CN112523947A - 用于调整风力涡轮的多维操作空间的***和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于调整风力涡轮的多维操作空间的方法包括经由中央多维操作空间控制器来从多个修改操作空间请求器接收多个信号。多个信号中的每个包括数据结构，其具有操作空间中的多个维度的被请求设定点。方法还包括经由中央多维操作空间控制器来跟踪操作空间中的多个维度的当前设定点。而且，方法包括经由中央多维操作空间控制器来基于被请求设定点而动态地确定输出信号，输出信号包括操作空间中的多个维度的当前设定点的一个或多个改变。此外，方法包括基于输出信号而控制风力涡轮，以便提供修改多维操作空间。

Description

用于调整风力涡轮的多维操作空间的***和方法
技术领域
本公开大体上涉及风力涡轮，并且更具体地涉及用于调整风力涡轮的多维操作空间的***和方法。
背景技术
风力被视为目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，并且，就此而言，风力涡轮已得到更多的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片是用于使风能转换成电能的主要元件。叶片典型地具有翼型件的横截面轮廓，以致于在操作期间，空气流过叶片，从而在叶片的侧面之间产生压力差。结果，从压力侧指向吸力侧的升力作用于叶片。升力在主转子轴上产生转矩，主转子轴连接到发电机，以便产生电力。
风力涡轮的操作空间可被看作在广义地考虑的控制***内的设定点的标称值、计划和/或极限。因而，操作空间维度可包括但不限于标称目标叶梢速度比、转子最小电网连接速度、转子最大速度、最大功率输出、最小功率输出、速度和功率设定点、最大转子推力、推力设定点、最小或最大叶片桨距角、叶片桨距角偏移和/或其的极限、导致停机或减载(reduced)操作的暴风速度、无功功率目标和极限等等。
在早期的风力发电产业中，许多风力涡轮设计成以固定速度、固定功率水平以及固定桨距操作。控制相对简单，从而甚至在数字控制器的开发之前存在于电路中。在这样的实例中，风力涡轮可起动，在其固定操作空间内操作，并且在发生与默认空间不兼容的任何事件的情况下停机。在风力发电产业连同其它开发中的数十年里，越来越多地要求风力涡轮能够对操作功率、操作噪声水平以及其它方面进行更多的增量调整，以适应不同操作情形，而没有诸如停机的激烈措施(由此损失所有能量生产)。
类似地，风力发电产业已认识到，在某些高度理想的操作情形下，对操作空间的一些调整可沿“向上”方向，从而增加速度或功率，例如以在尤其良好的状况下从风捕获更多的能量。用以处理对操作空间的这样的调整的初始软件架构是简单的，因为所调整的维度的数量小。
专用单维削减(curtailment)处理机的开发在产业中变得普遍，例如，以响应于来自电网的削减请求而降低最大功率水平，或增大桨距角以降低功率或噪声水平。随着产业发展，操作空间的定制的更多的原因开始起作用。例如，风力涡轮可降低功率，以减少在热天气下在各种电气构件中产生的热，或当某些传感器不可用时，风力涡轮可按某种形式的安全模式操作。
多年来，这些示例持续增加(从非常少到多达几十个)，并且大体上在本文中被称为修改(modified)操作空间请求器(RMOS)。更具体地，按全粒度观察，可能存在几十个构件超温，其在***中取得RMOS资格，例如以降低感兴趣区中的产热电力生产量。某个RMOS可能基本上起源于外部风场管理机构或***，而其它RMOS可能起源于本地现场风场水平管理。再一些其它RMOS可能起源于在硬件、软件或中央风场服务器中实现的状况监测***和具体风力涡轮的本地构件。可能存在与风品质(例如，高湍流或低湍流、高剪切或低剪切、日间状况或夜间状况)有关的若干RMOS。而且，假定风力涡轮设计可在不存在某些感测信息的情况下以降低的水平运行，则可能存在与变得不可用的传感器有关的多个RMOS。因此，存在噪声RMOS、电网容量RMOS以及类似物，从而容易增大总体RMOS的数量。
因此，近年来，风力涡轮控制策略已从简单的单输入单输出构造发展成更复杂的基于模型的、多变量的且现代的控制策略。更具体地，操作策略被更错综复杂地形成，以使在许多特殊状况和情形(诸如，尤其静风或湍流风、尤其高温或低温、不存在某些感测信息等等)下的能量捕获最大化。
此外，常规削减受限制(诸如，功率的降低或微小桨距角的增大)，并且通常仅涉及单个维度。例如，如图1中所显示的，呈现并行单维斜变(ramp)方法。如所显示的，功率、转子速度以及推力出于图示的目的而选取，但本领域技术人员可意识到，任何合适的维度组合都可适用。而且，如所显示的，功率、转子速度以及推力各自具有可在不同形式的削减或增加操作中被调整成的多个水平。在该示例中，每个维度具有独立地限定的其自身的斜变速率。因而，在一个示例中，如果功率以慢的速率作出大的改变，并且，转子速度以快的速率作出小的改变，则转子速度将首先完成其转变，并且，功率将随后持续改变达一段时间。在某些方向和组合中，这类影响可引导涡轮瞬时地通过不理想的操作点。
由于产业力图使能量成本最小化，因而已不断地寻求更多的用于削减的最佳方法，并且，这些方法更频繁地涉及风力涡轮的操作空间的多个维度(作为任意组合示例，转子速度和功率、推力和转子速度、最小桨距角和转子速度)的改变。操作空间的多个维度的这些改变通常能够相对于涡轮的标称操作空间以最少量的能量损失保护风力涡轮。然而，软件架构开发尚未跟上最好地处理操作空间的多维改变的进度，而是可能继续如无关一维减载的大集合那样处理操作空间中的多维改变。例如，如图2中所显示的，示出风力涡轮的常规多维控制的示意流程图。如在RMOS 1显示的，先进控制缺陷(Deficit)模块仅改变操作空间的推力维度，并且因此仅将推力水平请求发送到一维优先级排序及单维操作空间处理机(SDOSH 1)。而且，如在RMOS 2显示的，温度1模块将推力请求发送到推力一维处理机SDOSH 1，并且将功率请求发送到功率一维处理机(SDOSH 2)。此外，如在RMOS 3显示的，温度2模块如电网削减模块(RMOS 4)那样仅将功率请求发送到功率一维处理机SDOSH 2。降噪模块(RMOS 5)也将功率请求发送到功率一维处理机SDOSH 2，并且将速度请求发送到速度一维处理机SDOSH 3。处理机(SDOSH 1、SDOSH 2以及SDOSH 3)各自对请求进行优先级排序，跟踪影响，并且将设定点或极限转发到涡轮控制软件中的操作空间调节函数。然而，个别的面向维度的架构固有地限制在操作空间削减或增加的维度之间的交叉可见性和协调。
