用于风力涡轮机的控制方法

摘要

本发明涉及一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括附连到转子轮毂的风力涡轮机叶片和用于使所述风力涡轮机叶片相对于所述转子轮毂倾斜的控制系统。该方法包括提供分配给不同风向的尾流区，并提供正常的桨距表以控制所述风力涡轮机的输出参数(例如功率、转速)，所述正常的桨距表包括作为风速以及推力系数Ct和轴感应系数a中的至少一个参数的函数的桨距参考值。此外，提供了修正的桨距表来控制所述风力涡轮机的修正输出参数，所述修正的桨距表包括依赖于风速和推力系数和/或轴感应系数中的至少一个修正参数的桨距参考值。在接收到所述风力涡轮机处的风速和风向的指示时，如果风向落在所述尾流区之外，则根据正常的桨距表确定风力涡轮机叶片的桨距参考值，否则根据修正的桨距表来确定所述桨距参考值。然后根据所述桨距参考值控制所述风力涡轮机。本发明还涉及一种控制风力发电场中的风力涡轮机的方法，其中根据上述控制方法来局部地控制所述发电场中的每个风力涡轮机。

权利要求

1.一种控制风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括附连到转子轮毂的风力涡轮机叶片和用于使所述风力涡轮机叶片相对于所述转子轮毂倾斜的控制系统，所述方法包括：-提供分配给一个或多个风向的至少一个尾流区；

-提供正常的桨距表以控制所述风力涡轮机的输出参数，所述正常的桨距表包括作为风速和推力系数Ct、气动功率系数Cp和轴感应系数a中的至少一个参数的函数的桨距参考值；

-提供修正的桨距表来控制所述风力涡轮机的修正输出参数，所述修正的桨距表包括依赖于风速和推力系数、气动功率系数和/或轴感应系数中的至少一个修正参数的桨距参考值；

-接收在所述风力涡轮机处的风速和风向的指示；

-如果风向落在所述至少一个尾流区之外，根据正常的桨距表确定一个或多个风力涡轮机叶片的桨距参考值；以及-只有当风向落在该至少一个尾流区之内时，才根据修正的桨距表确定一个或多个风力涡轮机叶片的桨距参考值；以及-根据所述桨距参考值控制所述风力涡轮机；

其中，所述风力涡轮机的控制步骤是在没有与发电场中的其它风力涡轮机通信的情况下局部地在所述风力涡轮机上执行的。

2.根据权利要求1所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，所述风力涡轮机放置在包括多个风力涡轮机的风力发电场中，并且所述至少一个尾流区反映了所述风力涡轮机通过在该尾流区中的某个方向上的风作用在所述发电场中的一个或多个其它风力涡轮机上的尾流影响区。

3.根据权利要求1或2所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，进一步包括预先给每个尾流区分配尾流模式，并为每个尾流模式分配不同的修正桨距表，并且所述方法还包括根据由所接收的风向给定的尾流区确定当前尾流模式，并且根据对应于当前尾流模式的修正桨距表来确定所述桨距参考值。

4.根据权利要求3所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，还包括向每种尾流模式分配推力系数、气动功率系数和/或阈值轴感应系数的阈值参数，并且修正所述推力系数、气动功率系数和/或轴感应系数的修正参数。

5.根据权利要求4所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，用于尾流模式的阈值参数设定为推力系数、气动功率系数和/或轴感应系数的最大值的百分比。

6.根据权利要求4所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，用于尾流模式的阈值参数设定为预定义的常数。

7.根据权利要求4所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，用于尾流模式的阈值参数设定为风速的函数。

8.根据权利要求1或2所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，所述正常的桨距表和/或修正的桨距表是预定义的。

9.根据权利要求1或2所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，包括根据预定的查阅表来确定推力系数和/或轴感应系数的修正参数。

10.根据权利要求1或2所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，所述尾流区是预定的。

11.根据权利要求3所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，所述尾流模式预先分配给每个尾流区。

12.根据权利要求3所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，所述尾流模式包括正常的电力生产和降低的电力生产。

13.根据权利要求1或2所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，在所述风力涡轮机上局部地测量风速和风向。

