風(fēng)力渦輪機(jī)性能監(jiān)視的制作方法
【專利摘要】公開了一種風(fēng)力渦輪機(jī)性能監(jiān)視。提出了一種用于監(jiān)視風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)的性能的方法。提供了一組參考數(shù)據(jù)。該組參考數(shù)據(jù)指示性能參數(shù)與至少兩個(gè)操作參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)。接收到用于性能參數(shù)和所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的測(cè)量值。將接收到的測(cè)量值與該組參考數(shù)據(jù)相比較。確定測(cè)量值是否偏離參考數(shù)據(jù)。
【專利說明】風(fēng)力渦輪機(jī)性能監(jiān)視

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是監(jiān)視此類系統(tǒng)的性能的設(shè)備和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]高效地分析大量單獨(dú)風(fēng)力渦輪機(jī)的性能可能花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間且是復(fù)雜的任務(wù)，因?yàn)槊總€(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)可具有給定位置所獨(dú)有的地形、尾流、轉(zhuǎn)向或其它條件。這意味著存在性能的小的變化、特別是性能的退化可能在其已進(jìn)行達(dá)一定時(shí)間之前非常難以檢測(cè)的高可能性，從而潛在地引起收入的損失或設(shè)備的預(yù)期壽命的損失(例如由于增加的設(shè)備磨損)。
[0003]對(duì)性能監(jiān)視的當(dāng)前方法涉及到手動(dòng)地研究用于單獨(dú)風(fēng)力渦輪機(jī)或風(fēng)力渦輪機(jī)群組的功率曲線(即作為風(fēng)速的函數(shù)的功率的2D圖)。為了更準(zhǔn)確地表示性能，可對(duì)被用于顯示功率曲線的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓力和溫度補(bǔ)償。還可針對(duì)高度或空氣密度修正數(shù)據(jù)。當(dāng)針對(duì)特定偏航方向分析性能時(shí)，可以基于僅表示指定偏航方向的已濾波數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)新的2D圖。對(duì)于位于具有來自上風(fēng)向渦輪機(jī)的尾流條件的復(fù)雜地形中的風(fēng)力渦輪機(jī)而言，這可導(dǎo)致許多單獨(dú)的2D圖。此外，用于同一風(fēng)力渦輪機(jī)的功率曲線可根據(jù)風(fēng)速和偏航方向分布而看起來相當(dāng)不同。這使得性能的比較困難且耗時(shí)，并且要求高度的訓(xùn)練。
[0004]監(jiān)視渦輪機(jī)子系統(tǒng)的性能通常由將測(cè)量值與一組警告和警報(bào)觸發(fā)點(diǎn)相比較組成。可以存在用于測(cè)量值大于觸發(fā)點(diǎn)或者用于測(cè)量值小于觸發(fā)點(diǎn)的觸發(fā)點(diǎn)。少數(shù)的警報(bào)或警告可取決于兩個(gè)或更多變量，諸如高溫和振動(dòng)或者高環(huán)境溫度和生產(chǎn)水平。
[0005]為了改善風(fēng)力相對(duì)于其它形式的能量產(chǎn)生(諸如太陽(yáng)能或化石燃料)的競(jìng)爭(zhēng)性，需要盡可能多地減少要識(shí)別風(fēng)力渦輪機(jī)的退化性能所花費(fèi)的時(shí)間，并且任務(wù)需要盡可能是自動(dòng)化的，使得單個(gè)操作員能夠監(jiān)視更多已安裝MW。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，可能需要一種監(jiān)視風(fēng)力渦輪機(jī)性能的改善方式，包括單個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)、多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)和風(fēng)力渦輪機(jī)子系統(tǒng)的性能。
[0007]可由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來滿足此需要。用從屬權(quán)利要求來描述本發(fā)明的有利實(shí)施例。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種監(jiān)視包括風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)的性能的方法。所述方法包括(a)提供一組參考數(shù)據(jù),該組參考數(shù)據(jù)指示性能參數(shù)與至少兩個(gè)操作參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)，(b)接收用于該性能參數(shù)和所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的測(cè)量值，(c)將接收到的測(cè)量值與該組參考數(shù)據(jù)相比較，以及(d)確定測(cè)量值是否偏離參考數(shù)據(jù)。
[0009]本發(fā)明的這方面是基于將性能參數(shù)和至少兩個(gè)操作參數(shù)的測(cè)量值與指示性能參數(shù)與所述至少兩個(gè)操作參數(shù)之間的預(yù)期或期望對(duì)應(yīng)的一組參考數(shù)據(jù)相比較的思想。通過確定測(cè)量值是否偏離該組參考數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)值(或值范圍)，可在監(jiān)視諸如風(fēng)場(chǎng)之類的發(fā)電系統(tǒng)的性能時(shí)將性能參數(shù)與所述至少兩個(gè)操作參數(shù)之間的復(fù)雜相關(guān)性考慮在內(nèi)。從而，顯著地促進(jìn)了性能參數(shù)的測(cè)量值的變化是由操作參數(shù)的變化引起還是由風(fēng)場(chǎng)內(nèi)的缺陷、磨損等引起的確定。
[0010]在本上下文中，術(shù)語(yǔ)“包括風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)”可特別地表示發(fā)電設(shè)施，其包括一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)，例如單個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)，包括多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)場(chǎng)，或包括(多個(gè))風(fēng)力渦輪機(jī)和至少一個(gè)其它類型的發(fā)電機(jī)(例如，潮汐、蓄電、煤炭或太陽(yáng)能)的混合式設(shè)施。
[0011]在本上下文中，術(shù)語(yǔ)“參考數(shù)據(jù)集合”可特別地表示一組數(shù)據(jù)，其包括多個(gè)性能參數(shù)參考值和所述至少兩個(gè)操作參數(shù)中的每一個(gè)的多個(gè)參考值。
[0012]在本上下文中，在性能參數(shù)的特定值或值范圍與操作參數(shù)的值的特定組合有關(guān)、即相對(duì)應(yīng)的意義上，術(shù)語(yǔ)“對(duì)應(yīng)”可特別地表示性能參數(shù)與所述至少兩個(gè)操作參數(shù)之間的關(guān)系O
[0013]在本上下文中，術(shù)語(yǔ)“性能參數(shù)”可特別地表示適合于直接地或間接地指示或量化用于發(fā)電系統(tǒng)或其某些部分的性能水平的參數(shù)。
[0014]在本上下文中，術(shù)語(yǔ)“操作參數(shù)”可特別地表示可影響發(fā)電系統(tǒng)或其某些部分的性能的參數(shù)。更具體地，操作參數(shù)可表示給定或可調(diào)整外部或內(nèi)部條件，其能夠影響發(fā)電系統(tǒng)或其某些部分的操作并從而影響其性能。
[0015]應(yīng)注意的是可以根據(jù)環(huán)境而將某些參數(shù)選作性能參數(shù)或操作參數(shù)。
[0016]在本上下文中，術(shù)語(yǔ)“測(cè)量值”可特別地表示通過使用諸如傳感器之類的測(cè)量設(shè)備而獲得的值。
[0017]在本上下文中，術(shù)語(yǔ)“偏離”可特別地表示用于性能值和所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的測(cè)量值不滿足參考數(shù)據(jù)集合所指示的對(duì)應(yīng)或關(guān)系。更具體地，當(dāng)用于性能參數(shù)的測(cè)量值偏離被參考數(shù)據(jù)指示為對(duì)應(yīng)于所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的測(cè)量值的值時(shí)，測(cè)量值偏離參考數(shù)據(jù)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的這方面，提供一組參考數(shù)據(jù)，對(duì)于所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的值的給定組合，其指示用于所述性能參數(shù)的對(duì)應(yīng)參考值或參考值的范圍。通過將測(cè)量值、例如通過在系統(tǒng)的操作(可能包括此類測(cè)量的系統(tǒng)性修正)期間用測(cè)量獲得的當(dāng)前值與參考數(shù)據(jù)相比較，確定性能值的測(cè)量值是否偏離根據(jù)參考數(shù)據(jù)而對(duì)應(yīng)于所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的測(cè)量值的值。因此，能夠確定用于性能參數(shù)的給定(測(cè)量)值是否滿足由參考數(shù)據(jù)定義的與操作參數(shù)的關(guān)系。從而，在評(píng)估性能時(shí)能夠自動(dòng)地將性能參數(shù)與操作參數(shù)之間的復(fù)雜關(guān)系考慮在內(nèi)，而不需要與手動(dòng)地研究多個(gè)2D圖有關(guān)的相當(dāng)大量的手動(dòng)操作員勞動(dòng)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法還包括如果確定測(cè)量值偏離參考數(shù)據(jù)，則生成警告信號(hào)。
[0020]警告信號(hào)可例如通過在控制臺(tái)上顯示對(duì)應(yīng)消息或通過生成對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)而引起操作員的通知。替換地或另外地，警告信號(hào)可引起采取自動(dòng)的動(dòng)作，諸如系統(tǒng)的某些部分的關(guān)閉、操作參數(shù)的調(diào)整等。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的更多實(shí)施例，參考數(shù)據(jù)根據(jù)所述至少兩個(gè)操作參數(shù)來定義用于性能參數(shù)的上限和/或下限。
[0022]換言之，針對(duì)用于所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的值的給定組合，參考數(shù)據(jù)可定義用于性能參數(shù)的上限、用于性能參數(shù)的下限或用于性能參數(shù)的上限和下限兩者(即范圍)。
[0023]相應(yīng)地，如果性能參數(shù)的測(cè)量值超過對(duì)應(yīng)于所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的測(cè)量值的上限，則性能參數(shù)和所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的一組測(cè)量值偏離參考數(shù)據(jù)。類似地，如果性能參數(shù)的測(cè)量值在對(duì)應(yīng)于所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的測(cè)量值的下限以下，則性能參數(shù)和所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的一組測(cè)量值偏離參考數(shù)據(jù)。最后，在上限和下限兩者的情況下，如果性能參數(shù)的測(cè)量值不在由對(duì)應(yīng)于所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的測(cè)量值的上限和下限定義的范圍內(nèi)，則性能參數(shù)和至少兩個(gè)操作參數(shù)的一組測(cè)量值偏離參考數(shù)據(jù)。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，條件的一個(gè)組合可以具有每個(gè)被指派警告和/或警報(bào)狀態(tài)的多個(gè)觸發(fā)水平。
[0025]例如:
欠性能警報(bào)(臨界)
欠性能警告(需要注意)
超性能警告(臨界)
超性能警報(bào)(需要注意)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的更多實(shí)施例，通過(a)反復(fù)地測(cè)量性能參數(shù)和所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的對(duì)應(yīng)值，(b)處理測(cè)量值以及(C)存儲(chǔ)已處理值來提供該組參考數(shù)據(jù)。
[0027]換言之，通過在給定時(shí)間段(例如一天、三天、一個(gè)星期、兩個(gè)星期、三個(gè)星期、一個(gè)月、兩個(gè)月、三個(gè)月、或者甚至更長(zhǎng))內(nèi)以規(guī)則間隔測(cè)量性能參數(shù)和所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的對(duì)應(yīng)值而提供該組參考數(shù)據(jù)。該規(guī)則間隔、即測(cè)量頻率可例如為每I秒、2秒、5秒、10秒、15秒、30秒、I分鐘、2分鐘、5分鐘、10分鐘、15分鐘、30分鐘、I小時(shí)或者甚至更長(zhǎng)。處理該測(cè)量值以建立性能參數(shù)的值與所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的值之間的對(duì)應(yīng)。處理可涉及到針對(duì)操作參數(shù)的值的每個(gè)測(cè)量組合的用于性能參數(shù)的測(cè)量值的最大值和最小值的求平均和/或確定。該處理還可涉及到外推，以便提供用于沒有直接地測(cè)量的值的組合的參考數(shù)據(jù)。最后，將已處理值存儲(chǔ)在例如關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)或其它適當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。
[0028]通過在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)測(cè)量性能參數(shù)和所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的大量的對(duì)應(yīng)值，能夠獲得表示操作參數(shù)(即操作條件和設(shè)置)的多種值的參考數(shù)據(jù)。
[0029]因此，所獲得的參考數(shù)據(jù)將表示在發(fā)電系統(tǒng)或其部分的操作期間可發(fā)生的大多數(shù)情形。
[0030]可有利地以規(guī)則間隔和/或任憑操作員來更新參考數(shù)據(jù)。例如，如果操作員注意到周圍景觀發(fā)生較大變化，諸如建筑物建造或木材的一部分的破壞或去除等，操作員可認(rèn)為其適合于修改參考數(shù)據(jù)以將此類改變考慮在內(nèi)或者甚至生成全新的參考數(shù)據(jù)。換言之，可在稍后階段重復(fù)上述重復(fù)的測(cè)量階段以便修改或替換參考數(shù)據(jù)。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的更多實(shí)施例，性能參數(shù)涉及風(fēng)力渦輪機(jī)子系統(tǒng)的性能、單個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的性能、或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的性能。
[0032]根據(jù)特定發(fā)電系統(tǒng)，監(jiān)視風(fēng)力渦輪機(jī)子系統(tǒng)、諸如偏航和俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能、單個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的性能和/或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的性能(例如，與風(fēng)場(chǎng)相結(jié)合)可能是有用的。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的更多實(shí)施例，所述至少兩個(gè)操作參數(shù)涉及環(huán)境條件和/或風(fēng)力渦輪機(jī)的可調(diào)整參數(shù)。
[0034]在本上下文中，術(shù)語(yǔ)“環(huán)境條件”可包括不可控物理參數(shù)，諸如壓力、湍流、風(fēng)切變(wind shear)、溫度、濕度、當(dāng)日時(shí)間、季節(jié)等。
[0035]在本上下文中，術(shù)語(yǔ)“可調(diào)整參數(shù)”可包括可控物理參數(shù)，諸如負(fù)荷、偏航角、俯仰角、旋轉(zhuǎn)速度等。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的更多實(shí)施例，性能參數(shù)是由單個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的功率或由多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的總功率，并且其中，所述至少兩個(gè)操作參數(shù)包括風(fēng)速和風(fēng)向。
[0037]通過使由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的功率與參數(shù)風(fēng)速和風(fēng)向相關(guān)，成為可能的是評(píng)估所產(chǎn)生功率的下降是由故障(損壞、磨損)還是由另一(逆風(fēng))風(fēng)力渦輪機(jī)或周圍地形的某個(gè)拓?fù)涮卣髡谟绊戓槍?duì)給定風(fēng)向施加于渦輪機(jī)的風(fēng)量的事實(shí)而引起的。
[0038]從而，可以獲得產(chǎn)生的功率的高度自動(dòng)化和由此的時(shí)間高效的評(píng)估。相應(yīng)地，能夠防止廣泛的手動(dòng)勞動(dòng)并顯著地降低了假警報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于監(jiān)視包括風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)的性能的設(shè)備。所述設(shè)備包括(a)存儲(chǔ)器，適于存儲(chǔ)一組參考數(shù)據(jù)，該組參考數(shù)據(jù)指示性能參數(shù)與所述至少兩個(gè)操作參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)，(b)測(cè)量單元，適于提供用于性能參數(shù)和所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的測(cè)量值，以及(c)處理單元，適于(Cl)將測(cè)量值與該組參考數(shù)據(jù)相比較，以及(c2)確定測(cè)量值是否偏離參考數(shù)據(jù)。
[0040]本發(fā)明的此方面一般地基于與上文所討論的第一方面相同的思想。相應(yīng)地，根據(jù)此方面的設(shè)備能夠以高度自動(dòng)化且有效的方式確定性能參數(shù)的測(cè)量值的變化是由操作參數(shù)的變化還是由風(fēng)場(chǎng)內(nèi)的缺陷、磨損等引起的。
[0041 ] 在本上下文中，術(shù)語(yǔ)“測(cè)量單元”可表示一組傳感器，其適于測(cè)量所述測(cè)量值，或者其可表示適于從布置在發(fā)電系統(tǒng)附近和/或之內(nèi)的各種位置處的傳感器收集數(shù)據(jù)的接口。在后一種情況下，該接口可適于通過諸如LAN之類的通信網(wǎng)絡(luò)來接收測(cè)量值。
[0042]根據(jù)應(yīng)用，該設(shè)備可以是獨(dú)立設(shè)備，或者可將其集成在諸如停車輔助系統(tǒng)(parkpilot)之類的較大控制系統(tǒng)中。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該設(shè)備還包括警告單元，其適于在其確定測(cè)量值偏離參考數(shù)據(jù)的情況下生成警告信號(hào)。
[0044]該警告單元可適于例如通過在顯示器上顯示對(duì)應(yīng)消息或通過生成對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)來通知操作員。替換地或另外地，警告信號(hào)可引起采取自動(dòng)動(dòng)作，諸如系統(tǒng)的某些部分的關(guān)閉、操作參數(shù)的調(diào)整等。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的更多實(shí)施例，該設(shè)備還包括顯示單元，其適于生成(a)參考數(shù)據(jù)的至少一部分的3D表示，和/或(b)測(cè)量值的至少一部分的3D表示，和/或(c)參考數(shù)據(jù)的至少一部分與測(cè)量值的至少一部分之間的差的3D表示。
[0046]通過研究顯示單元上的參考數(shù)據(jù)的至少一部分的3D表示，操作員將能夠獲得性能參數(shù)與操作參數(shù)之間的關(guān)系的概述。此類概述可以向操作員提供有用信息并允許操作員在某些情形下解釋警報(bào)信號(hào)。
[0047]類似地，測(cè)量的(當(dāng)前)性能參數(shù)和操作參數(shù)的3D表示允許操作員快速地識(shí)別某種情形。
[0048]測(cè)量值與參考數(shù)據(jù)、即通過從用于操作參數(shù)的對(duì)應(yīng)值的測(cè)量性能值減去參考性能參數(shù)值而獲得的一組數(shù)據(jù)之間的差的3D表示能夠幫助操作員快速地識(shí)別操作參數(shù)值的群組或選擇，其中，測(cè)量的性能參數(shù)值明顯地不同于參考數(shù)據(jù)的性能參數(shù)值。如果不存在此類區(qū)域，即如果測(cè)量的性能參數(shù)值基本上等于對(duì)應(yīng)的參考性能參數(shù)值，則3D表示將例如是平面形狀。
[0049]3D表示在其中操作員需要考慮如何對(duì)警報(bào)信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)的情況下向操作員提供了相當(dāng)大的信息量。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的更多實(shí)施例，處理單元還適于(a)向測(cè)量值施加建?；驕y(cè)量修正，(b)比較已修正測(cè)量值和參考數(shù)據(jù)的集合，以及(C)確定已修正測(cè)量值是否偏離參考數(shù)據(jù)。
[0051]在某些情況下，修正可能不是必需的(零點(diǎn)修正)，而在其它情況下，建模/修正可涉及到將例如環(huán)境條件和參數(shù)考慮在內(nèi)的復(fù)雜計(jì)算。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種風(fēng)場(chǎng)。所述風(fēng)場(chǎng)包括(a)多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)，以及(b)根據(jù)第二方面或上面實(shí)施例中的任何一個(gè)的設(shè)備，其中，該設(shè)備適于監(jiān)視所述多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)中的每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0053]本發(fā)明的此方面本質(zhì)上基于與先前方面相同的思想，并且因此為風(fēng)場(chǎng)提供風(fēng)力渦輪機(jī)性能的高效和快速監(jiān)視。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種計(jì)算機(jī)程序，包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，其在被計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)引起計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)第一方面或上面實(shí)施例中的任何一個(gè)的方法。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括加載有根據(jù)第四方面的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)載體。
