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公開番号2022138118
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-09-22
出願番号2022018390
出願日2022-02-09
発明の名称風力タービン設定点低減
出願人ゼネラル エレクトリック レノバブレス エスパーニャ, エセ.エレ.
代理人個人,個人
主分類F03D 7/04 20060101AFI20220914BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】風力タービンの最大出力設定点を決定するための方法を提供する。
【解決手段】本開示は、風力タービンの最大出力設定点を決定するための方法であって、周囲温度を決定するステップと、1つまたは複数の風力タービン構成要素の温度を決定するステップと、風力タービンの現在の出力を決定するステップとを含む方法に関する。本方法は、風力タービン構成要素の熱力学モデル、周囲温度、風力タービンの構成要素の温度、および風力タービンの現在の出力に少なくとも部分的に基づいて、最大出力設定点を決定するステップをさらに含む。本開示はさらに、設定点低減を決定するための方法、ならびにそのような方法のために構成された風力タービン制御システムおよび風力タービンに関する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
風力タービン(160)の最大出力設定点を決定するための方法であって、
周囲温度を決定するステップと、
1つまたは複数の風力タービン構成要素の温度を決定するステップと、
前記風力タービン(160)の現在の出力を決定するステップと、
前記風力タービン構成要素の熱力学モデル、前記周囲温度、前記風力タービン(160)の前記構成要素の温度、および前記風力タービン(160)の前記現在の出力に少なくとも部分的に基づいて、前記最大出力設定点を決定するステップと
を含む、方法。
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
前記風力タービン構成要素は、電力変換器、発電機(162)、および変圧器のうちの1つまたは複数を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記風力タービン構成要素のうちの第1の風力タービン構成要素の温度を決定し、前記風力タービン構成要素のうちの第2の風力タービン構成要素の温度を決定するステップと、
前記第1の風力タービン構成要素の前記温度、前記周囲温度、および前記風力タービン(160)の前記現在の出力に少なくとも部分的に基づいて第1の最大出力設定点を決定するステップと、
前記第2の風力タービン(160)の前記温度、前記周囲温度、および前記風力タービン(160)の前記現在の出力に少なくとも部分的に基づいて、第2の最大出力設定点を決定するステップと、
前記第1の最大出力設定点および前記第2の最大出力設定点のうちの低い方を前記風力タービン(160)の最大出力設定点として選択するステップと
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記最大出力設定点を決定するステップが、前記熱力学モデルに基づいて時間窓内の前記風力タービン構成要素の1つまたは複数の将来の最大温度を予測するステップを含む、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項5】
前記時間窓が5分~4時間、具体的には10分~1時間である、請求項4に記載の方法。
【請求項6】
前記風力タービン構成要素の前記将来の最高温度を、前記風力タービン構成要素の1つまたは複数の対応する所定の温度閾値と比較するステップを含む、請求項4または5に記載の方法。
【請求項7】
前記風力タービン構成要素の前記将来の最大温度が前記対応する所定の温度閾値を下回る場合、前記風力タービン(160)の最大出力設定点を定格公称出力として定義するステップと、前記風力タービン構成要素の1つまたは複数の将来の最大温度が前記対応する所定の温度閾値を上回る場合、前記風力タービン(160)の低減された出力設定点を定義するステップとをさらに含む、請求項6に記載の方法。
【請求項8】
前記最大出力設定点が、予測される将来の風速および/または予測される将来の周囲温度にも基づく、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法。
【請求項9】
前記低減された出力設定点に従って動作するために、ブレードをピッチングすること、および/またはロータ速度を低減するステップをさらに含む、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法。
【請求項10】
風力タービン(160)を制御するための風力タービン制御システムであって、
周囲温度を決定し、
1つまたは複数の風力タービン構成要素の温度を決定し、
前記風力タービン(160)の現在の出力を決定し、
前記風力タービン構成要素の熱力学モデル、前記周囲温度、前記風力タービン(160)の前記構成要素の温度、および前記風力タービン(160)の前記現在の出力に少なくとも部分的に基づいて、前記最大出力設定点を決定する
ように構成された、風力タービン制御システム。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、風力タービンに関し、特に、風力タービン構成要素の温度に基づいて最大出力設定点を決定するための設定点低減および方法に関する。
