(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 16/27 EP B1 (13) (1) T3 Int.Cl. F03D 7/04 (06.01) F03D 7/02 (06.01) H02P 9/00 (06.01) (4) Tytuł wynalazku: SPOSÓB I UKŁAD STEROWANIA MOCĄ WYJŚCIOWĄ TURBINY WIATROWEJ () Pierwszeństwo: US 974 (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 12/26 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 16/12 (73) Uprawniony z patentu: General Electric Company, Schenectady, US (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 NICHOLAS WRIGHT MILLER, Schenectady, US (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Robert Teofilak SULIMA GRABOWSKA SIERZPUTOWSKA BIURO PATENTÓW I ZNAKÓW TOWAROWYCH SP.J. Skr. poczt Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 SGS-8601/VAL EP B1 Opis [0001] Przedmiot opisany w niniejszym dokumencie dotyczy ogólnie eksploatacji turbin wiatrowych, a zwłaszcza, ustawiania mocy wyjściowej jednej lub większej liczby turbin wiatrowych w celu zapewnienia stosunkowo bardziej jednolitych parametrów wyjściowych, poprawiając tym samym częstotliwość układu i inne cele sterowania układem, takie jak wymiana mocy według harmonogramu, patrz na przykład EP [0002] Energia elektryczna generowana z energii wiatru może być wysoce zmienna, ze względu na zmiany prędkości i kierunku wiatru. Ta zmienność może spowodować szybkie wzrosty albo spadki energii wyjściowej, dostarczanej przez turbiny wiatrowe i elektrownie wiatrowe do sieci elektroenergetycznej, co z kolei może mieć niepożądany wpływ na sieć elektroenergetyczną. Ze względu na ten niepożądany wpływ na sieć elektroenergetyczną, mogą wystąpić różne niepożądane skutki związane z kosztami, łącznie z wymaganiem zapłacenia kary pieniężnej przez operatora farmy wiatrowej za dostarczanie mniejszej lub większej mocy niż jest zazwyczaj wytwarzana, może wystąpić potrzeba uruchomienia przez operatora sieci bardziej kosztownego tworzenia rezerw lub może on ponieść kary pieniężne za naruszenie harmonogramowej wymiany mocy z sąsiednimi systemami. Istnieje potrzeba utrzymania stosunkowo stabilniejszej mocy wyjściowej wiatrowego układu wytwarzania mocy, kiedy jest on połączony z siecią elektroenergetyczną. [0003] Klasyczne układy sterowania turbinami wiatrowymi znane są, na przykład, z EP , DE i EP [0004] Różne aspekty i postacie wykonania niniejszego wynalazku są określone w dołączonych zastrzeżeniach. [000] Zostaną teraz opisane postacie wykonania wynalazku, tylko tytułem przykładu, w odniesieniu do dołączonego rysunku na którym: Na fig. 1 przedstawiono widok perspektywiczny przykładowej turbiny wiatrowej. Na fig. 2 przedstawiono schemat blokowy, ilustrujący przykładowy sterownik turbiny wiatrowej do wykorzystania z turbiną wiatrową, przedstawioną na fig. 1. Na fig. 3 przedstawiono schemat blokowy, ilustrujący przykładowe urządzenie komputerowe. Na fig. 4 przedstawiono schemat blokowy, ilustrujący przykładowy układ do wykorzystania w eksploatacji jednej lub większej liczby turbin wiatrowych, takich jak turbina wiatrowa przedstawiona na fig. 1. Na fig. przedstawiono sieć działań przykładowego sposobu do zastosowania w eksploatacji jednej lub większej liczby turbin wiatrowych, przy wykorzystaniu układu przedstawionego na fig. 4. Na fig. 6 przedstawiono przykładowy wykres, pokazujący zależność pomiędzy mocą wyjściową turbiny wiatrowej 0 i czasem, przy wykorzystaniu sposobu przedstawionego na fig.. Na fig. 7 przedstawiono przykładowy wykres, pokazujący zależność pomiędzy mocą wyjściową turbiny wiatrowej 0 i czasem, przy wykorzystaniu sposobu przedstawionego na fig.. [0006] Postacie wykonania opisane w niniejszym dokumencie ułatwiają eksploatację w terenie jednej lub większej liczby turbin wiatrowych przez utrzymywanie stosunkowo stabilnej mocy wyjściowej w odpowiedzi na warunki meteorologiczne. Moc wyjściowa może być określana przez bezpośredni pomiar i/albo przez obliczanie prędkości wiatru na podstawie parametrów charakterystycznych turbiny wiatrowej (na przykład wymiarów turbiny wiatrowej, geometrii łopat, i/albo chropowatości powierzchni łopat) i/albo warunków eksploatacyjnych (na przykład prędkości wiatru i/albo kierunku wiatru). Kiedy

3 poziom mocy wyjściowej odbiega od docelowego poziomu mocy wyjściowej, do jednego lub większej liczby sterowników turbin wiatrowych, które są sprzężone z turbinami wiatrowymi, może być przekazywane ustawienie eksploatacyjne. [0007] Docelowy poziom mocy wyjściowej może obejmować, nieograniczająco, poziom mocy wyjściowej określony przez rozporządzenie (na przykład uchwalone przez gminę lub inny organ rządowy), przez polecenie, wydane przez operatora systemu elektroenergetycznego, przez zobowiązania kontraktowe lub oparte na własności, lub przez preferencje operatora lokalizacji turbiny wiatrowej. [0008] W niektórych postaciach wykonania w odpowiedzi na przewidywaną prędkość wiatru, która mogłaby odpowiadać przewidywanemu poziomowi mocy wyjściowej, poniżej docelowego poziomu mocy wyjściowej, ustawienie eksploatacyjne jest tak obliczane, aby stopniowo zmniejszać moc wyjściową, w celu uniknięcia poważnych zmian mocy wyjściowej. W innych postaciach wykonania, w odpowiedzi na przewidywaną prędkość wiatru, która mogłaby odpowiadać przewidywanemu poziomowi mocy wyjściowej, odpowiadającemu docelowemu poziomowi mocy wyjściowej albo znajdującego się powyżej niego, ustawienie eksploatacyjne jest tak obliczane, aby pozwolić na stopniowy wzrost mocy wyjściowej, aby uniknąć nieakceptowalnie szybkiego wzrostu mocy wyjściowej. W innych postaciach wykonania, w odpowiedzi na przewidywaną prędkość wiatru, która mogłaby odpowiadać przewidywanemu poziomowi mocy wyjściowej, który mógłby odpowiadać prędkości zmian na progu lub powyżej docelowej mocy wyjściowej, ustawienie eksploatacyjne jest tak obliczane, aby pozwolić na stopniową zmianę mocy wyjściowej, w celu uniknięcia niedopuszczalnie szybkich zmian mocy wyjściowej. [0009] Postacie wykonania w niniejszym dokumencie są opisane w odniesieniu do położeń geograficznych. Wykorzystywane w niniejszym dokumencie określenie położenie geograficzne dotyczy punktu w przestrzeni dwuwymiarowej lub trójwymiarowej. Na przykład położenie geograficzne może być wyrażone w dwóch wymiarach, jako szerokość i długość geograficzna, albo w trzech wymiarach jak szerokość, długość i wysokość. [00] Na fig. 1 przedstawiono widok perspektywiczny przykładowej turbiny wiatrowej 0. Turbina wiatrowa 0 zawiera gondolę 2, która mieści generator (nie został przedstawiony na fig. 1). Gondola 2 jest zamontowana na wieży 4 (na fig. 1 przedstawiony jest tylko fragment wieży 4). Wieża 4 może mieć dowolną odpowiednią wysokość, która ułatwia działanie turbiny wiatrowej 0, jak opisano w niniejszym dokumencie. W przykładowej postaci wykonania, turbina wiatrowa 0 zawiera również wirnik 6, który zawiera trzy łopaty wirnikowe 8, połączone w celu obracania piasty 1. W innym wykonaniu turbina wiatrowa 0 może zawierać dowolną liczbę łopat wirnikowych 8, które umożliwiają działanie turbiny wiatrowej 0, jak opisano w niniejszym dokumencie. W przykładowej postaci wykonania turbina wiatrowa 0 zawiera skrzynię przekładniową (nie została przedstawiona), która jest obrotowo połączona z wirnikiem 6 i z generatorem i urządzenie gromadzące energię (nie zostało przedstawione) obejmujące kondensator, akumulator, koło zamachowe i wirnik 6, ale nie ograniczające się do nich. W jednej postaci wykonania urządzenie gromadzące energię jest zaprojektowane w celu umożliwienia dostępu do naturalnej bezwładności turbiny wiatrowej 0, przy wykorzystaniu urządzenia takiego jak koło zamachowe i wirnik 6, ale które nie ogranicza się do nich. [0011] W pewnych postaciach wykonania turbina wiatrowa 0 zawiera jeden lub większą liczbę czujników 1 i/lub urządzenia sterujące 13 (przedstawione na fig. 2). Czujniki 1 mierzą lub wykrywają warunki eksploatacyjne turbiny wiatrowej. Na przykład czujnik(i) 1 może/mogą zawierać czujnik prędkości i/lub kierunku wiatru (na przykład anemometr), czujnik temperatury powietrza atmosferycznego, czujnik gęstości powietrza, czujnik ciśnienia atmosferycznego, czujnik wilgotności, czujnik mocy wyjściowej, czujnik nachylenia łopaty, czujnik prędkości turbiny, czujnik przełożenia przekładni i/lub dowolny

4 czujnik odpowiedni do wykorzystania w turbinie wiatrowej 0. Każdy czujnik 1 jest umieszczony zgodnie z jego funkcją. Na przykład anemometr może być umieszczony na zewnątrz powierzchni gondoli 2 w ten sposób, że anemometr jest wystawiony na działanie powietrza otaczającego turbinę wiatrową 0. Każdy czujnik 1 wytwarza i przekazuje jeden lub większą liczbę sygnałów, odpowiednich do wykrytych warunków eksploatacyjnych. Na przykład anemometr przekazuje sygnał wskazujący prędkość wiatru i/lub kierunek wiatru. W przykładowej postaci wykonania czujnik 1 jest układem czujników typu LIDAR (Light Detection and Ranging) i jest przystosowany do przewidywania prędkości wiatru. Ponadto każdy czujnik 1 może przekazywać sygnał na przykład w sposób ciągły, okresowo, lub jednorazowo, chociaż inne rozkłady sygnału w czasie są również rozważane. Ponadto, każdy czujnik 1 może przesyłać sygnał albo w formie analogowej, albo w formie cyfrowej. W jednej postaci wykonania zamiast czujnika 1 wykorzystuje się prognozy meteorologiczne. [0012] Urządzenia sterujące 13 są przystosowane do sterowania działaniem turbiny wiatrowej 0 i mogą obejmować nieograniczająco hamulec, przekaźnik, silnik, solenoid, i/lub serwomechanizm. Urządzenie sterujące 13 może dostosować fizyczną konfigurację turbiny wiatrowej 0, taką jak kąt albo nachylenie łopat wirnikowych 8 i/lub położenie gondoli 2, lub wirnika 6 względem wieży 4. [0013] Na fig. 2 przedstawiono schemat blokowy, ilustrujący sterownik 0 przykładowej turbiny wiatrowej do wykorzystania w turbinie wiatrowej 0. Sterownik 0 turbiny wiatrowej zawiera procesor do wykonywania poleceń i urządzenie pamięciowe 2, przystosowane do przechowywania danych, takich jak polecenia wykonywalne przez komputer i parametry eksploatacyjne. Sterownik 0 turbiny wiatrowej zawiera również interfejs komunikacyjny 21. Interfejs komunikacyjny 21 jest przystosowany do tego aby był sprzężony w połączeniu sygnałowym z jednym lub większą liczbą odległych urządzeń, takich jak inny sterownik 0 turbiny wiatrowej i/lub urządzenie komputerowe (przedstawione na fig. 3). [0014] W pewnych postaciach wykonania sterownik turbiny wiatrowej 0 zawiera jeden lub większą liczbę interfejsów czujnikowych 2. Interfejs czujnikowy 2 jest zaprojektowany w celu sprzężenia go komunikacyjnie z jednym lub większą liczbą czujników 1, takich jak pierwszy czujnik 1 i drugi czujnik 1, i może być zaprojektowany w celu przyjmowania jednego lub większej liczby sygnałów z każdego czujnika 1. Interfejs czujnikowy 2 ułatwia monitorowanie i/lub eksploatację turbiny wiatrowej 0. Na przykład, sterownik 0 turbiny wiatrowej może monitorować warunki eksploatacyjne (na przykład prędkość wiatru, kierunek wiatru, prędkość wirnika, i/lub moc wyjściową) turbiny wiatrowej 0 na podstawie sygnałów zapewnionych przez czujniki 1. W jednej postaci wykonania sterownik 0 turbiny wiatrowej jest zaprojektowany w celu obliczania mocy wyjściowej, wytwarzanej przez odpowiednią turbinę wiatrową 0 na podstawie jednego lub większej liczby parametrów charakterystycznych turbiny wiatrowej (na przykład wymiarów turbiny wiatrowej i/lub geometrii łopaty wirnika), jednego lub większej liczby parametrów eksploatacyjnych (na przykład prędkości wiatru, kierunku wiatru, prędkości wierzchołka łopaty wirnikowej lub kąta nachylenia łopaty wirnikowej) i/lub stanu eksploatacyjnego (na przykład wyłączony, ograniczony albo zwykły) turbiny wiatrowej 0. [001] W przykładowej postaci wykonania procesor wykonuje jedną lub większą liczbę programowych aplikacji monitorujących i/lub programowych aplikacji sterujących. Aplikacja programowa może tworzyć jeden lub większą liczbę parametrów eksploatacyjnych, które oznaczają warunki eksploatacyjne a urządzenie pamięciowe 2 może być przystosowane do przechowywania tych parametrów eksploatacyjnych. Na przykład w urządzeniu pamięciowym 2 może być przechowywana historia parametrów eksploatacyjnych.

5 [0016] W pewnych postaciach wykonania, sterownik 0 turbiny wiatrowej zawiera również interfejs 2 sterowania, który jest zaprojektowany w celu sprzęgnięcia komunikacyjnego z jednym lub większą liczbą urządzeń sterujących 13, takich jak pierwsze urządzenie sterujące 1 i drugie urządzenie sterujące 14. W jednej postaci wykonania, interfejs 2 sterowania turbiny wiatrowej jest zaprojektowany, aby obsługiwać urządzenie sterujące 13, wliczając w to hamulec, aby zapobiec obracaniu się wirnika 6 (przedstawionego na fig. 1). Dodatkowo lub alternatywnie, interfejs 2 sterowania turbiny wiatrowej może obsługiwać urządzenie sterujące 13, wliczając w to serwomechanizm nachylenia łopaty do ustawiania jednej lub większej liczby łopat wirnikowych 8 (przedstawionych na fig. 1) w pożądanym i/lub określonym zawczasu nachyleniu. W alternatywnej postaci wykonania mocą elektryczną i momentem obrotowym zarządza urządzenie sterujące 13. Hamulec, serwomechanizm nachylenia łopaty i moc elektryczna mogą być zarządzane przez to samo urządzenie sterujące 13, albo pierwsze urządzenie sterujące 13 i drugie urządzenie sterujące 13. W przykładowej postaci wykonania, w celu osiągania pożądanej mocy wyjściowej sterownik 0 turbiny wiatrowej jest zaprojektowany w celu obsługiwania urządzenia sterującego 13. [0017] Na fig. 3 przedstawiono schemat blokowy ilustrujący przykładowe urządzenie komputerowe 0. Urządzenie komputerowe 0 zawiera procesor do wykonywania poleceń. W pewnych postaciach wykonania w urządzeniu pamięciowym 3 są przechowywane wykonywalne polecenia. Urządzenie pamięciowe 3 jest dowolnym urządzeniem, umożliwiającym przechowywanie i odzyskiwanie informacji, takich jak polecenia wykonywalne i/lub inne dane. [0018] W pewnych postaciach wykonania urządzenie komputerowe 0 zawiera co najmniej jedno urządzenie prezentujące 31 do prezentowania informacji użytkownikowi 3. Urządzenie prezentujące 31 jest dowolnym podzespołem, zdolnym do przekazywania informacji użytkownikowi 3. Urządzenie prezentujące 31 może obejmować, nieograniczająco, urządzenie wyświetlające (na przykład wyświetlacz ciekłokrystaliczny (LCD), wyświetlacz oparty na organicznych diodach świecących (OLED), lub wyświetlacz oparty na elektronicznym atramencie ) i/lub urządzenie wyjściowe audio (na przykład głośnik lub słuchawki). W pewnych postaciach wykonania urządzenie prezentujące 31 zawiera adapter wyjściowy, taki jak karta graficzna i/lub adapter audio. Adapter wyjściowy jest funkcjonalnie sprzężony z procesorem i zaprojektowany w celu funkcjonalnego sprzężenia z urządzeniem wyjściowym, takim jak urządzenie pokazujące lub urządzenie wyjściowe audio. [0019] W pewnych postaciach wykonania urządzenie komputerowe 0 zawiera urządzenie wejściowe 3 do przyjmowania danych wejściowych od użytkownika 3. Urządzenie wejściowe 3 może na przykład zawierać klawiaturę, urządzenie wskazujące, mysz, rysik, panel dotykowy (na przykład pole dotykowe albo ekran dotykowy), żyroskop, akcelerometr, czujnik położenia, i/lub urządzenie wejściowe audio. Pojedynczy element, taki jak ekran dotykowy, może działać zarówno jako urządzenie wyjściowe, jak i urządzenie wejściowe 3 urządzenia prezentującego 31. Urządzenie komputerowe 0 zawiera również interfejs komunikacyjny 3, który jest zaprojektowany w celu sprzęgnięcia komunikacyjnego z jednym lub większą liczbą sterowników 0 turbin wiatrowych i/lub z jednym, lub większą liczbą innych urządzeń obliczeniowych 0. [00] W urządzeniu pamięciowym 3 są przechowywane, na przykład, odczytywalne przez komputer polecenia które służą do określania poziomów mocy wyjściowej i reagowania na nie, zapewniając urządzenie prezentujące 31 użytkownikowi 3 poprzez interfejs użytkownika i/lub do odbierania i przetwarzania, z urządzeń wejściowych 3 danych wejściowych, (na przykład docelowych poziomów mocy wyjściowej). Dodatkowo lub alternatywnie, urządzenie pamięciowe 3 może być przystosowane do przechowywania docelowych poziomów mocy wyjściowej, mierzonych poziomów mocy wyjściowej, obliczanych poziomów mocy wyjściowej, i/lub dowolnych inny danych,

6 odpowiednich do wykorzystania zgodnie ze sposobami opisanymi w niniejszym dokumencie. [0021] Na fig. 4 przedstawiono schemat blokowy ilustrujący przykładowy układ 0 do wykorzystania przy eksploatacji jednej lub większej liczby turbin wiatrowych 0. Układ 0 zawiera sieć. Na przykład, sieć może obejmować, nieograniczająco, Internet, sieć lokalną (LAN), sieć rozległą (WAN), bezprzewodową sieć lokalną LAN (WLAN), sieć typu mesh i/lub wirtualną sieć prywatną (VPN). [0022] W przykładowej postaci wykonania, stanowisko 4 turbin wiatrowych zawiera wiele turbin wiatrowych 0, z których każda zawiera sterownik 0 turbiny wiatrowej. Jeden lub większa liczba urządzeń obliczeniowych 0 (przedstawionych na fig. 3), takich jak sterownik stanowiskowy 41, są przystosowane do sprzężenia w połączeniu sygnałowym ze sterownikami turbin wiatrowych 0, przez sieć. [0023] W przykładowej postaci wykonania sterownik stanowiskowy 41 jest umieszczony na stanowisku 4 turbin wiatrowych. Alternatywnie sterownik stanowiskowy 41 może być umieszczony poza stanowiskiem 4 turbin wiatrowych. Na przykład sterownik stanowiskowy 41 może być komunikacyjnie sprzężony ze sterownikami 0 turbin wiatrowych na wielu stanowiskach 4 turbin wiatrowych. [0024] Każdy ze sterowników stanowiskowych 41 i sterownik 0 turbiny wiatrowej zawiera procesor (przedstawiony na figurach 2 i 3). Procesor może zawierać jednostkę przetwarzania, taką jak, nieograniczająco, układ scalony (IC), specjalizowany układ scalony (ASIC), mikrokomputer, programowalny sterownik logiczny (PLC) i/lub dowolny inny układ programowalny. Procesor może zawierać wiele jednostek przetwarzania (na przykład w konfiguracji wielordzeniowej). Każdy ze sterowników stanowiskowych 41 i sterownik 0 turbiny wiatrowej jest konfigurowalny w celu realizacji, przez programowanie odpowiedniego procesora, działań opisanych w niniejszym dokumencie. Na przykład procesor może być zaprogramowany przez zakodowanie działania jako jednej lub większej liczby poleceń wykonywalnych i zapewnienie tych wykonywalnych poleceń procesorowi w urządzeniu pamięciowym (również przedstawionym na figurach. 2 i 3), które jest sprzężone z tym procesorem. Urządzenie pamięciowe może obejmować, nieograniczająco, jedno lub większą liczbę urządzeń pamięciowych o dostępie swobodnym (RAM), jedno lub większą liczbę urządzeń przechowujących i/lub jeden lub większą liczbę nośników odczytywalnych przez komputer. [00] W pewnych postaciach wykonania, jeden lub większa liczba czujników 4 prędkości wiatru jest sprzężonych w połączeniu ze sterownikiem stanowiskowym 41. Czujniki 4 prędkości wiatru są przystosowane do zapewniania przewidywanej prędkości wiatru, w celu wskazywania prędkości wiatru odpowiadającej położeniu geograficznemu. W jednej postaci wykonania, czujniki 1 jednej lub większej liczby turbin wiatrowych 0 zawierają czujnik 4 prędkości wiatru. Czujniki 4 prędkości wiatru mogą być ponadto przystosowane do zapewnienia kierunku, powiązanego z pomiarem przewidywanej prędkości wiatru. Na przykład czujnik 4 prędkości wiatru może zapewnić pomiary poziomu wiatru, powiązane z wieloma z kierunków w pojedynczym położeniu geograficznym. [0026] W przykładowej postaci wykonania układ 0 umożliwia działanie turbin wiatrowych 0 w ten sposób, że jest utrzymywana stosunkowo zrównoważona moc wyjściowa układu. Układ 0 może ponadto umożliwiać działanie turbin wiatrowych 0 w ten sposób, że moc wyjściowa stanowiska 4 jest optymalizowana w zakresie docelowych poziomów mocy wyjściowej. [0027] Na fig. przedstawiono sieć działań przykładowego sposobu 00 do wykorzystania przy eksploatacji jednej lub większej liczby turbin wiatrowych 0 (przedstawionych na fig. 1) przy wykorzystaniu układu 0 (przedstawionego na fig. 4). Całość lub pewien fragment sposobu 00 może być realizowany przez jedno, lub większą liczbę urządzeń obliczeniowych 0 (przedstawionych na fig. 3), takich jak, nieograniczająco, sterownik

7 turbiny wiatrowej i/lub sterownik stanowiskowy 41 (przedstawione na figurach 2 i 4). W przykładowej postaci wykonania sterownik stanowiskowy 41 określa 0 przewidywaną prędkość wiatru powiązaną z turbinami wiatrowymi 0, przy wykorzystaniu czujników 1 i/lub czujników 4 prędkości wiatru. Te przewidywane prędkości wiatru mogą być określone 0 z wyprzedzeniem w zakresie od 1 sekundy do minut. W przykładowej postaci wykonania przewidywane prędkości wiatru są określane 0 z wyprzedzeniem co najmniej jednej sekundy. [0028] W przykładowej postaci wykonania bieżąca moc wyjściowa turbiny wiatrowej 0 jest określana przez co najmniej jeden sterownik 0 turbiny wiatrowej i sterownik stanowiskowy 41. W jednej postaci wykonania sterownik 0 turbiny wiatrowej oblicza poziom mocy wyjściowej dla turbiny wiatrowej 0 i przekazuje obliczony poziom mocy wyjściowej do sterownika stanowiskowego 41. W alternatywnej postaci wykonania sterownik 0 turbiny wiatrowej przekazuje do sterownika stanowiskowego 41 parametry charakterystyczne turbiny wiatrowej, parametry eksploatacyjne i/lub stan eksploatacyjny a sterownik stanowiskowy 41 oblicza poziom mocy wyjściowej, wytwarzany przez turbinę wiatrową 0. [0029] Określanie bieżącego poziomu mocy wyjściowej wytwarzanego przez turbinę wiatrową 0, realizowanego przez sterownik 0 turbiny wiatrowej czy sterownik stanowiskowy 41, zapewnia bieżący poziom mocy wyjściowej, powiązany z odpowiednim położeniem geograficznym dla określonych parametrów eksploatacyjnych. [00] Ponadto albo alternatywnie czujniki 4 prędkości wiatru mogą zapewnić pomiary poziomu prędkości wiatru wskazujące na poziom prędkości wiatru powiązany z położeniem geograficznym i, opcjonalnie, z wieloma kierunkami. W niektórych postaciach wykonania czujnik 4 prędkości wiatru jest zawarty jako czujnik 1 jednej lub większej liczby turbin wiatrowych 0. Sterownik stanowiskowy 41 określa bieżącą moc wyjściową jednej lub większej liczby położeń geograficznych na podstawie obliczanej i/lub mierzonej prędkości wiatru. Kiedy wykorzystywana jest mierzona prędkość wiatru, może również być określona bieżąca moc wyjściowa. [0031] W przykładowej postaci wykonania sterownik stanowiskowy 41 określa 1, przy wykorzystaniu określania 0 przewidywanych prędkości wiatru, czy przewidywana prędkość wiatru umożliwia turbinie wiatrowej 0 wytwarzanie mocy w docelowym zakresie mocy wyjściowej. W jednej postaci wykonania docelowy zakres mocy wyjściowej jest wyrażony jako szczególny poziom mocy, w zakresie od zera do 0% wartości znamionowej turbiny wiatrowej, z wymaganiem martwego zakresu, który określa wymaganą dokładność w zakresie od zera do 0 procent wartości znamionowej turbiny. Alternatywnie docelowy zakres mocy wyjściowej może być dowolnym zakresem, który umożliwia niniejszemu ujawnieniu działać, jak opisano w niniejszym dokumencie. W alternatywnej postaci wykonania sterownik stanowiskowy 41 określa 1 czy przewidywana prędkość wiatru umożliwia turbinie wiatrowej 0 wytworzenie mocy wyjściowej w zakresie wartości progowej. Ta wartość progowa może być określona w kategoriach bezwzględnych (na przykład 2 kw, 3 kw albo kw) albo względnych (na przykład 3%, %, albo %). [0032] W alternatywnej postaci wykonania sterownik stanowiskowy 41 określa 1, czy przewidywana prędkość wiatru spowoduje, że szybkość zmian mocy wyjściowej turbiny wiatrowej 0 znajdzie się poza wartością progową. W jednej postaci wykonania ta wartość progowa może być określona bezwzględnie (na przykład 2 MW/min, -2 MW/Min, - MW/min) albo względnie (na przykład +3%/min, -4%/min, -%/ minut). [0033] Jeżeli przewidywana prędkość wiatru nie będzie umożliwiać turbinie wiatrowej 0 wytworzenia mocy w docelowym zakresie mocy wyjściowej albo wartości progowej, sterownik stanowiskowy 41 oblicza poziom pożądanej mocy wyjściowej dla jednej lub większej liczby turbin wiatrowych 0. Ten obliczony pożądany poziom na

