控制风力涡轮机的方法和系统的制作方法

专利名称：控制风力涡轮机的方法和系统的制作方法
控制风力涡轮机的方法和系统技术领域
本文所公开的主题一般地涉及用于风力涡轮机和风电场的性能控制的方法和系 统，更具体地涉及用于规划风力涡轮机和/或风电场的性能的方法和系统，并且在某些实 施例中向用户提供对风力涡轮机和/或风电场的性能的控制。
背景技术：
至少某些已知的风力涡轮机包括塔架和安装在塔架上的机舱。转子可旋转地安装 到机舱，并且经由轴联接到发电机。多个叶片从转子延伸。叶片定向成使得经过叶片的风 使转子转动并使轴旋转，从而驱动电动机发电。
风力涡轮机经常装有使得它们能够测量输出(例如功率和噪声)并对改变的条件 (例如风速和方向)作出反应的测量和控制系统。
风力涡轮机的控制设置、以及环境变量(例如风速)显著地影响风力涡轮机的功 率和噪声特性。通常，风的操作以功率曲线和相应的噪声排放曲线为特征。
由于风的可变性，操作约束条件(例如由风力涡轮机产生的最大电功率)经历在 多个不同时间尺度上的变化，范围从风速和方向的每小时变化、或更经常地是到平均风速 的日变化、以月为时间尺度而产生的季节变化、年度波动。风况的可变性对风力涡轮机的有 效设计和操作(例如限制给定的风力涡轮机或现有风电场构造的可能电功率输出)提出很 大的挑战。由于风向的可变性，当第二风力涡轮机位于另一风力涡轮机下游时产生的尾流 效应(wake effect)也可变地影响最大电功率输出。
操作目标(例如硬噪声限值)或与噪声排放有关的法律规定有时也影响风力涡轮 机和/或风电场的性能。存在能量获取(单位为MWh的年发电量)和相应噪声排放之间的 权衡。通常，更有效的风能获取与更大的噪声排放有关。另一方面，低能量获取或不良的能 量获取降低风力涡轮机或风电场的经济可行性。风力涡轮机和风电场的最大能量获取能力 会极大地受到当地噪声限值的影响。发明内容
根据一个方面，控制至少一个风力涡轮机的方法包括提供多个操作曲线；确定 第一条件；对第一条件和目标进行比较以形成对比；从多个操作曲线中选择第一有效操作 曲线，其中基于对比来选择第一有效操作曲线；并且将第一有效操作曲线应用于控制至少 一个风力涡轮机。
其中基于动态控制图来选择所述第一有效操作曲线。
其中所述方法还包括从所述多个操作曲线中选择第二有效操作曲线；并将所述 第二有效操作曲线应用于控制至少一个其它风力涡轮机。
其中所述方法还包括从所述多个操作曲线中选择第二有效操作曲线；和将所述 第二有效操作曲线应用于控制至少一个其它风力涡轮机；其中，基于所述对比来选择所述 第二有效操作曲线。
其中所述方法还包括确定第二条件；对所述第二条件和第二目标进行比较以形 成第二对比；其中，
基于所述第二对比来选择所述第二有效操作曲线。
其中所述多个操作曲线包括被限定为用于条件的低范围的多个低范围操作曲线 段，被限定为用于条件的高范围的多个高范围操作曲线段，和多个混合操作曲线；每个所述 混合操作曲线包括任意一个所述低范围操作曲线段和任意一个所述高范围操作曲线段；并 且其中，从所述多个混合操作曲线中选择所述第一有效操作曲线。
其中从由下列各项组成的群组中选择所述第一条件风速、叶尖速比、噪声、功率、 转子速度、发电机性能、桨距角、变桨率、风的速率、风向、风速梯度、空气密度、空气密度梯 度、季节性风玫瑰图、季节性风速、风的季节性空间分布、年度风玫瑰图、年度风速、风的年 度空间分布、温度、对能量捕获的估计、以及对年发电量的增长的估计。
根据另一方面，控制至少一个风力涡轮机的方法包括提供多个操作曲线段；通 过结合来自多个操作曲线段的操作曲线段来形成多个混合操作曲线；从多个混合操作曲线 中选择第一有效操作曲线；并且将第一有效操作曲线应用于控制至少一个风力涡轮机。
其中所述多个操作曲线段包括被限定为用于第一条件的低范围的多个低范围操 作曲线段，和被限定为用于第一条件的高范围的多个高范围操作曲线段；并且每个所述混 合操作曲线包括任意一个所述低范围操作曲线段和任意一个所述高范围操作曲线段。
其中所述多个操作曲线段还包括被限定为用于第一条件的中范围的多个中范围 操作曲线段；并且每个所述混合操作曲线还包括任意一个所述中范围操作曲线段。
其中所述第一条件是风速。
其中所述方法还包括确定第二条件；对所述第二条件和目标进行比较以形成对 比；其中，基于所述对比来选择所述第一有效操作曲线。
其中从由下列各项组成的群组中选择所述第二条件风速、叶尖速比、噪声、功率、 转子速度、发电机性能、桨距角、变桨率、风的速率、风向、风速梯度、空气密度、空气密度梯 度、季节性风玫瑰图、季节性风速、风的季节性空间分布、年度风玫瑰图、年度风速、风的年 度空间分布、温度、估计的年发电量的增长、对能量捕获的估计、对能量输出的估计、以及对 年发电量的增长的估计。
其中所述第二条件是噪声或功率，并且所述目标是硬噪声限值或对能量输出的估 计。
其中所述方法还包括从所述多个混合操作曲线中选择第二有效操作曲线；并将 所述第二有效操作曲线应用于控制至少一个其它风力涡轮机。
在另一方面中，用于控制至少一个风力涡轮机的控制系统，其包括控制器，和存 储器，其用于存储多个操作曲线段；其中，控制器设置成从多个操作曲线段中选择第一有效 操作曲线段，并且控制器设置成将第一有效操作曲线段应用于控制至少一个风力涡轮机。
其中所述控制系统还包括传感器，所述传感器设置成确定第一条件；并且其中， 所述控制器设置成对所述第一条件和目标进行比较以形成对比；并且其中，所述控制器设 置成基于所述对比来选择所述第一有效操作曲线段。
其中所述多个操作曲线段包括被限定用于条件的低范围的多个低范围操作曲线 段；并且所述多个操作曲线段还包括被限定条件的高范围的多个高范围操作曲线段。
其中所述第一有效操作曲线段是包括至少两个操作曲线段的混合操作曲线的一部分。
其中所述混合操作曲线包括任意一个所述低范围操作曲线段和任意一个所述高范围操作曲线段。
通过从属权利要求、说明书以及附图，本发明的其它方面、优点以及特征是显而易见的。


在说明书剩余部分中更具体地阐明针对本领域技术人员的完全和能够实现的公开(包括其最佳实施方式)，说明书剩余部分包括对附图的参照，其中
图1是根据本文描述的实施例的示例性风力涡轮机的透视图。
图2是根据本文描述的实施例的多个操作曲线段的曲线图。
图3是根据本文描述的实施例的标准操作曲线和混合操作曲线的示图。
图4是根据本文描述的实施例的标准操作曲线和两个混合操作曲线的曲线图。
图5是根据本文描述的实施例的控制系统的示意图。
图6是根据本文描述的实施例的控制系统的示意图。
图7是根据本文描述的实施例的控制系统的示意图。
图8是根据本文描述的实施例的具有四组风力涡轮机的风电场的表示图。
图9是根据本文描述的实施例的控制至少一个风力涡轮机的方法的示意图。
附图标记列表 36控制器
10风力涡轮机 40处理器
12 塔架
14支撑系统 200水平轴线
16机舱 210竖直轴线
