專利名稱：風電場控制系統(tǒng)及風電場的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風電場技術，更詳而言之，涉及一種用以使風電場中所有風力機 同步運轉的風電場控制系統(tǒng)及風電場，并特別適用于接近負載中心的風電場。
背景技術：
為解決化石燃料供應問題及氣候暖化危機，自21世紀起，再生能源的推廣已受到 極大重視，包括水力發(fā)電、風能、太陽光電、太陽熱能、地熱、生質能、海洋能等，其中又以風 能被公認為在發(fā)展規(guī)模和發(fā)電成本上同時具有最大的進展空間，因此近幾年全球風力發(fā)電 的安裝容量及產(chǎn)業(yè)規(guī)模都保持極高的成長率，且此趨勢預估至少可再維持十年以上。
而大部分再生能源發(fā)電裝置都沒有排污的問題，而一般也認為風力發(fā)電在發(fā)電過 程中不會產(chǎn)生任何污染，而且風能取之不盡、用之不竭，毋庸擔憂燃料供應成本的問題。但 是即使如此，由于風力機日趨大型化，由大型風力機群聚所形成的風電場(wind farm)更是 動見觀瞻，對自然生態(tài)環(huán)境或人文環(huán)境實會造成一些負面影響(如視覺沖擊、噪音污染、電 磁干擾、公共安全、對野生動物的影響、對觀光事業(yè)的影響、以及對社區(qū)利益的影響等)，各 國政府及相關單位或利益團體都對此相當重視。對一般人類而言，風電場所產(chǎn)生的視覺沖 擊及噪音污染對日常生活的影響較大。就傳播距離而論，噪音影響范圍通常都在1至2公 里以內，而考慮地球曲率，在晴朗天氣及空曠場地的條件下，高度70公尺的建筑物在30公 里外尚可清晰觀看，而全球新近安裝的陸域風力機多為2兆瓦(2麗)上下的機型，其塔架 高約70至80公尺，葉尖高則可達150公尺以上，因此其產(chǎn)生的視覺沖擊較噪音更難回避。 而且，大型風力機葉片多為細長型，遠觀形似利箭或利刃，對空間或天際線會產(chǎn)生切割或穿 剌的感覺，特別是，在轉動時，整個風電場中各風力機的葉片因風力機設置位置與方向的不 同，所接受的風力及遭遇的風阻也會有所不同，造成旋轉角度也有所不同，如此，對視線的 干擾更大，這些視線干擾在鳥類飛行中，已被觀察到呈現(xiàn)出"柵欄效應"，也即，雖然葉輪轉 速緩慢，鳥類誤撞擊率并不高，但葉片轉動的干擾驅使群飛鳥類繞過風電場行，打亂其原本 的飛行路線及隊形。 為了改善風電場造成視覺沖擊的問題，如國際PCT專利公告第W02007074181A1
號發(fā)明專利、美國專利公告第US2003035725A1號發(fā)明專利、以及日本專利公告第
JP2004019515A號發(fā)明專利等分別提出以不同框架結構將葉片運動輪廓予以包裹的方式，
以降低視覺沖擊，但前述各項技術均涉及對現(xiàn)有風力機硬件設備的改動，將耗費大量成本；
此外，也有例如國際PCT專利公告第W02007080234A1號提出將風力機的葉片運動輪廓予以
柔和，即將該葉片由細長型改為半錐體型，以降低視覺沖擊，但此種改進技術，不但同樣浪
費成本，且改變葉片的形狀不適于大型風力機的應用。 為了避免對現(xiàn)有風力機硬件設備的更動，且同時可達到改善風電場造成視覺沖擊的問題，又有例如美國專利公告第US2006267347A1號發(fā)明專利、及美國專利公告第 US6661111B1號發(fā)明專利分別提出直接檢測風力機葉輪轉動時所產(chǎn)生的陰影，并判斷陰影 的變化是否超過預先設定值，若超過設定值，表示將對鄰近的住屋產(chǎn)生視覺困擾，則停止風 力機運轉。 但是，前述技術雖然避免了更動現(xiàn)有風力機硬件設備而造成成本浪費的弊端，但 是一旦陰影的變化超出設定值則必須停止風力機運轉，由此，將影響風電場的發(fā)電效率，實 有違設置風力機的初衷。 承上述，有鑒于分散式發(fā)電系統(tǒng)(Dispersed Generation System)為電力系統(tǒng) (Power System)未來發(fā)展趨勢，風電場的設置逐漸接近負載中心(Load Center)，也即耗電 量較大的都會區(qū)或工業(yè)區(qū)，其人口密集度高，因此視覺障礙會成為風能推廣的障礙，不利于 再生能源的普及化，也即有礙于各國政府推動節(jié)能減碳的執(zhí)行成效。 綜上所述，如何提出一種可解決現(xiàn)有技術中的種種缺失的風電場控制系統(tǒng)及風電 場，以在不更動現(xiàn)有硬件設備且不影響發(fā)電效率的前提下，改善風電場造成的視覺沖擊，實 為目前急欲解決的技術問題。