14.根据权利要求1所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，所述风力涡轮机的输出参数包括功率或转速。

15.根据权利要求4所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，所述推力系数、气动功率系数和/或轴感应系数的修正参数被修正为不超过所述阈值参数。

16.根据权利要求5所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，用于尾流模式的阈值参数设定为推力系数、气动功率系数和/或轴感应系数的最大值的50-95％。

17.根据权利要求5所述的控制风力涡轮机的方法，其特征在于，用于尾流模式的阈值参数设定为推力系数、气动功率系数和/或轴感应系数的最大值的70-80％。

18.一种控制发电场中的风力涡轮机的方法，其中根据权利要求1-17中任意一项来局部地控制所述发电场中的每个风力涡轮机。

说明书

用于风力涡轮机的控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括附连到转子轮毂的风力涡轮机叶片和用于使风力涡轮机叶片相对于转子轮毂倾斜的控制系统，其中使风力涡轮机叶片相对于转子轮毂倾斜的目的是考虑到对其它风力涡轮机的尾流效应。本发明还涉及控制风电场中的风力涡轮机的方法。

背景技术

[0002] 涡轮机经常成组安装，或安装在风力发电场中，并同步运行以模仿发电厂的运行状况。在包括多个风力涡轮机的风力发电场中，由于风场的不稳定的湍流性质，单个风力涡轮机在复杂的空气动力环境中运行。另外，由于涡轮机从风中提取能量，它们在其后面产生了通常具有较低风速和较高湍流等级的尾流。出于空间考虑，单个涡轮机之间的距离经常使得涡轮机处于针对特定风向的其它涡轮机的背风区或尾流中。所有在尾流中运行的涡轮机会遇到比厂外环境风速低的风速，以及更多的湍流风。这导致了较低的性能以及更高的疲劳负载。相比于相同数量的单独放置的单个涡轮机的预期总功率，这可看作是风电场的降低的总发电量。体现单个涡轮机的功率曲线和均值或中值风电场功率曲线之间差异的主要“尾流损失”发生在运行状态的部分功率区域(通常风速为3-12m/s)。

[0003] 此外，尾流损失被看作是取决于大气边界层的状态。取决于大气中的环境温度分布和一天中的时间，大气可分类为中性、稳定分层或对流不稳定。尾流下游的演化取决于大气的状态，因此沿着成排涡轮机的功率分布对于大气状态也是非常敏感的。已经可以看出，不同大气条件下的下游性能可能有大约20％的差异。

[0004] 虽然风力发电机的“排”的概念很简单，但风的区域经常迫使涡轮机在非结构化的模式下运行，在其中不能限定成排的完全对齐的涡轮机。在这样的风向下，会发生一个涡轮机部分地激发下游涡轮机的情况。

[0005] 对于较大的风力发电场来说，尾流损失是不可避免的，但选址过程最常见的目标是使通过定位涡轮机来提供最大风能的风向上的尾流损失最小化。然而，由于涡轮机不能移动，在一些风向上最终会出现背风区，造成尾流损失。对于具有相对彼此靠近安装的涡轮机的大农场来说，即使不能避免尾流损失，但损失的幅度可受到选择用于单个涡轮机的运行策略的影响。

[0006] 目前，涡轮机的运行策略往往集中在根据本地经历的风速和风向优化单个涡轮机。另外，考虑到本地风况的变化和涡轮机内部条件(例如油压和转换器温度)，多年来的许多努力已集中于优化单个涡轮机来产生尽可能多的功率。然而，因为风电场内的各个涡轮机的可能产出在某些情况下彼此依赖，当在给定的风力条件下每个涡轮机产生尽可能多的功率时，风电场的整体产出并非是最高的。相反，已经证明在某些情况下，限制某些涡轮机上的电力生产导致整个风电场具有更高的电力生产。

