用于控制风电场的系统和方法_2

文档序号:9346296阅读:来源:国知局
18包括三个转子叶片22。然而,在备选实施例中,转子18可包括多于三个或少于三个转子叶片22。各个转子叶片22可围绕轮毂20间隔开,以便于使转子18旋转,以使得动能能够由风转变成可用的机械能,并且随后转变成电能。例如,轮毂20可以可旋转地联接于定位在机舱16内的发电机(未显示),以容许产生电能。
[0023]风力涡轮10还可包括在机舱16内定心的风力涡轮控制器26。然而,在其它实施例中,控制器26可位于风力涡轮10的任何其它构件内,或者位于风力涡轮外部的位置处。另外,控制器26可通信地联接于风力涡轮10的任何数量的构件,以便控制此类构件的运行,以及/或者实施控制动作。就此而言,控制器26可包括计算机或其它适当的处理单元。因而,在若干实施例中,控制器26可包括适当的计算机可读指令,当实施时,该适当的计算机可读指令使控制器26构造成执行各种不同的功能,诸如接收、传输和/或执行风力涡轮控制信号。因此,控制器26可大体构造成控制风力涡轮10的各种运行模式(例如,启动或关闭序列)、使风力涡轮10减额或升额,以及/或者控制风力涡轮10的各种构件。例如,控制器26可构造成控制转子叶片22中的各个的叶片变桨或桨距角(即,确定转子叶片22相对于风向的投影的角),以通过调节至少一个转子叶片22相对于风的角位置,来控制由风力涡轮10生成的功率输出。例如,控制器26可通过使转子叶片22围绕变桨轴线28旋转,单独或同时通过将适当的控制信号传输到风力涡轮10的变桨驱动器或变桨调节机构(未显示),来控制转子叶片22的桨距角。
[0024]现在参照图2,示出根据本公开的方面的可包括在控制器26内的适当构件的一个实施例的框图。如显示的,控制器26可包括一个或更多个(多个)处理器58和构造成执行多个计算机实施的功能(例如,执行本文公开的方法、步骤、计算等)的相关联的(多个)存储器装置60。如本文所用,用语“处理器”不仅表示在现有技术中被称为包括在计算机中的集成电路,而且表示控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、特定用途集成电路、特定用途处理器、数字信号处理器(DSP)、特定用途集成电路(ASIC)、现场可编程的门阵列(FPGA),以及/或任何其它可编程电路。另外,(多个)存储器装置60可大体包括(多个)存储器元件,其包括(但不限于)计算机可读介质(例如,随机存取存储器(RAM))、计算机可读的非易失性介质(例如,闪速存储器)、一个或更多个硬盘驱动器、软盘、致密盘只读存储器(CD-ROM)、致密盘读/写(CD-R/W)驱动器、磁光盘(M0D)、数字多功能盘(DVD)、闪存盘、光驱、固态存储装置和/或其它适当的存储器元件。
[0025]另外,控制器26还可包括通信模块62,以便于在控制器26和风力涡轮10的各种构件之间的通信。例如,通信模块62可包括传感器接口 64(例如,一个或更多个模数转换器),以容许由一个或更多个传感器65、66、67传输的信号转换成控制器26可理解和处理的信号。此外,应当认识到,传感器65、66、67可使用任何适当的器件来通信地联接于通信模块62。例如,如图2中显示的,传感器65、66、67经由有线连接来联接于传感器接口 64。但是,在备选实施例中,传感器65、66、67可经由无线连接,诸如通过使用本领域中已知的任何适当的无线通信协议,联接于传感器接口 64。例如,通信模块62可包括互联网、局域网(LAN)、无线局域网(WLAN)、广域网(WAN),诸如用于微波接入(WiMax)网络、卫星网络、蜂窝网络、传感器网络、自组织网络和/或短距离网络的全球互用性。就此而言,处理器58可构造成接收来自传感器65、66、67的一个或更多个信号。
[0026]传感器65、66、67可为构造成测量风力涡轮10的任何运行数据点和/或风电场的风参数的任何适当的传感器。例如,传感器65、66、67可包括:用于测量转子叶片22中的一个的桨距角或测量作用在转子叶片22中的一个上的负载的叶片传感器;用于监测发电机(例如扭矩、旋转速度、加速和/或功率输出)的发电机传感器;以及/或用于测量各种风参数(例如,风速、风向等)的各种风传感器。另外,传感器65、66、67可位于风力涡轮10的地面附近,机舱16上,风力涡轮10的气象桅杆上,或风电场中的任何其它位置。