發(fā)明內容
鑒于上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明提供一種在不更動現(xiàn)有硬件設備且不影響發(fā)電
效率的前提下，改善風電場造成的視覺沖擊的風電場控制系統(tǒng)及風電場。 為使本發(fā)明能解決前述現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明所提供的風電場控制系統(tǒng)，應用
于具有多個風力機的風電場中，其中，各該風力機設有包含多個葉片的葉輪，該風電場控制
系統(tǒng)至少包括通信模塊，用以與各該風力機進行數(shù)據(jù)交換；以及處理模塊，依據(jù)各該風力 機的風速數(shù)據(jù)計算出平均風速值，并預設平均風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系，以計算出 風力機葉輪的共同轉速(collective rotor speed)，而當該風電場進行初次運轉時，先產(chǎn)
生初始轉角指令并通過該通信模塊傳送至各該風力機，使各該風力機的葉輪執(zhí)行對位程序 (alignment process)而驅使各該風力機的葉輪上的葉片移動至初始位置，之后，依據(jù)每間 隔一個取樣時間區(qū)段擷取該平均風速值，并據(jù)以搭配運算處理規(guī)則，以計算出該共同轉速 的轉子角度位置值，并通過該通信模塊傳送至各該風力機，以供各該風力機驅使各該風力 機的葉輪皆依據(jù)該轉子角度位置值自該初始位置進行同步運轉。 承上述，為使本發(fā)明能解決前述現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明所提供的風電場，至少 包含多個風力機、風電場控制系統(tǒng)、以及連接各該風力機與該風電場控制系統(tǒng)的傳輸 接口，且各該風力機設有包含多個葉片的葉輪；其中，該風電場控制系統(tǒng)至少包括通信 模塊，用以通過該傳輸接口與各該風力機進行數(shù)據(jù)交換；以及處理模塊，依據(jù)各該風力機 的風速數(shù)據(jù)計算出平均風速值，并預設風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系，以計算出風力 機葉輪的共同轉速(collective rotor speed)，而當該風電場進行初次運轉時，先產(chǎn)生
初始轉角指令并通過該通信模塊傳送至各該風力機，使各該風力機的葉輪執(zhí)行對位程序 (alignmentprocess)而驅使各該風力機的葉輪上的葉片移動至初始位置，之后，依據(jù)每間 隔一個取樣時間區(qū)段擷取該平均風速值，并據(jù)以搭配運算處理規(guī)則，計算出該共同轉速的 轉子角度位置值而通過該通信模塊傳送至各該風力機，以驅使各該風力機的葉輪皆依據(jù)該 轉子角度位置值自初始位置進行同步運轉。
在一個具體實施例中，該風力機包括發(fā)電單元；傳動機構；電力轉換單元；風速檢 測單元；及控制單元。其中，該風力機的該發(fā)電單元為發(fā)電機；該電力轉換單元為電力轉換 器(Power Converter);該風速檢測單元為風速計。 另外，該風電場控制系統(tǒng)的處理模塊還包括設置單元，設置風速與轉子轉速的對
應關聯(lián)關系；轉角指令單元，用以提供輸出角度指令；取樣單元，通過該通信模塊連接各該
風力機的該控制單元，用以在該轉角指令單元輸出角度指令后，每間隔一個取樣時間區(qū)段
擷取由各該控制單元通過其對應的風速檢測單元所檢測的當前取樣時間點的風速值，并據(jù)
以計算該風電場的平均風速值，且予以輸出；搜尋單元，用以接收該取樣單元所擷取的該風
電場的平均風速值，并據(jù)以搭配該設置單元所設置的風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系，搜
尋出與當前擷取到的平均風速值對應的轉子轉速值；以及計算單元，用以接收該搜尋單元
所輸出的轉子轉速值以及該取樣時間區(qū)段，并據(jù)以搭配運算處理規(guī)則，計算出各風力機在
當前取樣時間點的轉子角度位置值，其中，該計算單元在計算各該風力機在當前取樣時間
點的轉子角度位置值時，還搭配于前一次取樣時間點所計算得到的轉子角度位置值。 此外，該風電場控制系統(tǒng)還包括儲存模塊，用以儲存該處理模塊所設置的風速與