至少出于前面提到的与增加RMOS并且提高适应性有关的原因，在本领域中，对用于处理风力涡***作空间的并发和/或动态多维修改的改进的***感兴趣。另外，在本领域中，理想的是，具有并非将转变作为在单独的水平上的单独的斜变而处理，而是将转变作为通过操作空间的单个经协调路径而处理的方法和构造。
发明内容
本发明的方面和优点将在下文的描述中部分地阐明，或可从描述显而易见，或可通过实践本发明而得知。
在一个方面，本公开涉及一种用于调整风力涡轮的多维操作空间的方法。方法包括经由中央多维操作空间控制器(例如，MDOSC)来从多个修改操作空间请求器(requestor)接收多个信号。来自多个修改操作空间请求器的多个信号中的每个包括具有操作空间中的多个维度的被请求设定点的数据结构。方法还包括经由中央多维操作空间控制器来跟踪操作空间中的多个维度的当前设定点。而且，方法包括经由中央多维操作空间控制器来基于被请求设定点而动态地确定输出信号，输出信号包括操作空间中的多个维度的当前设定点的一个或多个改变(例如，步进和/或动态增大或减小)。此外，方法包括基于输出信号而控制风力涡轮，以便提供修改多维操作空间。
在实施例中，基于被请求设定点而动态地确定输出信号可包括经由存储于中央多维操作空间控制器中的由计算机实现的模型来动态地确定输出信号。
在另一实施例中，基于被请求设定点而动态地确定输出信号可包括计算来自多个修改操作空间请求器的多个信号中的每个对有功功率或无功功率中的至少一个的影响。
在这样的实施例中，方法还可包括经由中央多维操作空间控制器来关于多个信号中的每个对有功功率或无功功率中的至少一个的影响而对来自多个修改操作空间请求器的多个信号进行优先级排序。因而，在某些实施例中，基于被请求设定点而动态地确定输出信号可包括经由中央多维操作空间控制器来基于优先级排序而选择来自多个修改操作空间请求器的数据结构中的一个，以致于使有功功率或无功功率中的至少一个最大化，和/或使风力涡轮结构的机械负荷最小化，和/或根据启发法而使两者的某个组合优化或近优化。
在额外的实施例中，方法可包括经由中央多维操作空间控制器来响应于操作空间中的多个维度的当前设定点的一个或多个改变而动态地确定经协调多维转变路径。
在实施例中，方法可包括经由中央多维操作空间控制器来接收操作空间中的多个维度的被请求设定点中的每个的转变速率，并且确定多个修改操作空间请求器中的关于转变速率的限制请求器。在这样的实施例中，方法可包括将多个修改操作空间请求器的转变速率减小到限制请求器的受限制的转变速率，以致于多个修改操作空间请求器中的每个同时开始和结束转变。在另一实施例中，方法可包括协调多个修改操作空间请求器的转变速率的减小，以实现操作空间之间的线性转变路径。
在特定实施例中，来自多个修改操作空间请求器的多个信号中的每个的每个数据结构可具有标准的完全相同的格式。
在另外的实施例中，修改操作空间请求器可起源于风力涡轮的构件的监测***、包含风力涡轮的风场的管理***、位于风场外部的管理***、位于风力涡轮处或位于风场中的风况监测***和/或连接到风力涡轮或风场的电力网。另外，修改操作空间请求器可为例如温度、电网削减、降噪、功率削减、传感器状态和/或任何其它修改操作空间请求器。
在若干实施例中，多个维度可包括例如叶梢速度比、转子速度、发电机速度、有功功率、无功功率、桨距角、风速极限、推力和/或任何其它合适的操作参数。
在另一方面，本公开涉及一种用于调整风力涡轮的多维操作空间的***。***包括：多个修改操作空间请求器；中央多维操作空间控制器，其通信地联接到修改操作空间请求器中的每个；以及控制器，其通信地联接到中央多维操作空间控制器。中央多维操作空间控制器可配置成执行多个操作，包括但不限于：从多个修改操作空间请求器接收多个信号，其中，来自多个修改操作空间请求器的多个信号中的每个包括数据结构，数据结构包括操作空间中的多个维度的被请求设定点；跟踪操作空间中的多个维度的当前设定点；以及基于被请求设定点而动态地确定输出信号，输出信号包括操作空间中的多个维度的当前设定点的一个或多个改变。照此，控制器配置成基于输出信号而控制风力涡轮，以便提供修改多维操作空间。应当理解，***可进一步配置有本文中所描述的特征中的任一个。
技术方案1. 一种用于调整风力涡轮的多维操作空间的方法，所述方法包括：
经由中央多维操作空间控制器来从多个修改操作空间请求器接收多个信号，来自所述多个修改操作空间请求器的所述多个信号中的每个包括数据结构，所述数据结构包括所述操作空间中的多个维度的被请求设定点；
经由所述中央多维操作空间控制器来跟踪所述操作空间中的所述多个维度的当前设定点；
经由所述中央多维操作空间控制器来基于所述被请求设定点而动态地确定输出信号，所述输出信号包括所述操作空间中的所述多个维度的所述当前设定点的一个或多个改变；以及
基于所述输出信号而控制所述风力涡轮，以便提供修改多维操作空间。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，基于所述被请求设定点而动态地确定所述输出信号进一步包括经由存储于所述中央多维操作空间控制器中的由计算机实现的模型来动态地确定所述输出信号。
