用于改善風(fēng)電場功率產(chǎn)生效率的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于改善風(fēng)電場功率產(chǎn)生效率的方法和系統(tǒng)。提供了用于在具有多個(gè)空間分布的風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)電場上改善功率產(chǎn)生效率的方法和系統(tǒng)。該方法包括：接收包括沖擊在渦輪機(jī)（20）上的風(fēng)向的風(fēng)測量，確定風(fēng)力渦輪機(jī)相對于風(fēng)向的非對準(zhǔn)，以及激活針對風(fēng)力渦輪機(jī)（20）的尾流轉(zhuǎn)向控制，以實(shí)施風(fēng)力渦輪機(jī)（20）與風(fēng)向的非對準(zhǔn)，使得該非對準(zhǔn)被適配成使風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向?yàn)檫h(yuǎn)離鄰近的風(fēng)力渦輪機(jī)（30）。風(fēng)力渦輪機(jī)布置包括機(jī)艙、偏航控制器，并且還提供了偏航驅(qū)動(dòng)器。
【專利說明】用于改善風(fēng)電場功率產(chǎn)生效率的方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于改善風(fēng)電場的功率產(chǎn)生效率的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]能夠經(jīng)由風(fēng)電場生成風(fēng)力，其中風(fēng)力渦輪機(jī)將風(fēng)中的功率轉(zhuǎn)換為電。當(dāng)為了生成大量電力的目的將多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)置于相同地理區(qū)域中時(shí)，創(chuàng)建了風(fēng)電場。每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的功率輸出隨風(fēng)速而變化并可能受上游渦輪機(jī)的尾流影響，由此影響風(fēng)電場的總體功率產(chǎn)生。
[0003]在常規(guī)方式中，如圖1中所示，組裝風(fēng)力渦輪機(jī)I包括塔2、機(jī)艙3和轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括輪轂4與轉(zhuǎn)子葉片5。機(jī)艙3圍繞偏航軸(未示出)可旋轉(zhuǎn)地安裝在塔2上。偏航控制電動(dòng)機(jī)(未示出)位于塔2和機(jī)艙3之間，以基于風(fēng)向使機(jī)艙偏航。典型地，通過利用風(fēng)向標(biāo)或通過利用聲波風(fēng)傳感器(未示出)來測量風(fēng)向。為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)力到電力的最優(yōu)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)子軸與風(fēng)向?qū)?zhǔn)。
[0004]位于其他風(fēng)力渦輪機(jī)的下游的風(fēng)力渦輪機(jī)受上游渦輪機(jī)的尾流影響。如圖2中所示，基于傳入的風(fēng)15a，靠近前面的渦輪機(jī)20將尾流35a投擲到下游渦輪機(jī)30上，從而影響沖擊在該下游渦輪機(jī)上的風(fēng)15b。結(jié)果，在風(fēng)15b中存在較少能量供下游渦輪機(jī)30提取，使其相對于上游渦輪機(jī)20更不高產(chǎn)。對于風(fēng)向中的較小變化，存在對下游渦輪機(jī)30的功率產(chǎn)生的函數(shù)形式。當(dāng)風(fēng)15a與渦輪機(jī)20、30之間的定向方向完美地對準(zhǔn)時(shí)，產(chǎn)生最小量的功率；并且隨著風(fēng)向向左或向右變化，產(chǎn)生更多功率。示出了尾流擴(kuò)張的延森(Jensen)理論，其中已知風(fēng)力渦輪機(jī)尾流35a輕微地?cái)U(kuò)張(大約10度角)。
[0005]鑒于由上游渦輪機(jī)的尾流引起的消極影響，現(xiàn)有技術(shù)中需要通過使這樣的尾流的影響變窄來提高風(fēng)電場的功率產(chǎn)生效率的系統(tǒng)和方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]鑒于附圖，在下文的描述中解釋本發(fā)明，附圖示出了:
圖1是描繪典型的組裝風(fēng)力渦輪機(jī)的示意圖。