続きを表示(約 2,400 文字)【背景技術】
【0002】
一般に、現代の風力タービンは、送電網に電気を供給するために使用されている。この種の風力タービンは、一般に、タワーと、タワー上に配置されたロータとを含む。典型的にはハブおよび複数のブレードを備えるロータは、ブレードへの風の影響下で回転するようになっている。前記回転は、通常、ロータシャフトを介して発電機に直接またはギアボックスを介して伝達されるトルクを生成する。このようにして、発電機は、送電網に供給することができる電気を生産する。
【0003】
風力タービンハブは、ナセルの前部に回転可能に結合されてもよい。風力タービンハブは、ロータシャフトに接続されてもよく、次いでロータシャフトは、ナセルの内側のフレームに配置された1つまたは複数のロータシャフト軸受を使用してナセル内に回転可能に装着されてもよい。ナセルは、例えば、ギアボックス(存在する場合)および発電機、ならびに風力タービンに応じて、電力変換器、および補助システムなどのさらなる構成要素を収容および保護する風力タービンタワーの上部に配置されたハウジングである。
【0004】
可変速風力タービンでは、風力タービンコントローラが、様々な風況に適応するように風力タービンの制御設定を変更することができる。特に、ブレードのピッチ角および発電機トルクは、風況に適合するように変化させることができる。公称または「定格」風速を下回る風速では、制御の目標は、一般に、風力タービンの電力出力を最大にすることであり、すなわちピッチおよび発電機トルクを、最大電力出力を送電網に送達できるように変化させる。公称風速を超えると(および公称風速の周囲の状況に応じて)、制御の目標は、特に負荷を制御下に保つこと、すなわちピッチおよび発電機トルクを変化させて風力タービンの負荷を許容可能なレベルまで低減し、一方で出力は可能な限り最高のレベル(負荷の制約を考慮)に維持することであり得る。
【0005】
風力タービンは、陸上、沖合、温暖な気候および寒冷な気候など、大きく異なる環境で使用することができる。周囲温度が上昇すると、風力タービン構成要素の温度も上昇する可能性がある。周囲温度が非常に高いか、または長期間高いままである場合、風力タービン構成要素の温度が高くなり過ぎる場合があり、風力タービンの動作は、風力タービン構成要素の温度を許容可能なレベルに保つように適合させることが必要な場合がある。
【0006】
このような状況に対処するために、2つの異なる方法が知られている。1つの既知の解決策では、異なる周囲温度に対して、異なる最大出力設定点(すなわち、出力限界)が定義される。周囲温度の関数としてのそのような最大出力設定点は、風力タービン製造業者とオペレータとの間で契約して固定することができる。
【0007】
動作中、周囲温度を監視することができ、周囲温度に応じて、所定の最大出力設定点が使用される。特に、この方法は、公称風速を超えると、定格出力が送電網に送達されなくなり、むしろ減少した量の電力が送達される場合がある。風力タービンの動作は、より低い風速では正常であることができ、周囲温度に基づいて最大出力設定点が決定された場合でも、卓越風の風況は、最適な動作であってもこの最大電力に到達できないようなものとすることができる。この手法の1つの欠点は、最大出力設定点が一般に非常に控えめに設定され、このことが電力出力に影響を及ぼすことである。
【0008】
別の既知の解決策では、風力タービン構成要素の温度が動作中に測定され、風力タービン構成要素の対応する閾値が事前に定義される。風力タービン構成要素の温度が対応する閾値を下回ったままである場合、最大出力設定点は影響を受けない、すなわち、風況が良好であれば公称定格出力を送電網に送達することができる。風力タービン構成要素の温度のうちの1つが対応する閾値に達すると、出力は(一般に)大幅に低下して風力タービン構成要素を冷却する。この手法の1つの欠点は、出力が低減される場合、出力は、一般に、構成要素の安全な動作を保証するために迅速に低減される必要があることである。したがって、出力変動が大きくなる場合がある。別の欠点は、動作が(周囲温度ではなく)構成要素温度に基づく場合、風力タービンのオペレータは、風力タービンの寿命全体にわたって、または1年全体にわたって出力設定点の低減が必要となる頻度を事前に知ることができないか、または合理的に推測することができないことである。
【発明の概要】
【0009】
本開示の一態様では、風力タービンの最大出力設定点を決定するための方法が提供される。本方法は、周囲温度を決定するステップと、1つまたは複数の風力タービン構成要素の温度を決定するステップと、風力タービンの現在の出力を決定するステップとを含む。本方法は、風力タービン構成要素の熱力学モデル、周囲温度、風力タービンの構成要素の温度、および風力タービンの現在の出力に少なくとも部分的に基づいて、最大出力設定点を決定するステップをさらに含む。
【0010】
この態様によれば、周囲温度だけでなく他も考慮する、最大出力設定点を決定するための方法が提供される。構成要素の実際の温度も考慮に入れられるため、慎重過ぎる手法は回避され、周囲温度が(一時的に)高い場合でも、風力タービン構成要素が構成要素の安全性または性能を損なうことなく実際に正常動作を継続できるならば、動作は過度に制限されない。実際の現在の温度だけでなく、予測も考慮するバランスのとれた手法が提供される。したがって、本方法は、現在の測定およびそれに対する反応だけでなく、風力タービン構成要素のモデル化された挙動にも基づく。
(【0011】以降は省略されています)

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