技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，其中，基于所述被请求设定点而动态地确定所述输出信号进一步包括跟踪来自所述多个修改操作空间请求器的所述多个信号中的每个对有功功率或无功功率中的至少一个的影响。
技术方案4. 根据技术方案1所述的方法，进一步包括经由所述中央多维操作空间控制器来关于所述多个信号中的每个的操作进取水平而对来自所述多个修改操作空间请求器的所述多个信号进行优先级排序。
技术方案5. 根据技术方案4所述的方法，其中，基于所述被请求设定点而动态地确定所述输出信号进一步包括经由所述中央多维操作空间控制器来基于所述优先级排序而选择来自所述多个修改操作空间请求器的所述数据结构中的一个。
技术方案6. 根据技术方案1所述的方法，进一步包括经由所述中央多维操作空间控制器来响应于所述操作空间中的所述多个维度的当前设定点和新设定点之间的一个或多个改变而动态地确定经协调多维转变路径。
技术方案7. 根据技术方案1所述的方法，进一步包括：
经由所述中央多维操作空间控制器来接收所述操作空间中的所述多个维度的所述被请求设定点中的每个的转变速率；和
确定修改操作空间的多个维度中的关于所述转变速率的限制维度。
技术方案8. 根据技术方案7所述的方法，进一步包括协调所述多个修改操作空间请求器的转变速率的减小，以实现操作空间之间的线性转变路径。
技术方案9. 根据技术方案8所述的方法，其中，协调所述多个修改操作空间请求器的转变速率的减小以实现所述操作空间之间的线性转变路径进一步包括将修改操作空间的多个维度的转变速率减小到所述限制维度的受限制的转变速率，以致于修改操作空间的多个维度中的每个同时开始和结束转变。
技术方案10. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述操作空间中的所述多个维度的所述当前设定点的所述一个或多个改变进一步包括步进增大或减小或动态增大或减小中的至少一个。
技术方案11. 根据技术方案1所述的方法，其中，来自所述多个修改操作空间请求器的所述多个信号中的每个的每个数据结构包括标准的完全相同的格式。
技术方案12. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述修改操作空间的请求器起源于所述风力涡轮的构件的监测***、包含所述风力涡轮的风场的管理***、位于所述风场外部的管理***、位于所述风力涡轮处或位于所述风场中的风况监测***或连接到所述风力涡轮或所述风场的电力网中的至少一个。
技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，其中，所述修改操作空间的请求器包括温度、电网削减、降噪、功率削减或传感器状态中的至少一个。
技术方案14. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述多个维度包括叶梢速度比、转子速度、发电机速度、有功功率、无功功率、桨距角、风速极限或推力中的至少一个。
技术方案15. 一种用于调整风力涡轮的多维操作空间的***，所述***包括：
多个修改操作空间请求器；
中央多维操作空间控制器，其通信地联接到所述修改操作空间请求器中的每个，所述中央多维操作空间控制器配置成执行多个操作，所述多个操作包括：
从所述多个修改操作空间请求器接收多个信号，来自所述多个修改操作空间请求器的所述多个信号中的每个包括数据结构，所述数据结构包括所述操作空间中的多个维度的被请求设定点；
跟踪所述操作空间中的所述多个维度的当前设定点；以及
基于所述被请求设定点而动态地确定输出信号，所述输出信号包括所述操作空间中的所述多个维度的所述当前设定点的一个或多个改变；以及
控制器，其通信地联接到所述中央多维操作空间控制器，所述控制器配置成基于所述输出信号而控制所述风力涡轮，以便提供修改多维操作空间。
技术方案16. 根据技术方案15所述的***，其中，基于所述被请求设定点而动态地确定所述输出信号进一步包括经由存储于所述中央多维操作空间控制器中的由计算机实现的模型来动态地确定所述输出信号。
技术方案17. 根据技术方案15所述的***，其中，基于所述被请求设定点而动态地确定所述输出信号进一步包括跟踪来自所述多个修改操作空间请求器的所述多个信号中的每个对有功功率或无功功率中的至少一个的影响。
技术方案18. 根据技术方案17所述的***，进一步包括经由所述中央多维操作空间控制器来关于所述多个信号中的每个的操作进取水平而对来自所述多个修改操作空间请求器的所述多个信号进行优先级排序。
技术方案19. 根据技术方案18所述的***，其中，基于所述被请求设定点而动态地确定所述输出信号进一步包括经由所述中央多维操作空间控制器来基于所述优先级排序而选择来自所述多个修改操作空间请求器的所述数据结构中的一个，以致于使所述有功功率或所述无功功率中的至少一个最大化。
技术方案20. 根据技术方案15所述的***，进一步包括经由所述中央多维操作空间控制器来响应于所述操作空间中的所述多个维度的当前设定点和新设定点之间的一个或多个改变而动态地确定经协调多维转变路径。
本发明的这些及其它特征、方面以及优点将参考下文的描述和所附权利要求书而得到更清楚地理解。合并于本说明书中并且组成本说明书的部分的附图示出本发明的实施例，并且，附图连同描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中，阐明针对本领域普通技术人员的本发明的详尽并且能够实施的公开(包括本发明的最佳模式)，说明书参考附图，其中：
图1示出用于根据常规构造操作风力涡轮的并行单维斜变方法的示意图；
图2示出根据常规构造的风力涡轮的多维控制的示意流程图；
图3示出根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图4示出可被包括在图3中所显示的风力涡轮的涡轮控制器内的合适的构件的一个实施例的示意图；