[0007]圖2是描繪上游渦輪機(jī)對下游渦輪機(jī)的尾流影響的示意圖。
[0008]圖3是圖示有向流的圖。
[0009]圖4是描繪非對準(zhǔn)的上游渦輪機(jī)對下游渦輪機(jī)的變窄的尾流影響的示意圖。
[0010]圖5是描繪在具有和不具有轉(zhuǎn)向的情況下上游渦輪機(jī)對下游渦輪機(jī)的尾流影響的圖。
[0011]圖6a-6b圖示在不具有轉(zhuǎn)向和具有轉(zhuǎn)向的情況下渦輪機(jī)的功率產(chǎn)生曲線圖。
[0012]圖7a_7d圖示針對近的和遠(yuǎn)的渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向控制。
[0013]圖8是圖示風(fēng)電場布置的示意圖。
[0014]圖9圖示在不具有尾流轉(zhuǎn)向控制的情況下圖8的風(fēng)電場布置的功率產(chǎn)生曲線圖。
[0015]圖10圖示圖8的風(fēng)電場布置的示例控制方案。[0016]圖11圖示在具有尾流轉(zhuǎn)向控制的情況下圖8的風(fēng)電場布置的功率產(chǎn)生曲線圖。
[0017]圖12圖示用于三個(gè)情形的示例非對準(zhǔn)方案。
[0018]圖13是本發(fā)明的實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]提供了一種用于改善風(fēng)電場的功率產(chǎn)生效率的方法和系統(tǒng)。該方法包括:接收包括沖擊在渦輪機(jī)上的風(fēng)向的風(fēng)測量，確定風(fēng)力渦輪機(jī)相對于風(fēng)向的非對準(zhǔn)，以及激活針對風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向控制，以實(shí)施風(fēng)力渦輪機(jī)與風(fēng)向的非對準(zhǔn)，使得該非對準(zhǔn)被適配成使風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向?yàn)檫h(yuǎn)離鄰近的風(fēng)力渦輪機(jī)。風(fēng)力渦輪機(jī)布置包括機(jī)艙、偏航控制器，并且還提供了偏航驅(qū)動(dòng)器。
[0020]本發(fā)明能夠以許多方式實(shí)施，包括被實(shí)施為系統(tǒng)、風(fēng)力渦輪機(jī)布置、設(shè)備/裝置、計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法、或包含實(shí)施該方法的指令的非瞬變計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。作為一種系統(tǒng)，本發(fā)明的實(shí)施例包括存儲器、輸入/輸出設(shè)備、處理器單元和可選的顯示設(shè)備和/或數(shù)據(jù)庫。
[0021]該方法和系統(tǒng)使用尾流轉(zhuǎn)向控制方案來系統(tǒng)地使渦輪機(jī)相對于傳入風(fēng)流的定向偏航，以便將由上游渦輪機(jī)投擲的尾流導(dǎo)向?yàn)檫h(yuǎn)離鄰近的(例如，下游)渦輪機(jī)，由此允許它們從風(fēng)產(chǎn)生更多功率。用這樣的方式，該方法和系統(tǒng)在風(fēng)電場中起作用，以將通過它們的操作產(chǎn)生的尾流導(dǎo)向?yàn)檫h(yuǎn)離該場內(nèi)的鄰居以及在幾何學(xué)上使它們的尾流的影響變窄。在系統(tǒng)地完成的情況下，這將增大風(fēng)電場的總體功率產(chǎn)生。
[0022]圖3圖示有向流的構(gòu)思。類似于通過將流導(dǎo)向?yàn)橄蛳露缮鸬娘w機(jī)(或風(fēng)力渦輪機(jī))的機(jī)翼(airfoil)，風(fēng)力渦輪機(jī)20使穿過它的風(fēng)15b的流轉(zhuǎn)向——如果該風(fēng)力渦輪機(jī)20成角度以與傳入的風(fēng)15a非對準(zhǔn)的話。渦輪機(jī)20能夠使流轉(zhuǎn)向的量受限于它對風(fēng)進(jìn)行的減慢的量(被稱為軸向感應(yīng))。
[0023]促動(dòng)盤理論預(yù)言:渦輪機(jī)20的尾流將被導(dǎo)向與(a)渦輪機(jī)對風(fēng)感應(yīng)的軸向感應(yīng)(軸向感應(yīng)a)和(b)渦輪機(jī)的角度非對準(zhǔn)(偏航角Θ)成比例的量。于是，結(jié)果得到的渦輪機(jī)的尾流的角偏轉(zhuǎn)(尾流偏轉(zhuǎn)角Φ)能夠被近似為Φ = 0.6a0。在變速操作期間，軸向感應(yīng)a大約是1/3，并且渦輪機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)的轉(zhuǎn)向的量相對于渦輪機(jī)的角度非對準(zhǔn)大約是1:5(0.6*1/3=1/5)的量。