18转子 600操作曲线
20可旋转的毂 612低速低输出曲线
22转子叶片 622中速低输出曲线
24叶片根部 632高速低输出曲线
26载荷传递区域 642低速高输出曲线
28方向 652中速高输出曲线
36控制系统 662高速高输出曲线
230传感器 699标准操作曲线
30存储器 670混合操作曲线
675低-中过渡区域
677中-高过渡区域
250控制系统
250控制系统 260目标
699标准操作曲线 270对比
680第一混合操作曲线 280动态控制图
690第二混合操作曲线300条件(例如风速)
310第一条件(例如风速< 10m/s)
499多个操作曲线段320第二条件
412第一功率曲线段330第J条件(例如风向)
414第一噪声曲线段
422第二功率曲线段601多个混合操作曲线
424第二噪声曲线段602第一混合操作曲线
432第N功率曲线段604第二混合操作曲线
434第N噪声曲线段606第三混合操作曲线
608第M混合操作曲线
控制系统(在图1中由
36GE定义) 400操作设置
150第一有效操作曲线410第一操作设置
151第一群组有效操作曲线420第二操作设置
160第二有效操作曲线430第N操作设置
161第二群组有效操作曲线
170第K有效单元操作曲线710第一组
171第K群组有效操作曲线720第二组
730第三组
180有效群组构造 7 40第N组
182整体构造具体实施方式
现在将详细参考各种实施例，实施例的一个或多个示例在每个附图中示出。提供每个示例用以解释，而不是表示限制。例如，作为一个实施例的一部分所示出或描述的特征可以用在其它实施例上或与其它实施例一起使用，以获得另外的实施例。本发明意欲包括这样的修改和变化。
如本文所使用的，术语“条件(condition) ”旨在表示由风力涡轮机控制器确定的、 传送到风力涡轮机控制器的、由风力涡轮机控制器计算的、或由风力涡轮机控制器测量的变量。举例说明而非限制地，条件的多个示例是风速、噪声、功率、时间、转子速度、发电机性能、桨距角、变桨速率、风的速率、风向、风速梯度、空气密度、空气密度梯度、季节性风玫瑰图(seasonal wind rose)、季节性风速、风的季节性空间分布、年度风玫瑰图、年度风速、 风的年度空间分布、和温度。条件可以基于测量的条件来计算。例如，使用在多个位置处各自测量风速的多个风速计，可以计算风速梯度。这里，术语“条件”可以表示测量的条件、计算的条件、以及设定。条件可以是可控的或不可控的。例如，风速不是直接可控的，尽管在一个位置上的一个风力涡轮机的风力涡轮机设定会影响在一个风力涡轮机的背风面上的位置处的风速。例如，桨距角是至少部分可控的。
如本文所使用的，术语“风电场发展模拟”旨在表示估计风电场的操作输出(举例说明而非限制地，例如基于可用数据的年发电量和平均噪声输出)的计算机模拟的结果。在这方面，举例说明而非限制地，可用数据表示风力涡轮机的实际的、计划的或假设的空 间分布，风力涡轮机类型和性能特性，年度风玫瑰图，和本地硬噪声限值。
如本文所使用的，“由控制器”执行的操作可以包括在有或没有用户输入的情况下 执行的操作。由控制器执行的操作可以表示作为在没有用户输入的情况下运行的算法的一 部分而执行的操作，或者响应于用户输入而由控制器执行的操作。
如本文所使用的，“操作设置”(或“操作的设置”)旨在表示被调节以控制风力涡 轮机的操作的设置，例如而不限于桨距和载荷。如本文所使用的，术语“设置”和“设定”旨 在表示至少部分地可控制的风力涡轮机操作参数。举例说明而非限制地，转子叶片的桨距 角是一种设置。举例说明而非限制地，风力涡轮机的性能受到其设置的控制；并且在本示例 中设置可以表示多于一种设置，例如桨距角和载荷。
如本文所使用的，“操作的曲线”或“操作曲线”旨在表示与风力涡轮机输出对变量 (例如风速或叶尖速比)的依赖关系有关的实际的、期望的、理论的或模型化的风力涡轮机 输出。举例说明而非限制地，功率曲线是表示功率与风速的依赖关系的操作曲线。另一示 例是表示噪声与风速的依赖关系的噪声曲线。操作曲线可被限定用于条件的可变范围。因 此，操作曲线可以是操作曲线段。举例说明而非限制地，操作曲线可以是有效操作曲线、操 作曲线段、群组有效操作曲线、和混合操作曲线。这里，风速是操作曲线依赖的示例性变量， 尽管风速是示例性的而非限制性的；操作曲线还可以依赖于其它变量。
如本文所使用的，“操作曲线段”旨在表示在条件(例如风速)的一个范围上限定 的操作曲线。例如，两个操作曲线段可以结合以形成第三操作曲线，其中这两个操作曲线段 各自可选地与不同的操作设置相关。第三操作曲线在风速的第一范围上类似于第一操作曲 线段，并且在风速的第二范围上类似于第二操作曲线段。操作曲线段可以在条件的重叠范 围上具有限定的输出。例如，第一操作曲线段可以被限定为用于O至5m/s的风速，第二操 作曲线段可以被限定为用于4至10m/S的风速。
如本文所使用的，“有效操作曲线”旨在表示可以与操作设置相关联的操作曲线。 有效操作曲线应用于至少一个风力涡轮机的操作。如本文所使用的，“群组有效操作曲线” 是应用于一组风力涡轮机的操作的操作曲线。
如本文所使用的，术语“风力涡轮机群组构造”旨在表示分配的多个群组有效操作 曲线，每个分配的群组有效操作曲线被分配给至少一组风力涡轮机。
如本文所使用的，术语“风电场构造”旨在表示风力涡轮机被如何分配到群组。例 如，给出分别具有标记A、B和C的3个风力涡轮机；一个风电场构造可以在群组I中具有风 力涡轮机A和B，并在群组2中具有风力涡轮机C。可替换地或附加地，第二风电场构造可 以在群组I中具有风力涡轮机A和C，并在群组2中具有风力涡轮机B。
如本文所使用的，“风力涡轮机拓扑”旨在表示风力涡轮机的位置(包括高度)的 空间图(spatial map)，因此例如，在风电场中风力涡轮机的位置的3维图是对风力涡轮机 拓扑的描述。
如本文所使用的，“目标”或“限值”表示参数或变量的值，经常与这些值进行对比 (comparison)。例如，可以在条件和目标之间进行比较以形成对比。例如，当风速增加到高 于lOm/s的目标时，对其操作设置进行调节(即，lOm/s的风速是目标)。在另一示例中，操 作设置被递增地调节，直到噪声输出变得等于硬噪声限值(即，硬噪声限值是目标)为止。
如本文所使用的，“对比”(例如通过比较目标和条件而形成的这些对比)表示布尔值、差、商、百分比差、百分误差、绝对误差等。
如本文所使用的，术语“风力涡轮机群组构造”表示将多个有效群组操作曲线应用 到多个风力涡轮机的结果。这与风电场构造的不同之处在于风力涡轮机保持分配给相同 的群组，但是将不同的有效群组设置应用到群组。在风电场的构造中，风力涡轮机可以被分 配给不同的群组。
如本文所使用的，术语“动态控制”表示应用操作曲线以基于时间控制至少一个风 力涡轮机。如本文所使用的，术语“动态控制”还可以表示响应于时间而调节至少一个风力 涡轮机的操作。举例说明而非限制地，基于日周期或年周期，动态控制可以是周期性的。