图5示出根据本公开的风场的一个实施例的示意图；
图6示出根据本公开的用于调整风力涡轮的多维操作空间的方法的一个实施例的流程图；
图7示出根据本公开的用于调整风力涡轮的多维操作空间的***的一个实施例的示意图；以及
图8示出根据本公开的用于风力涡轮的多维操作空间构造的一个实施例的曲线图。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，在附图中示出这些实施例的一个或多个示例。以解释本发明的方式而非限制本发明的方式提供每个示例。实际上，将对本领域技术人员明显的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分而示出或描述的特征可与另一实施例一起用于得到再一另外的实施例。因而，旨在本发明涵盖如落在所附权利要求书及其等同方案的范围内的这样的修改和变型。
大体上，本公开涉及用于风力涡轮的多维操作空间的更大程度地组织并且协调的实时改变的***和方法。诸如但不限于叶梢速度比、转子速度、有功功率、桨距角以及推力设定点的操作空间维度被多维地处理。修改操作空间请求器(RMOS)可限定在***的各种硬件和软件中，以向涡轮控制***内的中央多维操作空间控制器提供标准格式多维输入。于是，涡轮控制***可更好地计算每个RMOS对诸如有功功率的***关键输出的相对影响，并且更好地将诸如损失能量的关键问题归结于精确RMOS根本原因。另外，涡轮控制***可被实现为更好地管理与单个或多个RMOS并发或重叠的转变路径(多维斜变)。该多维操作空间管理方法针对该组风力涡轮功能性而使风力涡轮软件设计和维护简化并且变得清楚，同时向机器操作者提供更好的操作空间转变行为和清楚性。
现在参考附图，图3示出配置成实现根据本公开的控制技术的风力涡轮10的一个实施例的透视图。应当理解，图3的风力涡轮10作为示例性的使用领域而提供，而不旨在为限制性的。再一些另外的实施例也可包括燃气涡轮、喷气发动机、处于场级的风力涡轮和/或额外的技术。如所显示的，风力涡轮10大体上包括：塔架12，其从支承表面14延伸；机舱16，其安装于塔架12上；以及转子18，其联接到机舱16。转子18包括可旋转毂20和至少一个转子叶片22，转子叶片22联接到毂20，并且从毂20向外延伸。例如，在所示出的实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18可包括多于或少于三个转子叶片22。每个转子叶片22可围绕毂20隔开，以促进使转子18旋转，以使来自风的动能能够变换成可用的机械能，并且随后变换成电能。例如，毂20可以可旋转地联接到定位于机舱16内的发电机(未显示)，以容许产生电能。
风力涡轮10还可包括集中于机舱16内的风力涡轮控制器26。然而，在其它实施例中，控制器26可位于风力涡轮10的任何其它构件内或位于风力涡轮外部的位置处。而且，控制器26可通信地联接到风力涡轮10的任何数量的构件，以便控制这样的构件的操作和/或实现校正动作。照此，控制器26可包括计算机或其它合适的处理单元。因而，在若干实施例中，控制器26可包括合适的计算机可读指令，所述指令在被执行时，使控制器26配置成执行各种不同功能，诸如，接收、传送和/或执行风力涡轮控制信号。因此，控制器26可大体上配置成控制风力涡轮10的各种操作模式(例如，起动序列或停机序列)、使风力涡轮10减载运行和/或控制风力涡轮10的各种构件。例如，控制器26可配置成通过调整至少一个转子叶片22相对于风的角位置，控制转子叶片22中的每个的叶片桨距或桨距角(即，确定转子叶片22相对于风向的投影的角)，以控制由风力涡轮10产生的功率输出。例如，控制器26可通过借助于将合适的控制信号传送到风力涡轮10的变桨驱动或变桨调整机构(未显示)而使转子叶片22个别地或同时地围绕变桨轴线28旋转，来控制转子叶片22的桨距角。
现在参考图4，根据本主题的方面而示出可被包括在控制器26内的合适的构件的一个实施例的框图。如所显示的，控制器26可包括配置成执行各种各样的由计算机实现的功能(例如，执行本文中所公开的方法、步骤、计算等等)的一个或多个处理器58及相关联的(一个或多个)存储器装置60。如本文中所使用的，术语“处理器”不仅指在本领域中被称为被包括于计算机中的集成电路，而且还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路以及其它可编程电路。另外，(一个或多个)存储器装置60可大体上包括(一个或多个)存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪速存储器)、软盘、致密盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字通用盘(DVD)和/或其它合适的存储器元件。另外，控制器26还可包括通信模块62，通信模块62用以促进控制器26与风力涡轮10的各种构件之间的通信。例如，通信模块62可包括传感器接口64(例如，一个或多个模拟-数字转换器)，传感器接口64用以容许由一个或多个传感器65、66、67传送的信号转换成可被控制器26理解并且处理的信号。应当意识到，传感器65、66、67可使用任何合适的手段来通信地联接到通信模块62。例如，如图4中所显示的，传感器65、66、67经由有线连接来联接到传感器接口64。然而，在其它实施例中，传感器65、66、67可经由无线连接(诸如，通过使用在本领域中已知的任何合适的无线通信协议)联接到传感器接口64。照此，处理器 58可配置成从传感器65、66、67接收一个或多个信号。
