本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制。具體地，本發(fā)明涉及用于減小諸如風(fēng)力發(fā)電廠的一組風(fēng)力渦輪機的輸出功率的裝置和方法，在所述裝置和方法中，由成組的風(fēng)力渦輪機產(chǎn)生的功率以選擇性方式減小。

背景技術(shù)：

通常，商用風(fēng)力發(fā)電通過將多個單獨的風(fēng)力渦輪機一起操作為較大風(fēng)電場(WPP)的一部分而實現(xiàn)。WPP連接到傳輸網(wǎng)絡(luò)，由此WPP將功率供應(yīng)到公用電網(wǎng)。在給定周期內(nèi)由風(fēng)能提供的用電總體需求的一部分被稱為風(fēng)能普及。最近，在一些區(qū)域中的年風(fēng)能普及級別已經(jīng)達(dá)到大約25％或更多，而瞬時風(fēng)能普及已經(jīng)已知到接近60％。

諸如風(fēng)能的可再生能源的增加的普及經(jīng)常被看做積極的趨勢。然而，可能存在由WPP產(chǎn)生的功率超過可接受級別的時候。最常見的，能夠從WPP傳遞到當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的電量由有限的傳輸能力或其它網(wǎng)絡(luò)約束限制。運輸限制在新風(fēng)力能量設(shè)施的快速發(fā)展還沒有與對傳輸設(shè)施的對應(yīng)改進(jìn)匹配的一些區(qū)域中尤其普遍，這可能相對昂貴且慢于實施。

而且，由一個或多個WPPs產(chǎn)生且發(fā)送到電網(wǎng)的能量可能有時超過在用于即時功率傳遞的電網(wǎng)上的需求。這例如當(dāng)需求低時會發(fā)生，諸如在晚上或夏天期間。此外，電網(wǎng)操作員可能被要求遵守在諸如傳統(tǒng)風(fēng)電場的其它發(fā)電系統(tǒng)上的最小操作級別，這可以意味著存在減小能力以適應(yīng)功用系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)能。

鑒于這些考慮，功用操作員需要由WPP輸出到電網(wǎng)的功率的量從其一般級別減小并非常見。實際上，想到的是，這些縮減命令可能在未來隨著風(fēng)能普及級別增長變得更普遍。

對于縮減的需求可以按多種方式規(guī)劃。在第一個示例中，WPP操作員和功用供應(yīng)員之間的自身功率購買協(xié)議可初始包括縮減條款。例如，絕對的合同性限制可布置在功用操作員將從WPP接收的總體電量上。類似的，風(fēng)能提供者可能被要求理解將在每當(dāng)系統(tǒng)條件應(yīng)該要求縮減風(fēng)能生產(chǎn)時這樣做。傳統(tǒng)上，縮減決定由系統(tǒng)操作員做出。這些決定必須將市場和其它條件考慮在內(nèi)，且必須實時實現(xiàn)。近來，這種縮減的人工方法正在越來越多地被基于市場的機構(gòu)替代，在基于市場的機構(gòu)中，WPP的操作員可在實時市場中給出報價，實時市場基于用于給定時間間隔的預(yù)測生產(chǎn)且包括縮減的意愿。在這種情況下，縮減命令可被產(chǎn)生且自動復(fù)查。

除了縮減以滿足外部電網(wǎng)操作員的需要之外，還存在各種另外的示例，在所述示例中，削減一組渦輪機的總和功率輸出的需要可以由于與渦輪機的操作相關(guān)的一個或多個因素而出現(xiàn)。

作為一個示例，WPP內(nèi)的單獨的渦輪機可成組為群。這種類型的裝置可例如由風(fēng)電場現(xiàn)場的具體物理特征生成。每個群內(nèi)的渦輪機通常將其輸出功率傳遞到當(dāng)?shù)毓β适占到y(tǒng)上?？砂ó?dāng)?shù)刈诱镜墓β适占骼^而與公用電網(wǎng)相互連接。WPP的總體功率收集裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將依據(jù)現(xiàn)場地理位置和泥土特征等等變化。

在WPP內(nèi)部的這些功率收集系統(tǒng)通過具體操作限制和約束而自身被特征化。這些通過示例包括浪涌阻抗加載限值、熱限值以及壓降限值。這些和其它類似的約束可在WPP的操作期間被監(jiān)測，且在限值被接近或超過的情況下，可產(chǎn)生對應(yīng)警告信號。因此，可主動做出決定以減小關(guān)注的渦輪機組或群的總和功率輸出。

圖1是傳統(tǒng)WPP1的一個示例的簡化示意圖。風(fēng)電場包括多個風(fēng)力渦輪機2，所述多個風(fēng)力渦輪機中的每個與功率風(fēng)電場控制器(PPC)3雙向通訊。渦輪機將功率輸出到電網(wǎng)連接點4，如由粗線5所示。如上所述，由每個渦輪機輸出的功率的傳輸在更復(fù)雜的裝置中可涉及在渦輪機和電網(wǎng)自身之間的一個或多個點處的當(dāng)?shù)毓β适占到y(tǒng)。由WPP輸出到電網(wǎng)的功率簡單地是由單獨的渦輪機2中的每個產(chǎn)生的功率的總和。

