风轮机的控制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及风轮机的控制，并且特别地设及一种用于提高风轮机的利用率及产量 的控制方法和控制系统。
【背景技术】
[0002] 风轮机的利用率是当风轮机和电网两者均健康时并且在环境条件合适（例如当 风速超过启动限度且低于关断限度时）的同时产生功率的能力的衡量。利用率表达为每个 风轮机每年正常运行时间的百分比，例如99%利用率代表每年要损失生产将近四天。
[0003] 对于成本有效的能源生产，有必要通过最小化停机时间使风轮机的利用率最大 化。风轮机是复杂的发电站并且包括设计用于保护风轮机免于在不利的运行条件期间损坏 的各种安全系统。例如，风轮机被设计用于高于某一风速时关断，W避免作用在叶片和塔架 上的过量负荷。
[0004] 风轮机还具有用于监测各种部件（例如发电机、齿轮油和变奖控制系统的液压 油）的温度的多个传感器。如果该些部件的温度超过预定阔值，则风轮机可被设计成下调 定额（即减少其功率输出），或者完全停机。风轮机下调定额降低了对风轮机功率和/或速 度方面的需求，并且具有稳定或减少部件温度的效果。
[0005] 风轮机包括用于控制温度关键部件的温度的冷却系统。例如，通过使齿轮油循环 通过水冷式热交换器来冷却齿轮油。风轮机通常还具有位于机舱内侧的风扇，用于冷却热 交换器中的水并且用于冷却机舱内侧的其它温度敏感部件。当环境温度超过预定阔值时或 者如果齿轮油的温度超过预定阔值，就激活风扇。如果风扇的冷却效果不足W维持温度使 之低于安全运行水平，则风轮机可能需要下调定额或停机。同样，如果在任何的冷却系统 中有故障导致关键部件的温度超过预定的安全运行水平，则风轮机可能需要下调定额或停 机。
[0006] 风轮机还包括加热器，用于在冷的条件下增加温度敏感部件的温度，并且用于维 持该些部件的温度使之处于有效运行所需要的水平。如果部件的温度下降到阔值之下，贝U 可防止启动和/或该可防止风轮机W其最大功率输出水平运行。
[0007] 为了使风轮机的利用率最大化，风轮机的控制系统一般被设计成响应于优先于停 机风轮机的报警事件使风轮机下调定额。下面参考图1描述风轮机的功率下调场景的示 例。具体地，该示例示出了风轮机功率如何根据齿轮油温度调制，W避免当齿轮油温度太高 时完全停机风轮机。
[000引图1是齿轮油温度T。和功率基准P两者随时间变化的图表。参照图1，从时间t。到时间t2,风轮机正常运行。风轮机功率P处于标称功率水平Pw，而齿轮油温度T。处于安 全运行水平。在时间ti，齿轮油冷却系统出现故障，该导致齿轮油温度T。稳步增加。在时 间t2,齿轮油温度T。增加，高于阔值安全水平T ，触发报警事件。阔值安全温度水平T ^胃_<1略低于最大齿轮油温度TM，高于最大齿轮油温度Tm则无法保证安全运行。报警事件发 信号给风轮机控制器，W使风轮机下调定额，即W减少的功率输出来运行。
[0009] 功率输出和转速与齿轮油温度之间有相关性，即，当所有其它因素保持不变时，齿 轮油温度T。与功率输出和转速成比例。一旦触发了报警事件，风轮机就W下调定额功率运 行，该使齿轮油温度T。维持在基准水平TC下。在时间13,冷却系统重新联机并正常工作。 从时间ts到时间14,功率输出P能够增加，而冷却系统使齿轮油维持在基准温度Tc下。在 时间*4,功率输出P已返回到标称功率水平IV并且齿轮油温度T。稳步下降。在时间15,齿 轮油温度1'。下降到阔值温度1',^^。之下，在该一点，风轮机停止下调定额运行并返回到正 常运行。
[0010] 在报警的情况下如上文描述使风轮机下调定额比完全停机可取，因为一旦触发报 警事件，下调定额允许风轮机继续运行，尽管是W减少的功率水平运行，从而提高了风轮机 的利用率。
[0011] 如果温度传感器或控制系统的其它传感器中的一者发生故障，则不正确的数据可 传递回控制器，并且由于在虚假传感器数据的基础上触发了报警事件，控制器可能不必要 地采取行动来停机风轮机。
