有实际上由该风力涡轮机生成的功率的值。例如，可以由风力涡轮机的主