用於檢測雷電的系統和方法

2023-07-04 07:37:01

專利名稱：用於檢測雷電的系統和方法
技術領域：
本發明主要涉及雷電檢測系統，並且更具體而言，涉及用於風力渦輪機的雷電檢 測系統。
背景技術：
雷電是自然界中的一種偶然現象。如將認識到的那樣，雷電參數根據地理條件以 及雷電在強度和對物體的衝擊方面的性質而變化。具體而言，風力渦輪機由於它們優先安 置在高而多風的場地用以實現高產量而通常遭受很高的雷擊風險。目前，存在多種結合風力渦輪機使用的雷電檢測系統。這些技術可寬泛地分為兩 個類別。在第一類雷電檢測系統中，檢測系統包括定位在風力渦輪機葉片的各個部分中用 以檢測通過的雷電電流的磁卡。在雷電衝擊後，通過讀卡器單元手動讀取磁卡以測量電流 的峰值。然而，該系統不能檢測在兩次磁卡讀取的時段之間衝擊風力渦輪機的雷電序列數 量。此外，在第二類雷電檢測系統中，雷電檢測系統包括固定在風力渦輪機塔架主體 上的小型天線。這些天線用來檢測通過風力渦輪機塔架的雷電電流和磁場。來自天線的信 號由電信號轉換成光信號並且經由光纖傳送到控制箱。進一步而言，控制箱的輸出指示雷 電衝擊。遺憾的是，在大多數情形中，該系統必須通過應答信號重置。而且，受影響的葉片 不能藉助於這些雷電檢測系統的使用來自動識別。此外，常規的雷電檢測系統，包括上述兩類雷電檢測系統，通常需要安裝用於檢測 雷擊的專門的傳感器，例如小型天線、磁卡等。安裝增補的傳感器因此導致用於檢測雷擊的 額外成本。而且，常規的雷電檢測系統構造成用以記錄雷電事件的發生。然而，這些常規的 系統無法記錄雷電事件參數或對衝擊的測位(localization)。因此，需要一種可克服一個 或多個上述問題的改進的雷電檢測系統。

發明內容
簡而言之，按照本技術的一方面，提出一種雷電檢測系統。該雷電檢測系統包括多 個感測裝置，其構造成用以產生表示物體的一個或多個工作狀態參數的傳感器信號。該雷 電檢測系統還包括雷電信號處理子系統，其構造成用以結合從多個感測裝置所接收到的表 示一個或多個工作狀態參數的傳感器信號而生成複合信號，從該複合信號提取噪音信號， 以及將所提取的噪音信號與一個或多個雷電信號輪廓(profile)進行對比，用以判斷所提 取的噪音信號中是否存在雷電信號。按照本技術的另一方面，提出一種雷電檢測系統。該雷電檢測系統包括多個感測 裝置，其構造成用以產生表示物體的一個或多個工作狀態參數的傳感器信號。該雷電檢測 系統還包括感測子系統，其包括一個或多個感測模塊並且構造成用以從由多個感測裝置所 接收到的表示物體的一個或多個工作狀態參數的傳感器信號提取噪音信號，並且將所提取 的噪音信號與一個或多個雷電信號輪廓進行對比，以判斷所提取的噪音信號中是否存在雷電噪音信號。該雷電檢測系統還包括雷電信號處理子系統，其與感測子系統操作通信並且 構造成用以結合從感測子系統接收到的所提取的噪音信號，以基於在所提取的噪音信號中 的至少一個中對雷電噪音信號的判斷而生成複合噪音信號，其中，雷電噪音信號是響應於 在物體上的雷擊而在傳感器信號中感生的。按照本技術的又一實施例，提出一種雷電檢測方法。該方法包括結合表示一個或 多個工作狀態參數的一個或多個傳感器信號以生成複合信號，其中，從設置在物體上的多 個感測裝置接收該一個或多個傳感器信號，藉助於雷電信號處理子系統的使用從複合信號 提取噪音信號，以及將所提取的噪音信號與一個或多個雷電信號輪廓進行對比，以藉助於 雷電信號處理子系統的使用判斷在所提取的噪音信號中是否存在雷電噪音信號，其中，物 體上的雷擊在傳感器信號中感生出表示一個或多個工作狀態參數的雷電噪音信號。按照本技術的再一實施例，提出一種雷電檢測方法。該方法包括從表示物體的一 個或多個工作狀態參數的一個或多個傳感器信號提取噪音信號，其中，從設置在物體上的 一個或多個傳感器接收該一個或多個傳感器信號，將所提取的噪音信號與一個或多個雷電 信號輪廓進行對比，以判斷所提取的噪音信號中是否存在雷電噪音信號，以及結合所提取 的噪音信號，以基於在所提取的噪音信號中對雷電噪音信號的判斷而生成複合噪音信號， 其中，雷電噪音信號是響應於在物體上的雷擊而在傳感器信號中感生的。按照本技術的另一實施例，提出一種風力渦輪機。