[0007] 此外，在一些风力发电场中，通过经由通信的涡轮机间协调并根据一个中央处理单元来控制和调节风力涡轮机。用于风力发电场的已知控制方法包括，在中央处理或控制单元处收集来自发电场的每个风力涡轮机的逐排数据，根据这些数据确定一些涡轮机的潜在尾流条件。对于每一排来说，则可执行一些优化计算来确定所述排的最佳电力生产，然后调整的控制信号发送到每一排中的各涡轮机，以减少所选上游涡轮机的功率输出。由此，该控制依赖于中央控制单元以及涡轮机之间的通信，这使得系统更脆弱、复杂，并涉及在该控制中的一些不可忽略的响应时间或延迟。

发明内容

[0008] 因此，本发明实施方式的目的是提供一种用于风力涡轮机的控制方法，其避免或减少了已知控制方法中的一些上述问题。

[0009] 本发明的另一目的是提供一种用于风力发电场中的风力涡轮机的控制策略，其包含影响尾流损失的一些变量，例如风向、湍流水平、平均风速、温度和可选的一天中的时间。

[0010] 本发明的另一目的是提供一种用于增加风力发电场的年发电量(AEP)、同时维持或减少由大气边界层和风力涡轮机尾流产生的涡轮机的疲劳载荷的控制方法。

[0011] 本发明的另一目的是提供一种通过单独应用于一个或多个风力涡轮机的控制方法来增加风力发电场的年发电量(AEP)的控制方法。

[0012] 本发明的另一目的是，考虑到大部分或全部风向上的涡轮机之间的尾流效应，提供一种用于风力发电场中的单个涡轮机的简单却有效的控制方法。

[0013] 本发明的另一目的是提供一种用于风力发电场中的单个涡轮机的简单却有效的控制方法，且同时保持了所述风力发电场的高能产出。

[0014] 本发明的另一目的是提供一种控制方法，其能够以简单有效方式对风负载条件的变化进行快速和可靠地反应。

[0015] 根据本发明，通过一种控制风力涡轮机的方法得以实现，所述风力涡轮机包括附连到转子轮毂的风力涡轮机叶片和用于使所述风力涡轮机叶片相对于所述转子轮毂倾斜的控制系统。该方法包括提供分配给一个或多个风向的至少一个尾流区，并提供正常的桨距表以控制所述风力涡轮机的输出参数(例如功率、转速)，所述正常的桨距表包括作为风速和推力系数Ct、气动功率系数Cp和轴感应系数a中的至少一个参数的函数的桨距参考值。此外，提供了修正的桨距表来控制所述风力涡轮机的修正输出参数，所述修正的桨距表包括依赖于风速和推力系数、气动功率系数和/或轴感应系数中的至少一个修正参数的桨距参考值。该方法还包括接收在所述风力涡轮机处的风速和风向的指示，以及如果风向落在所述至少一个尾流区之外，则根据正常的桨距表确定一个或多个风力涡轮机叶片的桨距参考值。只有当风向落在所述至少一个尾流区之内时，才根据修正的桨距表确定一个或多个风力涡轮机叶片的桨距参考值。然后根据所述桨距参考值控制所述风力涡轮机。

[0016] 根据如上所述，单个涡轮机将包括正常的桨距策略以及依赖于风向而应用的一种或多种修正的桨距策略。由此，可对风向以及可应用于特定风向的任何特定条件采取适当的考虑。通过向这种特定风向分配一个或多个尾流区，并且在这些区中应用特定的修正的桨距策略，该桨距策略和由此产生的输出参数作为风向的函数可容易、简单地调整。

[0017] 通过提供修正的桨距表以利用理论上获得的结果，即，输出参数可通过修正推力系数、气动功率系数和/或轴感应系数中的任一个来优化，其中该修正的桨距表包括依赖于风速以及推力系数、气动功率系数和/或轴感应系数中的至少一个修正参数的桨距参考值。

[0018] 要修正的输出参数例如可以是该风力涡轮机的电功率、转速或推力。

[0019] 根据本发明的一个实施方式，所述风力涡轮机放置在包括多个风力涡轮机的风力发电场中，并且所述至少一个尾流区反映了该风力涡轮机通过在该尾流区中的某个方向上的风作用在该发电场中的一个或多个其它风力涡轮机上的尾流影响区。该尾流影响可能作用在相邻的风力涡轮机上和/或更远的涡轮机上。

[0020] 因此，获得了一种简单却有效的控制方法，其用于提高例如年发电量(AEP)之类的性能，不一定是对单独的风力涡轮机而言，而是针对包括多个风力涡轮机的整个风电场，同时考虑针对大多数或全部风向的涡轮机之间的尾流效应。

[0021] 通过使用尾流区，获得了一种简单的描述方式，其描述了不同的涡轮机在没有限制成例如排和列的模式的情况下如何部分地或完全彼此遮蔽。

[0022] 通过上述控制方法，获得了一种方法，其中可基于局部测得的风速和风向单独控制每个风力涡轮机，而不依赖于任何中央控制，其中所述中央控制接收来自发电场中的所有其它涡轮机的数据和信息以及向它们发送数据和信息。由此，获得的控制方法可加快工作速度，并允许根据测得的风速和风向更快地调整和控制每个风力涡轮机。进一步地，所述控制方法可更稳定，因为每个风力涡轮机可在风力发电场中彼此独立地控制，因此不依赖于任何通信装置。

[0023] 根据上述的控制方法可应用于无任何操作历史的新风力发电场，或者也可通过向一个或多个风力涡轮机增加一种或多种尾流模式简单地作为对现有风力发电场的升级。

[0024] 尾流模式和相应的控制方法可应用于风力发电场中的一个或多个或者所有的风力涡轮机，从而最大限度地发挥其对整个发电场的总功率输出的影响。在一个实施方式中，所述控制方法也可以应用于风力发电场中最影响和/或最经常影响其它风力涡轮机的风力涡轮机，例如最前方放置的涡轮机或在主风向上的涡轮机或最大的风力涡轮机。

[0025] 根据本发明的一个实施方式，风力涡轮机放置在包括多个风力涡轮机的风力发电场中，并且所述至少一个尾流区反映了该风力涡轮机通过在该尾流区中的某个方向上的风作用在该发电场中的一个或多个其它风力涡轮机上的尾流影响区。

[0026] 在一个实施方式中，该方法进一步包括预先给每个尾流区分配尾流模式，并为每个尾流模式分配不同的修正级别，并且其中所述方法还包括根据由所接收的风向给定的尾流区确定当前尾流模式，并且其中根据对应于当前尾流模式的修正级别来确定所述桨距参考值。

[0027] 因此，可将对应的不同或部分不同的修正桨距表应用于若干不同的尾流模式。该控制方法可以用这种方式考虑具有或多或少的严格特征的风区，或其中涡轮机例如可仅部分地影响其它涡轮机的区。由此，该控制方法可更详细地考虑不同风向的更多影响。用于风力发电场的所得总电量也可以用这种方式更接近理论最佳效果。

[0028] 在一个实施方式中，根据上述的方法还可包括向每种尾流模式分配推力系数、气动功率系数和/或阈值轴感应系数的阈值参数，并且其中修正所述推力系数、气动功率系数和/或轴感应系数的修正参数例如不超过所述阈值参数。

[0029] 已经发现，通过给定的风力发电场的总输出的理论和数值优化，通常产生了作为风速函数的推力系数、气动功率系数和/或阈值轴感应系数的优化参数，所述优化参数是相应标称参数的截断函数。因此，所述优化参数可通过设定阈值参数而简单有效地确定，其中该阈值在所有风速下不可超过。以这种方式，不需要在控制期间执行高级的计算或优化。相反，可利用理论和数值优化结果来根据如上所述的截断函数简单地修正一个或多个参数。因此，获得了一种快速、简单、稳定却又有效的控制方法，其可针对变化的风力条件进行快速反应，同时考虑到尾流效应有效地增加风力发电场的总输出。

[0030] 用于尾流模式的阈值参数例如可设定为推力系数、气动功率系数和/或轴感应系数的最大值的百分比，例如在50-95％的范围内，例如70-80％。已经发现，在这样范围内的阈值包含迄今为止最理论优化的函数，其产生了接近最优效果的总输出。

[0031] 另外地或可选择地，用于尾流模式的阈值参数可设定为预定义的常数和/或风速的函数。

[0032] 尾流区可以是预定的，和/或尾流模式可预先分配给每个尾流区。尾流区和相应的尾流模式例如可以是计划风力发电场中的风力涡轮机选址以及将它们相对于彼此放置时预定的。

[0033] 另外地或可选择地，在风力涡轮机的运行期间，例如如果更多涡轮机安装在附近导致在一些风向下改变了尾流场，则可设定、修正或更新尾流区和/或分配给每个尾流区的尾流模式。

[0034] 类似地，正常的桨距表和/或一个或多个修正的桨距表和/或推力系数Ct、气动功率系数Cp和轴感应系数a的参数中的一个的修正参数可以是预定的。在一个实施方式中，推力系数Ct、气动功率系数Cp和/或轴感应系数的修正参数根据预定的查阅表来确定。例如，作为针对风力发电场中的多个风力涡轮机执行的优化计算或估计的结果，其目的是考虑到尾流效应和尾流损失使不同风向的总发电量最大化。由此，可快速、简单地确定桨距表和修正的参数，以允许相应的快速和稳定的控制方法。

[0035] 另外地或可选择地，可在风力发电场的运行期间更新修正的桨距表和/或修正的参数，例如考虑到风力发电场或其中的涡轮机的改变。

[0036] 根据本发明的一个实施方式，风力涡轮机的控制步骤是局部地在风力涡轮机上执行的，例如不需要与发电场中的其它风力涡轮机通信。如前所述，这允许一个涡轮机独立于任何中央控制单元和通信装置更快地工作和更稳定地控制。此外，每个涡轮机可由此更快地适应测得的风速和风向。

[0037] 根据本发明的一个实施方式，尾流模式包括正常的电力生产和降低的电力生产。由此，只有两个模式应用于该控制方法中，从而得到了仍然考虑到了尾流效应的、非常简单却有效的控制方法。这进一步产生的优点是，仅需要测试和核准替代正常发电模式的一个尾流模式。因此，该方法可更快地应用于现有风力发电场，因为核准的时间保持最小化。

[0038] 在本发明的一个实施方式中，局部地在风力涡轮机处测量风速和风向，由此使风力涡轮机的控制独立于接收来自中央处理单元或其它风力涡轮机的任何数据。此外，相比隔一定距离测量的数据，局部测得的风速和风向最可能更精确地描述支配风力涡轮机性能的风力条件。

[0039] 最后，本发明的一个实施方式涉及一种控制风力发电场中的风力涡轮机的方法，其中根据任一上述实施方式局部地控制风力发电场中的每个风力涡轮机。于此，关于控制风力涡轮机的方法的优点如上所述。