[0012] 为了避免该问题，申请人的共同未决的PCT申请W02012/025121描述了一种系统， 其用于如果确定传感器是有故障的则基于风轮机的理论状态来控制风轮机。例如，控制系 统能够基于例如转子速度、环境温度等其它运行参数来估算诸如齿轮油的关键部件的温 度。如果发现传感器数据与估算温度显著不一致，则传感器被认为是有故障的，并且基于估 算温度值控制风轮机。该控制方法减少了如果传感器发生故障则风轮机停机或者不正确地 运行的可能性，并且因而增加了风轮机的利用率。
[0013] 期望风轮机能够尽可能提高其产量（即功率输出），W例如在风电场的另一风轮 机停机时进行补偿或者如果电网运营商需要功率提升时。然而，该在风轮机已经运行得接 近其最大温度限度（例如在高环境温度下，W高功率输出）时可能产生问题，因为风轮机可 触发报警事件，引起风轮机下调定额或完全停机。如上文已经描述的，风轮机停机在任何时 间都是不期望的，但尤其不期望下调定额或停机发生在需要功率提升的时间里。
[0014] 在此背景下，本发明旨在在变化的运行条件期间提高风轮机的利用率。本发明还 旨在提供一种控制策略，其特别是在风轮机已经运行得接近其温度限度时能够响应于功率 提升需求。
【发明内容】
[0015] 根据本发明，提供了一种控制风轮机的方法，所述方法包括；(a)基于所述风轮机 的当前运行参数并且基于需要的功率输出来预报所述风轮机的部件的温度演变；化）根据 所述温度预报来预测因所述部件的温度超过第一阔值水平或下降到第二阔值水平之下所 导致的未来的报警事件；W及（C)调整所述风轮机的运行参数W控制所述部件的温度演 变，从而避免或延缓所预测的报警事件。
[0016] 所述部件可W是齿轮油、液压流体、转换器、水冷却系统和/或发电机的一个或多 个相。针对在所述第一阔值和第二阔值之间的温度下的安全运行来设置所述部件的定额。 优选地，所述方法设及预报多个部件的温度演变。
[0017] 通过预报所述部件的温度演变，可W采取积极行动将所述部件的温度维持在合适 的水平下，W确保所述风轮机可W在需要的功率输出水平下正常运行和/或在不触发任何 报警事件的情况下适应功率提升请求。
[0018] 例如，如果预测所述部件的温度在未来的时间点可能超过所述第一阔值水平，贝U 与所述部件关联的冷却系统可W在此未来的时间点之前被激活或使之过定额，W防止或延 缓报警事件。该提高了所述风轮机的利用率并且允许所述风轮机继续正常运行；而如果未 采取积极步骤，则所述风轮机可能另外需要下调定额或停机。
[0019] 相反，在低温下，要冒着所述部件的温度可能下降到所述第二阔值水平之下的风 险，所述部件太冷而不能保证安全运行。例如，如果所述齿轮油的温度变得太低，则所述齿 轮油的粘度可能太高而不能提供有效润滑。相应地，如果预测所述部件的温度在未来的时 间点可能下降到所述第二阔值水平之下，则与所述部件关联的加热系统可W在此未来的时 间点之前被激活或使之过定额，W防止或延缓报警事件。
[0020] 另选地或另外地，所述方法可包括；在所预测的报警事件之前调整转子速度、扭矩 或者另外调整所述风轮机的功率输出。功率是速度和扭矩的乘积，因此仅调整该些参数中 的一者将引起功率的变化，同时可功率保持恒定该样的方式调整两个参数。就热行为 而言，所述部件可响应于不同于转子速度变化的扭矩变化。相应地，可W为扭矩和转子速度 选择合适的值，所述值最不可能触发未来的报警事件，但仍然得到所需的功率水平。
[0021] 所述方法特别有利的是，当所述风轮机需要过定额时，例如是为了补偿风电场中 的另一停机的风轮机或者是满足电网运营商的功率提升请求。在该方面，所述方法的步骤 (a)可包括；预报所述风轮机的功率输出的所需增加对所述部件的温度演变的影响。如果 在步骤化）中预测所述风轮机过定额有可能触发报警事件，则可W采取积极步骤（诸如上 文已经提到的该些步骤）来避免或延缓所述报警事件。
[0022] 如果需要功率提升，则可W提高转子速度或扭矩中的任一者或两者。W上已描述 过相比于转子速度的变化，所述部件的温度行为不同于扭矩变化。相应地，所述方法可包 括；在不同的过定额策略之间进行选择，或者确定最不可能导致触发报警事件的过定额策 略。
[0023] 因而，所述方法可包括；预报实现所需功率增加的第一过定额策略和第二过定额 策略对所述部件的温度演变的影响，其中所述第一过定额策略设及提高转子速度，并且所 述第二过定额策略设及提高扭矩；W及选择最不可能触发未来的报警事件的过定额策略。
[0024] 所述方法可包括确定最大"安