PPC3為了易于闡述示意性示出。PPC將包括但不限于功率設(shè)定點的操作命令發(fā)送到渦輪機中的每個。PPC也從渦輪機接收各種輸入，尤其與渦輪機操作參數(shù)的當(dāng)前值相關(guān)的數(shù)據(jù)、以及來自風(fēng)電場中別處的警告和其它信號。

雖然未在圖中示出，但是PPC還從電網(wǎng)接收外部命令。特別的，在下游功用要求WPP調(diào)整其主動或被動功率輸出的情況下，達(dá)到這個效果的命令或指令從電網(wǎng)操作員發(fā)送到中央風(fēng)電場控制器3。

當(dāng)接收到減小由WPP或WPP內(nèi)的一組渦輪機的產(chǎn)電的請求時，PPC將典型地將指令發(fā)送到各種風(fēng)力渦輪機，以降低正在產(chǎn)生的功率的量。例如，PPC可將指令發(fā)布給每個渦輪機以將輸出功率減小到例如10kW。

本發(fā)明旨在提供用于減小一組風(fēng)力渦輪機的集合輸出功率的改進(jìn)的裝置和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明在現(xiàn)在參考的獨立權(quán)利要求中定義。優(yōu)選特征在從屬權(quán)利要求中列出。

根據(jù)本發(fā)明提供一種用于響應(yīng)于減小輸出功率的請求而減小一組風(fēng)力渦輪機的輸出功率的方法。所述方法包括以下步驟：通過將使用壽命算法應(yīng)用到影響使用壽命的一個或多個變量的值而確定由組內(nèi)多個渦輪機中的每個的至少一個構(gòu)件的使用壽命的量度，利用渦輪機傳感器獲得這些值；提供用于使用壽命的閾值；識別所述多個渦輪機的子集，所述子集中的渦輪機具有使用壽命大于閾值的構(gòu)件；且提供用于被識別的渦輪機的功率設(shè)定點以減小由渦輪機中的每個產(chǎn)生的功率。

本發(fā)明的方法適于基于組中渦輪機的構(gòu)件的使用壽命的量度，響應(yīng)于減小總體功率的請求而選擇性減小組內(nèi)特定風(fēng)力渦輪機的功率輸出。以這種方式，功率能夠被減小以用于那些具有相對高級別疲勞的一個或多個構(gòu)件的渦輪機，而用于那些具有較低級別疲勞的構(gòu)件的渦輪機的功率輸出被保持。

風(fēng)力渦輪機構(gòu)件被設(shè)計成承受有限量的損壞，超過所述有限量，風(fēng)力渦輪機構(gòu)件的操作可能變得不可靠或不安全。這被稱為構(gòu)件的疲勞壽命。渦輪機在這個疲勞壽命被消耗之前能夠操作的時長已知為構(gòu)件壽命。通常，大型商用風(fēng)力渦輪機被設(shè)計用于大約二十年的壽命，且渦輪機被額定的最大功率輸出將會把這個目標(biāo)壽命考慮在內(nèi)。

在此，術(shù)語‘疲勞’一般用于指代伴隨渦輪機或其單獨構(gòu)件部分的年齡的任何類型的磨損。因此，機械構(gòu)件的疲勞壽命可指示出那個部分被設(shè)計成經(jīng)受的材料應(yīng)力，而‘電纜的疲勞壽命’例如可指代持續(xù)電阻加熱不可避免地引發(fā)的線纜絕緣體的化學(xué)降解。類似的，如下文中可交換使用的術(shù)語‘負(fù)載’、‘操作負(fù)載’和‘疲勞負(fù)載’可指代機械和結(jié)構(gòu)性疲勞負(fù)載，諸如，彎折力矩和其它力。然而，它們也可用于指示出可影響構(gòu)件壽命的任何其它因素，諸如操作溫度。旨意將在所有情況下通過上下文變得清晰。

多個影響因素能夠影響渦輪機構(gòu)件疲勞的速率，且單一風(fēng)力渦輪機內(nèi)的多個部分中的每個將以不同地依據(jù)那些因素中的每個的速率磨損。而且，如將被理解的，風(fēng)力和其它條件不僅在時間上而且遍及一組渦輪機的地理范圍地不斷變化。這在安裝大型商用風(fēng)力渦輪機的情況下尤其如此，大型商用風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子現(xiàn)在直徑通常超過100m，且實用規(guī)模WPP能夠包括數(shù)百個單獨的渦輪機。此外，渦輪機之間的喚醒作用意味著入射到任何一個渦輪機的風(fēng)力的速度和湍流與風(fēng)電場內(nèi)其它點處的那些不同。

