專利名稱：風電場以及用于控制風電場的方法
技術領域：
這里公開了一種風電場以及用于控制風電場的方法。
背景技術：
過去，在銷售中對風力渦輪機的需求不斷增加。因此，在全年發 生結冰的可能性較高的場所也安置和架設越來越多的風力渦輪機。例 如，這種場所可處于寒冷且惡劣的氣候條件下，像北歐、海上區域或 高山地區。這些條件使得結冰的可能性增加，也就是積冰。特別是， 在渦輪機的旋翼葉片上的結冰會導致能量輸出減少。這是因為風力渦 輪機上慣性載荷的增加以及風力渦輪機的空氣動力性能的下降。此外，
當出現拋冰(ice-throw)時可能要關閉風力渦輪機進行調節，這會使 能量輸出進一步下降。通常，對位于居住區和/或鄰近公路的風力渦輪 機而言，關機調節更為嚴格。
發明內容
考慮到上述情況，提供一種風電場，該風電場包括多個風力渦輪 機，用于檢測多個風力渦輪機中的至少一個風力渦輪機的結冰狀態的 冰檢測傳感器，以及與冰檢測傳感器和風力渦輪機中的至少兩個風力 渦輪機相連接的主控制器，其中主控制器用于根據由冰檢測傳感器檢 測到的結冰狀態來控制至少兩個風力渦輪機的工作。
通過從屬權利要求，說明書和說明書附圖可以明白本發明的其他 方面，優點和特征。
根據一個實施方式，提供一種風電場，該風電場包括至少兩個連 接到結冰檢測單元的風力發電站，其中該至少兩個風力發電站共用結 冰檢測單元，且其中該至少兩個風力發電站的工作可基于共用的結冰 檢測單元檢測到的至少一個所述風力發電站的結冰狀態來進行控制。
根據另一實施方式，提供一種用于控制風電場中的風力渦輪機的 工作的方法，該方法包括下列步驟檢測包括在風電場中的至少一個 風力渦輪機的結冰狀態，以及基于檢測到的該至少一個風力渦輪機的結冰狀態來控制包括在風電場中的至少兩個渦輪機的工作。
對于本領域技術人員而言，說明書的包括參照附圖在內的其余部 分更加具體地示出了實施方式的包括其最佳模式在內的完全且充分的
公開，圖中
圖l示出了可以用在根據一個實施方式的風電場中的風力渦輪機。 圖2示出了根據一個實施方式的風電場。 圖3示出了根據另一實施方式的風電場。 圖4示出了根據還一實施方式的風電場。 圖5示出根據一個實施方式的控制方法的流程圖。
部件列表 2塔架 4轂 6機艙 8旋翼葉片
100， 110風力渦輪機/風力發電站
120渴輪機控制器
200冰傳感器/結冰檢測單元
300主控制器
400網絡攝像機
500控制方法
510開始
520收集數據
530結冰？
540， 560渦輪機關閉？ 550關閉渦輪機 570啟動渦輪機
具體實施例方式
下面將具體地參考本發明的各種實施方式，圖中示出了這些實施方式的一個或多個實施例。每個實施例被提供用來對本發明進行說明， 而不是限制本發明。被示出或描述為一個實施方式的部分的特征可用 于其他實施方式或者與其他實施方式結合使用而進一步產生再一實施 方式。這種修改和變型也包括在本發明內。
圖l示出了可以用在根據一個實施方式的風電場中的風力渦輪機
100。這里，該風力渦輪機100包括塔架2，其上安裝有機艙6。在該機 艙6的一個端側安裝有承栽旋翼葉片8的旋翼轂4。由旋翼轂4和旋翼葉 片8形成的風輪可以從風中獲得動能，從而繞基本水平的軸線旋轉。一 般地，在機艙6中設置了連接到風輪的發電機(未示出)。風輪的旋轉 作用于發電機以產生電力。如上所述，在特定的大氣條件下，在渦輪 機各部件上會結冰，例如，在風速計和葉片上。冰的堆積可能導致渦 輪機葉片出現拋冰，結果是可能需要關閉風力渦輪機。