[0024]返回參考圖2，靠近前面的渦輪機(jī)20將尾流35a投擲到下游渦輪機(jī)30上。結(jié)果，在風(fēng)15b中存在較少能量供下游渦輪機(jī)30提取，使其相對于上游渦輪機(jī)20更不高產(chǎn)。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，根據(jù)本發(fā)明的與傳入的風(fēng)15a非對準(zhǔn)的渦輪機(jī)20將使其尾流35b從下游渦輪機(jī)30偏轉(zhuǎn)，由此與上游渦輪機(jī)20沒有經(jīng)歷尾流轉(zhuǎn)向的情況相比，允許下游渦輪機(jī)30從沖擊在下游渦輪機(jī)30上的風(fēng)15b制造明顯更多的功率。
[0025]圖5中圖示出對于上游渦輪機(jī)20和下游渦輪機(jī)30的、與傳統(tǒng)的迎面尾流35a相比較的轉(zhuǎn)向的變窄尾流35b。在圖6a和6b的曲線圖中分別圖示出圖2的在沒有尾流轉(zhuǎn)向控制的情況下與圖4的轉(zhuǎn)向的尾流相比較的功率產(chǎn)生的比較。具體地，圖6b圖示出:與圖6a相比，在實(shí)施尾流轉(zhuǎn)向控制的情況下，存在功率產(chǎn)生量值的增加。
[0026]圖7a_7d圖示對于與上游渦輪機(jī)20接近和遠(yuǎn)離地定位的渦輪機(jī)，用于在下游渦輪機(jī)30處產(chǎn)生更多功率的示例尾流轉(zhuǎn)向控制方案。這里示出了尾流擴(kuò)張的延森理論，其中已知風(fēng)力渦輪機(jī)尾流隨著遠(yuǎn)離的距離增加而輕微地?cái)U(kuò)張(大約10度角)。圖7a-7d圖示通過本發(fā)明的實(shí)施例的偏航非對準(zhǔn)來使渦輪機(jī)的尾流變窄的效果。該效果應(yīng)當(dāng)會減小渦輪機(jī)的下游影響。如本文所示的，非對準(zhǔn)的渦輪機(jī)20使它的尾流轉(zhuǎn)向?yàn)檫h(yuǎn)離鄰近的下游渦輪機(jī)30。
[0027]在相對非常接近于彼此的鄰近渦輪機(jī)的情況下，圖7a示出使尾流轉(zhuǎn)向?yàn)檫h(yuǎn)離下游渦輪機(jī)30所需的轉(zhuǎn)向的量的示例。圖7b中圖示出針對近的渦輪機(jī)的情況的尾流轉(zhuǎn)向控制方案，示出上游渦輪機(jī)20的大的偏航角。該控制方案被圖示為分段的曲線圖以考慮風(fēng)向是以輕微的負(fù)角還是正角沖擊上游渦輪機(jī)。在該示例中，如果風(fēng)向以輕微的負(fù)角沖擊上游渦輪機(jī)，則渦輪機(jī)將以正的角度使它本身偏航，以便適當(dāng)?shù)仄D(zhuǎn)尾流。然而，如果風(fēng)以輕微的正角沖擊，則渦輪機(jī)將沿負(fù)的方向偏航。在X軸上示出風(fēng)向的角度，并且在y軸上示出用于實(shí)現(xiàn)期望轉(zhuǎn)向(計(jì)劃的渦輪機(jī)定向)的偏航的量。如本文所示的，曲線圖圖示出到0° (直接沖擊)的任一側(cè)的風(fēng)向的范圍，風(fēng)向?qū)崿F(xiàn)了在其中渦輪機(jī)與風(fēng)非對準(zhǔn)(這里，其中該曲線圖顯現(xiàn)為曲線的)的尾流轉(zhuǎn)向控制。在該范圍外，沒有尾流轉(zhuǎn)向控制被應(yīng)用并且渦輪機(jī)與風(fēng)對準(zhǔn)(這里，其中該曲線圖顯現(xiàn)為線性的)。
[0028]類似地，在彼此進(jìn)一步分離的鄰近渦輪機(jī)的情況下，圖7c示出使尾流轉(zhuǎn)向?yàn)檫h(yuǎn)離下游渦輪機(jī)30所需的轉(zhuǎn)向的量的示例。圖7d中圖示出針對遠(yuǎn)的渦輪機(jī)的情況的尾流轉(zhuǎn)向控制方案，示出上游渦輪機(jī)20的較小的偏航角。直接地比較這兩種情況，可以看出，如果下游渦輪機(jī)30非常接近于上游渦輪機(jī)20，則與下游渦輪機(jī)30進(jìn)一步遠(yuǎn)離時(shí)相比，上游渦輪機(jī)20將需要更大的偏航來使尾流轉(zhuǎn)向。
[0029]風(fēng)向的范圍和尾流控制的程度取決于渦輪機(jī)的空間布置(接近度、角度和放置)。特定控制方案的確定將在轉(zhuǎn)向太多(對上游渦輪機(jī)的消極效果)與轉(zhuǎn)向不充分(下游丟失功率)之間最優(yōu)地平衡。
[0030]圖8示出場上的風(fēng)力渦輪機(jī)的示例布置，其中，多個(gè)渦輪機(jī)(30a、30b、30c、30d、30e)位于與所關(guān)注的渦輪機(jī)20相距不同距離(轉(zhuǎn)子直徑D)和角度處。在該示例中，所關(guān)注的渦輪機(jī)20具有分別位于3.5Di75°、7D@98°、4D@120°、6D@145°和3D@180°處的、布置在晶格圖案中的、在它的附近的五個(gè)渦輪機(jī)。
