對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的最大功率輸出的模擬的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機(jī)的最大功率水平，并且具體而言，涉及設(shè)置用于過(guò)額定值控制的風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平和個(gè)體風(fēng)力渦輪機(jī)最大功率水平。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力渦輪機(jī)通過(guò)經(jīng)由發(fā)電機(jī)將來(lái)自風(fēng)力的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能來(lái)發(fā)電。風(fēng)力渦輪機(jī)生成的電能的量通常是由風(fēng)力渦輪機(jī)的標(biāo)稱額定功率或額定功率水平和風(fēng)力渦輪機(jī)所處地點(diǎn)的風(fēng)力狀況(例如，地形、風(fēng)速等)來(lái)確定的。往往有多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)共同處于風(fēng)力發(fā)電廠中，以生成足以供應(yīng)到電網(wǎng)的電能。
[0003]風(fēng)力發(fā)電廠的年發(fā)電量(AEP)與形成風(fēng)力發(fā)電廠的風(fēng)力渦輪機(jī)的生產(chǎn)率有關(guān)，并且通常取決于風(fēng)力發(fā)電廠所在位置的年風(fēng)速。對(duì)于給定的風(fēng)力發(fā)電廠而言，AEP越大，風(fēng)力發(fā)電廠的經(jīng)營(yíng)者的利潤(rùn)就越大，供應(yīng)給電網(wǎng)的電能的量就越大。
[0004]因而，風(fēng)力渦輪機(jī)制造商和風(fēng)力發(fā)電廠經(jīng)營(yíng)者不斷嘗試提高給定風(fēng)力發(fā)電廠的AEP0
[0005]—種這樣的方法可以是使風(fēng)力渦輪機(jī)在某些情況下過(guò)額定值運(yùn)轉(zhuǎn)，S卩，允許風(fēng)力渦輪機(jī)以最高高于風(fēng)力渦輪機(jī)的額定或銘牌功率水平的功率水平運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，以便在風(fēng)力大的時(shí)候生成更多的電能并相應(yīng)地提高風(fēng)力發(fā)電廠的AEP。
[0006]但是，存在與過(guò)額定值風(fēng)力渦輪機(jī)相關(guān)聯(lián)的幾個(gè)問(wèn)題和缺陷。風(fēng)力渦輪機(jī)通常被設(shè)計(jì)為在給定標(biāo)稱額定功率水平或銘牌功率水平下運(yùn)轉(zhuǎn)并且運(yùn)轉(zhuǎn)給定年數(shù)，例如，20年。因此，如果風(fēng)力渦輪機(jī)過(guò)額定值運(yùn)轉(zhuǎn)，那么風(fēng)力渦輪機(jī)的壽命將縮短。
[0007]本發(fā)明尋求至少部分地解決上文描述的問(wèn)題和缺陷中的一些或全部。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于設(shè)置風(fēng)力渦輪機(jī)類型的風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平的方法，其包括:針對(duì)兩個(gè)或更多測(cè)試功率水平模擬載荷譜，以針對(duì)所述兩個(gè)或更多測(cè)試功率水平中的每個(gè)測(cè)試功率水平來(lái)確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型上的載荷;將針對(duì)每個(gè)測(cè)試功率水平確定的載荷與所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的設(shè)計(jì)載荷進(jìn)行比較;以及將所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平設(shè)置為使得所確定的載荷不超過(guò)所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的設(shè)計(jì)載荷的最大測(cè)試功率水平。
[0009]相應(yīng)地，能夠針對(duì)一種或多種風(fēng)力渦輪機(jī)類型來(lái)確定風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平。
[0010]可以將一種風(fēng)力渦輪機(jī)類型理解為具有相同的電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、渦輪機(jī)槳葉、渦輪機(jī)槳葉長(zhǎng)度、輪轂高度等的風(fēng)力渦輪機(jī)。相應(yīng)地，相對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)的主要結(jié)構(gòu)或部件的任何差異都可以實(shí)際上產(chǎn)生新的風(fēng)力渦輪機(jī)類型。例如，除了輪轂高度(例如，塔架高度)不同之外的相同風(fēng)力渦輪機(jī)可以被看作是兩種不同的風(fēng)力渦輪機(jī)類型。類似地，除了渦輪機(jī)槳葉長(zhǎng)度不同之外的相同風(fēng)力渦輪機(jī)也可以被看作是兩種不同的風(fēng)力渦輪機(jī)類型。同樣，50Hz和60Hz的風(fēng)力渦輪機(jī)可以被看作是不同的風(fēng)力渦輪機(jī)類型，如針對(duì)冷氣候和熱氣候設(shè)計(jì)的風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0011]因此，所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型未必對(duì)應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)類別，因?yàn)椴煌娘L(fēng)力渦輪機(jī)類型可以處于相同的風(fēng)力渦輪機(jī)IEC類別中，其中，每種風(fēng)力渦輪機(jī)類型可以基于風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)和其中的部件而具有不同的風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平。