該風力渦輪機包括多個感測裝 置，其設置在風力渦輪機的各種構件上，並且構造成用以生成表示風力渦輪機的一個或多 個工作狀態參數的傳感器信號；雷電信號處理子系統，其構造成用以結合從多個感測裝置 所接收到的表示一個或多個工作狀態參數的傳感器信號，以生成複合信號，從該複合信號 提取噪音信號，以及將所提取的噪音信號與一個或多個雷電信號輪廓進行對比，以判斷在 所提取的噪音信號中是否存在雷電噪音信號，其中，雷電噪音信號是響應於在風力渦輪機 上的雷擊而在傳感器信號中感生的。按照本技術的又一實施例，提出一種用於檢測雷電的套件。該套件包括雷電信號 處理子系統，其與設置在物體上的多個感測裝置操作性地相關聯並且構造成用以結合從多 個感測裝置所接收到的表示物體的一個或多個工作狀態參數的傳感器信號，以生成複合信 號，從該複合信號提取噪音信號，以及將所提取的噪音信號與一個或多個雷電信號輪廓進 行對比，以判斷在所提取的噪音信號中是否存在雷電噪音信號。


當參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它特徵、方面和優點將變得 更好理解，全部附圖中同樣的符號表示同樣的零件，其中圖1是按照本技術的方面的包括示例性雷電檢測系統的風力渦輪機的示意圖；圖2是按照本技術的方面的示例性雷電檢測系統的框圖；圖3是按照本技術的方面的另一雷電檢測系統的框圖；圖4是示出按照本技術的方面的示例性雷電檢測方法的流程圖；以及圖5是示出按照本技術的方面的另一雷電檢測方法的流程圖。零件清單100用於實施雷電檢測系統的風力渦輪機的示意圖102風力渦輪機的葉片
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104風力渦輪機的葉片106風力渦輪機的葉片108風力渦輪機的塔架110-124 感測裝置126 雷擊128衝擊點300示例性雷電檢測系統的框圖302感測裝置_1304感測裝置_2306感測裝置_3308感測裝置_n310傳感器信號312傳感器信號314傳感器信號316傳感器信號318雷電信號處理子系統320儲存庫400另一示例性雷電檢測系統的框圖402感測裝置_1404感測裝置_2406感測裝置_3408感測裝置_11410第一傳感器信號412第二傳感器信號414第三傳感器信號416第η傳感器信號418感測子系統420感測模塊_1422感測模塊_2424感測模塊_3426感測模塊_η428數據儲存庫430雷電信號處理子系統500示出示例性雷電檢測方法的流程圖502接收多個傳感器信號504生成複合信號506從複合信號提取噪音信號508將噪音信號(NS)與一個或多個雷電信號輪廓(LSP)進行對比510 NS是否與LSP相似？
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512確認不存在雷擊514確認存在雷電噪音信號516 雷擊600示出另一雷電檢測方法的流程圖602接收多個傳感器信號604從多個傳感器信號提取噪音信號606將噪音信號(NS)與一個或多個雷電信號輪廓(LSP)進行對比608 NS中的任一個是否與LSP相似？610生成複合噪音信號(CLS)612確認不存在雷擊614 CLS 是否與 LSP 相似？616確認存在雷擊618無雷擊
具體實施例方式如將認識到的那樣，風力渦輪機容易受到雷擊。雷擊可損壞風力渦輪機，並且更具 體而言損壞風力渦輪機葉片，從而導致停機期和修理。因此，希望開發一種雷電檢測系統以 及時的方式檢測雷擊，並從而減少風力渦輪機的修理和停機期。圖1是按照本技術的方面的包括示例性雷電檢測系統的風力渦輪機100的示意 圖。如文中所用，用語「風力渦輪機」可用來指代將風的動能轉換成機械能的旋轉機器。機 械能然後可轉換成電能。在示例性實施例中，風力渦輪機100包括塔架108、葉片102、104和106、機艙109 以及輪轂(圖1中未示出)。在目前構想出的構造中，葉片102包括感測裝置110、112。此 外，葉片104可包括感測裝置114,116,以及葉片106可包括感測裝置118、120。同樣，在特 定實施例中，塔架108可包括感測裝置122、124，如圖1所示。例如，感測裝置110、112、114、 116、118、120、122、124可包括風速計、電壓傳感器、溫度傳感器、接近傳感器、測速轉子傳感 器、測速發電機傳感器、偏航傳感器、扭絞電纜傳感器，或它們的組合。