CN110892151B - 风力涡轮机可用电力的自适应估计 - Google Patents

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Abstract

实施例大体涉及用于操作风力发电厂的风力涡轮机的技术。一种相关联的方法包括：使用所述风力涡轮机的一个或多个传感器来确定所述风力涡轮机的第一电力产生水平；在所述风力涡轮机的无约束运行期间，使用所述第一电力产生水平来确定一个或多个可用电力校正因子；使用应用于预定义模型以估计所述风力涡轮机的可用电力的一个或多个风力参数来确定估计的可用电力值；使用所述一个或多个可用电力校正因子来调整所述估计的可用电力值以产生可用电力值；以及使用所述可用电力值来控制所述风力涡轮机产生第二电力产生水平。

Description

风力涡轮机可用电力的自适应估计
技术领域
本公开中提出的实施例大体涉及使用自适应估计的可用电力值来控制风力涡轮机电力产生(power production)的技术。
背景技术
现代电力生成和配送网络越来越依赖于可再生能源(例如风力涡轮机)。在一些情况下，风力涡轮机可以代替传统的基于化石燃料的发电机。然而，风力涡轮发电机的运行条件以及风力条件的自然变化会影响风力涡轮机可预测地输送电力的能力。另外，风力条件有时可能不适合用于生成电力。
独立于风力涡轮机在特定时间正在生成的电力，风力涡轮机可能需要提供指示其能够产生多少电力的信号。该信号可以被称为风力涡轮机在当前风力条件下的“可用电力”(或Pav)，并且可以被***操作员用来控制所连接的电网的电力平衡。在一些位置的电网规范可能相对严格，要求可用电力信号非常准确。风力涡轮机不能提供具有期望准确性的可用电力信号通常会导致风力涡轮机被认为是“不兼容”的，因此不适合在所述位置使用，这意味着会丢失风力涡轮机的潜在市场。
在无约束运行的情况下，风力涡轮机通常可以产生尽可能多的电力，使得可用电力基本上等于实际电力产生。这样，可以使用实际电力测量结果来确定可用电力的值。然而，可能难以在风力涡轮机的受约束运行期间确定可用电力信号。例如，当被命令减少其电力产生时，无法获得可用电力的直接测量结果，因此必须估计可用电力。
用于产生可用电力信号的一种可能技术是测量风力涡轮机处的风速，并从具有电力曲线的预定义查找表中访问值。然而，风力涡轮机的电力产生通常取决于风速之外的其他因素，例如风份额(wind share)、风湍流、空气密度、风力涡轮机叶片的条件(例如，叶片上是否有灰尘或冰、叶片是否未对准等)、风力涡轮机的内部电力消耗等。此外，在一些情况下，可能难以获取精确的风速测量结果来使用例如查找表估计风力涡轮机的电力产生。
发明内容
本公开的一个实施例是一种操作风力涡轮机的方法。所述方法包括：使用所述风力涡轮机的一个或多个传感器来确定所述风力涡轮机的第一电力产生水平；在所述风力涡轮机的无约束运行期间，使用所述第一电力产生水平来确定一个或多个可用电力校正因子；使用应用于预定义模型以估计所述风力涡轮机的可用电力的一个或多个风力参数来确定估计的可用电力值；使用所述一个或多个可用电力校正因子来调整所述估计的可用电力值以产生可用电力值；以及使用所述可用电力值来控制所述风力涡轮机产生第二电力产生水平。
本文描述的技术有利地允许提高风力涡轮机的可用电力计算的准确性。在一些情况下，所述可用电力校正因子可以被自适应地更新，使得可以减轻在基于模型的估计的可用电力值中出现的误差(由于变化的条件、受约束运行等)。更加准确的可用电力计算可以使风力涡轮机在受约束运行时段期间(例如，在不需要不必要地抑制电力的输送的情况下)产生额外的电力。更加准确的可用电力计算还可以使风力涡轮机满足严格的电网规范要求。这些中的每一个通常都支持增加风力涡轮机的运行的收入生成。
本公开的另一个实施例是一种风力涡轮机，包括：被配置为产生电力的发电机；一个或多个传感器；以及包括与所述发电机通信耦接的一个或多个计算机处理器的控制装置。所述控制装置被配置为：使用所述一个或多个传感器来确定所述风力涡轮机的第一电力产生水平；在所述风力涡轮机的无约束运行期间，使用所述第一电力产生水平来确定一个或多个可用电力校正因子；使用应用于预定义模型以估计所述风力涡轮机的可用电力的一个或多个风力参数来确定估计的可用电力值；使用所述一个或多个可用电力校正因子来调整所述估计的可用电力值以产生可用电力值；以及使用所述可用电力值将控制信号传输到所述发电机，使得所述风力涡轮机产生第二电力产生水平。
风力涡轮机有利地允许提高可用电力计算的准确性。在一些情况下，所述可用电力校正因子可以被自适应地更新，使得可以减轻在基于模型的估计的可用电力值中出现的误差(由于变化的条件、受约束运行等)。更加准确的可用电力计算可以使风力涡轮机在受约束运行时段期间(例如，在不需要不必要地抑制电力的输送的情况下)产生额外的电力。更加准确的可用电力计算还可以使风力涡轮机满足严格的电网规范要求。这些中的每一个通常都支持增加风力涡轮机的运行的收入生成。
本公开的另一个实施例是一种用于风力涡轮机的控制装置。所述控制装置包括一个或多个计算机处理器，所述一个或多个计算机处理器被配置为：使用所述风力涡轮机的一个或多个传感器来测量所述风力涡轮机的第一电力产生水平；在所述风力涡轮机的无约束运行期间，使用所测量的第一电力产生水平来确定一个或多个可用电力校正因子；使用应用于预定义模型以估计所述风力涡轮机的可用电力的一个或多个风力参数来确定估计的可用电力值；使用所述一个或多个可用电力校正因子来调整所述估计的可用电力值以产生可用电力值；以及使用所述可用电力值来控制所述风力涡轮机产生第二电力产生水平。
