專利名稱：風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多個風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的控制。更具體而言，本發(fā)明涉及具有多個風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的風(fēng)電場(wind farm)的控制和數(shù)據(jù)采集。
背景技術(shù)：
歷史上，風(fēng)力渦輪機(jī)對于用來向電網(wǎng)供電的總的動力產(chǎn)生的貢獻(xiàn)非常小。當(dāng)電力網(wǎng)操作者考慮網(wǎng)的安全性時，低的設(shè)備額定值(＜100kW)以及風(fēng)力源的不確定的可用性使得風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的影響是可忽略的。然而，現(xiàn)在可用的是具有1.5MW或更多的額定值的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。此外，許多發(fā)電開發(fā)者正在安裝具有一百個或更多個風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的風(fēng)電場。從具有1.5MW風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的風(fēng)電場中可用的功率“塊”可與現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)相比。因此，對于電力網(wǎng)而言，風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)日益成為可行的動力源。
風(fēng)電場中有效動力產(chǎn)生的一個要求是數(shù)據(jù)收集。當(dāng)前數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)通?；谠诿總€風(fēng)力渦輪機(jī)、氣象桅桿(mast)或變電站處持續(xù)運(yùn)行的具有有限的智能處理和存儲數(shù)據(jù)的能力的單個中心數(shù)據(jù)收集體系結(jié)構(gòu)。如果風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)故障，那么該類型的體系結(jié)構(gòu)容易受到中心數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)不能對由風(fēng)電場中設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和存檔的影響。例如，在監(jiān)視控制(command)和數(shù)據(jù)采集(SCADA)主設(shè)備與風(fēng)力渦輪機(jī)之間連通性的喪失能夠?qū)е虏僮鲾?shù)據(jù)的丟失以及風(fēng)力渦輪機(jī)的錯誤記錄。

發(fā)明內(nèi)容
描述了一種用于管理風(fēng)電場的監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)包括在風(fēng)電場的風(fēng)力渦輪機(jī)中的多個渦輪機(jī)通信服務(wù)器(TCS)。TCS收集來自渦輪機(jī)的數(shù)據(jù)，本地存儲第一數(shù)據(jù)子集，并且根據(jù)非實(shí)時的間隔來傳送第一數(shù)據(jù)子集。TCS也在風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)上傳送第二數(shù)據(jù)子集以提供近似實(shí)時的數(shù)據(jù)，并且存儲第二數(shù)據(jù)子集直到將其成功傳送。SCADA系統(tǒng)還包括服務(wù)器，該服務(wù)器被耦合來與多個TCS通信以提供信號來控制風(fēng)力渦輪機(jī)，該服務(wù)器進(jìn)一步用來存儲從多個TCS接收到的數(shù)據(jù)，并且對接收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)據(jù)庫管理。


通過實(shí)例而非通過限制來在附圖的圖中說明本發(fā)明，其中類似的參考數(shù)字指的是相似的元件。
圖1是風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)的一個實(shí)施例的框圖。
圖2是風(fēng)電場的一個實(shí)施例的框圖。
圖3是由風(fēng)電場中風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集和處理的一個實(shí)施例的流程圖。