8 wyjściu jest poziomem mocy wyjściowej, który może być wspierany przez określone 0 przewidywane prędkości wiatru. [0034] Na podstawie obliczonego pożądanego poziomu mocy wyjściowej, powiązanej z turbiną wiatrową 0, sterownik stanowiskowy 41 określa ustawienie eksploatacyjne. W jednej postaci wykonania, określanie ustawienia eksploatacyjnego zawiera przekazywanie do odpowiedniego sterownika 0 turbiny wiatrowej pożądanego poziomu maksymalnej mocy wyjściowej, powiązanej z turbiną wiatrową 0. W takiej postaci wykonania sterownik 0 turbiny wiatrowej jest tak zaprojektowany, aby ustawiać parametry eksploatacyjne turbiny wiatrowej 0, w celu osiągnięcia pożądanej mocy wyjściowej. W alternatywnej postaci wykonania sterownik stanowiskowy 41 jest tak zaprojektowany, aby określić jeden lub większą liczbę parametrów eksploatacyjnych (na przykład kąt nachylenia łopaty wirnikowej, maksymalną prędkość łopaty wirnikowej i/lub maksymalny moment obrotowy) turbiny wiatrowej 0 i przekazywać do sterownika 0 turbiny wiatrowej ustawienie eksploatacyjne, które zawiera określone parametry eksploatacyjne. [003] Ustawienia eksploatacyjne mogą być określane w ten sposób, że różnica pomiędzy przewidywaną mocą wyjściową, odpowiadającą przewidywanej prędkości wiatru i docelowym poziomem mocy wyjściowej zmniejsza się, kiedy zastosowane jest ustawienie eksploatacyjne. W jednej postaci wykonania, kiedy przewidywana moc wyjściowa, odpowiadająca przewidywanej prędkości wiatru, znajdzie się poniżej docelowego zakresu mocy wyjściowej lub wartości progowej, określa się ustawienie eksploatacyjne, w celu zmniejszania mocy wyjściowej, aby zapobiec poważnej utracie mocy. W alternatywnej postaci wykonania, kiedy dla przewidywanej prędkości wiatru przewidywana moc wyjściowa wytwarzana przez turbinę wiatrową 0 znajdzie się powyżej docelowego zakresu mocy wyjściowej lub wartości progowej, ustawienie eksploatacyjne może być określone w celu zmniejszania mocy wyjściowej, w celu utrzymania mocy wyjściowej w docelowym zakresie mocy wyjściowej albo wartości progowej. W jeszcze innej postaci wykonania, jeżeli bieżąca moc wyjściowa znajduje się poniżej docelowego zakresu mocy wyjściowej lub wartości progowej i przewidywana moc wyjściowa będzie przewidywaną mocą wyjściową w docelowym zakresie mocy wyjściowej albo wartości progowej, ustawienie eksploatacyjne może być określane w celu zwiększania mocy wyjściowej. [0036] W przykładowej postaci wykonania, kiedy została określona decyzja o zmniejszeniu mocy wyjściowej turbiny wiatrowej 0, sterownik stanowiskowy 41 stopniowo zmniejsza moc wyjściową do obliczonego pożądanego poziomu na wyjściu. W alternatywnej postaci wykonania, jeżeli została określona decyzja o zwiększeniu mocy wyjściowej, sterownik stanowiskowy 41 stopniowo zwiększa moc wyjściową do obliczonego pożądanego poziomu na wyjściu. W przykładowej postaci wykonania, aby zapobiec radykalnym zmianom poziomów mocy wyjściowej, jeżeli kiedykolwiek podczas stopniowego zmniejszania/zwiększania mocy wyjściowej bieżący wiatr nie może zapewnić stopniowego zmniejszania/zwiększania mocy wyjściowej, sterownik stanowiskowy 41 wykorzystuje 3 energię przechowywaną w urządzeniu gromadzącym energię (nie zostało przedstawione). Kiedy stopniowe dostosowywanie zostało ukończone, turbinę wiatrową 0 utrzymuje się zgodnie z bieżącymi warunkami eksploatacyjnymi. [0037] Na figurach 6 i 7 przedstawiono przykładowe wykresy, pokazujące zależność pomiędzy mocą wyjściową turbiny wiatrowej 0 i czasem, przy wykorzystaniu sposobu przedstawionego na fig.. Linia ciągła 602 reprezentuje moc wyjściową, wynikającą ze zmiany prędkości wiatru. Linia przerywana 604 reprezentuje moc wyjściową, ustawianą stopniowo w wyniku zastosowania określania ustawień eksploatacyjnych. Fragment 606 linii ciągłej 602 reprezentuje określoną bieżącą moc wyjściową, a

9 fragment 608 linii ciągłej 602 reprezentuje obliczony pożądany poziom na wyjściu turbiny wiatrowej 0. [0038] W jednej postaci wykonania, jak przedstawiono na fig. 6, jeżeli sterownik stanowiskowy 41 decyduje o zmniejszaniu mocy wyjściowej w odpowiedzi na niską przewidywaną moc wyjściową, w punkcie 6 inicjowane jest ustawienie eksploatacyjne stopniowego zmniejszania mocy wyjściowej, aż do obliczonego pożądanego poziomu na wyjściu. Moc wyjściowa jest stopniowo zmniejszana, dopóki moc wyjściowa nie znajdzie się poniżej obliczonego pożądanego poziomu na wyjściu, takiego jak w punkcie 608. Od punktu 622 do punktu 624 moc wyjściowa jest powyżej tej, która może być wytwarzana przez sam bieżący wiatr. Kiedy moc wyjściowa dochodzi do punktu 622, w którym moc wyjściowa nie może być zapewniona przez bieżący wiatr, sterownik stanowiskowy 41 wykorzystuje energię przechowywaną w urządzeniu gromadzącym energię, dopóki bieżący wiatr nie będzie mógł zapewnić mocy wyjściowej, jak w punkcie 624. [0039] W punkcie 624 moc wyjściowa spada poniżej obliczonego pożądanego poziomu na wyjściu aż do punktu 626. Od punktu 624 aż do punktu 626 turbina wiatrowa 0 zwraca do urządzenia gromadzącego energię ilość energii, równą wykorzystanej pomiędzy punktami 622 do 624. Od punktu 626 moc wyjściowa jest utrzymywana na linii obliczonego pożądanego poziomu na wyjściu i turbinę wiatrową 0 utrzymuje się zgodnie z bieżącymi warunkami eksploatacyjnymi. [00] W alternatywnej postaci wykonania, jak przedstawiono na fig. 7, jeżeli sterownik stanowiskowy 41 decyduje o zwiększaniu mocy wyjściowej w odpowiedzi na wysoką przewidywaną moc wyjściową, w punkcie 6 inicjowane jest ustawienie eksploatacyjne stopniowego zwiększania mocy wyjściowej, do obliczonego poziomu pożądanej mocy wyjściowej. Moc wyjściowa jest stopniowo zwiększana do obliczonego pożądanego poziomu na wyjściu. Od punktu 6 do punktu 632, moc wyjściowa znajduje się powyżej tej, która może być wytwarzana przez sam bieżący wiatr. Kiedy stopniowy wzrost mocy wyjściowej jest inicjowany w punkcie 6, w którym moc wyjściowa nie może być zapewniana przez bieżący wiatr, sterownik stanowiskowy 41 wykorzystuje energię przechowywaną w urządzeniu gromadzącym energię, dopóki bieżący wiatr nie będzie mógł zapewnić mocy wyjściowej, jak w punkcie 632. [0041] Od punktu 632 moc wyjściowa dalej stopniowo wzrasta w kierunku obliczonego pożądanego poziomu na wyjściu. W jednej postaci wykonania, kiedy moc wyjściowa jest zdolna do utrzymywania obliczonego pożądanego poziomu na wyjściu, w punkcie 634 sterownik stanowiskowy 41 utrzymuje moc wyjściową poniżej obliczonego pożądanego poziomu na wyjściu i zwraca moc do urządzenia gromadzącego energię, dopóki ilość energii równa wykorzystanej pomiędzy punktami 6 do 632, nie zostanie zwrócona do urządzenia gromadzącego energię. Moc wyjściowa jest następnie utrzymywana na bieżących warunkach eksploatacyjnych, na obliczonym pożądanym poziomie na wyjściu. [0042] Sposób 00 może być przeprowadzany wielokrotnie (na przykład w sposób ciągły, okresowo, lub na żądanie), umożliwiając ciągłe dostosowywanie działania turbin wiatrowych 0 na stanowisku 4. Na przykład, kiedy zmienia się kierunek wiatru, poziom mocy wyjściowej w drugim położeniu geograficznym 4 może wzrastać, podczas gdy zmniejsza się poziom mocy wyjściowej w pierwszym położeniu geograficznym 4. Zgodnie z tym mogą być określone i przekazywane ustawienia eksploatacyjne, w celu zapewnienia, że nie zostanie przekroczony docelowy zakres mocy wyjściowej albo wartości progowej w drugim położeniu geograficznym 4. [0043] Podobnie, jeżeli któraś turbina wiatrowa, taka jak pierwsza turbina wiatrowa 43, jest wyłączona do konserwacji lub naprawy, albo z dowolnego powodu działa na obniżonym poziomie działania, poziom mocy wyjściowej zmniejsza się i sterownik stanowiskowy 41 może automatycznie zwiększyć pożądany poziom maksymalnej mocy