该控制装置有利地允许提高风力涡轮机的可用电力计算的准确性。在一些情况下，所述可用电力校正因子可以被自适应地更新，使得可以减轻在基于模型的估计的可用电力值中出现的误差(由于变化的条件、受约束运行等)。更加准确的可用电力计算可以使风力涡轮机在受约束运行时段期间(例如，在不需要不必要地抑制电力的输送的情况下)产生额外的电力。更加准确的可用电力计算还可以使风力涡轮机满足严格的电网规范要求。这些中的每一个通常都支持增加风力涡轮机的运行的收入生成。
附图说明
因此，以本公开的上述特征可以被详细地理解的方式，可以通过参考实施例(所述实施例中的一些在附图中显示)来对本公开(上面已对本公开进行简要概述)进行更具体的描述。然而，应当注意，附图仅显示出本公开的典型实施例，因此不应被认为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他等效实施例。
图1显示了根据一个实施例的水平轴风力涡轮机的示意图。
图2显示了根据一个实施例的与电网可操作地连接的风力发电厂。
图3是显示根据一个实施例的用于确定可用电力值的风力涡轮机控制器的图。
图4显示了根据一个实施例的操作风力涡轮机的方法。
图5A是显示根据一个实施例的错误的可用电力估计的曲线图。
图5B是显示根据一个实施例的自适应估计的可用电力值的曲线图。
为了便于理解，只要有可能，则使用相同的附图标记来表示附图共有的相同元件。可以预期的是，在一个实施例中公开的元件可以被有益地用于其他实施例，而无需进一步叙述。
具体实施方式
实施例大体涉及用于操作风力发电厂的风力涡轮机的技术。一种相关联的方法包括：使用所述风力涡轮机的一个或多个传感器来确定所述风力涡轮机的第一电力产生水平；在所述风力涡轮机的无约束运行期间，使用所述第一电力产生水平来确定一个或多个可用电力校正因子；使用应用于预定义模型以估计所述风力涡轮机的可用电力的一个或多个风力参数来确定估计的可用电力值；使用所述一个或多个可用电力校正因子来调整所述估计的可用电力值以产生可用电力值；以及使用所述可用电力值来控制所述风力涡轮机产生第二电力产生水平。
本文描述的技术有利地允许提高风力涡轮机的可用电力计算的准确性。在一些情况下，所述可用电力校正因子可以被自适应地更新，使得可以减轻在基于模型的估计的可用电力值中出现的误差(由于变化的条件、受约束运行等)。更加准确的可用电力计算可以使风力涡轮机在受约束运行时段期间(例如，在不需要不必要地抑制电力的输送的情况下)产生额外的电力。更加准确的可用电力计算还可以使风力涡轮机满足严格的电网规范要求。这些中的每一个通常都支持增加风力涡轮机的运行的收入生成。
图1显示了水平轴风力涡轮机(或“风力涡轮发电机”，“WTG”)100的示意图。风力涡轮机100通常包括塔架102和位于塔架102的顶部的机舱104。风力涡轮机转子106可以通过从机舱104延伸出的低速轴与机舱104连接。如图所示，风力涡轮机转子106包括安装在公共轮毂110上的三个转子叶片108，但是也可以包括任何合适数量的叶片(例如一个、两个、四个、五个或更多个叶片)。叶片108(或翼型件)通常具有空气动力学形状，所述空气动力学形状具有用于面对风的前缘112、位于叶片108的弦线的相对端处的后缘114、梢端116以及用于以任何合适的方式附接到轮毂110的根部118。对于一些实施例，叶片108可以使用变桨轴承120连接到轮毂110，使得每个叶片108可以围绕其纵向轴线旋转以调节叶片的桨距。
图2显示了根据一个实施例的与电网205可操作地连接的风力发电厂(或“WPP”)200。一般来说，WPP 200也可以被称为“风电园区(wind farm)”或“风电场(wind park)”。WPP 200包括在公共耦接点(PCC)210处与电网205可操作地连接的多个WTG 100(即，风力涡轮机100-1、100-2、…、100-N)。电网205代表可以在一个或多个电压下运行的任何合适的电传输和/或配送网。电网205旨在代表许多传输线、变压器、变电站、发电厂等。
每个WTG 100-1、100-2、…、100-N包括发电机(未示出)，该发电机被配置为将风力涡轮机转子106的机械能转换为作为各自的电力输出225-1、225-2、…、225-N的一相或多相电力，所述电力输出225-1、225-2、…、225-N最终可以输送到电网205以及与其相连的任何负载。如本领域技术人员所知，该发电机可以是任何合适的类型。
使用控制装置来控制风力发电厂200的运行，该控制装置包括WPP控制器205(也称为“电厂控制器”或“PPC”)，该WPP控制器使用任何合适的通信方式(无论是基于有线的、无线的还是光学的等等)与一个或多个WTG控制器230通信耦接。在一些实施例中，每个WTG100由单独的WTG控制器230控制。在各个实施例中，WTG 100-1、100-2、…、100-N基于由WPP控制器205和/或由WTG控制器230提供的控制信号来产生电力。WTG控制器230可以使用通信连接向WPP控制器220提供反馈信号和/或其他信息。
