專(zhuān)利名稱(chēng)：運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)的方法和風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，并且特別涉及一種在特定情況下運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，風(fēng)力渦輪機(jī)是復(fù)雜且昂貴的電力設(shè)備。為了以低廉有效的方式運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)，重要的是停機(jī)時(shí)間階段要盡可能地短。然而，這種需求并不能容易地滿足，原因是風(fēng)力渦輪機(jī)必須得到保護(hù)，免受由高風(fēng)速引起的重負(fù)載所導(dǎo)致的損壞，或者避免風(fēng)力渦輪機(jī)自身的失效。為了在大風(fēng)狀況下保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)，通常公知的是在風(fēng)速超過(guò)特定極限的時(shí)候使風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)。
此外，通過(guò)US7，476，985B2,已知的是在風(fēng)速超過(guò)特定極限的情況下在安全模式下運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)。在安全模式下，風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出功率被降低。
通過(guò)EP2026160A1，已知的是基于存在的事件(例如結(jié)冰、風(fēng)力渦輪機(jī)部件的結(jié)構(gòu)完整性等)而決定風(fēng)力渦輪機(jī)的停轉(zhuǎn)。
此外，通過(guò)EP1531376B1，已知的是一種預(yù)見(jiàn)性維護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于振動(dòng)分析而產(chǎn)生關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)械部件失效或故障的警報(bào)。
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)的方法以及一種風(fēng)力渦輪機(jī)，能夠提供風(fēng)力渦輪機(jī)的改良有效性。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，包括以下步驟:接收作為風(fēng)力渦輪機(jī)狀態(tài)的指示的多個(gè)傳感器信號(hào)；分析多個(gè)傳感器信號(hào)從而確定是否滿足如在多個(gè)不同預(yù)定警報(bào)方案之一中那樣預(yù)定的特定警報(bào)條件；根據(jù)如在特定警報(bào)條件被滿足的警報(bào)方案中那樣預(yù)定的分析步驟進(jìn)一步分析多個(gè)傳感器信號(hào)中的至少一個(gè)，從而確定是否將風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)為預(yù)定的安全模式、停機(jī)模式、或者連續(xù)運(yùn)行模式。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)。風(fēng)力渦輪機(jī)包括塔架、機(jī)艙、具有至少一個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子、以及控制器。該控制器布置成控制風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行，其中控制器包括存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)多個(gè)預(yù)定警報(bào)方案。控制器聯(lián)接到多個(gè)傳感器，所述傳感器被布置成輸出作為至少所述風(fēng)力渦輪機(jī)狀態(tài)的指示的傳感器信號(hào)?？刂破鬟M(jìn)一步布置成分析多個(gè)傳感器信號(hào)，從而確定是否滿足如在多個(gè)不同預(yù)定警報(bào)方案之一中那樣預(yù)定的特定警報(bào)條件；以及根據(jù)如在特定警報(bào)條件被滿足的警報(bào)方案中那樣預(yù)定的分析步驟進(jìn)一步分析多個(gè)傳感器信號(hào)中的至少一個(gè)，從而確定是否將風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)為預(yù)定的安全模式、停機(jī)模式、或者連續(xù)運(yùn)行模式。
本發(fā)明的其它方面在從屬權(quán)利要求、接下來(lái)的描述以及附圖中提出。


通過(guò)參考附圖的示例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明、使用容錯(cuò)控制的風(fēng)力渦輪機(jī)中過(guò)程變量的典型曲線；
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明、用于運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)的方法實(shí)施例的流程圖3示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)施例；
圖4示意性地顯示了控制器，用于控制圖3中的風(fēng)力渦輪機(jī)；以及
圖5示意性地顯示了本發(fā)明部分實(shí)施例中使用的警報(bào)方案。
具體實(shí)施方式
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的安全模式運(yùn)行的示例。在實(shí)施例的詳細(xì)描述之前，先進(jìn)行一般性說(shuō)明。
如開(kāi)篇所提到，風(fēng)力渦輪機(jī)是昂貴的電力設(shè)備并且目的是以總體停機(jī)時(shí)間盡可能短的方式來(lái)運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)。然而，風(fēng)力渦輪機(jī)必須受到保護(hù)，免受例如高風(fēng)速所引起的重負(fù)載而導(dǎo)致的損壞，或者免受風(fēng)力渦輪機(jī)自身的失效，例如傳動(dòng)系、發(fā)電機(jī)、液壓系統(tǒng)等的缺陷。
同樣如開(kāi)篇所指出的，通常公知的是，在風(fēng)速超過(guò)特定數(shù)值的情況下關(guān)閉或者停止風(fēng)力渦輪機(jī)。然而，這項(xiàng)簡(jiǎn)單的技術(shù)并非在任何情況下都是可靠的。例如，風(fēng)速傳感器會(huì)存在缺陷，從而使得風(fēng)力渦輪機(jī)在允許的天氣狀況下也會(huì)停機(jī)。此外，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)特定數(shù)值的時(shí)候，風(fēng)力渦輪機(jī)的完全停機(jī)并非在任何情況下都是必需的。
開(kāi)篇提到的US7，476，985B2在“安全模式”下運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)，即在降低的功率輸出的模式下運(yùn)行。風(fēng)力渦輪機(jī)在風(fēng)速超過(guò)特定極限(例如25m/s)的情況下和/或例如與風(fēng)相關(guān)的其它變量也超過(guò)預(yù)定數(shù)值的情況下在安全模式下運(yùn)行。
然而，如發(fā)明人所認(rèn)識(shí)到，單純地確定變量是否超過(guò)預(yù)定數(shù)值并沒(méi)有考慮到例如變量沒(méi)有反映出風(fēng)力渦輪機(jī)的“真實(shí)”狀態(tài)，例如由于傳感器故障。此外，不能評(píng)價(jià)出風(fēng)力渦輪機(jī)具有何種運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行狀態(tài)如何發(fā)展。
風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)的決定同樣基于所發(fā)生的事件，例如結(jié)冰、風(fēng)力渦輪機(jī)部件的結(jié)構(gòu)完整性、風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的污垢或腐蝕、連接件的松動(dòng)、溫度控制的問(wèn)題，如開(kāi)篇提到的EP2026160A1中所公開(kāi)。這些事件是通過(guò)對(duì)測(cè)量的信號(hào)模式(例如風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)出的噪音、風(fēng)力渦輪機(jī)的功率輸出等)進(jìn)行分析而被探測(cè)出來(lái)。
