檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的控制系統和方法
2023-09-16 08:01:35 2
專利名稱：檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的控制系統和方法
技術領域：
本文中描述的主題大體涉及風力渦輪機，並且更具體而言，涉及檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的控制系統和方法。
背景技術：
一般而言，風力渦輪機包括轉子，轉子包括具有多個轉子葉片的可旋轉的輪轂組件。轉子葉片將風能轉變成機械旋轉扭矩，機械旋轉扭矩通過轉子來驅動一個或多個發電機。發電機有時(但不總是)通過齒輪箱來旋轉地聯接到轉子上。齒輪箱會提高轉子的固有地低的轉速，以便於發電機將旋轉機械能高效地轉化成電能，電能通過至少一個電連接件來供應到公共電網中。還存在無齒輪的直驅式風力渦輪機。轉子、發電機、齒輪箱和其它構件典型地安裝在定位在塔架的頂上的殼體或機艙內。至少一些已知的風力渦輪機包括測量和/或檢測風力渦輪機內或風力渦輪機附近的環境狀況和/或運行狀況的一個或多個傳感器。諸如功率發生操作的操作可依賴於接收來自傳感器的精確測量數據。因此，如果一個或多個傳感器失效和/或呈現異常運行，則風力渦輪機的功率發生能力會降低。至少一些已知的風力渦輪機使用風力渦輪機內的其它傳感器和/或計算運行狀況來檢驗一個或多個傳感器的運行。這樣的風力渦輪機可檢測傳感器內的某些誤差。但是， 這樣的風力渦輪機可能無法精確地檢測傳感器的異常行為，例如傳感器是否開始「漂移」。 這種漂移可出現在傳感器的輸出關於定義的輸入而偏離(例如逐漸偏離)期望輸出時。因此，由於一個或多個傳感器誤差的原因，這樣的風力渦輪機可變得受損和/或可具有降低的功率發生能力。
發明內容
在一個實施例中，提供了一種檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的方法，其包括動態地為第一風力渦輪機定義鄰近的風力渦輪機的鄰域，各個鄰近的風力渦輪機包括至少一個傳感器。該方法還包括接收來自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數據，以及使用接收自鄰近的風力渦輪機傳感器的數據來確定第一風力渦輪機的至少一個傳感器的狀態。在另一個實施例中，提供了一種檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的方法， 其包括定義用於使接收自至少一個風力渦輪機的數據歸一化的歸一化算法。基於該歸一化算法來為第一風力渦輪機定義鄰近的風力渦輪機的鄰域，其中，各個鄰近的風力渦輪機包括至少一個傳感器。接收來自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數據，並且使用接收自鄰近的風力渦輪機傳感器的數據來確定第一風力渦輪機的至少一個傳感器的狀態。在又另一個實施例中，提供了一種用於包括至少一個傳感器的第一風力渦輪機的控制系統。該控制系統包括構造成動態地定義包括多個風力渦輪機的鄰域的處理器，其中， 該多個風力渦輪機中的各個風力渦輪機均包括至少一個傳感器。處理器也構造成接收來自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數據，並且使用接收自鄰近的風力渦輪機傳感器的數據來確定第一風力渦輪機的傳感器的狀態。
