专利名称：风力发电机及其操作方法
技术领域：
本发明大体涉及用于操作风力发电机或风场的方法和系统，确切地说，涉及在噪声管理下操作风力发电机或风场的方法和系统。
背景技术：
至少一些已知的风力发电机包括塔筒和安装在塔筒上的机舱。转子以可旋转方式安装到机舱并通过轴连接到发电机。从所述转子延伸出多片叶片。所述叶片经过定向，以使通过叶片的风使转子转动并使轴旋转，从而驱动发电机发电。在此类已知的风力发电机操作期间，叶片旋转穿过空气会以可闻噪声的形式生成气动声发射。这些声发射可产生噪声，该噪声的分贝(dB)值可能接近或甚至超出本地的监管标准。因此，存在至少一些方法用于对风力发电机或包括多个风力发电机在内的风力发电机安装(即，风场)产生的噪声进行控制。具体而言，风力发电机的操作可使得所产生的噪声低于预定的dB参数。用于减少声发射的此类风力发电机操作也称为降噪操作(NRO)，或声功率管理(SPM)下的操作。NRO通常表明，风力发电机生成的电力低于风力发电机的最大可能发电量。因此，在降噪操作下，风力发电机的操作状态通常并不涉及达到最大功率输出，而是符合适用于风力发电机的噪声规则。但在SPM期间，重要的是，仍产生在规定的规则下有可能达到的最大电量。但实际上，SPM下的操作并不能始终产生期望的结果。在某些情况下，给定所允许的噪声功率级时，所产生的电力低于可预期的电力。在其他情况下，所得的噪声仍超出所允许的标准，即使不应超出。因此，需要改进SPM下的操作，具体而言，需要提高在SPM下操作的风力发电机或风场的功率输出。而且，尤其需要在SPM下进行的操作期间满足噪声规则。
发明内容
—方面，本发明提供一种用于操作风力发电机的方法。所述风力发电机产生一定的声级。所述方法包括选择期望声级；通过将所述期望声级输入模型来计算至少一个操作参数；以及根据所述至少一个操作参数来操作所述风力发电机。所述方法进一步包括测量所述声级；以及基于所测量的声级，计算重新定义的期望声级和修正模型中的至少一者。此外，所述方法包括通过以下操作中的至少一者来计算至少一个重新定义的操作参数将所述重新定义的期望声级输入到所述模型，以及将所述期望声级输入到所述修正模型。根据各方面，所述方法按照所述顺序执行。其中计算所述重新定义的期望声级和所述修正模型中的至少一者仅包括计算所述重新定义的期望声级；以及计算至少一个重新定义的操作参数通过将所述重新定义的期望声级输入到所述模型来完成。在所述操作风力发电机的方法中，允许所述重新定义的期望声级高于所述期望声级。
在所述操作风力发电机的方法中，所述期望声级对应于风力发电机操作规则所规定的声级。在所述操作风力发电机的方法中，重新定义的期望声级的计算方法为所述期望声级减去声级重新定义因数。在所述操作风力发电机的方法中，所述声级重新定义因数的计算方法为所述所测量的声级减去模型化的声级。所述操作风力发电机的方法进一步包括根据所述重新定义的操作参数来操作所述风力发电机。在所述操作风力发电机的方法中，将所述方法作为一个循环来执行。在所述操作风力发电机的方法中，所述循环连续执行。在所述操作风力发电机的方法中，所述循环按所选的时间间隔重复执行。在所述操作风力发电机的方法中，期望声级根据白昼时间、风向和风速中的至少一者进行选择。在所述操作风力发电机的方法中，用于操作所述风力发电机的所述操作参数和用于操作所述风力发电机的所述重新定义的操作参数中的至少一者从桨距角、叶尖速度、转矩和功率中进行选择。所述操作风力发电机的方法进一步包括将所述期望声级与所述所测量的声级进行比较。在所述操作风力发电机的方法中，如果所述期望声级与所述所测量的声级相同，则不计算重新定义的期望声级和修正模型中的至少一者。另一方面，提供一种风力发电机，包括转子，其具有至少一片转子叶片；发电机，其用于将所述转子供应的动能转换成电能；以及控制系统，其用于操作所述风力发电机。所述控制系统经配置以通过将期望声级输入到模型来计算至少一个操作参数；根据所述至少一个操作参数来操作所述风力发电机；获得所测量的声级；基于所述所测量的声级，计算重新定义的期望声级和修正模型中的至少一者；以及通过以下操作中的一者来计算用于操作所述风力发电机的至少一个重新定义的操作参数将所述重新定义的期望声级输入到所述模型，以及将所述期望声级输入到所述修正模型。其中所述控制系统经配置以调整所述发电机的转矩和所述至少一片转子叶片的桨距角中的至少一者。所述的风力发电机进一步包括测风塔，用于将风向和风速中的至少一者提供给所述控制系统。在所述风力发电机的控制系统中，计算重新定义的期望声级和修正模型中的至少一者仅包括计算所述重新定义的期望声级；以及计算至少一个重新定义的操作参数通过将所述重新定义的期望声级输入到所述模型来完成。所述的风力发电机进一步包括声音测量装置。所述的风力发电机进一步包括塔筒，其中所述声音测量装置放置在距离所述塔筒至少IOOm的位置处。本发明的其他方面、优点和特征在从属权利要求、具体说明和附图中显而易见。
本说明书的其余部分参考附图，针对所属领域的一般技术人员，完整且可实现地
详细揭示了本发明，包括其最佳模式，其中图1为示例性风力发电机的透视图。图2为图1所示的风力发电机的一部分的放大截面图。图3为描绘根据本专利申请文件所述的各项实施例的噪声映射的示意图。图4为描绘根据本专利申请文件所述的各项实施例的噪声逆映射的示意图。图5为描绘风力发电机的已知操作的示意图。
