CN113227568A - 包括一个或多个风力涡轮发电机的发电厂的电力生成单元的优先级排序 - Google Patents

包括一个或多个风力涡轮发电机的发电厂的电力生成单元的优先级排序 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种确定发电厂的功率设定点的方法，该发电厂包括具有至少一个风力涡轮发电机的多个电力生成单元。功率设定点的确定是基于电力生成单元的优先级排序，其中电力生成单元关于针对电力生成单元的单独的功率水平或疲劳水平进行优先级排序。优先级排序被调整，使得调整后的优先级排序既取决于功率水平又取决于疲劳水平。

Description

包括一个或多个风力涡轮发电机的发电厂的电力生成单元的 优先级排序
技术领域
本发明涉及发电厂(特别是具有一个或多个风力涡轮机的发电厂)的控制，以及确定功率设定点以及将它们分配到发电厂的电力生成单元。
背景技术
电力生成单元(诸如风力涡轮发电机)的机械和电气部件都暴露于疲劳负载。疲劳负载可能会减少寿命，增加电力生产成本，增加维修和更换部件的维护操作的需要。
电力生成单元的部件的疲劳负载可以被监测，以便能够采取诸如非计划的维护操作等行动，从而避免电力生成单元的严重故障。因此，包括多个电力生成单元的发电厂可能需要重复和不可预测的维护操作，鉴于发电厂的保养成本，这可能是不可接受的。
鉴于目前可用于操作具有多个电力生成单元的发电厂的解决方案，需要有改进发电厂的操作的解决方案，以提供改进的疲劳负载处理，例如，以便降低生产成本、提高可靠性、改进生产稳定性以及增加电力生成单元的维护间隔和寿命。
EP 2 896 102B1公开了一种对作为风力发电厂的电力生产单元的风力发电厂的风力涡轮机和可选补偿设备的电力生产进行智能分配的方法。该发明涉及其中请求生产的功率小于发电厂的总容量的情况，并且该发明涉及利用这种情况，以基于与风电场的操作条件有关的修正系数向风力涡轮机和补偿设备分配设定点。这种方法可以增加风力涡轮机的寿命，有助于安排保养，以及扩大风力发电厂的电气操作范围。
虽然EP 2 896 102B1解决了操作发电厂和增加寿命的问题，但本发明的发明人已经意识到改进的解决方案是有益的，并因此设计了本发明。
发明内容
本发明的目的是改进发电厂的控制，以缓解上述一个或多个问题，并因此提供一种方法，该方法提供了处理疲劳负载的改进方式。
在本发明的第一方面，提出了一种控制发电厂的电力生成的方法，所述发电厂包括多个电力生成单元，所述多个电力生成单元包括至少一个风力涡轮发电机，其中电力生成***连接到电网，以用于将电力从电力生成单元供应到电网，并且其中电力生成单元可控制为根据单独的功率设定点生产电力，所述方法包括：
-获得每个电力生成单元的疲劳水平，其中所述疲劳水平指示电力生成单元的一个或多个机械部件的组合累积疲劳水平，
-获得每个电力生成单元的至少一个功率水平，其中所述功率水平指示电力生成单元能够生产的最大功率或指示电力生成单元生产的功率，
-确定电力生成单元的优先级排序列表，其中电力生成单元根据疲劳水平或功率水平进行优先级排序，
-根据疲劳水平或功率水平中未用于确定电力生成单元的优先级排序列表的一个来调整优先级排序列表，以及
-基于调整后的优先级排序列表中的电力生成单元的优先级排序，确定电力生成单元中的至少一部分的功率设定点。
有利地，通过关于功率水平或疲劳水平对电力生成单元进行优先级排序，可以获得单元的第一排序，以便以适当的方式确定功率设定点，例如，使得具有实现发电厂参考的变化的最有利的功率水平的电力生成单元被赋予最高优先级，例如，使得所需的发电厂参考的变化在优先级排序最高的电力生成单元之间分配。例如，具有高可用功率的电力生成单元比具有较低可用功率的单元更有利于支持发电厂参考的增加。类似地，具有高功率生产的电力生成单元比具有较低功率生产的单元更有利于支持发电厂参考的减少。类似地，由于与改变功率生产和/或增加功率生产相关联的负载，具有最低累积疲劳水平或相对于设计裕度的最高疲劳裕度的电力生成单元可以更有利于支持发电厂参考的增加或减少。
此外，通过关于未用于进行初始优先级排序的疲劳水平或功率水平调整优先级排序，可以完善优先级排序。例如，在关于功率水平进行优先级排序的列表中，位于第二位的电力生成单元可能比优先级排序最高的电力生成单元具有更低的累积疲劳水平，因此，鉴于其累积更多疲劳负载的能力，其更有利于支持发电厂参考的变化。类似地，在关于疲劳水平进行优先级排序的列表中位于第二位的电力生成单元可能比优先级排序最高的电力生成单元具有更高的功率水平，并因此更有利于支持发电厂参考的变化。
