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公開番号2022138119
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-09-22
出願番号2022018393
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、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、風力タービン構成要素の温度と構成要素の対応する閾値温度との差を決定することによって1つまたは複数の構成要素温度誤差を決定するステップとを含む、方法に関する。本方法は、風力タービンの現在の出力を決定するステップと、少なくとも構成要素温度誤差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とをさらに含む。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5
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、
第1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と前記第1の風力タービン構成要素の対応する閾値温度との差を決定することによって第1の構成要素温度誤差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、
前記第1の構成要素温度誤差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 960 文字)【請求項2】
前記最大出力設定点を決定する前記ステップが、前記構成要素温度誤差に基づいた、フィードバック制御、任意選択でPID制御を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記フィードバック制御の出力は、構成要素温度に基づく出力設定点である、請求項2に記載の方法。
【請求項4】
前記風力タービン(160)の前記現在の出力に基づいて前記最大出力設定点を決定する前記ステップが、フィードフォワード制御を含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
構成要素温度誤差および現在の出力に基づく前記出力設定点が定格出力よりも高い場合、前記最大出力設定点は前記風力タービン(160)の定格出力として決定される、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記構成要素温度および前記現在の出力に基づく前記出力設定点が前記風力タービン(160)の前記定格出力よりも低い場合、前記最大出力設定点は、前記構成要素温度誤差および前記現在の出力に基づいた前記出力設定点として決定される、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記構成要素温度誤差に基づいて第1のオフセット出力設定点が決定され、前記現在の出力に基づいて第2のオフセット出力設定点が決定される、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記風力タービン(160)の定格出力、前記第1のオフセット出力設定点、および前記第2のオフセット出力設定点の合計が前記風力タービン(160)の前記定格出力よりも小さい場合、前記最大出力設定点は前記合計である、請求項7に記載の方法。
【請求項9】
現在の出力、前記第1のオフセット出力設定点、および前記第2のオフセット出力設定点の合計が前記風力タービン(160)の定格出力よりも小さい場合、前記最大出力設定点は前記合計である、請求項7に記載の方法。
【請求項10】
前記構成要素が、発電機(162)、主変圧器、または電力変換器のうちの1つである、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の方法。
(【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 2,300 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すぎる場合があり、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。
【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、第1の風力タービン構成要素の温度を決定するステップと、第1の風力タービン構成要素の温度と第1の風力タービン構成要素の対応する閾値温度との差を決定することによって第1の構成要素温度誤差を決定するステップとを含む。本方法は、風力タービンの現在の出力を決定するステップと、第1の構成要素温度誤差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とをさらに含む。
【0010】
この態様による方法では、周囲温度ではなく風力タービン構成要素の実際の温度に基づいて最大出力設定点が決定される。同時に、構成要素の実際の温度限界に達する前に反応することによって、設定点低減を滑らかにすることができる。温度誤差(すなわち、温度目標または温度限界と実際の温度との間の差)を監視することにより、制御はそのような限界に達する前に反応する。現在の出力は、将来の温度発展の予測器のように機能することができる。
(【0011】以降は省略されています)

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