轉子轉速的對應關聯(lián)關系，以及該處理模塊在各取樣時間點所計算得到的轉子角度位置
值；具體而言，該運算處理規(guī)則為將該儲存模塊所儲存的該計算單元在前一次取樣時間點
所計算得到的轉子角度位置值加上該搜尋模塊所輸出的轉子轉速值與該取樣時間區(qū)段的
乘積，以得到各該風力機在當前取樣時間點的轉子角度位置值。其中，在對位程序時，該計
算單元在初次計算時，該前一次取樣時間點所計算得到的轉子角度位置值為共同的預設初始值。 再者，該設置風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系是依據(jù)最大功率點追蹤(Maximum Power Point Tracking ;MPPT)原則所預先建立，且該設置單元還依據(jù)風電場地貌特性以及 各該風力機特性輔助設置風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系。 在本發(fā)明的一個實施例中，該初始位置是指該風電場上各該風力機的葉輪上的初 始葉片皆位于同一位置上。在本發(fā)明的另一實施例中，該初始位置是指該風電場上各該風 力機的葉輪上的初始葉片之間相隔預定角度的位置。 較佳地，各該風力機的葉輪的葉片具有局部或全部不相同的涂裝或圖案。 而且，該傳輸接口為現(xiàn)場總線(field bus)或以太網(wǎng)絡(Ethernet)等。 相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的風電場控制系統(tǒng)主要是通過執(zhí)行初始階段的對位程
序，以及隨后的常規(guī)同步運轉程序，使風電場的運轉可以具有輪廓整齊的視覺美感，因此可
以大幅改善視覺沖擊效果。由于風力機具有多個葉片，為了視覺美學效果，可以再依據(jù)風電
場周圍地貌及景色，將風力機的各葉片表面繪制涂裝相同或局部不相同的色彩或圖案，使
得葉輪在運轉時，除了具有輪廓整齊的視覺美感外，也可具有周期性變化色彩或圖案的視
覺美感。
圖1為顯示本發(fā)明的風電場控制系統(tǒng)與多個風力機間的配置示意圖；
圖2為顯示本發(fā)明的風電場控制系統(tǒng)的基本架構方框示意圖；以及
圖3為顯示本發(fā)明的風電場的基本架構方框示意圖。
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主要元件符號說明
1風電場10風電場控制系統(tǒng)11通信模塊12處理模塊121設置單元122轉角指令單元123取樣單元124搜尋單元125計算單元13儲存模塊14傳輸接口15、15'、15"風力機151、151'、151"葉輪152、152'、152"傳動機構153、153'、153"發(fā)電單元154、154'、154"電力轉換單元155、155'、155"風速檢測單元156、156'、156"控制單元
具體實施例方式
以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書 所揭示的內容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。 請參閱圖l，為顯示本發(fā)明的風電場控制系統(tǒng)10與多個風力機15間的配置示意 圖。如圖所示，該風電場控制系統(tǒng)10應用于具有多個風力機15的風電場(未圖示)，其中， 各該風力機15設有包含多個葉片的葉輪(未圖示)，較佳地，各該風力機15的葉輪的葉片 具有局部或全部不相同的涂裝或圖案。 請參閱圖2，為顯示本發(fā)明的風電場控制系統(tǒng)10及風電場1的基本架構示意圖。如 圖所示，該風電場控制系統(tǒng)10包括通信模塊11、處理模塊12、以及儲存模塊13，以通過該 處理模塊12依據(jù)各風力機15的風速數(shù)據(jù)計算出平均風速值，并預設風速與轉子轉速的對 應關聯(lián)關系，以計算出風力機15的葉輪(未圖示)的共同轉速(collectiverotorspeed); 而當該風電場1進行初次運轉時，先產(chǎn)生初始轉角指令并通過該通信模塊11傳送至各該風 力機15，使各該風力機15的葉輪執(zhí)行對位程序(alignment process)而驅使各該風力機15 的葉輪上的葉片(未圖示)移動至初始位置，之后，依據(jù)每間隔一個取樣時間區(qū)段擷取該平 均風速值，并據(jù)以搭配運算處理規(guī)則，計算出共同轉速的轉子角度位置值而通過該通信模 塊11傳送至各該風力機15，以驅使各該風力機15的葉輪皆依據(jù)該轉子角度位置值自該初 始位置進行同步運轉。