风力涡轮10的传感器65、66、67可为配置成在风力涡轮处或在风力涡轮附近测量任何操作状况或风参数的任何合适的传感器。例如，传感器65、66、67可包括：用于测量转子叶片22中的一个的桨距角或用于测量对转子叶片22中的一个起作用的负荷的叶片传感器；用于监测发电机(例如，转矩、转速、加速度和/或功率输出)的发电机传感器；和/或用于测量各种风参数的各种风传感器。而且，传感器65、66、67可为在风力涡轮10附近直接地或间接地测量特性湍流强度的特性湍流强度传感器。另外，传感器65、66、67可位于风力涡轮的地面附近、位于机舱上或位于风力涡轮的气象桅杆上。还应当理解，可采用任何其它数量或类型的传感器，并且，它们可位于任何位置处。例如，传感器可为加速度计、压力传感器、攻角传感器、振动传感器、MIMU传感器、摄像头***、光纤***、风速计、风向标、声波检测及测距(SODAR)传感器、红外激光器、光检测及测距(LIDAR)传感器、辐射计、皮托管、无线电探空测风仪、其它光学传感器和/或任何其它合适的传感器。应当意识到，如本文中所使用的，术语“监测”及其变型指示风力涡轮的各种传感器可配置成提供对所监测的参数的直接测量或对这样的参数的间接测量。因而，传感器65、66、67 可例如用于产生与所监测的参数有关的信号，所述信号然后可被控制器26利用来确定实际状况。
现在参考图5，如本文中所描述的***和方法还可与风场200的风场控制器222组合。如所显示的，风场200可包括多个风力涡轮202，其包括上述的风力涡轮10。例如，如在所示出的实施例中显示的，风场200包括十二个风力涡轮，其包括风力涡轮10。然而，在其它实施例中，风场200可包括任何其它数量的风力涡轮，诸如少于十二个风力涡轮或多于十二个风力涡轮。在一个实施例中，风力涡轮10的控制器26可通过有线连接通信地联接到场控制器222，诸如，借助于通过合适的通信链路226(例如，合适的电缆)连接控制器26。备选地，控制器26可通过无线连接(诸如，通过使用在本领域中已知的任何合适的无线通信协议)通信地联接到场控制器222。
在若干实施例中，风场200中的风力涡轮202中的一个或多个可包括用于监测风力涡轮的各种操作参数/状况的多个传感器。例如，如所显示的，风力涡轮202中的一个包括配置成用于测量风速的风传感器216，诸如，风速计或任何其它合适的装置。如大体上理解的，风速可跨越风场200显著地改变。因而，(一个或多个)风传感器216可允许监测每个风力涡轮202处的局部风速。另外，风力涡轮202还可包括额外的传感器218。例如，传感器218可配置成监测每个风力涡轮202的发电机的输出的电性质，诸如，电流传感器、电压传感器、温度传感器或基于电流测量和电压测量而直接地监测功率输出的功率监测器。备选地，传感器218可包括可被利用来监测风力涡轮202的功率输出的任何其它传感器。还应当理解，风场200中的风力涡轮202可包括用于测量和/或监测风况和/或风力涡轮状况的在本领域中已知的任何其它合适的传感器。
现在参考图6和图7，本公开涉及根据本公开的方面的用于调整风力涡轮的多维操作空间的***和方法。更具体地，图6示出根据本公开的方面的用于调整风力涡轮的多维操作空间的方法100的一个实施例的流程图。图7示出根据本公开的方面的用于调整风力涡轮的多维操作空间的***250的一个实施例的示意图。
大体上，如图6中所显示的，方法100在本文中描述为实现成用于操作上述的风力涡轮10和/或风场200。然而，应当意识到，所公开的方法100可用于操作具有任何合适的配置的任何其它风力涡轮和/或风场。另外，虽然图6出于图示和讨论的目的而描绘按特定顺序执行的步骤，但本文中所描述的方法不限于任何特定顺序或布置。本领域技术人员将使用本文中所提供的公开内容而意识到，方法的各种步骤可按各种方式省略、重排、组合和/或修改。
如在(102)显示的，方法100包括经由中央多维操作空间控制器258(也标记为MDOSC)来从多个修改操作空间请求器252(标记为RMOS 1、RMOS 2、RMOS 3、RMOS 4、RMOS 5等等)接收多个信号254。更具体地，如图7中所显示的，先进控制缺陷模块(与图1的现有技术的***相当)可仍然仅请求推力水平的真实改变，但先进控制缺陷模块明确地发送明确地调出与操作空间的所有维度都有关的水平(请求或非请求)的信号操作空间集(或数据结构256)。而且，如所显示的，来自多个修改操作空间请求器252的剩余的多个信号254也可包括具有操作空间中的多个维度的被请求设定点的数据结构256。在特定实施例中，来自多个修改操作空间请求器252的多个信号254中的每个的每个数据结构256也可具有标准的完全相同的格式，即使它们仅对操作空间维度的子集作出真实改变请求。本领域技术人员将意识到，请求结构可采取许多不同文字形式，从文字变量阵列到限定的信号集、到包括变量类型的数据结构等等以及仍然落在本发明的范围内的其它至今仍未预见到的选项。
如本文中所描述的，修改操作空间请求器252可起源于风力涡轮10的构件的监测***(诸如，起源于传感器65、66、67)、包含风力涡轮10的风场200的管理***(诸如，起源于场级控制器202)、位于风场200外部的管理***、位于风力涡轮10处或位于风场200中的风况监测***(诸如，起源于传感器216)和/或连接到风力涡轮10和/或风场200的电力网。另外，如图7中所显示的，修改操作空间请求器252可包括例如各种温度、电网削减、降噪、功率削减、传感器状态和/或任何其它合适的修改操作空间请求器。另外，在若干实施例中，本文中所描述的维度可包括例如叶梢速度比、转子速度、发电机速度、有功功率、无功功率、桨距角、风速极限、推力和/或任何其它合适的操作参数。
返回参考图6，如在(104)显示的，方法100包括经由中央多维操作空间控制器258来跟踪操作空间中的多个维度的当前设定点。更具体地，在某些实施例中，中央多维操作空间控制器258可配置成跟踪如由MDOSC函数的输出信号260限定的操作空间的所有当前维度。另外，中央多维操作空间控制器258可配置成跟踪如从所有RMOS模块252接收的操作空间的所有新请求的维度。
此外，如在图6中的(106)显示的，方法100包括经由中央多维操作空间控制器258来基于来自修改操作空间请求器252的被请求设定点而动态地确定输出信号260。照此，输出信号260包括操作空间中的多个维度的当前设定点的一个或多个改变(例如，步进和/或动态增大或减小)。