圖1是示例性風力渦輪機的透視圖。圖2是適於用於圖1中顯示的風力渦輪機的示例性機艙的局部截面圖。圖3是適於用於圖1中顯示的風力渦輪機的示例性渦輪控制系統的方框圖。圖4是可包括圖1中顯示的風力渦輪機的示例性風電場的示意圖。圖5是適於用於圖1中顯示的和/或圖4中顯示的風電場內的風力渦輪機的檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的示例性方法的流程圖。零部件列表100風力渦輪機102 塔架104支承表面106 機艙108 轉子110 輪轂112轉子葉片114 風116偏航軸線118轉子葉根部分120負荷傳遞區域122轉子葉尖部分124旋轉軸線126轉子葉片表面區128變槳軸線130變槳組件131變槳驅動馬達132發電機134轉子軸136齒輪箱138高速軸140聯接件142支承件144支承件146偏航驅動機構148氣象杆150渦輪控制系統152前支承軸承
154後支承軸承156傳動系200處理器202存儲器裝置204傳感器206促動器208虛擬傳感器300風電場302風電場控制中心304 網絡306 鄰域308測試中的風力渦輪機310初始鄰域312主鄰域314調和鄰域400檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的方法402為風力渦輪機定義初始鄰域404確定一個或多個風力渦輪機傳感器是否有故障406動態地定義風力渦輪機的主鄰域408定義歸一化算法410調節主鄰域大小412接收來自鄰域中的風力渦輪機的傳感器數據414使接收到的傳感器數據歸一化416基於經歸一化的傳感器數據來確定一個或多個傳感器是否有故障418通知風電場控制中心420定義調和鄰域422確定調和鄰域是否包括預定數量的風力渦輪機424產生故障426產生至少一個虛擬傳感器
具體實施例方式本文中描述的實施例檢驗風電場內測試中的風力渦輪機的至少一個傳感器的運行。為測試中的風力渦輪機動態地定義風力渦輪機的鄰域。定義了歸一化算法來幫助確定鄰域內的各個風力渦輪機與測試中的風力渦輪機的關聯性。從各個鄰域風力渦輪機接收傳感器數據，並且使用歸一化算法來使該傳感器數據歸一化。比較經歸一化的傳感器數據與測試中的風力渦輪機的至少一個傳感器的傳感器數據，以確定傳感器是否有故障。如果確定傳感器有故障，則產生至少一個虛擬傳感器，以用作故障傳感器的代理。基於接收自鄰域風力渦輪機的經歸一化的傳感器數據來產生虛擬傳感器。因此，本文中描述的實施例提供了用於檢驗傳感器的運行的穩定可靠的和高效的方法和控制系統。此外，本文中描述的實施例使得風力渦輪機能夠在確定傳感器有故障的情況下繼續運行。圖1是示例性風力渦輪機100的示意圖。在該示例性實施例中，風力渦輪機100是水平軸風力渦輪機。備選地，風力渦輪機100可為豎直軸風力渦輪機。在該示例性實施例中，風力渦輪機100包括從支承表面104延伸且聯接到支承表面104上的塔架102。例如， 塔架102可用錨定螺栓或通過基礎安裝件(均未顯示)來聯接到表面104上。機艙106聯接到塔架102上，而轉子108聯接到機艙106上。轉子108包括可旋轉的輪轂110和聯接到輪轂110上的多個轉子葉片112。在該示例性實施例中，轉子108包括三個轉子葉片112。 備選地，轉子108可具有使得風力渦輪機100能夠如本文中描述的那樣起作用的任何適合數量的轉子葉片112。塔架102可具有使得風力渦輪機100能夠如本文中描述的那樣起作用的任何適合的高度和/或結構。轉子葉片112在輪轂110的周圍間隔開，以幫助使轉子108旋轉，從而將來自風 114的動能轉換成可用的機械能，並且隨後轉換成電能。轉子108和機艙106在偏航軸線 116上繞著塔架102旋轉，以控制轉子葉片112的相對於風114的方向的投影。通過在多個負荷傳遞區域120處將轉子葉根部分118聯接到輪轂110上來將轉子葉片112匹配到輪轂110上。負荷傳遞區域120各自具有輪轂負荷傳遞區域和轉子葉片負荷傳遞區域(兩者在圖1中均未顯示)。對轉子葉片112引起的負荷通過負荷傳遞區域120傳遞到輪轂110。 