圖2示出了根據一個實施方式的風電場1000。風電場1000由多個風 力渦輪機100形成。雖然在圖2中僅示出了四個風力渦輪機100，但是對 于本領域技術人員來說4艮容易明白，風電場1000可以包括等于或大于2 的任意數量的風力渦輪機。風電場1000還包括冰檢測傳感器200，用于 檢測所述多個風力渦輪機中的至少一個的結冰狀態。冰檢測傳感器200 可以為本領域已知的任意配置，并且特別地可以包括用于監測風電場 的風力渦輪機100的攝像機。然而，同樣也可應用已知的其他配置的冰 傳感器。冰檢測器200可以監測風電場中的若干個風力渦輪機100中僅 一個或者甚至所有風力渦輪機100的結冰狀態。特別是，冰檢測傳感器 200適合于檢測風力渦輪機上是否形成有大量的冰堆積。風電場1000還 包括主控制器300，其連接到冰檢測傳感器200以及至少兩個風力渦輪 機IOO。主控制器300適合于根據由冰檢測傳感器200檢測到的結冰狀態 來控制至少兩個風力渦輪機100的工作。例如，如果傳感器200檢測到 相當多的冰堆積形成在渦輪機的旋翼葉片8上，主控制器300可以關閉 風力渦輪機IOO。在這種情況下，主控制器300發送關閉信號給連接到 主控制器300的風力渦輪機100。根據另一實施例，冰檢測器200可以檢 測到先前檢測到的結冰狀態已結束，也就是說，風力渦輪機100的旋翼 葉片8沒有冰。如果風力渦輪機100因結冰狀態而被關閉，則主控制器 300現在可以為風力渦輪才幾開始啟動程序。因此，風電場1000中的風力 渦輪機100能夠再次恢復聯機(online)。由于上述的配置，僅需要單個冰檢測傳感器200來控制整個風電場 1000。換句話說，風電場1000的至少兩個風力渦輪機或風力發電站共 用結冰檢測單元，并能基于由共用的冰檢測單元檢測到的結冰狀態而 被共同地控制。因此，不再需要為風電場1000中的每個單獨的風力渦 輪機100配備它自己的冰檢測傳感器。因此，能夠顯著地降低每個渦輪
機的成本。另外，不再需要監測每個單獨的風力渦輪機。例如，可以
僅監測一個或兩個風力渦輪機100的結冰狀態，而基于監測結果來共同 地控制包括在風電場1000中的所有風力渦輪機。例如，當檢測到結冰 時，風電場1000中的所有渦輪機可被共同地關閉。這樣，可以避免僅
一些渦輪機被關閉而其他的仍然運轉，這種情況在每個渦輪機均配備 有其自身的冰檢測傳感器時由于冰檢測過程中的容差而可能發生。
在上述的實施例中，僅用了一個冰檢測傳感器來控制風電場IOOO 中的所有渦輪機IOO。然而，本領域技術人員能夠理解，也可以提供一
個或多個冗余的傳感器作為后備系統或作為用于獲取更高統計準確度 的系統。另外，在大型風電場中，有利的是將風力渦輪機分為兩個或 多個子組，這些子組中的每個均配備有自己的冰檢測傳感器和主控制 器。在這種情況下，子組的冰檢測傳感器的信號能夠被分布到該子組 中包括的所有風力渦輪機并由這些渦輪機進行處理。特別地，結構配 置仍然是兩個或多個風力渦輪機共用一個水檢測單元。
在圖2所示的實施方式中，冰檢測傳感器200沒有安裝在風力渦輪 機100上而是分開的。例如，冰檢測傳感器200可以包括對風力渦輪機 IOO中的一個或多個進行成像的數字攝像機，和用于渦輪機和/或葉片 結冰的自動檢測的圖像處理工具。同樣，也可以使用其他冰檢測器。
圖3示出了根據另一實施方式的風電場IOOO,其中冰檢測傳感器 200安裝在這些風力渦輪機110的其中一個上。例如，風力渦輪機110為 包括有傳統的結冰檢測單元的傳統類型。其他風力渦輪機100沒有配備 單獨的結冰檢測單元，從而實現了生產成本的降低。冰檢測單元200連 接到主控制器300，該主控制器如上文所述那樣控制風力渦輪機IIO、 IOO的集體行為。