[0027]还应当理解,可采用任何其它数量或类型的传感器,并且它们可在任何位置处。例如,传感器可为加速计、压力传感器、应变仪、攻角传感器、振动传感器、Mmu传感器、摄像机系统、光纤系统、风速计、风向标、声音检测和测距(SODAR)传感器、红外激光、光检测和测距(LIDAR)传感器、辐射计、皮托管、无线电探空测风仪、其它光学传感器和/或任何其它适当的传感器。应当理解,如本文所用,用语“监测”及其变型表明,风力涡轮10的各种传感器可构造成提供被监测参数的直接测量或此类参数的间接测量。因而,传感器65、66、67例如可用来生成与被监测参数有关的信号,接着控制器26可利用该信号来确定实际状况。
[0028]现在参照图3,示出根据本公开的系统和方法来控制的风电场200。如显示的,风电场200可包括多个风力涡轮202(包括上面描述的风力涡轮10)和风电场控制器222。例如,如示出的实施例中显示的,风电场200包括十二个风力涡轮,其包括风力涡轮10。然而,在其它实施例中,风电场200可包括任何其它数量的风力涡轮,诸如少于十二个风力涡轮或多于十二个风力涡轮。在一个实施例中,风力涡轮10的控制器26可通过有线连接,诸如通过经由适当的通信链接226 (例如适当的电缆)连接控制器26,来通信地联接于风电场控制器222。备选地,控制器26可通过无线连接,诸如通过使用本领域中已知的任何适当的无线通信协议,来通信地联接于风电场控制器222。另外,风电场控制器222可大体构造成类似于用于风电场200内的单独的风力涡轮202中的各个的控制器26。
[0029]在若干实施例中,风电场200中的风力涡轮202中的一个或更多个可包括用于监测单独的风力涡轮202的各种运行数据点或控制设定和/或风电场200的一个或更多个风参数的多个传感器。例如,如显示的,风力涡轮202中的各个包括风传感器216,诸如风速计或任何其它适当的装置,其构造用于测量风速或任何其它风参数。例如,在一个实施例中,风参数包括关于以下中的至少一个或其组合的信息:阵风、风速、风向、风加速、风湍流、风切变、风转向、尾流、SCADA信息等。
[0030]如大体理解的,风速可横跨风电场200显著地变化。因而,(多个)风传感器216可允许监测各个风力涡轮202处的局部风速。另外,风力涡轮202还可包括一个或更多个附加的传感器218。例如,传感器218可构造成监测各个风力涡轮202的发电机的输出的电力属性,诸如基于电流和电压测量来直接监测功率输出的电流传感器、电压传感器、温度传感器或功率传感器。备选地,传感器218可包括可用来监测风力涡轮202的功率输出的任何其它传感器。还应当理解,风电场200中的风力涡轮202可包括本领域中已知的用于测量和/或监测风参数和/或风力涡轮运行数据点的任何其它适当的传感器。
[0031]现在参照图4,示出根据本公开的方面的风电场控制器222的处理器68的一个实施例的示意图。(多个)风电场处理器68构造成执行如本文描述的本公开的步骤中的任一个。由于独立地优化风力涡轮202实际上可进一步减少风电场200的总发电,故将风力涡轮202的运行构造成使得风电场级能量输出、AEP、疲劳负载和/或风电场200中的噪声保持在对应的指定阈值之内是合乎需要的。特别地,基于数据可用性(例如,通过参数,通过时间)和实时分析质量,不断调节相互作用的风力涡轮202中的各个的控制设定使得始终如一地实现风电场级性能目标是合乎需要的。更特别地,如显示的,处理器68构造成基于多个控制设定在多个时间间隔内运行风电场200。因而,处理器68构造成收集风电场200在多个时间间隔内的一个或更多个风参数69,以及针对多个时间间隔,收集用于风电场200中的风力涡轮202中的各个的一个或更多个运行数据点70。在一个实施例中,风参数69和/或运行数据点70可经由传感器中的一个或更多个(例如,经由传感器65、66、67、216、218或任何其它适当的传感器)生成。备选地,可经由处理器68内的计算机模型来估计风参数69和/或运行数据点70
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