應注意的是，雖然在 目前構想出的實施例中，風力渦輪機100的葉片102、104、106和塔架108中的各者均示為 包括兩個感測裝置，但在特定實施例中，風力渦輪機100中傳感器的數量和傳感器的定位 可以變化。還應注意的是，雖然在目前構想出的實施例中，機艙109和輪轂不包括任何感測 裝置，但在特定實施例中，機艙109和輪轂也可包括一個或多個感測裝置。此外，在一個實施例中，感測裝置110、112、114、116、118、120、122、124可構造成 用以生成表示風力渦輪機100的一個或多個工作狀態參數的傳感器信號。如文中所用，用 語「工作狀態參數」可用來指代可用於確定風力渦輪機100的工況的參數。另外，工作狀態 參數還可包括影響風力渦輪機100的工況和輸出的參數。例如，工作狀態參數可包括風速、 風向、每分鐘轉數、應力、溫度、發電繞組、葉片振動、塔架振動、功率測量、發電機電力電纜 的扭絞，或它們的組合。此外，在一個實施例中，傳感器信號可包括因外部因素引起的噪音信號。如文中所 用，用語「噪音信號」可用來指代在傳感器信號中可促使由該傳感器信號所攜帶的信息失真的不合需要的幹擾。例如，噪音信號可包括非雷電噪音信號和雷電噪音信號。如文中所用， 用語「非雷電噪音」可用來指代因不同於雷擊的外部因素而在傳感器信號中感生的噪音信 號。非限制性實例中的外部因素可包括熱效應、電磁幹擾、機械誤差等。如文中所用，用語 「雷電噪音」可用來指代因雷擊而在傳感器信號中感生的噪音信號。注意的是，雷擊126可引起在傳感器信號中感生出雷電噪音信號。例如，雷電噪音 信號可包括雷擊感生電流、雷擊感生電壓、雷擊感生磁場、雷擊感生電場，或它們的組合。如圖1所示，雷擊126在衝擊點128處衝擊風力渦輪機100。雷擊126包括可引起 產生雷擊感生電流的高振幅電流脈衝。在一個實施例中，雷擊感生電流可從衝擊點128流 向地面。雷擊感生電流的流動可引起在傳感器信號中感生出雷電噪音信號。另外，雷擊感 生電流的流動還可引起在風力渦輪機100中產生雷擊感生磁場，從而在傳感器信號中形成 雷電噪音信號。此外，如圖1所示，風力渦輪機可與雷電信號(LS)處理子系統130可操作地聯接。 在特定實施例中，雷電信號處理子系統130可構造成用以從感測裝置110、112、114、116、 118、120、122、124接收傳感器信號。此外，雷電信號處理子系統130可構造成用以處理傳 感器信號來判斷存在或不存在雷擊126。參照圖2，將更詳細地描述藉助於處理由感測裝置 110、112、114、116、118、120、122、124所產生的傳感器信號而判斷存在或不存在雷擊126。此外，在特定實施例中，雷電信號處理子系統130可進一步構造成用以基於對是 否存在雷電噪音信號的判斷而生成指示存在或不存在雷擊的信號，並且將所生成的信號傳 送到遠程位置。還應注意的是，在其它的特定實施例中，所生成的信號可傳送到現場位置。 所生成的信號可包括音頻信號、視頻信號，或二者。視頻信號可藉助於顯示裝置傳送，而音 頻信號可藉助於音頻裝置傳送。按照本技術，提出一種雷電檢測系統。圖2是按照本技術的方面的示例性雷電檢 測系統300的框圖。在一個實施例中，雷電檢測系統300可構造成用以檢測在物體上的雷 擊。應注意的是，雷電檢測系統300可構造成用以檢測在物體上的雷擊，這些物體例如但不 局限於高層建築、塔、風力渦輪機、飛行器等。雖然參照風力渦輪機如風力渦輪機100 (參見 圖1)描述了雷電檢測系統300，但將應認識到的是，雷電檢測系統300也可應用於塔、高層 建築、飛行器等中對雷擊進行檢測。在一個實施例中，雷電檢測系統300可包括多個感測裝置，這些感測裝置構造成 用以生成表示物體的一個或多個工作狀態參數的傳感器信號。該物體例如可包括風力渦輪 機100 (參見圖1)。在目前構想出的構型中，雷電檢測系統300的多個感測裝置包括第一感測裝置 302、第二感測裝置304、第三感測裝置306，以及第η感測裝置308。在一個實施例中，感測裝 置302、304、306、308可構造成用以產生表示物體的一個或多個工作狀態參數的傳感器信 號，如前文關於感測裝置110、112、114、116、118、120、122、124(參見圖1)所指出。例如，感 測裝置302、304、306、308可包括電壓傳感器、溫度傳感器、接近傳感器、測速轉子傳感器、 測速發電機傳感器、偏航傳感器、扭絞電纜傳感器，或它們的組合。此外，第一感測裝置302生成第一傳感器信號310，而第二感測裝置304生成第二 傳感器信號312。類似的是，第三感測裝置306生成第三傳感器信號314，而第η感測裝置 308生成第η傳感器信號316。同樣，如前文指出，在一個實施例中，傳感器信號302、304、
