專(zhuān)利名稱(chēng)：用于監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及用于監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的系 統(tǒng)、方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
例如風(fēng)力機(jī)、風(fēng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)和風(fēng)輪型機(jī)等風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)可以適應(yīng)于提供有用功 和/或用于能量轉(zhuǎn)換。風(fēng)力渦輪機(jī)例如是風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的一個(gè)類(lèi)型，其可以用于能量轉(zhuǎn)換 和提供替代能源。風(fēng)力渦輪機(jī)可以包括放置在桁架或管形塔架頂上的外殼或機(jī)艙。具有 多個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子典型地安裝到機(jī)艙，其在空氣動(dòng)力學(xué)上設(shè)計(jì)以將風(fēng)能變換為機(jī)械能的形 式。例如，通過(guò)它們的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，圍繞轉(zhuǎn)子放置的多個(gè)葉片可以將風(fēng)的動(dòng)能變換 為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能的一個(gè)形式。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)載或使用 一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電能。因?yàn)轱L(fēng)能可以在強(qiáng)度和/或方向上變化，像風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)可以包括 一個(gè)或多個(gè)部件用于使渦輪機(jī)的某些特性適應(yīng)于環(huán)境狀況，由此提高風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的效 率。例如，風(fēng)力渦輪機(jī)可以包括與用于使轉(zhuǎn)子和葉片轉(zhuǎn)入風(fēng)的方向的偏航控制關(guān)聯(lián)的部 件。另外的部件可以被包括用于使葉片轉(zhuǎn)向并且增加或減少空氣動(dòng)力負(fù)載的槳距控制。 還可以提供與渦輪機(jī)控制和修改關(guān)聯(lián)的其他部件。因?yàn)檫@些部件與風(fēng)力渦輪機(jī)效率關(guān) 聯(lián)，一般期望它們的可靠和連續(xù)運(yùn)行。然而，常規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)僅具有用于確保這些部件 正確地運(yùn)行的有限保障措施。當(dāng)這些部件中的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)始在警示狀況中運(yùn)行時(shí)，該 狀況可以指示部件發(fā)生故障，風(fēng)力渦輪機(jī)的效率變差。在一些實(shí)例中，當(dāng)這些部件中的 一個(gè)或多個(gè)發(fā)生故障時(shí)，風(fēng)力渦輪機(jī)可要求停用，導(dǎo)致電力中斷和經(jīng)濟(jì)損失。從而，存在減少與風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行關(guān)聯(lián)的電力中斷的需要。更具體地，需要 有用于監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例可以解決上文描述的需要中的一些或所有。本發(fā)明的某些實(shí)施 例一般針對(duì)用于監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可以提 供用于監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的方法。該方法可以包括在運(yùn)行狀態(tài)操作風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中的 部件。該方法還可以包括基于與該部件關(guān)聯(lián)的電特性確定與在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中的該部件關(guān) 聯(lián)的警示狀況是否存在。該方法可以進(jìn)一步包括當(dāng)與在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中的該部件關(guān)聯(lián)的警 示狀況存在時(shí)輸出指示。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，可以提供用于監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)。該 系統(tǒng)可以包括具有部件的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)和用于從該部件采集運(yùn)行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集模塊。該 系統(tǒng)還可以包括數(shù)據(jù)處理模塊，其用于接收該運(yùn)行數(shù)據(jù)、用于確定該運(yùn)行數(shù)據(jù)是否指示 該部件正在警示狀況中運(yùn)行以及用于當(dāng)部件正在警示狀況中運(yùn)行時(shí)提供指示。該運(yùn)行數(shù) 據(jù)可以包括與該部件關(guān)聯(lián)的電特性。
根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)實(shí)施例，可以提供用于監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的設(shè)備。 該設(shè)備可以包括用于從在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中的部件采集運(yùn)行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集模塊。該設(shè)備還 可以包括數(shù)據(jù)處理模塊，其用于接收該運(yùn)行數(shù)據(jù)、用于確定該運(yùn)行數(shù)據(jù)是否指示該部件 正在警示狀況中運(yùn)行以及用于當(dāng)部件正在警示狀況中運(yùn)行時(shí)提供指示。本發(fā)明的其他實(shí)施例和方法將從下列與附圖結(jié)合來(lái)看的說(shuō)明變得明顯。


從而已經(jīng)概括地描述本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖，其不必須按比例繪制，并且其 中圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的示范性系統(tǒng) 和設(shè)備；圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的示范性方法。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將在下文中參照附圖更充分地描述本發(fā)明，其中示出本發(fā)明的示例實(shí)施 例。然而，本發(fā)明可采用許多不同的形式表現(xiàn)并且不應(yīng)該解釋為限制于本文闡述的示例 實(shí)施例；相反，這些實(shí)施例提供使得本公開(kāi)將傳達(dá)本發(fā)明的范圍給本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員。 本文并且在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“示范性的”意思是示例，并且僅意在指示示例。 相似的號(hào)碼始終指相似的元素。圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示范性系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可以包括任意風(fēng) 力驅(qū)動(dòng)機(jī)，例如風(fēng)力機(jī)、風(fēng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪型機(jī)或像圖示為示范性系統(tǒng)100的部分 的風(fēng)力渦輪機(jī)105的風(fēng)力渦輪機(jī)等。風(fēng)力渦輪機(jī)105可以包括安裝在桁架或塔架115頂 上的機(jī)艙110。風(fēng)力渦輪機(jī)105還包括轉(zhuǎn)子120，其包括安裝到旋轉(zhuǎn)轂130的多個(gè)轉(zhuǎn)子葉 片125。通過(guò)示例，在圖1中圖示的風(fēng)力渦輪機(jī)105可以包括兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片125。作為示范性系統(tǒng)100的部分，機(jī)艙110可容置許多部件，例如用于產(chǎn)生電力的發(fā) 電機(jī)和/或與渦輪機(jī)運(yùn)行和工作情況關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)部件，例如控制系統(tǒng)135等。控制 系統(tǒng)135可以包括一個(gè)或多個(gè)微控制器，其可操作用于整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和控制，其舉幾個(gè) 例子包括槳距以及速度調(diào)整、轉(zhuǎn)軸和偏航制動(dòng)施加以及故障監(jiān)測(cè)。在圖示的實(shí)施例中， 控制系統(tǒng)135圖示為在風(fēng)力渦輪機(jī)105內(nèi)的中央控制架構(gòu)的部分。在其他實(shí)施例中，可 以使用分布式和/或遠(yuǎn)程控制架構(gòu)。如上文指出的，控制系統(tǒng)135可以與系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和控制關(guān)聯(lián)，以提高、維持或改 變風(fēng)力渦輪機(jī)105工作情況，例如通過(guò)與一個(gè)或多個(gè)部件聯(lián)接。一個(gè)這樣的部件可以是 槳距驅(qū)動(dòng)器140，其可以包括用于控制葉片125的槳距的DC槳距驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。葉片125的 槳距可以與利用風(fēng)的動(dòng)能關(guān)聯(lián)并且用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)轂130。將認(rèn)識(shí)到盡管在圖示的實(shí)施例中 控制系統(tǒng)135示為向槳距驅(qū)動(dòng)器140提供控制，在其他實(shí)施例中葉片125的槳距可以通過(guò) 個(gè)體控制器或除控制系統(tǒng)135之外的其他控制機(jī)構(gòu)和模塊或是與像控制系統(tǒng)135的控制架 構(gòu)結(jié)合的其他控制機(jī)構(gòu)和模塊來(lái)控制。與風(fēng)力渦輪機(jī)105的工作情況關(guān)聯(lián)的另一個(gè)部件可以是偏航驅(qū)動(dòng)器145。偏航驅(qū)動(dòng)器145可以向風(fēng)力渦輪機(jī)105提供偏航方向。在圖示的實(shí)施例中，偏航驅(qū)動(dòng)器145可 以由控制系統(tǒng)135操作和/或控制，例如通過(guò)用于測(cè)量凸緣位移的一個(gè)或多個(gè)傳感器和/ 或通過(guò)風(fēng)向標(biāo)146等。在其他實(shí)施例中，偏航驅(qū)動(dòng)器145可以通過(guò)個(gè)體控制器或除控制系 統(tǒng)135之外的其他控制機(jī)構(gòu)和模塊或是與像控制系統(tǒng)135的控制架構(gòu)結(jié)合的其他控制機(jī)構(gòu) 和模塊來(lái)控制。風(fēng)力渦輪機(jī)105的偏航方向可以對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子120關(guān)于風(fēng)向的位置。使轉(zhuǎn) 子朝向面對(duì)風(fēng)的方向一般是可取的，由此降低葉片125和風(fēng)的動(dòng)能之間的入射角。一旦 到達(dá)期望的位置，風(fēng)力渦輪機(jī)105可以維持在該位置或當(dāng)風(fēng)向變化要求時(shí)進(jìn)一步適應(yīng)。例如槳距驅(qū)動(dòng)器140和偏航驅(qū)動(dòng)器145等的部件對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)105運(yùn)行可以是 有用的。然而，在常規(guī)系統(tǒng)中，沒(méi)有監(jiān)測(cè)或控制提供給這樣的部件。因?yàn)橄駱囹?qū)動(dòng)器 140和偏航驅(qū)動(dòng)器145的部件可能發(fā)生故障，在沒(méi)有任何監(jiān)測(cè)或控制情況下，當(dāng)這樣的故 障發(fā)生時(shí)常規(guī)系統(tǒng)可能遭受持久的損傷或甚至要求關(guān)閉。例如，當(dāng)像偏航驅(qū)動(dòng)器145的 部件疲軟或故障時(shí)，可能對(duì)關(guān)聯(lián)的小齒輪和齒輪產(chǎn)生損傷。該損傷在沒(méi)有人工檢查(其 常常長(zhǎng)時(shí)間不進(jìn)行)的情況下可能不容易檢測(cè)或修理。在其他時(shí)候，損傷的嚴(yán)重性可以 觸發(fā)風(fēng)力渦輪機(jī)停用，導(dǎo)致關(guān)閉和電力損失。例如在圖1中示出的系統(tǒng)100等本發(fā)明的實(shí)施例一般可以避免這些持久的影響并 且可以減少與可以導(dǎo)致系統(tǒng)停用的部件故障關(guān)聯(lián)的電力損失。系統(tǒng)100可以提供像槳距 驅(qū)動(dòng)器140和偏航驅(qū)動(dòng)器145的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)部件的連續(xù)和/或選擇性的監(jiān) 測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到異常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)100可以改變風(fēng)力渦輪機(jī)105或其他風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的工作情 況，以防止或減少持久損傷和/或電力損失。例如，系統(tǒng)100可以通過(guò)警報(bào)系統(tǒng)150產(chǎn) 生警報(bào)或故障消息用于指示警示狀況和/或用于要求人工檢查。在其他實(shí)施例中，系統(tǒng) 100可以通過(guò)隔離故障部件并且基于環(huán)境狀況和/或如在155示出的其他風(fēng)力渦輪機(jī)參數(shù) 將風(fēng)力渦輪機(jī)105的控制重新定向到其他部件而改變風(fēng)力渦輪機(jī)105的工作情況。在一 個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)105可以包括多個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)器145使得萬(wàn)一一個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)器145 故障，到故障的偏航驅(qū)動(dòng)器145的電力可以中斷或利用制動(dòng)器。在一個(gè)實(shí)施例中，可以利用制動(dòng)器以停止故障偏航驅(qū)動(dòng)器145的運(yùn)行。在另一 個(gè)實(shí)施例中，制動(dòng)器可以停用以允許故障的偏航驅(qū)動(dòng)器145自由運(yùn)行并且減少進(jìn)一步損 傷的可能性。在任一個(gè)實(shí)施例中，剩下的偏航驅(qū)動(dòng)器145的控制可以改變以補(bǔ)償故障的 偏航驅(qū)動(dòng)器145。在一些實(shí)施例中，為了避免可能導(dǎo)致減少偏航控制可用的部件的數(shù)量的 持久損傷，風(fēng)力渦輪機(jī)105可以降低額定功率以考慮環(huán)境狀況和/或其他風(fēng)力渦輪機(jī)參數(shù) 155。在這些實(shí)施例中，盡管從風(fēng)力渦輪機(jī)105產(chǎn)生的電力減少，電力沒(méi)有損失并且由于 降低的負(fù)載可以由故障的偏航驅(qū)動(dòng)器145引起對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)105相對(duì)較少的損傷。系統(tǒng)100可以包括數(shù)據(jù)采集模塊160。數(shù)據(jù)采集模塊160可以是可操作的以采集 與在像風(fēng)力渦輪機(jī)105的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)部件關(guān)聯(lián)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施 例中，數(shù)據(jù)采集模塊160可以包括用于提供與風(fēng)力渦輪機(jī)105的一個(gè)或多個(gè)部件關(guān)聯(lián)的信 息的一個(gè)或多個(gè)傳感器。例如，數(shù)據(jù)采集模塊160可以包括耦合于電源和在風(fēng)力渦輪機(jī) 105中的一個(gè)或多個(gè)部件(例如槳距驅(qū)動(dòng)器140和/或偏航驅(qū)動(dòng)器145等)的電流測(cè)量傳 感器。在其他實(shí)施例中，電流測(cè)量傳感器可以耦合于數(shù)據(jù)采集模塊160。電流測(cè)量傳感 器可以測(cè)量輸送到風(fēng)力渦輪機(jī)105中的一個(gè)或多個(gè)部件(例如槳距驅(qū)動(dòng)器140和/或偏航 驅(qū)動(dòng)器145等)的電流。當(dāng)例如槳距驅(qū)動(dòng)器140或偏航驅(qū)動(dòng)器145等一個(gè)或多個(gè)部件故障時(shí)，異常電力負(fù)載可以產(chǎn)生并且可以由所述電流測(cè)量傳感器測(cè)量。數(shù)據(jù)采集模塊160可 以適應(yīng)于測(cè)量和/或記錄異常電力負(fù)載并且提供異常電力負(fù)載信息給數(shù)據(jù)處理模塊165。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以包括用于調(diào)節(jié)由數(shù)據(jù)采集模塊160提供 給數(shù)據(jù)處理模塊165的運(yùn)行數(shù)據(jù)的濾波器170。共同地，數(shù)據(jù)采集模塊160和數(shù)據(jù)處理模 塊165可以稱(chēng)為一個(gè)設(shè)備但可體現(xiàn)為個(gè)體或分開(kāi)的部件。在調(diào)節(jié)由數(shù)據(jù)采集模塊160提 供給數(shù)據(jù)處理模塊165的運(yùn)行數(shù)據(jù)中，濾波器170可以減少由在某些參數(shù)、狀況和/或測(cè) 量中的短時(shí)波動(dòng)引起的在系統(tǒng)100的運(yùn)行中的失真和/或中斷。在一個(gè)實(shí)施例中，濾波 器170可以耦合于數(shù)據(jù)采集模塊160和數(shù)據(jù)處理模塊165。在另一個(gè)實(shí)施例中，濾波器 170可以耦合于一個(gè)或多個(gè)傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊160。在其他實(shí)施例中，濾波器170可 以集成進(jìn)入數(shù)據(jù)采集模塊160和/或數(shù)據(jù)處理模塊165。數(shù)據(jù)處理模塊165可以是可操作的以從數(shù)據(jù)采集模塊160接收運(yùn)行數(shù)據(jù)并且部分 基于提供的運(yùn)行數(shù)據(jù)確定部件警示狀況是否存在。部件警示狀況可以對(duì)應(yīng)于一個(gè)或多個(gè) 部件的運(yùn)行狀態(tài)。例如，在一些實(shí)施例中，部件警示狀況可以對(duì)應(yīng)于故障部件，例如異 常運(yùn)行、疲軟或故障的部件。在一些實(shí)施例中，部件警示狀況可以對(duì)應(yīng)于正確工作部件 和/或在正常運(yùn)行范圍內(nèi)運(yùn)行的部件。在其他實(shí)施例中，部件警示狀況可以對(duì)應(yīng)于上文 中的任意或所有。數(shù)據(jù)處理模塊165可以包括各種控制器、模塊和/或存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，用于接收數(shù) 據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和比較數(shù)據(jù)。根據(jù)圖示的實(shí)施例，在從數(shù)據(jù)采集模塊160接收與例如槳距 驅(qū)動(dòng)器140和/或偏航驅(qū)動(dòng)器145等一個(gè)或多個(gè)部件關(guān)聯(lián)的運(yùn)行數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)處理模塊 165可以比較接收的運(yùn)行數(shù)據(jù)與至少一個(gè)參考狀態(tài)或包括至少一個(gè)參考狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)以 確定警示狀況是否存在。在一個(gè)實(shí)施例中，參考狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以在統(tǒng)計(jì)上確定并且基于歷史運(yùn)行數(shù) 據(jù)。例如，參考狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以包括平均值并且可以根據(jù)部件在一段時(shí)間上的功能 特性包括風(fēng)力渦輪機(jī)中的部件的零或更多標(biāo)準(zhǔn)偏差。在另一個(gè)實(shí)施例中，參考狀態(tài)的運(yùn) 行數(shù)據(jù)可以預(yù)先限定，例如通過(guò)在一個(gè)或多個(gè)測(cè)試狀態(tài)期間進(jìn)行的測(cè)量等。在其他實(shí)施 例中，參考狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以包括閾值，并且仍然在其他實(shí)施例中，參考狀態(tài)的運(yùn)行 數(shù)據(jù)可以至少部分基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律條例或設(shè)計(jì)約束。當(dāng)比較由數(shù)據(jù)采集模塊160提供的運(yùn)行數(shù)據(jù)與參考狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)時(shí)，警示狀 況可以通過(guò)期望的參考值和由數(shù)據(jù)采集模塊160提供的實(shí)時(shí)值之間的差別證實(shí)。萬(wàn)一警 示狀況存在，數(shù)據(jù)處理模塊165可以輸出如下文進(jìn)一步描述的指示。系統(tǒng)100可以適應(yīng)于連續(xù)監(jiān)測(cè)和控制像風(fēng)力渦輪機(jī)105的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)或選擇性地 監(jiān)測(cè)和控制像風(fēng)力渦輪機(jī)105的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)。S卩，用于確定警示狀況是否存在的運(yùn)行狀 態(tài)可以是連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)或選擇的運(yùn)行狀態(tài)，例如運(yùn)行測(cè)試等。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100 可以適應(yīng)用于連續(xù)監(jiān)測(cè)，并且運(yùn)行狀態(tài)可以根據(jù)與風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)的環(huán)境狀況或如在155 示出的其他參數(shù)限定。基于風(fēng)力渦輪機(jī)參數(shù)155，例如與風(fēng)力渦輪機(jī)105關(guān)聯(lián)的包括風(fēng) 速、槳距角或風(fēng)力渦輪機(jī)105的功率輸出中的一個(gè)或多個(gè)的環(huán)境狀況等，系統(tǒng)100可以確 定一個(gè)或多個(gè)警示狀況是否存在。例如，在一個(gè)實(shí)施例中數(shù)據(jù)處理模塊165可以存儲(chǔ)多 個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)參數(shù)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)參數(shù)155提供給數(shù)據(jù)處理模塊165時(shí)，由 風(fēng)力渦輪機(jī)參數(shù)155限定的參考狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以由數(shù)據(jù)處理模塊165檢索并且與由數(shù)據(jù)采集模塊160提供的運(yùn)行數(shù)據(jù)比較。在其他實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理模塊165可以使用風(fēng) 力渦輪機(jī)參數(shù)155估計(jì)參考狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)并且可以比較該期望的運(yùn)行數(shù)據(jù)與由數(shù)據(jù)采 集模塊160提供的運(yùn)行數(shù)據(jù)。在其他實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以適應(yīng)于在一個(gè)或多個(gè)取樣周期選擇性地監(jiān)測(cè)和 控制像風(fēng)力渦輪機(jī)105的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)。取樣周期可以基于一個(gè)或多個(gè)規(guī)定的狀況。例 如，考慮到與較低風(fēng)速關(guān)聯(lián)的較低需求和負(fù)載，低風(fēng)速可提供用于選擇性地監(jiān)測(cè)像風(fēng)力 渦輪機(jī)105的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的好機(jī)會(huì)。特定的槳距角或風(fēng)力渦輪機(jī)105的功率輸出也可提 供如可以進(jìn)行某些運(yùn)行測(cè)試的好機(jī)會(huì)。運(yùn)行測(cè)試可以包括與風(fēng)力渦輪機(jī)105關(guān)聯(lián)的任意 功能測(cè)試，例如電纜扭曲釋放測(cè)試、偏航運(yùn)行測(cè)試或槳距用電池測(cè)試等，其中的所有可 以以各種風(fēng)速并且在電力正由風(fēng)力渦輪機(jī)105產(chǎn)生或沒(méi)有正在產(chǎn)生的情況下執(zhí)行。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)取樣狀況滿足時(shí)，系統(tǒng)100可以選擇性地通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊160和 數(shù)據(jù)處理模塊165監(jiān)測(cè)像風(fēng)力渦輪機(jī)105的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)，其通過(guò)記錄與例如槳距驅(qū)動(dòng)器 140和/或偏航驅(qū)動(dòng)器145等一個(gè)或多個(gè)部件關(guān)聯(lián)的電流水平并且通過(guò)比較記錄的值與 一個(gè)或多個(gè)參考值來(lái)進(jìn)行。將認(rèn)識(shí)到盡管系統(tǒng)100可以在規(guī)定的取樣周期期間選擇性地 監(jiān)測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)105時(shí)，系統(tǒng)100還可以在多個(gè)取樣周期期間選擇性地監(jiān)測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī) 105。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，取樣周期可以組合以形成具有對(duì)應(yīng)的多個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn) 的多取樣周期。通過(guò)使跨越不相似的參考周期的部件運(yùn)行特征相關(guān)聯(lián)，在多個(gè)取樣周期 上選擇性地監(jiān)測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)105可改進(jìn)故障檢測(cè)。作為示例，如果偏航驅(qū)動(dòng)器部件145 的異常電流負(fù)載在一個(gè)取樣周期A期間檢測(cè)到，偏航驅(qū)動(dòng)器部件145可以在另一個(gè)取樣周 期B期間選擇性地監(jiān)測(cè)以進(jìn)一步估計(jì)警示狀況是否可能存在。如果數(shù)據(jù)處理模塊165確定風(fēng)力渦輪機(jī)105的一個(gè)或多個(gè)部件的警示狀況存在， 數(shù)據(jù)處理模塊165可以輸出警示狀況的指示。這樣的指示可以對(duì)應(yīng)于觸發(fā)在警報(bào)系統(tǒng)150 中的警報(bào)和/或故障消息，其用于指示故障部件、用于要求維修或用于幫助檢查。這樣 的指示還可以對(duì)應(yīng)于提供給風(fēng)力渦輪機(jī)105和/或一個(gè)或多個(gè)故障部件的一個(gè)或多個(gè)命 令信號(hào)。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，該指示可以對(duì)應(yīng)于提供給控制系統(tǒng)135用于降低像風(fēng) 力渦輪機(jī)105的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的額定功率的命令信號(hào)(例如當(dāng)多個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)器145中的一個(gè) 故障時(shí))。如果一個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)器145故障，數(shù)據(jù)處理模塊165可以提供命令信號(hào)給控制系 統(tǒng)135識(shí)別該故障偏航驅(qū)動(dòng)器145?？刂葡到y(tǒng)135可以通過(guò)相應(yīng)地調(diào)整剩下的偏航驅(qū)動(dòng)器 145補(bǔ)償該故障的偏航驅(qū)動(dòng)器145。這樣的補(bǔ)償可以基于風(fēng)力渦輪機(jī)105的電力生產(chǎn)負(fù)載 和/或像風(fēng)速、槳距角和湍流測(cè)量的與風(fēng)力渦輪機(jī)105關(guān)聯(lián)的環(huán)境狀態(tài)。在該示范性實(shí)施 例中，剩下的偏航驅(qū)動(dòng)器145可以在限制的負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行而不遭受持久的損傷。萬(wàn)一 另外的偏航驅(qū)動(dòng)器145故障，那么控制系統(tǒng)135可以進(jìn)一步降低風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的額定功率并 且甚至可以停用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)以避免持久損傷(例如當(dāng)多個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)器145故障時(shí))。在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，由數(shù)據(jù)處理模塊165提供的指示可以與故障部件關(guān) 聯(lián)。為了說(shuō)明，偏航驅(qū)動(dòng)器145可以包括兩個(gè)控制部件一個(gè)是鏈接到電源的斷路器； 另一個(gè)是用于釋放或停止驅(qū)動(dòng)器的制動(dòng)器。根據(jù)由數(shù)據(jù)處理模塊165提供的指示，到故 障偏航驅(qū)動(dòng)器145的電力可以通過(guò)斷路器的啟動(dòng)而中斷，或該故障偏航驅(qū)動(dòng)器145可以通 過(guò)利用制動(dòng)器而被停止或釋放。在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)警示狀況存在時(shí)可以隔離該故障偏航驅(qū)動(dòng)器145，并且可以減少與該故障偏航驅(qū)動(dòng)器145關(guān)聯(lián)的損傷。圖2圖示用于監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的示范性方法200。方法200可以在框205 開(kāi)始，其中在例如風(fēng)力渦輪機(jī)105等風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中的部件可以操作。該部件可以是在風(fēng) 力驅(qū)動(dòng)機(jī)中的任意部件，例如槳距驅(qū)動(dòng)器140或偏航驅(qū)動(dòng)器145。另外，在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中 的多個(gè)部件可以在框205操作，例如多個(gè)槳距驅(qū)動(dòng)器140、多個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)器145或每個(gè)的 多個(gè)組合。在框210，可以提供運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)可以是連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)或選擇性運(yùn)行狀 態(tài)。在框210，該運(yùn)行狀態(tài)可以根據(jù)例如風(fēng)速、槳距角或風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率輸出等與風(fēng)力 驅(qū)動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)的環(huán)境狀況提供。在框210的該運(yùn)行狀態(tài)還可以是與風(fēng)力驅(qū)動(dòng) 機(jī)關(guān)聯(lián)的運(yùn)行測(cè)試的部分。運(yùn)行測(cè)試可以包括與風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)的任意功能測(cè)試，例如 電纜扭曲釋放測(cè)試、偏航運(yùn)行測(cè)試或槳距用電池測(cè)試等。在框215，可以進(jìn)行確定在框205風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中正操作的一個(gè)或多個(gè)部件是否在 框210正提供的運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行。如果在框205在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中正操作的一個(gè)或多個(gè)部件 不在框210正提供的運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行，一個(gè)或多個(gè)部件可以繼續(xù)運(yùn)行。然而，如果在框205 在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中正操作的一個(gè)或多個(gè)部件在框210正提供的運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行，該方法200可 以在框220繼續(xù)。在框220，可以測(cè)量該一個(gè)或多個(gè)部件的運(yùn)行數(shù)據(jù)。風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以 涉及在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中的部件的電特性，例如電流、電壓、阻抗或功率特性等。在一個(gè)實(shí) 施例中，電傳感器可以用于測(cè)量風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，與例如系 統(tǒng)100中的數(shù)據(jù)采集模塊160等另一個(gè)模塊組合或作為其的一部分的電傳感器可以用于測(cè) 量在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中的部件的運(yùn)行數(shù)據(jù)?？?25可以濾波該一個(gè)或多個(gè)部件的測(cè)量的運(yùn)行數(shù)據(jù)。在框225濾波該一個(gè)或 多個(gè)部件的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以調(diào)節(jié)運(yùn)行數(shù)據(jù)并且可以減少可存在于運(yùn)行數(shù)據(jù)中的失真和/或 中斷(例如來(lái)自在某些參數(shù)、狀況和/或測(cè)量中的短時(shí)波動(dòng)等)。將認(rèn)識(shí)到盡管框225在 方法200中圖示為在測(cè)量風(fēng)力渦輪機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)部件的運(yùn)行數(shù)據(jù)后實(shí)現(xiàn)，框225還可 以在框220中測(cè)量運(yùn)行數(shù)據(jù)測(cè)量或作為框220的一部分實(shí)現(xiàn)。在框230，可以提供參考狀態(tài)時(shí)的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)部件的運(yùn)行數(shù)據(jù)。 參考狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以與數(shù)學(xué)確定、估計(jì)關(guān)聯(lián)，其基于歷史數(shù)據(jù)或在之前限定。在一 個(gè)實(shí)施例中，參考狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以在統(tǒng)計(jì)上確定并且基于一個(gè)或多個(gè)部件在一段時(shí) 間上或在一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)上的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，參考狀態(tài)的運(yùn)行 數(shù)據(jù)可以基于在一個(gè)或多個(gè)測(cè)試狀態(tài)期間記錄的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量。在另一個(gè)實(shí)施例中， 參考狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律條例或設(shè)計(jì)約束確定。在其他實(shí)施例中， 可以提供用于提供參考狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)的上述方法的任意組合。方法200可以在框235繼續(xù)并且可以確定一個(gè)或多個(gè)部件的運(yùn)行數(shù)據(jù)是否相似 于該一個(gè)或多個(gè)部件在參考狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)部件 的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以與一個(gè)或多個(gè)部件在參考狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)比較。當(dāng)比較運(yùn)行數(shù)據(jù)時(shí)，警 示狀況可以通過(guò)參考值和從處于運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)部件測(cè)量的實(shí)時(shí)值之間的差別證實(shí)。如果一個(gè)或多個(gè)部件警示狀況存在，那么方法200可以進(jìn)入框240，其中可以提供一個(gè)或多個(gè)部件警示狀況的指示。指示可以與警報(bào)信號(hào)、風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)命令信號(hào)或部件 命令信號(hào)關(guān)聯(lián)。在一個(gè)實(shí)施例中，警報(bào)或故障消息可以在框240提供，例如通過(guò)在系統(tǒng) 100中的警報(bào)系統(tǒng)150。警報(bào)或故障消息可以指示部件警示狀況和/或可以要求對(duì)風(fēng)力驅(qū) 動(dòng)機(jī)和/或部件的人工檢查。在另一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)在框240提供給 風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)命令信號(hào)降低額定功率。在其他實(shí)施例中，故障部件可以根據(jù) 在框240提供給該部件的一個(gè)或多個(gè)命令信號(hào)而被隔離。用于隔離一個(gè)或多個(gè)故障部件 的一個(gè)或多個(gè)命令信號(hào)可以包括例如用于利用制動(dòng)器或中斷到故障部件的電力的命令信 號(hào)。在仍然其他實(shí)施例中，在框240可以提供上述指示的任意組合。輸出框240處的指示(例如警報(bào)或故障消息等)可以識(shí)別對(duì)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的適時(shí) 或不適時(shí)的維護(hù)的需要并且從而當(dāng)存在故障部件時(shí)可以減少與風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)運(yùn)行關(guān)聯(lián)的不 必要的損傷。相似地，輸出框240處的用于隔離一個(gè)或多個(gè)故障部件和/或改變風(fēng)力驅(qū) 動(dòng)機(jī)的運(yùn)行以考慮故障部件的指示可以同樣減少不必要的損傷。因此，本發(fā)明的實(shí)施例 可以降低與長(zhǎng)時(shí)間維護(hù)間隔關(guān)聯(lián)的損傷風(fēng)險(xiǎn)，并且通過(guò)隔離或指示該一個(gè)或多個(gè)故障部 件，本發(fā)明的實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)更好維護(hù)實(shí)踐。減少的損傷和更好的維護(hù)實(shí)踐至少是本發(fā) 明的一些技術(shù)效果。此外，因?yàn)楣收喜考梢员桓綦x和/或指示并且風(fēng)力渦輪機(jī)可以被 改變用于繼續(xù)運(yùn)行，本發(fā)明的實(shí)施例可以避免與在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中的故障部件關(guān)聯(lián)的電力 中斷。從風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的更可靠電力生產(chǎn)至少是本發(fā)明的一個(gè)其他的技術(shù)效果。本文闡述的本發(fā)明的許多修改和其他實(shí)施例將被得益于前述說(shuō)明和關(guān)聯(lián)的附圖 中提出的教導(dǎo)的與這些發(fā)明相關(guān)的領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員想到。從而，本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員 將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明可采用許多形式體現(xiàn)并且不應(yīng)該限制于上文描述的實(shí)施例。因此，要理 解本發(fā)明不限于公開(kāi)的特定實(shí)施例并且修改和其他實(shí)施例規(guī)定為包括在附上的權(quán)利要求 的范圍內(nèi)。盡管本文采用特定術(shù)語(yǔ)，它們僅在一般和說(shuō)明意義上使用并且不是為了限制 的目的。
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部件列表
100系統(tǒng)105風(fēng)力渦輪機(jī)
110機(jī)艙115塔架
120轉(zhuǎn)子125葉片
130旋轉(zhuǎn)轂 135控制系統(tǒng)
140槳距驅(qū)動(dòng)器 145偏航驅(qū)動(dòng)器
146風(fēng)向標(biāo) 150警報(bào)系統(tǒng)
155風(fēng)力渦輪機(jī)參數(shù)160數(shù)據(jù)采集模塊
165數(shù)據(jù)處理模塊 170濾波器
200方法205框
210框215框
220框225框
230框235框
240 框。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的方法(200)，所述方法包括 操作(205)處于運(yùn)行狀態(tài)的所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)中的至少一個(gè)部件；至少部分基于與所述至少一個(gè)部件關(guān)聯(lián)的電特性確定(235) —個(gè)或多個(gè)部件警示狀 況是否存在；以及當(dāng)一個(gè)或多個(gè)部件警示狀況存在時(shí)輸出(240)至少一個(gè)指示。
2.如權(quán)利要求1所述的方法(200)，其中所述運(yùn)行狀態(tài)與下列中的至少一個(gè)關(guān)聯(lián)與 所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)的環(huán)境狀態(tài)或與所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)的運(yùn)行測(cè)試。
3.如權(quán)利要求2所述的方法(200)，其中與所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)的所述環(huán)境狀態(tài)包括 下列中的至少一個(gè)風(fēng)速、槳距角或所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率輸出。
4.如權(quán)利要求2所述的方法(200)，其中與所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)的所述運(yùn)行測(cè)試包括 下列中的至少一個(gè)電纜扭曲釋放測(cè)試或槳距用電池測(cè)試。
5.如權(quán)利要求1所述的方法(200)，其中至少部分基于電特性確定(235)—個(gè)或多個(gè) 部件警示狀況是否存在的步驟包括至少部分基于與所述至少一個(gè)部件關(guān)聯(lián)的電流特性確 定一個(gè)或多個(gè)部件警示狀況是否存在。
6.一種系統(tǒng)(100)，其包括包括可操作成在運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行的至少一個(gè)部件(140、145)的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)(105)； 可操作成采集與所述至少一個(gè)部件(140、145)關(guān)聯(lián)的運(yùn)行數(shù)據(jù)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)采集 模塊(160)；以及至少一個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊(165)，其可操作成 從所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊(160)接收運(yùn)行數(shù)據(jù)，其中 所述運(yùn)行數(shù)據(jù)包括與所述至少一個(gè)部件(140、145)關(guān)聯(lián)的電特性； 至少部分基于與所述至少一個(gè)部件(140、145)關(guān)聯(lián)的電特性確定一個(gè)或多個(gè)部件警 示狀況是否存在；以及當(dāng)一個(gè)或多個(gè)部件警示狀況存在時(shí)輸出至少一個(gè)指示。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(100)，進(jìn)一步包括耦合于所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊(160)的至少一個(gè)傳感器，其中所述至少一個(gè) 傳感器可操作成提供與所述至少一個(gè)部件(140、145)關(guān)聯(lián)的信息給所述數(shù)據(jù)采集模塊 (160)。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(100)，進(jìn)一步包括耦合于所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊(160)并且可操作成調(diào)節(jié)提供給所述至少一個(gè)數(shù) 據(jù)處理模塊(165)的所述運(yùn)行數(shù)據(jù)的至少一個(gè)濾波器(170)。
9.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(100)，其中所述數(shù)據(jù)處理模塊(165)可操作成通過(guò)比較 與所述運(yùn)行狀態(tài)關(guān)聯(lián)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和與至少一個(gè)參考狀態(tài)關(guān)聯(lián)的運(yùn)行數(shù)據(jù)確定一個(gè)或多個(gè) 部件警示狀況是否存在。
10.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(100)，其中所述至少一個(gè)指示包括下列中的至少一 個(gè)警報(bào)信號(hào)、命令信號(hào)、用于利用與所述至少一個(gè)部件關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)制動(dòng)器的信 號(hào)、用于中斷正提供給所述至少一個(gè)部件的電力的信號(hào)，或用于降低所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的 額定功率的信號(hào)。 c
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例可以提供用于監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)(105)的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可以提供包括具有至少一個(gè)部件(140、145)的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)(105)的系統(tǒng)(100)。該系統(tǒng)(100)還可以包括用于從該至少一個(gè)部件(140、145)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)并且用于提供該運(yùn)行數(shù)據(jù)給至少一個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊(165)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊(160)。該運(yùn)行數(shù)據(jù)可以包括與該至少一個(gè)部件關(guān)聯(lián)的電特性。該數(shù)據(jù)處理模塊(165)可以接收該運(yùn)行數(shù)據(jù)，確定該運(yùn)行數(shù)據(jù)是否指示該部件(140、145)正在警示狀況中運(yùn)行，并且當(dāng)該部件(140、145)正在警示狀況中運(yùn)行時(shí)提供指示。
文檔編號(hào)F03D7/02GK102022266SQ20101029457
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者M·高, Z·萬(wàn), 趙海琦 申請(qǐng)人:通用電氣公司