開(kāi)篇提到的EP1531376B1涉及一種預(yù)見(jiàn)性維護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于振動(dòng)分析而產(chǎn)生與風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)械部件的失效或故障相關(guān)的警報(bào)。
發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，例如當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)的狀態(tài)根據(jù)多個(gè)預(yù)定的不同警報(bào)方案而進(jìn)行分析以及運(yùn)行的時(shí)候，風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行時(shí)間能夠增加，根據(jù)所述警報(bào)方案風(fēng)力渦輪機(jī)會(huì)發(fā)生損壞以及根據(jù)所述警報(bào)方案現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)力渦輪機(jī)通常停機(jī)，例如在高風(fēng)速時(shí)。
在實(shí)施例中，例如風(fēng)力渦輪機(jī)的控制器接收多個(gè)傳感器信號(hào)，所述信號(hào)是風(fēng)力渦輪機(jī)狀態(tài)的指示。多個(gè)傳感器信號(hào)被分析，從而確定是否滿足如在多個(gè)不同預(yù)定警報(bào)方案中的至少一個(gè)中那樣預(yù)定的特定警報(bào)條件。警報(bào)條件例如可以是傳感器信號(hào)滿足預(yù)定數(shù)值，例如超過(guò)預(yù)定極限的風(fēng)速。傳感器信號(hào)(例如風(fēng)速)能夠通過(guò)風(fēng)速傳感器信號(hào)或者其它信號(hào)而確定，風(fēng)速能夠通過(guò)所述其它信號(hào)(例如轉(zhuǎn)子速度或者類(lèi)似的)而被推導(dǎo)出來(lái)。
在滿足特定警報(bào)條件的情況下，警報(bào)條件被滿足的警報(bào)方案中的進(jìn)一步預(yù)定“規(guī)則”被進(jìn)行處理。這種規(guī)則可包括例如預(yù)定分析步驟形式的規(guī)則，多個(gè)傳感器信號(hào)中的至少一個(gè)可以根據(jù)該規(guī)則而進(jìn)行分析。多個(gè)傳感器信號(hào)中至少一個(gè)的分析是根據(jù)特定警報(bào)條件被滿足的警報(bào)方案中預(yù)定的分析步驟被執(zhí)行的，從而確定風(fēng)力渦輪機(jī)是否被設(shè)為預(yù)定的安全模式、停機(jī)模式、或者連續(xù)運(yùn)行模式。
警報(bào)方案中預(yù)定的其它規(guī)則包括例如用于決定風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)當(dāng)在何種模式下進(jìn)一步運(yùn)行的規(guī)則和/或限定了安全模式自身的規(guī)則，例如以控制策略的形式，風(fēng)力渦輪機(jī)在安全模式期間應(yīng)當(dāng)根據(jù)所述控制策略運(yùn)行。
安全模式可以是風(fēng)力渦輪機(jī)以降低的功率輸出來(lái)運(yùn)行的模式，但是它還可以是其中例如執(zhí)行另外的分析步驟(例如傳感器失效分析等)并且風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行以全功率輸出而繼續(xù)的模式。安全模式還可以包括:執(zhí)行解纜操作、執(zhí)行冷卻操作、監(jiān)測(cè)用于探測(cè)是否超過(guò)閾值的至少一個(gè)傳感器信號(hào)等。
停機(jī)模式可以例如通過(guò)將葉片設(shè)定到它們不產(chǎn)生任何提升力的位置、通過(guò)將葉片設(shè)定到堵轉(zhuǎn)位置、和/或開(kāi)啟制動(dòng)和/或使機(jī)艙偏航到風(fēng)力之外等等而得以實(shí)現(xiàn)。
在部分實(shí)施例中，決定風(fēng)力渦輪機(jī)在何種模式下運(yùn)行(在安全、停機(jī)或者連續(xù)運(yùn)行模式下運(yùn)行)是在兩個(gè)階段過(guò)程中進(jìn)行的。在第一階段分析出是否滿足警報(bào)條件，以及在第二階段、由接收到的傳感器信號(hào)所代表的風(fēng)力渦輪機(jī)狀態(tài)根據(jù)在相應(yīng)警報(bào)方案中預(yù)定的分析步驟而進(jìn)一步分析。通過(guò)這種進(jìn)一步分析，能夠以一種靈活的方式對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)做出反應(yīng)，這對(duì)于可能導(dǎo)致?lián)p壞而言是關(guān)鍵性的。此外，在部分實(shí)施例中，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的解決方案風(fēng)力渦輪機(jī)需要停機(jī)或者設(shè)為安全模式的情況下，甚至能夠在正常運(yùn)行模式下運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)，而不需要降低功率。此外，在部分實(shí)施例中，通過(guò)提供多種預(yù)定的不同警報(bào)方案，能夠處理風(fēng)力渦輪機(jī)任意種類(lèi)的特定狀態(tài)以及預(yù)見(jiàn)到用于這種特定狀態(tài)的特定分析及安全模式策略，所述警報(bào)方案通常會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞。由此，在部分實(shí)施例中，運(yùn)行期間風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)的數(shù)目能夠減少，這會(huì)導(dǎo)致整體停機(jī)時(shí)間的減少以及由此使功率輸出達(dá)到最大。
在部分實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)傳感器信號(hào)與閾值的對(duì)比僅僅在第一步驟中使用，用于決定是否滿足特定的警報(bào)條件，例如在上面提到的風(fēng)速情況下。在第二階段的進(jìn)一步分析中，通過(guò)進(jìn)一步分析多個(gè)傳感器中的至少一個(gè)，風(fēng)力渦輪機(jī)的狀態(tài)被進(jìn)一步分析。例如在風(fēng)速示例的情況下，葉片負(fù)載及塔架負(fù)載能夠通過(guò)分析相應(yīng)的傳感器信號(hào)而被分析?；谶@種分析，能夠進(jìn)一步分析風(fēng)力渦輪機(jī)的狀態(tài)以及推導(dǎo)出例如能夠選擇哪種安全模式從而進(jìn)一步運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)，以及例如通過(guò)哪種降低的輸出功率，相對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)的期望負(fù)載而言正當(dāng)?shù)陌踩Ｊ竭\(yùn)行是可行的。
在部分實(shí)施例中，在進(jìn)一步分析步驟中進(jìn)行分析的多個(gè)傳感器信號(hào)中的至少一個(gè)與導(dǎo)致確定滿足特定警報(bào)條件的多個(gè)傳感器信號(hào)是不同的。例如，在風(fēng)速信號(hào)超過(guò)閾值的情況下，則滿足了高風(fēng)速警報(bào)方案的警報(bào)條件。高風(fēng)速警報(bào)方案限定了其它傳感器信號(hào)(例如轉(zhuǎn)子速度信號(hào)以及輸出功率信號(hào))，至少風(fēng)速的估計(jì)值能夠通過(guò)所述其它傳感器信號(hào)而被推導(dǎo)出來(lái)。
在部分實(shí)施例中，分析步驟包括傳感器故障的確定。例如，通過(guò)將直接測(cè)量的風(fēng)速與估計(jì)的風(fēng)速進(jìn)行對(duì)比，如上面所說(shuō)明，能夠確定風(fēng)速傳感器出現(xiàn)故障與否。通常地，在實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)具有用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行和狀態(tài)的多個(gè)傳感器，例如用于測(cè)量溫度(環(huán)境、機(jī)艙中、傳動(dòng)系、液壓油等)、風(fēng)速以及風(fēng)向、葉片槳距角、葉片位置等的傳感器。由于來(lái)自于一個(gè)傳感器的傳感器信號(hào)可能不可靠，例如在傳感器故障的情況下，因此可以分析來(lái)自于不同傳感器的多個(gè)傳感器信號(hào)，從而確定傳感器的故障和/或分析出風(fēng)力渦輪機(jī)的(真實(shí))狀態(tài)。
在部分實(shí)施例中，分析步驟包括風(fēng)力渦輪機(jī)理論狀態(tài)的模擬。參考風(fēng)速示例，風(fēng)力渦輪機(jī)理論狀態(tài)的模擬能夠基于輸出功率信號(hào)、發(fā)電機(jī)電流信號(hào)以及轉(zhuǎn)子速度信號(hào)，以及表征風(fēng)力渦輪機(jī)的模型參數(shù)。通過(guò)基于模型參數(shù)來(lái)模擬風(fēng)力渦輪機(jī)，以及使用輸出功率、發(fā)電機(jī)電流以及轉(zhuǎn)子速度信號(hào)，能夠推導(dǎo)出風(fēng)力渦輪機(jī)的理論狀態(tài)以及計(jì)算出導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)這種狀態(tài)的風(fēng)速。
在部分實(shí)施例中，模擬出的風(fēng)力渦輪機(jī)理論狀態(tài)被用于在安全模式下控制風(fēng)力渦輪機(jī)。例如，在傳感器具有故障的情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)的相應(yīng)理論狀態(tài)能夠被模擬以及基于該模擬能夠產(chǎn)生數(shù)值，該數(shù)值另外能夠從故障傳感器的傳感器信號(hào)被推導(dǎo)出來(lái)。這樣，在部分實(shí)施例中，通過(guò)用從風(fēng)力渦輪機(jī)理論狀態(tài)模擬中推導(dǎo)出的數(shù)值或信號(hào)來(lái)替換有故障的傳感器信號(hào)，能夠進(jìn)一步在安全模式下運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)，而無(wú)需降低功率輸出。
在部分實(shí)施例中，從風(fēng)力渦輪機(jī)理論狀態(tài)的模擬而推導(dǎo)出的數(shù)值與風(fēng)力渦輪機(jī)的傳感器信號(hào)進(jìn)行對(duì)比。這種對(duì)比例如可以包括傳感器信號(hào)與該數(shù)值之間偏差的計(jì)算。在這樣的實(shí)施例中，將風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)為安全模式的決定能夠基于計(jì)算出的傳感器信號(hào)與該數(shù)值之間的偏差。
在部分實(shí)施例中，安全模式依賴(lài)于預(yù)定的警報(bào)方案。安全模式例如在警報(bào)方案中預(yù)定或者警報(bào)方案包括規(guī)則，安全模式根據(jù)該規(guī)則而產(chǎn)生。由此，在部分實(shí)施例中，對(duì)于每個(gè)警報(bào)方案，都能夠預(yù)定特定的安全模式，從而使得風(fēng)力渦輪機(jī)的多種不同關(guān)鍵運(yùn)行狀態(tài)都能夠被處理。
在部分實(shí)施例中，預(yù)定警報(bào)方案均至少包括:特定警報(bào)條件信息，其針對(duì)警報(bào)條件被滿足的傳感器信號(hào)分析結(jié)果限定；關(guān)于分析步驟的信息；在何種情況下風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)當(dāng)被設(shè)為安全模式、停機(jī)模式或者連續(xù)運(yùn)行模式的信息；以及關(guān)于被風(fēng)力渦輪機(jī)執(zhí)行的安全模式的信息。由此，如上面所提到，警報(bào)方案能夠包括一整套規(guī)則，可能在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行期間中發(fā)生的多個(gè)不同關(guān)鍵情況能夠根據(jù)所述規(guī)則進(jìn)行處理，而不需要必須使風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)。
在部分實(shí)施例中，多個(gè)預(yù)定的警報(bào)方案包括以下的至少一個(gè):風(fēng)力渦輪機(jī)的環(huán)境高溫、風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的高溫、風(fēng)力渦輪機(jī)傳動(dòng)系的高溫、高風(fēng)速時(shí)的停機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)葉片槳距偏離錯(cuò)誤(deviation error)、風(fēng)力潤(rùn)輪機(jī)的所有風(fēng)力傳感器錯(cuò)誤、風(fēng)力潤(rùn)輪機(jī)葉片槳距位置錯(cuò)誤、風(fēng)力渦輪機(jī)液壓系統(tǒng)的高溫。
在部分實(shí)施例中，多個(gè)傳感器信號(hào)包括作為以下至少一個(gè)的指示的信號(hào):風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度、風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)溫度、風(fēng)力渦輪機(jī)傳動(dòng)系溫度、風(fēng)力渦輪機(jī)液壓系統(tǒng)溫度、葉片位置、電網(wǎng)電壓、扭纜(cable twist)數(shù)目、輸出功率、機(jī)艙溫度、熱繼電器錯(cuò)誤、塔架負(fù)載、塔架振動(dòng)、轉(zhuǎn)子速度、槳距角、葉片負(fù)載、冷卻能力、油壓、發(fā)電機(jī)電流。
多個(gè)傳感器信號(hào)以及由這些信號(hào)推導(dǎo)出的信息還可以從例如應(yīng)當(dāng)被操作的風(fēng)力渦輪機(jī)附近的另一風(fēng)力渦輪機(jī)那里接收。由此，在部分實(shí)施例中，關(guān)于至少一個(gè)附近風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的信息能夠被用于所研究的風(fēng)力渦輪機(jī)的控制或運(yùn)行。例如，錯(cuò)誤傳感器信號(hào)(例如風(fēng)速傳感器信號(hào))能夠被附近風(fēng)力渦輪機(jī)的相應(yīng)風(fēng)速傳感器信號(hào)所替代，該傳感器信號(hào)被假定為至少類(lèi)似于錯(cuò)誤傳感器信號(hào)。對(duì)于風(fēng)速而言，假定附近風(fēng)力渦輪機(jī)測(cè)量的風(fēng)速類(lèi)似于具有故障傳感器的風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)速。
如在此所使用，術(shù)語(yǔ)“信號(hào)”能夠是例如直接地由傳感器輸出的信號(hào)或者它可以是基于由傳感器直接輸出的傳感器信號(hào)的信號(hào)。
通過(guò)使用多個(gè)預(yù)定的不同警報(bào)方案以及多個(gè)傳感器信號(hào)，能夠處理風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行期間發(fā)生的多種警報(bào)情形以及為每種警報(bào)情形都能提供在相應(yīng)警報(bào)方案中限定的預(yù)定控制或者安全模式策略。在部分實(shí)施例中，警報(bào)方案能夠具有不同的優(yōu)先權(quán)，其例如依賴(lài)于由于特定故障警告所引起的預(yù)計(jì)破壞強(qiáng)度或者例如必須被滿足的需求是否被違反，所述需求例如是電網(wǎng)的需求，風(fēng)力渦輪機(jī)被連接至所述電網(wǎng)，并且該電網(wǎng)僅僅允許供給到電網(wǎng)的電流具有特定的電壓。
根據(jù)特定的警報(bào)方案，能夠產(chǎn)生特定的警報(bào)信號(hào)。警報(bào)信號(hào)例如能夠被傳送到遠(yuǎn)程控制器，指示工作人員存在相應(yīng)警報(bào)情形以及例如風(fēng)力渦輪機(jī)必須進(jìn)行維護(hù)。
部分實(shí)施例涉及適合于執(zhí)行上面所述方法的風(fēng)力渦輪機(jī)。風(fēng)力渦輪機(jī)包括一般部件，例如塔架，機(jī)艙，具有至少一個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子，用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行的控制器?？刂破靼ㄓ糜诖鎯?chǔ)多個(gè)預(yù)定警報(bào)方案的存儲(chǔ)器并且聯(lián)接到多個(gè)傳感器，所述傳感器可以是所述風(fēng)力渦輪機(jī)的一部分和/或甚至其它風(fēng)力渦輪機(jī)的一部分、并且被設(shè)置成將作為風(fēng)力渦輪機(jī)(或者其它風(fēng)力渦輪機(jī))運(yùn)行狀態(tài)指示的傳感器信號(hào)輸出?？刂破鞣治龆鄠€(gè)傳感器信號(hào)，從而確定是否滿足如在多個(gè)不同預(yù)定警報(bào)方案之一中那樣預(yù)定的特定警報(bào)條件?？刂破鞲鶕?jù)在特定警報(bào)條件被滿足的警報(bào)方案中預(yù)定的分析步驟進(jìn)一步分析多個(gè)傳感器信號(hào)中的至少一個(gè)，從而確定是否將風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)為如上所述的預(yù)定的安全模式、停機(jī)模式、或者連續(xù)運(yùn)行模式。
在部分實(shí)施例中，多個(gè)傳感器包括以下至少一個(gè):風(fēng)速傳感器、機(jī)艙溫度傳感器、葉片位置傳感器、塔架振動(dòng)傳感器、液壓油溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器、發(fā)電機(jī)溫度傳感器、轉(zhuǎn)子速度傳感器、風(fēng)向傳感器、發(fā)電機(jī)電壓傳感器、扭纜傳感器、傳動(dòng)系溫度傳感器、塔架負(fù)載傳感器、冷卻能力傳感器、油壓傳感器、發(fā)電機(jī)電流傳感器、或者本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的以及用于監(jiān)測(cè)和測(cè)量風(fēng)力渦輪機(jī)狀態(tài)的其它傳感器。
在部分實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)生故障的時(shí)候，風(fēng)力渦輪機(jī)在合適及需要的時(shí)候后退到安全運(yùn)行模式而不是停止，以及隨后風(fēng)力渦輪機(jī)停留在這個(gè)安全模式下直到例如這個(gè)錯(cuò)誤的原因得以澄清。在澄清之后，風(fēng)力渦輪機(jī)返回到正常運(yùn)行。當(dāng)然，在部分實(shí)施例中，會(huì)引起嚴(yán)重?fù)p壞的關(guān)鍵故障會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)的停機(jī)。在部分實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)在安全模式期間使用控制策略。
返回到圖1，顯示了在安全模式運(yùn)行期間執(zhí)行的控制策略的示例，以用于說(shuō)明的目的。風(fēng)力渦輪機(jī)19 (圖3)的過(guò)程變量(例如風(fēng)速信號(hào))隨著時(shí)間改變并且產(chǎn)生的曲線用I來(lái)表示。過(guò)程變量存在兩個(gè)閾值。警報(bào)在第一閾值2產(chǎn)生以及風(fēng)力渦輪機(jī)在第二閾值3停止。如圖1中所示，過(guò)程變量的數(shù)值隨著時(shí)間增加。過(guò)程變量進(jìn)行分析并且在點(diǎn)4滿足了特定警報(bào)方案30 (圖5)的特定警報(bào)條件。傳感器信號(hào)的進(jìn)一步分析或者診斷在點(diǎn)5進(jìn)行。傳感器分析是在特定警報(bào)條件在點(diǎn)4滿足的特定警報(bào)方案中限定的。基于傳感器信號(hào)的分析，如警報(bào)方案30的分析步驟中所限定的，控制策略被選擇出來(lái)以及風(fēng)力渦輪機(jī)19在點(diǎn)6進(jìn)入安全模式運(yùn)行。
在點(diǎn)6，曲線I顯示了兩個(gè)不同的分布。虛線分布10顯示了在警報(bào)方案中限定的容錯(cuò)控制下過(guò)程變量的進(jìn)一步發(fā)展。安全模式期間的控制策略允許例如以降低的功率輸出進(jìn)一步運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)，從而使得錯(cuò)誤的過(guò)程變量停留在第一和第二閾值2、3以下。
在決定點(diǎn)6之后，曲線I的實(shí)線分布顯示了在風(fēng)力渦輪機(jī)沒(méi)有被設(shè)為安全模式的情況下過(guò)程變量如何變化。在這個(gè)情況下，過(guò)程變量將會(huì)在點(diǎn)9超過(guò)閾值2(在該點(diǎn)9產(chǎn)生警報(bào))以及在點(diǎn)11超過(guò)閾值3 (在該點(diǎn)3風(fēng)力渦輪機(jī)將會(huì)停機(jī))，如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所做的那樣。
參考圖2和3，顯示了用于運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)19 (圖3)的方法實(shí)施例，如上面參考圖1的示例性描述。該方法例如通過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)19的控制器24執(zhí)行。風(fēng)力渦輪機(jī)19具有塔架23，機(jī)艙22固定在該塔架23上。機(jī)艙22能夠圍繞著它的垂直軸線旋轉(zhuǎn)。此外，具有三個(gè)葉片20的轉(zhuǎn)子21被定位在機(jī)艙22，從而驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系、齒輪以及發(fā)電機(jī)，用于產(chǎn)生電流(未示出)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。
控制器24被定位在機(jī)艙22中并且它從多個(gè)傳感器接收傳感器信號(hào)。在替換性實(shí)施例中，控制器24能夠被定位在塔架中或者風(fēng)力潤(rùn)輪機(jī)19的外部。
示例性地，在圖3中顯示了風(fēng)速傳感器25a、機(jī)艙溫度傳感器25b、葉片位置傳感器25c、以及塔架振動(dòng)傳感器25d，所述傳感器將傳感器信號(hào)傳送到控制器24。通常地，同樣如上所述，更多的傳感器被定位在風(fēng)力渦輪機(jī)19上，從而監(jiān)測(cè)以及測(cè)量風(fēng)力渦輪機(jī)的狀態(tài)。
為了運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)19，控制器24執(zhí)行如圖2中所示的方法。在12處方法開(kāi)始以及控制器從傳感器25a_d接收多個(gè)傳感器信號(hào)，所述信號(hào)是風(fēng)力渦輪機(jī)狀態(tài)的指示。由于控制器24還知曉它所接收相應(yīng)傳感器信號(hào)的相應(yīng)傳感器位于哪里，因此當(dāng)控制器24接收特定傳感器信號(hào)的時(shí)候具有關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)19的位置信息和物理信息，例如從機(jī)艙溫度傳感器25b接收機(jī)艙22中的溫度，從風(fēng)速傳感器25a接收機(jī)艙22頂部的當(dāng)前風(fēng)速，從葉片位置傳感器25c接收特定葉片20的葉片位置，以及從塔架振動(dòng)傳感器25d接收指示塔架振動(dòng)的信號(hào)。
從圖4中還可以看到，控制器24通過(guò)輸入線路28接收多個(gè)傳感器信號(hào)，例如從傳感器25a-d推導(dǎo)出的。在14處，控制器24分析接收到的傳感器信號(hào)以及確定是否滿足如在多個(gè)預(yù)定警報(bào)方案中的一個(gè)中那樣預(yù)定的特定的警報(bào)條件。
傳感器信號(hào)能夠從一個(gè)傳感器或者多個(gè)傳感器(例如傳感器陣列或者傳感器組)接收到，所述傳感器提供了作為風(fēng)力渦輪機(jī)狀態(tài)的特定特征的指示的信號(hào)，例如特定位置(機(jī)艙、環(huán)境、液壓油)的溫度、風(fēng)速/風(fēng)向、塔架振動(dòng)、葉片位置、機(jī)艙位置，等等。
預(yù)定的警報(bào)方案存儲(chǔ)在控制器24的存儲(chǔ)器26中。示例性警報(bào)方案30在圖5中顯示出來(lái)。警報(bào)方案30包括例如數(shù)據(jù)段31-35中規(guī)定格式的信息。
通常地，警報(bào)方案包括關(guān)于提供警報(bào)方案的關(guān)鍵情形類(lèi)型的信息31，例如高風(fēng)速警報(bào)方案，發(fā)電機(jī)高溫警報(bào)方案等。此外，每個(gè)特定警報(bào)方案30都具有特定的警報(bào)條件信息32，所述特定的警報(bào)條件信息32通過(guò)分析的傳感器信號(hào)而預(yù)定出哪些條件必須得到滿足，從而使得特定的警報(bào)方案是相關(guān)的。每個(gè)特定警報(bào)方案30都具有分析步驟信息33，所述分析步驟信息33預(yù)定出哪些分析步驟必須被完成以及根據(jù)哪些分析步驟進(jìn)一步分析接收到的傳感器信號(hào)。每個(gè)特定警報(bào)方案30都具有在哪種情況下風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)當(dāng)被設(shè)為安全模式、停機(jī)模式或者連續(xù)運(yùn)行模式的信息34。此外，警報(bào)方案30具有關(guān)于被風(fēng)力渦輪機(jī)執(zhí)行的安全模式的信息35，例如控制策略信息(故障控制信息)，關(guān)于功率降低的信息等。下面，進(jìn)一步詳細(xì)描述十個(gè)示例性預(yù)定警報(bào)方案。
由此，當(dāng)分析接收到的多個(gè)傳感器信號(hào)的時(shí)候，控制器24仔細(xì)檢查存儲(chǔ)器26中存儲(chǔ)的警報(bào)方案30并且例如通過(guò)使來(lái)自于一個(gè)傳感器或者來(lái)自于傳感器組的傳感器信號(hào)與限定在相應(yīng)特定警報(bào)條件32中的預(yù)定閾值(例如風(fēng)速閾值)進(jìn)行對(duì)比，從而確定是否滿足特定警報(bào)條件。
在滿足特定警報(bào)條件32的情況下，控制器24進(jìn)行選擇以及進(jìn)一步處理警報(bào)條件32被滿足的相應(yīng)警報(bào)方案30。
在15處，控制器24根據(jù)當(dāng)前處理的警報(bào)方案中限定的分析步驟信息33而進(jìn)一步分析至少一個(gè)接收到的傳感器信號(hào)。分析步驟信息33例如限定出哪個(gè)傳感器信號(hào)應(yīng)當(dāng)被分析，給出用于模擬風(fēng)力渦輪機(jī)理論狀態(tài)的規(guī)則，限定出故障傳感器分析等，如上所述。