如本文所使用的，术语“动态控制图”或“动态控制图叠置(mapoverlay) ”表示基 于时间将操作曲线应用于至少一个风力涡轮机。在一个示例中，动态控制图包括时钟，并且 被用于通过选择用于日间的一个风力涡轮机设置和用于夜间的另一风力涡轮机设置来控 制单一风力涡轮机的操作。在另一示例中，动态控制图被应用到由两组风力涡轮机组成的 风电场的操作；根据四个操作曲线来调节风力涡轮机的操作；两个操作曲线在夜间有效， 两个操作曲线在日间有效；在日间操作曲线当中，一个被应用于第一组，另一个被应用于第 二组；在夜间操作曲线当中，一个被应用于第一组，另一个被应用于第二组。
如本文所使用的，“噪声限值”(例如，“硬噪声限值”)表示在一个地点的一个最 大可取或允许的噪声级(level of noise),或者在多个地点的一个以上的最大可取或允许 的噪声级。噪声限值或硬噪声限值可以由于或不由于法律要求而产生，并且可以动态地改 变(例如，具有夜间限值和日间限值)。
如本文所使用的，术语“使功率输出最大化”表示具有增加或保持功率输出的效 果。使功率输出最大化的过程可以是迭代的，并且可以包括实际上暂时地或者甚至永久地 减少功率输出的步骤。如本文所使用的，“最大化”可以是迭代动作，并且可以包括至少暂时 地减少而非增加的步骤。在示例中，使功率输出最大化可以被认为在功率和噪声输出两者 同时增大以使得噪声输出等于噪声限值或噪声目标时完成。在另一示例中，使功率输出最 大化可以被认为在功率和噪声输出两者同时减少以使得噪声输出刚好小于目标时完成。
如本文所使用的，术语“对能量输出的估计”表示与估计能量输出有关的动作或动 作的结果。非限制性示例如下对年发电量的估计可以是对能量输出的估计；瞬时功率输 出可以是对能量输出的估计；按时间平均的功率输出可以是对能量输出的估计；对能量获 取的估计可以是对能量输出的估计；估计的年发电量的增长可以是对能量输出的估计；根 据获取的能量和条件(包括按时间平均的条件)计算的数量也可以是对能量输出的估计。
如本文所使用的，术语“传感器”表示用于确定或测量条件的装置。举例说明而非 限制地，传感器可以是风速计、温度计、压力传感器、气象传感器或转速计。附加地或可替换 地，多个传感器可以确定在多个地点的多个条件。这里，条件可以由传感器来确定。
如本文所使用的，由控制器和/或控制系统和/或其任意组件(例如但不限于传 感器和/或存储器)执行的操作和/或动作和/或步骤和/或功能通过适合于执行操作和 /或动作和/或步骤和/或功能的控制器或控制系统来执行。举例说明而非限制地，通过这 里描述控制器选择有效操作曲线，还表达控制器适合于选择有效操作曲线的意思。对于另 一非限制性不例，通过描述确定第一条件的传感器，还表达传感器适合于确定第一条件的意思。
图1是示例性风力涡轮机10的透视图。在示例性实施例中，风力涡轮机10是水 平轴线风力涡轮机。可替换地，风力涡轮机10可以是竖直轴线风力涡轮机。在示例性实施 例中，风力涡轮机10包括从支撑系统14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16、以及 联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转毂20、以及联接到毂20并从毂20向外延伸 的至少一个转子叶片22。在示例性实施例中，转子18具有三个转子叶片22。在替换实施 例中，转子18包括多于三个或少于三个转子叶片22。在示例性实施例中，塔架12由钢管制 成以限定支撑系统14和机舱16之间的腔体(图1未示出)。在替换实施例中，塔架12是 具有任意适合高度的任意适合类型的塔架。在示例性实施例中，传感器230被定位于机舱 16上。可替换地或附加地，传感器可以被定位在塔架12中、支撑系统14上、或其它地方。
转子叶片22围绕毂20间隔开以促进旋转转子18，以实现将从风传递的动能转换 成可用的机械能、随后转换成电能。通过在多个载荷传递区域26处将叶片根部24联接到毂 20，使转子叶片22配合毂20。载荷传递区域26具有毂载荷传递区域和叶片载荷传递区域 (图1中都未示出)。被引导至转子叶片22的载荷经由载荷传递区域26而传递至毂20。
在一个实施例中，转子叶片22具有从约15米(m)至约91m范围内的长度。可替 换地，转子叶片22可以具有使风力涡轮机10能够起到本文所述作用的任意适合长度。例 如，叶片长度的其它非限制性示例包括IOm或更小、20m、37m、或大于91m的长度。在风从方 向28冲击转子叶片22时，转子18围绕旋转轴线30旋转。在转子叶片22旋转并受到离心 力时，转子叶片22还受到各种力和力矩。如此，转子叶片22可以从中间或非偏离位置偏离 和/或旋转到偏离位置。
在示例性实施例中，控制系统36显示为在支撑系统14上，但是，控制系统36可以 是遍布风力涡轮机10、在机舱16内、在风电场内、和/或在远程控制中心的分布式系统。控 制系统36包括处理器40和存储器30，处理器40构造成执行本文描述的方法和/或步骤。 此外，本文描述的很多其它组件包括处理器。如本文所使用的，术语“处理器”不限于在本 领域中称作计算机的集成电路，而是广泛地指微型控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器 (PLC)、专用集成电路和其它可编程电路，这些术语在本文中可交换地使用。应当理解，处理 器和/或控制系统还可以包括存储器、输入通道和/或输出通道。
在本文描述的实施例中，存储器可以非限制性地包括计算机可读介质(例如随机 存取存储器(RAM))、和计算机可读非易失性介质(例如闪速存储器)。可替换地，还可以使 用软盘、光盘只读存储器(⑶-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字通用光盘(DVD)。此外，在本 文描述的实施例中，输入通道非限制性地包括传感器和/或与操作员接口关联的计算机周 边设备(例如，鼠标和键盘)。此外，在示例性实施例中，输出通道可以非限制性地包括控制 装置、操作员接口监视器和/或显示器。
本文描述的处理器处理从多个电气和电子装置传送的信息，这些电气和电子装置 可以非限制性地包括传感器、致动器、压缩机、控制系统和/或监视装置。这些处理器可以 在物理上定位在例如控制系统、传感器、监视装置、台式计算机、笔记本计算机、可编程逻辑 控制器(PLC)机柜、和/或分布式控制系统(DCS)机柜中。RAM和存储装置存储并传送信息 和将由处理器所执行的指令。RAM和存储装置还可以用于在处理器执行指令期间存储并向 处理器提供临时变量、静态(即，不改变的)信息和指令、或其它中间信息。所执行的指令可以非限制性地包括风力涡轮机控制系统控制命令。执行指令序列不限于硬件电路和软件 指令的任意特定组合。