调整步骤包括根据在优先级排序中彼此相邻的两个电力生成单元的功率水平和/或疲劳水平之间的差，颠倒这两个电力生成单元在优先级排序中的顺序。也就是说，如果两个相邻的电力生成单元的功率水平类似(即相对于阈值来说在数值上接近)，并且优先级排序较低的电力生成单元的疲劳水平低于优先级排序较高的电力生成单元(即在数值阈值内较低)，则顺序被颠倒。此处，疲劳水平是指累积的疲劳负载(即随时间累积的疲劳负载)。另一方面，如果两个相邻电力生成单元的功率水平不类似，例如，如果功率水平大于阈值，则相邻电力生成单元的顺序可以不颠倒。
根据一个实施例，获得所述至少一个功率水平包括获得指示电力生成单元能够生产的最大功率的可用功率水平，和/或获得指示电力生成单元当前生产的功率的实际功率水平。
根据一个实施例，在用于发电厂的期望功率生产的功率参考增加的情况下，功率设定点基于使用用于确定优先级排序列表或用于调整优先级排序列表的可用功率水平来确定，或者其中
-在用于发电厂的期望功率生产的功率参考减少的情况下，功率设定点基于使用用于确定优先级排序列表或用于调整优先级排序列表的实际功率水平来确定。
有利地，通过使用电力生成单元的用于初始优先级排序或调整的可用功率水平或实际功率水平，在优先级排序的基础上确定设定点，该优先级排序对于功率参考的实际减少或增加是最优化的，或者至少是合适的。
根据一个实施例，调整优先级排序列表包括：
-确定优先级排序列表中的第一电力生成单元的功率水平与相对于第一电力生成单元处于较低优先级的第二电力生成单元的功率水平之间的差，或确定优先级排序列表中的第一电力生成单元的疲劳水平与相对于第一电力生成单元处于较低优先级的第二电力生成单元的疲劳水平之间的差，以及根据所述差，
-比较第一电力生成单元和第二电力生成单元的疲劳水平或功率水平中未用于确定电力生成单元的优先级排序列表的一个，
-根据疲劳水平或功率水平的比较，改变优先级排序列表中的第一电力生成单元和第二电力生成单元的顺序。
有利地，通过成对地比较电力生成单元，并调换该对中的相邻电力生成单元，优先级排序不仅考虑第一优先级排序参数(即功率水平或疲劳水平)，而且还考虑第二优先级排序参数(即未用于初始优先级排序的参数)。通过这种方式，优先级排序考虑了电气和机械两方面的因素。
根据一个实施例，如果第二电力生成单元的疲劳水平指示比第一电力生成单元的疲劳水平低的疲劳，或者如果第二电力生成单元的功率水平比第一电力生成单元的功率水平高，则改变第一电力生成单元和第二电力生成单元的顺序。
可以理解的是，确定疲劳水平或功率水平低于或高于相邻疲劳水平或功率水平的比较可以是阈值比较，例如，如果第一电力生成单元和第二电力生成单元的疲劳水平之间的差大于第一阈值，或者如果第二电力生成单元和第一电力生成单元的功率水平之间的差大于第二阈值，则改变第一电力生成单元和第二电力生成单元的顺序。
根据一个实施例，优先级排序列表的调整针对优先级排序列表中的连续的电力生成单元对成对地执行，其中，在优先级排序较高的一对之后的一对包括优先级排序较高的一对中的优先级排序较低的电力生成单元。
有利地，通过在优先级排序较低的一对与优先级排序较高的一对重叠的情况下成对地比较电力生成单元，最初被赋予低优先级排序的电力生成单元可以通过重复地执行调整而被提升到较高的优先级，可能达到最高优先级。因此，调整可以包括按顺序执行一次或多次调整，即，在随后的调整步骤之间不执行初始优先级排序。
根据一个实施例，该方法包括按顺序确定优先级排序列表，和/或根据疲劳水平或功率水平中未用于确定电力生成单元的优先级排序列表的一个按顺序调整该优先级排序列表。
有利地，通过按顺序执行优先级排序和/或调整，即通过按顺序进行优先级排序而不进行后续调整，通过按顺序执行优先级排序与后续调整相结合，或通过按顺序进行调整而不进行先前的优先级排序，始终可获得更新的优先级排序或调整的优先级排序以用于更新功率设定点。功率设定点可以响应于发电厂参考的变化而更新，或者功率设定点可以被检查，可能的话按顺序进行调整，以便基于进行优先级排序或调整的优先级排序列表定期优化功率设定点。
根据一个实施例，优先级排序列表和/或调整优先级排序列响应于用于发电厂的期望功率生产的功率参考的变化而确定。
根据一个实施例，该方法包括基于电力生成单元自安装以来的操作时间来确定将根据疲劳水平还是功率水平来执行优先级排序。
有利地，如果电力生成单元的平均疲劳水平高于预定水平，或者如果电力生成单元的操作时间相对较高，则例如根据疲劳水平对电力生成单元进行优先级排序可以是有利的。
根据一个实施例，每个电力生成单元的疲劳水平基于每个电力生成单元的一个或多个机械部件的部件疲劳水平的加权总和而获得。
有利地，使用疲劳水平的差异化权重，可以例如通过设定低的加权系数加速特定部件的进一步的疲劳负载。如果计划在不久的将来进行更换，这可能是相关的。可以例如通过设定高的加权系数减缓部件的进一步累积的疲劳负载。如果部件的疲劳水平变得很关键，例如为了避免关键故障，这可能是相关的。