8306,308可包括由於外部因素引起的噪音信號，其中，這些噪音信號可包括例如非雷電噪音 信號和雷電噪音信號。此外，如圖2所示，感測裝置302、304、306、308可以可操作地聯接在雷電信號處理 子系統318上。在一個實施例中，感測裝置302、304、306、308可藉助於有線連接而可操作 地聯接到雷電信號處理子系統318上。在另一實施例中，感測裝置302、304、306、308可通 過無線連接而可操作地聯接到雷電信號處理子系統318上。而且，雷電信號輪廓318可為 圖1的雷電信號輪廓。按照本技術的示例性方面，雷電信號處理子系統318可構造成用以從感測裝置 302、304、306、308接收傳感器信號310、312、314、316。此外，雷電信號處理子系統318也可 構造成用以結合傳感器信號310、312、314、316而生成複合信號。如文中所用，用語「複合信 號」可用來指代具有與傳感器信號310、312、314、316中兩個或更多個對應的數據的信號。 在一個實施例中，該數據例如可表示物體的一個或多個工作狀態參數。在一個示例性實施 例中，雷電信號處理子系統318可通過利用數據融合方法而結合傳感器信號310、312、314、 316。此外，在非限制性實例中，數據融合方法可包括利用相關函數、神經網絡、人工智慧、統 計估計、貝葉斯推理法、加權平均法、圖象識別法，或它們的組合。此外，在產生複合信號後，雷電信號處理子系統318可構造成用以從複合信號提 取噪音信號。在一個實施例中，可通過採用高通濾波器、卡爾曼濾波算法等而從複合信號提 取噪音信號。另外，雷電信號處理子系統318可構造成用以檢測在所提取的噪音信號中是 否存在任何雷電噪音信號。更具體而言，雷電信號處理子系統318可構造成用以通過將所 提取的噪音信號與一個或多個雷電信號輪廓進行對比而檢測在所提取的噪音信號中是否 存在任何雷電噪音信號。如文中所用，用語「雷電信號輪廓」可用來指代表示雷擊的信號的 圖象。例如，該一個或多個雷電信號輪廓可包括雷擊感生電流、雷擊感生電壓、雷擊感生磁 場、雷擊感生電場，或它們的組合。如果所提取的噪音信號基本上類似於該一個或多個雷電 信號輪廓，則檢測到存在雷擊。換句話說，所提取的噪音信號與該一個或多個雷電信號輪廓 之間的匹配指示在所提取的噪音信號中存在雷電噪音信號。如前文所指，雷電噪音信號例 如可包括雷擊感生電流、雷擊感生電壓、雷擊感生磁場、雷擊感生電場，或它們的組合。此 外，所提取的噪音信號與該一個或多個雷擊信號輪廓之間的不匹配表示在所提取的噪音信 號中不存在雷擊。另外，在特定實施例中，雷電信號處理子系統318可進一步構造成用以基於對是 否存在雷電噪音信號的判斷而生成指示存在或不存在雷擊的信號，並且將所生成的信號傳 送到遠程位置。還應注意的是，在其它的特定實施例中，所生成的信號可傳送到現場位置。 所生成的信號可包括音頻信號、視頻信號，或二者。視頻信號可藉助於顯示裝置傳送，而音 頻信號可藉助於音頻裝置傳送。在一個實施例中，數據儲存庫320可儲存一個或多個雷電信號輪廓。如在目前構 想出的圖2的構型中所示，雷電信號處理子系統318可包括數據儲存庫320。作為備選，數 據儲存庫320可為與雷電信號處理子系統318可操作地聯接的獨立子系統。現參照圖3，示出了按照本技術的示例性方面的雷電檢測系統400的另一實施例 的框圖。雷電檢測系統400可包括多個感測裝置，這些感測裝置構造成用以產生表示物體 的一個或多個工作狀態參數的傳感器信號。此外，如前文參照圖2所指，該物體可包括風力渦輪機100(參見圖1)。在其它實施例中，該物體可包括容易受到雷擊的高結構，諸如高層 建築、塔、飛行器等。如目前構想出的圖3的構型中所示，雷電檢測系統400包括第一感測裝置402、第 二感測裝置404、第三感測裝置406，以及第η感測裝置408。這裡再次的是，如前文參照圖 2所指，感測裝置402、404、406、408可包括風速計、電壓傳感器、溫度傳感器、接近傳感器、 測速轉子傳感器、測速發電機傳感器、偏航傳感器、扭絞電纜傳感器，或它們的組合。