附图说明

[0040] 下面将参考附图描述本发明的不同实施方式，其中：

[0041] 图1是发电场中具有全尾流场景的风力涡轮机的简图，

[0042] 图2是发电场中具有部分尾流场景的风力涡轮机的简图，

[0043] 图3示出了根据本发明实施方式用于不同尾流模式的作为风速函数的标称和修正的轴感应系数，

[0044] 图4-5示出了根据本发明实施方式用于图5中所示不同尾流模式所得到的电功率和推力曲线，

[0045] 图6示出了根据本发明实施方式用于不同尾流模式的作为风速函数的标称和修正的推力系数，

[0046] 图7示出了根据本发明实施方式作为风速函数的气动功率系数以及用于不同尾流模式的标称和修正的功率系数，

[0047] 图8更详细地示出了图7的用于不同尾流模式的标称和修正的气动功率系数，[0048] 图9是发电场中具有不同尾流模式的风力涡轮机的简图，以及

[0049] 图10-13分别示出了根据现有技术方法用于降低的噪声和叶片载荷的不同模式的作为风速函数的轴感应系数和推力系数，以及所得到的电功率和推力曲线。

具体实施方式

[0050] 图1中示出了风力涡轮机发电场100，其中放置有多个风力涡轮机101。取决于来风102的方向，上游的风力涡轮机产生了影响下游涡轮机的尾流，局部改变了其风力条件并增加了湍流等级。在图1中，涡轮机直排定位在风向102上，由此上游涡轮机产生了尾流103，所述尾流完全覆盖了其下游的涡轮机。每个风力涡轮机可产生不仅用于第一个下游涡轮机的尾流，而且该尾流可同样影响进一步在该排之下的涡轮机(未示出)。虽然风力发电机的“排”的概念很简单，但风的区域经常迫使涡轮机以非结构化模式运行，在其中不能限定成排的完全对齐的涡轮机。在这样的风向下，如图2所示，会发生一个涡轮机部分地激发下游涡轮机的情况。如果风力涡轮机不以成排的网格放置，同样可能是这种情况。图1和2示出了例子，其中相同的发电场布局101用于两个不同的风向102。图1描绘了风向，其中成排的涡轮机很容易地限定，并且它们由它们的上游对应部分“完全激发”。图2示出了风向，其中尾流103在相对于所述排方向的倾斜方向上蔓延。因此，正如小插图也示出的，下游涡轮机仅由它们的上游对应部分“部分地激发”，其中所述小插图显示了涡轮机的转子盘104，其具有完全或部分地覆盖转子平面的尾流103(灰色阴影区域)。

[0051] 在图2的情况下，下游涡轮机上的负载通常会更高，因为转子盘104的一部分将会感受到有效的“尾流速度”，而其它部分将会感受到较高的环境风速，导致了作用在单个叶片上的负载以及传递到转子轴的力矩的差异。在全尾流场景下，整个转子盘的速度通常将比部分尾流时更均匀(虽然仍然低于环境风速)。

[0052] 此外，由于涡轮机从风中提取功率，在一个或多个上游涡轮机的完全或部分遮蔽下的下游涡轮机经历了较低的风速，从而不能产生如暴露在自由风条件下那样多的功率。换句话说，如经常表示的，涡轮机遭受了屏蔽损耗或尾流损失。特别是对于较大的发电场来说，这种尾流损失是不可避免的，并可能是相当大的。

[0053] 通过使用用于每个风力涡轮机的电力生产的数学模型，可找到单个涡轮机的最佳设置，使风力发电场对于给定风向的总发电量最大化。

[0054] 应用静态方法来给涡轮机建模，涡轮机的功率由下式给出，

[0055]

[0056] 其中cp＝4a(1-a)2，a是轴向感应。变量D和ρ分别是转子直径和空气密度。假设标准空气密度为ρ＝1.225kg/m3。变量a是轴向感应系数，描述了由转子捕获的风能分数(fraction)。风速表示为v，并且P是由涡轮机所产生的空气动力学功率。

[0057] 优化的主要目的可以被设定为，对于给定风力涡轮机发电场的设计，使得在稳定状态下在不同风速下产生的功率最大化。轴向感应因子a用作所述优化的设计变量。为了保证载荷不会增加，a被进一步限制为低于标准值。a的值可独立于每一个涡轮机和每种风速来选择。

[0058] 对于给定的风速和给定的间距，已评估了轴感应系数的若干不同组合。首先，最逆风的风力涡轮机的轴感应系数是从正常值扫掠到正常值的20％，并且选择了导致最高电力生产(在发电场级别)的解决方案。然后以相同的方式优化第二涡轮机等等，直到所有的涡轮机都得到了优化。该过程重复多次，直到无法获得进一步的功率增加，并且优化过程已收敛。执行该过程用于相关的风速和相关的间隔尺寸。

[0059] 通过用于优化涡轮机集合的总发电量的上述优化进程，已令人意外地发现，对于给定的涡轮机发电场的配置来说，作为风速V，301函数的、用于每一个风力涡轮机的最佳轴感应系数a，304可由标称轴感应系数的截断(truncation)来表示。图3中示出了用于轴感应系数a，304连同标称轴感应系数300并作为风速V，301的函数的这种最佳曲线。粗黑线300示出了标称轴感应系数，而虚曲线302示出了用于不同风向和发电场配置的优化轴感应系数的实例。如从图中可看出的，最佳轴感应系数产生了标称轴感应系数的截断，所述截断对应于不超过任何风速的轴感应系数的阈值T，303的设定。