根据一个实施例，疲劳水平被确定为基于一个或多个部件的部件疲劳水平和所述一个或多个部件的预定设计疲劳极限之间的差的疲劳裕度。因此，疲劳水平可以被确定为随着疲劳负载的累积而增加的水平，或者疲劳水平可以被确定为随着累积的疲劳负载接近设计极限而减少的水平。
根据一个实施例，每个电力生成单元的疲劳水平根据针对一个或多个部件确定的疲劳水平的变化率进行加权。因此，如果电力生成单元的累积疲劳负载增加缓慢，可以修改疲劳水平的权重，以增加该电力生成单元的优先级排序，即疲劳水平的增加或减少取决于疲劳水平被确定为相对于设计极限的裕度，还是被确定为随着疲劳负载的累积而增加的水平。
本发明的第二方面涉及一种用于控制发电厂的功率生产的中央控制器，所述发电厂包括多个电力生成单元，所述多个电力生成单元包括至少一个风力涡轮发电机，其中所述发电厂连接到电网，以用于将电力从电力生成单元供应到电网，并且其中所述中央控制器被布置为向电力生成单元分配单独的功率设定点，并且其中所述中央控制器被布置为执行根据第一方面所述的方法。
本发明的第三方面涉及一种发电厂，所述发电厂包括多个电力生成单元，所述多个电力生成单元包括至少一个风力涡轮发电机和根据第二方面所述的中央控制器。
本发明的第四方面涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括软件代码，所述软件代码当在数据处理***上执行时适于控制发电厂，所述计算机程序产品适于执行根据第一方面所述的方法。
一般来说，本发明的各方面和实施例可以在本发明的范围内以任何可能的方式组合和耦合。本发明的这些和其他方面、特征和/或优点将从下文描述的实施例中显而易见并得到阐明。
附图说明
将参考附图，仅以举例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1显示了包括多个电力生成单元(诸如风力涡轮机)的发电厂，
图2显示了发电厂和分配器的配置，
图3A-B示出了根据功率水平的优先级排序和根据疲劳水平的调整，
图4A-B示出了根据疲劳水平的优先级排序和根据功率水平的调整，
图5示出了用于控制电力生成单元的功率设定点的控制方法的实施方式。
具体实施方式
图1显示了发电厂100，其包括多个电力生成单元101(诸如风力涡轮机)。发电厂100可以是仅包括可再生电力生成单元的可再生发电厂。一般来说，电力生成单元101可以由不同类型的电力生成单元(例如不同类型的可再生电力生成单元，诸如太阳能电力单元103(例如光伏太阳能板)和风力涡轮机)组成。不同类型的电力生成单元101也可以包括基于化石的电力生成单元(例如柴油机)。根据一个实施例，发电厂100的电力生产单元101中的至少一个是风力涡轮机。发电厂100可以包括至少三个相同或不同类型的电力生成单元101，即不同类型的电力生成单元的混合。例如，发电厂100可以仅由风力涡轮机102组成(在这种情况下为至少三个风力涡轮机102)。在另一个示例中，发电厂100包括至少两个风力涡轮机102和至少一个或两个其他电力生成单元101。
发电厂可与电网(未显示)连接，以用于将电力从电力生成单元101供应到电网。
发电厂100由中央控制器110控制。中央控制器110被布置为根据发电厂参考Pplant_ref控制来自电力生成单元101的电力生成，该发电厂参考Pplant_ref定义要从发电厂100供应到电网的期望功率。此外，中央控制器被布置为向电力生成单元分配功率设定点Pset，即向每个电力生成单元101分配单独的功率设定点，该单独的功率设定点设定期望的功率生产。功率设定点Pset可由中央控制器110根据发电厂参考Pplant_ref确定，使得功率设定点Pset的总和与发电厂参考Pplant_ref相对应。
在整个说明书中，功率参考用于风力发电厂的需求功率，而功率设定点用于单独的电力生成单元的需求功率。
因此，中央控制器110或由中央控制器组成的分配器的目标是确保尽可能快地输送需求功率(例如来自传输***运营商(TSO))，这适用于功率参考Pplant_ref的增加和减少。
风力涡轮机101可以包括塔架和具有至少一个转子叶片(诸如三个叶片)的转子。转子连接到机舱，该机舱安装在塔架的顶部，并且适合驱动位于机舱内的发电机。转子可在风的作用下旋转。由风引起的转子叶片的旋转能量通过轴传递给发电机。因此，风力涡轮机能够借助于转子叶片将风的动能转化为机械能，并随后借助于发电机将其转化为电能。发电机可以包括用于将发电机交流电转换为直流电的功率转换器和用于将直流电转换为交流电以注入电网的功率逆变器。
风力涡轮机102或其他电力生成单元101的发电机可被控制为生产与中央控制器110提供的功率设定点Pset相对应的功率。对于风力涡轮机，输出功率可以根据功率设定点通过调整转子叶片的桨距或通过控制功率转换器来调整功率生产来进行调整。对于其他电力生成单元101也存在类似的调整可能性。