因此，如果允許以最小介入控制持續(xù)操作，則將預(yù)期到WPP內(nèi)的各種渦輪機的構(gòu)件將逐漸隨著時間磨損。因此，當(dāng)接收到功率減小請求時，本發(fā)明的實施方式從已經(jīng)積累其疲勞壽命的最大消耗的那些渦輪機優(yōu)先減小功率產(chǎn)生。這通過下述實現(xiàn)：利用基于由風(fēng)力渦輪機部分在其操作中直到當(dāng)前時間實際經(jīng)受的負(fù)載和應(yīng)力而實時計算的使用壽命估算(LUE)。以這種方式，構(gòu)件使用壽命可通過所述一組風(fēng)力渦輪機被平衡。這可以有利的意味著一些或所有渦輪機的維護(hù)操作可協(xié)作，因此以減小維護(hù)成本。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，LUE被表達(dá)為絕對值。例如，用于具體渦輪機構(gòu)件的LUE可表達(dá)為構(gòu)件的總疲勞壽命的一部分。這可以具有的優(yōu)點是，下文描述的從渦輪機到渦輪機或到閾值的LUE的比較變得更客觀和/或更直截了當(dāng)。

而且，可能的情況的是，一些渦輪機構(gòu)件以低于預(yù)期的速率經(jīng)歷磨損。這可能直接轉(zhuǎn)化成那些構(gòu)件繼續(xù)工作超過它們被設(shè)計的二十年壽命。在此公開的方法的應(yīng)用可能具有的優(yōu)點是是，這個延長的服務(wù)壽命能夠被識別且可應(yīng)用到組內(nèi)或風(fēng)電場內(nèi)的更大比例的渦輪機。因此，可以在渦輪機維護(hù)或替換變得必須之前繼續(xù)操作更長的時間周期。這在渦輪機替換是困難和/或昂貴的情況下可能是尤其有利的，諸如在大型離岸設(shè)施的情況下。也可能意味著非必須的替換以及相關(guān)成本被避免。

如對于技術(shù)人員而言清楚的，可應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法以減小一組渦輪機的當(dāng)前輸出功率，無論這與額定功率或另一值是否對應(yīng)，所述值可高于或低于額定級別。

風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)的單獨的風(fēng)力渦輪機通常均配備有渦輪機控制器。這種控制器可以容置或不容置在對應(yīng)渦輪機的艙內(nèi)。在兩種情況下，渦輪機控制器基本上是計算單元，所述計算單元從傳感器和與其相應(yīng)渦輪機相關(guān)的其它檢測裝置接收數(shù)據(jù)、以及從PPC接收指令。控制器通常也負(fù)責(zé)在渦輪機操作的持續(xù)監(jiān)測和調(diào)整中將控制信號發(fā)送到各種風(fēng)力渦輪機構(gòu)件。如對于技術(shù)人員而言清楚的，如上文定義的這個本發(fā)明的方法步驟中的一個或多個可由這些當(dāng)?shù)乜刂破鲗嵤Ｆ渌襟E可例如由PPC集中執(zhí)行，且其它步驟仍可由風(fēng)電場內(nèi)的任何控制單元等同有效地執(zhí)行。為了清楚，以下說明在每個步驟的討論中明確參考一個或另一控制裝置。然而，將被理解的是，本發(fā)明包含任何合適的控制裝置或這些裝置的組合的使用，以用于執(zhí)行各種方法步驟。

所述一組風(fēng)力渦輪機可以是WPP，諸如圖1的WPP1，或可替換性地與較大風(fēng)力發(fā)電設(shè)施內(nèi)的一組渦輪機對應(yīng)。優(yōu)選的，LUE被計算以用于組中的每個渦輪機的至少一個的構(gòu)件。然而，這并非必要的，且本發(fā)明也發(fā)現(xiàn)方法的應(yīng)用，在所述方法中，為之提供LUE的所述多個渦輪機實際上包括應(yīng)用功率減小請求的一系列渦輪機的子組。例如，渦輪機的一個或多個子組可被發(fā)現(xiàn)為在很大比例的時間期間經(jīng)歷類似的風(fēng)力條件。在諸如那些情況下，LUE可被明確計算以僅用于每個子組中的渦輪機之一；例如，一個渦輪機可被認(rèn)為是子組就磨損速率而言的代表。測量的LUE或LUE繼而可被用于推導(dǎo)用于組中剩余渦輪機的對應(yīng)構(gòu)件的壽命消耗的大約值。

本發(fā)明的優(yōu)選實施方式還包括以下步驟：確定用于輸出功率的需求級別，且確定功率設(shè)定點以將輸出功率減小到需求級別。在一些情況下，需求級別由請求自身指定。通過所述一組風(fēng)力渦輪機是WPP的示例，減小功率的請求可以是來自公用電網(wǎng)的操作員的縮減命令，且用于輸出功率的需求級別可通過縮減命令直接或間接指定。例如，功用操作員可能鑒于用電需求的低級別希望功率被縮減。在這種情況下，操作員可使用與需求、以及從WPP接收的功率的當(dāng)前級別相關(guān)的信息，以將特定指令規(guī)劃給PPC，從而降低由確定比例或特定量提供的電量。替換性的，在存在WPP的功率輸出上的規(guī)定配額的情況下，來自功用的請求可簡單地指示出這些最大級別已經(jīng)被超過，且因此應(yīng)該采取控制措施。