电力输出215由WPP控制器220控制，并且表示由WPP 200输送到电网205的总电力输出。在一个实施例中，电力输出215是各个电力输出225-1、225-2、…、225-N的集合。在另一实施例中，除了电力输出225-1、225-2、…、225-N之外，电力输出215还可以包括来自信号调节和/或由WPP控制器220控制的其他电力源或负载(例如能量存储装置)的运行的影响。
WTG控制器230包括一个或多个处理器235以及内存240。处理器235可以具有任何合适的形式(诸如通用微处理器、控制器、专用集成电路(ASIC)等)。内存240可以包括针对其大小、相对性能或其他能力而选择的各种计算机可读介质：易失性和/或非易失性介质、可移动和/或不可移动介质等。尽管未明确描绘，但是WPP控制器220可以包括具有与WTG控制器230的处理器235和内存240相似的特性的一个或多个处理器和/或内存。
内存240可以包括用于执行本文描述的各种功能的一个或多个模块。所述一个或多个模块大体包括可由处理器235中的一个或多个执行的程序代码。然而，所述一个或多个模块可以完全以硬件、完全以软件(包括固件、常驻软件、微代码等)或以包括软件和硬件的组合实现方式来实现。如图所示，内存240包括可用电力估计模块245。还参考图3描述了附加的功能模块。
可用电力估计模块245被配置为产生可用电力值265，该可用电力值265表示对应的WTG 100在当前风力条件下无约束运行时的可用电力产生。可用电力值265可以被传递到WPP控制器220。WPP控制器220可以使用由不同的WTG 100-1、100-2、…、100-N提供的可用电力值265来控制WPP 200的电力产生的分配。
可用电力估计模块245包括预定义的可用电力模型250，所述预定义的可用电力模型250用于基于一个或多个风力参数270来确定估计的可用电力值。可用电力模型250可以以任何合适的形式体现，例如具有根据一个或多个风力参数270和/或WTG 100的电力产生索引的估计的可用电力值的查找表。另一个非限制性示例包括接收一个或多个风力参数270的值的预定义函数。
可以使用与WTG控制器230耦接的一个或多个传感器285来获取风力参数270。所述一个或多个传感器285可以是任何合适的类型，并且可以包括风速计、温度传感器、气压传感器、湿度传感器、转速传感器、桨距角传感器、电力传感器等。可以从所述一个或多个传感器285直接感测到测量参数275，并且可以使用一个或多个测量参数275来确定估计参数280。测量参数275的一些非限制性示例是从风速计获取的风速测量结果，以及使用温度数据、气压数据和/或湿度数据获取的空气密度测量结果。估计参数280的一些非限制性示例是从风速测量结果导出的估计的风速测量结果(例如，低通滤波后的风速测量信号)和估计的空气密度测量结果。
然而，每个WTG 100的可用电力产生可能取决于在可用电力模型250中未考虑的其他因素，使得使用可用电力模型250产生的估计的可用电力值并不是在所有情况下都准确。所述其他因素可以包括与风有关的因素和/或与WTG有关的因素。与风有关的因素可以反映在风力参数270中，但这不是必需的。与风有关的因素的一些非限制性示例是WTG 100的风份额、风湍流和空气密度。与WTG有关的因素的一些非限制性示例是WTG100的叶片条件(例如叶片上的灰尘或冰、叶片磨损、叶片未对准等)以及WTG 100的内部电力消耗。
在一些实施例中，可用电力模型250可以使用关于WTG 100的基本参数、WTG 100的预期空气动力学效率(或“Cp表”)、空气密度(ρ)和风速(V)的知识。例如，在稳定状态(即无转子加速度)下，可用电力Pav可以根据以下等式描述：
Figure BDA0002371115190000071
其中Cp是桨距角、转速和风速的函数，并且其中A是转子扫过的面积。
在WTG 100的受约束运行期间(例如，在从WPP控制器220接收到降额参考信号之后)，对应于WTG 100的无约束运行，可以知道最佳桨距角和最优转子速度，因为这些参数可以从风速的测量结果或估计结果导出。根据最佳转子速度和最佳桨距角，可以进行Cp表查找，以确定WTG 100在不同条件下的预期空气动力学效率的值。在一些情况下，可以根据温度测量结果和WTG 100在海平面以上的高度来估计空气密度。因此，可用电力可以描述为：
Figure BDA0002371115190000072
然而，由于以下原因中的任一项，可用电力模型250仍可能不准确：
1.***误差。
a.Cp表不准确。Cp表的质量可能会较低，尤其是对于Cp表未经校准的WTG 100的受约束运行(例如，在降额电力产生期间)。例如，可能Cp表被生成为对应于特定的风速(例如，9米/秒(m/s))，并且在WTG 100的降额运行期间，叶片扭转将会改变。
b.环境条件。诸如风份额和风湍流的因素影响转子的空气动力学效率。Cp表通常被生成为对应于一些特定的环境条件。如果实际环境条件不同，则可用电力估计可能不准确。
c.测量结果不准确。例如，如果估计的空气密度或风速不正确，则可能导致可用电力估计出现***误差。具体而言，(估计的)风速进入等式中被三次方，因此，不正确的风速测量结果对可用电力估计具有很大影响。尽管可以使用实际风速测量结果代替估计的风速，但估计的风速往往更可靠。
2.随着时间而发展的误差。通常，叶片的特性在WTG 100的运行寿命期间会缓慢变化。在一个示例中，随着叶片变脏，空气动力学效率会降低。在另一个示例中，在寒冷的气候中，冰可能会形成在叶片上并改变空气动力学效率。相对于可用电力信号通常所需的时间分辨率，这些因素中的每一个往往相当缓慢地变化(例如，对冰而言在几小时的范围内，对灰尘而言在几个月或几年的范围内)，并导致可用电力估计的质量缓慢降低。此外，脏的叶片可能导致WTG 100的空气动力学效率持续下降，而覆冰的叶片可能导致WTG 100的空气动力学效率较为暂时地下降。