圖4是由與風(fēng)電場中多個風(fēng)力渦輪機(jī)、變電站和/或氣象站點(diǎn)相耦合的服務(wù)器所進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集和處理的一個實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在此描述的技術(shù)允許風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)風(fēng)電場系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)以用于例如發(fā)電機(jī)控制。在一個實(shí)施例中，組合主從監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)體系結(jié)構(gòu)與風(fēng)電場內(nèi)數(shù)據(jù)產(chǎn)生設(shè)備本地的分布式數(shù)據(jù)庫一起提供實(shí)時監(jiān)測和控制以及用戶可視化、歷史數(shù)據(jù)存檔和報告、配置管理、輔助數(shù)據(jù)處理、故障記錄、報警和/或遠(yuǎn)程用戶訪問的功能。在一個實(shí)施例中，該體系結(jié)構(gòu)本地和遠(yuǎn)程地提供風(fēng)電場設(shè)備的近似實(shí)時監(jiān)測和控制，同時也便于對各個風(fēng)力渦輪機(jī)的操作數(shù)據(jù)以及總計的風(fēng)電場數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔。
在一個實(shí)施例中，所述體系結(jié)構(gòu)使用在風(fēng)力渦輪機(jī)、風(fēng)電場氣象桅桿和/或風(fēng)電場變電站內(nèi)的客戶設(shè)備來提供在設(shè)備與風(fēng)電場局域網(wǎng)(LAN)或遠(yuǎn)程主機(jī)之間的通信接口(實(shí)時和文件傳送)。該體系結(jié)構(gòu)還提供實(shí)時數(shù)據(jù)記錄和處理、數(shù)據(jù)歷史、經(jīng)由服務(wù)器對數(shù)據(jù)的訪問以及數(shù)據(jù)庫存儲和管理功能。該系統(tǒng)在每個智能設(shè)備和主機(jī)主站中能夠使用例如實(shí)時、事件驅(qū)動的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。
對于附加的風(fēng)電場應(yīng)用例如縮減(curtailment)、功率應(yīng)用例如功率因數(shù)控制、條件監(jiān)測系統(tǒng)以及操作預(yù)測系統(tǒng)而言，所述系統(tǒng)設(shè)計也能夠支持集成和單個用戶配置接口。在一個實(shí)施例中，被集成到所述系統(tǒng)中的是電力公用(utility)網(wǎng)關(guān)，其通過使用本地協(xié)議來向電力公用SCADA主站提供連通性選項(xiàng)。該網(wǎng)關(guān)也能夠包括允許多個數(shù)據(jù)庫分區(qū)和多個獨(dú)立主站性能的數(shù)據(jù)庫。對于復(fù)雜的數(shù)據(jù)管理和通信系統(tǒng)管理而言，主從體系結(jié)構(gòu)也可以允許配置中心單個點(diǎn)。
先前的風(fēng)電場控制體系結(jié)構(gòu)基于在每個風(fēng)力渦輪機(jī)、氣象桅桿或變電站處持續(xù)運(yùn)行的具有有限智能處理和存儲數(shù)據(jù)的能力的單個中心數(shù)據(jù)收集體系結(jié)構(gòu)。如果風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)故障，那么該類型的體系結(jié)構(gòu)容易受到中心數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)不能對由風(fēng)電場中設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和存檔的影響。例如，在風(fēng)電場中使用的并且在每個風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)沒有分布式SQL數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)的主從體系結(jié)構(gòu)、在SCADA主機(jī)和風(fēng)力渦輪機(jī)之間的連通性的喪失、風(fēng)電場LAN(局域網(wǎng))都能夠?qū)е虏僮鲾?shù)據(jù)的丟失和風(fēng)力渦輪機(jī)的錯誤記錄。
基于單個中心監(jiān)測、控制和中心數(shù)據(jù)收集體系結(jié)構(gòu)(即單個SCADA主機(jī))，先前的系統(tǒng)不能夠支持附加的獨(dú)立SCADA主機(jī)(即風(fēng)電場的各種部件中的SCADA設(shè)備，例如風(fēng)力渦輪機(jī)、變電站和/或氣象站點(diǎn))和風(fēng)電場內(nèi)的輔助數(shù)據(jù)庫，這些體系結(jié)構(gòu)也不能夠獨(dú)立于SCADA主機(jī)來支持遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制和數(shù)據(jù)收集。