图2示出操作曲线段600，操作曲线段600描述竖直轴线210上的输出相对于水平 轴线200上的风速。例如，输出是功率或声音。声音可以被认为是噪声。例如，图2示出 低速低输出曲线段612、低速高输出曲线段642、中速低输出曲线段622、中速高输出曲线段 652、高速低输出曲线段632、和高速高输出曲线段662。可以是其它操作曲线。例如在高速 范围中，在高速曲线段632和662之间，可以存在例如在相同或类似风速范围上的描述输出 的变化水平的多个附加曲线段。例如在中速范围中，在中速曲线段622和652之间，可以存 在描述在中速下的输出的变化水平的多个附加曲线。例如在低速范围中，在低速曲线段612 和642之间，可以存在描述在低速下的输出的变化水平的多个附加曲线。在实施例中，存在 被限定用于低风速范围的多个低范围操作曲线段、被限定用于中风速范围的多个中范围操 作曲线段、以及被限定用于高风速的多个高范围操作曲线段。
在实施例中，通过将图2所示的操作曲线段结合来形成所示的混合操作曲线670。 例如，低速高输出曲线642、中速低输出曲线622、和高速高输出曲线662被结合以形成混合 操作曲线670 ;高速、中速和低速表示风速的范围。
由于设置点分配、控制器操作时间常数和来自风力涡轮机操作的滞后，混合操作 曲线670在组成的操作曲线段之间(例如，从低速区到中速区和从中速区到高速区；在本示 例中分别在输出曲线642和622的交点处、和在输出曲线622和662的交点处)具有平滑 过渡。图3示出操作曲线段之间(例如低风速到中风速过渡区域675、和中风速到高风速过 渡区域677)的平滑过渡；这是由于设置点分配、控制器操作时间常数和来自风力涡轮机操 作的期望滞后的结果。
图3中示出标准操作曲线699和通过将多于一个(例如三个)操作曲线段结合而 形成的混合操作曲线670。与标准操作曲线699相比，混合操作曲线670表现出在低风速 下低的输出减少，在中风速下高的输出减少，和在进一步高于已经相对高的速度下随着风 速增加而增大的输出。至少部分地基于混合操作曲线670来调节至少一个风力涡轮机的操作。
例如，会存在期望或需要具有满足下列目标的风力涡轮机设置的条件在低风速 下，与标准输出曲线相比存在低的输出减少；在中风速下，与标准输出曲线相比存在显著更 小的输出；并且在高风速下，与标准输出曲线相比存在更大的输出。图3的混合操作曲线 670满足目标，至少部分地基于混合操作曲线来调节至少一个风力涡轮机的操作。
在另一示例中，至少部分地基于图3的混合操作曲线670来调节至少一个风力涡 轮机的操作，这导致都与标准操作曲线699相比在低风速下的低噪声减少、在中风速下的 高噪声减少、和在进一步高于已经相对高的速度下随着风速增加而增大的噪声。功率输出 遵循与噪声输出相同的趋势，都与标准操作曲线699相比，在低风速下的很少功率减少、在 中风速下的大幅减小的功率输出、和在已经相对高的风速下随着风速增加而增大的功率输 出。
将混合操作曲线应用到至少一个风力涡轮机的操作的优点是这例如在条件(例 如风速)改变时提供在控制风力涡轮机输出中的更大柔性。使用混合操作曲线的优点是: 风力涡轮机的操作可以被柔性地调节成在获取能量方面最有效，并同时保持噪声输出低于硬噪声限值。通过将混合操作曲线应用到多个风力涡轮机的操作，可以减少尾流损失效应 或使尾流损失效应最小化。
尽管噪声和功率输出曲线遵循相同的趋势，但是还可以是对于一个功率曲线存在 一系列(a range of)可能的噪声曲线。在一定程度上，可以完全独立地或部分独立地选择 噪声和功率曲线。因此，例如，根据使得能量获取最大化并同时保持噪声输出低于可接受的 限值的混合功率操作曲线和混合噪声曲线来调节风力涡轮机的操作。
在实施例中，通过将与操作曲线段相关联的设置结合而形成多个混合设置。例如， 通过与低速高输出曲线642、中速低输出曲线622和高速高输出曲线662相关联的设置来形 成混合设置。
在实施例中，通过来自多个设置的设置结合而形成多个混合设置。例如，很多低范 围设置被限定用于低风速；很多中范围设置被限定用于中风速；以及很多高范围设置被限 定用于高风速。一个低范围设置、一个中范围设置和一个高范围设置被结合以形成第一混 合设置。此外，可以形成多个混合设置。通过将任意一个低范围设置与任意一个高范围设 置结合而形成每个混合设置；可选地，每个混合设置还与中范围设置结合。混合操作曲线可 以与每个混合设置相关联，例如，混合设置与图3所示的混合操作曲线670相关联。
图4示出标准操作曲线699、第一混合操作曲线680和第二混合操作曲线690。在 实施例中，从多个混合操作曲线中选择有效操作曲线。例如，基于至少一个条件(例如时 间)来进行从多个混合操作曲线中选择有效操作曲线。在另一示例中，可以至少部分地基 于检测的和/或期望的条件改变(例如，风速的日变化)来计算对有效操作曲线的动态改 变。条件变化的时间尺度从小时或更更迅速的尺度改变到更慢的时间尺度(例如年度)。
在另一示例中，日间操作(与标准操作曲线699相比)需要或期望在低风速下， 很少的噪声减少；在中风速下，可以是更高的噪声；以及在高风速下，可接受更加高的声学 目标，产生更高的可能功率输出。图4的第一混合操作曲线680满足日间操作目标，并且通 过将操作曲线段642、652和662结合而形成。夜间操作需要或期望在低风速到中风速下， 高的噪声减少；并且在高风速下，随着风速增加而逐步更大的功率并且更高的噪声目标变 得更加可接受。图4的第二混合操作曲线690满足夜间操作目标，并且通过将操作曲线段 612,622和662结合而形成。混合操作曲线680和690中的每一者显示出在被结合用以形 成混合操作曲线的操作曲线段之间的平滑过渡。
在另一示例中，图4的第一混合操作曲线680被选择用于季节周期(例如，具有非 常低的风速的夏季)。在另一示例中，图4的第一混合操作曲线680被选择用于时间积分的 平均风速比参考平均风速低很多的年度。在另一示例中，图4的第二混合操作曲线690被 选择用于高风速的冬季。在另一示例中，图4的第二混合操作曲线690被选择用于时间积 分的平均风速比参考平均风速高很多的年度。
动态选择混合操作曲线对至少一个风力涡轮机的操作的有利之处在于这例如在 条件(例如风速和/或硬噪声限值)改变时提供在控制风力涡轮机输出中的更大柔性。例 如，随着日间/夜间噪声要求、限值或目标改变并且风速改变，选择不同的操作曲线可以实 现增大的或最大的能量获取并同时将噪声输出保持在刚好低于目标(例如本地硬噪声限 值)。例如响应于变化的风的条件，通过动态选择混合操作曲线以操作多个风力涡轮机，可 以减少尾流损失效应或使尾流损失效应最小化。
在实施例中，单一或多个混合操作曲线被选择作为有效操作曲线并被应用于控制 至少一个涡轮机。单一有效操作曲线可以被应用于控制单一风力涡轮机或多个风力涡轮 机。多个有效操作曲线可以被选择并接近同时或完全同时地应用于多个风力涡轮机的操 作，被选择的每个有效操作曲线可以控制一个或多个风力涡轮机。
