对风力涡轮机的最大功率输出的模拟制造技术

本发明专利技术涉及确定并设置用于进行过额定值控制的风力涡轮机类型最大功率水平(301)和个体风力涡轮机最大功率水平(308)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及风力涡轮机的最大功率水平，并且具体而言，涉及设置用于过额定值控制的风力涡轮机类型最大功率水平和个体风力涡轮机最大功率水平。
技术介绍
风力涡轮机通过经由发电机将来自风力的动能转化成电能来发电。风力涡轮机生成的电能的量通常是由风力涡轮机的标称额定功率或额定功率水平和风力涡轮机所处地点的风力状况(例如，地形、风速等)来确定的。往往有多台风力涡轮机共同处于风力发电厂中，以生成足以供应到电网的电能。风力发电厂的年发电量(AEP)与形成风力发电厂的风力涡轮机的生产率有关，并且通常取决于风力发电厂所在位置的年风速。对于给定的风力发电厂而言，AEP越大，风力发电厂的经营者的利润就越大，供应给电网的电能的量就越大。因而，风力涡轮机制造商和风力发电厂经营者不断尝试提高给定风力发电厂的AEP。一种这样的方法可以是使风力涡轮机在某些情况下过额定值运转，即，允许风力涡轮机以最高高于风力涡轮机的额定或铭牌功率水平的功率水平运转一段时间，以便在风力大的时候生成更多的电能并相应地提高风力发电厂的AEP。但是，存在与过额定值风力涡轮机相关联的几个问题和缺陷。风力涡轮机通常被设计为在给定标称额定功率水平或铭牌功率水平下运转并且运转给定年数，例如，20年。因此，如果风力涡轮机过额定值运转，那么风力涡轮机的寿命将缩短。本专利技术寻求至少部分地解决上文描述的问题和缺陷中的一些或全部。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于设置风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平的方法，其包括：针对两个或更多测试功率水平模拟载荷谱，以针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功率水平来确定所述风力涡轮机类型上的载荷；将针对每个测试功率水平确定的载荷与所述风力涡轮机类型的设计载荷进行比较；以及将所述风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平设置为使得所确定的载荷不超过所述风力涡轮机类型的设计载荷的最大测试功率水平。相应地，能够针对一种或多种风力涡轮机类型来确定风力涡轮机类型最大功率水平。可以将一种风力涡轮机类型理解为具有相同的电气系统、机械系统、发电机、齿轮箱、涡轮机桨叶、涡轮机桨叶长度、轮毂高度等的风力涡轮机。相应地，相对于风力涡轮机的主要结构或部件的任何差异都可以实际上产生新的风力涡轮机类型。例如，除了轮毂高度(例如，塔架高度)不同之外的相同风力涡轮机可以被看作是两种不同的风力涡轮机类型。类似地，除了涡轮机桨叶长度不同之外的相同风力涡轮机也可以被看作是两种不同的风力涡轮机类型。同样，50Hz和60Hz的风力涡轮机可以被看作是不同的风力涡轮机类型，如针对冷气候和热气候设计的风力涡轮机。因此，所述风力涡轮机类型未必对应于风力涡轮机的国际电工委员会(IEC)类别，因为不同的风力涡轮机类型可以处于相同的风力涡轮机IEC类别中，其中，每种风力涡轮机类型可以基于风力涡轮机的设计和其中的部件而具有不同的风力涡轮机类型最大功率水平。可以通过将给定功率水平的预期载荷与给定的风力涡轮机类型的设计载荷进行比较并确认不会使风力涡轮机上的载荷超过设计载荷的最大功率水平，来确定风力涡轮机类型最大功率水平。载荷可以是机械载荷、疲劳载荷、或者可以在给定功率水平处为风力涡轮机确定的任何其它载荷。确定所述风力涡轮机类型上的载荷可以包括确定所述风力涡轮机类型的一个或多个机械部件的载荷。可以针对所述风力涡轮机类型中的所有机械部件或者针对主要或关键机械部件中的一者或多者来确定载荷。所述方法还可以包括设置第一测试功率水平，其中，第一测试功率水平比所述风力涡轮机类型的标称铭牌功率水平高出第一预定值；以及使每个后续的测试功率水平递增第二预定值。最初可以将第一测试功率水平设置为比标称铭牌额定值高例如5KW、10KW、15KW、20KW、30KW、50KW等的值，或者为比标称铭牌额定值高出标称铭牌额定值的一定百分比(例如1％、2％、5％等)的值。递增步长可以是适于确认风力涡轮机类型最大功率水平的目的的任何递增步长，例如5KW、10KW、15KW、20KW、30KW、50KW等，或者递增步长可以是根据测试功率水平的百分比增大，例如1％的增量、2％的增量、5％的增量等等。所述方法还可以包括设置第一测试功率水平，其中，所述第一测试功率水平比所述风力涡轮机类型的标称铭牌功率水平高出第三预定值；以及使每个后续的测试功率水平递减第四预定值。因此，最初可以将第一测试功率水平设置为大体上比标称铭牌额定值高例如500KW、400KW、300KW、200KW、100KW、50KW等的值，或者为比标称铭牌额定值高出标称铭牌额定值的一定百分比(例如20％、15％、10％等)的值。递减步长可以是适于确认风力涡轮机类型最大功率水平的目的的任何递减步长，例如5KW、10KW、15KW、20KW、30KW、50KW等，或者递减步长可以根据测试功率水平的百分比降低，例如1％的增量、2％的增量、5％的增量等等。可以同时执行针对两个或更多测试功率水平模拟载荷谱的步骤，或者可以针对两个或更多测试功率水平中的每一个来依次执行模拟步骤。可以同时执行将针对两个或更多测试功率水平中的每一个确定的载荷与所述风力涡轮机类型的设计载荷进行比较的步骤，或者可以针对两个或更多测试功率水平中的每一个来依次执行比较步骤。