圖1是風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)的一個實(shí)施例的框圖。圖1的實(shí)例提供了特定的電壓，該電壓對于在美國使用的1.5MW級的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)而言是典型的。對于50Hz風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)而言，能夠使用其它類似電壓。通常，對于較高的功率額定值使用較高的電壓，以及對于較低的功率額定值使用較低的電壓。然而，總的體系結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于許多具有相同和/或不同電壓的不同類型和大小的風(fēng)力渦輪機(jī)。
發(fā)電機(jī)110向電力網(wǎng)以及風(fēng)力渦輪機(jī)電力系統(tǒng)100的其它部件提供AC功率。在一個實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)110提供575V(其是發(fā)電機(jī)的額定電壓)；然而，也能夠提供任何電壓。由發(fā)電機(jī)110產(chǎn)生的功率被提供給風(fēng)電場變電站或者用于收集由多個風(fēng)力渦輪機(jī)所產(chǎn)生的功率的其它設(shè)備。發(fā)電機(jī)110也向功率變換器115和低電壓配電板(LVDP)120提供功率，所述功率變換器115如以上關(guān)于圖2所述的那樣來操作。
在一個實(shí)施例中，LVDP 120包括用于將從發(fā)電機(jī)110接收到的575V電源變換為120V、230V和400V電源以供整個風(fēng)力渦輪機(jī)(分別為120V系統(tǒng)150、230V系統(tǒng)160以及400V系統(tǒng)170)使用的變壓器。能夠按照期望提供其它和/或附加的電源電平。連接到LVDP 120的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)例如包括間距(pitch)系統(tǒng)控制器和電動機(jī)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制器和電動機(jī)、各種潤滑和冷卻系統(tǒng)、電力插座以及光源、熱源和其它設(shè)備。
在一個實(shí)施例中，LVDP 120經(jīng)由不間斷電源(UPS)向渦輪機(jī)控制器140提供功率。在LVDP 120不能夠向渦輪機(jī)控制器140提供必要的功率的情況下，UPS 130向渦輪機(jī)控制器140提供功率。UPS 130可以是任何類型的不間斷電源，例如電池系統(tǒng)、光生伏打系統(tǒng)或現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何其它功率存儲系統(tǒng)。在一個實(shí)施例中，UPS 130不具有足夠的容量來激勵由LVDP 120供給的所有電力負(fù)載。
耦合渦輪機(jī)通信服務(wù)器(TCS)180以接收來自于UPS 130的功率。TCS 180也與風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)190相耦合以將數(shù)據(jù)提供給遠(yuǎn)程設(shè)備，例如與風(fēng)電場中多個TCS相互作用的服務(wù)器設(shè)備。TCS 180與渦輪機(jī)控制器140以及其它部件(為簡單起見未在圖1中說明耦合)相耦合以提供控制和數(shù)據(jù)采集操作。
TCS 180進(jìn)一步被耦合到存儲有從風(fēng)力渦輪機(jī)100的部件采集到的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫185。在一個實(shí)施例中，TCS 180通過使用實(shí)時中斷驅(qū)動數(shù)據(jù)庫管理器來獲得在風(fēng)力渦輪機(jī)100內(nèi)風(fēng)力渦輪機(jī)控制器和其它設(shè)備的實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)。TCS 180也執(zhí)行輔助數(shù)據(jù)處理、報警、配置管理和數(shù)據(jù)壓縮，以及在數(shù)據(jù)庫185的實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)庫中存儲或存檔數(shù)據(jù)。
TCS 180也通過使用風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)190上的實(shí)時SCADA協(xié)議來將實(shí)時數(shù)據(jù)供應(yīng)給單個或多個SCADA主機(jī)。TCS 180通過使用ODBC協(xié)議進(jìn)一步將歷史數(shù)據(jù)供應(yīng)給中心數(shù)據(jù)庫，并且經(jīng)由嵌入式瀏覽器來提供用戶和配置接口。TCS 180能夠是與渦輪機(jī)控制器140相連接和通信的獨(dú)立硬件設(shè)備(例如計算機(jī)系統(tǒng)或其它電子設(shè)備)，或者TCS 180的功能可以在渦輪機(jī)控制器140中實(shí)施。
圖2是風(fēng)電場的一個實(shí)施例的框圖。風(fēng)電場可以包括任何數(shù)量的風(fēng)力渦輪機(jī)、氣象站點(diǎn)等等。該風(fēng)電場的部件通過風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)200相互連接，所述風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)200可以是使用任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(例如現(xiàn)有技術(shù)中已知的協(xié)議)的現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何類型的網(wǎng)絡(luò)(例如局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、有線連接和/或無線連接)。
氣象站點(diǎn)210通常包括一個或多個傳感器212、氣象控制和采集單元(MCAU)214和數(shù)據(jù)庫216。在一個實(shí)施例中，氣象站點(diǎn)210包括具有多個傳感器212的塔(tower)，以收集在風(fēng)電場的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制中所使用的氣象數(shù)據(jù)。在一個實(shí)施例中，該塔包括傳感器以監(jiān)測在地面上方至少四個水平面的水平風(fēng)速和方向、垂直風(fēng)速、溫度、以及大氣壓。在可選的實(shí)施例中，可以使用其它傳感器和/或塔配置。
在一個實(shí)施例中，MCAU 214與傳感器212和數(shù)據(jù)庫216相耦合并且運(yùn)行為SCADA從設(shè)備。如以下更為詳細(xì)地描述的那樣，MCAU 214與SCADA主設(shè)備相通信來為風(fēng)電場提供控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在一個實(shí)施例中，MCAU 214運(yùn)行為實(shí)時、事件驅(qū)動的數(shù)據(jù)記錄和處理設(shè)備，其使得所采集的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫216中。為了歷史數(shù)據(jù)存檔、報告和/或其它目的，可以長期保存在數(shù)據(jù)庫216中存儲的數(shù)據(jù)。
在一個實(shí)施例中，MCAU 214包括數(shù)據(jù)庫管理器，其除了執(zhí)行實(shí)時、事件驅(qū)動的數(shù)據(jù)記錄之外還執(zhí)行輔助數(shù)據(jù)處理。所述輔助處理能夠包括例如報警、配置管理和/或數(shù)據(jù)壓縮。在一個實(shí)施例中，數(shù)據(jù)庫216是結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)數(shù)據(jù)庫；然而，可以使用任何數(shù)據(jù)庫語言和/或協(xié)議。SQL數(shù)據(jù)庫的使用是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。
將在數(shù)據(jù)庫216中存儲的數(shù)據(jù)周期性地發(fā)送到風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)220上具有相關(guān)數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器。在一個實(shí)施例中，各種數(shù)據(jù)庫經(jīng)由ODBC應(yīng)用程序接口(API)進(jìn)行交互；然而，也能夠使用其它接口?？梢允褂脕碜杂贛icrosoft Corporation of Redmond，Washington的各種版本的ODBC管理器。
變電站站點(diǎn)220通常包括儀表(meter)和繼電器222、變電站控制和采集單元(SCAU)226、數(shù)據(jù)庫228以及公用網(wǎng)關(guān)224。公用網(wǎng)關(guān)224向外部網(wǎng)絡(luò)(公用網(wǎng)絡(luò)280)提供接口，例如通過公用事業(yè)公司或其它用來控制公用網(wǎng)以與風(fēng)電場部件進(jìn)行通信的實(shí)體能夠使用所述外部網(wǎng)絡(luò)?？商鎿Q地，能夠?qū)⒐镁W(wǎng)關(guān)224定位在與變電站站點(diǎn)220不同的站點(diǎn)。
儀表和繼電器222可以是變電站使用的現(xiàn)有技術(shù)中已知的儀表和繼電器的任何組合。儀表和繼電器22在風(fēng)電場的發(fā)電機(jī)和公用網(wǎng)280之間提供接口以及提供涉及功率輸送的監(jiān)測功能。
在一個實(shí)施例中，SCAU 224包括執(zhí)行實(shí)時、事件驅(qū)動的數(shù)據(jù)記錄報警、配置管理、數(shù)據(jù)壓縮和/或其它數(shù)據(jù)管理功能的數(shù)據(jù)庫管理器。在一個實(shí)施例中，數(shù)據(jù)庫228是SQL數(shù)據(jù)庫；然而，可以使用任何數(shù)據(jù)庫語言和/或協(xié)議。將在數(shù)據(jù)庫228中存儲的數(shù)據(jù)周期性地發(fā)送到風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)220上具有相關(guān)數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器。在一個實(shí)施例中，各種數(shù)據(jù)庫經(jīng)由ODBC API進(jìn)行交互；然而，也能夠使用其它接口。