各個轉子葉片112還包括轉子葉尖部分122。在該示例性實施例中，轉子葉片112具有介於大約30米(m) (99英尺(ft))和大約120m(394ft)之間的長度。備選地，轉子葉片112可具有使得風力渦輪機100能夠如本文中描述的那樣起作用的任何適合的長度。例如，轉子葉片112可具有小於30m或大於120m 的適合長度。在風114接觸轉子葉片112時，會對轉子葉片112引起升力，並且在轉子葉尖部分122加速時，會引起轉子108繞著旋轉軸線IM旋轉。轉子葉片112的槳距角(未顯示)，即確定轉子葉片112的相對於風114的方向的投影的角，可由變槳組件(在圖1中未顯示)改變。更具體而言，增大轉子葉片112的槳距角會減小轉子葉片表面區1 暴露於風114的量，並且相反地，減小轉子葉片112的槳距角會增大轉子葉片表面區126暴露於風114的量。在各個轉子葉片112處繞著變槳軸線128 來調節轉子葉片112的槳距角。在該示例性實施例中，轉子葉片112的槳距角是單獨控制的。圖2是示例性風力渦輪機100(在圖1中顯示)的機艙106的局部截面圖。風力渦輪機100的各種構件均容納在機艙106中。在該示例性實施例中，機艙106包括三個變槳組件130。各個變槳組件130聯接到相關聯的轉子葉片112(在圖1中顯示)上，並且調控相關聯的轉子葉片112的繞著變槳軸線128的變槳。在圖2中顯示了三個變槳組件130 中的僅一個。在該示例性實施例中，各個變槳組件130包括至少一個變槳驅動馬達131。如圖2中所顯示，轉子108通過轉子軸134(有時稱為或者主軸或者低速軸)、齒輪箱136、高速軸138和聯接件140來可旋轉地聯接到定位在機艙106內的發電機132上。轉子軸134的旋轉會可旋轉地驅動齒輪箱136，齒輪箱136隨後驅動高速軸138。高速軸138 通過聯接件140來可旋轉地驅動發電機132，並且高速軸138的旋轉有助於使發電機132產生電功率。齒輪箱136由支承件142支承，而發電機132由支承件144支承。在該示例性實施例中，齒輪箱136利用雙路徑幾何結構來驅動高速軸138。備選地，轉子軸134通過聯接件140來直接聯接到發電機132上。機艙106還包括偏航驅動機構146，偏航驅動機構146使機艙106和轉子108繞著偏航軸線116(在圖1中顯示)旋轉，以控制轉子葉片112的相對於風114的方向的投影。 機艙106還包括至少一個氣象杆148，該至少一個氣象杆148包括風向標和風速計(兩者在圖2中均未顯示)。在一個實施例中，氣象杆148將包括風向和/或風速的信息提供給渦輪控制系統150。渦輪控制系統150包括一個或多個控制器或構造成執行控制算法的其它處理器。如本文中所用，用語「處理器」包括任何可編程的系統(包括多個系統)，包括微控制器、簡精指令集電路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLC)，以及能夠執行本文中描述的功能的任何其它電路。以上實例僅是示例性的，並且因此不意圖以任何方式限制用語處理器的定義和/或含義。此外，渦輪控制系統150可執行SCADA(監督、控制和數據採集)程序。變槳組件130操作性地聯接到渦輪控制系統150上。在該示例性實施例中，機艙 106還包括前支承軸承152和後支承軸承154。前支承軸承152和後支承軸承巧4有助於轉子軸134的徑向支承和對準。前支承軸承152在輪轂110附近聯接到轉子軸134上。後支承軸承154在齒輪箱136和/或發電機132附近定位在轉子軸134上。機艙106可包括使得風力渦輪機100能夠如本文中公開的那樣起作用的任何數量的支承軸承。轉子軸134、 發電機132、齒輪箱136、高速軸138、聯接件140和任何相關聯的緊固、支承和/或固定裝置 (包括但不限於支承件142、支承件144、前支承軸承152和後支承軸承154)有時被稱為傳動系156。