此外，第一感測裝置402生成傳感器信號410，第二感測裝置404生成傳感器信號 412，第三感測裝置406生成傳感器信號414，以及第η感測裝置408生成傳感器信號416。 在一個實施例中，傳感器信號410、412、414、416還可包括噪音信號，其中，這些噪音信號可 包括雷電噪音信號和非雷電噪音信號。此外，在一個實施例中，雷電檢測系統400可包括感測子系統418。此外，感測子系 統418可包括一個或多個感測模塊。在一個實施例中，感測子系統418可包括第一感測模 塊420、第二感測模塊422、第三感測模塊424，以及第η感測模塊426。此外，在特定實施例 中，感測子系統418可構造成用以從傳感器信號410、412、414、416提取噪音信號，並且將所 提取的噪音信號與一個或多個雷電信號輪廓進行對比，用以判斷在所提取的噪音信號中是 否存在雷電噪音信號。感測模塊420、422、424、426可從數據儲存庫428調取該一個或多個 雷電信號輪廓。數據儲存庫428可與感測子系統418操作通信。此外，各感測模塊420、422、424、426可構造成用以接收由感測裝置402、404、406、 408所生成的傳感器信號。更具體而言，第一傳感器信號410是對第一感測模塊420的輸 入，第二傳感器信號412是對第二感測模塊422的輸入，第三傳感器信號414是對第三感測 模塊424的輸入，以及第η傳感器信號416是對第η感測模塊426的輸入。另外，各感測模塊420、422、424、426均可構造成用以從對應的傳感器信號提取噪 音信號(如果存在任何噪音信號的話)。更具體而言，第一感測模塊420可構造成用以從第 一傳感器信號410提取噪音信號，而第二感測模塊422可構造成用以從第二傳感器信號412 提取噪音信號。類似的是，第三感測模塊424可構造成用以從第三傳感器信號414提取噪 音信號，以及第η感測模塊426可構造成用以從第η傳感器信號416提取噪音信號。此外，感測模塊420、422、424、426可進一步構造成用以將對應的所提取的噪音信 號與該一個或多個雷電信號輪廓進行對比，以判斷在所提取的噪音信號中是否存在雷電噪 音信號。更具體而言，第一感測模塊420可構造成用以將從第一傳感器信號410提取的噪 音信號與該一個或多個雷電信號輪廓進行對比，而第二感測模塊422可構造成用以將從第 二傳感器信號412提取的噪音信號與該一個或多個雷電信號輪廓進行對比。類似的是，第 三感測模塊424可構造成用以將從第三傳感器信號414提取的噪音信號與該一個或多個雷 電信號輪廓進行對比，而第η感測模塊426可構造成用以將從第η傳感器信號416提取的 噪音信號與該一個或多個雷電信號輪廓進行對比。雖然在目前構想出的構型中將各感測模塊420、422、424、426顯示為接收由感測 裝置402、404、406、408所生成的單個傳感器信號，但按照本技術的示例性方面，各感測模 塊420、422、424、426也可接收由感測裝置402、404、406、408所生成的多個傳感器信號。此外，在一個實施例中，雷電檢測系統400還可包括雷電信號處理子系統430。在 圖3所示的實施例中，雷電信號處理子系統430顯示為與一個或多個感測模塊420、422、
10424,426操作通信。在又一實施例中，雷電信號處理子系統430可與感測子系統418可操作 地相關聯。按照本技術，雷電信號處理子系統430可構造成用以生成複合噪音信號。在一個 實施例中，雷電信號處理子系統430可通過結合從感測模塊420、422、424、426接收到的所 提取的噪音信號而生成複合噪音信號。如前文指出，感測模塊420、422、424、426可構造成 用以從對應的傳感器信號提取噪音信號，而且還將對應的所提取的噪音信號與該一個或多 個雷電信號輪廓進行對比，用以判斷在所提取的噪音信號中是否存在任何雷電噪音信號。 繼將所提取的噪音信號與該一個或多個雷電信號輪廓進行對比之後，如果判斷所提取的噪 音信號中的至少一個基本上類似於該一個或多個雷電信號輪廓，則可通過雷電信號處理子 系統430結合所提取的噪音信號，用以生成複合噪音信號。如文中所用，用語「複合噪音信 號」可用來指代具有表示在物體上一次或多次雷擊的數據的信號。更具體而言，用語「複合 噪音信號」可用來指代包括由感測裝置402、404、406、408中的一個或多個所接收的雷電噪 音信號的信號。在一個實施例中，複合噪音信號可包括雷擊感生電流、雷擊感生電壓、雷擊 感生磁場、雷擊感生電場，或它們的組合。此外，按照本發明的示例性方面，雷電信號處理子系統430可構造成用以結合所 提取的噪音信號，以便如果在所提取的噪音信號中存在雷電噪音信號則生成複合噪音信 號。更具體而言，雷電信號處理子系統430可通過使用數據融合方法來結合噪音信號。該 數據融合方法例如可包括利用相關函數、神經網絡、人工智慧、統計估計、貝葉斯推理法、加 權平均法、圖象識別法，或它們的組合。另外，雷電信號處理子系統430可構造成用以判斷存在或不存在雷擊。更具體而 言，雷電信號處理子系統430可通過將複合噪音信號與該一個或多個雷電信號輪廓進行對 比而判斷存在或不存在雷擊。參照圖5，將更詳細地描述存在或不存在雷擊的判斷。此外，在特定實施例中，雷電信號處理子系統430可進一步構造成用以基於對是 否存在雷電噪音信號的判斷而生成指示存在或不存在雷擊的信號，並且將所生成的信號傳 送到遠程位置。還應注意的是，在其它的特定實施例中，所生成的信號可傳送到現場位置。 所生成的信號可包括音頻信號、視頻信號，或二者。視頻信號可藉助於顯示裝置傳送，而音 頻信號可藉助於音頻裝置傳送。現在來看圖4，繪出了流程圖500，其示出按照本技術的方面的示例性雷電檢測方 法。該方法在步驟502開始，在其中可接收多個傳感器信號。在一個實施例中，可從一個或 多個感測裝置接收該多個傳感器信號。在特定實施例中，該一個或多個感測裝置可設置在 風力渦輪機的葉片、機艙、輪轂、風力渦輪機的塔架，或它們的組合上。該多個傳感器信號例 如可包括傳感器信號310、312、314、316 (參見圖2)。如前文參照圖1至圖3所指，該多個傳 感器信號可表示物體如風力渦輪機100 (參見圖1)的一個或多個工作狀態參數。在一個實 施例中，該多個傳感器信號還可包括噪音信號，其中，這些噪音信號可包括非雷電噪音信號 和雷電噪音信號。繼在接收到該多個傳感器信號之後，在步驟504可生成複合信號。如前文參照圖 2指出，該複合信號可表示具有與該多個傳感器信號中的兩個或更多個對應的數據的信號。 在一個實施例中，雷電信號處理子系統318(參見圖2)可構造成用以生成複合信號。該復 合信號例如可通過結合該多個傳感器信號中的兩個或更多個而生成。在一個實施例中，該多個傳感器信號中的兩個或更多個可通過利用數據融合方法而結合。如前文指出，數據融 合方法例如可包括利用相關函數、神經網絡、人工智慧、統計估計、貝葉斯推理法、加權平均 法、圖象識別法，或它們的組合。此外，在步驟506，可從該複合信號提取噪音信號。如前文指出，雷電信號處理子系 統318(參見圖2)可構造成用以從複合信號提取噪音信號。在步驟508，可將所提取的噪音 信號(NS)與雷電信號輪廓(LSP)中的一個或多個進行對比。此外，如前文參照圖2指出， 雷電信號處理系統318可從數據儲存庫320(參見圖2)調取該一個或多個雷電信號輪廓。 此外，雷電信號處理子系統318可構造成用以將所提取的噪音信號與該一個或多個雷電信 號輪廓進行對比。隨後，在步驟510，可執行檢查以判斷所提取的噪音信號是否匹配該一個 或多個雷電信號輪廓。因此，在步驟510，如果判斷所提取的噪音信號基本上匹配該一個或 多個雷電信號輪廓，則可確認存在雷電噪音信號，如通過步驟514所示。按照本技術的示例 性方面，存在雷電噪音信號可指示雷擊516的發生。然而，在步驟510，如果判斷所提取的噪 音信號不匹配該一個或多個雷電信號輪廓，則可確認不存在雷擊，如通過步驟512所示。此外，在特定實施例中，雷電檢測方法可基於對是否存在雷電噪音信號的判斷而 生成指示存在或不存在雷擊的信號，並且將所生成的信號傳送到遠程位置。也可將所生成 的信號傳送到現場位置。如前文指出，所生成的信號可包括音頻信號、視頻信號，或二者。視 頻信號可藉助於顯示裝置傳送，而音頻信號可藉助於音頻裝置傳送。現在來看圖5，繪出了流程圖600，其示出按照本技術的方面的另一雷電檢測方 法。該方法在步驟602開始，在其中可接收多個傳感器信號。更具體而言，在一個實施例中， 可從一個或多個感測裝置接收該多個傳感器信號。如前文關於圖4指出，該一個或多個感 測裝置可設置在風力渦輪機的葉片、機艙、輪轂、塔架，或它們的組合上。