用于控制风力涡轮的系统和方法与流程

1.本公开大体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及用于经由偏航偏移来控制风电场的多个风力涡轮中的风力涡轮的系统和方法。


背景技术：

2.风力被认为是目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，并且，在这点上，风力涡轮已得到越来越多的关注。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。机舱包括转子组件，转子组件联接到齿轮箱并且联接到发电机。转子组件和齿轮箱安装于位于机舱内的底板支承框架上。一个或多个转子叶片使用已知的翼型件原理来捕获风的动能。转子叶片将动能以旋转能的形式传送，以便使将转子叶片联接到齿轮箱或在未使用齿轮箱的情况下将转子叶片直接地联接到发电机的轴转动。然后，发电机使机械能转换成电能，并且，电能可传送到容纳于塔架内的转换器和/或变压器并且随后部署到公用电网。现代的风力功率生成系统典型地采取风电场的形式，该风电场具有多个这样的风力涡轮发电机，这些风力涡轮发电机可操作成将功率供应到传输系统，该传输系统将功率提供到电力网。
3.捕获风的动能大体上包括使风力涡轮的机舱偏航到风中。典型地，当风力涡轮正低于额定功率而操作时，当机舱和风平行地对准时，风力涡轮可针对给定的环境条件而产生最大量的功率。因此，当风和机舱未对准使得风的矢量与机舱的轴线相交时，风力涡轮的功率产量可小于最大量。
4.为了便于风力涡轮针对给定的环境条件的最大功率产量，风力涡轮典型地配备有可检测风向的风向标或其它传感器。该信息可被利用来使机舱偏航，以便使得机舱与风对准。然而，该信息可缺乏期望的准确度水平。例如，风向标可在安装期间或在维护规程之后未对准。
5.另外，风向标可典型地安装于转子的下风处。因而，转子与风的相互作用可引起在转子的下风处的风向改变。因此，风向标可有意地未对准，和/或偏置值可施加于其输出。然而，未对准/偏置可基于标称设计计算，并且可不反映转子中的差异和/或其它因素。照此，未对准/偏置程度可不造成期望的准确度水平。
6.鉴于前面提到的内容，本领域正不断地寻求使机舱与风向平行地对准的用于控制风电场的风力涡轮的新型并且改进的系统和方法。


技术实现要素：

7.本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而了解。
8.在一个方面，本公开针对一种用于控制风电场的多个风力涡轮中的风力涡轮的方法。该方法可包括经由控制器来针对偏航事件的多个采样间隔确定针对风力涡轮的性能差异。性能差异可指示针对风力涡轮的监测性能参数与估计性能参数的比。该方法还可包括
经由控制器来确定针对风力涡轮的趋势线，该趋势线使性能差异与在多个采样间隔中的各个采样间隔的风向与针对偏航事件的第一偏航角的偏差相关。另外，该方法可包括经由控制器来基于与趋势线的顶点相关联的角与第一偏航角之间的差确定偏航角偏移。此外，该方法可包括经由控制器来至少部分地基于偏航角偏移调整风力涡轮的第二偏航角。
9.在实施例中，该方法可包括经由控制器在多个采样间隔中的各个采样间隔接收针对多个风力涡轮的指定子集的各个风力涡轮的性能参数的指示。该方法还可包括经由控制器来基于指定子集的各个风力涡轮的性能参数的所接收的指示在多个采样间隔中的各个采样间隔对针对风力涡轮的预期性能参数进行建模。
10.在额外的实施例中，该方法可包括经由控制器在偏航事件的多个采样间隔中的各个采样间隔从风力涡轮的环境传感器接收监测风向的指示。该方法还可包括经由控制器来每个偏航事件至少一次地从多个风力涡轮的至少部分接收偏航设定点的指示。该方法还可包括经由控制器来基于所接收的指示确定中值偏航设定点。中值偏航设定点可指示偏航事件风向。偏航事件风向可为针对偏航事件而与风力涡轮轴向对准的风向。另外，该方法可包括经由控制器来确定在多个采样间隔中的各个采样间隔的监测风向与第一偏航角之间的差。该差可对应于在多个采样间隔中的各个采样间隔的风向与偏航事件风向的偏差。此外，该方法可包括经由控制器来针对偏航事件确定相对于风向与第一偏航角的偏差的性能参数相关性分布。
11.在又一另外的实施例中，该方法可包括至少限定第一偏航扇区和第二偏航扇区。该方法还可包括：当风力涡轮位于第一偏航扇区中时，针对风力涡轮而确定第一偏航角偏移。另外，该方法可包括：当风力涡轮位于第二偏航扇区中时，针对风力涡轮而确定第二偏航角偏移。第二偏航角偏移不同于第一偏航角偏移。
12.在实施例中，偏航事件可由从控制器接收的连续的偏航设定点命令之间的周期限定。偏航事件可包括至少五个采样间隔。
13.在额外的实施例中，偏航事件可具有60秒的持续时间。另外，各个采样间隔可在偏航事件的持续时间内每10秒出现一次。
14.在另外的实施例中，该方法可针对在至少一个月的采样周期内发生的各个偏航事件而重复。
15.在又一另外的实施例中，调整风力涡轮的偏航角可包括使风力涡轮的环境传感器对准或对风力涡轮的环境传感器进行重新校准。
16.在实施例中，风力涡轮的偏航角的调整可在风力涡轮或环境传感器的安装和/或维护或维修活动之后完成。
17.在另外的实施例中，该方法可包括建立针对风力涡轮的对准测试间隔。该方法还可包括根据如由对准测试间隔限定的测试计划而确定偏航角偏移，以便检测在环境传感器或风力涡轮的对准方面的漂移。
18.在又一另外的实施例中，性能参数可为功率输出。
19.在实施例中，性能参数可为第一性能参数。该方法还可包括经由控制器在偏航事件的多个采样间隔中的各个采样间隔确定针对风力涡轮的第二性能差异。第二性能差异可指示针对风力涡轮的所监测的第二性能参数与所估计的第二性能参数的比。另外，趋势线可为使第一性能差异和第二性能差异与在多个采样间隔中的各个采样间隔的风向与第一