在本文中，任何功率参考(诸如发电厂参考Pplant_ref、功率设定点Pset、可用功率Pav和生产功率Pprod)可以定义有功、无功或视在功率水平。根据一个实施例，功率水平(诸如Plant_ref、Pset、Pav、Pprod和其他相关功率水平)是有功功率水平。
图2举例说明了分配器内部计算模块的布置。在这个示例中，电力生成单元101是风力涡轮发电机102，但电力生成单元也可以包括风力涡轮发电机和其他类型的电力生成单元的混合。因此，为了保持说明书的一般性，除非具体内容指的是风力涡轮机示例，否则会提及电力生成单元101。
可以看出，分配器201被公开为中央控制器110的一部分。分配器接收发电厂参考Pplant_ref，并基于多个状态反馈信号确定相应风力涡轮发电机WTG1、WTG2、…、WTGn的功率设定点Pset(例如功率设定点Pset1、Pset2、...、Psetn)。这些反馈信号包括各个电力生成单元的可用功率Pav1...Pavn和各个电力生成单元的生产功率Pprod1...Prodn。
Pav1是风力涡轮机102在给定时间的可用功率，其基于当前风速和限制功率生产的其他参数计算。因此，电力***的可用功率是各个可用功率的总和。Pprod1是具体风力发电机102在给定时间生产的功率。
在发电厂参考Pplant_ref增加的情况下，各个功率设定点Pset的确定是基于各个电力生成单元的可用功率Pav1...Pavn来确定的。在发电厂参考Pplant_ref减少的情况下，各个功率设定点Pset的确定是基于各个电力生成单元的生产功率Pprod1...Prodn来确定的。
电力生成单元101的实际功率生产Pprod1...Prodn被馈送到馈电线，该馈电线通过变压器连接到公共耦合点(PCC)。在PCC处，借助于功率计来测量汇总的功率生产。测量的功率(P测量结果)被传送到PPC。
电力生成单元(例如风力涡轮发电机)的机械和电气部件暴露于疲劳负载，其需要对部件进行维修和更换。当用于监测疲劳负载的监测***和发电厂控制器的分配器之间不存在控制机制时，就不可能根据疲劳负载或对疲劳负载的监测来调整功率设定点Pset的确定。
另一方面，通过引入这种控制机制，有可能根据针对每个电力生成单元获得的疲劳水平来确定功率设定点Pset。
可能暴露于疲劳负载的风力涡轮发电机的机械部件的示例包括齿轮箱、发电机、转子、偏航***、叶片和其他部件。
图3A-B示出了根据一个实施例的方法，该方法用于通过基于确定的电力生成单元的优先级排序来确定电力生成单元中的至少一些的功率设定点来控制发电厂100的电力生成。
发电厂110包括多个电力生成单元101。该方法可以涉及基于相同单元的功率和疲劳数据确定发电厂110中所有单元101的功率设定点，或一部分单元101的功率设定点。
该方法基于已经针对电力生成单元101中的每一个(即发电厂100的电力生成单元中的至少一部分)获得的疲劳水平Flev。给定的电力生成单元101的疲劳水平可以是电力生成单元的一个或多个单独的部件或整个电力生成单元101的疲劳水平，或者是与电力生成单元101相关联的其他疲劳水平。因此，疲劳水平可以被确定为电力生成单元的一个或多个机械部件的组合累积疲劳水平。例如，一个部件(例如齿轮箱)的疲劳水平在一段时间内累积，并且不同部件(例如齿轮箱和叶片)的累积疲劳水平可以被组合为汇总的疲劳水平。确定疲劳水平的示例稍后在说明书中提供。
可用功率水平Pav和/或实际功率水平Pprod针对单独的电力生成单元和发电厂110的所有电力生成单元的两个或更多个中的一部分确定。可能没有必要同时获得可用功率水平Pav和实际功率水平Pprod，因为可用功率水平Pav可能只在发电厂参考Plant_ref增加的情况下需要，并且因为实际功率水平Pprod可能只在发电厂参考Plant_ref减少的情况下需要。因此，一般来说，针对每个电力生成单元获得至少一个功率水平(Pav和/或Pprod)。
可用功率水平Pav和实际功率水平Pprod都被称为电力生成单元101的功率水平Plev。
如图3A所示，响应于发电厂参考Pplant_ref的变化，响应于定期计算事件(即按顺序)或响应于其他事件，电力生成单元的优先级排序根据功率水平(即根据可用功率水平Pav或实际功率水平Pprod)确定。替代地，一个优先级排序根据可用功率确定，而另一个优先级排序根据实际功率水平Pprod确定。优先级排序可以是排序列表、分派给电力生成单元的优先级排序编号的形式或提供优先级排序的其他方式。
图3A示出了电力生成单元Unit2的功率水平Plev2比电力生成单元Unit1的Plev1低ΔP12，因此，其优先级排序仅在Unit1之下。因此，Unit1具有最高的可用功率Pav1和/或最高的功率生产Pprod1。
作为下一步，如图3B所示，并且再次响应于发电厂参考Pplant_ref的变化，响应于定期计算事件，响应于其他事件，或响应于基于功率水平Plev的先前优先级排序，根据发电厂单元101的疲劳水平Flev对该优先级排序进行调整。