在实施例中，从多个混合设置中选择有效设置，并将该有效设置应用于至少一个 风力涡轮机的操作。
图5示出控制系统的实施例。条件300被控制器36接收和/或可选地由控制器 36计算。基于条件，有效操作曲线150、160、170被从操作曲线段499中选出并被应用于风 力涡轮机的操作；可替换地或附加地，群组有效操作曲线151、161、171被从操作曲线段499 中选出并被应用于风力涡轮机群组的操作。群组构造180被从存储器读出和/或写入到存 储器，风电场构造182被从存储器读出和/或写入到存储器。
在实施例中，有效操作曲线150、160、170可以是有效操作曲线段。
在实施例中，第一条件310与目标260进行比较以形成对比270。基于对比，选择 有效操作曲线。目标可以被写入到存储器和/或从存储器读出。对比可以被写入到存储器 和/或从存储器读出。
在实施例中，控制器36接收第一条件310(例如风速)作为输入。基于第一条件 310的值，第一操作曲线段(例如第一功率曲线段412)被从多个操作曲线段499中选出，并 被用作第一有效操作曲线150并应用于控制风力涡轮机。
在实施例中，控制器36接收第一条件310(例如风的条件)作为输入。基于风的 条件，第一有效操作曲线150、第二有效操作曲线160和第K有效操作曲线170被从多个操 作曲线段499中选出，并分别被应用于控制第一风力涡轮机、第二风力涡轮机和第K风力涡 轮机。
在实施例中，控制器36接收第一条件310(例如风速)作为输入。基于风速的值， 第一群组有效操作曲线151、第二群组有效操作曲线161和第K群组有效操作曲线171被从 多个操作曲线段499中选出，并分别被应用于控制第一组风力涡轮机、第二组风力涡轮机 和第K组风力涡轮机。
例如，风力涡轮机初始根据从多个操作曲线段499中选出的第一有效操作曲线 150进行操作。风力涡轮机初始在具有对低风速(例如小于4m/s)为最佳的操作设置情况 下进行操作。在确定风速已经增大到高于目标水平(例如4m/s)之后，控制器36选择不同 的操作曲线段，该操作曲线段具有在4和8m/s之间的风速下的最佳输出(例如，功率和噪 声输出中的至少一者)，使该操作曲线段成为有效操作曲线。操作设置基于有效操作曲线。
根据本文描述的实施例的优点是，控制系统提供可变的设置点功率曲线和噪声曲 线，而不是单一功率曲线和/或单一噪声曲线。根据本文描述的实施例的另一优点是，性能 能够适应于目标和/或条件，而不是依赖于一个固定的功率曲线和一个固定的噪声曲线。 例如，因为风速是可变的条件，所以风力涡轮机的最佳设置在风速低时与在风速更高时相 比会不同。控制系统提供可变的有效操作曲线，描述可以根据对条件的确定并可选地根据 这些条件与目标的对比而选择的性能。
在实施例中，控制器36从多个设置中选择有效设置，该多个设置包括低范围设 置、中范围设置和高范围设置。例如，风力涡轮机初始在高范围设置下进行操作，并且风速低；控制器36确定风速增加到目标(例如4m/s);作为响应，控制器36从多个中范围设置 中选择中范围设置并且使得该中范围设置成为有效设置。在另一示例中，控制器36确定风 速增加到另一目标(例如高于8m/s);作为响应，控制器36从多个高范围设置中选择高范 围设置并且使得该高范围设置成为有效设置。
在实施例中，基于动态控制图(280)选择第一有效操作曲线。
在实施例中，控制器适合于从多个操作曲线段499中选择第一有效操作曲线。
图6示出控制系统250的实施例。条件300被控制器36接收和/或可选地由控 制器36计算。操作曲线段499被控制器36结合而形成混合操作曲线601。有效操作曲线 150、160、170被从混合操作曲线601中选出并被应用于风力涡轮机的操作；可替换地或附 加地，群组有效操作曲线151、161、171被从混合操作曲线601中选出并被应用于风力涡轮 机群组的操作。群组构造180被从存储器读出和/或写入到存储器，风电场构造182被从 存储器读出和/或写入到存储器。
在实施例中，控制器36接收条件300 (例如但不限于第一条件310、第二条件320 和第J条件330)。多个操作曲线段499 (例如总共2N个操作曲线段)被写入到存储器和/ 或从存储器读出。多个混合操作曲线601 (例如总共M个混合操作曲线)被写入到存储器 和/或从存储器读出。多个有效操作曲线(例如总共K个有效操作曲线)被从多个混合操 作曲线601中选出并应用于多个风力涡轮机(例如K个风力涡轮机)的操作。在另一实施 例中，总共K组有效操作曲线被从多个混合操作曲线601中选出并应用于K组风力涡轮机 的操作。
例如，控制器36接收由作为第一条件310的风速、作为第二条件320的噪声输出 和作为第J条件330的功率输出组成的条件300。
在实施例中，控制器36可以从存储区读出第一功率曲线段412、第一噪声曲线段 414、第二功率曲线段422、第二噪声曲线段424、第N功率曲线段432和第N噪声曲线段434。 混合操作曲线601被控制器36从操作曲线段499结合而成，并被写入到存储器或从存储器 读出。例如，第一混合操作曲线602、第二混合操作曲线604、第三混合操作曲线606、第M混 合操作曲线608被控制器36写入到存储器和从存储器读出。第一有效操作曲线150可以 被从混合操作曲线601中选出并被应用于至少一个风力涡轮机的操作，第一有效操作曲线 150有效地对操作设置进行设定。
在实施例中，多个混合设置(例如，第一混合设置、第二混合设置、第三混合设置 和第M混合设置)被写入和/或存储在存储器中。有效设置被从多个混合设置中选出并被 应用于至少一个风力涡轮机的操作。例如，总共K个有效设置被从多个混合设置中选出并 应用于K个风力涡轮机的操作。在另一示例中，K个有效设置被从多个混合设置中选出并 应用于K组风力涡轮机的操作。
在实施例中，第一有效操作曲线是包括至少两个操作曲线段的混合操作曲线的一 部分。在实施例中，混合操作曲线包括任意一个低范围操作曲线段和任意一个高范围操作 曲线段。可替换地或附加地，混合操作曲线还包括中范围操作曲线段。
图7示出控制系统的实施例。如图7所示，操作设置400可以与多个操作曲线段 499中的每个操作曲线段相关联。如图7所示，多于一个操作曲线段可以与相同的操作设 置相关联。例如第一功率曲线段412和第一噪声曲线段414与第一操作设置410相关联；第二功率曲线段422和第二噪声曲线段424与第二操作设置420相关联；并且第N功率曲 线段432和第N噪声曲线段434与第N操作设置430相关联。
在实施例中，举例说明而非限制地，第一操作曲线段与第二操作曲线段结合而形 成第二混合操作曲线602。第一混合操作曲线被选择作为第一有效操作曲线150并应用于 至少一个风力涡轮机的操作，第一有效操作曲线有效地对操作设置进行设定。