[0060] 图4和5分别示出了作为风速301的函数的电功率P，404和推力Th，504的相应曲线。以实黑线示出了标称电功率和推力曲线(400，500)，而以虚线示出了对应于不同截断和优化轴感应系数的修正的电力和推力曲线(401，501)。可以看出，如图3所示的轴感应系数a的降低分别在较低的风速以及主要在大约6-10m/s的中间风速导致电力和推力的减少。然而，电力和推力以非常非线性的方式减少，并且减少的量取决于风速。

[0061] 与优化的电力或推力401，501的表达式相反，优化的轴感应系数301一般可通过简单方法由标称轴感应系数的截断来表示。这一结果利用在如下说明的本发明的实施方式中。

[0062] 可从图3的优化轴感应系数的结果中看出，考虑到尾流效应，总功率输出的优化可通过设定用于每个风力涡轮机的轴感应系数的阈值来实现。所述阈值的大小可在大约40-80％的最大标称轴感应系数之间变化，并依赖于风向，从而依赖于尾流损失的严重程度。

[0063] 上述优化可同样利用用于每个风力涡轮机的推力系数Ct作为设计变量执行。所述推力系数一般由下式给出，

[0064]

[0065] 其中，Th是在转子上的气动推力，ρ是空气密度，V是风速，A是转子扫掠面积。图6中示出了作为风速函数的推力系数Ct，604。该优化产生了如基于轴感应系数a所提出的类似结果，即所述优化的推力系数601看起来是标称推力系数600的截断函数。对于给定风速的优化推力系数可因此设置为标称推力系数，但是不超过某些阈值T，602。采用轴感应系数的情况也是如此，阈值T或截断水平的大小取决于风力发电场的配置和风向。

[0066] 同样地，也可进行总功率输出的优化，以获得修正的功率系数。然而，仅考虑具有优化曲线的气动功率系数Cp时，已发现通过标称功率系数的大致直线和截断曲线以类似于推力系数Ct和轴感应系数a的方式来很好地说明。当考虑由涡轮机输送的实际电功率和由此确定的功率系数时，由于若干损失产生并取决于风速，这将不再保持。这些损失例如包括内部电损失(变压器、发电机、转换器等)、内部消耗(以运行风扇、计算机等)和机械损失(传动系统中的摩擦等)。即，对基于所述电功率的优化或修正的功率系数的曲线而言，以与气动功率系数相同的方式用于所提出的控制方法中不是有利的。这也可从图7中看出，其示出了作为风速V，301的函数的标称气动功率系数700和电功率系数710两者。还分别示出了气动功率系数702和电功率系数712的优化和修正参数。如从图中可看出的，修正的气动功率系数702对于对应于标称气动功率系数的截断的较低风速大致是线性的，而电功率系数712都是非常非线性的。

[0067] 为了更清晰的视图，图8单独示出了标称和修正的气动功率系数700，702。

[0068] 优化的轴感应系数和/或推力系数和/或气动功率系数的上述特性用于风力发电场控制中，以限定在下面描述的不同尾流模式。

[0069] 图9示出了将尾流区901分配给风力发电场100中的各个风力涡轮机101。灰色尾流区901表明在该区内的一个方向上的风使涡轮机101在其相邻的一个或多个涡轮机101上产生尾流损失。当风在这些尾流区内时，使用特别的修正功率曲线和修正生产模式，其允许更多的风传递到下面的风力涡轮机，从而确保较高的工厂电力生产。因此，白色区902是不影响另一风力涡轮机101的区，并且当风在这些区内时，正常的操作应用于风力涡轮机。确定或设定修正的生产模式的尾流模式，例如以对应于涉及附图3-8如上所述的数值优化功率生产模式，其由轴感应系数a、推力系数Ct或气动功率系数Cp的修正参数给定，这些系数由标称参数的截断和/或由设定用于所述参数的上阈值T来简单地表示。

[0070] 根据本发明的一个实施方式，修正的参数可通过将阈值参数T分配给每个尾流区来确定。在已根据风向确定现有的尾流区之后，根据标称参数是否低于分配阈值T来确定桨距角(和可选的转速)，否则根据所分配的阈值Th来确定桨距角(和可选的转速)。