该调整包括比较两个相邻的电力生成单元101(即在优先级排序列表或优先级排序中彼此相邻的电力生成单元)的功率水平Plev。在优先级排序较低的电力生成单元(这里是Unit2)的疲劳水平低于优先级排序较高的电力生成单元(这里是Unit1)的疲劳水平(或者相邻电力生成单元的疲劳水平之间的差高于某个阈值)的情况下，如果功率水平Plev之间的差较低，例如ΔP12低于阈值TP，则两个电力生成单元的顺序被颠倒(即调换)。随后，以同样的方式比较后续一对电力生成单元的功率水平。如图所示，下面一对的功率差ΔP23大于TP，因此，顺序保持不变。
用于功率水平Plev和疲劳水平的成对比较的一对电力生成单元被确定，使得在优先级排序较高的一对(例如Unit1和Unit2)之后的一对(例如Unit2和Unit3)包括优先级排序较高的一对中的一个电力生成单元，或者使得优先级排序较高的一对(例如Unit1和Unit2)之后的优先级排序较低的一对(例如Unit2和Unit3)包括优先级排序较高的一对中的优先级排序较低的电力生成单元(Unit2)(在可能的调换之前的优先级排序列表中)。
图3A和图3B中描述的进行优先级排序和调整的方法可以被表述为例如如下算法：
比较两个相邻电力生成单元的功率水平，
如果功率水平的差低于阈值，
则比较相邻电力生成单元的疲劳水平，
如果疲劳水平的差大于阈值，
则制作电力生成单元的列表，使得疲劳水平较低的电力生成单元排在疲劳水平较高的电力生成单元之上，
否则维持列表中的排名不变，即不需要调换，
否则维持列表中的排名不变，因为差很大，并且电气性能比考虑疲劳水平更重要。
该算法针对列表中的电力生成单元对执行，并且可以针对电力生成单元的整个列表进行迭代重复。
阈值TP可以由用户定义，也可以是固定的功率阈值。例如，阈值TP可以被设定为电力生成单元101的额定功率的百分比。
因此，该调整包括根据在优先级排序中彼此相邻的两个电力生成单元的功率水平和疲劳水平之间的差，颠倒两个电力生成单元在优先级排序(例如优先级排序列表)中的顺序。也就是说，如果两个相邻电力生成单元的功率水平类似，并且优先级排序较低的电力生成单元的疲劳水平低于优先级排序较高的电力生成单元的疲劳水平，则顺序被颠倒。另一方面，如果两个相邻电力生成单元的功率水平不类似，例如，如果功率水平大于阈值TP，则相邻电力生成单元的顺序不被颠倒。
作为下一步，并且再次响应于发电厂参考Pplant_ref的变化、响应于定期计算事件、响应于其他事件或响应于优先级排序的先前调整，基于调整后的优先级排序列表中的电力生成单元的优先级排序，确定或检查电力生成单元中101的至少一部分的功率设定点Pset。例如，这可以被执行，使得至少优先级排序最高的电力生成单元被分派修改的功率设定点，或者使得功率设定点的确定按照优先级排序的顺序执行。
例如，响应于发电厂参考Pplant_ref的增加，功率设定点Pset被增加，可能被增加到可用功率水平Pav或其一部分。在这种情况下，使用基于可用功率Pav的优先级排序。可能没有必要增加调整后的优先级排序中的所有电力生成单元的功率设定点Pset，多个优先级排序最高的电力生成单元可能就足以满足增加的发电厂参考Pplant_ref。
在另一示例中，响应于发电厂参考Pplant_ref的减少，功率设定点Pset被减少，可能减少到最小功率、高于最小功率Pmin的某个功率水平和/或单个电力生成单元101的实际功率生产Pprod的一部分。在这种情况下，使用基于生产功率Pprod的优先级排序，因为那些具有最高功率生产的单元101有最大的容量来提供功率降低——即它们具有到最小功率Pmin的最大裕度。可能没有必要减少调整后的优先级排序中的所有电力生成单元的功率设定点Pset，多个优先级排序最高的电力生成单元可能就足以满足减少的发电厂参考Pplant_ref。
图4A和图4B显示了基于针对每个电力生成单元101获得的疲劳水平Flev(而不是功率水平Plev)对电力生成单元101进行优先级排序的示例。图3A-B的示例中的优先级排序和调整优先级排序的原则与图4A-B的示例的原则是等同的，不同之处在于，在图4A-B的示例中，疲劳水平Flev被用于第一优先级排序，而功率水平Plev被用于调整优先级排序。
如图4A所示，响应于发电厂参考Pplant_ref的变化，响应于定期计算事件(即按顺序)或响应于其他事件，根据各个疲劳水平Flev确定电力生成单元的优先级排序。因此，电力生成单元101按疲劳水平Flev增加的顺序进行优先级排序，使得优先级排序最高的单元101具有最低的疲劳水平Flev1。因此，Unit 1的Flev1小于Unit 2的Flev2，等等。