在实施例中，控制器36从多个混合设置中选择有效设置。第一有效设置被应用于 至少一个风力涡轮机的操作。第一有效设置可以与功率曲线和/或噪声曲线相关联。
在另一实施例中，控制器36将总共2N个操作曲线段499中的至少两者结合以形 成第二混合操作曲线604，以此类推形成多个(例如总共M个)混合操作曲线。每个操作曲 线段可以被使用多于一次以形成多个混合操作曲线。
在实施例中，从总共M个混合操作曲线中，选择多个有效操作曲线。例如，选择第 一有效操作曲线150、第二有效操作曲线160、...和第K有效操作曲线170，第一风力涡轮 机发电机、第二风力涡轮机发电机、.· ·和第K风力涡轮机发电机受到它们相应的第一有效 操作设置、第二有效操作设置、和第K有效操作设置的控制。
在实施例中，从多个混合操作曲线(601)中选择第一群组有效操作曲线151、第二 群组有效操作曲线161和第K群组有效操作曲线171，通过多个群组有效操作曲线控制第一 组风力涡轮机发电机、第二组风力涡轮机发电机、...和第K组风力涡轮机发电机。
在实施例中，控制器36基于多个条件300中的至少一个条件来选择第一有效操作 曲线或第一群组有效操作曲线151、第二有效操作曲线或第二群组有效操作曲线161和第K 有效操作曲线或第K群组有效操作曲线171。例如，基于风速从操作曲线段499中选择群组 有效操作曲线151、161、171。在另一示例中，基于风速从操作曲线段499选择有效操作曲线 150、160、170。
在实施例中，控制器36从多个混合设置中选择有效设置。在实施例中，控制器36 从多个混合设置中选择第一有效设置至第K有效设置，并将这些有效设置分别应用于第一 至第K风力涡轮机的操作。在另一实施例中，控制器36从多个混合设置中选择第一有效设 置至第K有效设置，并将这些有效设置分别应用于第一组至第K组风力涡轮机的操作。
根据本文描述的实施例，控制系统的优点是其提供可变的操作设置，可变的操作 设置能够实现对风电场内的风力涡轮机的单独、群组、和风电场等级的控制。因为条件是可 变的(例如不仅有整个风电场的日平均风速，还有在风电场内不同地点的风速)，所以对于 在一个地点的风力涡轮机的最佳设置会不同于在另一地点的最佳设置。控制系统提供对风 力涡轮机操作性能和设置的空间动态操作控制。例如，这通过适应于例如会有空间依赖性 的越过风电场的空间风特性(例如，使尾流损失效应最小化和/或满足或保持刚好低于噪 声目标)，而允许优化能量获取并同时保持在关键地点处低于噪声目标。
图8根据本文描述的实施例示出风电场，其中多个风力涡轮机10被构造在如下分 组中第一组710、第二组720、第三组730和第N组740。风电场构造初始可以基于初始风 电场发展评估和模拟。风电场构造会是可变的。通过将至少两个风力涡轮机分配到至少第 一组和第二组，可以在风电场中实现至少两个风力涡轮机的构造。一个构造可被重新构造 成不同(或相同)的构造。在另一示例中，图8的风电场的群组被构造成正好两个群组，群 组A包括第一组710和第二组720，群组B包括第三组730和第N组740。
风电场构造可以根据风力涡轮机拓扑并可能根据风场条件的空间分布来组织。在 实施例中，基于风力涡轮机拓扑以及实际和/或期望的至少一个风场条件的空间分布(例 如风速的空间分布)来选择风电场构造。
在实施例中，控制器36将操作曲线段结合以形成多个混合操作曲线。从多个混合 操作曲线中选择第一有效操作曲线、第二有效操作曲线、第三有效操作曲线和第N有效操 作曲线。控制器36至少部分地基于第一有效操作曲线来调节第一组风力涡轮机的操作，并 至少部分地基于第二有效操作曲线来调节第二组风力涡轮机的操作，等等。例如，第一有效 操作曲线和第二有效操作曲线分别被应用于第一组风力涡轮机和第二组风力涡轮机的操 作，相应的第一有效操作曲线和第二有效操作曲线有效地对相应的操作设置进行设定。
对有效操作曲线的选择、以及至少部分地基于有效操作曲线对单独的风力涡轮机 和/或风力涡轮机群组的操作的相关调节，例如可以将下列一项或多项考虑在内风电场 构造、动态控制图叠置和条件。
例如，东南向微风存在于具有图8中所示的风力涡轮机的构造的风电场(北向是 朝向附图的顶部)。为使功率输出最大化并同时满足或刚好低于噪声目标，通过从多个混合 操作曲线中选择总共N个群组有效操作曲线来控制第一至第N组风力涡轮机的风力涡轮机 操作。群组I和2的群组操作设置和可选的群组操作曲线基于第二有效操作曲线690，与 标准操作曲线699相比，减小群组I和2的噪声输出并同时减少这些群组的功率输出。同 时，第三和第N群组的群组操作设置和可选的群组有效曲线基于第一混合操作曲线680，所 以群组3和群组N内的所有风力涡轮机的有效操作曲线描述与群组I和群组2的风力涡轮 机相比更大的功率输出和更大的噪声输出(在给定风速下，假设对于所有群组风速是相同 的)。可替换地或附加地，被应用于群组I至N的有效设置和可选的操作曲线可以如上所述 为相同的，但是由于存在不同的条件(例如从风电场的一端到相对端的强的负风速梯度) 而被选择。由于在本示例中通过测量在多个地点的风速来完成确定风速梯度，所以在多个 地点上测量的条件会影响对有效操作曲线的选择。
在另一示例中，西南向强风存在于具有图8中所示的风力涡轮机的构造的风电场 (北向是朝向附图的顶部)。为使功率输出最大化并同时满足硬噪声限值，总共N个有效群 组操作曲线被选择用于第一至第N群组。第二有效操作曲线690和第一有效操作曲线680 分别被选择用于第一和第三群组；并且与第二有效操作曲线690相比具有略微更高输出的 第三有效操作曲线被选择用于第二群组，与第一有效操作曲线680相比具有略微更低输出 的第四有效操作曲线被选择用于第N群组，第三有效操作曲线与第四有效操作曲线相比一 般具有更低的输出。在涉及与上述相同的风场条件的另一示例中，第一有效设置、第二有效 设置、第三有效设置和第四有效设置被从多个混合设置中选出并应用于风力涡轮机群组的 操作。
根据本文描述的实施例，控制系统的优点是其提供在空间上分布在风电场内的风 力涡轮机的柔性的单独和群组设置，以考虑可变的条件以及提供使能量获取最大化并保持 低于或满足噪声限值的愿望。控制系统可以考虑到空间可变的风、噪声限值和尾流损失效 应。例如，风电场内的第一组风力涡轮机可以定位成接近具有比在其它地点的风力涡轮机 更低的允许噪声目标的邻近区域。风电场的最佳操作设置将考虑到将选择更安静的噪声输 出曲线作为用于控制第一群组的有效操作曲线，这会不利地影响它们的能量获取；由于在远离严格噪声限值的邻近区域的地点上的放松的噪声限值，有效操作曲线可以被选择用于 更有效地获取能量的其它群组。根据本文描述的实施例，控制系统的优点是其确保符合环 境规定(例如有关硬噪声限值的环境规定)。根据本文描述的实施例的另一优点是，控制系 统同时确保符合境规定并增加或最大化能量获取。