10 9 1 3 wyjściowej, powiązany z drugą turbiną wiatrową 4 i trzecią turbiną wiatrową 44 w ten sposób, że moc wyjściowa drugiej turbiny wiatrowej 4 i trzeciej turbiny wiatrowej 44 zostanie zwiększona. Kiedy pierwsza turbina wiatrowa 43 jest uruchomiona ponownie, moc wyjściowa wytwarzana przez pierwszą turbinę wiatrową 43 jest odzwierciedlona w łącznym poziomie mocy wyjściowej i sterownik stanowiskowy 41 może ustawić zmniejszony pożądany poziom maksymalnej mocy wyjściowej drugiej turbiny wiatrowej 4 i trzeciej turbiny wiatrowej 44, aby zagwarantować zgodność z docelowym zakresem mocy wyjściowej lub poziomami progowymi. [0044] Postacie wykonania przedstawione w niniejszym dokumencie ułatwiają automatyczne i ciągłe ustawianie działania turbin wiatrowych, oparte na poziomie mocy wyjściowej w jednym lub większej liczbie położeń geograficznych, które jest powiązane z docelowym zakresem mocy wyjściowej lub wartością progową. Ustawianie działania turbiny wiatrowej, jak opisano w niniejszym dokumencie, umożliwia operatorowi stanowiska turbiny wiatrowej zapewnienie stosunkowo stałej mocy wyjściowej, i/lub stosunkowo mniejszej szybkości zmian mocy wyjściowej w obliczu zmiennych warunków meteorologicznych. [004] Sposoby opisane w niniejszym dokumencie mogą być zakodowane jako polecenia wykonywalne zawarte w odczytywalnym przez komputer nośniku danych, wliczając w to, nieograniczająco, urządzenie pamięciowe urządzenia komputerowego. Takie polecenia, kiedy są wykonywane przez procesor powodują, że procesor realizuje co najmniej część sposobów tutaj opisanych. [0046] Przykładowe postaci wykonania układu sterującego turbiny wiatrowej zostały opisane szczegółowo powyżej. Układ, urządzenia, turbina wiatrowa i zawarte zespoły nie są ograniczone do konkretnych postaci wykonania, opisanych w niniejszym dokumencie, ale raczej każdy element może być wykorzystywany niezależnie i oddzielnie od innych elementów opisanych w niniejszym dokumencie. [0047] W celu ujawnienia wynalazku, ten pisemny opis wykorzystuje przykłady, wliczając w to najlepsze formy, umożliwia również dowolnemu specjaliście z tej dziedziny urzeczywistnienia tego wynalazku w praktyce, wliczając w to wykonywanie i wykorzystywanie dowolnych urządzeń lub układów i realizowanie dowolnych zawartych sposobów. Nadający się do opatentowania zakres wynalazku jest określony przez zastrzeżenia i może zawierać inne przykłady, które przychodzą na myśl specjalistom w tej dziedzinie. Te inne przykłady mają być objęte zakresem zastrzeżeń, jeżeli mają elementy strukturalne, które nie różnią się od dosłownego języka zastrzeżeń, lub jeżeli zawierają równoważne elementy strukturalne, które różnią się nieistotnie od dosłownego języka zastrzeżeń. Zastrzeżenia patentowe 4 1. Układ (0) do wykorzystania przy sterowaniu mocą wyjściową turbin wiatrowych, przy czym układ ten zawiera: wiele sterowników (0) turbiny wiatrowej, przy czym każdy sterownik turbiny wiatrowej z wielu sterowników turbiny wiatrowej jest funkcjonalnie sprzężony z odpowiednią turbiną wiatrową (0) spośród wielu turbin wiatrowych; i sterownik stanowiskowy (41), sprzężony w połączeniu z wieloma sterownikami turbin wiatrowych i przystosowany do: określania przewidywanej prędkości wiatru dla turbiny wiatrowej; określania bieżącej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej; określania przewidywanej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej, z wykorzystaniem przewidywanej prędkości wiatru;