具體而言，該通信模塊ll用以通過傳輸接口 14與各該風力機15進 行數(shù)據(jù)交換，具體而言，該傳輸接口 14可為串行通信媒介(serial communicationmedia)， 以供該風電場控制系統(tǒng)與風電場內的各風力機依固定周期通過該傳輸接口 14進行雙向的實時(real-time)數(shù)據(jù)交換；該處理模塊12則可包括設置單元121、轉角指令單元122、取 樣單元123、搜尋單元124、計算單元125。以下即對本發(fā)明的風電場控制系統(tǒng)10的上述各 組件進行詳細說明。 該設置單元121用以依據(jù)風電場地貌特性以及各該風力機15特性，并依據(jù)最大功 率點追蹤(Maximum Power Point Tracking ;MPPT)原則(此乃本領域技術人員所熟知的技 術，在此不再詳述)，設置風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系。在本實施例中，該對應關聯(lián)關系 以列表方式予以呈現(xiàn)，但不以此為限，在其他實施例中，也可采用坐標圖等方式呈現(xiàn)。
該儲存模塊13用以儲存該處理模塊12的設置單元121所設置的風速與轉子轉速 的對應關聯(lián)關系，以及該計算單元125在各取樣時間點所計算得到的轉子角度位置值(容 后詳述)。 該轉角指令單元122用以提供輸出角度指令。在本實施例中，該轉角指令單元122 為操作接口，以提供使用者操作而產(chǎn)生并輸出角度指令，但不以此為限。在其他實施例中， 也可為間隔一定時間或通過時間的設定等方式自動驅使該轉角指令單元122輸出角度指 令。 該取樣單元123用以在該轉角指令單元122輸出角度指令后，每間隔一個取樣時 間區(qū)段擷取各該風力機15當前取樣時間點的風速值，且據(jù)以計算該風電場1的平均風速 值，并予以輸出。 該搜尋單元124用以接收該取樣單元123所擷取的該風電場1的平均風速值，并 據(jù)以搭配該儲存模塊13所儲存的風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系，搜尋出與當前擷取到 的平均風速值對應的轉子轉速值，并予以輸出。 該計算單元125用以接收該搜尋單元124所輸出的轉子轉速值以及該取樣時間 區(qū)段，并據(jù)以搭配該儲存模塊13所儲存的該計算單元125在前一次取樣時間點所計算得 到的轉子角度位置值，且據(jù)以搭配運算處理規(guī)則，計算出各風力機15在當前取樣時間點的 轉子角度位置值。具體而言，該計算單元125可利用依據(jù)最大功率點追蹤原則所預先建立 的風速與葉輪轉子轉速(rotor speed)的對應關系，推導出該風力機15的葉輪的共同轉 速(collective rotor speed)，然后利用數(shù)字積分計算出葉輪下一周期的共同轉角指令 (collective rotor angular position command)，艮卩該計算單元125可將該搜尋單元124 所輸出的轉子轉速值("*[i])與取樣時間區(qū)段(At)相乘，再加上該儲存模塊13所儲存 的該計算單元125在前一次取樣時間點所計算得到的轉子角度位置值(9 *[i_l])，以計算 出該風電場的各該風力機15在當前取樣時間點的轉子角度位置值(9*[i]);其中，該風電 場1的各該風力機15在當前取樣時間點的轉子角度位置值(9 *[i])的運算處理規(guī)則如公 式(1)所示:e*[i] = e*[i-i] + "*[i]x At...............公式(l) 承上述，在上述實施例中的公式(1)中，該計算單元125在對位程序時，e*[i-l] 的初始值為零或預設的固定值。而完成對位程序后，即可進入常規(guī)的同步運轉程序(normal synchronous operation process)。 承上述，當傳送該轉角指令單元122所輸出的角度指令至該風電場1的各該風力 機15時，在對位程序時，可使各該風力機15驅使各該風力機15的葉輪上的葉片移動至初 始位置，至常規(guī)的同步運轉程序后，在每間隔一個取樣時間區(qū)段并行傳送該計算單元125所計算的轉子角度位置值至該風電場的各風力機15，以供各該風力機15驅使各該風力機 15的葉輪皆依據(jù)該轉子角度位置值進行同步運轉。