在实施例中，动态控制图叠置基于根据条件动态地选择的有效操作曲线和/或有 效设置，来调节群组和/或单独的风力涡轮机设置。由于动态控制图叠置引起的群组和/ 或单独的风力涡轮机操作设置的时间尺度的改变，例如是从小时、到天、到月、到季度、到年 度。例如，每天改变至少一个有效操作曲线和/或设置的日控制图叠置被每日一次地应用 于初始风电场构造。日控制图叠置基于风力涡轮机的地理分布、以及条件(例如，下列至少 一项风向、总体速度、空间速度梯度、总体空气密度、空间空气密度梯度等)的至少部分地 每日改变，来改变群组或单独的风力涡轮机有效操作曲线和/或设置。动态控制图叠置的 其它示例是小时动态控制图叠置、季度动态控制图叠置和年度动态控制图叠置。
在其它实施例中，有效群组操作曲线和/或设置、以及风电场构造受制于年度控 制图叠置(例如但不限于，年度季节性风玫瑰图、年度季节性速度和年度季节性空间分 布)，该年度控制图叠置是基于风的每日特性而计算的。
例如，年平均风速从一年到另一年例如从8. 5m/s减小到7. 5m/s。实施年度控制图 引起至少一个有效操作曲线被修正成具有更高总功率输出曲线的有效操作曲线。噪声输出 和功率输出的条件在修正的设置下被确定，并且与噪声限值图叠置相比较以确保满足或未 超过在关键地点的硬噪声限值。还对能量获取进行估计，这促进对比先前的有效操作曲线 和经修正的有效操作曲线的功率输出和/或它们的相关设置。
根据本文描述的实施例，控制系统的优点是其提供补偿低风年度的办法。根据本 文描述的实施例，控制系统的优点是其提供在每日和年度时间尺度上使能量获取最大化并 同时满足或保持低于噪声限值的办法。根据本文描述的实施例，控制系统的优点是其提供 在满足的噪声限值经历动态变化时动态地增大或最大化能量获取的办法。
在实施例中，基于风电场构造、风力涡轮机拓扑、风场特性的空间分布和时间来选 择群组有效操作曲线。实施至少两个优化程序(一个具有约一小时的短积分时间常量，另 一个具有约一年的长积分时间常量)，以使得风电场的有效操作曲线适应于条件(例如风 向、速度和空间分布)。
在实施例中，控制器36通过比较在给定风电场构造中的年发电量(AEP)的估计与 在风力涡轮机的标准构造(所有操作根据标准操作曲线)中的标准AEP的估计，来计算对 年发电量的增长(AEP的增长)的估计。在实施例中，在不同构造中的AEP的增长可以被 彼此比较并用于选择具有更高AEP的增长的构造。在实施例中，可以参照AEP的增长和硬 噪声限值来选择构造，以确保选择出具有相对高的AEP的增长并同时满足硬噪声限值的构 造。在实施例中，估计的能量获取可以被AEP的增长代替。
根据本文描述的实施例，控制系统的优点是其提供在各种时间尺度(例如从小 时、到每日、到月、到季度和年度)上使AEP的增长最大化并同时保持噪声输出水平低于或 等于限值的办法。
在实施例中，在风力涡轮机的构造下，控制器36计算AEP的第一估计增长。控制器 36至少部分地基于第一有效操作曲线来调节至少一个风力涡轮机的操作，形成风力涡轮机的第二构造。控制器36计算AEP的第二估计增长。通过在第一构造和第二构造之间选择 具有更高增长的一个构造，增长相对于两个对比的构造被最大化。通过根据不同的操作曲 线(例如功率曲线)来迭代地调节风力涡轮机或风力涡轮机群组的操作，对于应用于整个 风电场的风力涡轮机的有效操作曲线的不同组合可以做出对AEP的增长的不同估计。通过 记录有效操作曲线、以及它们对风电场内的风力涡轮机的相应分配来使得AEP最大化，这 产生最大的增长。在执行风力涡轮机操作的迭代调节时，噪声可以被确定并用于确保满足 硬噪声限值。根据本文描述的实施例的优点是提供使AEP的增长最大化的办法，并且可以 考虑到硬噪声限值。通过迭代地将不同的有效操作曲线应用于风力涡轮机或风力涡轮机群 组、并且在每次迭代之后利用至少一个校准的麦克风来测量和记录功率和噪声，找到使得 AEP最大化并同时在可接受的误差内刚好低于硬噪声限值的条件下进行操作的构造。
在实施例中，执行风力涡轮机自校准。例如，执行风力涡轮机自校准以避免(I)风 电场发展模拟和目标与(2)实际操作和产生的性能之间的不匹配。还可以执行自校准以抑 制风力涡轮机操作特性的变化。可以执行自校准以提高任意操作曲线和它们的相关操作设 置之间的准确度(例如，与用于给定风力涡轮机的标准操作设置相关联的标准操作曲线的 准确度)。
在实施例中，自校准涉及测量和/或计算任意操作曲线。在任意单位设置(例如 标准设置)中测量和记录至少两个条件。例如，利用风速计测量风速，利用校准的麦克风测 量噪声。例如，风速计可以定位在风力涡轮机的上游或下游；可以存在多于一个风速计，例 如其中一个位于风力涡轮机的上游，另一个位于风力涡轮机的下游。校准的麦克风例如可 以位于风力润轮机的基础系统(foundation system)中或者结合在塔架中；可以存在位于 不同地点的多于一个校准的麦克风。
噪声相对于风速的任意操作曲线通常经计算并存储在存储器中。基于任意的操作 曲线(例如标准噪声曲线)和其相关的操作设置(例如标准设置)，其它操作曲线(在本示 例中，是噪声相对于风速的操作曲线)可以经计算并与它们的操作设置相关联。类似于上 述任意噪声曲线，通过测量在任意操作设置下的功率输出和风速，可以测量和计算描述功 率输出相对于风速的任意操作曲线。
在实施例中，自校准的优点是其提供调节风力涡轮机设置以考虑到性能偏差的办 法。在实施例中，自校准的另一优点是其提供调节风力涡轮机设置以考虑到安装的性能的 可变性。例如，在初始安装风力涡轮机之后，期望标准设置产生标准操作曲线。但是，由于 安装的风力涡轮机之间的变化，在安装的操作曲线和标准设置之间存在一定差异。自校准 能够调节标准设置以补偿期望的标准操作曲线和安装的操作曲线之间的差异。在另一示例 中，在风力涡轮机的整个使用寿命内产生性能的一定偏移，导致在标准设置下实际操作曲 线和标准操作曲线之间的不匹配。自校准能够调节标准设置以弥补标准操作曲线和实际操 作曲线之间的差异。
在实施例中，通过比较测量的输出和期望的输出、或者比较操作曲线和期望的操 作曲线来执行异常检测。异常检测可检测可能的显著异常，例如，由于例如叶片结冰引起的 影响功率曲线的那些异常、或者由于例如对叶片的表面损坏引起的影响噪声曲线的那些异 常。异常检测可以向操作者发出检查警告。异常检测还可以通过补偿操作偏移而影响单元 设置。
图9是控制至少一个风力涡轮机的方法的示意图。在实施例中，第一条件(例如 噪声)被确定并与目标进行比较以形成对比。基于对比，选择第一有效操作曲线，并将其应 用于控制至少一个风力涡轮机。可替换地或附加地，基于动态控制图来选择第一有效操作 曲线。可替换地或附加地，第二有效操作曲线被选择并应用于至少一个其它风力涡轮机的 操作。可替换地或附加地，可以从多个操作曲线中选择有效操作曲线。可替换地或附加地， 可以从多个混合操作曲线中选择有效操作曲线。可替换地或附加地，第二有效操作曲线被 选择并应用于控制至少一个其它风力涡轮机。