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图6为描绘根据本专利申请文件所述的各项实施例的风力发电机的操作的示意图。图7为描绘根据本专利申请文件所述的各项实施例的风力发电机的操作的示意图。图8为描绘根据本专利申请文件所述的各项实施例的风力发电机的操作的示意图。图9为描绘本专利申请文件所述的用于操作风力发电机的方法的示意图。
权利要求
1.一种操作风力发电机的方法，其中所述风力发电机产生声级，所述方法包括 选择期望声级； 通过将所述期望声级输入到模型来计算至少一个操作参数； 根据所述至少一个操作参数来操作所述风力发电机； 测量所述声级； 基于所测量的声级，计算重新定义的期望声级和修正模型中的至少一者；以及通过以下两种操作中的至少一者来计算至少一个重新定义的操作参数，所述两种操作是指将所述重新定义的期望声级输入到所述模型；以及将所述期望声级输入到所述修正模型。
2.根据权利要求1所述的操作所述风力发电机的方法，其中 计算所述重新定义的期望声级和所述修正模型中的至少一者仅包括计算所述重新定义的期望声级；以及 计算至少一个重新定义的操作参数通过将所述重新定义的期望声级输入到所述模型来完成。
3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的操作风力发电机的方法，其中允许所述重新定义的期望声级高于所述期望声级。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的操作风力发电机的方法，其中所述期望声级对应于风力发电机操作规则所规定的声级。
5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的操作风力发电机的方法，其中重新定义的期望声级的计算方法为所述期望声级减去声级重新定义因数，其中所述声级重新定义因数的计算方法为所述所测量的声级减去模型化的声级。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的操作风力发电机的方法，进一步包括根据所述重新定义的操作参数来操作所述风力发电机。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的操作风力发电机的方法，其中将所述方法作为一个循环来执行，其中所述循环连续执行，其中所述循环按所选的时间间隔重复执行。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的操作风力发电机的方法，其中期望声级根据白昼时间、风向和风速中的至少一者进行选择。
9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的操作风力发电机的方法，其中用于操作所述风力发电机的所述操作参数和用于操作所述风力发电机的所述重新定义的操作参数中的至少一者从桨距角、叶尖速度、转矩和功率中进行选择。
10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的操作风力发电机的方法，所述方法进一步包括将所述期望声级与所述所测量的声级进行比较，其中如果所述期望声级与所述所测量的声级相同，则不计算重新定义的期望声级和修正模型中的至少一者。
11.一种风力发电机，包括 转子，其包括至少一片转子叶片； 发电机，其用于将所述转子供应的动能转换成电能；以及 控制系统，其用于操作所述风力发电机，所述控制系统经配置以 通过将期望声级输入到模型来计算至少一个操作参数； 根据所述至少一个操作参数来操作所述风力发电机；获取测量的声级； 基于所述所测量的声级，计算重新定义的期望声级和修正模型中的至少一者；以及 通过将所述重新定义的期望声级输入到所述模型或者将所述期望声级输入到所述修正模型中，来计算至少一个重新定义得操作参数。
12.根据权利要求11所述的风力发电机，其中所述控制系统经配置以调整所述发电机的转矩和所述至少一片转子叶片的桨距角中的至少一者。
13.根据权利要求11或12所述的风力发电机，进一步包括测风塔，用于将风向和风速中的至少一者提供给所述控制系统。
14.根据权利要求11至13中任一权利要求所述的风力发电机，其中 计算重新定义的期望声级和修正模型中的至少一者仅包括计算所述重新定义的期望声级；以及 计算至少一个重新定义的操作参数通过将所述重新定义的期望声级输入到所述模型来完成。
15.根据权利要求11至14中任一权利要求所述的风力发电机，进一步包括声音测量装置和塔筒，其中所述声音测量装置放置在距离所述塔筒至少IOOm的位置处。
全文摘要
本发明提供一种用于操作风力发电机的方法。所述风力发电机生成一定声级。所述方法包括选择期望声级；通过将所述期望声级输入模型来计算至少一个操作参数；以及根据所述至少一个操作参数来操作所述风力发电机。所述方法进一步包括测量所述声级；以及基于所测量的声级，计算重新定义的期望声级和修正模型中的至少一者。此外，所述方法包括通过以下操作中的至少一者来计算至少一个重新定义的操作参数将所述重新定义的期望声级输入到所述模型，以及将所述期望声级输入到所述修正模型。
文档编号F03D7/00GK102996334SQ20121034225
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月14日 优先权日2011年9月16日
发明者S.A.阿蒂亚 申请人:通用电气公司