故障傳感器分析能夠例如通過(guò)使來(lái)自于被檢查傳感器的傳感器信號(hào)與其它傳感器信號(hào)或者與計(jì)算出的數(shù)值(該數(shù)值基于風(fēng)力渦輪機(jī)19狀態(tài)的理論模擬)和/或從其它傳感器信號(hào)(該信號(hào)與用于決定滿足特定警報(bào)條件的傳感器信號(hào)有所不同)推導(dǎo)出的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比而得以實(shí)現(xiàn)。
因此在部分實(shí)施例中，控制器24將直接指示風(fēng)力渦輪機(jī)19特性的傳感器信號(hào)與間接指示風(fēng)力渦輪機(jī)特性(例如功率輸出、轉(zhuǎn)子速度等)的信號(hào)或者被模擬的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比。
此外，在部分實(shí)施例中，控制器24基于分析步驟信息33來(lái)分析傳感器信號(hào)(該信號(hào)是風(fēng)力渦輪機(jī)19運(yùn)行狀態(tài)的第一特性(例如風(fēng)速)的指示和/或滿足警報(bào)條件)以及傳感器信號(hào)(該信號(hào)是風(fēng)力渦輪機(jī)19運(yùn)行狀態(tài)的第二特性(例如塔架23的負(fù)載)的指示)，從而獲得關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)19狀態(tài)的更多信息。
在控制器24已經(jīng)根據(jù)分析步驟信息33分析了傳感器信號(hào)之后，控制器24在16處基于分析結(jié)果而決定出風(fēng)力渦輪機(jī)19是否應(yīng)當(dāng)被設(shè)為安全模式、正常運(yùn)行是否能夠繼續(xù)、或者風(fēng)力渦輪機(jī)19是否應(yīng)當(dāng)停機(jī)。在何種情況下風(fēng)力渦輪機(jī)19應(yīng)當(dāng)被設(shè)為安全模式的規(guī)則是通過(guò)警報(bào)方案30的信息段34限定的。同時(shí)安全模式的類(lèi)型，包括風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)當(dāng)如何運(yùn)行、是否監(jiān)測(cè)其它傳感器信號(hào)、哪種控制策略應(yīng)當(dāng)被執(zhí)行，都能夠在與風(fēng)力渦輪機(jī)19所執(zhí)行的安全模式有關(guān)的信息35中限定出來(lái)。
控制器24根據(jù)在16所做的決定通過(guò)線路29輸出控制信號(hào)，從而使得風(fēng)力渦輪機(jī)19被設(shè)為安全模式、連續(xù)運(yùn)行模式或者停機(jī)模式。
控制信號(hào)包括導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)19以降低的功率輸出等運(yùn)行的其它控制模式信息，例如關(guān)于安全模式的控制模式信息。功率輸出降低的數(shù)量還能夠在警報(bào)方案30中限定，例如在信息段35中限定，或者它例如基于負(fù)載測(cè)量和/或計(jì)算/模擬而被確定，所述計(jì)算/模擬是在具有特定安全模式的特定警報(bào)方案中期望的。
控制器24還能夠通過(guò)線路29輸出警報(bào)信號(hào)，該警報(bào)信號(hào)例如是當(dāng)前處理的特定警報(bào)方案30的指示。此外，通過(guò)控制器24輸出的警報(bào)信號(hào)或者另一信號(hào)可以包括服務(wù)信息、傳感器故障信息、或者當(dāng)處理特定警報(bào)方案30時(shí)所推導(dǎo)出的其它信息。
服務(wù)信息能夠被用于決定風(fēng)力渦輪機(jī)是否被維護(hù)和/或何時(shí)被維護(hù)。由此在部分實(shí)施例中，服務(wù)成本能夠被降低。此外，控制器24能夠輸出殘差信號(hào)，該信號(hào)例如指示出測(cè)量的傳感器信號(hào)與來(lái)自于其它傳感器的信號(hào)和/或基于風(fēng)力渦輪機(jī)的模擬的信號(hào)之間的偏差。殘差信號(hào)還能夠用于研究和開(kāi)發(fā)。
控制器24輸出的信號(hào)還能夠例如被傳遞到遠(yuǎn)程控制器，用于進(jìn)一步分析風(fēng)力渦輪機(jī)的狀態(tài)，用于在研究項(xiàng)目中使用以及用于服務(wù)事項(xiàng)等等。
控制器24通常在預(yù)定警報(bào)方案已被執(zhí)行之后連續(xù)運(yùn)行，如在18處所指示，否則運(yùn)行在17結(jié)束。
接下來(lái)，進(jìn)一步詳細(xì)描述8個(gè)特定警報(bào)方案，所述方案至少在部分實(shí)施例中使用。
環(huán)境高溫警報(bào)方案
在由于環(huán)境溫度測(cè)量所導(dǎo)致的探測(cè)到環(huán)境高溫傳感器信號(hào)的情況下，這個(gè)警報(bào)方案被觸發(fā)。
環(huán)境高溫警報(bào)方案的目的是在環(huán)境溫度超過(guò)某一溫度極限的時(shí)候減少風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)的次數(shù)。
為了分析風(fēng)力渦輪機(jī)的狀態(tài)，通過(guò)分析代表環(huán)境溫度、機(jī)艙溫度以及功率產(chǎn)出的相應(yīng)傳感器信號(hào)從而檢查環(huán)境溫度、機(jī)艙溫度以及功率產(chǎn)出。
不同的傳感器測(cè)量值以及相應(yīng)的傳感器信號(hào)被用于傳感器融合以及產(chǎn)生發(fā)電機(jī)溫度的估計(jì)值。基于這個(gè)分析，決定出是否存在傳感器故障以及是否產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)指示出存在傳感器故障還是環(huán)境溫度真的增加。
在存在傳感器故障或者環(huán)境溫度真的增加的情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)被設(shè)為安全模式運(yùn)行，其中功率產(chǎn)出被降低。安全模式是有效的，直到環(huán)境溫度降低到可允許數(shù)值。在這個(gè)情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)被切換回具有正常功率輸出的正常運(yùn)行模式。在溫度仍然上升的情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)。
在部分實(shí)施例中，超過(guò)部件的溫度范圍會(huì)導(dǎo)致性能的降低以及功能的損失。此外，在部分實(shí)施例中，環(huán)境溫度被記錄下來(lái)。溫度信息能夠被用于例如分析風(fēng)力渦輪機(jī)部件(例如發(fā)電機(jī)等)的溫度負(fù)載。
根據(jù)環(huán)境高溫警報(bào)方案，警報(bào)信號(hào)和控制模式信息被輸出?？刂菩畔⒈挥糜诮档惋L(fēng)力渦輪機(jī)的功率輸出。_0] 發(fā)電機(jī)高溫警報(bào)方案
發(fā)電機(jī)高溫警報(bào)方案的目的是在發(fā)電機(jī)溫度增加到給定閾值以上的時(shí)候減少風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)的次數(shù)。
發(fā)電機(jī)高溫警報(bào)方案例如在測(cè)量到的發(fā)電機(jī)溫度超過(guò)某一閾值的時(shí)候被觸發(fā)。
使用的輸入傳感器信號(hào)為:熱繼電器錯(cuò)誤信號(hào)、發(fā)電機(jī)溫度信號(hào)、功率信號(hào)、機(jī)艙溫度信號(hào)、以及環(huán)境溫度信號(hào)。在部分實(shí)施例中，例如發(fā)電機(jī)電流信號(hào)、冷卻能力信號(hào)或者類(lèi)似信號(hào)中的至少一個(gè)也能夠被用于附加至或者替換上述輸入傳感器信號(hào)中的至少一個(gè)。
表示環(huán)境溫度、機(jī)艙溫度、發(fā)電機(jī)溫度以及功率產(chǎn)出的傳感器信號(hào)被分析以及不同的傳感器測(cè)量值被結(jié)合，從而完成傳感器融合以及由此獲得“真實(shí)”發(fā)電機(jī)溫度的估計(jì)值。在其它實(shí)施例中，僅僅這些傳感器信號(hào)中的一部分被分析和/或其它傳感器信號(hào)(例如上面所述的)被分析。
基于分析結(jié)果，產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信號(hào)表示傳感器故障或者發(fā)電機(jī)溫度的真實(shí)增加。
在部分實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)被設(shè)為安全模式，其中基于風(fēng)力渦輪機(jī)工作點(diǎn)的評(píng)估、在發(fā)電機(jī)溫度真實(shí)增加的情況下功率被減小。對(duì)于這個(gè)評(píng)估，可以使用發(fā)電機(jī)的功率-電流曲線。
此外，能夠?qū)L(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)為安全模式，其中功率輸出被降低，從而降低功率部件的溫度。
在安全模式運(yùn)行期間發(fā)電機(jī)溫度被進(jìn)一步監(jiān)測(cè)并且在發(fā)電機(jī)溫度仍然增加的情況下風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)。
在部分實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)必須被監(jiān)測(cè)，由于發(fā)電機(jī)在更高溫度下的運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)損壞以及此外絕緣壽命會(huì)降低。
根據(jù)發(fā)電機(jī)高溫警報(bào)方案，警報(bào)信號(hào)和控制模式信息被輸出，該控制模式信息包括關(guān)于降低功率的信息。
傳動(dòng)系高溫警報(bào)方案
傳動(dòng)系高溫警報(bào)方案的目的是在傳動(dòng)系溫度增加到某一閾值之上的情況下降低風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)的次數(shù)。
使用的輸入信號(hào)為:熱繼電器錯(cuò)誤信號(hào)、發(fā)電機(jī)溫度信號(hào)、功率信號(hào)、機(jī)艙溫度信號(hào)、以及環(huán)境溫度信號(hào)。在其它實(shí)施例中，例如軸承溫度信號(hào)、轉(zhuǎn)子速度信號(hào)、以及冷卻能力信號(hào)或者類(lèi)似信號(hào)中的至少一個(gè)也能夠被用于附加至或者替換這些輸入信號(hào)中的至少一個(gè)。
環(huán)境溫度信號(hào)和機(jī)艙溫度信號(hào)被用于分析溫度狀況。此外，油冷卻器污垢被檢查以及油冷卻器是否被設(shè)定為自動(dòng)功能或者它們是否被關(guān)掉。不同的傳感器測(cè)量信號(hào)被分析，以及進(jìn)行傳感器融合，從而獲得傳動(dòng)系溫度的估計(jì)值。在其它實(shí)施例中，僅這些傳感器信號(hào)中的一部分被分析和/或其它傳感器信號(hào)(例如上面所述的)被分析。
攜帶故障信息的控制信號(hào)被產(chǎn)生，所述控制信號(hào)可被用于指示傳感器故障或者傳動(dòng)系溫度的真實(shí)增加。
根據(jù)分析結(jié)果，風(fēng)力渦輪機(jī)被設(shè)為安全模式，其中使用下面的控制策略:
當(dāng)機(jī)艙溫度較低的時(shí)候(例如〈10° C)，冷卻風(fēng)扇被控制，例如它們被開(kāi)啟。
在機(jī)艙溫度較高(例如>30° C)和/或臟的冷卻器被探測(cè)到的情況下，輸出功率和傳動(dòng)系速度被降低以及例如基于運(yùn)行時(shí)間的暫停策略被選擇出來(lái)，在該時(shí)間內(nèi)期望不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的損壞。
如果傳動(dòng)系溫度仍然增加，則風(fēng)力渦輪機(jī)被停止。
在部分實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行能夠在短時(shí)間內(nèi)(例如10-30分鐘)之內(nèi)繼續(xù)，而不會(huì)對(duì)傳動(dòng)系產(chǎn)生任何損壞。然而，在部分實(shí)施例中，在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，則預(yù)見(jiàn)到齒輪油的氧化，降低的油膜厚度，增加的磨損以及降低的疲勞壽命。這些影響例如會(huì)在維護(hù)計(jì)劃中得到考慮。
此外，在部分實(shí)施例中，溫度測(cè)量在回油系統(tǒng)中完成以及當(dāng)分析風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候相應(yīng)傳感器信號(hào)被納入考慮。
根據(jù)傳動(dòng)系高溫警報(bào)方案，警報(bào)信號(hào)和控制模式信息被輸出，該控制模式信息包括關(guān)于降低輸出功率的信息。
高風(fēng)速警報(bào)方案
高風(fēng)速警報(bào)方案的目的是當(dāng)風(fēng)速處于關(guān)鍵閾值(也被稱(chēng)為保險(xiǎn)風(fēng)速)以上的時(shí)候降低風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)的次數(shù)。
使用的輸入信號(hào)為:風(fēng)速信號(hào)、關(guān)于塔架的負(fù)載測(cè)量值(估計(jì)值)、塔架振動(dòng)信號(hào)、輸出功率信號(hào)、以及轉(zhuǎn)子速度信號(hào)。在其它實(shí)施例中，例如葉片負(fù)載信號(hào)、槳距角信號(hào)、以及環(huán)境空氣密度信號(hào)或者類(lèi)似信號(hào)中的至少一個(gè)也能夠被用于附加至或者替換這些輸入信號(hào)中的至少一個(gè)。
在風(fēng)力渦輪機(jī)狀態(tài)的分析期間，風(fēng)速測(cè)量值被檢查。在部分實(shí)施例中，使用風(fēng)速估計(jì)器來(lái)驗(yàn)證風(fēng)力測(cè)量值沒(méi)有錯(cuò)誤。在其它實(shí)施例中，只有這些傳感器信號(hào)中的一部分被分析和/或其它的傳感器信號(hào)(例如上面提到的)被分析。
在安全模式期間，風(fēng)力渦輪機(jī)的負(fù)載水平和塔架振動(dòng)被檢查，從而監(jiān)測(cè)運(yùn)行策略。
在安全模式下，使用下面的控制策略:
風(fēng)速和負(fù)載被分析。對(duì)于每個(gè)被高風(fēng)速影響的子系統(tǒng)都進(jìn)行分析，不論是否允許安全模式運(yùn)行。
在子系統(tǒng)允許安全模式運(yùn)行的情況下，輸出功率被降低，例如降低到50%以下的數(shù)值，以及轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)根據(jù)風(fēng)速測(cè)量值和/或由風(fēng)速估計(jì)器輸出的風(fēng)速結(jié)果而逐步地降低。
在部分實(shí)施例中，這個(gè)安全模式通過(guò)降低輸出功率和/或相應(yīng)地降低轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)而允許風(fēng)力渦輪機(jī)在大于25m/s的風(fēng)速下繼續(xù)運(yùn)行。輸出功率的降低能夠被連續(xù)地完成和/或以尚散步長(zhǎng)完成。
在部分實(shí)施例中，塔架負(fù)載以及塔架振動(dòng)被監(jiān)測(cè)，從而在允許的閾值被超過(guò)的情況下使風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)。在部分實(shí)施例中，這個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)于探測(cè)極限疲勞負(fù)載以及大的疲勞負(fù)載(特別是在傾斜、偏航以及襟翼操作時(shí))是有用的。
在部分實(shí)施例中，塔架、轉(zhuǎn)子葉片、傳動(dòng)系等的其它附加負(fù)載傳感器/估計(jì)器和/或加速度計(jì)被使用，以及傳感器信號(hào)被納入考慮用于分析風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
根據(jù)高風(fēng)速警報(bào)方案，警報(bào)信號(hào)和控制模式信息被輸出，該控制模式信息包括關(guān)于降低功率輸出的信息。
獎(jiǎng)距偏離錯(cuò)誤警報(bào)方案
槳距偏離錯(cuò)誤警報(bào)方案的目的在于當(dāng)槳距系統(tǒng)中探測(cè)到偏差的時(shí)候，降低風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)的次數(shù)。
槳距角測(cè)量信號(hào)被用作輸入信號(hào)。
為了分析運(yùn)行狀態(tài)，在槳距角傳感器和槳距致動(dòng)器上執(zhí)行系統(tǒng)檢驗(yàn)序列，即傳感器功能性檢查。檢查出例如液壓系統(tǒng)的比例閥和位置傳感器是否在工作。如果它們沒(méi)有正確地工作，那么風(fēng)力渦輪機(jī)被切換到安全模式。
在安全模式下，在部分實(shí)施例中使用下面的控制策略:
槳距角基于負(fù)載(例如葉片上的負(fù)載)而非基于位置錯(cuò)誤而被控制。由此，對(duì)于每個(gè)葉片，傾斜和偏航負(fù)載都被控制以及由此槳距角被校正。
執(zhí)行負(fù)載估計(jì)從而調(diào)節(jié)警報(bào)極限，即使用警報(bào)方案時(shí)槳距角的閾值。
此外，在部分實(shí)施例中，例如在安全模式運(yùn)行期間，可以使用能夠預(yù)測(cè)在未來(lái)可能的高槳距速率的策略。
此外在部分實(shí)施例中，控制器可以針對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的工作點(diǎn)以及相應(yīng)的槳距偏差而進(jìn)行優(yōu)化。