上述系统和方法促进补偿下列至少一项不充足地低的风资源生产周期、过高的 风资源生产周期、和硬噪声限值。上述系统和方法的至少一个实施例促进自适应的用户目 标，以使得AEP最大化并同时满足硬噪声限值。上述系统和方法的至少一个实施例促进实 施多个操作曲线，代替一个固定的功率曲线和噪声曲线。上述系统和方法的至少一个实施 例促进可变的操作设置，该可变的操作设置能够实现使特定风电场布局在可变的时间尺度 上适应于特定风的特性，以在风力涡轮机允许的裕度(例如硬噪声限值)内使得在可变的 时间尺度上估计的AEP最大化。
上述系统和方法的至少一个实施例促进常规物理布局之外的风电场定制，其中风 力涡轮机可以在具有特定群组设置下进行操作以适应于特定空间风的特性，从而例如在风 电场水平上使AEP最大化并同时使尾流效应损失最小化并满足在关键地点的硬噪声限值。
上述系统和方法的至少一个实施例促进定制程序以参照常规固定的构造显示出 基于风电场构造、风力涡轮机群组、和/或单独的风力涡轮机的增长的AEP，在常规固定的 构造中所有的风力涡轮机在单一固定的功率曲线和单一相关的噪声曲线上进行操作。
上述系统和方法的至少一个实施例促进风力涡轮机自校准和异常检测以能够实 现检测可能的显著异常，可能的显著异常可以通过调节选择的有效操作曲线来补偿和/或 可以被用于告知用户或操作者。
上述系统和方法的至少一个实施例促进自适应的风电场和风力涡轮机控制系统， 该控制系统在近似小时、每日、季度、和长达近似年度基础上增大估计的AEP并同时可选地 满足硬噪声限值。
上述系统和方法的至少一个实施例(例如描述自校准和异常检测的那些实施例) 促进可靠的风力涡轮机标称操作，补偿可能的偏移，并检测显著影响输出(例如功率和噪 声)的性能缺陷。
根据本文描述的至少一个实施例，上述系统和方法的优点是在暴风雨天气期间保 护风力涡轮机。
上文详细描述了用于控制风力涡轮机的系统和方法的示例性实施例。系统和方法 不限于本文描述的具体实施例，相反，系统的组件和/或方法的步骤可以与本文描述的其 它组件和/或步骤独立地并分离地使用。相反，可以结合很多其它转子叶片应用来实施和 利用示例性实施例。
尽管本发明的各种实施例的特定特征在某些附图中示出而未在其它附图示出，这 只是为了简便。根据本发明的原理，附图的任意特征可以与任意其它附图的任意特征相结 合被引用和/或要求权利。
本书面说明书使用示例来公开本发明(包括最佳实施方式)，还使得任意本领域技术人员可实现本发明(包括制造和使用任意装置或系统和执行任意结合的方法)。尽管 前文描述了各种具体实施例，本领域技术人员将认识到权利要求书的精神和范围允许有等 效修改形式。具体地，上述实施例的相互非排斥特征可以彼此结合。本发明的专利范围由 权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具 有与权利要求书的文字语言并非不同的结构元件、或者如果这样的其它示例包括与权利要 求书的文字语言具有非实质性区别的等价结构元件，则这样的其它示例意欲落入权利要求 书的范围。
权利要求
1.一种控制至少一个风力涡轮机的方法，其包括提供多个操作曲线；从多个操作曲线中选择第一有效操作曲线；和将所述第一有效操作曲线应用于控制至少一个风力涡轮机。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括确定第一条件；对所述第一条件和目标进行比较以形成对比；其中，基于所述对比来选择所述第一有效操作曲线。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法还包括确定第二条件；对所述第二条件和第二目标进行比较以形成第二对比；并且选择第二有效操作曲线；并且将所述第二有效操作曲线应用于控制至少一个其它风力涡轮机；其中，基于所述第二对比来选择所述第二有效操作曲线。
4.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述多个操作曲线包括被限定为用于条件的低范围的多个低范围操作曲线段，被限定为用于条件的高范围的多个高范围操作曲线段，和多个混合操作曲线；其中，每个所述混合操作曲线包括任意一个所述低范围操作曲线段和任意一个所述高范围操作曲线段；并且其中，从所述多个混合操作曲线中选择所述第一有效操作曲线；并且其中，从所述多个混合操作曲线中选择所述第二有效操作曲线。
5.根据前述任一权利要求所述的方法，其中基于动态控制图来选择所述第一有效操作曲线。
6.一种控制至少一个风力涡轮机的控制系统(250)，其包括控制器(36)，和存储器(30);其中，所述存储器(30)存储多个操作曲线(499，601);并且，其中，所述控制器设置成从所述多个操作曲线(499，601)中选择第一有效操作曲线(150)；并且，其中，所述控制器(36)设置成将所述第一有效操作曲线(150)应用于控制至少一个风力涡轮机。
7.根据权利要求6所述的控制系统(250)，其中所述控制系统(250)还包括传感器(230)，所述传感器设置成确定第一条件；并且其中，所述控制器(36)设置成对第一条件(310)和目标(260)进行比较以形成对比(270)；并且其中，所述控制器(36)设置成基于所述对比(270)来选择所述第一有效操作曲线(150)。
8.根据权利要求6或7所述的控制系统(250)，其中所述控制器(36)设置成从所述多个操作曲线(499，601)中选择第二有效操作曲线(160);并且其中，所述控制器(36)设置成将所述第二有效操作曲线(160)应用于控制至少一个其它风力涡轮机。
9.根据权利要求6至8中任一权利要求所述的控制系统(250)，其中所述多个操作曲线(499，601)包括被限定为用于条件的低范围的多个低范围操作曲线段(612,642);并且所述多个操作曲线还包括被限定为用于条件的高范围的多个高范围操作曲线段(632，662);并且所述多个操作曲线还包括多个混合操作曲线(601);并且其中，所述控制器适合于从所述多个混合操作曲线(601)中选择所述第一有效操作曲线(150)。
10.根据权利要求9所述的控制系统(250)，其中所述控制器(36)设置成基于动态控制图(280)来选择所述第一有效操作曲线(150)。
全文摘要
本发明涉及用于风力涡轮机的控制的方法和系统。控制至少一个风力涡轮机的方法包括从多个操作曲线中选择第一有效操作曲线，并将第一有效操作曲线应用于控制至少一个风力涡轮机。操作曲线可以是操作曲线段。
文档编号F03D7/00GK103047081SQ20121038424
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月11日 优先权日2011年10月11日
发明者L.波内 申请人:通用电气公司