专利名称：寒冷天气环境中降低风力涡轮机载荷的系统、装置和方法
技术领域：
本文描述的主题大体涉及运行风力涡轮机，并且更具体而言，涉及在寒冷天气环境中减小风力涡轮机上的结构载荷。
背景技术：
风力涡轮机站点包括一个或多个风力涡轮机，该一个或多个风力涡轮机利用风能来产生或生产电功率。已知的风力涡轮机包括控制系统，以用于以安全和高效的方式来运行风力涡轮机。诸如运行阈值的控制参数用来限定风力涡轮机的行为。例如，如果当前风速超过最大风速阈值，则风力涡轮机的控制器可停用风力涡轮机。停用风力涡轮机消除了来自风力涡轮机的所有功率生产量，直到风力涡轮机重新启用为止。风场的高效运行需要最大程度地提高风力涡轮机在安全条件下运行的时间量， 同时避免在可能有害的条件(例如极端风速)下运行风力涡轮机，可能有害的条件可引起危险的结构载荷。但是，由于影响结构载荷的因素(例如环境空气密度)在温暖的运行环境和寒冷的运行环境之间的变化的原因，可能难以限定适于所有运行条件的单个运行阈值。
发明内容
在一方面，提供了一种用于控制风力涡轮机的运行的系统。该系统包括气象传感器和风力涡轮机控制器。气象传感器配置成以便传递指示气象条件的气象条件信号。风力涡轮机控制器配置成以便确定计算运行阈值，其至少部分地基于连续函数和气象条件。风力涡轮机控制器还配置成以便至少部分地基于计算运行阈值来控制风力涡轮机的运行。在另一方面，提供了一种用于控制风力涡轮机的运行的装置。该装置包括配置成以便存储表示气象条件的至少一个气象参数的存储器区域。该装置还包括处理器，该处理器联接到存储器区域上，并且编程成以便至少部分地通过对气象参数应用连续函数来计算运行阈值。该装置进一步包括风力涡轮机控制接口，该风力涡轮机控制接口配置成以便至少部分地基于计算运行阈值来控制风力涡轮机的运行。在又一方面，提供了一种用于控制风力涡轮机的方法。该方法包括从第一传感器接收指示气象条件的气象条件信号。处理器至少部分地通过对气象条件应用连续函数来计算运行阈值。基于接收自第二传感器的风力涡轮机条件信号所指示的风力涡轮机条件来产生运行参数。风力涡轮机条件表示风力涡轮机上的结构载荷。当运行参数超过计算运行阈值时，调节风力涡轮机的运行。
图1是示例性风力涡轮机的透视图。图2是显示了示例性风力涡轮机控制器的简图。图3是描绘了用于基于环境空气温度来确定最大运行风速的示例性连续函数的曲线图。
图4是显示了用于运行图1所示的一个或多个风力涡轮机的示例性系统的简图。图5是用于控制图1所示的风力涡轮机的示例性方法的流程图。部件列表 100风力涡轮机 102机舱
104塔架
106转子
108转子叶片
110旋转轮毂
120风力涡轮机控制装置
125传感器
205风力涡轮机控制器 210存储器区域 215处理器
220风力涡轮机控制接口
225传感器接口
230通讯接口
300曲线图
305第一线条
310第二线条
400系统
405风力涡轮机站点 410站点控制器 415通讯接口
420第一风力涡轮机控制器 425第一风力涡轮机 430第二风力涡轮机控制器 435第二风力涡轮机 440存储器区域 445处理器 450传感器接口 500方法
505接收第一气象条件信号
510使用第一连续函数来计算第一运行阈值
515使用第二连续函数来计算第二运行阈值
520基于表示结构载荷的风力涡轮机条件来产生运行参数
525调节风力涡轮机的运行。
具体实施方式
本文描述的实施例有利于使用随气象条件(例如空气温度、空气压力和/或空气密度)不断变化的运行阈值来运行一个或多个风力涡轮机(例如在风力涡轮机站点中)。 运行阈值可包括但不限于运行风速阈值(也已知为最大运行风速)。在一个实施例中，通过对环境空气温度和/或环境空气密度应用连续函数来计算最大运行风速。在当前风速超过计算最大运行风速时，停用风力涡轮机。这种实施例有利于最大程度地提高风力涡轮机的功率生产，同时避免使风力涡轮机暴露于可能有害的结构载荷。如本文所述，可基于一个或多个运行参数来控制风力涡轮机。运行参数指示和/ 或表示风力涡轮机的条件。风力涡轮机条件包括但不限于运行条件(例如转子速度和/或功率输出)和气象条件。气象条件可包括，例如，环境空气温度、环境空气密度、湿度水平、 空气压力、风速和/或风向。