在部分實(shí)施例中，隨著時(shí)間變化的連續(xù)運(yùn)行的后果可能是增加的負(fù)載，在短時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生增加的極限負(fù)載以及在長(zhǎng)時(shí)間可能發(fā)生增加的疲勞負(fù)載。這些問(wèn)題能夠通過(guò)相應(yīng)的維護(hù)計(jì)劃而得以解決。
在部分實(shí)施例中，可靠且精準(zhǔn)的穩(wěn)健負(fù)載傳感器系統(tǒng)被使用，從而降低槳距偏離錯(cuò)誤以及超速情形的風(fēng)險(xiǎn)，以及用來(lái)降低空氣動(dòng)力學(xué)失衡，該種失衡會(huì)導(dǎo)致極端的傾斜和偏航操作。
根據(jù)槳距偏離錯(cuò)誤警報(bào)方案，警報(bào)信號(hào)以及包括槳距基準(zhǔn)的控制模式信息被輸出。
所有風(fēng)力傳感器錯(cuò)誤警報(bào)方案
所有風(fēng)力傳感器錯(cuò)誤警報(bào)方案的目的在于當(dāng)所有風(fēng)力傳感器存在錯(cuò)誤的時(shí)候降低風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)的次數(shù)。
用作輸入信號(hào)的是:風(fēng)速信號(hào)、風(fēng)向信號(hào)、風(fēng)力估計(jì)值信號(hào)、發(fā)電機(jī)速度信號(hào)、轉(zhuǎn)子速度信號(hào)、以及輸出功率信號(hào)。在其它實(shí)施例中，例如葉片負(fù)載信號(hào)、槳距角信號(hào)以及環(huán)境空氣密度信號(hào)或者類(lèi)似信號(hào)中的至少一個(gè)也能夠被用于附加至或者替換這些輸入信號(hào)中的至少一個(gè)。
在運(yùn)行狀態(tài)分析期間，風(fēng)力傳感器(即風(fēng)速和風(fēng)向傳感器)的系統(tǒng)檢驗(yàn)序列被完成。在其它實(shí)施例中，僅僅這些傳感器信號(hào)中的一部分被分析和/或其它傳感器信號(hào)(例如上面所述的)被分析。
在風(fēng)力傳感器錯(cuò)誤被探測(cè)到的情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)被切換到安全模式。
在部分實(shí)施例中，在安全模式期間，執(zhí)行下面的控制策略:
為了確定風(fēng)速，使用風(fēng)力估計(jì)器。此外，可以使用負(fù)載測(cè)量值，用于評(píng)估關(guān)鍵性的偏航錯(cuò)誤以及關(guān)鍵性的風(fēng)速。
此外，在部分實(shí)施例中，使用替換性的風(fēng)力測(cè)量技術(shù)，例如轉(zhuǎn)杯風(fēng)速計(jì)(例如風(fēng)標(biāo))以及超聲傳感器。這些風(fēng)力傳感器在運(yùn)行期間彼此支持，原因是傳感器中的一個(gè)在特定的運(yùn)行情況下相比其它傳感器具有更好的性能。例如，在變化的風(fēng)力情況下超聲傳感器能夠比風(fēng)速計(jì)反應(yīng)更快。此外，超聲傳感器對(duì)于結(jié)冰不如轉(zhuǎn)杯風(fēng)速計(jì)那樣敏感。
在風(fēng)力渦輪機(jī)被定位成靠近其它風(fēng)力渦輪機(jī)的情況下，例如在風(fēng)場(chǎng)的情況下，能夠使用來(lái)自于例如附近的其它風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力傳感器測(cè)量值。在這種實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)能夠例如直接地或者通過(guò)中心(風(fēng)場(chǎng))控制器而間接地彼此通信。
在部分實(shí)施例中，高風(fēng)速情形和極限偏航錯(cuò)誤能夠發(fā)生以及在這種情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)會(huì)停機(jī)。
此外，預(yù)定的輸出功率-轉(zhuǎn)子速度曲線可能在正常運(yùn)行范圍之外以及由此在部分實(shí)施例中，根據(jù)所有風(fēng)力傳感器錯(cuò)誤警報(bào)方案，輸出功率-轉(zhuǎn)子速度曲線被優(yōu)化，以用于安全模式運(yùn)行。
根據(jù)所有風(fēng)力傳感器錯(cuò)誤警報(bào)方案，警報(bào)信號(hào)和包括風(fēng)力估計(jì)值的控制模式信息被輸出。
獎(jiǎng)距位置錯(cuò)誤警報(bào)方案
槳距位置錯(cuò)誤警報(bào)方案的目的在于當(dāng)槳距位置測(cè)量值有錯(cuò)誤的時(shí)候降低風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)的次數(shù)。
槳距角測(cè)量信號(hào)被用于輸入傳感器信號(hào)。
在風(fēng)力渦輪機(jī)的狀態(tài)分析期間，槳距位置傳感器功能的檢查序列被執(zhí)行。
在槳距位置傳感器有故障的情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)被設(shè)為安全模式，例如具有降低的功率輸出。在槳距位置傳感器工作的情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)被設(shè)為安全模式。在這種情況下，在安全模式下使用下面的控制策略:
在部分實(shí)施例中，不同的槳距位置傳感器測(cè)量信號(hào)以及其他傳感器信號(hào)(例如槳距角傳感器信號(hào))被集成以及進(jìn)行傳感器融合，從而獲得實(shí)際槳距位置的估計(jì)值。
在部分實(shí)施例中，隨著槳距位置錯(cuò)誤跟隨時(shí)間變化，連續(xù)運(yùn)行的結(jié)果可能是風(fēng)力渦輪機(jī)高負(fù)載，這例如在維護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)的時(shí)候會(huì)納入考慮。
根據(jù)槳距位置錯(cuò)誤警報(bào)方案，警報(bào)信號(hào)和包括槳距角信息的控制模式信息被輸出。
液壓系統(tǒng)高溫警報(bào)方案
液壓系統(tǒng)高溫警報(bào)方案的目的在于當(dāng)液壓系統(tǒng)溫度升高到預(yù)定閾值以上的的時(shí)候降低風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)的次數(shù)。風(fēng)力渦輪機(jī)的液壓系統(tǒng)通常用于葉片的槳距控制。
使用的輸入信號(hào)為:液壓溫度信號(hào)、機(jī)艙溫度信號(hào)、以及環(huán)境溫度信號(hào)。在其它實(shí)施例中，例如槳距活動(dòng)信號(hào)、液壓油壓力信號(hào)以及冷卻能力信號(hào)或者類(lèi)似信號(hào)中的至少一個(gè)也能夠被用于附加至或者替換這些輸入信號(hào)中的至少一個(gè)。
為了分析風(fēng)力渦輪機(jī)的狀態(tài)，執(zhí)行系統(tǒng)檢查序列。風(fēng)力渦輪機(jī)能夠被設(shè)為安全模式，其中槳距控制基于估計(jì)的數(shù)值運(yùn)行或者它能夠以降低槳距的控制策略運(yùn)行。估計(jì)的數(shù)值可包括例如液壓系統(tǒng)溫度的估計(jì)值。在部分實(shí)施例中，液壓系統(tǒng)溫度的估計(jì)值將槳距變化和液壓油壓力納入考慮。例如，在頻繁的槳距變化以及高液壓油壓力的情況下，會(huì)預(yù)見(jiàn)到液壓系統(tǒng)溫度相比罕有槳距變化以及正常液壓油壓力的情況下而言會(huì)更高。由此，通過(guò)槳距變化的頻率以及液壓油壓力，例如結(jié)合上面提到的溫度數(shù)值(液壓溫度、機(jī)艙溫度和環(huán)境溫度)中的至少一個(gè)，液壓系統(tǒng)溫度的估計(jì)值能夠被推導(dǎo)出來(lái)。在其它實(shí)施例中，僅這些傳感器信號(hào)中的一部分被分析和/或其它傳感器信號(hào)(例如上面所述的)被分析。
如果探測(cè)出槳距變化頻率是低的以及液壓油壓力處于正常范圍，那么在部分實(shí)施例中假定存在液壓溫度傳感器故障以及槳距控制進(jìn)一步正常運(yùn)行。在液壓油壓力低以及槳距變化頻繁的情況下，槳距控制能夠降低槳距變化頻率，從而降低液壓溫度以及避免風(fēng)力渦輪機(jī)的停機(jī)。
在其它實(shí)施例中，估計(jì)的液壓溫度被監(jiān)測(cè)以及風(fēng)力渦輪機(jī)僅僅在估計(jì)的液壓溫度大于第二閾值的時(shí)候停機(jī)。
在部分實(shí)施例中，在液壓系統(tǒng)高溫警報(bào)方案中，根據(jù)高溫而隨著時(shí)間變化的連續(xù)運(yùn)行的結(jié)果可以是油被破壞。這樣，在部分實(shí)施例中，當(dāng)維護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)的時(shí)候，液壓油被納入考慮。
根據(jù)液壓系統(tǒng)高溫警報(bào)方案，警報(bào)信號(hào)和包括關(guān)于液壓油溫度的信息的控制模式信息被輸出。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，上面的警報(bào)方案僅僅是示例性的以及如權(quán)利要求中提出的其它警報(bào)方案也能夠在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)(19)的方法，包括以下步驟: 接收(13)表示所述風(fēng)力渦輪機(jī)的狀態(tài)的多個(gè)傳感器信號(hào)； 分析(14)所述多個(gè)傳感器信號(hào)，從而確定是否滿足如在多個(gè)不同的預(yù)定警報(bào)方案(30)中的一個(gè)預(yù)定警報(bào)方案中那樣預(yù)定的特定警報(bào)條件； 根據(jù)如在所述特定警報(bào)條件被滿足的預(yù)定警報(bào)方案(30)中那樣預(yù)定的分析步驟進(jìn)一步分析(15)所述多個(gè)傳感器信號(hào)中的至少一個(gè)傳感器信號(hào)，從而確定(16)是否將所述風(fēng)力渦輪機(jī)(19)設(shè)為預(yù)定的安全模式、停機(jī)模式、或者連續(xù)運(yùn)行模式。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述進(jìn)一步分析(15)的步驟中被分析的所述多個(gè)傳感器信號(hào)中的所述至少一個(gè)傳感器信號(hào)與導(dǎo)致確定滿足所述特定警報(bào)條件的傳感器信號(hào)不同。
3.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述分析步驟包括傳感器故障的確定。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述分析步驟包括所述風(fēng)力渦輪機(jī)(19)的理論狀態(tài)的模擬。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括基于所述風(fēng)力渦輪機(jī)(19)的模擬理論狀態(tài)而在所述安全模式下控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)(19)的步驟。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述安全模式取決于所述預(yù)定警報(bào)方案。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定警報(bào)方案(30)均至少包括:針對(duì)滿足所述特定警報(bào)條件的傳感器信號(hào)分析結(jié)果限定的特定警報(bào)條件信息(31)；關(guān)于所述分析步驟的信息(32);所述風(fēng)力渦輪機(jī)將在何種情況下被設(shè)為所述安全模式、所述停機(jī)模式或者所述連續(xù)運(yùn)行模式的信息(33);以及關(guān)于被所述風(fēng)力渦輪機(jī)(19)執(zhí)行的所述安全模式的信息(34)。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)預(yù)定警報(bào)方案(30)包括以下警報(bào)方案中的至少一個(gè):風(fēng)力渦輪機(jī)環(huán)境高溫警報(bào)方案、風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)高溫警報(bào)方案、風(fēng)力渦輪機(jī)傳動(dòng)系高溫警報(bào)方案、高風(fēng)速停機(jī)警報(bào)方案、風(fēng)力渦輪機(jī)葉片槳距偏離錯(cuò)誤警報(bào)方案、風(fēng)力渦輪機(jī)所有風(fēng)力傳感器錯(cuò)誤警報(bào)方案、風(fēng)力渦輪機(jī)葉片槳距位置錯(cuò)誤警報(bào)方案、風(fēng)力渦輪機(jī)液壓系統(tǒng)高溫警報(bào)方案。
9.如前述權(quán)利要求中任一 項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)傳感器信號(hào)包括表示以下至少一種的傳感器信號(hào):風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度、風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)溫度、風(fēng)力渦輪機(jī)傳動(dòng)系溫度、風(fēng)力渦輪機(jī)液壓系統(tǒng)溫度、葉片位置、電網(wǎng)電壓、扭纜數(shù)目、輸出功率、機(jī)艙溫度、熱繼電器錯(cuò)誤、塔架負(fù)載、塔架振動(dòng)、轉(zhuǎn)子速度、槳距角、葉片負(fù)載、冷卻能力、油壓、發(fā)電機(jī)電流。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述安全模式包括以下操作中的至少一個(gè):以降低的功率輸出運(yùn)行所述風(fēng)力渦輪機(jī)、執(zhí)行傳感器故障分析、執(zhí)行解纜操作、執(zhí)行冷卻操作、監(jiān)測(cè)用于探測(cè)是否超過(guò)閾值的至少一個(gè)傳感器信號(hào)。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生特定警報(bào)信號(hào)，所述特定警報(bào)信號(hào)指示滿足所述特定警報(bào)條件所對(duì)應(yīng)的所述預(yù)定警報(bào)方案(30 )。
12.一種風(fēng)力渦輪機(jī),包括:塔架(23)， 機(jī)艙(22)， 具有至少一個(gè)葉片(20)的轉(zhuǎn)子，以及 布置成控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)(19)的運(yùn)行的控制器(24)，其中所述控制器(24)包括用于存儲(chǔ)多個(gè)預(yù)定警報(bào)方案(30)的存儲(chǔ)器(26);并且 其中所述控制器(24)聯(lián)接到多個(gè)傳感器(25a-d)，所述傳感器被布置成輸出表示至少所述風(fēng)力渦輪機(jī)(19)的狀態(tài)的多個(gè)傳感器信號(hào)； 其中所述控制器(24)進(jìn)一步布置成分析所述多個(gè)傳感器信號(hào)，從而確定是否滿足如在所述多個(gè)不同的預(yù)定警報(bào)方案(30)中的一個(gè)預(yù)定警報(bào)方案中那樣預(yù)定的特定警報(bào)條件；以及根據(jù)如在所述特定警報(bào)條件被滿足的所述預(yù)定警報(bào)方案(30)中那樣預(yù)定的分析步驟而進(jìn)一步分析所述多個(gè)傳感器信號(hào)中的至少一個(gè)，從而確定是否將所述風(fēng)力渦輪機(jī)(19)設(shè)為預(yù)定的安全模式、停機(jī)模式、或者連續(xù)運(yùn)行模式。
13.如權(quán)利要求12所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)傳感器包括以下傳感器中的至少一個(gè):風(fēng)速傳感器(25a)、機(jī)艙溫度傳感器(25b)、葉片位置傳感器(25c)、塔架振動(dòng)傳感器(25d)、液壓油溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器、發(fā)電機(jī)溫度傳感器、轉(zhuǎn)子速度傳感器、風(fēng)向傳感器、發(fā)電機(jī)電壓傳感器、扭纜傳感器、傳動(dòng)系溫度傳感器、塔架負(fù)載傳感器、冷卻能力傳感器、油壓傳感器、發(fā)電機(jī)電流傳感器。
14.如權(quán)利要求12-13中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述控制器(24)進(jìn)一步被布置成執(zhí)行如權(quán)利要求2-11中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
一種運(yùn)行風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，具有以下步驟接收(13)指示風(fēng)力渦輪機(jī)(19)狀態(tài)的多個(gè)傳感器信號(hào)；分析(14)多個(gè)傳感器信號(hào)從而確定是否滿足如在多個(gè)不同預(yù)定警報(bào)方案(30)之一中那樣預(yù)定的特定警報(bào)條件；根據(jù)在特定警報(bào)條件被滿足的警報(bào)方案(30)中那樣預(yù)定的分析步驟進(jìn)一步分析(15)多個(gè)傳感器信號(hào)中的至少一個(gè)，從而確定(16)是否將風(fēng)力渦輪機(jī)(19)設(shè)為預(yù)定的安全模式、停機(jī)模式、或者連續(xù)運(yùn)行模式。
文檔編號(hào)F03D11/00GK103154509SQ201180048084
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者P·布拉特 申請(qǐng)人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司