3.控制器引起的误差。取决于电力产生水平，控制器可以不同地影响WTG 100的运行。例如，当在额定风速附近运行时，控制器可能会在满负荷生产期间施加推力限制。推力限制的水平可能取决于风的湍流水平。如果从满负荷生产降低电力(即受约束)，则叶片负载将减少，并且控制器可以消除推力限制。因此，在降额运行期间，如果WTG 100在不降额的情况下运行，可能难以准确地确定推力限制将如何影响可用电力估计。
在图5A中显示了可用电力模型250的可能的不准确性的影响的一些示例。
在一些实施例中，可用电力估计模块245具有一个或多个可用电力校正因子255(也被描述为可用电力校正因子F1、F2、…、FJ)，其被用于为模型估计的可用电力值生成一个或多个校正值260(也被描述为的校正值C1、C2、…、CK)。所述一个或多个可用电力校正因子255可以是静态因子，或者可以由WTG控制器230动态更新。在一些实施例中，所述一个或多个可用电力校正因子255在WTG 100的无约束运行时段期间被更新，并且在WTG 100的受约束运行(例如，降额运行)时段期间不被更新。将所述一个或多个校正值260应用于模型估计的可用电力值以产生可用电力值265。例如，校正值260可以以数学方式与模型估计的可用电力值组合(例如加到模型估计的可用电力值中或与模型估计的可用电力值相乘)。
在一些实施例中，使用所述一个或多个可用电力校正因子255来确定所述一个或多个校正值260。例如，所述一个或多个校正值260可以是多个可用电力校正因子255的数学组合。在另一示例中，所述一个或多个校正值260可以与所述一个或多个可用电力校正因子255相同。
所述可用电力校正因子255和/或所述一个或多个校正值260可以取决于一个或多个风力参数270。例如，控制器引起的误差可以极大地取决于WTG 100处的风速。在一些实施例中，可用电力估计模块245保持对应于所述一个或多个风力参数270的不同值的多个校正值260。所述多个校正值260中的每个校正值260可以对应于所述一个或多个风力参数270的特定值或范围。
在一些实施例中，可以基于所述一个或多个风力参数270的值来应用特定的校正值C1、C2、...、CK。例如，可以在相应的风速间隔期间应用每一个校正值C1、C2、...、CK：在风速值为0.5米/秒(m/s)至1.5m/s时应用C1，C2对应于1.5m/s至2.5m/s，C3对应于2.5m/s至3.5m/s，依此类推。尽管此相对简单的示例包括针对每个校正值C1、C2、...、CK的对应的1m/s间隔，但其他实施例可以具有不同大小的间隔和/或针对不同的校正值C1、C2、...、CK具有不同的间隔大小。例如，对于风力参数270的预期运行范围，间隔大小可以更小(对应于校正值C1、C2、…、CK的更高分辨率)。此外，尽管针对单个风力参数270(即风速)进行了描述，但是校正值C1、C2、...、CK可以对应于多个风力参数270。
在一些实施例中，至少部分地基于所述一个或多个风力参数270的值来动态地更新各个可用电力校正因子F1、F2、...、FJ。例如，每个可用电力校正因子F1、F2、...、FJ可以在相应的风速间隔内更新，在一些情况下，该风速间隔可以对应于用于应用校正值C1、C2、…、CK的风速间隔。在一些实施例中，可以仅在风速处于对应的风速间隔内的时段期间动态地更新每个可用电力校正因子F1、F2、...、FJ。此外，可以基于一个或多个其他风力参数270和/或基于WTG 100的电力产生来启用或禁用可用电力校正因子F1、F2、…、FJ的动态更新。例如，特定的可用电力校正因子F2可以仅在以下时段期间进行更新，在所述时段中：(1)风速处于对应于可用电力校正因子F2的风速间隔内；(2)WTG 100以无约束电力产生运行；并且(3)风湍流小于预定义的值。用于动态更新可用电力校正因子F1、F2、...、FJ的条件的其他组合也是可能的。
一个或多个可用电力校正因子F1、F2、...、FJ的动态更新可以使得一个或多个校正值C1、C2、...、CK的计算也被更新。因此，在一些实施例中，至少部分地基于所述一个或多个风力参数270的值来动态地更新所述一个或多个校正值C1、C2、…、CK。
所述可用电力校正因子F1、F2、...、FJ和/或所述一个或多个校正值C1、C2、...、CK的动态更新可以进一步基于表示所确定的WTG 100的电力产生水平和模型估计的可用电力值之间的差的差值(或误差值)。在一些实施例中，可用电力估计模块245将低通滤波器应用于该差值，所述低通滤波器可以具有相对长的时间常数。例如，该低通滤波器可以具有大约30分钟或更长的时间常数，尽管其他值也是可能的。在一些实施例中，该差值可以在WTG100的无约束运行时段期间被最可靠地确定，因为可用电力值265应当基本上等于WTG 100的实际(且可测量的)电力产生水平。