較佳地，該初始位置是指該風電場1上 各該風力機15的葉輪上的葉片皆位于同一位置上，但不以此為限。在其他實施例中，該初 始位置也可設計為該風電場1上各該風力機15的葉輪上的葉片之間相隔預定角度，具體而 言，即風電場控制系統(tǒng)10可依實際風電場的布局(layout)及視覺美學效果，指定各該風力 機15的預定角度位置，作為各該風力機15起始位置的特定偏移量(specific offset)，各 該風力機在運轉時，將其特定偏移量與來自該風電場控制系統(tǒng)10的共同轉角指令相加，作 為各該風力機15的內部轉角指令。 如圖3所示，顯示為應用本發(fā)明的風電場控制系統(tǒng)10的風電場1的基本架構方框 示意圖。如圖所示，本發(fā)明所提供的風電場l包括多個風力機(在下列實施例中以3個風 力機15、15'、15"為例，但不以此為限)、風電場控制系統(tǒng)10、以及并行連接各該風力機15、 15'、15"與該風電場控制系統(tǒng)10的傳輸接口 14。該風電場控制系統(tǒng)10是由如圖2所示 的通信模塊11、處理模塊12、以及儲存模塊13所組成；而該處理模塊12也包括設置單元 121、轉角指令單元122、取樣單元123、搜尋單元124、以及計算單元125，且該傳輸接口 14 可例如為現(xiàn)場總線(field bus)或以太網(wǎng)絡(Ethernet)等。其中，各該風力機15 (或15'、 或15")均包括葉輪151(或151'、或151")、一端連接該葉輪151(或151'、或151")的傳 動機構152(或152'、或152")、連接該傳動機構152(或152'、或152")的另一端的發(fā)電 單元153(或153'、或153")、電力轉換單元154(或154'、或154")、風速檢測單元155 (或 155'、或155")、以及控制單元156 (或156'、或156")。 在一個具體實施例中，該葉輪151是由多個葉片所構成，較佳地，各該風力機 15(15'、15")的葉輪151(151'、151")的葉片(未圖示)具有局部或全部不相同的涂裝或 圖案，以適當緩和視覺沖擊。 該傳動機構152在連接其一端的該葉輪151受外界風力作用而旋轉得以運動，而 該傳動機構152的運動則促使與該傳動機構152另一端連接的該發(fā)電單元153由機械能轉 為動能而發(fā)電，反之，當該發(fā)電單元153的轉矩、轉速以及輸出功率發(fā)生變化時，也可驅動 該傳動機構152運動，而進一步連動與該傳動機構152連接的該葉輪151的運轉，從而相應 調整該葉輪151的運轉。在本實施例中，該發(fā)電單元153為發(fā)電機。 該電力轉換單元154電性連接該發(fā)電單元153，用以控制該發(fā)電單元153的轉矩、 轉速以及輸出功率，而通過該發(fā)電單元153的轉矩、轉速以及輸出功率的變化間接控制與 該發(fā)電單元153通過該傳動機構152耦合的葉輪151的運轉。在本實施例中，該電力轉換 單元154為電力轉換器(Power Converter)，具體而言，該電力轉換單元154是由轉角回路、 轉速回路、轉矩回路、電流回路、以及逆變器構成，因電力轉換器為本領域技術人員熟知的 器件，在此不再為文詳述。 該風速檢測單元155用以檢測各該風力機15、15'、15"當前所處位置所接受到的 風速值。 該控制單元156分別與該傳動機構152、該風速檢測單元155及該電力轉換單元 154電性連接，且通過該傳輸接口 14連接該風電場控制系統(tǒng)10。 但是，本實施例中的風電場控制系統(tǒng)10的主要特征與前述實施例(如圖1所示) 類似，故在此僅簡單說明該風電場控制系統(tǒng)10中與各風力機15、15'、15"有相互連接關系的取樣單元123 (其余部分可參考前述的風電場控制系統(tǒng))，具體而言，該取樣單元123用 以在該轉角指令單元122輸出角度指令后，每間隔一個取樣時間區(qū)段擷取由各該控制單元 156、156'、156"通過其對應的風速檢測單元155、155'、155"所檢測的當前取樣時間點的風 速值，并據(jù)以計算該風電場1的平均風速值，且予以輸出。