圖3是可用於風力渦輪機100(在圖1中顯示)的示例性渦輪控制系統150的方框圖。在該示例性實施例中，渦輪控制系統150包括操作性地聯接到存儲器裝置202上、聯接到至少一個傳感器204上且聯接到至少一個促動器206上的處理器200。此外，在該示例性實施例中，處理器200聯接到至少一個虛擬傳感器208上，以及/或者實現至少一個虛擬傳感器208。存儲器裝置202包括計算機可讀介質，例如(無限制性)，隨機存取存儲器(RAM)、 快閃記憶體、硬碟驅動器、固態驅動器、磁碟和/或快閃記憶體驅動器。備選地，存儲器裝置202可包括使得處理器200能夠存儲、檢索和/或執行指令和/或數據的任何適合的計算機可讀介質。存儲器裝置202存儲和傳遞待由處理器200執行的信息和指令。在該示例性實施例中，傳感器204包括例如以下中的一個或多個電壓傳感器、電流傳感器、風速傳感器、風向傳感器、空氣密度傳感器、溫度傳感器、加速計和/或任何適合的傳感器。傳感器204提供風力渦輪機100的一個或多個運行狀況的測量結果。在該示例性實施例中，風力渦輪機100的實測運行狀況包括(無限制性)產生的功率、產生的扭矩、 轉子108(在圖2中顯示)的轉速、風力渦輪機100的一個或多個構件的機械負荷、空氣密度、海拔、風速、風向、環境溫度和/或風力渦輪機100處或風力渦輪機100內的任何適合的狀況。在該示例性實施例中，虛擬傳感器208為一個或多個傳感器204提供代理。更具體而言，如本文中更加完整地描述的那樣，一個或多個虛擬傳感器208可提供一個或多個計算運行狀況來代替來自有故障的和/或不可用的傳感器204的一個或多個測量結果。在該示例性實施例中，處理器200接收來自傳感器204和/或虛擬傳感器208的數據，並且基於該傳感器數據來操作促動器206，以調節風力渦輪機100的一個或多個構件的位置。例如，促動器206可包括一個或多個變槳驅動馬達131 (在圖2中顯示)、偏航驅動機構146(在圖2中顯示)和/或使風力渦輪機100能夠如本文中描述的那樣運行的任何其它構件，以及/或者可結合在它們內。圖4是示例性風電場300的示意圖。在該示例性實施例中，風電場300包括多個風力渦輪機100和控制與監測風力渦輪機100和/或風電場300的運行的風電場控制中心 302。風電場300內的風力渦輪機100通過與各個風力渦輪機100的相應的渦輪控制系統 150(在圖2中顯示)交互的網絡304來聯接到彼此上。更具體而言，風力渦輪機100和/ 或渦輪控制系統150通過使得各個風力渦輪機100和/或渦輪控制系統150能夠將數據傳輸給風電場300內的其它風力渦輪機100和/或渦輪控制系統150且接收來自風電場300 內的其它風力渦輪機100和/或渦輪控制系統150的數據的任何適合的網絡類型來聯接在一起，包括有線網絡和/或無線網絡304。此外，在該示例性實施例中，風電場300內的各個風力渦輪機100通過網絡304來聯接到風電場控制中心302。在該示例性實施例中，風力渦輪機100共同分組成一個或多個鄰域306。更具體而言，鄰域306是關於第一或選定的風力渦輪機308而定義的。在一個特定的實施例中，選定的風力渦輪機308是測試中的風力渦輪機308(即處於測試過程中的風力渦輪機100)。 如本文中所描述，「測試中的風力渦輪機」不限於正在執行正式測試或測試程序的風力渦輪機。相反，執行本文中描述的方法以檢驗一個或多個傳感器的運行的風力渦輪機可稱為「測試中的風力渦輪機」。如本文更加完整地描述的那樣，鄰域306可包括第一或初始鄰域310、 第二或主鄰域312和/或第三或調和(accommodation)鄰域314。備選地，鄰域306可包括任何適合數量和/或類型的鄰域。如本文所用，用語「鄰域」指的是基於共同因素或特徵的風力渦輪機100的組織組。例如，可按地理位置來定義鄰域306，例如基於風力渦輪機100 之間的距離(未顯示)。也可基於通訊和/或功率網絡(例如網絡304)、基於實測運行狀況的相似性(例如風速)、基於相似的運行模式和/或基於任何其它適合的特徵或特徵的組合來定義鄰域306。此外，如本文中更加完整地描述的那樣，鄰域306用來檢驗一個或多個風力渦輪機100(例如測試中的風力渦輪機308)的運行，以及/或者用作測試中的風力渦輪機308的故障傳感器204的代理。此外，在該示例性實施例中，鄰域306標識測試中的風力渦輪機308從中接收數據的一組或多組風力渦輪機100。鄰域306內的風力渦輪機100 可稱為「鄰近的風力渦輪機100」。圖5是檢驗至少一個風力渦輪機傳感器(例如風力渦輪機100(在圖1中顯示) 的至少一個傳感器204)的運行的示例性方法400的流程圖。方法400可由風電場控制中心302 (在圖4中顯示)和/或測試中的風力渦輪機308 (在圖4中顯示)的渦輪控制系統 150執行。在該示例性實施例中，在檢驗各個風力渦輪機100的運行時(即在各個風力渦輪機100均變成測試中的風力渦輪機308時)，方法400由風電場300內的各個風力渦輪機 100的渦輪控制系統150的處理器200(在圖3中顯示)執行。在該示例性實施例中，方法400包括為風力渦輪機100定義402初始鄰域，例如初始鄰域310 (在圖4中顯示)。初始鄰域310用來確定404測試中的風力渦輪機308的一個或多個傳感器204是否有故障。在該示例性實施例中，如圖4中示出的那樣，初始鄰域310 定義402成僅包括測試中的風力渦輪機308。因而，測試中的風力渦輪機308通過使接收自傳感器204(即被測試的傳感器204)的數據與接收自測試中的風力渦輪機308內的其它傳感器204的數據相關來檢驗各個傳感器204的運行。測試中的風力渦輪機308可使用相關的數據來確定例如傳感器204是否「停滯」在特定值或多個特定值處(即傳感器204是否儘管接收到不同的輸入而總是傳輸相同的輸出)，傳感器204是否失電，以及/或者傳感器 204是否以別的方式不可運行(下文共同稱為一個或多個「固定故障」)。備選地，初始鄰域 310定義402成包括使得方法400能夠如本文中描述的那樣運行的任何適合的風力渦輪機 100或多個風力渦輪機100。仍然備選地，沒有定義402初始鄰域310，並且方法400通過比較來自傳感器204的數據與來自風電場控制中心302的數據和/或來自測試中的風力渦輪機308的其它數據來確定404測試中的風力渦輪機308的一個或多個傳感器204是否有故障。如果確定404傳感器204不會呈現固定故障，則動態地定義406測試中的風力渦輪機308的主鄰域，例如主鄰域312(在圖4中顯示)。如本文中所用，用語「動態地定義」 指的是在第一時間點處定義的鄰域和該鄰域的至少一方面在後面的時間點處被調節或重新定義。如上所述，主鄰域312可按地理位置定義、按邏輯定義，以及/或者基於測試中的風力渦輪機308和風電場300內的一個或多個風力渦輪機100和/或風電場300之外的一個或多個風力渦輪機100之間的一個或多個特徵或關係來定義。在該示例性實施例中，除了測試中的風力渦輪機308之外，主鄰域312還包括多個鄰近的風力渦輪機100。為測試中的風力渦輪機308定義408歸一化算法。在該示例性實施例中，歸一化算法以測試中的風力渦輪機308和主鄰域312和/或風電場300內的各個風力渦輪機100 之間的距離為基礎。更具體而言，在該示例性實施例中，歸一化算法為各個風力渦輪機100 確定與各個風力渦輪機100和測試中的風力渦輪機308之間的距離成反比的係數。備選地， 可基於測試中的風力渦輪機308的實測風速和主鄰域312和/或風電場300內的各個風力渦輪機100的實測風速之間的差、測試中的風力渦輪機308的實測風速和主鄰域312和/或風電場300內的各個風力渦輪機100的實測風速的均方誤差、風力渦輪機308的運行歷史和/或運行序列與主鄰域312和/或風電場300內的各個風力渦輪機100的運行歷史和/ 或運行序列的比較結果，以及/或者風力渦輪機100和/或風電場300的任何其它適合的特徵來定義408歸一化算法。