尽管主要针对WTG 100的无约束运行进行了讨论，但是所述可用电力校正因子F1、F2、...、FJ和/或所述一个或多个校正值C1、C2、...、CK的动态更新可以附加地或替代地在WTG 100的受约束运行时段期间执行。在这种情况下，当对电力产生施予的特定约束对应于对模型估计的可用电力值的适当可预测的影响时，可用电力估计模块245可以启用动态更新。相反，当对电力产生施加的任何约束对模型估计的可用电力值具有不可预测的影响时，可用电力估计模块245可以禁用动态更新。例如，在恶劣天气条件下可以禁用动态更新。在一些实施例中，可以使用在风力涡轮机塔架的顶部处测量的振荡水平和/或使用风力涡轮机叶片的负载的振荡水平来确定恶劣天气条件。在一个示例中，振荡水平的标准偏差值可以用于确定恶劣天气条件的存在或不存在。在另一个示例中，振荡水平的均方根(RMS)值可以用于确定恶劣天气条件的存在或不存在。
也可以使用用于更新可用电力校正因子F1、F2、...、FJ和/或更新以及应用所述一个或多个校正值C1、C2、...、CK的其他技术。在一个实施例中，可用电力估计模块245执行多项式回归运算以确定校正值C1、C2、…、CK。此外，可用电力估计模块245可以使用个体差异值来更新可用电力校正因子F1、F2、...、FJ中的一些或全部和/或所述一个或多个校正值C1、C2、...、CK中的一些或全部。在这种情况下，可以例如根据风速对不同的可用电力校正因子F1、F2、...、FJ和/或校正值C1、C2、...、CK的更新量进行加权处理。例如，如果风速是7.8m/s，则可以将差值与加权因子0.5一起使用以更新校正值C7(对应于6.5m/s至7.5m/s的风速间隔)，并且可以将差值与加权因子0.8一起使用以更新校正因子C8(对应于7.5m/s至8.5m/s的风速间隔)。类似地，在确定校正值时，在一些实施例中，可用电力估计模块245例如基于风速执行多个校正值C1、C2、…、CK的线性插值。例如，如果风速是7.8m/s，则可以根据C＝(0.2×C7)+(0.8×C8)来计算校正值。用于动态更新的其他技术也是可能的。
图3是显示根据一个实施例的用于确定可用电力值的WTG控制器230的图300。风力涡轮机控制器230可以与本文公开的其他实施例结合使用。
如图所示，WTG控制器230包括电力产生模块305和可用电力估计模块245。电力产生模块305被配置为控制相关联的WTG 100的电力产生。例如，电力产生模块305可以被配置为：接收指示所请求的电力产生的需求信号，并且生成用于WTG 100的发电机和/或转换器的控制信号以满足所请求的电力产生。电力产生模块305可以获取传感器测量结果，例如以确定WTG 100的电力产生水平355，并且可以进一步基于传感器测量结果或从中导出的参数来适配控制信号。
可用电力估计模块245包括预定义的可用电力模型250，所述可用电力模型250被配置为使用估计的风速325和估计的空气密度330来生成估计的可用电力值335。在其他实施例中，估计的可用电力值335可以基于风力参数的不同组合。在加法器340中将(模型)估计的可用电力值335与校正值260相加，以产生可用电力值350。在一些情况下，可用电力值350可以从WTG控制器230输出，例如，被传递到WPP控制器。
在加法器345中从电力产生水平355中减去可用电力值350，以产生差信号360。将差信号360提供给校正确定模块320，校正确定模块320被配置为使用该差信号360确定和更新所述一个或多个校正值260。虽然此处未示出，但是校正确定模块320可以进一步被配置为更新一个或多个可用电力校正因子，这可以影响所述一个或多个校正值260的更新。
校正更新模块315被配置为控制校正确定模块320是否将动态地更新校正值260。在一些实施例中，校正更新模块315可以被配置为在确定了WTG的电力产生水平355基本上等于特定风力条件下的可用电力后启用校正值260的动态更新。
在一些实施例中，校正更新模块315使用估计的风速325、电力产生水平355和降额参考310产生启用信号365。例如，启用信号365可以在降额参考310具有逻辑“低”值(表明WTG 100的无约束运行)、电力产生水平355指示WTG 100正在产生电力、并且估计的风速325在期望范围内时具有逻辑“高”值(启用校正确定模块320的动态更新)。然而，启用信号365可以在降额参考310具有逻辑“高”值、电力产生水平355指示WTG没有正在产生电力或者估计的风速325在期望范围之外时具有逻辑“低”值(禁用动态更新)。
在确定启用信号365的值时，校正更新模块315可以使用其他因素或因素的组合。在一个示例中，当WTG控制器230具有“暂停”的电力产生时，启用信号365具有逻辑“低”值，使得动态更新被禁用。在另一示例中，由WTG控制器230施加的一个或多个其他约束可以使启用信号365具有逻辑“低”值，诸如以具有降低的转速设定点和/或降低的电力产生设定点的预定义负载或噪声降低模式运行，或者以增加风力涡轮机的最小总桨距角的模式运行。在另一示例中，一个或多个风力条件可以使启用信号365具有逻辑“低”值，例如风湍流强度、风切变或超过预定义的值的偏航误差。通常，所述一个或多个风力条件可能与叶片负载的不平衡有关，使得校正更新模块315可以使用检测到的不平衡来确定启用信号365。
图4显示了根据一个实施例的操作风力涡轮机的方法400。方法400可以与本文描述的其他实施例结合使用，并且可以使用诸如图2和图3的WTG控制器230的控制器来执行。
方法400开始于框405，在框405处，控制器确定风力涡轮机的第一电力产生水平。在一些实施例中，该控制器与一个或多个传感器耦接，并基于传感器测量结果确定第一电力产生水平。
在框415处，在风力涡轮机的无约束运行期间，控制器使用第一电力产生水平来确定一个或多个可用电力校正因子。在一些实施例中，确定一个或多个可用电力校正因子包括确定由预定义模型提供的估计的可用电力值与风力涡轮机的第一电力产生水平之间的差。在一些实施例中，确定一个或多个可用电力校正因子包括在风力涡轮机的无约束运行时段期间基本连续地更新所述一个或多个可用电力校正因子，并且在受约束运行时段期间不更新所述一个或多个可用电力校正因子。
替代地，可以在风力涡轮机的受约束运行期间(其中，控制器确定对电力产生施予的特定约束对应于对模型估计的可用电力值的适当可预测的影响)确定所述一个或多个可用电力校正因子。
在框425处，控制器使用应用于预定义模型以估计风力涡轮机的可用电力的一个或多个风力参数来确定估计的可用电力值。在一个实施例中，应用于预定义模型的一个或多个风力参数包括以下各项中的一项或多项：实际风速、估计的风速、实际空气密度和估计的空气密度。
在框435处，控制器使用一个或多个可用电力校正因子来调整估计的可用电力值以产生可用电力值。在一些实施例中，调整估计的可用电力值包括：使用所述一个或多个可用电力校正因子中的至少第一校正因子来确定第一校正值；以及将所述第一校正值应用于所述估计的可用电力值以产生可用电力值。
在框445处，控制器使用可用电力值来控制风力涡轮机产生第二电力产生水平。在一些实施例中，控制器被配置为将控制信号传输到风力涡轮机的发电机以产生第二电力产生水平。在框445完成之后，方法400结束。
图5A是显示了示例性风力涡轮机的可用电力的曲线505、风力涡轮机的电力产生的曲线510、以及风力涡轮机的在不同条件下的估计的可用电力的曲线515-1、515-2的曲线图500。从时间t0到时间t1，风力涡轮机无约束地运行，并且电力产生(曲线510)和可用电力(曲线505)基本相等。在时间t1处，风力涡轮机接收降额参考信号，从而使风力涡轮机具有受约束的运行。在时间t1和t2之间，风力涡轮机的电力产生减少到小于可用电力。在时间t2处，风力涡轮机恢复无约束运行，并且电力产生再次基本上等于可用电力。
曲线515-1显示了风力涡轮机的估计的可用电力被估计得过高的情况。估计得过高可能是例如由风力涡轮机的预期空气动力学效率(或Cp表)不准确、诸如可变推力限制的由控制器施加的约束或由形成在风力涡轮机的叶片上的冰引起的。
曲线515-2显示了估计的可用电力在无约束运行时段期间相对准确、但是在受约束运行期间变得不准确的情况。例如，风力涡轮机的预期空气动力学效率可能是相对准确的，但是由例如在时间t1和t2之间使风力涡轮机降额引起的测量的或估计的风速的变化导致估计的可用电力减小。换句话说，尽管自由风速不会由于风力涡轮机的降额而改变，但是降额可能例如通过使叶片变桨而使风力涡轮机在不同的运行点下运行。不同的运行点可以对应于转子处的电力输入与风力涡轮机的电力输出之间的新平衡。就估计的或测量的风速而言，新的运行点可能不会产生相同的结果。例如，在估计的风速的情况下，该估计可能基于Cp表的另一个不太准确的部分。在测量的风速的情况下，由于风场的旋转不同，校准可能不再准确。
图5B是显示根据一个实施例的示例性风力涡轮机的自适应估计的可用电力值的曲线图550。在时间t0处，风力涡轮机的估计的可用电力的曲线555与电力产生(曲线510)不同。例如，该差异可能由风力涡轮机的预期空气动力学效率的不准确性引起。在一些实施例中，在更新时段560-1(在时间t0和t1之间)期间，此时可用电力和电力产生基本相等时(对应于无约束运行)，动态地更新和应用校正值。结果，在更新时段560-1期间，估计的可用电力的曲线555向曲线505、510收敛，从而指示估计的可用电力和实际可用电力505之间的差减小。
风力涡轮机在时间t1和t2之间的降额运行对应于非更新时段565，在该非更新时段565中，不更新(或“冻结”)校正值。如图所示，由于先前更新的校正值，在非更新时段565期间，估计的可用电力(曲线555)更接近地估计的可用电力(曲线505)。当风力涡轮机的无约束运行在时间t2处恢复时，在更新时段560-2期间，校正值被动态地更新和应用。
在前面，参考了本公开中提出的实施例。然而，本公开的范围不限于特定描述的实施例。反之，可以考虑前述特征和元素的任何组合(无论是否涉及不同的实施例)来实现和实践所考虑的实施例。此外，尽管本文公开的实施例可以实现优于其他可能的解决方案或优于现有技术的优点，但是通过给定的实施例是否能够实现特定的优点并不限制本公开的范围。因此，除非在一个或多个权利要求中明确叙述，否则前述方面、特征、实施例和优点仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求的元素或限制。同样，除非在一个或多个权利要求中明确叙述，否则对“本发明”的引用不应被解释为对本文所公开的任何发明主题的概括，并且不应被视为所附权利要求的元素或限制。
如本领域的技术人员将理解的那样，本文公开的实施例可以体现为***、方法或计算机程序产品。因此，各方面可以采取全硬件实施例、全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或结合了软件和硬件方面的实施例的形式，其在本文中通常都被称为“电路”、“模块”或***。此外，各方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有包含在其上的计算机可读程序代码。包含在计算机可读介质上的程序代码可以使用任何适当的介质来传输，所述介质包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等或前述的任何合适组合。