如果所确定的载荷超过设计载荷，那么所述方法还可以包括：确认机械部件中的所确定的载荷超过一个或多个机械部件的设计载荷的一个或多个机械部件；以及分析所述一个或多个机械部件，以确认是否能够提高一个或多个机械部件的设计载荷。可以在给定的风力涡轮机类型的设计中结合容差或安全裕量，可以分析所述容差或安全裕量，以看出它们是否是保守的，并且因此看出能否提高机械部件的设计极限。如果所确定的载荷超过设计载荷，那么所述方法还可以包括：确认机械部件中的所确定的载荷超过一个或多个机械部件的设计载荷的一个或多个机械部件；确认使一个或多个机械部件能够在高于一个或多个机械部件的设计载荷下运转的控制和/或硬件；以及在所述风力涡轮机类型中实施所确认的控制和/或硬件。因此，情况可能是，通过向风力涡轮机增加附加的硬件/控制软件而提高一个或多个机械部件的设计极限。例如，控制软件可以包括附加的阈值，其可以阻止某些条件下的过额定值运转，这意味着机械部件可以高于其设计极限运转至少一段时间。硬件可以包括向机械部件增加温度传感器以测量温度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于设置风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平的方法，包括：针对两个或更多测试功率水平模拟载荷谱，以针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功率水平来确定所述风力涡轮机类型上的载荷；将针对每个测试功率水平所确定的载荷与所述风力涡轮机类型的设计载荷进行比较；以及将所述风力涡轮机类型的所述风力涡轮机类型最大功率水平设置为所确定的载荷不超过所述风力涡轮机类型的所述设计载荷的最大测试功率水平。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.29 DK PA2013704171.一种用于设置风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平的方
法，包括：
针对两个或更多测试功率水平模拟载荷谱，以针对所述两个或更多测
试功率水平中的每个测试功率水平来确定所述风力涡轮机类型上的载荷；
将针对每个测试功率水平所确定的载荷与所述风力涡轮机类型的设计
载荷进行比较；以及
将所述风力涡轮机类型的所述风力涡轮机类型最大功率水平设置为所
确定的载荷不超过所述风力涡轮机类型的所述设计载荷的最大测试功率水
平。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述风力涡轮机类型上的
所述载荷包括确定所述风力涡轮机类型的一个或多个机械部件的所述载
荷。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
设置第一测试功率水平，其中，所述第一测试功率水平比所述风力涡
轮机类型的标称铭牌功率水平高第一预定值；以及
使每个后续的测试功率水平递增第二预定值。
4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
设置第一测试功率水平，其中，所述第一测试功率水平比所述风力涡
轮机类型的标称铭牌功率水平高第三预定值；以及
使每个后续的测试功率水平递减第四预定值。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，同时执行针对所
述两个或更多测试功率水平模拟所述载荷谱的步骤，或者针对所述两个或
更多测试功率水平中的每个测试功率水平依次执行针对所述两个或更多测
试功率水平模拟所述载荷谱的步骤。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，同时执行将针对
所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功率水平所确定的载荷与所述
风力涡轮机类型的所述设计载荷进行比较的步骤，或者针对所述两个或更
多测试功率水平中的每个测试功率水平依次执行将针对所述两个或更多测
试功率水平中的每个测试功率水平所确定的载荷与所述风力涡轮机类型的
所述设计载荷进行比较的步骤。
7.根据权利要求2到6中的任一项所述的方法，其中，如果所确定的
载荷超过所述设计载荷，那么所述方法还包括：
确认所述机械部件中的所确定的载荷超过了所述一个或多个机械部件
的所述设计载荷的一个或多个机械部件；以及
分析所述一个或多个机械部件，以确认是否能够提高所述一个或多个
机械部件的所述设计载荷。
8.根据权利要求2到7中的任一项所述的方法，其中，如果所确定的
载荷超过所述设计载荷，那么所述方法还包括：
确认所述机械部件中的所确定的载荷超过了所述一个或多个机械部件
的所述设计载荷的一个或多个机械部件；
确认用以使所述一个或多个机械部件在高于所述一个或多个机械部件
的所述设计载荷的载荷下运转的控制和/或硬件；以及
在所述风力涡轮机类型中实施所确认的控制和/或硬件。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：
针对所述风力涡轮机类型最大功率水平确定所述风力涡轮机类型的一
个或多个电气部件是否处于设计极限内。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，如果一个或多个电气部件的
所述设计极限在所述风力涡轮机类型最大功率水平处被超过了，所述方法
还包括：
检查所述确定的保守性，以确认是否能够提高所述一个或多个电气部