如本文中更加完整地描述的那樣，歸一化算法用來設置來自風力渦輪機100的數據的順序和/或權重量，以確定與測試中的風力渦輪機308的使用最適合和/或相關的數據。在定義408歸一化算法之後，就調節410主鄰域312的大小。更具體而言，在該示例性實施例中，基於歸一化算法將歸一化係數分配給各個風力渦輪機100。例如，如果歸一化算法是風力渦輪機100和測試中的風力渦輪機308之間的距離的倒數為基礎，則將與該距離成反比的歸一化係數分配給風電場300內的各個風力渦輪機100。對歸一化係數排序， 以產生一組有序的係數值。通過識別該組係數值內的最高值來選擇預定數量和/或百分比的係數值。備選地，可使用最低值和/或任何其它適合的標準來選擇預定數量和/或百分比的係數值。根據選定的風力渦輪機100(即與選定的係數值相關聯的風力渦輪機100)的數量來對主鄰域312進行大小調節410或設定。因此，主鄰域312重新定義成和/或重新大小設置成將選定的風力渦輪機100包括在其中。此外，風力渦輪機100根據表示各個風力渦輪機100與測試中的風力渦輪機308有多類似的遞增或遞減的列表中的係數值來排列或排序，以檢驗傳感器204的運行。在該示例性實施例中，測試中的風力渦輪機308接收412來自主鄰域312中的風力渦輪機100的傳感器數據。此外，接收412自主鄰域312內的風力渦輪機100的傳感器數據可包括風力渦輪機100的一個或多個運行特徵和/或參數的一個或多個計算值和/或估計值。備選地，風力渦輪機100將傳感器數據傳輸給風電場控制中心302，而測試中的風力渦輪機308接收來自風電場控制中心302的主鄰域312中的風力渦輪機100的傳感器數據。此外，在該示例性實施例中，僅從與在測試中的風力渦輪機308中被測試的傳感器204 相同的傳感器204接收數據。備選地，從主鄰域312中的各個風力渦輪機100和/或風電場控制中心302接收412多個傳感器204的數據，例如來自所有傳感器204的數據。基於歸一化算法來使接收到的數據歸一化414。更具體而言，接收自單獨的風力渦輪機100的各個傳感器值乘以風力渦輪機100的相關聯的係數值。因此，基於各個風力渦輪機100的傳感器數據與測試中的風力渦輪機308有多相關來使傳感器數據歸一化或調節傳感器數據。測試中的風力渦輪機308基於接收自風力渦輪機100和/或風電場控制中心302 的經歸一化的傳感器數據來確定416 —個或多個傳感器204是否有故障。如果測試中的風力渦輪機308確定416傳感器204沒有故障，則方法400可為隨後的傳感器204和/或為不同的風力渦輪機100定義402初始鄰域(即不同的風力渦輪機100變成測試中的風力渦輪機308)。但是，如果測試中的風力渦輪機308確定416 —個或多個傳感器204有故障，則測試中的風力渦輪機308把檢測到的故障通知418風電場控制中心302。這種通知418可包括(無限制性)將一個或多個警告信號或消息傳輸給風電場控制中心302、將一個或多個狀態信號或消息傳輸給風電場控制中心302，以及/或者任何其它適合的通知。在該示例性實施例中，測試中的風力渦輪機308定義420調和鄰域，例如調和鄰域 314(在圖4中顯示)，以為各個故障傳感器204提供代理。此外，在該示例性實施例中，主鄰域312用作調和鄰域314。備選地，以與定義406主鄰域312類似的方式來定義420調和鄰域314，但是調和鄰域314可使用對於已經檢測到的故障的類型而言專有的和/或以該類型為基礎的歸一化算法。此外，在該示例性實施例中，測試中的風力渦輪機308確定422調和鄰域314是否包括預定數量的風力渦輪機100，以提供足夠的傳感器數據基礎來用作故障傳感器204的代理。