由于簡單解釋的原因，利用兩個風(fēng)力渦輪機(jī)(230，240)來說明圖2的風(fēng)電場。風(fēng)電場可以包括在設(shè)計和/或功率輸送方面能夠類似或不同的任何數(shù)量的風(fēng)力渦輪機(jī)。
風(fēng)力渦輪機(jī)230和240通常包括渦輪機(jī)控制和采集單元(TCS)234和244、數(shù)據(jù)庫236和246、發(fā)電機(jī)232和242、以及渦輪機(jī)控制器238和248。發(fā)電機(jī)232和242分別被連接到風(fēng)力渦輪機(jī)230和240的軸并且由風(fēng)力驅(qū)動。能夠使用適合于風(fēng)力渦輪機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何發(fā)電機(jī)。渦輪機(jī)控制器238和248分別被耦合到發(fā)電機(jī)232和242，并且使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何控制技術(shù)來控制發(fā)電機(jī)。
在一個實(shí)施例中，TCS 234和244包括執(zhí)行實(shí)時、事件驅(qū)動的數(shù)據(jù)記錄報警、配置管理、數(shù)據(jù)壓縮和/或其它數(shù)據(jù)管理功能的數(shù)據(jù)庫管理器應(yīng)用程序。在一個實(shí)施例中，數(shù)據(jù)庫236和246是SQL數(shù)據(jù)庫；然而，能夠使用任何數(shù)據(jù)庫語言和/或協(xié)議。將在數(shù)據(jù)庫236和246存儲的數(shù)據(jù)周期性地發(fā)送到風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)200上具有相關(guān)數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器。在一個實(shí)施例中，各種數(shù)據(jù)庫經(jīng)由ODBC API進(jìn)行交互；然而，也能夠使用其它接口。
服務(wù)器站點(diǎn)250包括與風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)200相耦合的SCADA主設(shè)備252。SCADA主設(shè)備252使用實(shí)時采集引擎從MCAU 214、SCAU 226、TCS 234和TCS 224采集實(shí)時數(shù)據(jù)，并且提供操作者接口、報警、控制接口等。SCADA主設(shè)備252還使用例如ODBC協(xié)議從MCAU 214、SCAU 226、TCS 234和TCS 224采集歷史數(shù)據(jù)(分別存儲在數(shù)據(jù)庫216、228、236和246中)。
SCADA主設(shè)備252也被耦合到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫256，該網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫256提供由SCADA主設(shè)備252所采集的數(shù)據(jù)的存儲。網(wǎng)絡(luò)接口254與SCADA主設(shè)備252相耦合以向外部網(wǎng)絡(luò)260提供接口。外部網(wǎng)絡(luò)260可以是風(fēng)電場外部的任何網(wǎng)絡(luò)，例如因特網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)。遠(yuǎn)程設(shè)備270與外部網(wǎng)絡(luò)260相耦合并且被配置為與SCADA主設(shè)備252進(jìn)行通信。
在一個實(shí)施例中，在每個風(fēng)力渦輪機(jī)、氣象桅桿和/或變電站內(nèi)的實(shí)時、事件驅(qū)動的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和SQL數(shù)據(jù)的使用提供了從風(fēng)電場內(nèi)正在使用的控制器、繼電器、儀表和其它智能電子設(shè)備中所采集到的數(shù)據(jù)不存在丟失。在一個實(shí)施例中，分布式數(shù)據(jù)庫和輔助數(shù)據(jù)處理功能的使用在每個風(fēng)力渦輪機(jī)、氣象桅桿和/或風(fēng)電場變電站內(nèi)提供了數(shù)據(jù)壓縮能力和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)。
在一個實(shí)施例中，實(shí)時通信協(xié)議以及SCADA主機(jī)和風(fēng)力渦輪機(jī)之間的非實(shí)時LAN協(xié)議的一起使用有助于提供獨(dú)立地從風(fēng)力渦輪機(jī)的歷史數(shù)據(jù)中采集實(shí)時監(jiān)測和控制數(shù)據(jù)、向系統(tǒng)操作者提供在操作者控制臺上觀察近似實(shí)時的風(fēng)力渦輪機(jī)狀態(tài)的能力，并且具有對從SCADA主機(jī)啟動的風(fēng)力渦輪機(jī)控制動作的提示確認(rèn)。在一個實(shí)施例中，所述體系結(jié)構(gòu)也有利于風(fēng)電場內(nèi)和/或風(fēng)電場外的多個獨(dú)立的主站。
雖然未在圖2中說明，但是能夠?qū)L(fēng)電場在邏輯上或物理上分成包括一個或多個風(fēng)力渦輪機(jī)的多個“場(park)”。根據(jù)作為整體的場以及風(fēng)電場或者各個風(fēng)力渦輪機(jī)可以處理和/或提供所收集到的數(shù)據(jù)。
圖3是風(fēng)電場中風(fēng)力渦輪機(jī)所進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集和處理的一個實(shí)施例的流程圖。在310從傳感器和/或風(fēng)電場設(shè)備的部件中采集數(shù)據(jù)。所述風(fēng)電場設(shè)備例如可以是具有發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)、變電站、或者具有帶有各種傳感器的桅桿的氣象站點(diǎn)。
由本地SCADA主機(jī)所收集到的特定數(shù)據(jù)根據(jù)包含它的設(shè)備而變化。例如，在風(fēng)力渦輪機(jī)中能夠收集下面的數(shù)據(jù)風(fēng)力渦輪機(jī)控制器狀態(tài)、風(fēng)速、能量級、和/或報警等等。在另一實(shí)例中能夠在氣象站點(diǎn)中收集下面的數(shù)據(jù)水平風(fēng)速和/或方向和多個海拔、垂直風(fēng)速、溫度、和/或大氣壓等。
在320實(shí)時傳送第一數(shù)據(jù)子集。使用風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)或其它通信介質(zhì)來將所述數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器或其它數(shù)據(jù)收集設(shè)備。在一個實(shí)施例中，使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的SCADA協(xié)議來傳送實(shí)時數(shù)據(jù)；然而，能夠使用允許實(shí)時數(shù)據(jù)傳送的任何協(xié)議。將所述數(shù)據(jù)保存在本地數(shù)據(jù)庫直到成功傳送到服務(wù)器。
在330將第二數(shù)據(jù)子集存儲在本地數(shù)據(jù)庫中。在一個實(shí)施例中，本地數(shù)據(jù)庫是歷史SQL數(shù)據(jù)庫；然而，能夠?qū)⑷魏螖?shù)據(jù)庫協(xié)議以及任何類型的信息存儲在本地數(shù)據(jù)庫中。在一個實(shí)施例中，在風(fēng)電場設(shè)備(例如風(fēng)力渦輪機(jī)、氣象站點(diǎn)、變電站)處收集數(shù)據(jù)的設(shè)備相對于風(fēng)電場設(shè)備運(yùn)行為SCADA主設(shè)備。將相對于風(fēng)電場SCADA主設(shè)備運(yùn)行為從設(shè)備的本地SCADA主設(shè)備例如能夠定位在風(fēng)電場控制位置處。
在一個實(shí)施例中，本地數(shù)據(jù)庫的每個具有將數(shù)據(jù)本地存儲一個足以橋接服務(wù)器的預(yù)期不可用性的時間的能力，其中所述數(shù)據(jù)將被傳送到該服務(wù)器。例如，從風(fēng)電場設(shè)備所收集的數(shù)據(jù)能夠被存儲48個小時，同時服務(wù)器能夠?qū)?shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中存儲兩個月。例如能夠基于操作條件等來使用其它的時間周期。
在340，本地SCADA主機(jī)能夠?qū)υ诒镜財?shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理。在350，本地數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)經(jīng)由風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送。所述數(shù)據(jù)被存儲在本地數(shù)據(jù)庫直到被傳送到服務(wù)器。響應(yīng)于服務(wù)器的請求或響應(yīng)于預(yù)定條件，能夠在預(yù)定時間周期的結(jié)尾傳送所述數(shù)據(jù)。
在一個實(shí)施例中，以相對較高程度的時間分辨率(例如近似為實(shí)時、每一秒、每兩秒、或以次秒(sub-second)的分辨率)和以相對較低程度的時間分辨率(例如幾秒、幾分鐘)從本地SCADA主機(jī)傳送數(shù)據(jù)。對于風(fēng)力渦輪機(jī)而言，以相對較高程度的時間分辨率收集的數(shù)據(jù)能夠包括例如有功功率生產(chǎn)(power production)、無功功率生產(chǎn)、風(fēng)速、能量部分和、收集的總能量等。風(fēng)力渦輪機(jī)數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)溫度、齒輪箱溫度、環(huán)境溫度、風(fēng)向、功率因數(shù)、每個相位的相位電壓和相位電流、工作時間等。
對于氣象站點(diǎn)而言，以相對較高程度的時間分辨率所收集的數(shù)據(jù)可以是垂直和水平風(fēng)速、風(fēng)向、溫度和氣壓。對于變電站而言，所收集的數(shù)據(jù)可以包括變電站輸出的總的有功能量、變電站輸出的總的無功能量、輸入到變電站的總的有功能量、輸入到變電站的總的無功能量等。還能夠收集附加的和/或不同的數(shù)據(jù)。
圖4是與風(fēng)電場中多個風(fēng)力渦輪機(jī)、變電站和/或氣象站點(diǎn)相耦合的服務(wù)器所進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集和處理的一個實(shí)施例的流程圖。在410從風(fēng)電場設(shè)備接收數(shù)據(jù)。隨著由風(fēng)力渦輪機(jī)、變電站、氣象站點(diǎn)等提供數(shù)據(jù)，連續(xù)地接收實(shí)時數(shù)據(jù)。如上所述，使用SCADA協(xié)議或任何其它合適的協(xié)議能夠接收實(shí)時數(shù)據(jù)。而且如上所述周期性地收集數(shù)據(jù)。
在420對服務(wù)器所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并且能夠發(fā)出命令操作。所述數(shù)據(jù)的處理能夠以現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何方式來執(zhí)行。能夠使用由服務(wù)器或者與該服務(wù)器相耦合的其它設(shè)備所發(fā)出的命令，以控制各個風(fēng)力渦輪機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)組、以及與風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)相耦合的其它設(shè)備。
在430，該服務(wù)器或者與該服務(wù)器相耦合的工作站提供經(jīng)由命令和控制接口接收的數(shù)據(jù)。在一個實(shí)施例中，所述接口是圖形用戶接口(GUI)；然而，能夠提供任何類型的用戶接口。在440能夠使用該接口以接收用戶輸入以及向用戶提供數(shù)據(jù)。能夠基于所述用戶輸入來產(chǎn)生發(fā)出到一個或多個風(fēng)電場部件的命令。在450，所述命令被傳送到風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)上的一個或多個目標(biāo)設(shè)備。
所述服務(wù)器或與該服務(wù)器相耦合的工作站或其它設(shè)備基于接收到的數(shù)據(jù)能夠提供包括產(chǎn)生報警的數(shù)據(jù)處理。在460，如果產(chǎn)生報警指示，那么能夠?qū)⒃搱缶甘緜魉偷竭h(yuǎn)程設(shè)備和/或經(jīng)由用戶接口進(jìn)行顯示。報警所傳送至的設(shè)備能夠經(jīng)由風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)或經(jīng)由風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)之外的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。
在說明書中的引用“一個實(shí)施例”或“實(shí)施例”指的是結(jié)合實(shí)施例描述的特定特性、結(jié)構(gòu)、或特征被包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例中。在說明書中各種位置出現(xiàn)的短語“在一個實(shí)施例中”不一定指的都是相同的實(shí)施例。
在先前的說明書中，已經(jīng)參考本發(fā)明的特定實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而很明顯，在不脫離本發(fā)明較寬的精神和范圍的情況下能夠?qū)ζ溥M(jìn)行各種修改和變化。因此，應(yīng)該在說明性的而非限制性的意義上來看待本說明書和附圖。
權(quán)利要求
1.一種用于管理具有多個風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)電場的系統(tǒng)，包括在每個風(fēng)力渦輪機(jī)處的監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)元件(234，244)，用于從相應(yīng)的風(fēng)力渦輪機(jī)(230，240)收集數(shù)據(jù)；在一個或多個氣象站點(diǎn)(210)的每個氣象站點(diǎn)處的SCADA元件(214)，用于收集氣象數(shù)據(jù)；在與多個風(fēng)力渦輪機(jī)(230，240)電連接的一個或多個變電站(220)的每個變電站處的SCADA元件(226)；以及服務(wù)器(252)，其被耦合以與風(fēng)力渦輪機(jī)、氣象和變電站的SCADA元件(226，234，244，214)進(jìn)行通信，以便以預(yù)定的間隔接收和存儲從所述元件接收到的數(shù)據(jù)，以及對接收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)據(jù)庫管理，該服務(wù)器進(jìn)一步用來收集和保存有關(guān)所述輸入、操作條件和多個風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出的當(dāng)前以及歷史數(shù)據(jù)。