偏航角的偏差相关的三维趋势线。
20.在额外的实施例中，第二性能参数可包括末梢速度比、桨距设定点、偏航力矩、风速、湍流强度和/或弯曲力矩。
21.在另一方面，本公开针对一种用于控制风电场的多个风力涡轮中的风力涡轮的系统。该系统可包括用于使风力涡轮偏航的偏航驱动机构和通信地联接到多个风力涡轮的控制器。控制器可包括配置成执行多个操作的至少一个处理器。多个操作可包括本文中所描述的方法、步骤和/或特征中的任何。
22.技术方案1. 一种用于控制具有多个风力涡轮的风电场的风力涡轮的方法，所述方法包括：经由控制器来针对偏航事件的多个采样间隔确定针对所述风力涡轮的性能差异，所述性能差异指示针对所述风力涡轮的监测性能参数与估计性能参数的比；经由所述控制器来确定针对所述风力涡轮的趋势线，所述趋势线使所述性能差异与在所述多个采样间隔中的各个采样间隔的风向与针对所述偏航事件的第一偏航角的偏差相关；经由所述控制器来基于与所述趋势线的顶点相关联的角与所述第一偏航角之间的差确定偏航角偏移；以及经由所述控制器来至少部分地基于所述偏航角偏移调整所述风力涡轮的第二偏航角。
23.技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，确定针对所述风力涡轮的所述性能差异进一步包括：经由所述控制器在所述多个采样间隔中的各个采样间隔接收针对所述多个风力涡轮的指定子集的各个风力涡轮的监测性能参数的指示；以及经由所述控制器来基于所述指定子集的各个风力涡轮的所述监测性能参数的所述所接收的指示在所述多个采样间隔中的各个采样间隔对针对所述风力涡轮的预期性能参数进行建模。
24.技术方案3. 根据技术方案2所述的方法，其中，确定针对所述风力涡轮的所述趋势线进一步包括：经由所述控制器在所述偏航事件的所述多个采样间隔中的各个采样间隔从所述风力涡轮的环境传感器接收监测风向的指示；经由所述控制器来每个偏航事件至少一次地从所述多个风力涡轮的至少部分接收偏航设定点的指示；经由所述控制器来基于所述所接收的指示而确定中值偏航设定点，所述中值偏航设定点指示偏航事件风向，所述偏航事件风向是针对所述偏航事件而与所述风力涡轮空气动力学对准并且与所述第一偏航角对应的风向；经由所述控制器来确定在所述多个采样间隔中的各个采样间隔的所述监测风向与所述第一偏航角之间的差，所述差对应于在所述多个采样间隔中的各个采样间隔的所述风向与所述偏航事件风向的所述偏差；以及经由所述控制器来针对所述偏航事件确定所述性能差异相对于所述风向与所述第一偏航角的所述偏差的分布。
25.技术方案4. 根据技术方案3所述的方法，其中，确定所述偏航角偏移进一步包括：至少限定第一偏航扇区和第二偏航扇区；当所述风力涡轮位于所述第一偏航扇区中时，针对所述风力涡轮而确定第一偏航角偏移；以及当所述风力涡轮位于所述第二偏航扇区中时，针对所述风力涡轮而确定第二偏航角偏移，所述第二偏航角偏移不同于所述第一偏航角偏移。
26.技术方案5. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述偏航事件由从所述控制器接收的连续的偏航设定点命令之间的周期限定，所述偏航事件包括至少五个采样间隔。
27.技术方案6. 根据技术方案5所述的方法，其中，所述偏航事件具有60秒的持续时间，并且其中，各个采样间隔在所述偏航事件的所述持续时间内每10秒出现一次。
28.技术方案7. 根据技术方案5所述的方法，其中，所述方法针对在至少一个月的采样周期内发生的各个偏航事件而重复。
29.技术方案8. 根据技术方案1所述的方法，其中，调整所述风力涡轮的所述第二偏航角进一步包括使所述风力涡轮的环境传感器对准或对所述风力涡轮的所述环境传感器进行重新校准。
30.技术方案9. 根据技术方案8所述的方法，其中，所述风力涡轮的所述第二偏航角的所述调整在所述风力涡轮或所述环境传感器的安装或维护或维修活动中的至少一个之后完成。
31.技术方案10. 根据技术方案1所述的方法，进一步包括：建立针对所述风力涡轮的对准测试间隔；以及根据如由所述对准测试间隔限定的测试计划而确定所述偏航角偏移，以便检测在环境传感器或所述风力涡轮的对准方面的漂移。
32.技术方案11. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述监测性能参数包括功率输出。
33.技术方案12. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述性能差异是第一性能差异，所述方法进一步包括：经由所述控制器在所述偏航事件的所述多个采样间隔中的各个采样间隔确定针对所述风力涡轮的第二性能差异，所述第二性能差异指示针对所述风力涡轮的所监测的第二性能参数与所估计的第二性能参数的比，其中，所述趋势线是使所述第一性能差异和所述第二性能差异与在所述多个采样间隔中的各个采样间隔的所述风向与所述第一偏航角的所述偏差相关的三维趋势线。
34.技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，其中，所述第二估计性能参数和所述第二监测性能参数包括末梢速度比、转矩、桨距设定点、偏航力矩、风速、湍流强度以及弯曲力矩中的至少一个。
35.技术方案14. 一种用于控制风电场的风力涡轮的系统，所述系统包括：偏航驱动机构，其用于使所述风力涡轮偏航；以及控制器，其通信地联接到所述偏航驱动机构，所述控制器包括配置成执行多个操作的至少一个处理器，所述多个操作包括：在偏航事件的多个采样间隔确定针对所述风力涡轮的性能差异，所述性能差异指
示针对所述风力涡轮的监测性能参数与估计性能参数的比，确定针对所述风力涡轮的趋势线，所述趋势线使所述性能差异与在所述多个采样间隔中的各个采样间隔的风向与针对所述偏航事件的第一偏航角的偏差相关，将偏航角偏移确定为与所述趋势线的顶点相关联的角与所述第一偏航角之间的差；以及至少部分地基于所述偏航角偏移来调整所述风力涡轮的第二偏航角。
36.技术方案15. 根据技术方案14所述的系统，其中，确定针对所述风力涡轮的所述性能差异进一步包括：在所述多个采样间隔中的各个采样间隔接收针对所述多个风力涡轮的指定子集的各个风力涡轮的所述监测性能参数的指示；以及基于所述指定子集的各个风力涡轮的所述性能参数的所述所接收的指示在所述多个采样间隔中的各个采样间隔对针对所述风力涡轮的预期性能参数进行建模。
37.技术方案16. 根据技术方案15所述的系统，其中，确定针对所述风力涡轮的所述趋势线进一步包括：在所述偏航事件的所述多个采样间隔中的各个采样间隔从所述风力涡轮的环境传感器接收监测风向的指示；每个偏航事件至少一次地从所述多个风力涡轮的至少部分接收偏航设定点的指示；基于所述所接收的指示来确定中值偏航设定点，所述中值偏航设定点指示偏航事件风向，所述偏航事件风向是针对所述偏航事件而与所述风力涡轮空气动力学对准并且与所述第一偏航角对应的风向；确定在所述多个采样间隔中的各个采样间隔的所述监测风向与所述第一偏航角之间的差，所述差对应于在所述多个采样间隔中的各个采样间隔的所述风向与所述偏航事件风向的所述偏差；以及针对所述偏航事件而确定所述性能差异相对于所述风向与所述第一偏航角的所述偏差的分布。
38.技术方案17. 根据技术方案16所述的系统，其中，确定所述偏航角偏移进一步包括：至少限定第一偏航扇区和第二偏航扇区；当所述风力涡轮位于所述第一偏航扇区中时，针对所述风力涡轮而确定第一偏航角偏移；以及当所述风力涡轮位于所述第二偏航扇区中时，针对所述风力涡轮而确定第二偏航角偏移，所述第二偏航角偏移不同于所述第一偏航角偏移。
39.技术方案18. 根据技术方案14所述的系统，其中，所述偏航事件由从所述控制器接收的连续的偏航设定点命令之间的周期限定，所述偏航事件包括至少五个采样间隔。
40.技术方案19. 根据技术方案14所述的系统，其中，调整所述风力涡轮的所述第二偏航角进一步包括使所述风力涡轮的环境传感器对准或对所述风力涡轮的所述环境传感器进行重新校准。
41.技术方案20. 根据技术方案14所述的系统，其中，所述监测性能参数包括功率输
出。
42.参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并构成本说明书的部分的附图图示本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
43.在参考附图的说明书中阐述本发明(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，在附图中：图1图示根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；图2图示根据本公开的风力涡轮的机舱的一个实施例的透视内部视图；图3图示根据本公开的具有多个风力涡轮的风电场的一个实施例的示意图；图4图示根据本公开的控制器的一个实施例的示意图；图5图示根据本公开的用于操作风力涡轮的系统的控制逻辑的一个实施例的示意图；图6图示根据本公开的图1的风力涡轮的简化俯视图；以及图7图示根据本公开的使性能差异与风向的偏差相关的针对风力涡轮的趋势线的一个实施例的图解性表示。
44.本说明书和附图中的参考字符的重复使用旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
45.现在将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中图示。各个示例通过本发明的解释而非本发明的限制的方式来提供。实际上，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出多种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分图示或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生再一另外的实施例。因而，意图的是，本发明涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。
46.除非本文中另外指定，否则用语“联接”、“固定”、“附接到”等指代直接联接、固定或附接以及通过一个或多个中间构件或特征的间接联接、固定或附接两者。
47.如在本文中遍及说明书和权利要求书而使用的近似语言适用于修饰可容许变化的任何定量表示，而不会造成与其相关的基本功能的改变。因此，由诸如“大约”、“近似”和“基本上”的一个或多个用语修饰的值将不限于指定的精确值。在至少一些实例中，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度，或用于构建或制造构件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可指代处于百分之10的裕度内。
48.在此且遍及说明书和权利要求书，范围限制组合且互换，除非上下文或语言另外指示，否则这样的范围被标识且包括包含在其中的所有子范围。例如，本文中所公开的所有范围都包括端点，且端点能够与彼此独立地组合。
49.大体上，本公开针对用于控制可为风电场的部分的风力涡轮的系统和方法。特别地，本公开可包括如下的系统和方法：其便于偏航角偏移的建立，以便调整风力涡轮的偏航
角。更具体地，本公开可包括在多个采样间隔基于风电场的风力涡轮的指定子集的性能参数来估计针对风电场的主题风力涡轮的性能参数。该估计性能参数可与针对主题风力涡轮的监测性能参数相关。因此，可计算监测性能参数与估计性能参数的比，以确定性能差异。
50.风电场的风力涡轮可在偏航事件时接收偏航设定点命令。偏航设定点命令可使风力涡轮的轴线取向成与风向平行。至少部分地由于在风力涡轮的机舱的偏航中消耗的功率的量，偏航事件可为固定时间段，诸如60秒。因此，风向可在偏航事件期间偏离与风力涡轮的轴线平行的方向，并且变得与风力涡轮未对准。然而，风与轴向地对准的取向的偏差可在偏航事件期间在多个采样间隔由风力涡轮记录。例如，各个偏航事件可包括至少五个采样间隔。
51.因而，控制器可使性能差异与在偏航事件期间在各个采样间隔的风向上的偏差相关。控制器可使用这样的相关性来确定针对风力涡轮的趋势线。趋势线可基于所感知的风向来反映在监测性能与估计性能之间的比的方面的变化。趋势线的顶点可指示监测性能参数与估计性能参数最大值最接近地一致所处于的感知的风向。如果风力涡轮与风向适当地对准，则顶点可在第一偏航角下出现。
52.在第一偏航角下出现的顶点可由于如下的事实：当针对偏航事件而在偏航角下与风对准时，风力涡轮的指定子集可使其相应的性能参数最大化，并且因此使估计性能参数最大化。照此，从第一偏航角偏移的趋势线的顶点可指示风力涡轮与风未对准。换而言之，移位的顶点可指示的是，当风力涡轮的控制器感知到风力涡轮与风平行时，风力涡轮实际上可从与风的空气动力学对准偏移多度，所述多度可为可产生最佳功率所处于的偏航角。因此，当风被感知为偏离偏航角的倒数时，风实际上可与风力涡轮的轴线平行对准。这可造成风力涡轮具有与估计性能参数最接近地相关的性能参数。
53.第一偏航角和与顶点相关联的所感知的风角之间的度数差可表示偏航角偏移。偏航角偏移可被利用来调整风力涡轮的偏航角。例如，当安装、维护或维修风力涡轮或环境传感器时，可发生该调整。例如，调整可包括使所安装的风速计或风向标的传感器测量值偏置或使传感器物理地旋转，以实现使用本文中所描述的系统和方法来确定的偏航角偏移。
54.应当认识到，利用风力涡轮的指定子集来形成估计性能参数可排除测量风速率的要求。这可降低针对风电场的传感器要求，并且因此降低针对风电场的成本。例如，利用估计性能参数而非风速可排除针对设置于风电场内的气象桅杆、激光雷达或其它传感器系统的要求。
55.应当进一步认识到，与直接测量性能参数对照，利用性能差异可减少控制系统必须考虑的变量的数量。例如，基于风力涡轮的功率输出的计算可经受在风速率上的波动。这因而可要求监测风速率并且使得更加难以确定在针对偏航事件的多个采样间隔的功率变化是由于风向的偏差还是由于在风速率上的偏差。
56.现在参考附图，图1图示根据本公开的风力涡轮100的一个实施例的透视图。如所示出的，风力涡轮100大体上包括从支承表面104延伸的塔架102、安装于塔架102上的机舱106以及联接到机舱106的转子108。转子108包括可旋转毂110和联接到毂110并且从毂110向外延伸的至少一个转子叶片112。例如，在所图示的实施例中，转子108包括三个转子叶片112。然而，在备选实施例中，转子108可包括多于或少于三个转子叶片112。各个转子叶片112可围绕毂110隔开，以便于使转子108旋转，以使动能能够从风转化成可用机械能并且随
后转化成电能。例如，毂110可能够旋转地联接到定位于机舱106内的发电机118(图2)，以容许产生电能。
57.风力涡轮100还可包括控制器200，控制器200配置为集中于机舱106内的涡轮控制器。然而，在其它实施例中，控制器200可位于风力涡轮100的任何其它构件内或位于风力涡轮外部的位置处。此外，控制器200可通信地联接到风力涡轮100的任何数量的构件，以便控制构件。照此，控制器200可包括计算机或其它适合的处理单元。因而，在若干实施例中，控制器200可包括如下的适合的计算机可读指令：其在被实施时，使控制器200配置成执行多种不同功能，诸如接收、传送和/或执行风力涡轮控制信号。
58.现在参考图2，图示图1中所示出的风力涡轮100的机舱106的一个实施例的简化内部视图。如所示出的，发电机118可联接到转子108，以用于从由转子108生成的旋转能产生电功率。例如，如在所图示的实施例中示出的，转子108可包括转子轴122，转子轴122联接到毂110，以用于与毂110一起旋转。转子轴122可由主轴承144可旋转地支承。转子轴122继而可通过连接到底板支承框架136的齿轮箱126来可旋转地联接到发电机118的高速轴124。如大体上理解的，转子轴122可响应于转子叶片112和毂110的旋转而将低速高转矩输入提供到齿轮箱126。齿轮箱126然后可构造成使低速高转矩输入转换成高速低转矩输出，以驱动高速轴124并且因而驱动发电机118。
59.各个转子叶片112还可包括变桨控制机构120，变桨控制机构120构造成使各个转子叶片112围绕其变桨轴线116旋转。变桨控制机构120可包括配置成从控制器200接收至少一个桨距设定点命令的变桨控制器150。此外，各个变桨控制机构120可包括变桨驱动马达128、变桨驱动齿轮箱130以及变桨驱动小齿轮132。在这样的实施例中，变桨驱动马达128可联接到变桨驱动齿轮箱130，使得变桨驱动马达128对变桨驱动齿轮箱130赋予机械力。类似地，变桨驱动齿轮箱130可联接到变桨驱动小齿轮132，以用于与变桨驱动小齿轮132一起旋转。变桨驱动小齿轮132继而可与在毂110与对应的转子叶片112之间联接的变桨轴承134旋转接合，使得变桨驱动小齿轮132的旋转引起变桨轴承134的旋转。因而，在这样的实施例中，变桨驱动马达128的旋转驱动变桨驱动齿轮箱130和变桨驱动小齿轮132，由此使变桨轴承134和(多个)转子叶片112围绕变桨轴线116旋转。
60.类似地，风力涡轮100可包括通信地联接到控制器200的一个或多个偏航驱动机构138，其中，(多个)各个偏航驱动机构138构造成改变机舱106相对于风的角(例如，通过接合风力涡轮100的偏航轴承140)。应当认识到，控制器200可引导机舱106的偏航和/或转子叶片112的变桨，以便在空气动力学上使风力涡轮100相对于作用于风力涡轮100上的风(w)取向，由此便于功率产生。
61.现在参考图3，图示根据本公开的风电场152的示意图。如所示出的，风电场152可包括本文中所描述的多个风力涡轮100和配置为场控制器的控制器200。例如，如在所图示的实施例中示出的，风电场152可包括十二个风力涡轮100。然而，在其它实施例中，风电场152可包括任何其它数量的风力涡轮100，诸如少于十二个风力涡轮100或多于十二个风力涡轮100。在一个实施例中，(多个)控制器200可经由有线连接(诸如，通过使(多个)控制器通过适合的通信链路154(例如，适合的缆线)来连接)来通信地联接。备选地，(多个)控制器可通过无线连接(诸如，通过使用本领域中已知的任何适合的无线通信协议)来通信地联接。
62.在若干实施例中，风电场152可包括多个环境传感器156，环境传感器156用于监测对风电场152造成影响并且由此对风力涡轮100造成影响的风(w)的风廓线。环境传感器156可配置成用于采集指示至少一个环境条件的数据。环境传感器156可能够操作地联接到控制器200。因而，在实施例中，(多个)环境传感器156可例如为风向标、风速计、激光雷达传感器、温度计、气压计或其它适合的传感器。由(多个)环境传感器156采集的数据可包括风向、风速、风切变、阵风、风转向、大气压、压力梯度和/或温度的测量值。在至少一个实施例中，(多个)环境传感器156可在转子108的下风处的位置处安装到机舱106。应当认识到，(多个)环境传感器156可包括传感器的网络，并且可远离(多个)涡轮100定位。应当认识到，环境条件可跨越风电场152显著地变化。因而，(多个)环境传感器156可允许在各个风力涡轮100处的局部环境条件单独地由相应的涡轮控制器监测并且共同地由场控制器监测。然而，应当认识到，本文中所公开的系统和方法的利用可排除使(多个)环境传感器156监测诸如风速之类的某些环境条件以便针对风力涡轮100确定偏航偏移的要求。
63.现在参考图3-7，其中，呈现根据本公开的用于控制风力涡轮100的系统300的多个实施例的多种方面。如在图4中特别地示出的，图示可被包括在控制器200内的适合的构件的一个实施例的示意图。例如，如所示出的，控制器200可包括配置成执行多种由计算机实施的功能(例如，如本文中所公开的那样执行方法、步骤、计算等并且存储相关数据)的一个或多个处理器206和相关联的(多个)存储器装置208。另外，控制器200还可包括用以便于控制器200与风力涡轮100及其构件之间的通信的通信模块210。此外，通信模块210可包括用以容许从一个或多个传感器(诸如，(多个)环境传感器156)传送的信号转换成可被处理器206理解并且处理的信号的传感器接口212(例如，一个或多个模拟到数字转换器)。应当认识到，传感器可使用任何适合的手段来通信地联接到通信模块210。例如，如图4中所示出的，传感器可经由有线连接来联接到传感器接口212。然而，在其它实施例中，传感器可经由无线连接(诸如，通过使用在本领域中已知的任何适合的无线通信协议)来联接到传感器接口212。另外，通信模块210还可能够操作地联接到配置成改变至少一个风力涡轮操作状态的操作状态控制模块214。
64.如本文中所使用的，用语“处理器”不仅指代在本领域中被称为被包括在计算机中的集成电路，而且还指代控制器、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，(多个)存储器装置208可大体上包括(多个)存储器元件，其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、压缩盘-只读存储器(cd-rom)、磁光盘(mod)、数字通用盘(dvd)和/或其它适合的存储器元件。这样的(多个)存储器装置208可大体上配置成存储适合的计算机可读指令，所述指令在由(多个)处理器206实施时，使控制器200配置成执行多种功能，包括但不限于如本文中所描述的那样控制风电场152的多个风力涡轮100中的风力涡轮100以及多种其它适合的由计算机实施的功能。
65.特别地参考图5，在实施例中，系统300的控制器200可配置成在偏航事件310的多个采样间隔308接收针对风力涡轮100的监测性能参数302和估计性能参数304。控制器200可基于性能参数302、304在多个采样间隔308确定针对风力涡轮100的性能差异306。性能差异306可指示监测性能参数302与估计性能参数304的比或监测性能参数302与估计性能参数304之间的差。例如，控制器200可在对应的采样间隔308确定实际上由风力涡轮产生/形
成的估计性能参数304的百分比。
66.在实施例中，性能参数可为受到监测的风力涡轮100的性能参数。例如，在实施例中，性能参数可包括风电场152的风力涡轮100的功率输出。在额外的实施例中，性能参数可为末梢速度比、桨距设定点、偏航力矩和/或弯曲力矩。应当认识到，风电场152的风力涡轮100的功率产量的利用可为特别地有利的，因为在涉及风力涡轮100和/或风电场152的控制的多个控制方案中采用功率输出的测量。因此，风力涡轮100的功率产量的指示可为可靠的，并且可容易地对控制器200可用。
67.在实施例中，偏航事件310可由从控制器200接收的连续的偏航设定点命令之间的周期限定。例如，由于与偏航驱动机构138的激活相关联的功率消耗，偏航设定点命令312可在所设定的间隔由控制器200传送。在实施例中，该间隔可具有60秒的持续时间。因此，风力涡轮100可接收偏航设定点命令312，并且，机舱106可旋转成以第一偏航角322与风(w)空气动力学对准(例如，使风力涡轮100的轴线(a)平行于风(w)而对准)。在这样的实施例中，无论风偏离空气动力学对准的偏差如何，机舱106的旋转都可在偏航事件310(例如60秒)期间以第一偏航角322保持不变。
68.在实施例中，连续的偏航设定点命令312之间的周期可包括多个采样间隔308。在各个采样间隔308，控制器200可响应于环境条件而接收与风力涡轮100的性能对应的指示。例如，在多个采样间隔中的各个采样间隔308，控制器200可接收监测性能参数302、估计性能参数304和/或监测风向314。在实施例中，各个偏航事件310可包括至少五个采样间隔308。例如，在实施例中，各个采样间隔308可在偏航事件310的持续时间内每10秒出现一次。因此，在这样的实施例中，控制器200可在偏航事件中间更新六次。因此，可检测到在风向方面的变化，但未对该变化作出反应。因而，在对应的偏航事件310期间在各个采样间隔308的参数的收集可充当针对控制器200的测试序列，而不会使与正常风力涡轮100操作的偏差成为必要的。
69.在实施例中，本文中所公开的方法可针对在采样周期316内发生的各个偏航事件310而重复。采样周期316可具有至少一个月(例如30天)的持续时间。在额外的实施例中，采样周期316可大于五个月(例如六个月)。在其中采样周期316大于五个月的实施例中，系统300可针对每个风力涡轮100而包括多于500000个采样间隔308。应当认识到，多于500000个采样间隔308可容许可能不可准确地在较少数量的采样间隔下辨别的模式和/或与模式的偏差的准确检测。
70.如在图7中图解性地描绘的，在实施例中，控制器200可确定针对风力涡轮100的趋势线318，趋势线318使性能差异306与在多个采样间隔308中的各个采样间隔308的风向的偏差320相关。风向的偏差320可为相对于第一偏航角322的偏差。第一偏航角322可对应于针对偏航事件310的与风力涡轮100的轴线(a)平行的风向。例如，第一偏航角322可为机舱在偏航事件310开始时响应于偏航设定点命令312而偏航到的角。换而言之，第一偏航角的倒数可为在偏航事件310起始时的风(w)的方向。应当认识到，在实施例中，趋势线318可由控制器200经由多项表达式来确定。
71.仍然参考图7，在实施例中，控制器200可利用趋势线318来确定偏航角偏移324。偏航角偏移324可为与趋势线318的顶点328相关联的角326与第一偏航角322之间的差。在其中顶点328与第一偏航角322对准的诸如由虚线趋势线(tl1)描绘的实施例中，偏航角偏移
324可为零度。
72.应当认识到，顶点328可对应于其中监测性能参数302与估计性能参数304之间的相关性最大的风向。因此，顶点328可指示机舱106与风(w)的空气动力学对准。例如，在实施例中，顶点328可描绘机舱106相对于风(w)的如下的角：在该角下，风力涡轮100正产生完整的估计性能参数304(例如，实际上正产生估计量的功率)。
73.如图5中所描绘的，在实施例中，系统300的控制器200可配置成至少部分地基于偏航角偏移324来调整风力涡轮100的第二偏航角330。第二偏航角330可对应于机舱106响应于将偏航角偏移324并入的偏航设定点命令312而偏航到的角。在实施例中，第二偏航角330的调整可对应于将偏置值引入到控制器200。在另外的实施例中，调整可对应于风力涡轮100的(多个)环境传感器156的对准或重新校准。在实施例中，调整可在安装风力涡轮100或环境传感器156之后完成。在额外的实施例中，调整可在风力涡轮100上的维护或维修活动之后完成。例如，调整可包括使风向传感器物理地旋转和/或将偏置因子引入到用于风力涡轮100的控制系统中。
74.在额外的实施例中，调整风力涡轮100的第二偏航角330可包括建立针对风力涡轮100的对准测试间隔。对准测试间隔可限定针对风力涡轮100的测试计划。因此，偏航角偏移可根据测试计划而确定，以便检测在风力涡轮100和/或(多个)环境传感器156的对准方面的漂移。
75.在实施例中，控制器200可指定多个风力涡轮100的子集332。然后，控制器200可在多个采样间隔308中的各个采样间隔308接收针对指定子集332的各个风力涡轮的性能参数334的指示。在至少一个实施例中，控制器200可基于针对指定风力涡轮100中的各个的功率产量分布来选择多个风力涡轮100的指定子集332。例如，在实施例中，指定子集332可为在主要条件下具有针对功率生成的被证实的相似性的(多个)风力涡轮100。备选地，指定子集332可具有相对于多个风力涡轮100的平均功率生成能力。应当认识到，选择针对主要条件而具有平均功率生成能力或低于平均功率生成能力的指定子集332可确保来自指定子集332的功率生成水平能够由风电场152的其它风力涡轮100可预知地实现。
76.在额外的实施例中，指定子集332可包括定位于对风电场152造成影响的相对于风(w)的特别地有利或不利的位置中的风力涡轮100。例如，指定子集332可包括位于风电场152的最大高度点处和/或沿着位于其它风力涡轮100的上风处的风电场152的周界的部分定位的(多个)风力涡轮100。备选地，指定子集332可位于不利位置中，诸如背风区或紊乱风流的其它区域中。选择位于不利位置中的风力涡轮100可造成指定子集332具有能够由位于更有利的位置中的其它风力涡轮100可预知地实现的功率生成能力。
77.在实施例中，控制器200可基于指定子集332的各个风力涡轮100的性能参数334的所接收的指示在多个采样间隔308中的各个采样间隔308针对风力涡轮100而对预期性能参数336进行建模。预期性能参数336可对应于估计性能参数304，并且因此可指示给定风(w)的针对具体采样间隔308的预料/预测性能参数。另外，控制器200可在多个采样间隔308中的各个采样间隔308针对风力涡轮100而监测实际性能参数。应当认识到，建模可使用本领域中的已知的技术(诸如，集合预报)来完成。
78.仍然参考图5，在实施例中，为了确定趋势线318，控制器200可在偏航事件310的多个采样间隔308中的各个采样间隔308从风力涡轮100的环境传感器156接收监测风向314的
指示。例如，在偏航设定点命令312之间的周期(其中，机舱106可静止)期间，环境传感器156可检测相对于第一偏航角322的风转向或振荡。在处于偏航设定点命令312之间的周期中的情况下，控制器200可记录这些观察结果，而不通过命令来自偏航驱动机构138的偏航动作来对在风向方面的改变作出反应。
79.在实施例中，第一偏航角322可在不直接测量风向的情况下由控制器200确定。因此，在实施例中，控制器200可每个偏航事件310至少一次地从多个风力涡轮100的至少部分接收偏航设定点312的指示。例如，在实施例中，控制器200可接收风电场152的各个风力涡轮100相对于基本方向(n)的偏航方向的指示。在实施例中，控制器200可基于偏航设定点312的所接收的指示来确定中值偏航设定点338。中值偏航设定点338可指示偏航事件风向，偏航事件风向可为针对偏航事件310而与风力涡轮100轴向对准(例如空气动力学对准)的风向。应当认识到，经由中值偏航设定点338并且在不直接测量风向的情况下确定第一偏航角322可排除可与任何单独的风力涡轮100的对准/响应相关联的误差。
80.偏航事件风向可被认为是针对偏航事件的主要风向，并且可在连续的偏航设定点命令312之间保持不变。因此，偏离偏航事件风向的任何风转向可被认为是风向的偏差320。因此，控制器200可在340处确定在多个采样间隔308中的各个采样间隔308的监测风向314与第一偏航角322之间的差。该差可对应于在多个采样间隔308中的各个采样间隔308的风向与偏航事件风向/第一偏航角322的偏差320。因此，在实施例中，控制器200可针对偏航事件310而确定相对于风向与第一偏航角322的偏差320的性能参数相关性分布342。性能参数相关性分布342可充当用于确定趋势线318的基础。
81.在实施例中，偏航角偏移324的准确度可通过除了上文中所讨论的性能参数302、304之外还利用第二性能参数来提高。因此，在实施例中，控制器可在多个采样间隔308中的各个采样间隔308针对风力涡轮100而确定第二性能差异344。第二性能差异344可指示针对风力涡轮100的所监测的第二性能参数与所估计的第二性能参数的比。包括第二性能参数可使趋势线318变换成使第一性能差异306和第二性能差异344与在多个采样间隔308中的各个采样间隔308的风向与第一偏航角322的偏差320相关的三维趋势线。在实施例中，第二性能参数可包括末梢速度比、桨距设定点、偏航力矩、风速、湍流强度和/或弯曲力矩。应当认识到，多于两个性能参数可被利用来进一步提高偏航角偏移324的保真度。
82.特别地参考图6，如在346处描绘的，在实施例中，系统300可至少限定第一偏航扇区348和第二偏航扇区350。在实施例中，额外的偏航扇区350可如所期望的那样限定。偏航扇区348、350、352中的各个可由机舱106相对于基本方向(n)的旋转弧限定。
83.在实施例中，当风力涡轮100位于第一偏航扇区348中时,系统300可针对风力涡轮100而确定/限定第一偏航角偏移354。另外，当风力涡轮100位于第二偏航扇区350中时，系统300可针对风力涡轮100而确定/限定第二偏航角偏移356。在实施例中，第二偏航角偏移356可不同于第一偏航角偏移354。例如，在实施例中，第二偏航角偏移356可大于第一偏航角偏移354。应当认识到，通过风电场152的布局(例如，存在来自邻近的风力涡轮100的尾流效应)和/或风电场的地形，可使在不同的偏航扇区中利用多个偏航角偏移成为必要的。因而，利用多个偏航角偏移可容许系统300在考虑地形、尾流效应和/或其它现场条件的情况下制定第二偏航角330的调整。
84.此外，技术人员将意识到来自不同实施例的多种特征的可互换性。类似地，可由本
领域普通技术人员对所描述的多种方法步骤和特征以及针对各个这样的方法和特征的其它已知的等同体进行混合和匹配，以根据本公开的原理而构建额外的系统和技术。当然，将理解，不一定可根据任何特定实施例而实现上文中所描述的所有这样的目标或优点。因而，例如，本领域技术人员将意识到，本文中所描述的系统和技术可以以如下的方式体现或执行：实现或优化如本文中所教导的一个优点或一组优点，而不一定实现如可在本文中教导或建议的其它目标或优点。
85.本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明(包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。
86.本发明的另外的方面由以下条款的主题提供：条款1. 一种用于控制具有多个风力涡轮的风电场的风力涡轮的方法，该方法包括：经由控制器来针对偏航事件的多个采样间隔确定针对风力涡轮的性能差异，性能差异指示针对风力涡轮的监测性能参数与估计性能参数的比；经由控制器来确定针对风力涡轮的趋势线，该趋势线使性能差异与在多个采样间隔中的各个采样间隔的风向与针对偏航事件的第一偏航角的偏差相关；经由控制器来基于与趋势线的顶点相关联的角与第一偏航角之间的差确定偏航角偏移；以及经由控制器来至少部分地基于偏航角偏移调整风力涡轮的第二偏航角。
87.条款2. 根据条款1的方法，其中，确定针对风力涡轮的性能差异进一步包括：经由控制器在多个采样间隔中的各个采样间隔接收针对多个风力涡轮的指定子集的各个风力涡轮的监测性能参数的指示；以及经由控制器来基于指定子集的各个风力涡轮的监测性能参数的所接收的指示在多个采样间隔中的各个采样间隔对针对风力涡轮的预期性能参数进行建模。
88.条款3. 根据任何前述条款的方法，其中，确定针对风力涡轮的趋势线进一步包括：经由控制器在偏航事件的多个采样间隔中的各个采样间隔从风力涡轮的环境传感器接收监测风向的指示；经由控制器来每个偏航事件至少一次地从多个风力涡轮的至少部分接收偏航设定点的指示；经由控制器来基于所接收的指示确定中值偏航设定点，中值偏航设定点指示偏航事件风向，偏航事件风向是针对偏航事件而与风力涡轮空气动力学对准并且与第一偏航角对应的风向；经由控制器来确定在多个采样间隔中的各个采样间隔的监测风向与第一偏航角之间的差，该差对应于在多个采样间隔中的各个采样间隔的风向与偏航事件风向的偏差；以及经由控制器来针对偏航事件确定性能差异相对于风向与第一偏航角的偏差的分布。
89.条款4. 根据任何前述条款的方法，其中，确定偏航角偏移进一步包括：至少限定第一偏航扇区和第二偏航扇区；当风力涡轮位于第一偏航扇区中时，针对风力涡轮而确定第一偏航角偏移；以及当风力涡轮位于第二偏航扇区中时，针对风力涡轮而确定第二偏航角偏移，第二偏航角偏移不同于第一偏航角偏移。
90.条款5. 根据任何前述条款的方法，其中，偏航事件由从控制器接收的连续的偏航
设定点命令之间的周期限定，偏航事件包括至少五个采样间隔。
91.条款6. 根据任何前述条款的方法，其中，偏航事件具有60秒的持续时间，并且其中，各个采样间隔在偏航事件的持续时间内每10秒出现一次。
92.条款7. 根据任何前述条款的方法，其中，该方法针对在至少一个月的采样周期内发生的各个偏航事件而重复。
93.条款8. 根据任何前述条款的方法，其中，调整风力涡轮的第二偏航角进一步包括使风力涡轮的环境传感器对准或对风力涡轮的环境传感器进行重新校准。
94.条款9. 根据任何前述条款的方法，其中，风力涡轮的偏航角的调整在风力涡轮或环境传感器的安装或维护或维修活动中的至少一个之后完成。
95.条款10. 根据任何前述条款的方法，进一步包括：建立针对风力涡轮的对准测试间隔；以及根据如由对准测试间隔限定的测试计划而确定偏航角偏移，以便检测在环境传感器或风力涡轮的对准方面的漂移。
96.条款11. 根据任何前述条款的方法，其中，监测性能参数包括功率输出。
97.条款12. 根据任何前述条款的方法，其中，性能差异是第一性能差异，该方法进一步包括：经由控制器在偏航事件的多个采样间隔中的各个采样间隔确定针对风力涡轮的第二性能差异，第二性能差异指示针对风力涡轮的所监测的第二性能参数与所估计的第二性能参数的比，其中，趋势线是使第一性能差异和第二性能差异与在多个采样间隔中的各个采样间隔的风向与第一偏航角的偏差相关的三维趋势线。
98.条款13. 根据任何前述条款的方法，其中，第二性能参数包括末梢速度比、转矩、桨距设定点、偏航力矩、风速、湍流强度以及弯曲力矩中的至少一个。
99.条款14. 一种用于控制风电场的风力涡轮的系统，该系统包括：偏航驱动机构，其用于使风力涡轮偏航；以及控制器，其通信地联接到偏航驱动机构，控制器包括配置成执行多个操作的至少一个处理器，所述多个操作包括：在偏航事件的多个采样间隔确定针对风力涡轮的性能差异，性能差异指示针对风力涡轮的监测性能参数与估计性能参数的比；确定针对风力涡轮的趋势线，该趋势线使性能差异与在多个采样间隔中的各个采样间隔的风向与针对偏航事件的第一偏航角的偏差相关；将偏航角偏移确定为与趋势线的顶点相关联的角与第一偏航角之间的差；以及至少部分地基于偏航角偏移来调整风力涡轮的第二偏航角。
100.条款15. 根据任何前述条款的系统，其中，确定针对风力涡轮的性能差异进一步包括：在多个采样间隔中的各个采样间隔接收针对多个风力涡轮的指定子集的各个风力涡轮的监测性能参数的指示；基于指定子集的各个风力涡轮的性能参数的所接收的指示在多个采样间隔中的各个采样间隔对针对风力涡轮的预期性能参数进行建模。
101.条款16. 根据任何前述条款的系统，其中，确定针对风力涡轮的趋势线进一步包括：在偏航事件的多个采样间隔中的各个采样间隔从风力涡轮的环境传感器接收监测风向的指示；每个偏航事件至少一次地从多个风力涡轮的至少部分接收偏航设定点的指示；基于所接收的指示来确定中值偏航设定点，中值偏航设定点指示偏航事件风向，偏航事件风向是针对偏航事件而与风力涡轮空气动力学对准并且与第一偏航角对应的风向；确定在多个采样间隔中的各个采样间隔的监测风向与第一偏航角之间的差，该差对应于在多个采样间隔中的各个采样间隔的风向与偏航事件风向的偏差；以及针对偏航事件而确定性能差异
相对于风向与第一偏航角的偏差的分布。
102.条款17. 根据任何前述条款的系统，其中，确定偏航角偏移进一步包括：至少限定第一偏航扇区和第二偏航扇区；当风力涡轮位于第一偏航扇区中时，针对风力涡轮而确定第一偏航角偏移；以及当风力涡轮位于第二偏航扇区中时，针对风力涡轮而确定第二偏航角偏移，第二偏航角偏移不同于第一偏航角偏移。
103.条款18. 根据任何前述条款的系统，其中，偏航事件由从控制器接收的连续的偏航设定点命令之间的周期限定，偏航事件包括至少五个采样间隔。
104.条款19. 根据任何前述条款的系统，其中，调整风力涡轮的第二偏航角进一步包括使风力涡轮的环境传感器对准或对风力涡轮的环境传感器进行重新校准。
105.条款20. 根据任何前述条款的系统，其中，监测性能参数包括功率输出。