此外，風電場1000包括網絡^H象機400，用于檢測風電場中的至少 一個風力渦輪機的無冰狀態。換句話說，網絡攝像機400就是用于檢測 未結冰或無冰狀態的傳感器。類似于冰檢測單元200，網絡攝像機400也可連接到主控制器300。例如，風力渦輪機100可由于冰檢測單元200 檢測到的結冰狀態而事先由主控制器300關閉。如果網絡攝像機400現 在檢測到旋翼葉片8再次無冰，則其發信號通知主控制器300可以重新 開始工作。然后，主控制器300開始用于風力渦輪機100、 IIO的啟動程 序，來使它們恢復聯機。根據另一實施方式，基于網絡攝像圖片手動 地重新激活風電場IOOO (通常經由遠程控制)。對于相反的情況(即， 檢測無冰狀態)也是同樣地，單個傳感器的檢測結果可以由若干個風 力渦輪機共享從而集體地協調它們的控制。
圖4示出了還一實施方式的風電場。圖中示出了不僅冰檢測傳感器 200而且主控制器300也位于一特定的風力渦輪機110上。特別地，風力 渦輪機110的渦輪機控制器用于作為主控制器300。為此，主控制器300 與設置在未配備有冰檢測傳感器200的其他風力渦輪機100中的每個渦 輪機控制器120連接。例如，當冰檢測傳感器200檢測結冰狀態時，主 控制器300指示渦輪機控制器120開始關閉程序。雖然圖4中未示出，但 也可以設置網絡攝像機400來檢測風力渦輪機何時再次無冰。在這種情 況下，主控制器300將指示渦輪機控制器120開始用于它們各自的渦輪 機的啟動程序。
本領域技術人員應當理解，在任一上述或其他實施方式中，主控 制器300可以適于單獨地控制每個風力渦輪才幾100、 110和/或每個風力 渦輪機控制器120。在各實施方式中，主控制器300可以與每個單獨的 風力渦輪機IOO、 110處的渦輪機控制器120連接，其中，主控制器300 適于控制和/或指示渦輪機控制器120。例如，主控制器300可適于根據 由冰檢測傳感器200檢測的結冰狀態來關閉兩個或多個風力渦輪機 100、 110。特別地，主控制器300可適于根據檢測到的結冰狀態關閉包 括在風電場或風電場的子組中的所有風力渦輪機。另一方面，主控制 器300還可適于根據由冰檢測傳感器200或用于檢測無冰狀態的附加傳 感器400檢測到的結冰狀態來啟動兩個或多個風力渦輪機100、 110。同 樣在這個實施方式中，主控制器300可適于根據檢測到的無冰狀態來啟 動包括在風電場或風電場的子組中的所有風力渦輪機。
圖5示出了根據一個實施方式的控制方法500的流程圖。在步驟510 中開始該控制方法之后，在步驟520中收集冰檢測傳感器數據。在步驟 530中，檢查所收集的數據以檢測結冰狀態(例如在所監測的風力渦輪機的旋翼葉片8上的冰堆積)。如果檢測到結冰，在步驟540中檢查風 力渦輪機是否已經被關閉。在風力渦輪機已經停止工作的情況下，在 步驟520中繼續數據的收集。然而，如果渦輪機仍然運轉并且已經檢測 到結冰狀態，在步驟550中關閉渦輪機。之后，在步驟520中繼續傳感 器數據的收集。如果在步驟530未檢測到結冰狀態，在隨后的方法步驟 560中檢查渦輪機是否由于先前的關閉而停止工作。如果不是，則正常 的工作狀態繼續存在，并在步驟520中繼續傳感器數據的收集。然而， 如果在步驟560中檢測到渦輪機關閉并且無結冰狀態存在(步驟530 )， 在步驟570中可以重新啟動渦輪機。除結冰狀態以外，還存在其它需要 關閉風電場中的風力渦輪機的原因，例如，電網故障、維修工作、風 速過大等等。本領域技術人員應明白，在步驟570中，還要在重新啟動 渦輪機之前檢查這些其他原因。換句話說，圖5中示出的流程圖主要在 于風電場控制的與結冰相關的方面而忽略了其他也起重要作用的方 面。然而，本領域技術人員知道這些其他的方面并且可以以僅僅例行 公事的方式將它們包括在圖5中示出的控制方案中。
在一個實施方式中，基于所檢測的結冰狀態，包括在風電場中的 所有的風力渦輪機同時關閉。同樣，基于所檢測的結冰狀態，包括在 風電場中的所有的風力渦輪機可以同時重新啟動。特別地，當被設置 作為用于無冰狀態的傳感器的網絡攝像機檢測到無冰狀態時，風力渦 輪機可以重新恢復聯機。