[0031]當(dāng)風(fēng)以所有角度沖擊(或許在月的期間內(nèi))時(shí)，圖9示出在不具有任何尾流轉(zhuǎn)向控制的情況下的、所關(guān)注的渦輪機(jī)20的基于風(fēng)向的示例功率產(chǎn)生。
[0032]圖10圖示用于使渦輪機(jī)20偏航以通過風(fēng)電場總體上產(chǎn)生更多功率的尾流轉(zhuǎn)向控制方案。這個(gè)用曲線圖表示的控制方案示出了對于接近的渦輪機(jī)的較大的轉(zhuǎn)向以及對于更遠(yuǎn)離地定位的渦輪機(jī)的較小的轉(zhuǎn)向?？梢杂衫缈紤]空間布置(風(fēng)向/角度和接近度二者)的函數(shù)的陣列來用函數(shù)表示針對尾流轉(zhuǎn)向控制方案的角度非對準(zhǔn)。用這樣的方式，對于給定的風(fēng)向，尾流轉(zhuǎn)向控制方案根據(jù)陣列中的正確的函數(shù)來實(shí)施預(yù)定的偏航控制。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，可以例如通過公式、算法、表格和函數(shù)曲線圖來定義尾流轉(zhuǎn)向控制方案的操作。
[0033]在圖11的功率產(chǎn)生曲線圖中示出實(shí)施用于對渦輪機(jī)20有影響的其他渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向控制方案的結(jié)果，圖11示出作為該方案的結(jié)果產(chǎn)生了更多的功率。如果跨越風(fēng)電場而實(shí)施，則不僅每個(gè)下風(fēng)渦輪機(jī)產(chǎn)生更多的功率，而且影響區(qū)域(在角度方面)也可以被減小。這個(gè)方案的進(jìn)一步優(yōu)勢是:如果風(fēng)切變存在于大氣中，則從風(fēng)向中偏航出來的渦輪機(jī)能夠降低疲勞載荷(隨著偏航在某種程度上減小循環(huán)推力負(fù)荷)。
[0034]為了實(shí)施用于使風(fēng)電場的渦輪機(jī)偏航的尾流轉(zhuǎn)向控制方案，使用風(fēng)電場布局，以便確定空間布置，即，農(nóng)場上的渦輪機(jī)之間的距離(例如，以轉(zhuǎn)子直徑D表示的距離)和各個(gè)角度(α )。布局信息可以存儲在與控制器/處理器進(jìn)行通信以實(shí)施該控制的非瞬變計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。通過這個(gè)布局信息，能夠?qū)τ谠撧r(nóng)場設(shè)計(jì)特定尾流轉(zhuǎn)向控制方案，其考慮沖擊風(fēng)向和渦輪機(jī)的空間布置(例如，角度和距離D)。最優(yōu)控制方案可以包括諸如何時(shí)開始控制(用于激活控制的風(fēng)向角的范圍，諸如偏離平行線+/-20、+/_15或+/-10度)、轉(zhuǎn)向的方向(例如，正沖擊=負(fù)偏航/負(fù)沖擊=正偏航)、轉(zhuǎn)向/偏航的量(例如，對于接近的渦輪機(jī)來說較大，并且對于遠(yuǎn)的渦輪機(jī)來說較小)和用于實(shí)施的任何閾值之類的因素。
[0035]控制方案能夠基于布局而預(yù)先確定并且被存儲以用在風(fēng)電場的操作中。如實(shí)施最優(yōu)方案所需的那樣或當(dāng)對風(fēng)電場作出改變(諸如添加或移除渦輪機(jī)，或可能影響功率產(chǎn)生的其他因素)時(shí)，能夠更新控制方案?？梢曰谶^去的數(shù)據(jù)或當(dāng)前的數(shù)據(jù)、使用計(jì)算機(jī)仿真或計(jì)算機(jī)建模來對控制方案進(jìn)行建模。此外，在操作期間能夠監(jiān)測風(fēng)電場的功率產(chǎn)生，并且能夠隨時(shí)間最優(yōu)地調(diào)整控制方案。例如，學(xué)習(xí)算法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者其他信息或信號處理系統(tǒng)能夠在操作期間監(jiān)測功率產(chǎn)生，并學(xué)習(xí)要在方案中實(shí)施的最優(yōu)控制器設(shè)置。可以使用其他已知優(yōu)化方法來確定用于這個(gè)方案的最佳控制器設(shè)置。
[0036]圖13中示出了操作的方法100。首先，獲取風(fēng)測量120 (例如，風(fēng)沖擊角)并且將風(fēng)測量用作對系統(tǒng)的輸入以實(shí)施偏航非對準(zhǔn)。典型的直接風(fēng)測量儀器包括例如風(fēng)速計(jì)、風(fēng)向標(biāo)、溫度計(jì)和氣壓計(jì)。例如，風(fēng)向標(biāo)可以用于測量風(fēng)沖擊角。這些風(fēng)測量儀器安裝在典型地位于輪轂高度的渦輪機(jī)上或者安裝在位于附近的一個(gè)或多個(gè)氣象桅桿上。風(fēng)測量儀器通常是較大測量系統(tǒng)的一部分，該測量系統(tǒng)進(jìn)一步包括例如換能器、信號調(diào)節(jié)器、記錄器和/或通信設(shè)備。該儀器典型地以能夠作為數(shù)據(jù)記錄和收集系統(tǒng)的函數(shù)的預(yù)定采樣率來測量信號。典型的數(shù)據(jù)記錄和收集系統(tǒng)包括使用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)記錄儀或數(shù)據(jù)獲取。對由數(shù)據(jù)記錄和收集系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以針對風(fēng)電場的操作提供多個(gè)有用的結(jié)果。
[0037]使用這個(gè)所測量的風(fēng)向以基于場的布局和渦輪機(jī)的空間布置來確定偏航非對準(zhǔn)130。所測量的風(fēng)向?qū)⒋_定偏航將是正的還是負(fù)的。其還將確定何時(shí)開始激活偏航非對準(zhǔn)控制。對于預(yù)定范圍外的風(fēng)向，將不實(shí)施尾流轉(zhuǎn)向控制，并且渦輪機(jī)將保持與風(fēng)對準(zhǔn)。對于預(yù)定范圍內(nèi)的風(fēng)向，可以激活用于使渦輪機(jī)非對準(zhǔn)的尾流轉(zhuǎn)向控制方案。延遲可以被編程到系統(tǒng)中，以避免基于間歇性風(fēng)向轉(zhuǎn)變及其他因素來實(shí)施對偏航非對準(zhǔn)的改變，以便提供平滑操作。根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)速和/或風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的、所定義的最大界限和/或所定義的最小界限也可以被綜合到方案中。
[0038]非對準(zhǔn)的量可以被實(shí)施為沖擊風(fēng)向和渦輪機(jī)的空間布置(距離和角度)的函數(shù)?？刂品桨改軌蛟趯?shí)現(xiàn)非對準(zhǔn)時(shí)應(yīng)用較大的偏航非對準(zhǔn)角度和/或可以針對較大范圍的沖擊風(fēng)向而激活。類似地，控制方案能夠在實(shí)現(xiàn)非對準(zhǔn)時(shí)應(yīng)用較小的偏航非對準(zhǔn)角度和/或可以針對較小范圍的沖擊風(fēng)向而激活。出于安全或出于其他功能或操作原因，非對準(zhǔn)的量可以由閾值來限制。
[0039]控制方案的實(shí)施方式可以具有由與渦輪機(jī)通信且能夠?qū)崿F(xiàn)偏航控制的處理器或控制器執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)控制功能的形式。例如，可以提供函數(shù)的陣列，該函數(shù)的陣列成比例地提供用于遠(yuǎn)的渦輪機(jī)的小的避免以及用于近的渦輪機(jī)的大的避免。非對準(zhǔn)的量例如可以被表示為例如線性函數(shù)、指數(shù)函數(shù)或冪函數(shù)，其中對函數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓δ苻D(zhuǎn)變、成形和反映以實(shí)施期望的非對準(zhǔn)。[0040]通過產(chǎn)生被適配成實(shí)施風(fēng)力渦輪機(jī)與風(fēng)向的非對準(zhǔn)的控制信號來激活140針對風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向控制。通過發(fā)送控制信號以使渦輪機(jī)偏航由控制方案確定的偏航量，來針對該渦輪機(jī)實(shí)施偏航非對準(zhǔn)。
[0041]風(fēng)沖擊角的連續(xù)或周期性監(jiān)測能夠被用于尾流轉(zhuǎn)向控制，并且偏航非對準(zhǔn)能夠隨著風(fēng)向改變而被系統(tǒng)地更新(連續(xù)地或周期性地)。一旦沖擊在上游渦輪機(jī)上的風(fēng)向改變?yōu)椴辉儆绊懴掠螠u輪機(jī)的方向，或者不再處于被預(yù)先確定以實(shí)施控制的范圍內(nèi)，尾流轉(zhuǎn)向控制就能夠被停止，并且渦輪機(jī)能夠被返回到正常的操作對準(zhǔn)。
[0042]圖12示出用于三個(gè)情形(4D、6D和10D)的示例控制方案，其中D指的是以直徑(D)為單位的、偏航渦輪機(jī)與避免尾流的渦輪機(jī)之間的距離。在這個(gè)圖中，X軸表示風(fēng)向(度)，并且Y軸表示渦輪機(jī)偏航(度)。對于最近的渦輪機(jī)間隔(4D)，在該示例中，當(dāng)風(fēng)向?yàn)槠x平行線+/-15度時(shí)，偏航渦輪機(jī)尾流轉(zhuǎn)向控制“激活”。當(dāng)風(fēng)向與渦輪機(jī)一致(O度WD)時(shí)，控制方案將使渦輪機(jī)偏航70度。如所示，在O和15度之間，偏航方向與風(fēng)向成線性關(guān)系。在該示例中，對于6D和IOD情況，偏航渦輪機(jī)為了避免下風(fēng)渦輪機(jī)而將偏航到的度較小，如所示，分別偏航到50度和30度。
[0043]因?yàn)閷魅腼L(fēng)向偏航70度的渦輪機(jī)可能不產(chǎn)生足夠的功率，所以可以實(shí)施較不激進(jìn)的轉(zhuǎn)向量。圖中的虛線表示使得渦輪機(jī)不偏航超過35度(左右)以避免尾流情形的閾值。對于控制方案，正風(fēng)向側(cè)與負(fù)側(cè)成鏡像。
[0044]針對完全尾流避免而設(shè)計(jì)上述情形。因此，它能夠被視為極端示例。在許多情況下，較小尾流轉(zhuǎn)向(〈100%避免)將足夠，其中渦輪機(jī)操作低于額定功率。一旦渦輪機(jī)命中額定功率，渦輪機(jī)能夠通過偏航而進(jìn)行的轉(zhuǎn)向的量就變得顯著更糟糕，幾乎不存在。在該示例中，圖中的線將更陡峭且將大大地限制轉(zhuǎn)向能力。
[0045]基于上述說明書，可以使用包括計(jì)算機(jī)軟件、固件、硬件或其任何組合或子集的計(jì)算機(jī)編程或工程技術(shù)來在計(jì)算機(jī)或計(jì)算/處理設(shè)備上實(shí)施本發(fā)明?？梢栽谝粋€(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)內(nèi)體現(xiàn)或提供其上具有計(jì)算機(jī)可讀代碼的任何這樣的得到的程序，從而制造計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，即根據(jù)本發(fā)明的制造品。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)例如可以是固定的(硬)驅(qū)動(dòng)器、磁盤、光盤、磁帶、諸如只讀存儲器(ROM)之類的半導(dǎo)體存儲器等等。
[0046]計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠容易地將如所描述的那樣創(chuàng)建的程序代碼與適當(dāng)?shù)耐ㄓ没驅(qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)硬件組合，以創(chuàng)建體現(xiàn)本發(fā)明的方法的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)。用于制造、使用或售賣本發(fā)明的裝置可以是一個(gè)或多個(gè)處理系統(tǒng)，包括但不限于傳感器、中央處理單元(CPU)、存儲器、存儲設(shè)備、通信鏈路和設(shè)備、服務(wù)器、I/O設(shè)備、或者一個(gè)或多個(gè)處理系統(tǒng)的任何子部件，包括體現(xiàn)本發(fā)明的軟件、固件、硬件或其任何組合或子集?？梢詮逆I盤、鼠標(biāo)、筆、語音、觸摸屏、或人類能夠借以(包括通過諸如應(yīng)用程序之類的其他程序)將數(shù)據(jù)輸入至計(jì)算機(jī)中的任何其他裝置來接收用戶輸入。可以從多種傳感器或與其進(jìn)行有線或無線通信的數(shù)據(jù)輸入設(shè)備中的任一種接收數(shù)據(jù)輸入。輸出可以包括計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、電視、LCD、LED或用于將信息傳達(dá)到用戶的任何其他裝置。輸出可以進(jìn)一步包括被適配成對與其進(jìn)行有線或無線通信的諸如風(fēng)力渦輪機(jī)之類的外部設(shè)備進(jìn)行控制的數(shù)據(jù)。
[0047]盡管已經(jīng)在本文中示出和描述了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，但將明顯的是，提供這樣的實(shí)施例僅僅作為示例。在不脫離本文的本發(fā)明的情況下，可以進(jìn)行許多的變化、改變和置換。相應(yīng)地，意圖是，本發(fā)明僅僅由所附權(quán)利要求的精神和范圍來限制。
【權(quán)利要求】
1.一種為了改善功率產(chǎn)生效率而在具有多個(gè)空間分布的風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)電場上實(shí)施的方法，包括: 接收包括沖擊在渦輪機(jī)上的風(fēng)向的風(fēng)測量； 由處理器確定風(fēng)力渦輪機(jī)相對于風(fēng)向的非對準(zhǔn)，其中該非對準(zhǔn)被適配成使風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向?yàn)檫h(yuǎn)離鄰近的風(fēng)力渦輪機(jī)；以及 通過產(chǎn)生被適配成實(shí)施風(fēng)力渦輪機(jī)與風(fēng)向的非對準(zhǔn)的控制信號來激活針對風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定風(fēng)力渦輪機(jī)的非對準(zhǔn)包括:基于風(fēng)向確定風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流是否沖擊在鄰近的風(fēng)力渦輪機(jī)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定風(fēng)力渦輪機(jī)的非對準(zhǔn)包括:基于風(fēng)向確定沖擊在鄰近的風(fēng)力渦輪機(jī)上的風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流的量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非對準(zhǔn)被適配成基于風(fēng)電場的布局使風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向?yàn)檫h(yuǎn)離鄰近的風(fēng)力渦輪機(jī)，該布局包括多個(gè)空間分布的風(fēng)力渦輪機(jī)的空間關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括:存儲包括多個(gè)空間分布的風(fēng)力渦輪機(jī)的空間關(guān)系的風(fēng)電場的布局。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中風(fēng)力渦輪機(jī)相對于風(fēng)向的非對準(zhǔn)的量取決于該風(fēng)力渦輪機(jī)和鄰近的風(fēng)力渦 輪機(jī)之間的空間關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中該風(fēng)力渦輪機(jī)和鄰近的風(fēng)力渦輪機(jī)之間的空間關(guān)系包括角度和距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所確定的風(fēng)力渦輪機(jī)相對于風(fēng)向的非對準(zhǔn)的量與該風(fēng)力渦輪機(jī)和鄰近的風(fēng)力渦輪機(jī)之間的接近距離成反比。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中非對準(zhǔn)的量包括對于較小接近距離的較大的偏航角以及對于較大接近距離的較小的偏航角。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中激活針對風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向控制是基于沖擊在渦輪機(jī)上的風(fēng)向的預(yù)先確定的角度范圍來開始的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括:當(dāng)風(fēng)向處于沖擊在渦輪機(jī)上的風(fēng)向的預(yù)先確定的角度范圍之外時(shí)，將風(fēng)力渦輪機(jī)相對于風(fēng)向重新對準(zhǔn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，尾流轉(zhuǎn)向控制被適配成產(chǎn)生控制信號，該控制信號在風(fēng)向以負(fù)角沖擊時(shí)導(dǎo)向風(fēng)力潤輪機(jī)以沿正的方向偏航，并且在風(fēng)向以正角沖擊時(shí)導(dǎo)向風(fēng)力渦輪機(jī)以沿負(fù)的方向偏航。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括:通過旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)艙而導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)與風(fēng)向的非對準(zhǔn)來實(shí)施非對準(zhǔn)，從而在幾何學(xué)上使尾流對鄰近的渦輪機(jī)的影響變窄。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，機(jī)艙的旋轉(zhuǎn)由連接到偏航驅(qū)動(dòng)器的偏航控制器來實(shí)施，該偏航驅(qū)動(dòng)器接收控制信號并基于控制信號使風(fēng)力渦輪機(jī)與風(fēng)向非對準(zhǔn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，風(fēng)測量是從安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)上或附近的風(fēng)測量儀器獲取的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括:制定用于風(fēng)力渦輪機(jī)相對于風(fēng)向的非對準(zhǔn)的、不要被超過的最大閾值偏航角。
17.—種用于在具有多個(gè)空間分布的風(fēng)力潤輪機(jī)的風(fēng)電場上改善功率產(chǎn)生效率的系統(tǒng)，包括: 數(shù)據(jù)處理設(shè)備，用于:接收包括沖擊在渦輪機(jī)上的風(fēng)向的風(fēng)測量；確定風(fēng)力渦輪機(jī)相對于風(fēng)向的非對準(zhǔn)，其中該非對準(zhǔn)被適配成使風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向?yàn)檫h(yuǎn)離鄰近的風(fēng)力渦輪機(jī)；以及通過產(chǎn)生被適配成實(shí)施風(fēng)力渦輪機(jī)與風(fēng)向的非對準(zhǔn)的控制信號來激活針對風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向控制。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括非瞬變存儲設(shè)備，其用于存儲包括多個(gè)空間分布的風(fēng)力渦輪機(jī)的空間關(guān)系的風(fēng)電場的布局，其中所述非對準(zhǔn)被適配成基于風(fēng)電場的布局使風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向?yàn)檫h(yuǎn)離鄰近的風(fēng)力渦輪機(jī)，所述非對準(zhǔn)包括對于該風(fēng)力渦輪機(jī)和鄰近的風(fēng)力渦輪機(jī)之間的較小接近距離的較大的偏航角以及對于該風(fēng)力渦輪機(jī)和鄰近的風(fēng)力渦輪機(jī)之間的較大接近距離的較小的偏航角。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接到偏航驅(qū)動(dòng)器的偏航控制器，該偏航驅(qū)動(dòng)器接收控制信號，并且當(dāng)沖擊在風(fēng)力渦輪機(jī)上的風(fēng)向處于預(yù)先確定的角度范圍內(nèi)時(shí)，基于控制信號使風(fēng)力渦輪機(jī)與風(fēng)向非對準(zhǔn)，以及，當(dāng)風(fēng)向處于預(yù)先確定的角度范圍外時(shí)，將風(fēng)力渦輪機(jī)相對于風(fēng)向重新對準(zhǔn)。
20.一種包含指令的非瞬變計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述指令在由處理器執(zhí)行時(shí)執(zhí)行包括下述各項(xiàng)的動(dòng)作: 接收包括沖擊在渦輪機(jī)上的風(fēng)向的風(fēng)測量； 確定風(fēng)力渦輪機(jī)相對于風(fēng)向的非對準(zhǔn)，其中該非對準(zhǔn)被適配成使風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向?yàn)檫h(yuǎn)離鄰近的風(fēng)力渦輪機(jī)；以及 通過產(chǎn)生被適配成實(shí)施風(fēng)力渦輪機(jī)與風(fēng)向的非對準(zhǔn)的控制信號來激活針對風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流轉(zhuǎn)向控制。
【文檔編號】F03D7/00GK103994022SQ201410056031
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月19日
【發(fā)明者】J.M.奧布雷希特 申請人:西門子公司