在实施例中，中央多维操作空间控制器258可配置成使用存储于其中的由计算机实现的模型来基于被请求设定点而动态地确定输出信号260。例如，在一个实施例中，中央多维操作空间控制器258可配置成通过计算来自多个修改操作空间请求器252的多个信号254中的每个对有功功率输出和/或无功功率输出的影响来基于被请求设定点而动态地确定输出信号260。
在此，值得注意的是，操作空间的每个被请求修改的影响的计算允许确定关于能量捕获的“最大限制性”，并且允许将能量损失或增益考虑到表示不同RMOS(对于降噪的操作的一定量的能量损失、对于低湍流强度操作的一定量的增益、对于温度削减的一定量的损失等等)的单元(bin)中。
在这样的实施例中，中央多维操作空间控制器258还可配置成关于多个信号254中的每个对有功功率输出和/或无功功率输出的影响而对来自多个修改操作空间请求器252的多个信号进行优先级排序。因而，在某些实施例中，中央多维操作空间控制器258可配置成基于优先级排序而选择来自多个修改操作空间请求器252的数据结构256中的一个，以致于使有功功率输出和/或无功功率输出最大化。
例如，在实施例中，中央多维操作空间控制器258可在考虑每个维度中的步长和每个维度中的可接受的最大斜变速率的同时，配置成接收所有的被请求功率水平的最小量、所有的被请求速度的最小量、所有的被请求推力的最小量，并且然后可多维地并且线性地斜变。在这样的实施例中，然后，中央多维操作空间控制器258可确定转变花费最长时间的支配维度。因而，可锁定非支配维度的速率，以致于在线性斜变的情况下，所有维度都将与转变中的支配维度同时地开始和结束。以此方式，构造多维空间中的线性转变，并且遵循路径。在具体实施例中，中央多维操作空间控制器258可采取最低功率、最低速度、最低推力、最低无功功率、最高的最小桨距角等等，并且可大体上在空间的每个维度中选择最小进取性(aggressive)操作。虽然如上所述，优先级排序可采取所有功率请求的最低量、所有最小桨距请求(对于桨距调节成顺桨的涡轮设计)的最高量、所有速度请求的最低量等等的形式，但是应当理解，优先级排序可使用并非始终为每个维度中的最小进取性操作的备选逻辑。
在示例中，在某些维度中存在典型的优先级排序，诸如，如果存在两个由RMOS请求调整的功率水平，则将几乎始终采取这两个功率水平中的较低量。如果从单独的RMOS请求两个最小桨距角，则将几乎始终采取这两个最小桨距角中的较高量。然而，在某些实例中，存在如下的一些情况：机载逻辑可根据机械载荷、功率等等而与几乎始终沿着的方向不同地进行优先级排序。
在额外的实施例中，中央多维操作空间控制器258可进一步配置成响应于操作空间中的多个维度的当前设定点的一个或多个改变而动态地确定经协调多维转变路径。
在实施例中，中央多维操作空间控制器258可配置成接收或可按其它方式获知操作空间中的多个维度的被请求设定点中的每个的转变速率(其可为默认或最大转变速率)，并且关于转变速率而确定多个修改操作空间请求器252的限制请求器。在这样的实施例中，如上文中所提到的，中央多维操作空间控制器258可配置成针对每个维度而评价步长和最大斜变速率，以确定限制转变速率/时间值，并且将多个修改操作空间请求器252的转变速率减小到限制请求器的受限制的转变速率，以致于多个修改操作空间请求器252中的每个同时开始和结束转变。在另一实施例中，中央多维操作空间控制器258可配置成协调多个修改操作空间请求器252的转变速率的减小，以实现操作空间之间的线性转变路径。例如，图8示出根据本公开的风力涡轮10的多维操作空间构造的一个实施例的曲线图，其特别地示出划分成多个线性路径的转变路径。更具体地，图8帮助示出本公开的优点，本公开的优点是中央多维操作空间控制器258内的软件使用由跨维度而协调的斜变速率限定的转变路径，来将操作空间内的转变作为固有地多维的转变进行处理的能力。更具体地，如所显示的，所示出的曲线图包括功率、推力以及速度的维度，功率、推力以及速度的维度仅出于说明性目的而提供。而且，如所显示的，点1-2、点2-3、点3-4 以及点4-5是操作空间中的线性转变的所有示例。然而，应当理解，经协调转变在其它实施例中不需要为线性的，并且，经协调转变可为非线性的。
此外，在某些实施例中，应当理解，中央多维操作空间控制器258还可包括用以使转变成多维斜变的转变和从多维斜变转变的转变平滑化成这样的集中式函数的一个或多个函数，并且，还可添加用以避开沿着某些转变路径的操作空间的某些区的逻辑。这样的函数旨在在斜变动作离开操作空间中的初始点或到达操作空间中的新点时作为速率减慢函数，以致于不仅每个维度中的设定点依然是连续函数，而且操作空间的每个维度中的设定点的一阶导数或甚至高阶导数可保持连续，以便使转变平滑化。
在一个实施例中，由每个修改操作空间请求器252的修改集合造成的减小的功率容量的确定可例如通过将所有操作空间维度的标称参考情况视为基线发电容量而实现。然后，***250可使用可用风速和基于模型的空气动力学特性(映射或类似物)来确定以在标称情况下指定的最大速度、最大功率和最大推力(以及所有其它操作空间维度约束)实现什么最大功率。类似地，***250可使用可用风速和基于模型的空气动力学特性(映射或类似物)来确定以在每个修改操作空间请求器252的情况下指定的最大速度、最大功率和最大推力(以及所有其它操作空间维度约束)实现什么最大功率。然后，***可确定相对于标称情况在被每个修改操作空间请求器252强加的改变下，在每个时段(控制器循环、秒钟、分钟、小时等等)期间的能量损失或增益，并且可记录或存储与标称情况相比所捕获的实际能量。