本說明書使用了實施例來公開包括最佳模式的實施方式，這也有 助于本領域技術人員實施和使用這些實施方式。雖然已經描述了多種 具體的實施方式，但是本領域技術人員將明白在權利要求書的精神和 范圍內通過修改可以實現其他實施方式。尤其是，上述實施方式的共 有的非排他的特征可以相互結合。專利范圍由權利要求書定義，并且 包括本領域技術人員想到的其他實施例。如果這些其他實施例具有與 權利要求的文字描述相同的結構要素，或者如果這些其他實施例包括 與權利要求的文字描述沒有實質性區別的等同結構要素，這些其他實 施例也落在權利要求書的范圍內。
權利要求
1. 一種風電場(1000)，包括多個風力渦輪機(100，110)，冰檢測傳感器(200)，其適于檢測所述多個風力渦輪機(100，110)中的至少一個風力渦輪機的結冰狀態，以及主控制器(300)，其連接到所述冰檢測傳感器(200)以及連接到所述風力渦輪機(100，110)中的至少兩個風力渦輪機，其中，該主控制器(300)適于根據所述冰檢測傳感器(200)檢測到的結冰狀態來控制所述至少兩個風力渦輪機(100，110)的工作。
2. 根據權利要求l所述的風電場，其中，所述冰檢測傳感器(200 ) 被安裝成與所述多個風力渦輪機(100)分離。
3. 根據權利要求l所述的風電場，其中，所述冰檢測傳感器(200 ) 安裝在其中一個風力渦輪機上(110)。
4. 根據前述任一項權利要求所述的風電場，其中，所述主控制器 (300 )與每個單獨的風力渦輪機(100)上的渦輪機控制器(l20)連接，其中，該主控制器(300 )適于控制所述渦輪機控制器(120)。
5. 根據前述任一項權利要求所述的風電場，其中，所述主控制器 (300 )適于根據由所述冰檢測傳感器(200 )檢測到的結冰狀態來關閉包括在風電場(1000 )中的所有風力渦輪機(100， 110)。
6. 根據前述任一項權利要求所述的風電場，其中，所述主控制器 (300 )適于根據由所述冰檢測傳感器(200 )檢測到的結冰狀態來啟動所述至少兩個風力渦輪機(100， 110)。
7. 根據前述任一項權利要求所述的風電場，還包括網絡攝像機 (400)，用于檢測所述多個風力渦輪機中的至少一個風力渦輪機(100 ) 的無冰狀態。
8. —種用于控制風電場中的風力渦輪機的工作的方法，包括下列 步驟檢測包括在風電場中的至少一個風力渦輪機的結冰狀態，以及 根據所檢測到的所述至少一個風力渴輪機的結冰狀態來控制包括 在風電場中的至少兩個風力渦輪機的工作.
9. 根據權利要求8所述的方法，其中，根據所檢測到的結冰狀態 同時關閉包括在風電場中的所有風力渦輪機。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其中，當通過網絡攝像機檢測 到無冰狀態時，使包括在風電場中的所有風力渦輪機恢復聯機。
全文摘要
一種風電場(1000)，其包括多個風力渦輪機(100，110)，用于檢測所述多個風力渦輪機(100，110)中至少一個的結冰狀態的冰檢測傳感器(200)，以及與所述冰檢測傳感器(200)和所述風力渦輪機(100，110)中的至少兩個風力渦輪機連接的主控制器(300)，其中主控制器(300)用于根據由所述冰檢測傳感器(200)檢測到的結冰狀態來控制所述至少兩個風力渦輪機(100，110)的工作。
文檔編號F03D9/00GK101440782SQ20081017311
公開日2009年5月27日 申請日期2008年10月30日 優先權日2007年10月30日
發明者U·厄普赫斯 申請人:通用電氣公司