用于控制风电场的系统和方法与流程

1.本公开一般涉及风电场(wind farm)，并且更特别地涉及用于在低风速下控制风电场的系统和方法。


背景技术：

2.风电被认为是现有可用的最清洁、最环境友好的能源之一，并且风力涡轮机(wind turbine)已在这点上得到了增加的关注。现代风力涡轮机通常包括塔、发电机、变速箱、机舱和一个或多个转子叶片。机舱包括耦合到变速箱和发电机的转子组装件(assembly)。转子组装件和变速箱安装在位于机舱内的底座支撑框架上。所述一个或多个转子叶片使用已知的翼型原理捕获风的动能。转子叶片以转动能(rotational energy)的形式传送动能以便转动轴，所述轴将转子叶片耦合到变速箱，或者如果变速箱未被使用，则直接耦合到发电机。发电机则转换机械能为电能，并且电能可被传送到安置在塔内的变频器和/或变压器，并且随后部署到多用途电网。现代风电生产系统通常采取具有多个此类风力涡轮机发电机的风电场的形式，所述多个此类风力涡轮机发电机可操作以向提供电力到电力网的传送系统供应电力。
3.捕获风的动能一般包括风电场内的一个或多个风力涡轮机的转子叶片的变桨(pitching)和/或机舱的偏航(yawing)以相对于风来定向转子叶片。变桨和偏航通常经由采用变桨和偏航电动机(motor)的变桨和偏航系统所实行。通常，变桨和偏航电动机从电网汲取(draw)电力。然而，从电网汲取的电力量减少由风电场供应到电网的电力的净值(net value)。当风速相对低时，可能达到某个点，在该点处从电网要求的电力量可超出可能由风电场生产的电力量。如此，当风速相对低时，可能期望限制风电场的电力汲取。
4.随着风速从相对低的风速增加，可能期望增加风电场的电力汲取，以便促进风力涡轮机的发电。各个风力涡轮机的电力汲取的增加可导致风电场呈现需求信号到电网。如此，可能期望将来自风电场的需求信号与电网内的电力可用性同步。
5.因此，本领域(the art)正持续寻求新的并且改进的方法以用于在低风速期间操作风电场和其后使风电场返回到电力生产配置。相应地，本公开针对用于在低风速期间控制风电场的系统和方法。


技术实现要素：

6.本发明的方面和优势将在以下描述中部分被阐述，或可能从描述中显而易见，或可能通过本发明的实践来了解。
7.在一个方面，本公开针对一种用于在低风速期间控制风电场的方法。所述风电场可具有可操作地耦合到场控制器和电力网的多个风力涡轮机。所述方法可包括监测影响所述风电场的风的风分布(profile)。所述分布可包括风速和风向。所述方法可包括用所述场控制器指定所述多个风力涡轮机的至少一个作为指定风力涡轮机。当所述风电场的所述风速低于风速阈值时，所述指定风力涡轮机可在完全辅助模式中被操作。所述完全辅助模式
可包括至少启用所述指定风力涡轮机的变桨和偏航。所述方法还可包括，当所述风电场的风速低于所述风速阈值时，在精简辅助模式中操作所述多个风力涡轮机的其余风力涡轮机。所述精简辅助模式可包括禁用所述其余风力涡轮机的变桨、偏航或其他系统负载的至少一个。当所述指定风力涡轮机的电力输出超出电力阈值时，所述方法可包括用所述场控制器来指导所述其余风力涡轮机的至少一组从所述精简辅助模式到所述完全辅助模式转变。
8.在一实施例中，在指导所述其余风力涡轮机的所述至少一组从所述精简辅助模式转变之前，所述方法可包括：用所述场控制器利用从所述电力网接收到的电网需求信号，以便确定所述电力网内的电力可用性等级。
9.在一进一步的实施例中，从所述精简辅助模式转变所述至少一组还可包括将所述转变延迟直到所述电力网内的所述电力可用性超出阈值。
10.在一附加的实施例中，所述方法可包括，响应于所述电网内检测到的电力可用性短缺，加速所述至少一组从所述精简辅助模式的转变，以便向所述电力网供应电力。
11.在一实施例中，所述方法可包括：用所述场控制器来分析从所述电力网接收到的电网需求信号，以便确定所述电力网内的电力可用性等级。基于所确定的电力可用性等级，所述方法可包括：用所述场控制器来降低所述风速阈值，以便延迟所述多个风力涡轮机的所述其余风力涡轮机到精简辅助模式的转变。延迟到所述精简辅助模式的转变可促进在减小的风速下的风电场电力生产，以便满足来自所述电力网的所述需求信号。
12.在一实施例中，指定所述多个风力涡轮机的至少一个作为所述指定风力涡轮机可包括：用所述场控制器基于所述多个风力涡轮机的每个风力涡轮机对于所监测的风分布的电力生产分布，选择所述多个风力涡轮机的至少一个。
13.在一进一步的实施例中，所述方法可包括：用所述场控制器来预测所述指定风力涡轮机对于影响所述风电场的所述风的性能分布，其中所述预测基于所述电力生产分布。所述方法还可包括：用所述场控制器将所述预测性能分布与记录的所述指定风力涡轮机的性能分布相互关联。附加地，所述方法可包括：用所述场控制器基于所述相互关联，改善所述指定风力涡轮机的所述电力生产分布。
14.在一实施例中，所述风分布还可包括压力梯度。附加地，确定所述指定风力涡轮机还可包括：基于所述压力梯度，用所述场控制器来预测对于一受限制持续期低于所述风速阈值的风速。所述方法还可包括基于低于所述风速阈值的所述风速的所预测的持续期，增加指定风力涡轮机的数量。
15.在一附加实施例中，将所述其余风力涡轮机的所述至少一组转变到所述完全辅助模式还可包括：用所述场控制器基于所述多个风力涡轮机的每个风力涡轮机对于所监测的风分布的电力生产分布，选择所述其余风力涡轮机的所述至少一组的风力涡轮机。
16.在一实施例中，所述方法可包括发起安全超越(override)以从所述精简辅助模式转变所述其余风力涡轮机的至少一个。
17.在一进一步的实施例中，操作所述其余风力涡轮机和精简辅助模式包括暂时从所述电力网解耦所述其余涡轮机。
18.在还有的一进一步的实施例中，所述精简辅助模式还可包括禁用以下的至少一个：扇、泵、内部光源、除冰系统、加热器和电力电子器件。