[0012]可以通過(guò)將給定功率水平的預(yù)期載荷與給定的風(fēng)力渦輪機(jī)類型的設(shè)計(jì)載荷進(jìn)行比較并確認(rèn)不會(huì)使風(fēng)力渦輪機(jī)上的載荷超過(guò)設(shè)計(jì)載荷的最大功率水平，來(lái)確定風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平。載荷可以是機(jī)械載荷、疲勞載荷、或者可以在給定功率水平處為風(fēng)力渦輪機(jī)確定的任何其它載荷。
[0013]確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型上的載荷可以包括確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的一個(gè)或多個(gè)機(jī)械部件的載荷?？梢葬槍?duì)所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型中的所有機(jī)械部件或者針對(duì)主要或關(guān)鍵機(jī)械部件中的一者或多者來(lái)確定載荷。
[0014]所述方法還可以包括設(shè)置第一測(cè)試功率水平，其中，第一測(cè)試功率水平比所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的標(biāo)稱銘牌功率水平高出第一預(yù)定值；以及使每個(gè)后續(xù)的測(cè)試功率水平遞增第二預(yù)定值。最初可以將第一測(cè)試功率水平設(shè)置為比標(biāo)稱銘牌額定值高例如5KW、10KW、15KW、20KW、30KW、50KW等的值，或者為比標(biāo)稱銘牌額定值高出標(biāo)稱銘牌額定值的一定百分比(例如I %、2 %、5 %等)的值。遞增步長(zhǎng)可以是適于確認(rèn)風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平的目的的任何遞增步長(zhǎng)，例如5鼎、101(￥、151(￥、201(￥、301(￥、501(￥等，或者遞增步長(zhǎng)可以是根據(jù)測(cè)試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。
[0015]所述方法還可以包括設(shè)置第一測(cè)試功率水平，其中，所述第一測(cè)試功率水平比所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的標(biāo)稱銘牌功率水平高出第三預(yù)定值；以及使每個(gè)后續(xù)的測(cè)試功率水平遞減第四預(yù)定值。因此，最初可以將第一測(cè)試功率水平設(shè)置為大體上比標(biāo)稱銘牌額定值高例如500KW、400KW、300KW、200KW、100KW、50KW等的值，或者為比標(biāo)稱銘牌額定值高出標(biāo)稱銘牌額定值的一定百分比(例如20%、15%、10%等)的值。遞減步長(zhǎng)可以是適于確認(rèn)風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平的目的的任何遞減步長(zhǎng)，例如5KW、1Kff、15KW、20KW、30KW、50KW等，或者遞減步長(zhǎng)可以根據(jù)測(cè)試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。
[0016]可以同時(shí)執(zhí)行針對(duì)兩個(gè)或更多測(cè)試功率水平模擬載荷譜的步驟，或者可以針對(duì)兩個(gè)或更多測(cè)試功率水平中的每一個(gè)來(lái)依次執(zhí)行模擬步驟。
[0017]可以同時(shí)執(zhí)行將針對(duì)兩個(gè)或更多測(cè)試功率水平中的每一個(gè)確定的載荷與所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的設(shè)計(jì)載荷進(jìn)行比較的步驟，或者可以針對(duì)兩個(gè)或更多測(cè)試功率水平中的每一個(gè)來(lái)依次執(zhí)行比較步驟。
[0018]如果所確定的載荷超過(guò)設(shè)計(jì)載荷，那么所述方法還可以包括:確認(rèn)機(jī)械部件中的所確定的載荷超過(guò)一個(gè)或多個(gè)機(jī)械部件的設(shè)計(jì)載荷的一個(gè)或多個(gè)機(jī)械部件；以及分析所述一個(gè)或多個(gè)機(jī)械部件，以確認(rèn)是否能夠提高一個(gè)或多個(gè)機(jī)械部件的設(shè)計(jì)載荷?？梢栽诮o定的風(fēng)力渦輪機(jī)類型的設(shè)計(jì)中結(jié)合容差或安全裕量，可以分析所述容差或安全裕量，以看出它們是否是保守的，并且因此看出能否提高機(jī)械部件的設(shè)計(jì)極限。