[0056]第四和第五方面組成根據(jù)第一方面的方法的軟件實(shí)施方式。從而，可將已存在于例如風(fēng)場(chǎng)中的計(jì)算機(jī)硬件容易地升級(jí)以實(shí)施以上方面和實(shí)施例的有利性能監(jiān)視功能。
[0057]應(yīng)注意的是已參考不同的主題描述了本發(fā)明的實(shí)施例。特別地，某些實(shí)施例已經(jīng)參考方法類型權(quán)利要求被描述，而其它實(shí)施例已經(jīng)參考裝置類型權(quán)利要求被描述。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從以上和隨后的描述中得知(除非另外指示)，除屬于一個(gè)類型的主題的特征的任何組合之外，涉及不同主題的特征的任何組合、特別是方法類型權(quán)利要求的特征和裝置類型權(quán)利要求的特征的組合也是本文獻(xiàn)的公開的一部分。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0058]根據(jù)下面要描述的實(shí)施例的示例，上文定義的方面和本發(fā)明的更多方面是顯而易見的，并且參考實(shí)施例的示例來解釋。下面將參考實(shí)施例的示例來更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，應(yīng)明確注意的是本發(fā)明不限于所述示例性實(shí)施例。
[0059]圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)場(chǎng)和監(jiān)視設(shè)備的概覽。
[0060]圖2A示出了根據(jù)實(shí)施例的用于風(fēng)力渦輪機(jī)的3D功率曲線。
[0061]圖2B示出了圖2A的功率曲線的2D色調(diào)圖表示。
[0062]圖3A示出了圖2的功率曲線與標(biāo)稱功率曲線之間的差的3D表示。
[0063]圖3B示出了圖3A的3D圖表的2D色調(diào)圖表示。
[0064]圖4A示出了根據(jù)實(shí)施例的用于另一風(fēng)力渦輪機(jī)的3D功率曲線。
[0065]圖4B示出了圖4A的功率曲線的2D色調(diào)圖表示。
[0066]圖5A示出了圖4A的功率曲線與標(biāo)稱功率曲線之間的差的3D表示。
[0067]圖5B示出了圖5A的3D圖表的2D色調(diào)圖表示。

【具體實(shí)施方式】
[0068]圖中的圖示是示意性的。應(yīng)注意的是在不同的圖中，為類似或相同元件提供相同的參考數(shù)字或僅在第一位數(shù)內(nèi)不同的參考數(shù)字。
[0069]圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)場(chǎng)120和監(jiān)視設(shè)備110的概覽100。
[0070]更具體地，風(fēng)場(chǎng)120包括多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)122。風(fēng)力渦輪機(jī)122經(jīng)由連接電纜124a、124b和124c被連接到風(fēng)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)126。監(jiān)視設(shè)備110包括處理單元111、存儲(chǔ)器/儲(chǔ)存器112、警報(bào)單元114、顯示單元116和接口 118。處理單元與存儲(chǔ)器/儲(chǔ)存器112相連，使得能夠從存儲(chǔ)器/儲(chǔ)存器112讀取程序和數(shù)據(jù)，并且可以將數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)器/儲(chǔ)存器112。處理單元111被進(jìn)一步連接到警報(bào)單元114和顯示單元116。最后，處理單元被連接到接口 118，其又經(jīng)由連接電纜119被連接到風(fēng)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)126。
[0071]監(jiān)視設(shè)備110具有兩個(gè)操作模式:參考數(shù)據(jù)收集/更新模式和監(jiān)視模式。在參考數(shù)據(jù)收集/更新模式下，由處理單元111經(jīng)由接口 118和風(fēng)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)126以規(guī)則間隔收集來自在風(fēng)力渦輪機(jī)122處和風(fēng)場(chǎng)120中的其它地方的傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)。收集的測(cè)量數(shù)據(jù)被處理(求平均、內(nèi)插等)并作為參考數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器/儲(chǔ)存器112中。收集的參考數(shù)據(jù)表示用于多種情形和條件(例如在長(zhǎng)達(dá)三個(gè)月或以上的時(shí)段期間)的一組對(duì)應(yīng)測(cè)量值以及由此的對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)122中的每個(gè)而言可被視為“正?！碧匦缘氖挛铩８唧w地，測(cè)量值可包括比如功率、俯仰角、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、偏航角、風(fēng)速、G傳感器量值、溫度、氣壓、濕度等參數(shù)的測(cè)量(針對(duì)每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)122)。