在其它實施方式中，減小功率的請求可以是來自所述一組風(fēng)力渦輪機的警告信號。在這種情況下的主要目標(biāo)經(jīng)常簡單地是盡可能快地將功率減小到安全級別。在未明確提供需求功率級別的這些和其它情況下，合適的最大級別可實際上鑒于具體情形被推導(dǎo)。

在目標(biāo)功率級別被給定或推斷下，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選的還包括以下步驟：接收指示出由所述一組風(fēng)力渦輪機中的一個或多個產(chǎn)生的當(dāng)前功率的信號，基于所述信號估算所述組的當(dāng)前總輸出功率，確定估算得到的當(dāng)前總輸出功率和用于輸出功率的需求級別之間的差異，且基于所述差異確定功率設(shè)定點。通過這種方法，功率可被更快速和/或更準(zhǔn)確地降低到目標(biāo)級別。

本發(fā)明的優(yōu)選實施方式實施反饋環(huán)。特別的，這些示例中的方法還包括：在將功率設(shè)定點提供給所述子集的渦輪機之后，以預(yù)先設(shè)定時間間隔發(fā)生的以下步驟：估算所述一組風(fēng)力渦輪機的被修訂的當(dāng)前總輸出功率，將被修訂的當(dāng)前總輸出功率與需求級別相比較，且如果估算得到的當(dāng)前總輸出功率與需求級別不同，則修訂所述一組渦輪機中的一個或多個的功率設(shè)定點以調(diào)整總輸出功率。一些實施方式的方法附加地重復(fù)以下步驟：將LUE與閾值相比較，且識別應(yīng)該提供修訂的功率設(shè)定點的渦輪機的所述子集。

一些或所有方法步驟的這種反復(fù)可有利的意味著輸出功率被更準(zhǔn)確地減小到指定值。而且，在這些和其它實施方式中，反饋環(huán)可附加地確定所述一組渦輪機的功率產(chǎn)生是否多于比由請求允許的最大級別低的預(yù)先設(shè)定量。如果是，則可產(chǎn)生更新功率設(shè)定點以在此抬升輸出。以這種方式，能量的最大允許量可從風(fēng)力提取且所述一組渦輪機的盈利性可最大化。

如上所述，為了識別功率將減小的風(fēng)力渦輪機的所述子集，用于具體構(gòu)件的測量的LUE與用于所述構(gòu)件的閾值相比較。

在一些實施方式中，用于使用壽命的閾值是關(guān)注的用于構(gòu)件的使用壽命的預(yù)期值。在優(yōu)選實施方式中，預(yù)期值基于渦輪機的操作壽命。在此，‘操作壽命’指的是自渦輪機開始操作起流逝的時間。在一些優(yōu)選實施方式中，用于使用壽命的測量和預(yù)期值的比較被中央執(zhí)行。這個裝置可有利的更簡單于實施，因為繼而僅需要以依據(jù)渦輪機年齡的預(yù)先設(shè)定閾值編程單一控制單元。然而，這僅是一個示例，且LUE可實際上與由渦輪機控制器的閾值相比較。渦輪機控制器可繼而向PPC通訊如果有則相應(yīng)渦輪機的構(gòu)件比預(yù)期更快速地折舊。

在其它優(yōu)選實施方式中，提供閾值的步驟包括將使用壽命的量度中的兩個或多個相比較，且基于所述比較選擇閾值。這種方法可提供的有利之處在于，渦輪機功率輸出基于疲勞壽命消耗與更真實地反映遍及渦輪機組的平均磨損的值的比較而減小。而且，這些示例中的方法可識別正在經(jīng)歷磨損的最大量的渦輪機，無論LUE的絕對級別如何。例如在渦輪機一般以低于預(yù)期的級別經(jīng)歷磨損的情況下，這可能是尤其有利的。作為一個示例，在所述方法的具體反復(fù)中用于給定構(gòu)件的閾值級別可限定成對于渦輪機之中的所述構(gòu)件測量的LUE的中值。以這種方式，一半渦輪機將必然被識別為落入所述子集。因此，本發(fā)明的實施方式可有利的意味著減小功率的請求被滿足，無論與測量的LUE如何與預(yù)期值相比較。

在另外的實施方式中，來自各種單獨的渦輪機的LUE的比較步驟可在與預(yù)期級別的磨損的比較步驟之后。

優(yōu)選的，為之提供使用壽命的量度的渦輪機構(gòu)件包括渦輪機葉片結(jié)構(gòu)、葉片變槳系統(tǒng)構(gòu)件、主軸、主軸軸承、塔、基座、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)構(gòu)件、變換器、電纜、葉片軸承、變速箱、發(fā)電機以及變壓器中的一個或多個。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，使用壽命算法從負(fù)載持續(xù)期算法、負(fù)載轉(zhuǎn)速分布算法、雨流計數(shù)算法、應(yīng)力周期損壞算法、溫度周期損壞算法、發(fā)電機熱反應(yīng)率算法、變壓器熱反應(yīng)率算法以及軸承磨損算法中選擇。在其它示例中可使用不同算法。而且，合適的算法的數(shù)據(jù)庫可被提供到PPC或渦輪機控制器。這種數(shù)據(jù)庫可繼而被持續(xù)更新，以在新的或改進(jìn)的算法變得可用時結(jié)合這些算法。數(shù)據(jù)庫的使用也能夠有利的意味著用于新渦輪機部分的使用壽命估算可簡單地通過從可用算法之中選擇且提供需求的構(gòu)件特定參數(shù)而被容易地實施。