一些风力涡轮机条件可直接或间接地指示和/或表示风力涡轮机上的结构载荷。例如，结构载荷可间接地由风速、转子速度和/或功率输出表示，但是构想了使用任何风力涡轮机条件来表示环境因素和/或结构载荷。风力涡轮机条件可编码在电子信号中，或者可以以别的方式由电子信号传送。在一些实施例中，传感器传递传达风力涡轮机条件的信号。接收来自传感器的信号的装置可配置成以便从该信号中获得或提取风力涡轮机条件。在一些实施例中，诸如运行阈值的控制参数用来控制风力涡轮机。运行阈值可包括但不限于最大运行风速或最大转子速度。例如，如果限定了最大运行风速，则可不断地或定期地监测当前风速。如果当前风速超过最大运行风速，则停用风力涡轮机，以防止或限制对风力涡轮机的损害。本文描述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括下者中的至少一个(a)从第一传感器接收指示气象条件的气象条件信号；(b)处理器至少部分地通过对气象条件应用连续函数来计算运行阈值；(c)基于接收自第二传感器的风力涡轮机条件信号所指示的且表示风力涡轮机上的结构载荷的风力涡轮机条件来产生运行参数；以及，(d)当运行参数超过计算运行阈值时，调节风力涡轮机的运行。图1是示例性风力涡轮机100的透视图。风力涡轮机100包括机舱102，机舱102 容纳发电机(在图1中未显示)。机舱102安装在塔架104(在图1中显示了塔架104的仅一部分)上。塔架104可具有有利于如本文所述来运行风力涡轮机100的任何适当的高度。在该示例性实施例中，风力涡轮机100还包括转子106，转子106包括联接到旋转轮毂 110上的三个转子叶片108。备选地，风力涡轮机100可包括使得能够如本文所述来运行风力涡轮机100的任何数量的转子叶片108。在该示例性实施例中，风力涡轮机100包括齿轮箱(未显示)，齿轮箱可旋转地联接到转子106和发电机上。风力涡轮机100可包括一个或多个控制装置120和/或传感器125 (在图2中显示)。图2是显示了用于控制风力涡轮机100(在图1中显示)的运行的示例性风力涡轮机控制器205的简图。风力涡轮机控制器205定位在风力涡轮机100内。例如，风力涡轮机控制器205可定位在机舱102上或内，或者定位在塔架104上或内。风力涡轮机控制器205包括存储器区域210，存储器区域210配置成以便存储可执行指令和/或表示和/或指示气象条件的一个或多个气象参数。气象参数可表示和/或指示(并不限于)环境空气温度、环境空气密度、湿度水平、空气压力、风速和/或风向。存储器区域210可进一步配置成以便存储基于一个或多个气象条件来限定运行阈值的、可选地成一个或多个可执行指令的形式的连续函数。风力涡轮机控制器205还包括处理器215，处理器215联接到存储器区域210上， 并且编程成以便至少部分地通过对该一个或多个气象参数应用连续函数来计算运行阈值。 例如，处理器215可编程成以便计算运行风速阈值，运行风速阈值也可称为最大运行风速。 在一个实施例中，处理器215编程成以便至少部分地通过对指示环境空气温度和/或环境空气密度的一个或多个运行参数应用连续函数来计算运行风速阈值。在一个备选实施例中，代替对运行风速阈值进行计算，风力涡轮机控制器205配置成以便接收来自远程装置的计算运行风速阈值(如下面参照图4所述)。图3是描绘了用于基于环境空气温度Γ来确定最大运行风速Kmax的示例性连续函数的曲线图300。曲线图300包括根据等式1而与Γ相关地描绘&ax的第一线条305。等式1是用于基于r (单位为摄氏度，° C)来确定rmax(单位为米每秒，m/s)的示例性连续函数。
权利要求
1.一种用于控制风力涡轮机(100)的运行的系统000)，所述系统包括 气象传感器(125)，配置成以便传递指示气象条件的气象条件信号；以及， 风力涡轮机控制器005)，配置成以便至少部分地基于连续函数和所述气象条件来确定计算运行阈值；以及， 至少部分地基于所述计算运行阈值来控制所述风力涡轮机的运行。