[0019]如果所確定的載荷超過(guò)設(shè)計(jì)載荷，那么所述方法還可以包括:確認(rèn)機(jī)械部件中的所確定的載荷超過(guò)一個(gè)或多個(gè)機(jī)械部件的設(shè)計(jì)載荷的一個(gè)或多個(gè)機(jī)械部件;確認(rèn)使一個(gè)或多個(gè)機(jī)械部件能夠在高于一個(gè)或多個(gè)機(jī)械部件的設(shè)計(jì)載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)的控制和/或硬件；以及在所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型中實(shí)施所確認(rèn)的控制和/或硬件。因此，情況可能是，通過(guò)向風(fēng)力渦輪機(jī)增加附加的硬件/控制軟件而提高一個(gè)或多個(gè)機(jī)械部件的設(shè)計(jì)極限。例如，控制軟件可以包括附加的閾值，其可以阻止某些條件下的過(guò)額定值運(yùn)轉(zhuǎn)，這意味著機(jī)械部件可以高于其設(shè)計(jì)極限運(yùn)轉(zhuǎn)至少一段時(shí)間。硬件可以包括向機(jī)械部件增加溫度傳感器以測(cè)量溫度，并且使機(jī)械部件能夠在溫度低于閾值的同時(shí)高于其設(shè)計(jì)極限運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可能存在幾種不同的控制和/或硬件或者兩者的組合，它們可能能夠使機(jī)械部件在高于機(jī)械部件的設(shè)計(jì)極限的功率水平下運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0020]所述方法還可以包括針對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平來(lái)確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的一個(gè)或多個(gè)電氣部件是否處于設(shè)計(jì)極限內(nèi)。例如，主要電氣部件可以包括發(fā)電機(jī)、變壓器、內(nèi)部電纜、接觸器或者所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型中的任何其它電氣部件。在模擬和/或計(jì)算的基礎(chǔ)上可以確定主要電氣部件是否能夠在先前確定的風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平下運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0021]如果在風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平處超過(guò)了一個(gè)或多個(gè)電氣部件的設(shè)計(jì)極限，所述方法還可以包括檢查所述確定的保守性，以確認(rèn)是否能夠提高一個(gè)或多個(gè)電氣部件的設(shè)計(jì)極限，使得對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平而言，一個(gè)或多個(gè)電氣部件處于提高的設(shè)計(jì)極限內(nèi)。電氣部件的設(shè)計(jì)可能結(jié)合了保守性、容差或安全裕量，可以對(duì)其加以分析，以檢查是否可以在能夠安全運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)提高電氣部件的設(shè)計(jì)極限。由于可以僅在某些時(shí)間和/或在某些條件下執(zhí)行過(guò)額定值運(yùn)轉(zhuǎn)，因而電氣部件可能能夠在較高的功率水平下運(yùn)轉(zhuǎn)某一段時(shí)間，從而使得能夠出于過(guò)額定值運(yùn)轉(zhuǎn)的目的而提高設(shè)計(jì)極限。
[0022]如果在風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平處超過(guò)了一個(gè)或多個(gè)電氣部件的設(shè)計(jì)極限，那么所述方法還可以包括:確認(rèn)使一個(gè)或多個(gè)電氣部件能夠在風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平下運(yùn)轉(zhuǎn)的控制和/或硬件；以及在所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型中實(shí)施所確認(rèn)的控制和/或硬件。例如，如果電氣部件的溫度是其設(shè)計(jì)極限的關(guān)鍵，那么可以在風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)實(shí)施附加的溫度傳感器，以確保在風(fēng)力渦輪機(jī)可以過(guò)額定值運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)溫度不超過(guò)其最大值。類似地，可以包括依據(jù)實(shí)施附加閾值的附加控制，例如以在溫度提高到閾值以上的情況下取消或阻止過(guò)額定值運(yùn)轉(zhuǎn)，這因此能夠使電氣部件以高于其設(shè)計(jì)極限運(yùn)轉(zhuǎn)至少一段時(shí)間。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可能存在任何適當(dāng)?shù)挠布?、控制軟件或兩者的任何組合，可以實(shí)施它們以使一個(gè)或多個(gè)電氣部件能夠在高于設(shè)計(jì)極限的功率水平下運(yùn)轉(zhuǎn)至少一段時(shí)間，以進(jìn)行過(guò)額定值運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0023]如果在風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平處超過(guò)了一個(gè)或多個(gè)電氣部件的設(shè)計(jì)極限，所述方法還可以包括:使風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平遞減第五預(yù)定值;針對(duì)遞減的風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平來(lái)確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的一個(gè)或多個(gè)電氣部件是否處于設(shè)計(jì)極限內(nèi)；以及將風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平設(shè)置在使得所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的一個(gè)或多個(gè)電氣部件處于設(shè)計(jì)極限內(nèi)的第一遞減風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平。