然后，***250配置成限定总损失功率的任意值，其可表示来自多个修改操作空间请求器252的相同的功率/能量损失的多倍。因此，然后，***250可根据每个修改操作空间请求器252的总损失功率分数而给每个修改操作空间请求器252分配责任分数。因而，***250可通过将实际能量/功率捕获与标称情况的能量/功率捕获(其被称为“标称功率”或“可能的功率”)比较来相对于标称情况而限定真实功率/能量损失或增益。此外，***250可根据真实功率/能量损失或增益和分配给每个修改操作空间请求器252的责任分数而增加能量损失计数。应当进一步理解，***250还可配置成从功率的观点来看或通过其它所设计的分配方法，根据所有修改操作空间请求器252的最大限制而增加能量损失计数，而不是使能量损失计数成比例地增量。
因此，本公开的中央多维操作空间控制器258能够进行图1的单独的并行单维处理机(SDOSH 1、2、3)不能实际地实现的完整操作。如所提到的，一个这样的操作可包括使用机载模型来计算所有操作空间维度对能量捕获的影响。这样的模型可包括转子性能的一个或多个气动性能映射(例如，查找表)，其可通告多维操作空间转变的最佳路径、电损失的模型等等。出于明显的原因，风力涡轮的使用者和管控风力涡轮的标准组织对跟踪修改操作空间请求器252中的哪个在任何时间点都限制总能量捕获(发电)感兴趣。除了其它原因之外，这还允许使用者将能量损失的原因排序并且针对对维护和/或工程服务资源的关注和分派而对这些原因进行优先级排序。
例如，当所有削减都通过最大功率水平明确地发生时，中央多维操作空间控制器258可经由简单计算来控制多维操作空间。然而，当多个操作空间维度同时地减载时，该计算变得更复杂得多。例如，如果速度减小，并且，最小(微小)桨距角增大，则中央多维操作空间控制器258可确定维度中的哪个对功率有更大的限制性。通过中央多维操作空间控制器258，有可能使用机载模型来估计修改操作空间请求器252中的每个请求的减载的能量影响，并且确定哪个对总能量有限制性。还有可能在并发请求期间将能量损失的份额成比例地调配给各种修改操作空间请求器252。
返回参考图6，一旦中央多维操作空间控制器258确定输出信号260，如在(108)显示的，方法100就包括基于输出信号260而控制风力涡轮10，以便提供修改多维操作空间。照此，中央多维操作空间控制器258实现从一个操作空间到修改操作空间的瞬时路径的中央管理，从而更好地管理操作中的瞬时。与在备选方法中相比，在每个修改操作空间请求器252预期统一输入格式的情况下，添加新的修改操作空间请求器或从现有的修改操作空间请求器252添加维度请求成为对***更简单的改变。中央多维操作空间控制器258还可针对一般的修改操作空间请求器252输入和对操作空间调节函数的一般的多维输出(例如，输出信号260)而按可被涡轮控制软件(例如，如经由控制器26来显示那样)使用的一般化方式设计。
本发明的各方面和实施例由下文的编号的条款限定：
条款1. 一种用于调整风力涡轮的多维操作空间的方法，方法包括：
经由中央多维操作空间控制器来从多个修改操作空间请求器接收多个信号，来自多个修改操作空间请求器的多个信号中的每个包括数据结构，数据结构包括操作空间中的多个维度的被请求设定点；
经由中央多维操作空间控制器来跟踪操作空间中的多个维度的当前设定点；
经由中央多维操作空间控制器来基于被请求设定点而动态地确定输出信号，输出信号包括操作空间中的多个维度的当前设定点的一个或多个改变；以及
基于输出信号而控制风力涡轮，以便提供修改多维操作空间。
条款2. 根据条款1的方法，其中，基于被请求设定点而动态地确定输出信号进一步包括经由存储于中央多维操作空间控制器中的由计算机实现的模型来动态地确定输出信号。
条款3. 根据前述条款中的任一个的方法，其中，基于被请求设定点而动态地确定输出信号进一步包括跟踪来自多个修改操作空间请求器的多个信号中的每个对有功功率或无功功率中的至少一个的影响。
条款4. 根据前述条款中的任一个的方法，进一步包括经由中央多维操作空间控制器来关于多个信号中的每个的操作进取水平而对来自多个修改操作空间请求器的多个信号进行优先级排序。
条款5. 根据前述条款中的任一个的方法，其中，基于被请求设定点而动态地确定输出信号进一步包括经由中央多维操作空间控制器来基于优先级排序而选择来自多个修改操作空间请求器的数据结构中的一个。
条款6. 根据前述条款中的任一个的方法，进一步包括经由中央多维操作空间控制器来响应于操作空间中的多个维度的当前设定点和新设定点之间的一个或多个改变而动态地确定经协调多维转变路径。
条款7. 根据前述条款中的任一个的方法，进一步包括：
经由中央多维操作空间控制器来接收操作空间中的多个维度的被请求设定点中的每个的转变速率；和
确定修改操作空间的多个维度中的关于转变速率的限制维度。
条款8. 根据前述条款中的任一个的方法，进一步包括协调多个修改操作空间请求器的转变速率的减小，以实现操作空间之间的线性转变路径。
条款9. 根据前述条款中的任一个的方法，其中，协调多个修改操作空间请求器的转变速率的减小以实现操作空间之间的线性转变路径进一步包括将修改操作空间的多个维度的转变速率减小到限制维度的受限制的转变速率，以致于修改操作空间的多个维度中的每个同时开始和结束转变。
条款10. 根据前述条款中的任一个的方法，其中，操作空间中的多个维度的当前设定点的一个或多个改变进一步包括步进增大或减小或动态增大或减小中的至少一个。
条款11. 根据前述条款中的任一个的方法，其中，来自多个修改操作空间请求器的多个信号中的每个的每个数据结构包括标准的完全相同的格式。
条款12. 根据前述条款中的任一个的方法，其中，修改操作空间的请求器起源于风力涡轮的构件的监测***、包含风力涡轮的风场的管理***、位于风场外部的管理***、位于风力涡轮处或位于风场中的风况监测***或连接到风力涡轮或风场的电力网中的至少一个。
条款13. 根据前述条款中的任一个的方法，其中，修改操作空间的请求器包括温度、电网削减、降噪、功率削减或传感器状态中的至少一个。
条款14. 根据前述条款中的任一个的方法，其中，多个维度包括叶梢速度比、转子速度、发电机速度、有功功率、无功功率、桨距角、风速极限或推力中的至少一个。