而該通信模塊11通過該傳輸接 口 14連接各該風力機15、 15' 、 15"的該控制單元156、 156' 、 156"，用以傳送該轉角指令單元 122所輸出的角度指令至該風電場1的各該風力機15、 15' 、 15"的控制單元156、 156' 、 156"， 以使各該控制單元156、156'、156"驅使各該風力機15、15'、15"的該傳動機構152、 152'、 152"運動，在對位程序時帶動該葉輪151、151'、151"上的葉片移動至初始位置，之后即進入 常規(guī)的同步運轉程序，在每間隔一個取樣時間區(qū)段并行傳送該計算單元125所計算的轉子 角度位置值至該風電場1的各風力機15、15'、15"的控制單元156、156'、156"，以由各該控 制單元156、156'、156"進一步將該轉子角度位置值傳送予對應的電力轉換單元154、 154'、 154"，以令該電力轉換單元154(或154'、或154")依據(jù)該轉子角度位置值，對應控制該風 力機15(或15'、或15")的葉輪151(或151'、或151")皆自該初始位置進行同步運轉。 較佳地，該初始位置是指該風電場1上各該風力機15、15'、15"的葉輪上的葉片皆位于同一 位置上，但不以此為限。在其他實施例中，該初始位置也可設計為該風電場1上各該風力機 15、15'、15"的葉輪上的葉片之間相隔預定角度。 綜上所述，本發(fā)明所提供的風電場控制系統(tǒng)及風電場，其中，該風電場具有該風電
場控制系統(tǒng)，而該風電場控制系統(tǒng)通過設置單元設置風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系，并
由取樣單元在轉角指令單元輸出角度指令后，每間隔一個取樣時間區(qū)段通過傳輸接口自各
風力機的控制單元擷取各風力機當前的風速值，且據(jù)以計算該風電場的平均風速值，接著，
通過搜尋單元自該設置單元所設置的風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系，搜尋出與當前擷取
到的平均風速值對應的轉子轉速值，以供計算單元據(jù)以計算出各風力機在當前取樣時間點
的轉子角度位置值，然后，由通信模塊通過該傳輸接口傳送該轉角指令單元所輸出的角度
指令至該風電場的各風力機的控制單元，以使各該控制單元驅使各該風力機的該傳動機構
運動而帶動該葉輪上的葉片移動至初始位置，之后在每間隔一個取樣時間區(qū)段并行傳送該
計算單元所計算的轉子角度位置值至該風電場的各風力機的控制單元，以由各該控制單元
進一步將該轉子角度位置值傳送給對應的電力轉換單元，以令該電力轉換單元依據(jù)該轉子
角度位置值，對應控制該風力機的葉輪皆自該初始位置進行同步運轉。由此，無需更動現(xiàn)有
風力機硬件設備，即可控制該風電場所有風力機同步運轉，以改善風電場造成的視覺沖擊，
與現(xiàn)有技術相比，即有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺失，而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。 上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本
領域技術人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，
本發(fā)明的權利保護范圍，應如權利要求書所列。
權利要求
一種風電場控制系統(tǒng)，應用于具有多個風力機的風電場，其中，各該風力機設有包含多個葉片的葉輪，其特征在于，該風電場控制系統(tǒng)至少包括通信模塊，用以與各該風力機進行數(shù)據(jù)交換；以及處理模塊，依據(jù)各該風力機的風速數(shù)據(jù)計算出平均風速值，并預設風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系，以計算出風力機葉輪的共同轉速，而當該風電場進行初次運轉時，先產(chǎn)生初始轉角指令并通過該通信模塊傳送至各該風力機，使各該風力機的葉輪執(zhí)行對位程序而驅使各該風力機的葉輪上的葉片移動至初始位置，之后，每間隔一個取樣時間區(qū)段擷取該平均風速值，并據(jù)以搭配運算處理規(guī)則，以計算出該共同轉速的轉子角度位置值，并通過該通信模塊傳送至各該風力機，以驅使各該風力機的葉輪皆依據(jù)該轉子角度位置值自該初始位置進行同步運轉。