[0024]因此，如果一個(gè)或多個(gè)電氣部件的設(shè)計(jì)極限沒有提高的空間，那么可以通過(guò)使風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平遞減預(yù)定值而確定較低的風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平，之后確定電氣部件是否能夠在遞減的水平下在設(shè)計(jì)極限內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平可以遞減的預(yù)定值可以是適于確認(rèn)風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平的目的的任何值，例如5KW、10KW、15KW、20KW、30KW、50KW等，或者可以是百分比，例如1%、2%、5%等等。
[0025]所述方法還可以包括基于風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平來(lái)確定一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的個(gè)體最大功率水平，其中，在一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的過(guò)額定值控制中使用個(gè)體最大功率水平。相應(yīng)地，之后可以使用所確定的風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平來(lái)確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的給定風(fēng)力渦輪機(jī)的個(gè)體最大功率水平。
[0026]可以針對(duì)一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)類型設(shè)置風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平。
[0027]所述方法還可以包括向風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平施加保守度(conservatismfactor)。因此，要想結(jié)合風(fēng)力渦輪機(jī)的安全裕量，可以包括保守度，例如以使風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平降低例如5鼎、101(￥、151(￥、201(￥、301(￥、501(￥等等，或者降低一百分比，例如1%、2%、5% 等等。
[0028]風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平可以包括或者定義最大發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩、最大發(fā)電機(jī)電流、最大發(fā)電機(jī)速度和最大轉(zhuǎn)子速度中的一者或多者。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于設(shè)置風(fēng)力渦輪機(jī)類型的風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平的設(shè)備，其包括:第一處理器，其適于針對(duì)兩個(gè)或更多測(cè)試功率水平模擬載荷譜，以針對(duì)一個(gè)或多個(gè)測(cè)試功率水平中的每個(gè)水平確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型上的載荷;第二處理器，其適于將針對(duì)每個(gè)測(cè)試功率水平確定的載荷與所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的設(shè)計(jì)載荷進(jìn)行比較；以及第三處理器，其適于將所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平設(shè)置為所確定的載荷不超過(guò)所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的設(shè)計(jì)載荷的最大測(cè)試功率水平。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于設(shè)置風(fēng)力渦輪機(jī)類型的風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平的設(shè)備，其中，所述設(shè)備適于或者被配置為針對(duì)兩個(gè)或更多測(cè)試功率水平模擬載荷譜，以針對(duì)兩個(gè)或更多測(cè)試功率水平中的每個(gè)水平確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型上的載荷;將針對(duì)每個(gè)測(cè)試功率水平確定的載荷與所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的設(shè)計(jì)載荷進(jìn)行比較；以及將所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的風(fēng)力渦輪機(jī)類型最大功率水平設(shè)置為所確定的載荷不超過(guò)所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的設(shè)計(jì)載荷的最大測(cè)試功率水平。
[0031]所述第一處理器還適于確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的一個(gè)或多個(gè)機(jī)械部件的載荷。
[0032]所述設(shè)備還包括適于設(shè)置第一測(cè)試功率水平的第四處理器，其中，第一測(cè)試功率水平可以比所述風(fēng)力渦輪機(jī)類型的標(biāo)稱銘牌功率水平高第一