条款15. 一种用于调整风力涡轮的多维操作空间的***，***包括：
多个修改操作空间请求器；
中央多维操作空间控制器，其通信地联接到修改操作空间请求器中的每个，中央多维操作空间控制器配置成执行多个操作，该多个操作包括：
从多个修改操作空间请求器接收多个信号，来自多个修改操作空间请求器的多个信号中的每个包括数据结构，数据结构包括操作空间中的多个维度的被请求设定点；
跟踪操作空间中的多个维度的当前设定点；以及
基于被请求设定点而动态地确定输出信号，输出信号包括操作空间中的多个维度的当前设定点的一个或多个改变；以及
控制器，其通信地联接到中央多维操作空间控制器，控制器配置成基于输出信号而控制风力涡轮，以便提供修改多维操作空间。
条款16. 根据条款15的***，其中，基于被请求设定点而动态地确定输出信号进一步包括经由存储于中央多维操作空间控制器中的由计算机实现的模型来动态地确定输出信号。
条款17. 根据条款15-16的***，其中，基于被请求设定点而动态地确定输出信号进一步包括跟踪来自多个修改操作空间请求器的多个信号中的每个对有功功率或无功功率中的至少一个的影响。
条款18. 根据条款15-17的***，进一步包括经由中央多维操作空间控制器来关于多个信号中的每个的操作进取水平而对来自多个修改操作空间请求器的多个信号进行优先级排序。
条款19. 根据条款15-18的***，其中，基于被请求设定点而动态地确定输出信号进一步包括经由中央多维操作空间控制器来基于优先级排序而选择来自多个修改操作空间请求器的数据结构中的一个，以致于使有功功率或无功功率中的至少一个最大化。
条款20. 根据条款15-19的***，进一步包括经由中央多维操作空间控制器来响应于操作空间中的多个维度的当前设定点和新设定点之间的一个或多个改变而动态地确定经协调多维转变路径。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制作并使用任何装置或***和执行任何合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这样的其它示例具有并非与权利要求书的字面语言不同的结构元件，或如果这些示例包括与权利要求书的字面语言存在非实质性差异的等同的结构元件，则这些示例旨在落在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于调整风力涡轮的多维操作空间的方法，所述方法包括：
经由中央多维操作空间控制器来从多个修改操作空间请求器接收多个信号，来自所述多个修改操作空间请求器的所述多个信号中的每个包括数据结构，所述数据结构包括所述操作空间中的多个维度的被请求设定点；
经由所述中央多维操作空间控制器来跟踪所述操作空间中的所述多个维度的当前设定点；
经由所述中央多维操作空间控制器来基于所述被请求设定点而动态地确定输出信号，所述输出信号包括所述操作空间中的所述多个维度的所述当前设定点的一个或多个改变；以及
基于所述输出信号而控制所述风力涡轮，以便提供修改多维操作空间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述被请求设定点而动态地确定所述输出信号进一步包括经由存储于所述中央多维操作空间控制器中的由计算机实现的模型来动态地确定所述输出信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述被请求设定点而动态地确定所述输出信号进一步包括跟踪来自所述多个修改操作空间请求器的所述多个信号中的每个对有功功率或无功功率中的至少一个的影响。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括经由所述中央多维操作空间控制器来关于所述多个信号中的每个的操作进取水平而对来自所述多个修改操作空间请求器的所述多个信号进行优先级排序。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，基于所述被请求设定点而动态地确定所述输出信号进一步包括经由所述中央多维操作空间控制器来基于所述优先级排序而选择来自所述多个修改操作空间请求器的所述数据结构中的一个。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括经由所述中央多维操作空间控制器来响应于所述操作空间中的所述多个维度的当前设定点和新设定点之间的一个或多个改变而动态地确定经协调多维转变路径。
7. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
经由所述中央多维操作空间控制器来接收所述操作空间中的所述多个维度的所述被请求设定点中的每个的转变速率；和
确定修改操作空间的多个维度中的关于所述转变速率的限制维度。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括协调所述多个修改操作空间请求器的转变速率的减小，以实现操作空间之间的线性转变路径。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，协调所述多个修改操作空间请求器的转变速率的减小以实现所述操作空间之间的线性转变路径进一步包括将修改操作空间的多个维度的转变速率减小到所述限制维度的受限制的转变速率，以致于修改操作空间的多个维度中的每个同时开始和结束转变。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述操作空间中的所述多个维度的所述当前设定点的所述一个或多个改变进一步包括步进增大或减小或动态增大或减小中的至少一个。
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