在图4A中，电力生成单元Unit 2的疲劳水平Flev2比电力生成单元Unit 1的Flev1高一个量ΔF12，并且因此按优先级就排在Unit 1之下。因此，Unit 1具有最低的疲劳水平Flev。
作为下一步，如图4B所示，并且再次响应于发电厂参考Pplant_ref的变化，响应于定期计算事件，响应于其他事件，或响应于基于疲劳水平Flev的先前优先级排序，根据发电厂单元101的功率水平Plev对初始优先级排序进行调整。
优先级排序的调整可以基于可用功率水平Pav、实际生产的功率水平Pprod或两者。因此，可以基于Pav或Pprod来确定调整，使得分配器能够获得可用于发电厂参考Pplant_ref的增加和减少的调整后的优先级排序。
该调整包括比较两个相邻电力生成单元101(即优先级排序列表中彼此相邻的电力生成单元)的疲劳水平Flev。在优先级排序较低的电力生成单元(这里是Unit 2)的功率水平Plev2高于优先级排序较高的电力生成单元(这里是Unit 1)的功率水平Plev1(或者相邻电力生成单元的功率水平之间的差高于某个阈值)的情况下，如果疲劳水平Flev之间的差较低，例如，如果ΔF12低于阈值TF，则两个电力生成单元的顺序被颠倒。
随后，以同样的方式比较随后一对电力生成单元的功率水平。如图所示，后面的一对的疲劳水平差ΔF23大于TF，因此，顺序保持不变。
用于疲劳水平Flev和功率水平Plev的成对比较的一对电力生成单元被确定，使得在优先级排序较高的一对(例如Unit1和Unit2)之后的一对(例如Unit2和Unit3)包括优先级排序较高的一对中的一个电力生成单元，或者使得优先级排序较高的一对(例如Unit1和Unit2)之后的优先级排序较低的一对(例如Unit2和Unit3)包括优先级排序较高的一对中的优先级排序较低的电力生成单元(Unit2)(在可能的调换之前的优先级排序列表中)。
图4A和图4B中描述的进行优先级排序和调整的方法可以被表述为例如如下算法：
比较两个相邻电力生成单元的疲劳水平，
如果疲劳水平的差低于阈值，
则比较相邻电力生成单元的功率水平，
如果功率水平的差大于阈值，
则制作电力生成单元的列表，使得功率水平较高的电力生成单元排在功率水平较低的电力生成单元之上，
否则维持列表中的排名不变，即不需要调换，
否则维持列表中的排名不变，因为疲劳水平的差很大，并且疲劳水平比考虑功率水平更重要。
该算法针对列表中的电力生成单元对执行，并且可以针对电力生成单元的整个列表进行迭代重复。
疲劳阈值TF可以由用户定义，也可以是固定的疲劳阈值。
因此，该调整包括根据在优先级排序中彼此相邻的两个电力生成单元的疲劳水平Flev和功率水平Plev之间的差，颠倒这两个电力生成单元在优先级排序中的顺序。也就是说，如果两个相邻电力生成单元的疲劳水平Flev类似，且优先级排序较低的电力生成单元的功率水平Plev高于优先级排序较高的电力生成单元的功率水平Plev，则顺序被颠倒。另一方面，如果两个相邻电力生成单元的疲劳水平Flev不类似，例如，如果疲劳水平Flev大于阈值TF，则相邻电力生成单元的顺序不被颠倒。
电力生成单元101中的至少一部分的功率设定点Pset按照与图3A-B有关的描述来确定。因此，响应于功率设定点Pset增加的发电厂参考Pplant_ref的增加，使用电力生成单元的可用功率Pav调整该调整后的优先级排序列表。响应于功率设定点Pset减少的发电厂参考Pplant_ref的减少，基于电力生成单元的实际生产功率Pprod调整该调整后的优先级排序列表。
如与图3A-B和图4A-B的示例有关的描述，可以根据疲劳水平Flev或功率水平Flev来执行优先级排序，并且根据疲劳水平Flev或功率水平Plev中未用于确定电力生成单元的优先级排序列表的一个来执行优先级排序列表的调整。应该基于疲劳水平还是功率水平来进行优先级排序可以基于用户偏好、发电厂的各种操作条件(诸如与TSO和发电厂所有者的协议)来确定。
在某些情况下，例如，当发电厂100是陈旧的或接近其最终寿命，或电力生成单元的机械部件需要高度保护时，优先级排序可以只基于疲劳水平Flev，而不需要基于功率水平Plev随后进行调整。
对于已经有相当大的累积疲劳水平的陈旧电力生成单元来说，确保电力生成单元的进一步过度负载被减少或最小化可能更为重要。因此，关于应该基于疲劳水平还是负载水平来执行优先级排序的决定可以根据发电厂100的电力生成单元101自发电厂安装以来的操作时间来执行。替代地或附加地，该决定可以基于发电厂100的累积疲劳负载来执行，例如，该累积疲劳负载作为不同电力生成单元随时间(例如，自安装以来)的平均值获得。