2.根据权利要求1所述的系统G00)，其特征在于，所述气象传感器(12 是第一传感器，所述系统进一步包括第二传感器，配置成以便传递指示表示所述风力涡轮机(100)上的结构载荷的风力涡轮机条件的风力涡轮机条件信号，其中，所述风力涡轮机控制器(20 进一步配置成以便至少部分地基于所述计算运行阈值和所述风力涡轮机条件来控制所述风力涡轮机的运行。
3.根据权利要求2所述的系统000)，其特征在于，所述第二传感器配置成以便传递指示风速的风速信号，并且所述风力涡轮机控制器(20 进一步配置成以便至少部分地基于连续函数和所述气象条件信号所指示的气象条件来确定运行风速阈值；以及，当所述风速大于所述运行风速阈值时，停用所述风力涡轮机(100)。
4.根据权利要求1所述的系统G00)，其特征在于，所述气象传感器(125)配置成以便传递指示环境空气温度的空气温度信号。
5.根据权利要求1所述的系统G00)，其特征在于，所述风力涡轮机控制器(205)进一步配置成以便至少部分地通过对所述气象条件应用连续函数来计算所述运行阈值。
6.根据权利要求1所述的系统G00)，其特征在于，所述风力涡轮机控制器(205)是进一步配置成以便基于所述气象条件信号来产生气象参数的第一风力涡轮机控制器，所述系统进一步包括站点控制器G10)，联接成与所述第一风力涡轮机控制器(420)和第二风力涡轮机控制器(430)通讯，所述站点控制器配置成以便接收来自所述第一风力涡轮机控制器的气象参数； 至少部分地通过对所述气象参数应用连续函数来计算运行阈值；以及， 将计算运行阈值传递给所述第一风力涡轮机控制器和所述第二风力涡轮机控制器， 其中，所述第一风力涡轮机控制器和所述第二风力涡轮机控制器配置成以便至少部分地基于传递的计算运行阈值来控制对应的风力涡轮机的运行。
7.根据权利要求6所述的系统000)，其特征在于，所述气象参数是第一气象参数，并且所述站点控制器(410)进一步配置成以便接收来自所述第二风力涡轮机控制器G30)的第二气象参数；以及， 通过进一步对所述第二气象参数应用所述连续函数来计算所述运行阈值。
8.根据权利要求1所述的系统G00)，其特征在于，所述风力涡轮机控制器(205)是第一风力涡轮机控制器G20)，所述第一风力涡轮机控制器(420)联接到所述气象传感器 (125)上，并且进一步配置成以便基于所述气象条件信号所指示的气象条件来传递第一气象参数，所述系统进一步包括站点控制器G10)，联接成与所述第一风力涡轮机控制器和第二风力涡轮机控制器(430)通讯，所述站点控制器配置成以便接收来自所述第一风力涡轮机控制器的所述第一气象参数和来自所述第二风力涡轮机控制器的第二气象参数；基于所述第一气象参数和所述第二气象参数来产生计算气象参数；以及，将所述计算气象参数传递给所述第一风力涡轮机控制器和所述第二风力涡轮机控制器，其中，所述第一风力涡轮机控制器和所述第二风力涡轮机控制器配置成以便通过对所述计算气象参数应用连续函数来计算运行阈值。
9.一种用于控制风力涡轮机(100)的运行的装置(120)，所述装置包括 存储器区域010)，配置成以便存储表示气象条件的至少一个气象参数；处理器015)，联接到所述存储器区域上，并且编程成以便至少部分地通过对所述气象参数应用连续函数来计算运行阈值；以及，风力涡轮机控制接口 020)，配置成以便至少部分地基于所述计算运行阈值来控制风力涡轮机的运行。
10.根据权利要求9所述的装置(120)，其特征在于，所述风力涡轮机控制接口(220) 包括通讯接口 030)，所述通讯接口(230)配置成以便通过将所述计算运行阈值传递给风力涡轮机控制器(20 来控制所述风力涡轮机的运行。
全文摘要
本发明涉及寒冷天气环境中降低风力涡轮机载荷的系统、装置和方法。提供了一种用于控制风力涡轮机(100)的运行的系统(400)。该系统包括配置成以便传递指示气象条件的气象条件信号的气象传感器(125)。风力涡轮机控制器(205)配置成以便至少部分地基于连续函数和气象条件来确定计算运行阈值，并且至少部分地基于该计算运行阈值来控制风力涡轮机的运行。
文档编号F03D7/04GK102192086SQ20111005152
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月4日 优先权日2010年3月5日
发明者奎恩特 J., 霍夫曼恩 T. 申请人:通用电气公司