上面参考根据本公开中提出的实施例的方法、装置(***)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各方面。应当理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式运转，使得存储在计算机可读介质中的指令产生制品，所述制品包括实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令。
附图中的流程图和框图显示了根据各个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和运行。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示代码的包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令的模块、区段或部分。应当注意，在一些替代实施方式中，框中指出的功能可以不按图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，实际上可以基本上同时执行连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行这些框。还应注意，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于硬件的专用***来实现，或者由专用硬件和计算机指令的组合来实现。
鉴于前述内容，本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (23)

1.一种操作风力涡轮机的方法，所述方法包括：
在所述风力涡轮机的无约束运行期间：
使用所述风力涡轮机的一个或多个传感器来确定所述风力涡轮机的第一电力产生水平；
使用所述第一电力产生水平来确定一个或多个可用电力校正因子；
使用应用于预定义模型以估计所述风力涡轮机的可用电力的一个或多个风力参数来确定估计的可用电力值；
使用所述一个或多个可用电力校正因子来调整所述估计的可用电力值以产生可用电力值；以及
在所述风力涡轮机的受约束运行期间：
使用所述可用电力值来控制所述风力涡轮机产生第二电力产生水平；
其中，在所述风力涡轮机的无约束运行期间更新所述一个或多个可用电力校正因子，并且在所述风力涡轮机的受约束运行期间不更新所述一个或多个可用电力校正因子。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以下步骤中的每一个都在所述风力涡轮机的受约束运行期间执行：(i)确定所述估计的可用电力值，(ii)产生所述可用电力值，以及(iii)控制所述风力涡轮机产生所述第二电力产生水平，
其中所述受约束运行包括所述风力涡轮机的降额运行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述一个或多个可用电力校正因子来调整所述估计的可用电力值包括：
使用所述一个或多个可用电力校正因子中的至少第一校正因子来确定第一校正值；以及
将所述第一校正值应用于所述估计的可用电力值以产生所述可用电力值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定一个或多个可用电力校正因子包括：
确定所述估计的可用电力值与所述风力涡轮机的所述第一电力产生水平之间的差。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定一个或多个可用电力校正因子通过对所述差应用低通滤波器来执行，并且
其中，所述低通滤波器的时间常数为30分钟或更大。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，应用于所述预定义模型的所述一个或多个风力参数包括以下各项中的一项或多项：实际风速、估计的风速、实际空气密度和估计的空气密度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定一个或多个可用电力校正因子包括：
在所述风力涡轮机的无约束运行时段期间基本上连续地更新所述一个或多个可用电力校正因子，并且
其中在所述风力涡轮机的受约束运行时段期间不更新所述一个或多个可用电力校正因子。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，确定一个或多个可用电力校正因子包括确定多个可用电力校正因子，并且
其中所述多个可用电力校正因子中的每个校正因子对应于多个风速间隔中的相应风速间隔。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定多个可用电力校正因子包括：
当确定的风速处于所述多个风速间隔中的对应于第一校正因子的第一风速间隔内时，更新所述多个可用电力校正因子中的至少第一校正因子。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
通过对所述多个可用电力校正因子中的所述第一校正因子和至少第二校正因子进行插值来确定第一校正值；