[0072]在監(jiān)視模式下，如下使用收集的參考數(shù)據(jù)(參見上文)。例如功率之類的參數(shù)中的一個(gè)被選作用于性能的指示符(性能參數(shù))，并且至少兩個(gè)其它參數(shù)被選作操作參數(shù)，即可影響性能參數(shù)的參數(shù)?？蓪⒃撨x擇存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器/儲(chǔ)存器112中作為操作員所準(zhǔn)備的可能更多監(jiān)視輪廓(profile)中的一個(gè)?，F(xiàn)在性能參數(shù)(例如，功率)和操作參數(shù)(例如,偏航角和風(fēng)速)的當(dāng)前測(cè)量值由處理單元111經(jīng)由接口 118收集并被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器/儲(chǔ)存器112中。處理單元將收集的測(cè)量值與參考數(shù)據(jù)相比較并確定是否存在顯著的偏離。如果情況是這樣，則處理單元向警報(bào)單元114傳輸對(duì)應(yīng)的消息。警報(bào)單元114生成警報(bào)信號(hào)，其引起在顯不單兀116上顯不警報(bào)消息和/或由擴(kuò)音器(未不出)來發(fā)射警報(bào)聲、或以其它方式散布，使得操作員的注意力被吸引到該情形。同時(shí)，處理單元111將對(duì)應(yīng)于參考數(shù)據(jù)和/或測(cè)量值的一個(gè)或多個(gè)3D可視化的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示單元116。這些3D可視化被認(rèn)為幫助操作員確定如何處理警報(bào)，即測(cè)量數(shù)據(jù)偏離參考數(shù)據(jù)的事實(shí)。下面的圖示出了此類3D可視化的各種示例以及其簡(jiǎn)化的2D色調(diào)圖。
[0073]圖2A示出了根據(jù)實(shí)施例的用于風(fēng)力渦輪機(jī)的3D功率曲線。更具體地，圖示出了用于本質(zhì)上無(wú)缺點(diǎn)的風(fēng)力渦輪機(jī)的作為風(fēng)速和偏航角(對(duì)應(yīng)于風(fēng)向)的函數(shù)的功率。如可以看到的，風(fēng)力渦輪機(jī)在圖的基本上規(guī)則(環(huán)狀)區(qū)域中產(chǎn)生大量功率。相應(yīng)地，功率與風(fēng)速之間的關(guān)系看起來本質(zhì)上對(duì)于所有偏航角而言是相等的，使得假設(shè)此特定風(fēng)力渦輪機(jī)既未在任何特定方向上被暴露于障礙物、也不具有任何性能退化故障是合理的。
[0074]圖2B示出了圖2A的功率曲線的2D色調(diào)圖表示。如能夠看到的，功率在其中風(fēng)速也為低的橢圓形中心區(qū)域中是相對(duì)低的。對(duì)于較高風(fēng)速而言，功率輸出是高的，直至一定水平的風(fēng)速為止。
[0075]圖3A示出了圖2A中所示的測(cè)量功率曲線與標(biāo)稱功率曲線之間的差的3D表示。如能夠看到的，風(fēng)力渦輪機(jī)在相當(dāng)規(guī)則(暗)的區(qū)域中產(chǎn)生標(biāo)稱功率或更多。
[0076]再次地，圖3B示出了圖3A的3D圖表的2D色調(diào)圖表示。
[0077]圖4A示出了根據(jù)實(shí)施例的用于另一風(fēng)力渦輪機(jī)的3D功率曲線。與圖2A中所示的3D功率曲線相反，這一個(gè)較不規(guī)則且示出了在幾個(gè)區(qū)域中的顯著功率分散。相應(yīng)地，此風(fēng)力渦輪機(jī)經(jīng)歷來自周圍對(duì)象(其它風(fēng)力渦輪機(jī)、地形等)的某些性能限制影響，或者其是有故障的。
[0078]圖4B示出了圖4A的功率曲線的2D色調(diào)圖表示。再次地，與圖2B的明顯更加規(guī)則的形狀相比，此圖示出了幾個(gè)不規(guī)則變形和功率下降。
[0079]圖5A不出了圖4A的功率曲線與標(biāo)稱功率曲線之間的差的3D表不。再次地，與對(duì)應(yīng)的圖3A的對(duì)比是顯著地，并且清楚的是，圖4A的功率曲線明顯偏離標(biāo)稱功率曲線。
[0080]圖5B示出了圖5A的3D圖表的2D色調(diào)圖表示。與圖3B的明顯更加規(guī)則的形狀相比，此圖甚至更加強(qiáng)調(diào)偏離。
[0081]通過介紹如上文所討論的3D性能圖，先前極其麻煩的比較中的某些變得容易和簡(jiǎn)單得多。3D功率曲線示出了基于偏航方向的性能方面的差異，并且對(duì)于某些偏航方向而言，將清楚的是渦輪機(jī)不能在高風(fēng)速下產(chǎn)生如其可以在其它偏航方向上產(chǎn)生的那樣多。解釋可以改變，但是如果原因與地形或附近渦輪機(jī)或結(jié)構(gòu)的位置相關(guān)聯(lián)，則應(yīng)預(yù)期此類方向性降低性能逐個(gè)時(shí)段是一致的。因此如果操作員能夠節(jié)省時(shí)間坐下并嘗試重復(fù)地評(píng)估這些位置特定影響，其將節(jié)省大量時(shí)間。
[0082]當(dāng)渦輪機(jī)已被安裝且全部被正確地校準(zhǔn)(俯仰、偏航方向、風(fēng)測(cè)量等)時(shí)，性能監(jiān)視工具或設(shè)備將學(xué)習(xí)或被指派此特定位置上的此特定渦輪機(jī)所獨(dú)有的“性能掩模(performance mask)”。該掩模在理想情形下可由在標(biāo)稱功率下的兩個(gè)簡(jiǎn)單圓圈組成,或者其可在具有許多缺口的情況下由在標(biāo)稱下的內(nèi)圓圈加上在標(biāo)稱功率下的外“圓圈”組成，其中，渦輪機(jī)由于局部原因而不能在完全達(dá)到相同的下降風(fēng)速下執(zhí)行達(dá)到額定的功率。掩?？砂哂懈鼜?fù)雜形狀的處于其它功率水平的附加的圓圈。或者其可以僅僅是xyz坐標(biāo)的矩陣，在其下面，性能監(jiān)視工具將向操作員設(shè)置此特定渦輪機(jī)在這些特定條件下表現(xiàn)欠佳的警告或警報(bào)。
[0083]如果要學(xué)習(xí)“性能掩模”，則“性能掩?！痹谀承W(xué)習(xí)之后被凍結(jié)，并且學(xué)習(xí)的值將形成用于從那時(shí)起和向前發(fā)布警告或警報(bào)的基礎(chǔ)。
[0084]性能可以參考許多不同變量，并且圖2A至5B中的圖集中于功率性能?？醋酉到y(tǒng)的性能對(duì)于操作員而言可能也是令人感興趣的。為此，可生成其它3D圖以便監(jiān)視此類子系統(tǒng)并創(chuàng)建類似3D掩模以便生成用于子系統(tǒng)的次最佳性能的警報(bào)或警告。某些3D性能掩模可具有在定義掩模以下的警告，其中，其它的可能不得不具有在已學(xué)習(xí)或被指派的性能掩模以上的警告。
[0085]示例性渦輪機(jī)水平性能掩模:
功率/俯仰/RPM
偏航/風(fēng)/功率標(biāo)準(zhǔn)偏航/風(fēng)/G傳感器量值偏航/風(fēng)/壽命消耗偏航/風(fēng)/收入功率/伏特/MVAr 有用p/實(shí)際P/G傳感器量值示例性裝置(plant)水平性能掩模:
功率/伏特/MVAr
功率 /MVAR/THD
功率/伏特/THD
風(fēng)/偏航/功率價(jià)格
風(fēng)/偏航/削減
功率/電壓/頻率標(biāo)準(zhǔn)
功率/MVAR/線路損耗(輸送P—渦輪機(jī)總和)
渦輪機(jī)ID/會(huì)合風(fēng)向/偏航方向渦輪機(jī)(正常操作)。
[0086]通過自由地能夠創(chuàng)建裝置或渦輪機(jī)變量的新3D呈現(xiàn)并為每個(gè)呈現(xiàn)指派> (大于)掩?；?lt; (小于)掩模，系統(tǒng)將適應(yīng)新的子系統(tǒng)的性能的監(jiān)視，并監(jiān)視仍未被識(shí)別為對(duì)于裝置總體性能的優(yōu)化而言具有特定興趣的變量或變量組合。隨著風(fēng)工業(yè)的成熟和電力貿(mào)易市場(chǎng)的演進(jìn)，還可在變化的情形下存在對(duì)財(cái)務(wù)業(yè)績(jī)的不同聚焦。該相同的工具可對(duì)此類業(yè)績(jī)監(jiān)視有用。
[0087]呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的不同方式將示出與標(biāo)準(zhǔn)曲線的3D偏離。(如果根本不存在偏離，則其將被表示為總體平坦地形)。所有偏離將示出為用于超性能的小山和用于具有欠性能的區(qū)域的凹谷。通過這樣做，甚至更多的注意力將被吸引到對(duì)于操作員而言所關(guān)注的區(qū)域。用于導(dǎo)數(shù)值的“性能掩?！奔蠈?duì)于操作員而言可具有相等或者甚至在某些情況下更高的興趣。上文討論了并在圖5A和5B中示出了對(duì)應(yīng)示例。
[0088]相關(guān)導(dǎo)數(shù)值的示例可以是用于針對(duì)同一部件將實(shí)際溫度與模型溫度相比較。能夠?qū)?dǎo)數(shù)進(jìn)行建模是重要的，部分地因?yàn)樵诮o定風(fēng)力渦輪機(jī)中的非常大的熱質(zhì)量的情況下溫度值可以具有非常長(zhǎng)的時(shí)間常數(shù)，因此僅僅比較實(shí)際值可導(dǎo)致非常混亂的圖。給定在渦輪機(jī)處存在達(dá)適當(dāng)時(shí)間段的所有條件，溫度圖將必須基于表示預(yù)期溫度的建模值。(導(dǎo)出的溫度值可包括功率水平、環(huán)境溫度、風(fēng)速、冷卻條件等。用于比如齒輪箱、發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)換器、變壓器、吊艙等主要部件的建模的溫度數(shù)據(jù)可能具有特殊興趣。)
本發(fā)明特別地在于軟件的實(shí)施方式，其能夠在不花費(fèi)大量操作員時(shí)間識(shí)別其中性能已改變的特定條件的情況下向操作員提醒風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)、風(fēng)力渦輪機(jī)或風(fēng)力渦輪機(jī)子系統(tǒng)的性能的改變。這意味著操作員能夠在較大的渦輪機(jī)機(jī)群上實(shí)現(xiàn)較高性能或減少的磨損。性能監(jiān)視系統(tǒng)包含性能的多維視圖，其能夠在不同的條件期間適應(yīng)性能的預(yù)期變化，使得可以將用于其余條件的一般警報(bào)和警告標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置成更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。示例是在3D空間中觀看的功率曲線監(jiān)視能夠計(jì)及上風(fēng)向風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流，在特定風(fēng)向和特定風(fēng)速期間導(dǎo)致較低生產(chǎn)。用此方向性視圖，能夠在發(fā)出警告之前以更嚴(yán)格的容限監(jiān)視與其余偏航方向期間的功率曲線的相符性。這將是必需的以便監(jiān)視比如漩渦發(fā)生器和dino-tails?等的各種轉(zhuǎn)子增強(qiáng)的影響，并且其對(duì)于檢測(cè)轉(zhuǎn)子上的冰或雪的潛在積聚或其它轉(zhuǎn)子表面污染或粗糙而言可能是重要的。
[0089]更多示例:如果作為功率的函數(shù)的渦輪機(jī)之間的電壓分布落在典型分布外面則觸發(fā)警告的掩?？芍甘倦娋W(wǎng)阻抗的變化或VAR支持設(shè)備的故障。
[0090]對(duì)以下各項(xiàng)進(jìn)行繪圖: 渦輪機(jī)ID/渦輪機(jī)功率/渦輪機(jī)電壓參考。
[0091]另一示例:如果頻率開始改變得超過對(duì)于給定條件而言的常態(tài)則觸發(fā)警告的掩?？芍甘敬嬖诎l(fā)展中的電網(wǎng)不穩(wěn)定性，并且可以預(yù)期來自電網(wǎng)操作員的一定水平的干預(yù)。
[0092]對(duì)以下各項(xiàng)進(jìn)行繪圖:
功率/電壓/頻率標(biāo)準(zhǔn)
本周的時(shí)間/總產(chǎn)量/頻率標(biāo)準(zhǔn)
又一示例:監(jiān)視偏航系統(tǒng)的性能可能是令人感興趣的，以便可能在其中單個(gè)渦輪機(jī)經(jīng)歷對(duì)于給定條件而言高度不尋常的激活模式的時(shí)段期間進(jìn)行干預(yù)。
[0093]對(duì)以下各項(xiàng)進(jìn)行繪圖:
偏航方向/功率/偏航激活
在疾風(fēng)條件或非常狂暴的風(fēng)條件期間，可提高偏航激活計(jì)數(shù)。如果指示此類條件的警告在其正在發(fā)生的同時(shí)容易地可獲得并且在作為數(shù)據(jù)分析功能的該事實(shí)之后不是的話，操作員可選擇臨時(shí)地降低渦輪機(jī)輸出，以便延長(zhǎng)偏航系統(tǒng)的壽命。高偏航激活計(jì)數(shù)可間接地指示在此類時(shí)間下的用于特定渦輪機(jī)的粗操作條件，并且降低功率參考或RPM可以是期望的選項(xiàng)，或者如果裝置已由于其它原因而被削減，則進(jìn)一步減少在非常不利的條件下操作的此類渦輪機(jī)上的功率，并讓不同的渦輪機(jī)獲得該差異。這可以導(dǎo)致設(shè)備的較長(zhǎng)組合壽命，并且因此改善風(fēng)力相對(duì)于其它能源的競(jìng)爭(zhēng)性。
[0094]概括而言，本發(fā)明涉及:
1.一種用于基于多個(gè)變量來定義性能掩模的方法。例如，基于偏航方向的功率曲線。
2.一種將實(shí)際性能與性能掩模相比較并發(fā)出警告或警報(bào)的方法。
3.一種自動(dòng)地“學(xué)習(xí)”用于特定位置的適當(dāng)?shù)男阅苎谀５姆椒ā?br> 4.一種手動(dòng)地編輯性能掩模的方法。
5.一種將實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)性能掩模之間的比較函數(shù)激活和去激活的方法。
6.一種基于測(cè)量值的導(dǎo)數(shù)來定義性能掩模的方法。
7.一種定義用于風(fēng)力渦輪機(jī)子系統(tǒng)的性能掩模的方法。
8.一種定義用于風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)水平的性能掩模的方法。
9.一種建模的方法。
[0095]應(yīng)注意的是術(shù)語(yǔ)“包括”不排除其它元件或步驟且冠詞“一”或“一個(gè)”的使用不排除多個(gè)。并且可將與不同實(shí)施例相關(guān)聯(lián)地描述的元素組合。還應(yīng)注意的是不應(yīng)將權(quán)利要求中的參考標(biāo)號(hào)解釋為限制權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于監(jiān)視包括風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)的性能的方法，包括: 提供一組參考數(shù)據(jù)，該組參考數(shù)據(jù)指示性能參數(shù)與至少兩個(gè)操作參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)； 接收用于性能參數(shù)與所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的測(cè)量值； 將接收到的測(cè)量值與該組參考數(shù)據(jù)相比較；以及 確定測(cè)量值是否偏離參考數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括如果測(cè)量值偏離參考數(shù)據(jù)，則生成警告信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述參考數(shù)據(jù)根據(jù)所述至少兩個(gè)操作參數(shù)來定義用于性能參數(shù)的上限和/或下限。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該組參考數(shù)據(jù)是通過以下各項(xiàng)提供的: 反復(fù)地測(cè)量性能參數(shù)和所述至少兩個(gè)操作參數(shù)的對(duì)應(yīng)值， 處理測(cè)量值，以及 存儲(chǔ)已處理值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述性能參數(shù)涉及風(fēng)力渦輪機(jī)子系統(tǒng)的性能、單個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的性能、或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的性能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少兩個(gè)操作參數(shù)涉及環(huán)境條件和/或風(fēng)力渦輪機(jī)的可調(diào)整參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述性能參數(shù)是由單個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的功率或由多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的總功率，并且其中，所述至少兩個(gè)操作參數(shù)包括風(fēng)速和風(fēng)向。
8.一種用于監(jiān)視包括風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)的性能的設(shè)備，包括: 存儲(chǔ)器，適于存儲(chǔ)一組參考數(shù)據(jù)，該組參考數(shù)據(jù)指示性能參數(shù)與至少兩個(gè)操作參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)； 測(cè)量單元，適于為性能參數(shù)與所述至少兩個(gè)操作參數(shù)提供測(cè)量值；以及 處理單元，適于
將測(cè)量值與該組參考數(shù)據(jù)相比較，以及
確定測(cè)量值是否偏離參考數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，還包括警告單元，該警告單元適于在測(cè)量值偏離參考數(shù)據(jù)的情況下生成警告信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，還包括顯示單元，其適于生成: 參考數(shù)據(jù)的至少一部分的3D表示，和/或 測(cè)量值的至少一部分的3D表示，和/或 參考數(shù)據(jù)的至少一部分和測(cè)量值的至少一部分之間的差的3D表示。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述處理單元還適于: 對(duì)測(cè)量值施加建?；驕y(cè)量修正， 將已修正測(cè)量值與該組參考數(shù)據(jù)相比較，以及 確定已修正測(cè)量值是否偏離參考數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備適于監(jiān)視包括多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)場(chǎng)的每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)。
13.一種計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)載體，包括: 計(jì)算機(jī)程序，在計(jì)算機(jī)上可執(zhí)行以便執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法。
【文檔編號(hào)】F03D11/00GK104454380SQ201410477014
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】K.S.尼爾森, P.克勞森 申請(qǐng)人:西門子公司