此外，在一些實施方式中，構(gòu)件使用壽命的速率可被確定且可繼而與合適的閾值相比較。例如，PPC可識別具有正在以高于平均的速率疲勞的構(gòu)件的渦輪機?？蓛?yōu)選的是，孤立地使用這種方法，或磨損率的分析可繼而用于補充使用壽命的絕對值之一。

因此，本發(fā)明的方法提供實時估算由風(fēng)力渦輪機構(gòu)件的疲勞壽命的消耗，以優(yōu)先響應(yīng)于減小組中輸出功率的請求而減小由組中單獨的渦輪機產(chǎn)生的功率。

根據(jù)本發(fā)明，也提供一種用于控制一組風(fēng)力渦輪機的控制裝置，其包括：至少一個使用壽命估算單元，其用于通過將使用壽命算法應(yīng)用到影響使用壽命的變量的值而確定多個渦輪機中的每個的構(gòu)件的使用壽命的量度，所述值獲得利用在風(fēng)力渦輪機上的傳感器；中央控制單元，其用于接收使用壽命的量度，確定用于使用壽命的量度的閾值且識別所述多個渦輪機的子集，所述子集包括具有使用壽命大于閾值的構(gòu)件的渦輪機；以及功率控制單元，其用于提供用于由中央控制單元識別的所述子集中的渦輪機中的每個的功率設(shè)定點，以減小渦輪機的功率產(chǎn)生。

上文參考本發(fā)明的方法描述根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的元件中的每個起作用的示例。

本發(fā)明也存在于設(shè)有上文限定的裝置的一組渦輪機中。

附圖說明

現(xiàn)在將僅通過參考附圖的示例描述本發(fā)明，其中：

圖1是利用PPC的已知WPP控制規(guī)則的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的用于減小一組渦輪機的輸出功率的方法的流程圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的用于減小一組渦輪機的輸出功率的方法的流程圖；以及

圖4是轉(zhuǎn)矩與用于典型風(fēng)力渦輪機的速度相比的圖表，以示出用于渦輪機的操作約束。

具體實施方式

如上所述，本發(fā)明的實施方式由下述特征化：實時估算由風(fēng)力發(fā)電機構(gòu)件經(jīng)歷的磨損，且在提供用于減小一組渦輪機的輸出功率的改進(jìn)策略中使用這個信息。在下文中，根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施方式將在響應(yīng)于來自公用電網(wǎng)的功率縮減命令的WPP的功率縮減的背景下被詳細(xì)描述，接下來是簡單其各個步驟的總結(jié)總結(jié)。如先前提及的，減小功率的請求可實際上源于WPP自身內(nèi)；例如，請求可采取警告信號的形式，快速控制動作被要求以響應(yīng)于警告信號。本發(fā)明及其說明也可以等同地應(yīng)用到這里后來類型的情況。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的用于減小由WPP輸出到公用電網(wǎng)的功率的方法100的流程圖。所述方法僅為了方便被示出為直接序列；如將被技術(shù)人員理解的，執(zhí)行示出的許多步驟的順序并不重要。實際上，在所述方法的許多實現(xiàn)方式中，許多步驟的時機將在實踐中重疊。

在可被當(dāng)做開始點的第一步驟102中，縮減WPP的輸出功率的請求由用于風(fēng)電場的PPC接收。在步驟104處，用于風(fēng)電場中的每個風(fēng)力渦輪機的當(dāng)?shù)乜刂破鞅徽{(diào)用，以通過將使用壽命算法應(yīng)用到由在每個渦輪機上的傳感器常規(guī)測量的操作負(fù)載的值，計算用于對應(yīng)渦輪機的至少一個構(gòu)件的LUE。LUE在步驟106處被發(fā)送到PPC。

在步驟108處，PPC將已經(jīng)接收的壽命消耗的每個估算與用于相關(guān)構(gòu)件的磨損的閾值相比較。在步驟110處，識別這些渦輪機，所述渦輪機具有實際使用壽命被發(fā)現(xiàn)大于閾值的至少一個構(gòu)件。在步驟112處，PPC繼而將指令播送到被識別的風(fēng)力發(fā)電機中的每個，以減小其操作功率級別，且所述過程在步驟114處結(jié)束。

現(xiàn)在參考對以上列出的步驟中的每個的更詳細(xì)地討論，如在本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容中討論的，在步驟102處接收的請求可以指定或不指定功率待減小的量。為了本文的討論，將假設(shè)所述請求僅指示出WPP的輸出功率必須削減。

如提及的，在根據(jù)第一實施方式的方法中，在步驟104處的LUE的計算被單獨執(zhí)行以用于WPP內(nèi)的每個渦輪機。特別的，提供給單獨的渦輪機的控制器均被制造為包括使用壽命估算單元，以用于輸出對由一個或多個渦輪機構(gòu)件承受的磨損的估算。如將在下文中進(jìn)一步詳細(xì)討論的，關(guān)注的用于渦輪機構(gòu)件的LUE基于指示出這些構(gòu)件經(jīng)歷的各種負(fù)載的信號而計算。這些信號由合適的傳感器提供，所述傳感器以已知的方式確定負(fù)載且將所述負(fù)載通訊給渦輪機控制器內(nèi)的使用壽命估算單元。

雖然看起來可能有利的是為盡可能多的風(fēng)力渦輪機構(gòu)件計算LUE，在實踐中，測量在WPP內(nèi)的每個渦輪機的每個構(gòu)件上的所有負(fù)載信號是不可行的。實際上，在第一實施方式中，LUE被計算以僅用于每個渦輪機的主要構(gòu)件，即，葉片結(jié)構(gòu)、葉片變槳系統(tǒng)構(gòu)件、軸和主軸軸承、塔、基座、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)構(gòu)件、變換器、電纜、葉片軸承、變速箱、發(fā)電機以及電功率系統(tǒng)變壓器。在其它實施方式中，如期望的，任何或所有這些構(gòu)件可被省略和/或其它可被包括。

在第一實施方式中，現(xiàn)存?zhèn)鞲衅鞅挥糜谔峁┍徊捎米鳛橛糜谟嬎闶褂脡勖妮斎氲男盘?。因此，例如，直接測量在風(fēng)力渦輪機葉片的根部處的翼面向和邊緣向彎折力矩是普遍的；這些測量值因此在下文描述的在使用壽命計算中的數(shù)個中使用。類似的，用于變槳系統(tǒng)的LUE基于變槳力，是能夠從在筒的第一腔室中的壓力的測量值和在筒的第二腔室中的壓力的推導(dǎo)值直接獲得的值。這些將被理解為僅是示例；在用于參數(shù)的值不能夠以充分的準(zhǔn)確性被推導(dǎo)的其它實施方式中，可優(yōu)選的是直接利用一個或多個附加傳感器測量這個值。

一旦已經(jīng)獲得負(fù)載測量值，這些負(fù)載測量值被處理以達(dá)到壽命消耗的估算的方式就將從構(gòu)件到構(gòu)件地變化。一系列眾所周知的算法為此目的存在，且在這個實施方式中，WPP渦輪機的控制器被制造為包括這些算法的數(shù)據(jù)庫，以用于構(gòu)件使用壽命的線上估算。在這個具體示例中，數(shù)據(jù)庫包括負(fù)載持續(xù)期、負(fù)載轉(zhuǎn)速分布、雨流計數(shù)、應(yīng)力周期損壞、溫度周期損壞、發(fā)電機熱反應(yīng)率、變壓器熱反應(yīng)率以及軸承磨損算法。

因此，用于渦輪機的壽命估算單元將其為了關(guān)注的每個構(gòu)件接收的負(fù)載測量值輸入從數(shù)據(jù)庫選擇的合適的算法中。通過示例，在這個實施方式中，雨流計數(shù)和應(yīng)力周期損壞算法被用于估算由葉片結(jié)構(gòu)消耗的疲勞壽命。特別的，計數(shù)被應(yīng)用到在葉片的根部處測量的翼面向和邊緣向彎折力矩，以識別葉片應(yīng)力循環(huán)的范圍和平均值，且這些參數(shù)繼而被輸入到用于LUE的計算的應(yīng)力周期損壞算法中。以類似的方式，雨流計數(shù)被用于獲得在一個或多個葉片螺栓上的力矩的范圍和平均值，它們在此被發(fā)送到用于估算使用壽命的應(yīng)力周期損壞算法。

應(yīng)力周期損壞算法進(jìn)一步被應(yīng)用到這些值，所述值用于在變槳系統(tǒng)、主軸、塔和基座中的每個中的平均應(yīng)力和應(yīng)力循環(huán)的范圍。這些參數(shù)通過將雨流算法分別應(yīng)用到變槳力、主軸轉(zhuǎn)矩、塔應(yīng)力和基座應(yīng)力而被識別。類似的，用于偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的LUE通過將雨流計數(shù)應(yīng)用到在塔的頂部處測量的扭矩而被計算，以獲得用于負(fù)載持續(xù)期的值，所述值再次作為輸入被發(fā)送到應(yīng)力周期損壞算法。

接下來參考變換器，發(fā)電機功率和RPM的指示被用于推導(dǎo)當(dāng)?shù)販囟?，且再次雨流計?shù)被應(yīng)用到這個溫度以獲得用于這個溫度循環(huán)的平均和范圍值。這些參數(shù)繼而被輸入到溫度周期損壞算法。線纜溫度測量值的類似處理被用于獲得至今已經(jīng)由渦輪機的操作消耗的線纜絕緣體的程度估算。聚合物線纜絕緣體的使用壽命的估算可例如基于用于溫度對反應(yīng)速率的依賴性的Arrhenius定律。

在這個示例中，用于葉片軸承的LUE從翼面向葉片根部彎折力矩的測量值和借助于負(fù)載持續(xù)期算法的變槳速率的測量值獲得。在替換性實施方式中，這些相同的測量值可以繼而被發(fā)送到軸承磨損算法。負(fù)載轉(zhuǎn)速分布算法被應(yīng)用到主軸轉(zhuǎn)矩以計算變速箱的使用壽命。最后，用于發(fā)電機和變壓器的LUE通過將對應(yīng)熱反應(yīng)率算法應(yīng)用到分別從發(fā)電機RPM和從功率和環(huán)境溫度推導(dǎo)到的溫度而獲得。

如上文提及的，描述的算法是現(xiàn)有技術(shù)中已知的那些中的。具體參考下文標(biāo)準(zhǔn)和文字：

負(fù)載轉(zhuǎn)速分布和負(fù)載持續(xù)期：

風(fēng)力渦輪機的認(rèn)證指南，Germanischer Lloyd；段落7.4.3.2

雨流計數(shù)：

國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61400-1：風(fēng)力渦輪機–部分1：設(shè)計要求；附件G

變壓器和發(fā)電機使用壽命：

國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60076-5和IEC 60076-12：功率變壓器–部分5：用于油填充的功率變壓器和部分12的加載指導(dǎo)：用于干燥型功率變壓器的加載指導(dǎo)

國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 6336-6：正齒輪和斜齒輪的負(fù)載能力的計算–部分6：在變化負(fù)載下的服務(wù)壽命的計算

在這個示例中，使用壽命的測量值被持續(xù)更新，以使得渦輪機的總體條件可通過渦輪機的操作被監(jiān)測。給定構(gòu)件的使用壽命被測量的頻率將變化，但是在本示例中近似幾十分鐘。根據(jù)替換性實施方式的方法可還包括以下步驟：作為使用壽命的絕對值的補充，確定一個或多個構(gòu)件的設(shè)計壽命正在被消耗的速率。這個估算可例如每分鐘更新。通過持續(xù)復(fù)查使用壽命的估算，在步驟110處對于哪個渦輪機最有利于降調(diào)以滿足功率減小請求的決定可基于與組中各種風(fēng)力渦輪機的條件有關(guān)的準(zhǔn)確且最新的信息做出。

為了平衡WPP內(nèi)的各種渦輪機的使用壽命，在本發(fā)明的第一實施方式中，PPC被編程為具有用于關(guān)注的各種渦輪機構(gòu)件的使用壽命的預(yù)期值，所述預(yù)期值基于渦輪機的操作壽命。在步驟108處，PPC將從渦輪機接收的每個LUE與合適的參考值相比較。以這種方式，PPC能夠以給定時間導(dǎo)出與哪個渦輪機的哪個構(gòu)件已經(jīng)消耗比它們的工程允許的預(yù)期更大比例的磨損有關(guān)的信息。在步驟110處，那些構(gòu)件屬于的渦輪機繼而能夠被識別作為渦輪機的所述子集，來自所述子集的輸出功率應(yīng)該優(yōu)先被減小，以滿足在步驟102處接收的功率減小請求。

最終參照步驟112，減小的功率設(shè)定點被產(chǎn)生以用于選定渦輪機。更特別的，在這個實施方式中，PPC將指令發(fā)送到如上所述的被識別的所述子集中的渦輪機中的每個的控制器，以將所述渦輪機的功率輸出減小預(yù)先設(shè)定量。PPC可選擇性地播送指令以將功率產(chǎn)生降低例如10kW。渦輪機控制器繼而將用于其相應(yīng)渦輪機的功率設(shè)定點降低被指示量。需求的功率減小由渦輪機控制器實現(xiàn)，所述渦輪機控制器將對應(yīng)渦輪機的操作設(shè)定點調(diào)整到合適，且過程在步驟114處結(jié)束。

根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的方法200在圖3的流程圖中示意性示出。這個示例包括與以上描述的第一實施方式的方法100的步驟102、104、106、108、110、112和114類似的步驟202、204、206、208、210、212和214。然而，方法200附加地結(jié)合另外的步驟：提取由PPC的渦輪機的指令且實施反饋系統(tǒng)，如現(xiàn)在將描述的。

如先前提及的，對PPC的需求或請求以減小WPP的輸出功率可明確指定，功率必須減小確定的量或絕對值。在下文討論中，將再次被假設(shè)的是，所述一組渦輪機是WPP且請求202基本是來自公用電網(wǎng)的縮減需求。然而，在這個示例中，需求包括將風(fēng)電場的輸出功率降低到預(yù)先設(shè)定級別的指令。

如先前也提及的，風(fēng)力渦輪機的控制器將通常指示出所述渦輪機的操作配置方式的數(shù)據(jù)傳遞回到WPP的中央控制器。因此，在圖3的方法中，WPP的總輸出功率在步驟211處通過對代表實際渦輪機的級別功率產(chǎn)生的信號求和而由PPC取樣。在決定步驟213處，PPC將這個總輸出與請求202中指定的功率級別相比較。如果渦輪機的總輸出功率不高于這個被接收的限值，則過程結(jié)束(步驟214)。相反的，如果請求不被滿足，則PPC將需求的功率減小在步驟210處被識別的渦輪機之中劃分。

為了闡述，如果WPP被要求將輸出功率降低1MW，且在步驟210處被識別的渦輪機的所述子集包括二十個渦輪機，則PPC可決定將由這二十個渦輪機中的每個產(chǎn)生的功率減小50kW。如在這個示例中，需求縮減可被識別的所述子集的渦輪機之中平等劃分，或PPC可繼而使功率減小不同地分布。例如，所述子集中的每個渦輪機可與渦輪機的使用壽命超過對應(yīng)閾值的量成比例地降調(diào)。一旦已經(jīng)做出這個決定，渦輪機就以與上文參考圖2描述的類似方式被指示出。

圖4是轉(zhuǎn)矩相比于用于典型風(fēng)力渦輪發(fā)電機的速度的圖表。曲線p1和p2是恒定功率線，每個恒定功率線與在功率設(shè)定點處的操作對應(yīng)。功率減小或調(diào)降命令表現(xiàn)為功率設(shè)定點到新的較低值的轉(zhuǎn)換，例如從當(dāng)前級別p1到新級別p2。渦輪機控制器繼而必須選擇用于渦輪機的操作速度和轉(zhuǎn)矩以傳遞功率的新級別。應(yīng)該注意到雖然發(fā)電機速度在圖表上被繪制，但是如在下文說明中使用的術(shù)語‘速度’可等同地指代轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度或沿傳動系的任何點的旋轉(zhuǎn)速度；雖然絕對值不同，但是這些絕對值全是相關(guān)的。

渦輪機由硬性約束特征化，所述硬性約束被限定為最大和最小轉(zhuǎn)矩以及渦輪機能夠操作的速度。這些約束由控制器施加且由例如諸如噪音限值和變速箱潤滑的因素指示。這些約束被稱為‘硬性’的，因為它們是絕對的：它們一般不能被違反，除非執(zhí)行關(guān)閉的極端情況。應(yīng)該注意到雖然這些約束在這方面是硬性的，但是它們可以相反地隨著時間變化。

因此，在其內(nèi)渦輪機能夠操作的方框50在圖4的圖表上示出。如能夠看見的，渦輪機的可允許操作由速度和轉(zhuǎn)矩的硬性最大和最小值界定。具體地，能夠從圖中看見，渦輪機不能實現(xiàn)在恒定功率曲線p2上的任何點處操作，恒定功率曲線一直在方框50外側(cè)。在來自PPC的減小功率產(chǎn)生的命令相當(dāng)于降調(diào)到功率級別p2的指令的情況下，因此，渦輪機可能不能夠滿足命令。在這種情況下，在本實施方式中的渦輪機控制器繼而調(diào)整渦輪機的操作速度和轉(zhuǎn)矩，以與在圖4的圖表上示出的最小允許級別相對應(yīng)；換言之，渦輪機在與方框50的底部左手拐角對應(yīng)的速度和轉(zhuǎn)矩的值處操作。

鑒于在圖4中示出的硬性最小約束，由如上所述的被指示出以降調(diào)的所述子集的渦輪機實現(xiàn)的功率總減小可在實踐中低于預(yù)期。例如，如果旨在功率減小的所述子集內(nèi)的單獨渦輪機當(dāng)前為了維護(hù)而關(guān)閉，這可能進(jìn)一步復(fù)雜化。那些渦輪機實際上為了控制決定而冗余。因此，在這個第二實施方式的方法200中，隨著由延遲步驟217指示出的功率調(diào)降指令發(fā)布后已經(jīng)過去預(yù)先設(shè)定時間間隔之后，PPC返回到步驟211以重新估算WPP的總功率輸出。如果出于任何原因縮減需求仍然未被滿足，將(剩余)需求的功率減小在最疲勞的渦輪機之中劃分的過程被重復(fù)。

在其它實施方式中，反饋環(huán)可在方法中實施，諸如上文描述的第一實施方式的方法100，所述方法不主動地包括與分配步驟215對應(yīng)的階段，而是簡單地將預(yù)先設(shè)定功率減小指令播送給在步驟210處被識別的渦輪機。

而且，在如上所述的方法200中，PPC在步驟213處檢查是否所述一組風(fēng)力渦輪機的當(dāng)前總輸出功率超過最大允許級別。如在本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容中說明的，在其它實施方式中，決定步驟213被推廣，且繼而確定功率產(chǎn)生的當(dāng)前級別是否等于在步驟202處接收的級別。因此，在功率減小指令112或212已經(jīng)導(dǎo)致渦輪機組的總輸出明顯落到低于能夠被接收到電網(wǎng)上的級別，例如，PPC可發(fā)布一個或多個控制信號以再次朝向那個級別抬升輸出。如提及的，這個方法可有利的與超過所產(chǎn)生的電的主要需求協(xié)調(diào)地最大化風(fēng)力渦輪機組或WPP的利潤。