其中，使用一个或多个可用电力校正因子来调整所述估计的可用电力值包括：
将所述第一校正值应用于所述估计的可用电力值以产生所述可用电力值。
11.一种风力涡轮机，包括：
被配置为产生电力的发电机；
一个或多个传感器；以及
包括与所述发电机通信耦接的一个或多个计算机处理器的控制装置，所述控制装置被配置为：
在所述风力涡轮机的无约束运行期间：
使用所述一个或多个传感器来确定所述风力涡轮机的第一电力产生水平；
使用所述第一电力产生水平来确定一个或多个可用电力校正因子；
使用应用于预定义模型以估计所述风力涡轮机的可用电力的一个或多个风力参数来确定估计的可用电力值；
使用所述一个或多个可用电力校正因子来调整所述估计的可用电力值以产生可用电力值；以及
在所述风力涡轮机的受约束运行期间：
使用所述可用电力值将控制信号传输到所述发电机，使得所述风力涡轮机产生第二电力产生水平；
其中，在所述风力涡轮机的无约束运行期间更新所述一个或多个可用电力校正因子，并且在所述风力涡轮机的受约束运行期间不更新所述一个或多个可用电力校正因子。
12.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其中，以下步骤中的每一个都在所述风力涡轮机的受约束运行期间执行：(i)确定所述估计的可用电力值，(ii)产生所述可用电力值，以及(iii)将控制信号传输到所述发电机，
其中所述受约束运行包括所述风力涡轮机的降额运行。
13.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其中，使用所述一个或多个可用电力校正因子来调整所述估计的可用电力值包括：
使用所述一个或多个可用电力校正因子中的至少第一校正因子来确定第一校正值；以及
将所述第一校正值应用于所述估计的可用电力值以产生所述可用电力值。
14.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其中，确定一个或多个可用电力校正因子包括：
确定所述估计的可用电力值与所述风力涡轮机的所述第一电力产生水平之间的差。
15.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其中，应用于所述预定义模型的所述一个或多个风力参数包括以下各项中的一项或多项：实际风速、估计的风速、实际空气密度和估计的空气密度。
16.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其中，确定一个或多个可用电力校正因子包括：
在所述风力涡轮机的无约束运行时段期间基本上连续地更新所述一个或多个可用电力校正因子，并且
其中在所述风力涡轮机的受约束运行时段期间不更新所述一个或多个可用电力校正因子。
17.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其中，确定一个或多个可用电力校正因子包括确定多个可用电力校正因子，并且
其中所述多个可用电力校正因子中的每个校正因子对应于多个风速间隔中的相应风速间隔。
18.一种用于风力涡轮机的控制装置，所述控制装置包括一个或多个计算机处理器，所述一个或多个计算机处理器被配置为：
在所述风力涡轮机的无约束运行期间：
使用所述风力涡轮机的一个或多个传感器来测量所述风力涡轮机的第一电力产生水平；
使用所测量的第一电力产生水平来确定一个或多个可用电力校正因子；
使用应用于预定义模型以估计所述风力涡轮机的可用电力的一个或多个风力参数来确定估计的可用电力值；
使用所述一个或多个可用电力校正因子来调整所述估计的可用电力值以产生可用电力值；以及
在所述风力涡轮机的受约束运行期间：
使用所述可用电力值来控制所述风力涡轮机产生第二电力产生水平；
其中，在所述风力涡轮机的无约束运行期间更新所述一个或多个可用电力校正因子，并且在所述风力涡轮机的受约束运行期间不更新所述一个或多个可用电力校正因子。
19.根据权利要求18所述的控制装置，其中，以下步骤中的每一个都在所述风力涡轮机的受约束运行期间执行：(i)确定所述估计的可用电力值，(ii)产生所述可用电力值，以及(iii)控制所述风力涡轮机产生所述第二电力产生水平，
其中所述受约束运行包括所述风力涡轮机的降额运行。
20.根据权利要求18所述的控制装置，其中，使用所述一个或多个可用电力校正因子来调整所述估计的可用电力值包括：
使用所述一个或多个可用电力校正因子中的至少第一校正因子来确定第一校正值；以及
将所述第一校正值应用于所述估计的可用电力值以产生所述可用电力值。
21.根据权利要求18所述的控制装置，其中，确定一个或多个可用电力校正因子包括：
确定所述估计的可用电力值与所测量的风力涡轮机的第一电力产生水平之间的差。
22.根据权利要求18所述的控制装置，其中，应用于所述预定义模型的所述一个或多个风力参数包括以下各项中的一项或多项：实际风速、估计的风速、实际空气密度和估计的空气密度。
23.根据权利要求18所述的控制装置，其中，确定一个或多个可用电力校正因子包括：
在所述风力涡轮机的无约束运行时段期间基本上连续地更新所述一个或多个可用电力校正因子，并且
其中在所述风力涡轮机的受约束运行时段期间不更新所述一个或多个可用电力校正因子。
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