每个电力生成单元的疲劳水平可以基于来自每个电力生成单元的传感器的测量数据来获得。在风力涡轮发电机102的情况下，这种传感器的示例包括叶片根部扭矩传感器和塔架加速度传感器。叶片根部扭矩可用于基于相对于桨距角和轮毂半径的坐标转换来估计轮毂力矩。从轮毂力矩中，可以基于方位角位置估计主轴承上的倾斜和偏航力矩。从功率和发电机速度信号中，可以计算齿轮箱上的扭矩，并对齿轮组和电气效率进行估计。塔架加速度传感器可用于寻找塔架顶部的加速度水平，这与塔架顶部的质量相乘，可得出塔架顶部的力矩。从塔架顶部的力矩中，可以计算出塔架底部的力矩。一般来说，利用这些传感器或利用外部传感器或利用代用模型，可以估计整个风力涡轮机的负载(例如，叶片、叶片轴承、轮毂、变桨***、主轴承、齿轮箱、塔架、基部等的负载)。
基于确定的部件负载和结构信息(诸如材料类型和结构尺寸)，可以确定各个部件的疲劳水平，从而确定疲劳负载随时间的累积。各个电力生成单元的疲劳水平Flev可以从一个或多个部件的累积疲劳水平的组合中确定。
每个电力生成单元的疲劳水平可以基于每个电力生成单元的一个或多个机械部件的部件疲劳水平的加权总和而获得。例如，叶片轴承中的旋转部件、齿轮箱、像螺栓这样的可更换部件都需要在年度维护期间进行维护或更换。因此，特别是到了计划维护时，为了利用这些部件的能力，这些部件的疲劳水平可以被赋予较高的权重(除非累积疲劳水平很严重)。例如，齿轮箱的加权系数可以从系数1增加到系数2，因为计划在不久的将来进行齿轮箱部件的更换。
疲劳水平可以被确定为基于一个或多个部件的部件疲劳水平和一个或多个部件的预定设计疲劳极限之间的差的疲劳裕度。因此，疲劳水平可以是指示给定部件的实际疲劳水平和设计极限之间的距离的裕度的形式。
给定的电力生成单元的疲劳水平Flev可以通过根据该部件的疲劳水平的变化率对累积的疲劳水平进行加权来确定。因此，可以将疲劳水平累积的趋势用作加权系数。具体部件的疲劳水平的趋势的快速增加可能导致电力生成单元101的寿命降低，并且在这个时候，累积的疲劳水平可以被赋予较低的权重，使得发电厂控制器110或分配器可以做出反应以确保该电力生成单元101被赋予低优先级排序。在相反的情况下，如果疲劳水平的累积趋势是缓慢的，则该电力生成单元101可以被赋予较高的优先级排序。
图5示出了各种实施例中描述的控制方法的可能实施方式。该实施方式可以包括监测***501，该监测***501包括传感器S1-Sn(诸如扭矩和加速度传感器)。传感器向疲劳水平计算模块502提供负载数据，疲劳水平计算模块502基于不同的传感器输入确定不同部件C1-Cn的累积疲劳水平Flev。该模块502可以由各个电力生成单元101组成，由发电厂控制器110组成，也可以以其他方式实现。因此，可以为每个电力生成单元101提供模块502，以确定该电力生成单元101的疲劳负载，或者模块502可以为所有电力生成单元所共有，并被布置为基于来自所有电力生成单元的传感器S1-Sn的数据确定所有单元101的疲劳负载。累积疲劳水平可供优先级排序模块503使用，优先级排序模块503执行优先级排序和优先级排序调整。优先级排序模块503可以在中央发电厂控制器110中实现。诸如优先级排序列表的优先级排序可供分配器201使用，分配器201被布置为基于优先级排序确定电力生成单元101的功率设定点Pset1-Psetn。
尽管本发明已经结合具体的实施例进行了描述，但不应以任何方式将其理解为限于所提出的示例。本发明的范围应根据所附的权利要求进行解释。在权利要求的上下文中，术语“包括”或“包含”并不排除其他可能的元件或步骤。另外，提到诸如“一”或“一个”等的引用不应理解为排除多个。在权利要求中对图中所示元件的参考符号的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，在不同的权利要求中提到的各个特征，可能可以有利地组合，并且在不同的权利要求中提到这些特征并不排除特征的组合是不可能的和有利的。

Claims (15)

1.一种控制发电厂(100)的电力生成的方法，所述发电厂(100)包括多个电力生成单元(101)，所述多个电力生成单元(101)包括至少一个风力涡轮发电机，其中电力生成***连接到电网，以用于将电力从电力生成单元供应到电网，并且其中所述电力生成单元(101)可控制为根据单独的功率设定点生产电力，所述方法包括：
-获得每个电力生成单元的疲劳水平(Flev)，其中所述疲劳水平指示电力生成单元的一个或多个机械部件的组合累积疲劳水平，
-获得每个电力生成单元的至少一个功率水平(Pav，Pprod)，其中所述功率水平指示电力生成单元能够生产的最大功率或指示电力生成单元生产的功率，
-确定电力生成单元的优先级排序列表，其中电力生成单元根据疲劳水平(Flev)或功率水平(Plev)进行优先级排序，
-根据疲劳水平(Flev)或功率水平(Plev)中未用于确定电力生成单元的优先级排序列表的一个来调整优先级排序列表，