2. 根據(jù)權利要求1所述的風電場控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括儲存模塊，用以儲存該 處理模塊所設置的風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系，以及該處理模塊在各該風力機的取樣時間點所計算得到的轉子角度位置值。
3. 根據(jù)權利要求1所述的風電場控制系統(tǒng)，其特征在于，該處理模塊還包括 設置單元，依據(jù)最大功率點追蹤原則設置風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系； 轉角指令單元，用以提供輸出角度指令；取樣單元，用以在該轉角指令模塊輸出角度指令后，每間隔一個取樣時間區(qū)段擷取由 各該風力機當前取樣時間點的風速值，且據(jù)以計算該風電場的平均風速值，且予以輸出；搜尋單元，用以接收該取樣單元所擷取的該風電場的平均風速值，并據(jù)以搭配該設置 單元所設置的風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系，搜尋出與當前擷取到的平均風速值對應的 轉子轉速值，并予以輸出；以及計算單元，用以接收該搜尋單元所輸出的轉子轉速值以及該取樣單元的取樣時間區(qū) 段，并據(jù)以搭配運算處理規(guī)則，計算出各風力機在當前取樣時間點的轉子角度位置值，其 中，該計算單元在計算各該風力機在當前取樣時間點的轉子角度位置值時，還搭配于前一 次取樣時間點所計算得到的轉子角度位置值。
4. 根據(jù)權利要求3所述的風電場控制系統(tǒng)，其特征在于，該運算處理規(guī)則將該轉子轉 速值與該取樣時間區(qū)段的乘積加上該前一次取樣時間點所計算得到的轉子角度位置值，以 得到各該風力機在當前取樣時間點的轉子角度位置值。
5. 根據(jù)權利要求4所述的風電場控制系統(tǒng)，其特征在于，該計算單元在初次計算時，該 轉子角度位置值為共同的預設初始值。
6. 根據(jù)權利要求3所述的風電場控制系統(tǒng)，其特征在于，該設置單元還依據(jù)風電場地貌特性以及各該風力機特性輔助設置風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系。
7. 根據(jù)權利要求1所述的風電場控制系統(tǒng)，其特征在于，該初始位置是指該風電場上 各該風力機的葉輪上的葉片皆位于同一位置上。
8. 根據(jù)權利要求1所述的風電場控制系統(tǒng)，其特征在于，該初始位置是指該風電場上 各該風力機的葉輪上的葉片之間相隔預定角度。
9. 根據(jù)權利要求1或7或8所述的風電場控制系統(tǒng)，其特征在于，各該風力機的葉輪的 葉片具有局部或全部不相同的涂裝或圖案。
10. —種風電場，其特征在于，至少包含多個風力機、風電場控制系統(tǒng)、以及并行連接各該風力機與該風電場控制系統(tǒng)的傳輸 接口 ，各該風力機設有包含多個葉片的葉輪，其中，該風電場控制系統(tǒng)至少包括 通信模塊，用以通過該傳輸接口與各該風力機進行數(shù)據(jù)交換；以及處理模塊，依據(jù)各該風力機的風速數(shù)據(jù)計算出平均風速值，并預設風速與轉子轉速的 對應關聯(lián)關系，以計算出風力機葉輪的共同轉速，而當該風電場進行初次運轉時，先產(chǎn)生初 始轉角指令并通過該通信模塊傳送至各該風力機，使各該風力機的葉輪執(zhí)行對位程序而驅 使各該風力機的葉輪上的葉片移動至初始位置，之后，依據(jù)每間隔一個取樣時間區(qū)段擷取 該平均風速值，并據(jù)以搭配運算處理規(guī)則，以計算出該共同轉速的轉子角度位置值，并通過 該通信模塊傳送至各該風力機，以驅使各該風力機的葉輪皆依據(jù)該轉子角度位置值自初始 位置進行同步運轉。
11. 根據(jù)權利要求10所述的風電場，其特征在于，各該風力機還包括 發(fā)電單元；傳動機構，分別連接該發(fā)電單元與該葉輪，以由葉輪的旋轉帶動該傳動機構運動而促 使該發(fā)電單元發(fā)電，且當該發(fā)電單元的轉矩、轉速以及輸出功率發(fā)生變化時以通過該傳動 機構而相應調整該葉輪的運轉；電力轉換單元，電性連接該發(fā)電單元，用以控制該發(fā)電單元的轉矩、轉速以及輸出功 率，而通過該發(fā)電單元的轉矩、轉速以及輸出功率的變化間接控制與該發(fā)電單元通過該傳 動機構耦合的葉輪的運轉；風速檢測單元，用以檢測該風力機當前所處位置所接受到的風速值；以及控制單元，分別與該傳動機構、該風速檢測單元及該電力轉換單元電性連接，且通過該 傳輸接口連接該風電場控制系統(tǒng)。
12. 根據(jù)權利要求11所述的風電場，其特征在于，該發(fā)電單元為發(fā)電機。
13. 根據(jù)權利要求11所述的風電場，其特征在于，該電力轉換單元為電力轉換器。
14. 根據(jù)權利要求11所述的風電場，其特征在于，該風速檢測單元為風速計。
15. 根據(jù)權利要求IO所述的風電場，其特征在于，該風電場控制系統(tǒng)還包括儲存模塊， 用以儲存該處理模塊所設置的風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系，以及該處理模塊在各該風 力機的取樣時間點所計算得到的轉子角度位置值。
16. 根據(jù)權利要求11所述的風電場，其特征在于，該風電場控制系統(tǒng)的處理模塊還包括設置單元，依據(jù)最大功率點追蹤原則設置風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系； 轉角指令單元，用以提供輸出角度指令；取樣單元，通過該通信模塊連接各該風力機的該控制單元，用以在該轉角指令單元輸 出角度指令后，每間隔一個取樣時間區(qū)段擷取由各該控制單元通過其對應的風速檢測單元 所檢測的當前取樣時間點的風速值，并據(jù)以計算該風電場的平均風速值，且予以輸出；搜尋單元，用以接收該取樣單元所擷取的該風電場的平均風速值，并據(jù)以搭配該設置 單元所設置的風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系，搜尋出與當前擷取到的平均風速值對應的 轉子轉速值；以及計算單元，用以接收該搜尋單元所輸出的轉子轉速值以及該取樣時間區(qū)段，并據(jù)以搭 配的運算處理規(guī)則，計算出各風力機在當前取樣時間點的轉子角度位置值，其中，該計算單元在計算各該風力機在當前取樣時間點的轉子角度位置值時，還搭配于前一次取樣時間點 所計算得到的轉子角度位置值。
17. 根據(jù)權利要求16所述的風電場，其特征在于，該運算處理規(guī)則為將該轉子轉速值與該取樣時間區(qū)段的乘積加上該前一次取樣時間點所計算得到的轉子角度位置值，以得到 各該風力機在當前取樣時間點的轉子角度位置值。
18. 根據(jù)權利要求17所述的風電場，其特征在于，該計算單元在初次計算時，轉子角度 位置值為共同的預設初始值。
19. 根據(jù)權利要求16所述的風電場，其特征在于，該設置單元還依據(jù)風電場地貌特性 以及各該風力機特性輔助設置風速與轉子轉速的對應關聯(lián)關系。
20. 根據(jù)權利要求IO所述的風電場，其特征在于，該初始位置是指該風電場上各該風 力機的葉輪上的葉片皆位于同 一位置上。
21. 根據(jù)權利要求10所述的風電場，其特征在于，該初始位置是指該風電場上各該風 力機的葉輪上的葉片之間相隔預定角度。
22. 根據(jù)權利要求10或20或21所述的風電場，其特征在于，各該風力機的葉輪的葉片 具有局部或全部不相同的涂裝或圖案。
23. 根據(jù)權利要求IO所述的風電場，其特征在于，該傳輸接口為現(xiàn)場總線以及以太網(wǎng) 絡的其中一個。
全文摘要
一種風電場控制系統(tǒng)及風電場，其特征在于，該風電場包括具有葉片角度控制功能的多個風力機，以及能集中控制各風力機的風電場控制系統(tǒng)，而該風電場控制系統(tǒng)通過通信模塊由傳輸接口取得風電場內的各風力機的風速，經(jīng)處理模塊運算出風電場的平均風速，以當該風電場進行初次運轉時，先使各該風力機的葉輪執(zhí)行對位程序(alignment process)而驅使各該風力機的葉輪上的葉片移動至初始位置，并利用平均風速與葉輪轉速的對應關聯(lián)關系，以搭配運算處理規(guī)則，計算出共同轉速的轉子角度位置值，然后，由傳輸接口傳送轉子角度位置值至風電場內的各風力機，以供各該風力機驅使各該風力機的葉輪皆依據(jù)該轉子角度位置值自該初始位置進行同步運轉，由此改善風電場造成的視覺沖擊。
文檔編號F03D7/04GK101749183SQ20091012705
公開日2010年6月23日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權日2008年12月12日
發(fā)明者張永源, 桂人杰 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院