11 porównywania bieżącej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej i przewidywanej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej; i znamienny tym, że sterownik stanowiskowy (41) jest ponadto przystosowany do: ustawiania mocy wyjściowej turbiny wiatrowej na podstawie porównywania bieżącej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej i przewidywanej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej, gdzie określanie () jest wykonywane w celu zmniejszenia mocy wyjściowej w odpowiedzi na małą przewidywaną moc wyjściową, stopniowego zmniejszania () mocy wyjściowej do obliczonego () pożądanego poziomu na wyjściu, stopniowego zmniejszania mocy wyjściowej poniżej obliczonego () pożądanego poziomu (608) na wyjściu i, kiedy moc wyjściowa dochodzi do punktu poziomu (622) na wyjściu, w którym moc wyjściowa nie może być zapewniana przez bieżący wiatr, wykorzystywania energii przechowywanej w urządzeniu gromadzącym energię, dopóki bieżący wiatr nie będzie mógł zapewnić mocy wyjściowej (624). 2. Układ (0) według zastrzeżenia 1, w którym sterownik stanowiskowy (41) jest ponadto przystosowany do określania zakresu docelowej mocy wyjściowej. 3. Układ (0) według zastrzeżenia 2, w którym sterownik stanowiskowy (41) przystosowany do: porównywania bieżącej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej z przewidywaną mocą wyjściową turbiny wiatrowej, jest ponadto przystosowany do określania, czy przewidywana moc wyjściowa turbiny wiatrowej znajduje się poza określonym zakresem docelowej mocy wyjściowej; i obliczania pożądanej mocy wyjściowej, jeżeli przewidywana moc wyjściowa znajduje się poza określonym zakresem docelowej mocy wyjściowej. 4. Układ (0) według zastrzeżenia 2, w którym sterownik stanowiskowy (41) jest ponadto przystosowany do porównywania bieżącej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej z przewidywaną mocą wyjściową turbiny wiatrowej, ponadto jest przystosowany do określania, czy przewidywana szybkość zmian mocy wyjściowej turbiny wiatrowej znajduje się poza określonym zakresem docelowej mocy wyjściowej.. Układ (0) według zastrzeżenia 3, w którym sterownik stanowiskowy (41), przystosowany do porównywania bieżącej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej z przewidywaną mocą wyjściową turbiny wiatrowej, jest ponadto przystosowany do określania ustawienia eksploatacyjnego w odpowiedzi na obliczaną pożądaną moc wyjściową. 6. Układ (0) według dowolnego poprzedzającego zastrzeżenia, zawierający ponadto urządzenie gromadzące energię, gdzie sterownik stanowiskowy (41) przystosowany do ustawiania mocy wyjściowej turbiny wiatrowej, na podstawie porównania bieżącej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej i przewidywanej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej, jest ponadto przystosowany do wykorzystywania energii, przechowywanej w urządzeniu gromadzącym energię turbiny wiatrowej. 7. Układ (0) według dowolnego poprzedzającego zastrzeżenia, gdzie sterownik stanowiskowy (41), przystosowany do ustawiania mocy wyjściowej turbiny wiatrowej, na podstawie porównania bieżącej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej i przewidywanej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej, jest ponadto przystosowany do przekazywania energii do urządzenia gromadzącego energię. 8. Sposób do wykorzystania w sterowaniu mocą wyjściową turbin wiatrowych przez sterownik turbiny wiatrowej, przy czym sposób ten zawiera: określanie przewidywanej prędkości wiatru dla turbiny wiatrowej (0); określanie bieżącej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej; określanie przewidywanej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej, wykorzystując przewidywaną prędkość wiatru;

12 11 1 porównywanie bieżącej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej z przewidywaną mocą wyjściową turbiny wiatrowej; i znamienny tym, że: ustawianie mocy wyjściowej turbiny wiatrowej na podstawie porównywania bieżącej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej i przewidywanej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej, gdzie określanie () wykonuje się w celu zmniejszenia mocy wyjściowej w odpowiedzi na małą przewidywaną moc wyjściową, stopniowego zmniejszania () mocy wyjściowej do obliczonego () pożądanego poziomu na wyjściu, stopniowego zmniejszania mocy wyjściowej poniżej obliczonego () pożądanego poziomu (608) na wyjściu i, kiedy moc wyjściowa dochodzi do punktu poziomu wyjściowego (622), w którym moc wyjściowa nie może być zapewniona przez bieżący wiatr, wykorzystywania energii przechowywanej w urządzeniu gromadzącym energię, dopóki bieżący wiatr nie będzie mógł zapewnić mocy wyjściowej (624). 9. Sposób według zastrzeżenia 8, zawierający ponadto określanie zakresu docelowej mocy wyjściowej.. Sposób według zastrzeżenia 9, gdzie porównywanie bieżącej mocy wyjściowej turbiny wiatrowej z przewidywaną mocą wyjściową turbiny wiatrowej zawiera określanie, czy przewidywana moc wyjściowa turbiny wiatrowej znajduje się poza określonym zakresem docelowej mocy wyjściowej. 11. Sposób według zastrzeżenia, zawierający ponadto obliczanie pożądanej mocy wyjściowej, jeżeli przewidywana moc wyjściowa znajduje się poza określonym zakresem docelowej mocy wyjściowej. 12. Sposób według zastrzeżenia 11, zawierający ponadto określanie ustawienia eksploatacyjnego w odpowiedzi na obliczaną pożądaną mocy wyjściową. 13. Sposób według dowolnego zastrzeżenia 8 do 12, gdzie ustawianie mocy wyjściowej turbiny wiatrowej zawiera wykorzystywanie energii, przechowywanej w urządzeniu gromadzącym energię turbiny wiatrowej. 14. Program komputerowy, zawierający kod programu komputerowego, przystosowany do realizowania wszystkich etapów dowolnego zastrzeżenia 8 do Program komputerowy jak zastrzeżono w zastrzeżeniu 14, umieszczony na jednym lub większej liczbie nośników odczytywalnych przez komputer. Uprawniony: General Electric Company Pełnomocnik: dr inż. Robert Teofilak Rzecznik patentowy

13 12

14 13

15 14

16 1

17 16

18 17

19 18