-基于调整后的优先级排序列表中的电力生成单元的优先级排序，确定电力生成单元中的至少一部分的功率设定点(Pset)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，获得所述至少一个功率水平包括获得指示电力生成单元能够生产的最大功率的可用功率水平(Pav)，和/或获得指示电力生成单元当前生产的功率的实际功率水平(Pprod)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中
-在用于发电厂的期望功率生产的功率参考(Pplant_ref)增加的情况下，功率设定点基于使用用于确定优先级排序列表或用于调整优先级排序列表的可用功率水平(Pav)来确定，或者其中
-在功率参考(Pplant_ref)减少的情况下，功率设定点基于使用用于确定优先级排序列表或用于调整优先级排序列表的实际功率水平(Pprod)来确定。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中调整优先级排序列表包括：
-确定优先级排序列表中的第一电力生成单元(Unit1)的功率水平(Plev)与相对于第一电力生成单元处于较低优先级的第二电力生成单元(Unit2)的功率水平之间的差(ΔP12)，或确定优先级排序列表中的第一电力生成单元(Unit1)的疲劳水平(Flev)与相对于第一电力生成单元处于较低优先级的第二电力生成单元(Unit2)的疲劳水平之间的差(ΔF12)，以及根据所述差，
-比较第一电力生成单元和第二电力生成单元(Unit1，Unit2)的疲劳水平(Flev)或功率水平(Plev)中未用于确定电力生成单元的优先级排序列表的一个，
-根据疲劳水平或功率水平的比较，改变优先级排序列表中的第一电力生成单元和第二电力生成单元的顺序。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，如果第二电力生成单元的疲劳水平指示比第一电力生成单元的疲劳水平低的疲劳，或者如果第二电力生成单元的功率水平高于第一电力生成单元的功率水平，则改变第一电力生成单元和第二电力生成单元(Unit1，Unit2)的顺序。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，优先级排序列表的调整针对优先级排序列表中的连续的电力生成单元对成对地执行，其中在优先级排序较高的一对之后的一对包括优先级排序较高的一对中的优先级排序较低的电力生成单元。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，按顺序确定优先级排序列表和/或根据疲劳水平或功率水平中未用于确定电力生成单元的优先级排序列表的一个按顺序调整所述优先级排序列表。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括响应于功率参考(Pplant_ref)的变化来确定优先级排序列表和/或调整优先级排序列表。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括基于电力生成单元自安装以来的操作时间来确定将根据疲劳水平还是功率水平来执行优先级排序。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，每个电力生成单元的疲劳水平基于每个电力生成单元的一个或多个机械部件的部件疲劳水平的加权总和获得。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，疲劳水平被确定为基于一个或多个部件的部件疲劳水平和所述一个或多个部件的预定设计疲劳极限之间的差的疲劳裕度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，每个电力生成单元的疲劳水平根据针对一个或多个部件确定的疲劳水平的变化率进行加权。
13.一种中央控制器(110)，其用于控制发电厂(100)的功率生产，所述发电厂(100)包括多个电力生成单元(101)，所述多个电力生成单元(101)包括至少一个风力涡轮发电机，其中，所述发电厂连接到电网，以用于将电力从电力生成单元供应到电网，并且其中所述中央控制器被布置为向电力生成单元分配单独的功率设定点，并且其中所述中央控制器被布置为执行根据权利要求1-12所述的方法。
14.一种发电厂(100)，其包括多个电力生成单元(101)，所述多个电力生成单元(101)包括至少一个风力涡轮发电机和根据权利要求13所述的中央控制器(110)。
15.一种计算机程序产品，其包括软件代码，所述软件代码当在数据处理***上执行时适于控制发电厂(100)，所述计算机程序产品适于执行根据权利要求1-12中任一项所述的方法。
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