19.在另一个方面，本公开针对一种用于控制风电场以便修改呈现到电力网的汲取分布的方法。所述风电场可具有可操作地耦合到场控制器和电力网的多个风力涡轮机，所述方法可包括在完全辅助模式中，操作所述多个风力涡轮机的指定风力涡轮机。所述方法还可包括在精简模式中操作所述多个风力涡轮机的其余风力涡轮机，直到所述指定风力涡轮机的电力输出超出电力阈值。所述精简辅助模式可包括禁用所述其余风力涡轮机的变桨和偏航的至少一个。附加地，所述方法可包括：用所述场控制器从所述电力网接收指示在监测的风速下所述电力网内的电力可用性的电网信号。所述方法可包括：用所述场控制器来确定从所述精简辅助模式到所述完全辅助模式转变所述其余风力涡轮机的每个涡轮机相伴随的电力汲取。所述方法还可包括：用所述场控制器来确定对应于将所述风电场转变到电力生产状态的所述风电场的汲取分布。将所述风电场转变到所述电力生产状态可至少部分基于转变所述其余风力涡轮机的每个涡轮机相伴随的电力汲取。回顾所述方法可包括：用所述场控制器来确定所述其余风力涡轮机的转变顺序，以便在所述转变期间修改所述风电场的所述汲取分布。所述方法还可包括根据所述转变顺序，将所述其余风力涡轮机转变到所述完全辅助模式。
20.在一实施例中，确定所述其余风力涡轮机的所述转变顺序可包括用所述场控制器将所述其余风力涡轮机划分成多个风力涡轮机组。所述组的数量可被选择成延长所述风电场从所述精简辅助模式到所述完全辅助模式的转变的周期。附加地，所述方法可包括用所述场控制器以串行布置将所述多个风力涡轮机组排序。
21.在一进一步的实施例中，所述方法可包括用所述场控制器定义至少一个延迟区间(delay interval)。附加地，所述方法可包括用所述场控制器在以串行布置的所述多个风力涡轮机组的至少两个之间插入所述(一个或多个)延迟区间。
22.在还有的一进一步的实施例中，确定所述其余风力涡轮机的所述转变顺序包括：用所述场控制器，基于对于每个风力涡轮机所确定的从所述精简辅助模式到所述完全辅助模式转变相伴随的电力汲取，将所述其余涡轮机划分成多个风力涡轮机组。基于所确定的电力汲取对所述风力涡轮机的分组可减小所述汲取分布的峰值电力汲取。
23.在一附加实施例中，确定所述其余风力涡轮机的所述转变顺序可包括：用所述场控制器至少部分基于所述指定风力涡轮机的所述电力输出，推导在所监测的风速下所述风电场的电力生产潜力。所述方法可进一步包括用所述场控制器来确定所述所述电力生产潜力与所述汲取分布的比率。附加地，所述方法可包括：用所述场控制器基于所述比率，同步所述其余风力涡轮机的所述转变顺序与所述电力网内的所述电力可用性。
24.在一实施例中，在所述(一个或多个)指定风力涡轮机的所述电力输出超出所述电力阈值后，所述方法可包括延迟所述其余风力涡轮机到所述完全辅助模式的转变，直到一天的更晚时间。
25.在一实施例中，所述电网信号可指示所述电力网内的高等级的电力可用性，并且所述方法可包括增加所述电力阈值，以便延迟所述其余风力涡轮机的所述转变。
26.在还有的一进一步的实施例中，确定所述其余风力涡轮机的所述转变顺序可包括监测影响所述风电场的风的风分布。所述分布可包括所述风速和风向。所述方法可包括：用所述场控制器基于所述其余风力涡轮机的每个风力涡轮机对于所监测的风分布的电力生产分布，选择所述其余风力涡轮机的至少一组。
27.本发明的这些和其他特征、方面和优势将通过参考以下描述和所附权利要求而变得更好理解。合并于并构成本说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
28.本发明(包括其最佳模式)完全的且能够实现的公开(针对本领域中普通技术人员)在本说明书中被阐述，本说明书对附图进行参考，其中：
29.图1示出根据本公开的风力涡轮机的一个实施例的透视图；
30.图2示出根据本公开的风力涡轮机机舱的一个实施例的内部透视图；
31.图3示出根据本公开的具有多个风力涡轮机的风电场的一个实施例的示意图；
32.图4示出根据本公开的具有多个风力涡轮机的风电场的一个实施例的顶视图；
33.图5示出用于与如图3中所示的风电场一起使用的控制器的一个实施例的示意图；
34.图6示出根据本公开的用于操作风电场的系统的控制逻辑的一个实施例的示意图；
35.图7示出图6的控制逻辑的一部分的示意图，特别是示出根据本公开的控制逻辑的一实施例，其用于关于在从精简辅助模式到完全辅助模式的转变期间修改呈现到电力网的汲取分布来控制风电场；以及
36.图8a和图8b呈现根据本公开的呈现到电力网的汲取分布的图形表示；
37.在本说明书和附图中参考符号的重复使用旨在表示本发明的相同或类似的特征或元素。
具体实施方式
38.现在将对本发明的实施例做出详细参考，其一个或多个示例在附图中被示出。每个示例作为本发明的解释被提供，而非作为本发明的限制。事实上，对于本领域的那些技术人员将显而易见的是：在不背离本发明的范围或精神的情况下，能够做出各种修改和变化。例如，被示出或描述为一个实施例的部分的特征能够与另一个实施例一起被使用以得出又进一步的实施例。因此，本发明旨在涵盖在所附权利要求及其等同体的范围内随之而来的此类修改和变化。
39.除非本文另有规定，否则术语“耦合”、“固定”、“附连”和诸如此类不仅指代直接耦合、固定或附连，而且指代通过一个或多个中间组件或特征的间接耦合、固定或附连。
40.如本文贯穿说明书和权利要求所使用的，近似用语被应用于修饰在没有导致与其相关的基本功能中的改变之情况下可能获准变化的任何定量表示。相应地，由诸如“大约”、“近似”和“大体上”的一个或多个术语修饰的值将不被限制于所规定的精确值。在至少一些实例中，近似用语可对应用于测量值的仪器的精确度，或者用于构建或制造组件和/或系统的方法或机器的精确度。例如，近似用语可指代处于百分之10容限内。
41.在此处以及贯穿说明书和权利要求，范围限制是组合的和互换的，除非上下文或用语另有指明，这类范围被标识并且包括其中所包含的所有子范围。例如，本文公开的全部范围是包括端点的，并且端点是独立可与彼此组合的。
42.一般，本公开针对用于控制连接到电力网的风电场的系统和方法。特别是，本公开
可包括在低风速期间促进风电场操作的系统和方法。具体地，本公开可包括监测风分布以检测风速对预定阈值的接近。当对预定风速阈值的接近被检测到时，场控制器可实现控制方案以最小化风电场的电力汲取，同时保持返回到电力生产状态的准备状态。
43.为了保持返回到电力生产状态的准备状态，场控制器可指定多个风电场涡轮机的至少一个作为指定风力涡轮机，随着风速下降低于风速阈值，该风力涡轮机被操作在完全或正常辅助模式中。换言之，所述(一个或多个)指定风力涡轮机可被保持在完全可操作配置中，必要时能够进行变桨和偏航以尝试捕捉风并且发电。
44.为了减少风电场的电力汲取，当风速低于风速阈值时，风电场的其余风力涡轮机可被操作在精简辅助模式中。精简辅助模式可包括禁用其余风力涡轮机的变桨、偏航和其他系统负载的至少一个。在精简辅助模式中，其余风力涡轮机的电力汲取将被减少，因为所述风力涡轮机当风速过低时可不进行变桨和/或偏航以尝试捕捉风。换言之，在不支持充分发电的风速下，其余风力涡轮机可不进行消耗显著电力量。发电的充分性可基于发电的幅值或发电的盈利性而被确定。
45.根据本公开，系统可保持其余风力涡轮机处于精简辅助模式中，直到所述(一个或多个)指定风力涡轮机的电力输出超出电力阈值。换言之，所述(一个或多个)指定风力涡轮机可用作风电场的(一个或多个)侦察员(scout)涡轮机。作为侦察员，所述(一个或多个)指定风力涡轮机可指示风速何时足以支持其余涡轮机的电力生产，由此指示调整其余涡轮机的电力汲取的状况存在。
46.一旦所述(一个或多个)指定风力涡轮机的电力输出超出电力阈值，场控制器可发起其余风力涡轮机的至少一部分从精简辅助模式的转变。因为其余风力涡轮机为了捕捉风并且恢复发电可变桨和/或偏航，风电场可呈现相对显著的需求信号到电力网。将领会到，为了同步需求信号与电力网的电力可用性，可能期望通过其余风力涡轮机的转变顺序/定时来塑造(shape)需求信号。
47.本公开还可包括其余风力涡轮机之一生产电力。当正在生产电力时，风力涡轮机可以是净生产者(producer)。随着风速减小，因为风力涡轮机的电力生产跌落到低于风力涡轮机的电力消耗，风力涡轮机可从净生产者向净消耗者转变。作为对此的回应，风力涡轮机可转变到精简辅助模式。精简辅助模式可相当于使用尽可能微小的偏航和变桨的暂时的、准停机(parked)状态。准停机状态对于一受限时间周期可以是可持续的，但如果被保持在被延长的持续期就可能不是理想的。一旦风速增加，或电网状况改变，风力涡轮机可向正常(完全)辅助模式转变。从完全辅助模式，风力涡轮机可(如状况指示的)要么汲取如可被要求完全停机风力涡轮机的这类电力，要么可返回到电力生产状态。
48.现在参考附图，图1示出根据本公开的风力涡轮机100的一个实施例的透视图。如所示的，风力涡轮机100一般包括从支撑平面104延伸的塔102、安装在塔102上的机舱106以及耦合到机舱106的转子108。转子108包括可转动的轮毂110和至少一个耦合到并且自轮毂110向外延伸的转子叶片112。例如，在所示实施例中，转子108包括三个转子叶片112。然而，在一备选实施例中，转子108可包括多于或少于三个转子叶片112。每个转子叶片112可被围绕轮毂110间隔开，以促进转动转子108使得动能能够被从风转变成可用的机械能，并且随后，转变成电能。例如，轮毂110可以可转动地耦合到放置于机舱106内的电力发电机118(图2)以准许电能被生产。
49.风力涡轮机100还可包括被配置为集中在机舱106内的涡轮机控制器162(图2)的机舱控制器200(图5)。然而，在其他实施例中，涡轮机控制器162可以是被安置在风力涡轮机的任何其他组件内，或处于风力涡轮机外的位点(location)。进一步，为了控制组件，涡轮机控制器162可在通信上耦合到风力涡轮机100的任何数量的组件。如此，风力涡轮机162可包括计算机或其他合适的处理单元。因此，在几个实施例中，风力涡轮机162可包括合适的计算机可读指令，当所述指令被实现时，配置涡轮机控制器162以执行各种不同的功能，诸如接收、传送和/或执行风力涡轮机控制信号。
50.现在参考图2，示出图1中所示的风力涡轮机100的机舱106的一个实施例的简化内部图。如所示，发电机118可耦合到转子108用来从转子108所生产的转动能生产电力。例如，如在所示实施例中所示，转子108可包括耦合到用于与之转动的轮毂110的转子轴122。转子轴122可被主轴承144可转动地支撑。转子轴122可进而通过变速箱126可旋转动地耦合到发电机118的高速轴124，该变速箱126通过一个或多个转矩臂142被连接到底座支撑框架136。如一般理解的，响应于转子叶片112和轮毂110的转动，转子轴122可提供低速高转矩输入到变速箱126。变速箱126则可被配置成转换低速高转矩输入为高速低转矩输出以驱动高速轴124并因此驱动发电机118。
51.每个转子叶片112还可包括被配置成围绕它的变桨轴心116转动每个转子叶片112的变桨控制机制120。变桨控制机制120可包括被配置成从涡轮机控制器162接收至少一个变桨设定点(pitch setpoint)命令的变桨控制器150。进一步，每个变桨控制机制120可包括变桨驱动电动机128、变桨驱动变速箱130和变桨驱动小齿轮(pitch drive pinion)132。变桨驱动128可从电力网166(图3)汲取电力。在这类实施例中，变桨驱动电动机128可耦合到变桨驱动变速箱130以使得变桨驱动电动机128传递机械力到变桨驱动变速箱130。相似地，变桨驱动变速箱130可耦合到用于与之转动的变桨驱动小齿轮132。变桨驱动小齿轮132可进而与在轮毂110和对应转子叶片112之间耦合的变桨轴承134处于转动的啮合(engagement)，以使得变桨驱动小齿轮132使变桨轴承134旋转。因此，在这类实施例中，变桨驱动电动机128的转动驱动变桨驱动变速箱130和变桨驱动小齿轮132，由此使变桨轴承134和(一个或多个)转子叶片112围绕变桨轴心116转动。相似地，风力涡轮机100可包括在通信上耦合到涡轮机控制器162的一个或多个偏航驱动机制138，其中每一个(每一些)偏航驱动控制机制138被配置成改变机舱106相对于风的角度(例如，通过啮合风力涡轮机100的偏航轴140)。应该领会到，涡轮机控制器162可指导机舱106的偏航和/或转子叶片112的变桨，以便相对于作用在风力涡轮机100的风(w)空气动力地定向风力涡轮机100，由此促进电力生产。
52.现在参考图3，示出根据本发明的系统和方法来控制的风电场152的示意图。如所示的，风电场152可包括本文所述的多个风力涡轮机100和被配置为场控制器164的控制器200。例如，如在所示实施例中所示的，风电场152可包括12个风力涡轮机100。然而，在其他实施例中，风电场152可包括任何其他数量的风力涡轮机100，诸如少于12个风力涡轮机100或多于12个风力涡轮机100。在一个实施例中，(一个或多个)涡轮机100的(一个或多个)涡轮机控制器162可通过有线连接在通信上耦合到场控制器164，诸如通过合适的通信的链路154(例如，合适的线缆)连接(一个或多个)涡轮机控制器162。备选地，(一个或多个)风力涡轮机162可通过无线连接在通信上耦合到场控制器164，诸如通过使用本领域中已知的任何
合适的无线通信协议。
53.在几个实施例中，风电场152可包括用于监测影响风电场152的风(w)的风分布的多个环境传感器156。环境传感器156可被配置用于收集指示至少一个环境状况的数据。环境传感器156可以可操作地耦合到场控制器164以及到涡轮控制器162。因此，在一实施例中，(一个或多个)环境传感器156可以是，例如，风向标、风速计、激光雷达传感器、温度计、气压计或其他合适传感器。由(一个或多个)环境传感器156收集的数据可包括以下测量：风速、风向、风切变、阵风(wind gust)、风变向(wind veer)、大气压力、压力梯度和/或温度。在至少一个实施例中，(一个或多个)环境传感器156可被安装在机舱106上转子108的下风位点处。应该领会到，(一个或多个)环境传感器156可包括传感器网络并且可远离(一个或多个)涡轮机100被放置。应当领会到，环境状况可跨风电场152显著地变化。因此，(一个或多个)环境传感器156可允许在每个风力涡轮机100的本地环境状况(诸如本地风速)由各自的涡轮机控制器162分别地并且由场控制器164联合地监测。
54.仍参考图3，在一个实施例中，场控制器164也可以可操作地耦合到至少一个电网传感器160。(一个或多个)电网传感器160可以可操作地耦合到电力网166。(一个或多个)电网传感器160可被配置成检测指示电力网166内的电力可用性的数据。电力可用性可被场控制器164解读为电网需求信号302(图6)。
55.应当领会到，电力可用性可以与从电力网166的电力汲取以及向电力网166的电力递送内的波动相互关联。相应地，提供给或汲取自电力网166的电力价值可随电力可用性变化。例如，电网运营商可对相对低可用性的周期期间提供的电力给予(offer)更高的电费率(utility rate)，同时也在相同的周期期间对从电力网汲取的电力收取更高的电费率。如此，可能期望同步风电场152的操作与如电网需求信号302所指示的电力可用性。
56.现在参考图4，示出风电场152的一个实施例的顶视图。在一实施例中，如所示的，风电场152的所述多个风力涡轮机100可根据风电场152的地形被安置。例如，风电场152可具有至少一个处于比临近部分更高海拔的部分，如地形线168所示。应当领会到，风电场152的风力涡轮机100的散布(distribution)以及风电场152的地形可导致风(w)以一种不平等的方式影响风力涡轮机100。
57.现在参考图5-图8b，呈现根据本公开的、用于控制风电场152的系统300的多个实施例的示意图。特别是如图5中所示，示出合适组件的一个实施例的示意图，所述组件可被包括在控制器200内。例如，如所示的，控制器200可包括一个或多个处理器206和所关联的被配置成执行各种计算机实现的功能(例如，执行方法、步骤、计算和诸如此类和存储如本文所公开的相关数据)的(一个或多个)存储器装置208。附加地，控制器200还可包括通信模块210以促进控制器200和风力涡轮机100和其中组件之间的通信。进一步，通信模块210可包括传感器212(例如，一个或多个模数转换器)以准许传送自一个或多个传感器156、160的信号被转换成能够由处理器206理解和处理的信号。应当领会到，传感器156、160可使用任何合适手段在通信上耦合到通信模块210。例如，如图5中所示的，传感器156、160可经由无线连接耦合到传感器接口212，诸如通过使用任何合适的本领域中已知的无线通信协议。附加地，通信模块210也可以可操作地耦合到被配置成改变至少一个风力涡轮机操作状态的操作状态控制模块214。
58.如本文所使用的，术语“处理器”不仅指代如被包括在计算机中的本领域中所指代
的集成电路，而且也指代控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(plc)、专用集成电路和其他可编程电路。附加地，(一个或多个)存储器装置208可一般包含但不限于以下(一个或多个)存储器元件：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、致密盘只读存储器(cd-rom)、磁光盘(mod)、数字多功能盘(dvd)和/或其他合适存储器元件。这类(一个或多个)存储器装置208可一般被配置成存储合适的计算机可读指令，当所述指令被(一个或多个)处理器206实现时，配置控制器202以执行包括但不限于以下各种功能：在低风速期间控制风电场152，并且在风电场152从精简辅助模式的转变期间修改呈现到电力网166的汲取分布(如本文所述的)，以及各种其他合适的计算机实现的功能。
59.特别地参考图6，在一实施例中，系统300的场控制器164可被配置成监测影响风电场152的风(w)的风分布304。风分布304可包括风速、风向、压力梯度和/或变化性指标。指示风分布304的数据可从(一个或多个)环境传感器156被接收。
60.如在306所示的，在一实施例中，场控制器164可检测风速对风速阈值的接近。风速阈值可以是预定的风速，在所述预定的风速，修改风力涡轮机100的操作状态以尝试发电可能不再是期望的。如此，应当领会到，风速阈值可在一实施例中被表示为电力阈值。在该阈值，由风电场生产的电力的价值可以基本上等同于生产的成本。生产的成本可包括由电网运营商为从电力网166汲取的电力收取的电费率以及导致风力涡轮机100的组件剩余使用寿命减少的变量的至少一个。随着风速下降低于风速阈值，生产的成本可超出正由风电场152生产的电力的价值。例如，由电网运营商对驱动风力涡轮机100的辅助系统所消耗的电力收取的金额(amount)可超出可在相对低的风速下所生产的电力的价值。
61.在至少一个实施例中，场控制器164可接收电网需求信号302，该电网需求信号302指示可能期望在较低风速下继续发电(相比在其他情况下将是期望的)。如此，场控制器164可分析电网需求信号302以确定电力网166内的电力可用性等级。基于所确定的电力可用性等级，场控制器164可在308降低风速阈值以延迟风力涡轮机100的至少一部分到精简辅助模式的转变以便满足需求信号302。例如，在一实施例中，电网需求信号302可指示在电力网166内相对低的电力可用性。在这样的一实施例中，供应到电力网的电力的价值可以是使得：即使风电场152在较低风速下减少的电力生产也可大于与从电力网166汲取电力关联的成本。在一附加实施例中，电网内相对低的电力可用性可指示在所述转变期间从电网汲取的电力的成本可超出与继续在完全辅助模式中操作风电场152关联的成本。应当领会到，当处于正常电力生产状态中或当(一个或多个)风力涡轮机100是电力的净消耗者时，风力涡轮机100可以是处于完全辅助模式中。例如，在一实施例中，精简辅助模式可以是使用尽可能少的偏航和变桨的准停机状态。在这样的一实施例中，风力涡轮机100的部分可暂时转变到完全辅助模式以便促进完全停机风力涡轮机100。
62.如在310所示的，在一实施例中，场控制器164可指定所述多个风力涡轮机100的至少一个作为指定风力涡轮机312。不管风速，所述(一个或多个)指定风力涡轮机312可被操作在完全辅助模式中。特别是，当影响风电场152的风(w)的风速低于风速阈值时，所述(一个或多个)指定风力涡轮机312可被操作在完全辅助模式中。完全辅助模式可包括至少启用所述(一个或多个)指定风力涡轮机312的变桨和偏航。应当领会到，完全辅助模式可以是风力涡轮机100的名义上的操作模式。
63.在至少一个实施例中，基于所述多个风力涡轮机100的每个风力涡轮机对于所监测的风分布304的电力生产分布，场控制器164可选择所述多个风力涡轮机100的至少一个。例如，在一实施例中，所述(一个或多个)指定风力涡轮机312可以是具有在盛风(prevailing)状况下展示的发电类似性的(一个或多个)风力涡轮机100。备选地，所述(一个或多个)指定风力涡轮机312可具有相对于所述多个风力涡轮机100的平均发电能力。应当领会到，选择对于盛风状况具有平均或低于平均的发电能力的所述(一个或多个)指定风力涡轮机312可保证来自所述(一个或多个)指定风力涡轮机312的发电等级可由风电场152的其他风力涡轮机100可预见地取得。
64.在一附加实施例中，所述(一个或多个)指定风力涡轮机312可以是放置于相对于影响风电场152的风(w)的特定有利或不利位点的风力涡轮机100。例如，所述(一个或多个)指定风力涡轮机312可以是安置于风电场152的最大海拔点的和/或在其他风力涡轮机100的上风沿着风电场152的外缘的一部分的(一个或多个)风力涡轮机100。备选地，所述(一个或多个)指定风力涡轮机312可以是处于不利位置(position)，诸如在风寂区(wind shadow)或其他受扰的风流动的区域。选择处于不利位置的风力涡轮机100可导致所述(一个或多个)指定风力涡轮机312具有可由处于更有利位置的其他风力涡轮机100可预见地取得的发电能力。
65.在一进一步的实施例中，所述(一个或多个)指定风力涡轮机312可以是多个指定风力涡轮机，诸如在图4中所示的。所述多个指定风力涡轮机312可以由于关于电力生产能力和风电场152内定位的前述任何理由被选择。
66.在至少一个实施例中，系统300可包括被配置成改善所述(一个或多个)指定风力涡轮机312的性能分布选择的反馈机制。如此，场控制器164可预测所述(一个或多个)指定风力涡轮机312对于影响风电场152的风(w)的性能分布。所述预测可基于所述(一个或多个)指定风力涡轮机312的历史电力生产分布。场控制器164可相互关联预测性能分布与在作为(一个或多个)指定风力涡轮机312运转时记录的性能分布。基于该相互关联，场控制器164可改善所述(一个或多个)指定风力涡轮机312的电力生产分布。
67.在一实施例中，场控制器164可在314确定风速是否低于风速阈值。如在316所示的，在一实施例中，其中风速是在风速阈值之上，风电场152的所述多个风力涡轮机100可被操作在完全辅助模式中。
68.如在330所示的，在一实施例中，基于风分布304的压力梯度，场控制器164可预测风速对于一受限制持续期低于风速阈值。在这样的一实施例中，场控制器164可，如在332所示的，增加(一个或多个)指定风力涡轮机312的数量。在一实施例中，(一个或多个)指定风力涡轮机312的数量可基于低于风速阈值的风速的所预测的持续期。应当领会到，在一实施例中，指定风力涡轮机312的数量可以是风电场152的风力涡轮机100的全部以使得风力涡轮机100的全部在低于风速阈值的风速中的相对短暂下降期间维持操作。
69.在一实施例中，其中风速低于风速阈值，风电场164可，如在314所示的，发起风电场152向精简汲取模式的转变。在精简汲取模式中，系统300可在318在完全辅助模式中操作所述(一个或多个)指定风力涡轮机，并且在320在精简辅助模式中操作其余风力涡轮机322。
70.在一实施例中，精简辅助模式可包括禁用其余风力涡轮机322的变桨和/或偏航。
精简辅助模式可在一实施例中也包括禁用其余风力涡轮机322的扇、泵、内部光源、除冰系统、加热器和/或电力电子器件(例如，var生成)。进一步的实施例，精简辅助模式可包括暂时从电力网166解耦其余风力涡轮机322。在精简辅助模式，其余风力涡轮机322可，如图4中所示的，不寻求和风(w)保持空气动力对准。应当领会到，因为其余风力涡轮机322的辅助系统的至少一个部分可被禁用，所以其余风力涡轮机322从电力网的电力汲取也可被减少。在至少一个实施例中，减少从电力网的汲取可导致风电场运营商的成本节省。
71.在一实施例中，精简辅助模式可包括将(一个或多个)风力涡轮机100的电力消耗组件分成两个类别。第一类别可包括(一个或多个)风力涡轮机100的视为是安全关键的那些电力消耗组件。安全关键组件的电力电子器件可被保持在安全关键限制之上的温度。安全关键限制可以是温度，在该温度下组件阻挡电网能量进入未启动的机器(因为这样的事件可能导致电子系统灾难性的故障)。第二类别可包括(一个或多个)风力涡轮机100的视为是操作上关键的那些电力消耗组件。操作上关键的组件的电力电子器件可被保持在安全关键限制之上并且被保持在允许机器安全启动的温度。
72.如在图5的324所示的，系统300的场控制器164可被配置成检测所述(一个或多个)指定风力涡轮机312的超出电力阈值的电力输出。电力阈值可由场控制器164建立在某个等级，在该等级，从所述(一个或多个)指定风力涡轮机322所发电力的价值超出与空气动力地将所述(一个或多个)指定风力涡轮机312同风(w)对准关联的成本(例如当驱动所述(一个或多个)指定风力涡轮机312的辅助系统时，从电力网166汲取的电力的成本)。
73.在一实施例中，场控制器164可，如在326所示的，当所述(一个或多个)指定风力涡轮机312的电力输出超出电力阈值时，指导其余风力涡轮机322的至少一组(诸如第一组328)从精简辅助模式到完全辅助模式转变。例如，在这类实施例中，场控制器164可启用第一组328的风力涡轮机100的变桨和/或偏航。应当领会到，在一实施例中，转变第一组328可包括将风电场152的其余风力涡轮机322的全部到完全辅助模式转变。
74.如在334所示的，在一实施例中，在指导其余风力涡轮机322的第一组328从精简辅助模式转变之前，场控制器164可分析电网需求信号302以确定电力网166内的电力可用性等级。在一实施例中，场控制器可在336检测电力网166内的电力可用性短缺。在这样的一实施例中，提供到电力网166的任何所发电力的价值可大于在电力网166内的过剩电力周期期间提供到电力网166的所发电力的价值。因此，电力可用性短缺可指示机会。如在338所示的，场控制器164可加速第一组328从精简辅助模式的转变，以便通过向电力网166供应电力而从该机会中获利。
75.仍参考图6的334，在一实施例中，电网需求信号302可指示电力网166内充分的电力可用性。作为对此的回应，场控制器164可在340确定电力网166内的电力可用性等级是否超出阈值。该阈值可以是电力可用性等级，在该等级之上从电力网166汲取电力的电费率可以被减少，由此减少与转变第一组328关联的成本。在一实施例中，其中电力可用性未超出该阈值，场控制器164可在342继续在精简辅助模式中操作其余风力涡轮机322。通过这样做，场控制器164可延迟第一组328的转变，直到电力网内的电力可用性超出该阈值。
76.如在344所示的，在一实施例中，场控制器164可选择其余风力涡轮机322的第一组328的风力涡轮机100。在至少一个实施例中，第一组328的选择可基于所述多个风力涡轮机100的每个风力涡轮机对于所监测的风分布304的电力生产分布。例如，场控制器164可选择
相应电力生产分布指示可在给定风速下发出最多电力的那些风力涡轮机100。风力涡轮机100的电力生产分布可反映风电场152内风力涡轮机100的定位。如此，电力生产分布可指示对于所监测的风分布304具有最有利位置的风力涡轮机100。在一备选实施例中，所述选择可包括相应电力生产分布指示可在最低成本被转变到完全辅助模式的那些风力涡轮机100。
77.仍参考图5-图8b，系统300的场控制器164可，在一实施例中，通过如在326所示的至少第一组328从精简辅助模式到完全辅助模式的转变，修改呈现到电力网166的汲取分布346。例如，未修改的汲取分布348可，如在图8a中所示的，具有相对显著的出现在相对简短持续期的峰值电力汲取362。这样的汲取分布346可以指示其余风力涡轮机322的整体作为单个组的转变。备选地，修改的汲取分布350可，如在图8b中所示的，具有减小的峰值电力汲取362，但是可在更长的时间周期汲取电力。这样的汲取分布346可以指示其余风力涡轮机322的按序的转变和/或延迟的转变。
78.参考图6的326，如图7所展开的，场控制器164可在一实施例中从电力网166接收电网信号302。如在352所示的，基于电网信号302，场控制器164可确定电力网166内电力可用性。电力网166的电力可用性可以指示汲取自电力网166的电力和提供到电力网166的电力的相对价值。如此，将汲取分布346与电力可用性同步可促进减少其余风力涡轮机322的转变的成本与最大化提供到电力网166的所发电力的价值的至少一个。
79.如在图7的354所示的，场控制器164可在一实施例中，确定从精简辅助模式到完全辅助模式转变其余风力涡轮机322的每个风力涡轮机100所伴随的电力汲取。附加地，如在356中所示的，场控制器164可确定对应于将风电场152转变到电力生产状态的风电场152的电力汲取分布346。将风电场152转变到电力生产状态可至少部分基于转变其余风力涡轮机322的每个风力涡轮机100所伴随的电力汲取。基于风电场152的汲取分布346以及电力网166内的电力可用性，场控制器164可在358确定其余风力涡轮机的转变顺序。转变顺序可在转变期间修改风电场152的汲取分布346。在一实施例中，根据转变顺序，场控制器164可通过指导其余风力涡轮机322的操作状态中的改变，将其余风力涡轮机322转变到完全辅助模式。
80.仍参考图7的358，在一实施例中，场控制器164可将其余风力涡轮机322划分成多个风力涡轮机组360。在一实施例中，组360的数量可以被选择成延长风电场152从精简辅助模式到完全辅助模式的转变周期(pot)。场控制器164可以以串行布置将所述多个风力涡轮机组360排序。例如，在至少一个实施例中，其余风力涡轮机322可被划分成三个或更多组。在一备选实施例中，为了进一步延长转变周期(pot)，其余风力涡轮机322可被划分成六个或更多组。应当领会到，通过将其余风力涡轮机322划分成多个风力涡轮机组360来延长转变周期(pot)可用于同步风电场152的汲取分布346与电力网166内的电力可用性。
81.在一附加实施例中，场控制器164也可定义至少一个延迟区间。(一个或多个)延迟区间可由场控制器164插入到以串行布置的所述多个风力涡轮机组360的至少两个之间。例如，在一实施例中，其中其余风力涡轮机322可被分成四个风力涡轮机组360，(一个或多个)延迟区间可被插入到所述四个风力涡轮机组360的每个之间。应当领会到，(一个或多个)延迟区间的使用可进一步促进风电场152的汲取分布346与电力网166内的电力可用性的同步。
82.仍参考图7的358，在一实施例中，基于对每个风力涡轮机100所确定的从精简辅助模式到完全辅助模式转变所伴随的电力汲取，场控制器164可将其余风力涡轮机322划分成所述多个风力涡轮机组360。基于所确定的电力汲取，分组风力涡轮机100可减小汲取分布346的峰值电力汲取362。应当领会到，减小峰值电力汲取362在一实施例中可能是期望的，其中如果电力汲取对于给定的区间超出由电网运营商建立的阈值，自电力网166汲取的电力的电费率可被增加。
83.继续参考图7的358，在一实施例中，场控制器164可至少部分基于所述(一个或多个)指定风力涡轮机312的电力输出，推导在所监测的风速下风电场152的电力生产潜力。可由场控制器164确定比率，该比率将风电场的电力生产潜力与汲取分布346相互关联。附加地，场控制器164可基于该比率来同步其余风力涡轮机322的转变顺序与电力网内的电力可用性。
84.在一附加实施例中，场控制器164可通过将其余风力涡轮机322到完全辅助模式的转变延迟直到一天的更晚时间来修改汲取分布346。应当领会到，这当风电场152耦合到某个电力网166时可以是特别有利的，该电力网具有与一天的时间而不是与特定汲取分布相捆绑的电费率。在这样的一实施例中，将所述转变延迟直到一天的更晚时间可导致在所述转变所伴随的成本可被最小化时转变其余风力涡轮机322。应当进一步领会到，其余风力涡轮机322的转变可包括部分转变，其中某些属性被启用，而其他属性维持禁用。
85.在一实施例中，电网信号302可指示电力网166内相对高等级的电力可用性。在这样的一实施例中，修改呈现到电力网166的汲取分布346可包括增加电力阈值，以便延迟其余风力涡轮机322的转变。在这样的一实施例中，相对高等级的电力可用性可减小所发的并且递送到电力网166的电力的价值。作为结果，为了抵消从精简辅助模式的转变所伴随的成本，可要求附加的电力生产。
86.在另一个实施例中，涡轮机控制器162可发起安全超越以从精简辅助模式至少部分地转变其余风力涡轮机322的至少一个。例如，在一实施例中，其中风力涡轮机100的偏航在精简辅助模式中被禁用，风(w)的方向中的改变可导致侧风作用在风力涡轮机100上，这超出风力涡轮机100的负载限制。如此，为了空气动力地将风力涡轮机100与风(w)对准，可能期望启用风力涡轮机100的偏航。
87.再者，技术人员将会认识到来自不同实施例的各种特征的可互换性。相似地，所描述的各种方法步骤和特征以及每个这类方法和特征的其他已知等同体能够由本领域中的普通技术人员混合和匹配，以根据本公开的原理构建附加的系统和技术。当然，要理解到，不一定可根据任何特定实施例取得上述的所有这类目标或优点。因此，例如，本领域中的那些技术人员将会认识到本文所述的系统和技术可以某种方式被实施或实行，该方式取得或优化如本文所教导的一个优点或一组优点，而不一定要取得如本文可能教导或建议的其他目标或优点。
88.此书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且也使得本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可取得专利权的范围由权利要求来定义，并且可包括本领域的那些技术人员想起的其他示例。如果这类其他示例包括未区别于权利要求的字面用语的结构元素，或者如果它们包括具有未实质区别于权利要求的字面用语的等同结构元素，则这类其他示例则旨在位于在
权利要求的范围内。
89.本发明的另外方面由以下条款(clause)的主题来提供：
90.条款1.一种用于在低风速期间控制风电场的方法，所述风电场具有可操作地耦合到场控制器和电力网的多个风力涡轮机，所述方法包括：监测影响所述风电场的风的风分布，其中所述分布包括风速和风向；用所述场控制器来指定所述多个风力涡轮机的至少一个作为指定风力涡轮机；当所述风电场的所述风速低于风速阈值时，在完全辅助模式中操作所述指定风力涡轮机，其中所述完全辅助模式包括至少启用所述指定风力涡轮机的变桨和偏航；当所述风电场的所述风速低于所述风速阈值时，在精简辅助模式中操作所述多个风力涡轮机的其余风力涡轮机，其中所述精简辅助模式包括禁用所述其余风力涡轮机的变桨和偏航的至少一个；以及当所述指定风力涡轮机的电力输出超出电力阈值时，用所述场控制器来指导所述其余风力涡轮机的至少一组从所述精简辅助模式转变到所述完全辅助模式。
91.条款2.任何先前条款的方法，进一步包括：在指导所述其余风力涡轮机的所述至少一组从所述精简辅助模式转变之前，用所述场控制器来分析从所述电力网接收到的电网需求信号，以便确定所述电力网内的电力可用性等级。
92.条款3.任何先前条款的方法，其中，从所述精简辅助模式转变所述至少一组进一步包括：将所述转变延迟直到所述电力网内的所述电力可用性等级超出阈值。
93.条款4.任何先前条款的方法，进一步包括：响应于所述电力网内检测到的电力可用性短缺，加速所述至少一组从所述精简辅助模式的转变，为了向所述电力网供应电力。
94.条款5.任何先前条款的方法，进一步包括：用所述场控制器来分析从所述电力网接收到的电网需求信号，以便确定所述电力网内的电力可用性等级；基于所确定的电力可用性等级，用所述场控制器来降低所述风速阈值，以便延迟所述多个风力涡轮机的所述其余风力涡轮机到所述精简辅助模式的转变，其中，延迟到所述精简辅助模式的转变促进在减小的风速下的风电场电力生产，以便满足来自所述电力网的所述需求信号。
95.条款6.任何先前条款的方法，其中指定所述多个风力涡轮机的至少一个作为所述指定风力涡轮机进一步包括：用所述场控制器基于所述多个风力涡轮机的每个风力涡轮机对于所监测的风分布的电力生产分布，选择所述多个风力涡轮机的至少一个。
96.条款7.任何先前条款的方法，进一步包括：用所述场控制器来预测所述指定风力涡轮机对于影响所述风电场的所述风的性能分布，其中所述预测基于所述电力生产分布；用所述场控制器将所述预测性能分布与记录的所述指定风力涡轮机的性能分布相互关联；以及用所述场控制器基于所述相互关联来改善所述指定风力涡轮机的所述电力生产分布。
97.条款8.任何先前条款的方法，其中所述风分布进一步包括压力梯度，确定所述指定风力涡轮机进一步包括：基于压力梯度，用所述场控制器来预测对于一受限制持续期低于所述风速阈值的风速；以及基于低于所述风速阈值的所述风速的所预测的持续期，增加指定风力涡轮机的数量。
98.条款9.任何先前条款的方法，其中将所述其余风力涡轮机的所述至少一组转变到所述完全辅助模式转变进一步包括：用所述场控制器基于所述多个风力涡轮机的每个风力涡轮机对于所监测的风分布的电力生产分布，选择所述其余风力涡轮机的所述至少一组的风力涡轮机。
99.条款10.权利要求1的方法，进一步包括：发起安全超越以从所述精简辅助模式至少部分地转变所述其余风力涡轮机的至少一个。
100.条款11.任何先前条款的方法，其中在精简辅助模式中操作所述其余涡轮机包括暂时从所述电力网解耦所述其余涡轮机。
101.条款12.任何先前条款的方法，其中所述精简辅助模式进一步包括禁用以下的至少一个：扇、泵、内部光源和除冰系统。
102.条款13.一种用于控制风电场以便修改呈现到电力网的汲取分布的方法，所述风电场具有可操作地耦合到场控制器和电力网的多个风力涡轮机，所述方法包括：在完全辅助模式中操作所述多个风力涡轮机的指定风力涡轮机；在精简辅助模式中操作所述多个风力涡轮机的其余风力涡轮机，直到所述指定风力涡轮机的电力输出超出电力阈值，其中所述精简辅助模式包括禁用所述其余风力涡轮机的变桨和偏航的至少一个；用所述场控制器从所述电力网接收指示在监测的风速下所述电力网内的电力可用性的电网信号；用所述场控制器来确定从所述精简辅助模式到所述完全辅助模式转变所述其余风力涡轮机的每个风力涡轮机相伴随的电力汲取；用所述场控制器来确定对应于将所述风电场转变到电力生产状态的所述风电场的汲取分布，其中将所述风电场转变到所述电力生产状态是至少部分基于转变所述其余风力涡轮机的每个风力涡轮机相伴随的电力汲取；用所述场控制器来确定所述其余风力涡轮机的转变顺序，以便在所述转变期间修改所述风电场的所述汲取分布；以及根据所述转变顺序，将所述其余风力涡轮机转变到向所述完全辅助模式。
103.条款14.任何先前条款的方法，其中确定所述其余风力涡轮机的所述转变顺序包括：用所述场控制器将所述其余风力涡轮机划分成多个风力涡轮机组，其中组的数量被选择成延长所述风电场从所述精简辅助模式到所述完全辅助模式的转变的周期；以及用所述场控制器以串行布置将所述多个风力涡轮机组排序。
104.条款15.任何先前条款的方法，进一步包括：用所述场控制器来定义至少一个延迟区间；以及用所述场控制器在以串行布置的所述多个风力涡轮机组的至少两个之间插入所述至少一个延迟区间。
105.条款16.任何先前条款的方法，其中确定所述其余风力涡轮机的所述转变顺序包括：用所述场控制器，基于对于每个风力涡轮机所确定的从所述精简辅助模式到所述完全辅助模式转变相伴随的电力汲取，将所述其余涡轮机划分成多个风力涡轮机组，其中基于所确定的电力汲取来分组所述风力涡轮机减小所述汲取分布的峰值电力汲取。
106.条款17.任何先前条款的方法，其中确定所述其余风力涡轮机的所述转变顺序包括：用所述场控制器，至少部分基于所述至少一个指定风力涡轮机的所述电力输出来推导在所监测的风速下所述风电场的电力生产潜力；用所述场控制器来确定所述电力生产潜力与所述汲取分布的比率；以及用所述场控制器基于所述比率，同步所述其余风力涡轮机的所述转变顺序与所述电力网内的所述电力可用性。
107.条款18.任何先前条款的方法，进一步包括：在所述指定风力涡轮机的所述电力输出超出所述电力阈值后，延迟所述其余风力涡轮机到所述完全辅助模式的转变，直到一天的更晚时间。
108.条款19.任何先前条款的方法，其中所述电网信号指示所述电力网内的高等级的电力可用性，所述方法进一步包括：增加所述电力阈值以便延迟所述其余风力涡轮机的所
述转变。
109.条款20.任何先前条款的方法，其中确定所述其余风力涡轮机的所述转变顺序包括：监测影响所述风电场的风的风分布，其中所述分布包括所述风速和风向；以及用所述场控制器基于所述其余风力涡轮机的每个风力涡轮机对于所监测的风分布的电力生产分布，选择所述其余风力涡轮机的至少一组。