此外如前文參照圖 1指出，該多個傳感器信號可表示物體如風力渦輪機的工作狀態參數。在一個實施例中，該 多個傳感器信號還可包括噪音信號，其中，這些噪音信號可包括非雷電噪音信號和雷電噪 音信號。隨後，在步驟604，可從該多個傳感器信號提取噪音信號。在特定實施例中，可通過 一個或多個感測模塊提取噪音信號。此外，在步驟606，可將所提取的噪音信號與一個或多 個雷電信號輪廓進行對比。在一個實施例中，可通過該一個或多個感測模塊將所提取的噪 音信號與該一個或多個雷電信號輪廓進行對比。該一個或多個感測模塊例如可包括感測模 塊420、422、424、426 (參見圖3)。同樣，如前文參照圖3指出，數據儲存庫430 (參見圖3) 可儲存該一個或多個雷電信號輪廓。繼在將噪音信號與該一個或多個雷電信號輪廓進行對 比之後，在步驟608，可判斷在噪音信號與該一個或多個雷電信號輪廓之間的大致相似或不 同之處。在一個實施例中，在步驟608，如果發現所提取的噪音信號大致與該一個或多個雷 電信號相似，則可將全部所提取的噪音信號進行結合用以生成複合噪音信號，如通過步驟 610所示。如前文指出，雷電信號處理子系統430可生成複合噪音信號。此外，如通過步驟 614所示，可將該複合噪音信號與該一個或多個雷電信號輪廓進行對比。如果在步驟614判 斷該複合噪音信號與該一個或多個雷電信號基本上相似，則可確認存在雷擊，如通過步驟 616所示。然而，在步驟614，如果複合噪音信號不匹配該一個或多個雷電信號輪廓，則可確 認不存在雷擊，如通過步驟618所示。返回參考步驟608，如果沒有噪音信號匹配該一個或多個雷電信號輪廓，則確認不存在雷擊，如通過步驟612所示。如上文所述的雷電檢測系統和方法還可用來改裝風力渦輪機(如圖1的風力渦輪 機100)，以有利於檢測在風力渦輪機上的雷擊。更具體而言，可將示例性雷電信號處理子系 統改裝在風力渦輪機的現有基礎結構上，包括塔架、葉片、機艙和輪轂，設置在風力渦輪機 的各種構件上的感測裝置，以有利於檢測在風力渦輪機上的任何雷擊。此外，在特定實施例 中，雷電檢測系統和方法可基於對是否存在雷電噪音信號的判斷而生成指示存在或不存在 雷擊的信號，並且將所生成的信號傳送到遠程位置、現場位置或二者，從而以及時的方式檢 測雷擊並因此減少風力渦輪機的修理和停機期。雖然文中僅已示出和描述了本發明的一些特徵，但本領域普通技術人員將會想到 許多改型和變化。因此，應理解的是，所附權利要求旨在涵蓋落入本發明的真實精神之內的 所有此類改型和變化。
權利要求
一種雷電檢測系統(300)，包括多個感測裝置(302，304，306，308)，其構造成用以生成表示物體(100)的一個或多個工作狀態參數的傳感器信號(310，312，314，316)；雷電信號處理子系統(318)，其構造成用以結合表示從所述多個感測裝置(302，304，306，308)接收到的所述一個或多個工作狀態參數的傳感器信號(310，312，314，316)而生成複合信號；從所述複合信號提取噪音信號；以及將所提取的噪音信號與一個或多個雷電信號輪廓進行對比，用以判斷在所提取的噪音信號中是否存在雷電噪音信號。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述雷電噪音信號是響應於在所述物體 (100)上的雷擊(126)而在所述傳感器信號(310，312，314，316)中感生的。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述雷電噪音信號包括雷擊感生電流、雷 擊感生電壓、雷擊感生磁場、雷擊感生電場，或它們的組合。
4.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述一個或多個雷電信號輪廓包括雷擊 感生電流、雷擊感生電壓、雷擊感生磁場、雷擊感生電場，或它們的組合。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述一個或多個工作狀態參數包括風速、 風向、每分鐘轉數、應力、溫度、發電繞組、葉片振動、塔架振動、功率測量、發電機電力電纜 的扭絞，或它們的組合。
6.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述雷電信號處理子系統(318)通過利 用數據融合方法而結合表示所述一個或多個工作狀態參數的傳感器信號(310，312，314， 316)。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述數據融合方法包括利用相關函數、神 經網絡、人工智慧、統計估計、貝葉斯推理法、加權平均法、圖象識別法，或它們的組合。
8.一種雷電檢測系統(400)，包括多個感測裝置(402，404，406，408)，其構造成用以生成表示物體(100)的一個或多個 工作狀態參數的傳感器信號(410，412，414，416)；感測系統(418)，其包括一個或多個感測模塊(420，422，424，426)並且構造成用以從所述傳感器信號(410，412，414，416)提取噪音信號，所述傳感器信號(410，412， 414，416)表示從所述多個感測裝置(402，404，406，408)接收到的所述物體(100)的一個或 多個工作狀態參數；將所提取的噪音信號與一個或多個雷電信號輪廓進行對比，用以判斷在所提取的噪音 信號中是否存在雷電噪音信號；以及雷電信號處理子系統(430)，其與所述感測子系統(418)操作通信並且構造成用以結 合從所述感測子系統(418)接收到的所提取的噪音信號，以基於對在所提取的噪音信號中 的至少一個中雷電噪音信號的判斷而生成複合噪音信號，其中，所述雷電噪音信號是響應於在所述物體(100)上的雷擊(126)而在所述傳感器 信號(410,412,414,316)中感生的。
9.一種雷電檢測方法，包括結合表示一個或多個工作狀態參數的一個或多個傳感器信號(310，312，314，316)用以生成複合信號，其中，從設置在物體(100)上的多個感測裝置(302，304，306，308)接收所 述一個或多個傳感器信號(310，312，314，316)；藉助於雷電信號處理子系統(318)的使用從所述複合信號提取噪音信號；以及 將所提取的噪音信號與一個或多個雷電信號輪廓進行對比，以藉助於所述雷電信號處 理子系統(318)的使用而判斷在所提取的噪音信號中是否存在雷電噪音信號，其中，在所述物體(100)上的雷擊(126)在所述傳感器信號(310，312，314，316)中感 生出表示所述一個或多個工作狀態參數的雷電噪音信號。
10. 一種風力渦輪機(100)，包括多個感測裝置(110，112，114，116，118，120，124，302，304，306，308)，其設置在所述風 力渦輪機的各個構件上，並且構造成用以生成表示所述風力渦輪機(100)的一個或多個工 作狀態參數的傳感器信號(310，312，314，316)； 雷電信號處理子系統(130)，其構造成用以結合從所述多個感測裝置(302，304，306，308)接收到的表示所述一個或多個工作狀 態參數的傳感器信號(310，312，314，316)用以生成複合信號； 從所述複合信號提取噪音信號；以及將所提取的噪音信號與一個或多個雷電信號輪廓進行對比，用以判斷在所提取的噪音 信號中是否存在雷電噪音信號；其中，所述雷電噪音信號是響應於在所述風力渦輪機(100)上的雷擊(126)而在所述 傳感器信號(310，312，314，316)中感生的。
全文摘要
本發明涉及用於檢測雷電的系統和方法。具體而言，提供了一種雷電檢測系統300，其包括多個感測裝置302、304、306、308，該多個感測裝置構造成用以生成表示物體100的一個或多個工作狀態參數的傳感器信號310、312、314、316。雷電檢測系統300還包括雷電信號處理子系統318，其構造成用以結合從該多個感測裝置接收到的表示一個或多個工作狀態參數的傳感器信號而生成複合信號，從該複合信號提取噪音信號，並且將所提取的噪音信號與一個或多個雷電信號輪廓進行對比，以判斷所提取的噪音信號中是否存在雷電噪音信號，其中，該雷電噪音信號是響應物體100上的雷擊126而在傳感器信號中感生的。
文檔編號F03D7/04GK101937025SQ20101022729
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月29日 優先權日2009年6月29日
發明者S·G·M·克雷默 申請人:通用電氣公司