[0071] 各个风力涡轮机的整个圆周可划分成尾流区和不受影响区，或者可选择地可为每个或某些风力涡轮机仅设置许多不同的尾流区。

[0072] 图9示出了设置正常的电力生产和修正的电力生产的区(尾流区)的实施方式，其中所有的尾流区应用相同的修正电力生产。另外地或可选择地，可设置更多不同修正电力生产的不同类型的尾流区，例如以便考虑到或多或少严重的尾流损失或紊流的区或风向。

[0073] 此外，尾流区900可与图9所示的区同样大，或具有不同的尺寸。

[0074] 根据该方法的方法可以被执行如下：

[0075] 在风力发电场的选址或规划过程期间，如果尾流损失是预计的或预期的，则对受影响的或所有涡轮机进行如前所述的优化，得到作为风速函数的轴感应系数a、推力系数Ct或气动功率系数Cp的修正参数的一个或多个尾流模式。

[0076] 因为在实践中每个尾流模式要在应用到运行的风力发电场之前进行验证，可能期望仅有限数量的一般性和独特的尾流模式。因此，无法达到理论上的最佳模式，并且得到的功率将稍微低于最佳值，但是仍然有很大的提高。

[0077] 由此，当风向使得特定涡轮机遭受尾流损失时，所述涡轮机应该遵循的一个或多个修正的功率策略是确定的，其中所述修正的功率策略由轴感应系数a、推力系数Ct或气动功率系数Cp的修正参数给定并用于所有风速。涡轮机不必使用相同的功率分布，并且取决于方向，一个涡轮机可具有不同的功率分布(因为取决于风向，每个涡轮机可具有与几个不同涡轮机的尾流干扰)。

[0078] 修正的功率策略可通过在每一个涡轮机中实施的查阅表进行说明。限定尾流区的所有修正的功率策略(可选地以查阅表的形式)和区规则可任选地进行离线计算和预先确定，即，在它们被用于运行之前。

[0079] 在运行期间，测量风速和风向，其可局部地在每一个风力涡轮机处完成。然后，基于局部风向测量和预定的尾流区，每个涡轮机选择预置的修正功率策略或轴感应系数a、推力系数Ct或气动功率系数Cp的修正参数的预设表来使用。基于局部风速，涡轮机使用所选的表或修正参数来确定用于一个或多个风力涡轮机叶片的桨距参考值和可选的转速，根据它来最终控制该风力涡轮机。

[0080] 由此，风电场的总功率输出通过独立于彼此的各风力涡轮机的局部控制进行优化，并且在涡轮机之间不使用通信以使尾流损失最小化。

[0081] 已对具有不同布局的现有风电场数据进行了理论研究。相比于正常运行，在特殊风向和风速下已观察的风电场的电力产生增加了大约20-40％。由于这些特殊的风环境不会在一年中占优势，对AEP的影响更温和。调查表明，用适当的技术可获得0.5-5％的AEP增加。

[0082] 当相比于相同参数但根据其它类型的模式进行优化时，强调了关于尾流损失的优化并产生相应标称参数的截断曲线的推力系数、气动功率系数和/或轴感应系数的修正参数的特性。

[0083] 图10-11分别示出了被优化以使噪声或负载最小化的轴感应系数a和推力系数Ct。从这些可以看出，该优化导致了参数的修正，特别是在中间风速V，303，并且该参数以完全不同于根据本发明实施方式以及如图3和6所示优化截断曲线的方式进行改变。

[0084] 同样地，图12-13中所示的基于图10-11的噪声和负载优化参数的相应所得电功率P和推力Th曲线仅在约10-16m/s的中间风速V改变，其中该中间风速V在额定风速的附近。

[0085] 虽然已经对本发明的优选实施方式进行了描述，但是应当理解，本发明并不受此限制，并且在不脱离本发明的情况下可作出修改。本发明的范围由所附的权利要求限定，并且落入权利要求含义内的所有装置，无论是字面上或者通过等同的，都旨在被包含于其中。