件的所述设计极限以使得对于所述风力涡轮机类型最大功率水平，所述一
个或多个电气部件处于所提高的设计极限内。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，如果一个或多个电气部
件的所述设计极限在所述风力涡轮机类型最大功率水平处被超过了，所述
方法还包括：
确认用以使所述一个或多个电气部件在所述风力涡轮机类型最大功率
水平下运转的控制和/或硬件；以及
在所述风力涡轮机类型中实施所确认的控制和/或硬件。
12.根据权利要求9到11中的任一项所述的方法，其中，一个或多个
电气部件的所述设计极限在所述风力涡轮机类型最大功率水平处被超过
了，所述方法还包括：
使所述风力涡轮机类型最大功率水平递减第五预定值；
针对所递减的风力涡轮机类型最大功率水平来确定所述风力涡轮机类
型的一个或多个电气部件是否处于所述设计极限内；以及
将所述风力涡轮机类型最大功率水平设置在第一递减风力涡轮机类型
最大功率水平，对于所述第一递减风力涡轮机类型最大功率水平，所述风
力涡轮机类型的所述一个或多个电气部件处于所述设计极限内。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：
基于所述风力涡轮机类型最大功率水平来确定一个或多个风力涡轮机
的个体最大功率水平，其中，所述个体最大功率水平用于所述一个或多个
风力涡轮机的过额定值控制中。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，针对一个或多
个风力涡轮机类型来设置所述风力涡轮机类型最大功率水平。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：
向所述风力涡轮机类型最大功率水平施加保守度。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述风力涡轮
机类型最大功率水平包括最大发电机转矩、最大发电机电流、最大发电机
速度和最大转子速度中的一者或多者。
17.一种用于设置风力涡轮机类型的风力涡轮机类型最大功率水平的
设备，包括：
第一处理器，其适于针对两个或更多测试功率水平来模拟载荷谱，以
针对所述一个或多个测试功率水平中的每个测试功率水平确定所述风力涡
轮机类型上的载荷；
第二处理器，其适于将针对每个测试功率水平所确定的载荷与所述风
力涡轮机类型的设计载荷进行比较；以及
第三处理器，其适于将所述风力涡轮机类型的所述风力涡轮机类型最
大功率水平设置为所确定的载荷不超过所述风力涡轮机类型的所述设计载
荷的最大测试功率水平。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述第一处理器还适于确定
所述风力涡轮机类型的一个或多个机械部件的所述载荷。
19.根据权利要求17或18所述的设备，还包括：
适于设置第一测试功率水平的第四处理器，其中，所述第一测试功率
水平比所述风力涡轮机类型的标称铭牌功率水平高第一预定值；以及
所述第四处理器还适于使每个后续的测试功率水平递增第二预定值。
20.根据权利要求17或18所述的设备，还包括：
适于设置第一测试功率水平的第五处理器，其中，所述第一测试功率
水平比所述风力涡轮机类型的标称铭牌功率水平高第三预定值；以及
所述第五处理器还适于使每个后续的测试功率水平递减第四预定值。
21.根据权利要求17到20中的任一项所述的设备，其中，所述第一
处理器适于同时针对所述两个或更多测试功率水平来模拟所述载荷谱，或
者所述第一处理器适于针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功
率水平依次模拟所述载荷谱。
22.根据权利要求17到21中的任一项所述的设备，其中，所述第二
处理器适于同时将针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试功率水
平所确定的载荷与所述风力涡轮机类型的所述设计载荷进行比较，或者所
述第二处理器适于依次将针对所述两个或更多测试功率水平中的每个测试
功率水平所确定的载荷与所述风力涡轮机类型的所述设计载荷进行比较。
23.根据权利要求18到22中的任一项所述的设备，还包括：
第六处理器，其适于：确认所确定的载荷超过了所述一个或多个机械
部件的所述设计载荷的一个或多个所述机械部件；以及分析所述一个或多
个机械部件，以确认是否能够提高所述一个或多个机械部件的所述设计载
荷。
24.根据权利要求18到23中的任一项所述的设备，还包括：
第八处理器，其适于：
确认所确定的载荷超过了所述一个或多个机械部件的所述设计载荷的
一个或多个所述机械部件；以及
确认用以使所述一个或多个机械部件在高于所述一个或多个机械部件
的所述设计载荷的载荷下运转的控制和/或硬件。
25.根据权利要求17到24中的任一项所述的设备，还包括：
第九处理器，其适于针对所述风力涡轮机类型最大功率水平来确定所
述风力涡轮机类型的一个或多个电气部件是否处于设计极限内。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，如果所述第九处理器确定所
述一个或多个电气部件的所述设计极限在所述风力涡轮机类型最大功率水

\t平处被超过了，那么所述第九处理器还适于：
检查所述确定的保守性，以确认是否能够提...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·斯普鲁斯，K·黑尔斯，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK