組； 基于所述新值和歷史尾流模型，為所述互相作用的風(fēng)力渦輪的新組開發(fā)場水平預(yù)測尾 流模型，所述歷史尾流模型是使用與所述風(fēng)電場中的互相作用的風(fēng)力渦輪的參考組對應(yīng)的 所述尾流參數(shù)的歷史值來確定的；和 基于所述場水平預(yù)測尾流模型來調(diào)整至少用于所述互相作用的風(fēng)力渦輪的新組的一 個或更多個控制設(shè)置。
[0031] 技術(shù)方案19 :根據(jù)技術(shù)方案18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置包括轉(zhuǎn)子 速度編碼器、節(jié)距角編碼器、電功率換能器、風(fēng)速計、風(fēng)向標(biāo)、偏航位置編碼器、或它們的組 合。
[0032] 技術(shù)方案20 :根據(jù)技術(shù)方案18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述場控制子系統(tǒng)包括 中央處理系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0033] 當(dāng)參照附圖閱讀下列詳細(xì)描述時，本公開的這些和其他特征和方面將變得更好理 解，其中遍及附圖，相同的特征代表相同的部分，其中： 圖1是根據(jù)本公開的實施例的示范風(fēng)電場的示意圖； 圖2是示出根據(jù)本公開的實施例的用于優(yōu)化風(fēng)電場操作的示范方法的流程圖； 圖3是根據(jù)本公開的實施例的用于確定最優(yōu)控制設(shè)置的示范順序的示意圖，該最優(yōu)控 制設(shè)置用于風(fēng)電場中的成組空氣動力地互相作用的風(fēng)力渦輪； 圖4是示出根據(jù)本公開的實施例的用于以延遲優(yōu)化模式優(yōu)化風(fēng)電場操作的示范方法 的流程圖； 圖5是示出根據(jù)本公開的實施例的用于實時地優(yōu)化風(fēng)電場操作的示范方法的流程圖； 以及 圖6是繪出了根據(jù)本公開的實施例的，使用不同尾渦模型實現(xiàn)的能量增益的對比的圖 不。
【具體實施方式】
[0034]下列描述提出用于優(yōu)化風(fēng)電場操作的系統(tǒng)和方法的示范實施例。尤其是，在本文 中示出的實施例公開了一種方法，其用于通過影響通常由風(fēng)電場處的管理控制和數(shù)據(jù)獲取 (SCADA)服務(wù)器收集的數(shù)據(jù)而進(jìn)行尾流效應(yīng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動建模。收集的數(shù)據(jù)可包括尾流參數(shù)， 尾流參數(shù)包括環(huán)境條件、風(fēng)電場的幾何布局、和/或與風(fēng)力渦輪對應(yīng)的操作信息。尾流參數(shù) 中的至少一些（例如，幾何布局）可為已知的或曾經(jīng)接收到的，而一些其他尾流參數(shù)（例 如，環(huán)境條件）可被持續(xù)地監(jiān)控，以有助于在風(fēng)電場水平上估算尾流效應(yīng)。
[0035] 環(huán)境條件可例如包括：主要風(fēng)向、在上游風(fēng)力渦輪處檢測到的風(fēng)速（上游風(fēng)速）、 在下游風(fēng)力渦輪處檢測到的風(fēng)速（下游風(fēng)速）、風(fēng)切變、風(fēng)變向、溫度、濕度、和/或壓力。尾 流參數(shù)可還包括操作信息和控制設(shè)置，例如，末梢速度比、節(jié)距角、偏航對準(zhǔn)、發(fā)電機(jī)速度、 功率輸出、轉(zhuǎn)矩輸出、推力測量結(jié)果、和/或單獨(dú)風(fēng)力渦輪的操作狀態(tài)，其提供關(guān)于不產(chǎn)生 功率的風(fēng)電場中的任何風(fēng)力渦輪的信息。此外，尾流參數(shù)還可包括風(fēng)電場的已知幾何布局， 包括與風(fēng)電場的地形、相鄰渦輪的數(shù)量、實際渦輪位置、和/或下游和上游風(fēng)力渦輪的相對 位置對應(yīng)的信息。
[0036] 而且，本公開的實施例提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，其使用尾流參數(shù)的監(jiān)控值以用 于生成可靠的場水平尾流模型。具體地，該數(shù)據(jù)驅(qū)動方法使用尾流參數(shù)來識別空氣動力地 互相作用的風(fēng)力渦輪組，并且估算對應(yīng)（組方向）的尾流互相作用。組方向的尾流互相作 用又用來實時地生成場水平尾流模型。主要環(huán)境條件和單獨(dú)渦輪的當(dāng)前操作狀態(tài)允許在下 游風(fēng)力渦輪處實時地檢測經(jīng)受的尾流互相作用，因而允許確定更精確的場水平預(yù)測尾流模 型。
[0037]此外，通過尾流互相作用的組方向估算來確定場水平尾流模型降低了計算工作 量，因而允許用于風(fēng)電場的一個或更多個選定性能目標(biāo)的實時優(yōu)化。具體地，場水平尾流模 型有助于為風(fēng)電場中的不同風(fēng)力渦輪確定最優(yōu)控制設(shè)置，以便顯著地優(yōu)化整體性能目標(biāo)， 例如使年發(fā)電量（AEP)最大化或使風(fēng)電場中的風(fēng)力渦輪經(jīng)受的疲勞負(fù)載最小化。
[0038] 盡管在優(yōu)化用于風(fēng)電場的不同性能目標(biāo)的背景下描述了本系統(tǒng)和方法的示范實 施例，但應(yīng)理解的是，也可想到本系統(tǒng)的實施例在各種其他應(yīng)用中的使用。作為實例，可采 用本公開的某些實施例，以用于優(yōu)化在水下系統(tǒng)中的多個潮汐或水力發(fā)電渦輪的操作。在 下列部分中參照圖1討論了適于實踐本系統(tǒng)的各種實施方式的示范環(huán)境。
[0039] 圖1示出了根據(jù)本公開的方面的示范風(fēng)電場100。在一個實施例中，風(fēng)電場100包 括布置成期望的幾何布局的多個風(fēng)力渦輪102。例如，風(fēng)力渦輪102可使用一個或更多個布 局優(yōu)化算法隨機(jī)地布置成單個組、或布置成組和排的陣列。通常，優(yōu)化算法可設(shè)計為使期望 風(fēng)速和方向?qū)π阅苣繕?biāo)（例如，AEP)的積極影響最大化，同時使負(fù)面影響最小化，負(fù)面影響 例如為與單獨(dú)風(fēng)力渦輪102中的各個相關(guān)的疲勞負(fù)載的增大。
[0040] 在一個實施例中，風(fēng)力渦輪102中的各個包括一個或更多個能量轉(zhuǎn)換模塊，例如 轉(zhuǎn)子葉片104、遞升齒輪箱（未顯示）、和將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成可用電能的發(fā)電機(jī)（未顯示）。此 外，風(fēng)力渦輪102還包括：葉片變槳距機(jī)構(gòu)（未顯示），來調(diào)節(jié)渦輪功率輸出和轉(zhuǎn)子速度；偏 航機(jī)構(gòu)（未顯示）；和一個或更多個監(jiān)控裝置110,其與風(fēng)力渦輪102的其他構(gòu)件結(jié)合地使 用，來使轉(zhuǎn)子葉片104旋轉(zhuǎn)并且使轉(zhuǎn)子葉片104成一直線對準(zhǔn)并且/或者相對于主要風(fēng)向 對準(zhǔn)。而且，風(fēng)力渦輪102還可包括：冷卻單元（未顯示），以防止風(fēng)力渦輪102的構(gòu)件過 熱；制動系統(tǒng)（未顯示），以在期望時使轉(zhuǎn)子葉片104停止旋轉(zhuǎn)；和機(jī)艙（未顯示），以用于 相對于環(huán)境因素保護(hù)風(fēng)力渦輪102的不同構(gòu)件。
[0041] 典型地，風(fēng)力渦輪102的轉(zhuǎn)子葉片104沿基本相似的方向?qū)?zhǔn)，例如，在風(fēng)力渦輪 102的操作期間到來的風(fēng)的方向。但是，這種葉片對準(zhǔn)將某些下游風(fēng)力渦輪102定位在風(fēng) 電場100中的某些上游風(fēng)力渦輪102后方，從而導(dǎo)致不利地影響下游風(fēng)力渦輪102的操作 的尾流效應(yīng)。例如，吹過上游風(fēng)力渦輪102的轉(zhuǎn)子葉片104的風(fēng)導(dǎo)致對應(yīng)葉片104的旋轉(zhuǎn)。 旋轉(zhuǎn)的葉片104將到來的風(fēng)的動能中的至少一些轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，因而降低了在下游風(fēng)力渦 輪102處經(jīng)受的風(fēng)速，并且還增大了湍流。
[0042] 由于風(fēng)力渦輪102的功率輸出與到來的風(fēng)速成比例，故由尾流效應(yīng)引起的下游風(fēng) 力渦輪102處的風(fēng)速降低減少了對應(yīng)的功率輸出。此外，由尾流效應(yīng)引起的湍流可由于周 期疲勞負(fù)載而損壞渦輪構(gòu)件。例如，疲勞負(fù)載可引起渦輪構(gòu)件表面上的小裂縫，其可在尺寸 上增大且蔓延，從而潛在地導(dǎo)致下游風(fēng)力渦輪102的故障。
[0043] 而且，因為風(fēng)力渦輪的獨(dú)立優(yōu)化可進(jìn)一步加劇尾流效應(yīng)，因而期望構(gòu)造風(fēng)力渦輪 102的操作，使得場水平功率輸出、AEP、和/或風(fēng)電場100中的疲勞負(fù)載保持在對應(yīng)的指定 極限內(nèi)。尤其，期望基于實時地改變尾流參數(shù)的值（例如，風(fēng)速和方向）來持續(xù)地調(diào)整互相 作用的風(fēng)力渦輪102中的各個的控制設(shè)置，使得一致地實現(xiàn)場水平性能目標(biāo)。
[0044] 因此，風(fēng)力渦輪102中的各個包括一個或更多個渦輪控制器106,其調(diào)節(jié)對應(yīng)風(fēng)力 渦輪102的操作，緩解在互相作用的風(fēng)力渦輪102組之間的尾流效應(yīng)。在一個實施例中， 渦輪控制器106基于環(huán)境條件、用戶輸入、和/或從相關(guān)場控制子系統(tǒng)108接收的命令來 調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪102的操作。因此，渦輪控制器106可包括：專用處理器、可編程邏輯控制器 (PLC)、數(shù)字信號處理器（DSP)、微計算機(jī)、專用集成電路（ASIC)和/或現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)〇
[0045] 而且，渦輪控制器106可通過有線和/或無線通信網(wǎng)絡(luò)112通信地聯(lián)接至場控制 子系統(tǒng)108和/或多個監(jiān)控設(shè)備110。通信網(wǎng)絡(luò)112例如可包括互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)（LAN)、無 線局域網(wǎng)（WLAN)、廣域網(wǎng)（WAN)，例如，全球微波互聯(lián)接入（WiMAX)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、蜂窩網(wǎng) 絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)和/或短距離網(wǎng)絡(luò)。
[0046] 而且，監(jiān)控裝置110例如包括編碼器或傳感器，其提供尾流參數(shù)（例如，風(fēng)速、風(fēng) 向、環(huán)境溫度、壓力、密度、湍流、風(fēng)切變、和/或風(fēng)力渦輪102的功率輸出）的直接或間接測 量。在某些實施例中，監(jiān)控裝置110可定位在風(fēng)電場100內(nèi)和/或外，來測量尾流參數(shù)，例 如包括不同風(fēng)力渦輪102處經(jīng)受和/或預(yù)期的風(fēng)的SCADA信息。在一個實施例中，例如，監(jiān) 控裝置110可布置在風(fēng)力渦輪102上或附近，來測量與環(huán)境條件對應(yīng)的SCADA信息。SCADA信息可由控制器106和/或場控制子系統(tǒng)108使用，來持續(xù)地估算互相作用的風(fēng)力渦輪102 的組之間的空氣動力互相作用。估算的空氣動力互相作用或尾流效應(yīng)又可用來實時地確定 用于互相作用的風(fēng)力渦輪102的組的最優(yōu)控制設(shè)置。
[0047] 在一個實施例中，監(jiān)控裝置110可構(gòu)造為在儲存庫中儲存SCADA信息以用于后面 的處理。為此，儲存庫114可借助通信網(wǎng)絡(luò)12通信地聯(lián)接至渦輪控制器106、場控制子系統(tǒng) 108、和/或監(jiān)控裝置110。而且，儲存庫114例如包括一個或更多個硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動 器、緊致盤讀/寫（CD-R/W)驅(qū)動器、數(shù)字化通用盤（DVD)驅(qū)動器、閃存驅(qū)動器、光驅(qū)、和/或 用于儲存SCADA信息的固態(tài)儲存裝置。
[0048] 在備選實施例中，監(jiān)控裝置110可構(gòu)造為在一個或更多個指定的時間間隔下將SCADA信息通信至渦輪控制器106和/或場控制子系統(tǒng)108。在某些其他實施例中，監(jiān)控裝 置110可構(gòu)造為，在接受用戶請求后、和/或在確定連續(xù)測量中的顯著改變（例如，大于5% 的改變）后，在隨機(jī)間隔下將SCADA信息通信至渦輪控制器106和/或場控制子系統(tǒng)108。
[0049] 在某些實施例中，場控制子系統(tǒng)108可構(gòu)造為使用從渦輪控制器106接收的SCADA 信息，來監(jiān)管和/或控制渦輪控制器106和/或風(fēng)力渦輪102的操作。為此，場控制子系 統(tǒng)108可包括例如一個或更多個專用處理器、DSP、微計算機(jī)、微控制器、PLC、ASIC、和/或 FPGA。盡管圖1將場控制子系統(tǒng)108示為單個中央服務(wù)器，但在備選實施例中，場控制子系 統(tǒng)108可對應(yīng)于分布式系統(tǒng)。
[0050] 而且，在一個實施例中，場控制子系統(tǒng)108使用SCADA信息以及風(fēng)電場100的幾何 布局，來基于主要的環(huán)境條件對渦輪間尾流互相作用進(jìn)行建模。例如，場控制子系統(tǒng)108可 采用數(shù)據(jù)驅(qū)動尾流建模方法，其使預(yù)測回歸模型擬合于在風(fēng)電場100中常規(guī)收集的SCADA 信息。典型地，回歸模型限定統(tǒng)計學(xué)關(guān)系，其可用來指示當(dāng)一個或更多個自變量改變且其他 自變量保持固定時因變量的改變。但是，尾流參數(shù)之間的預(yù)先確定的統(tǒng)計學(xué)關(guān)系對于尾流 參數(shù)的新值和隨后獲得的值可不保持成立。
[0051] 由此，在一個實施例中，預(yù)先確定的統(tǒng)計學(xué)關(guān)系可經(jīng)歷機(jī)器學(xué)習(xí)和利用額外尾流 參數(shù)值的隨后驗證。具體地，在某些實施例中，訓(xùn)練和驗證持續(xù)，直至使用統(tǒng)計學(xué)關(guān)系的互 相作用的風(fēng)力渦輪102的組之間的實時尾流互相作用的精確定性達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。一旦達(dá) 到穩(wěn)定狀態(tài)，那么場控制子系統(tǒng)108根據(jù)新獲得的SCADA信息識別空氣動力地互相作用的 風(fēng)力渦輪的組，并且使用統(tǒng)計學(xué)關(guān)系來確定用于風(fēng)電場100中的各組上游和下游風(fēng)力渦輪 102的組方向尾流模型。
[0052] 在某些實施例中，組方向尾流模型可構(gòu)造為基于一個或更多個預(yù)測變量、期望的 性能目標(biāo)、和/或已知的約束用來公式表示用于渦輪控制設(shè)置的優(yōu)化問題。例如，在一個實 施例中，回歸模型可有助于基于風(fēng)力渦輪102的操作狀況來確定用于風(fēng)力渦輪102的最優(yōu) 控制設(shè)置。典型地，在低風(fēng)速下，風(fēng)力渦輪102以可變速度模式操作，而在高風(fēng)速下，在額定 速度和動力模式下操作。