2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述收集的數(shù)據(jù)包括根據(jù)第一預(yù)定間隔從每個風(fēng)力渦輪機(jī)收集的風(fēng)速和能量生產(chǎn)；根據(jù)第二預(yù)定間隔從每個氣象站點(diǎn)收集的氣象數(shù)據(jù)；以及每個變電站的包括功率生產(chǎn)的變電站數(shù)據(jù)。
3.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述收集的數(shù)據(jù)包括根據(jù)第一時間間隔收集的功率、無功功率、風(fēng)速、能量部分和、以及總的能量數(shù)據(jù)。
4.權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述收集的數(shù)據(jù)進(jìn)一步包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)溫度、齒輪箱溫度、環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、每個相位的相位電壓和相位電流、能量生產(chǎn)、以及工作時間。
5.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述收集的數(shù)據(jù)包括從每個風(fēng)力渦輪機(jī)收集的控制器狀態(tài)、垂直和水平風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、以及氣壓、變電站輸出的總的有功能量、變電站輸出的總的無功能量、輸入到變電站的總的有功能量、以及輸入到變電站的總的無功能量。
6.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中為了報告和管理的目的而將風(fēng)電場組織成場，并且所述收集的數(shù)據(jù)包括由每個場產(chǎn)生的能量。
7.權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中每個場的數(shù)據(jù)包括該場中一個或多個渦輪機(jī)的操作狀態(tài)、場中產(chǎn)生的總的有功功率、場中產(chǎn)生的總的無功功率、和/或場的功率因數(shù)。
8.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括風(fēng)電場的配置數(shù)據(jù)庫(256)，用于存儲描述在系統(tǒng)初始化期間所使用的系統(tǒng)元件的當(dāng)前配置的信息，該信息包括描述包含風(fēng)電場中的風(fēng)力渦輪機(jī)SCADA元件的風(fēng)電場的當(dāng)前配置的信息。
9.權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，所述配置信息進(jìn)一步包括描述風(fēng)電場中每個風(fēng)力渦輪機(jī)的信息，該信息包含用于每個這種渦輪機(jī)的描述如何將來自渦輪機(jī)的源數(shù)據(jù)映射到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的字段的數(shù)據(jù)源信息。
10.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括處理邏輯(252)，用于對風(fēng)電場中每個風(fēng)力渦輪機(jī)處理風(fēng)力渦輪機(jī)數(shù)據(jù)以報告在時間窗口上的平均功率生產(chǎn)、在時間窗口上的期望功率生產(chǎn)、和/或在時間窗口上的生產(chǎn)效率。
全文摘要
風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)風(fēng)電場系統(tǒng)收集用于風(fēng)電場控制的數(shù)據(jù)。組合主從監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)體系結(jié)構(gòu)與風(fēng)電場內(nèi)數(shù)據(jù)產(chǎn)生設(shè)備本地的分布式數(shù)據(jù)一起提供實(shí)時監(jiān)測和控制以及輔助數(shù)據(jù)處理和/或遠(yuǎn)程用戶訪問的功能。該體系結(jié)構(gòu)便于本地和遠(yuǎn)程地近似實(shí)時監(jiān)測和控制風(fēng)電場中的設(shè)備，同時還便于可靠地存檔各個風(fēng)力渦輪機(jī)的操作數(shù)據(jù)以及總計的風(fēng)電場數(shù)據(jù)。
文檔編號F03D7/02GK1871432SQ200480031090
公開日2006年11月29日 申請日期2004年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月22日
發(fā)明者G·穆爾, M·E·卡迪納爾 申請人:通用電氣公司