如果調和鄰域314內未包括足夠數量的風力渦輪機100(即如果風力渦輪機100的數量小於風力渦輪機100的預定數量)，則測試中的風力渦輪機308就不把調和鄰域314用作故障傳感器204的代理。相反，在該示例性實施例中，測試中的風力渦輪機308產生似4故障和/或停機(即停止產生功率)。如果測試中的風力渦輪機308確定422調和鄰域314包括足夠數量的風力渦輪機 100，測試中的風力渦輪機308就產生似6用作故障傳感器204的代理的一個或多個虛擬傳感器208(在圖3中顯示)。在該示例性實施例中，虛擬傳感器208是傳感器204的產生虛擬傳感器數據作為輸出的基於軟體的模型。因而，虛擬傳感器208至少部分地存儲在存儲器裝置202(在圖3中顯示)中和/或由測試中的風力渦輪機308的處理器200實現。此夕卜，在該示例性實施例中，虛擬傳感器數據是接收自調和鄰域314內的風力渦輪機100的歸一化傳感器數據。換句話說，測試中的風力渦輪機308使用接收自調和鄰域314中的風力渦輪機100的經歸一化的傳感器數據來代替將以別的方式接收自故障傳感器204的數據。因此，如果一個或多個傳感器204失效，測試中的風力渦輪機308可使用一個或多個虛擬傳感器208來繼續運行以及產生功率。此外，測試中的風力渦輪機308可如期望的那樣來根據虛擬傳感器數據獲得和/或計算出其它適合的運行特徵或參數。在產生似6 —個或多個虛擬傳感器208之後，方法400可為隨後的傳感器204和/或為不同的風力渦輪機100定義402初始鄰域(即不同的風力渦輪機100變成測試中的風力渦輪機308)。返回參照方法400的開始，如果確定404傳感器204具有如上所述的固定故障，測試中的風力渦輪機308就把檢測到的故障通知418風電場控制中心302。這種通知418可包括(無限制性)將一個或多個警報信號或消息傳輸給風電場控制中心302、將一個或多個狀態信號或消息傳輸給風電場控制中心302，以及/或者任何其它適合的通知。此外，在該示例性實施例中，測試中的風力渦輪機308為故障傳感器204定義408 歸一化算法，並且定義420調和鄰域，例如調和鄰域314，以按與上面所述類似的方式為呈現固定故障的各個傳感器204提供代理。此外，如上所述，測試中的風力渦輪機308確定 422調和鄰域314是否包括預定數量的風力渦輪機100，以提供足夠的傳感器數據基礎來用作故障傳感器204的代理。如果在調和鄰域314內未包括足夠數量的風力渦輪機100(即如果風力渦輪機100數量小於風力渦輪機100的預定數量)，測試中的風力渦輪機308就不會將調和鄰域314用作故障傳感器204的代理。相反，在該示例性實施例中，測試中的風力渦輪機308產生似4故障和/或停機(即停止產生功率)。如果測試中的風力渦輪機308確定422調和鄰域314包括足夠數量的風力渦輪機 100，測試中的風力渦輪機308就接收412來自調和鄰域314內的風力渦輪機100的傳感器數據。如上所述，使用歸一化算法來使傳感器數據歸一化414。測試中的風力渦輪機308產生似6用作故障傳感器204的代理的一個或多個虛擬傳感器208，並且測試中的風力渦輪機 308可如期望的那樣根據虛擬傳感器數據獲得和/或計算出其它適合的運行特徵或參數。 在產生似6 —個或多個虛擬傳感器208之後，方法400可為隨後的傳感器204和/或為不同的風力渦輪機100定義402初始鄰域(即不同的風力渦輪機100變成測試中的風力渦輪機 308)。雖然本文中關於風電場300內的風力渦輪機100來描述方法400，但是應當認可， 也可在多個風電場300的風力渦輪機100之間執行方法400。因而，例如，一個或多個鄰域 306可跨越多個風電場300。本文中描述的系統和方法的技術效果包括以下中的至少一個(a)動態地為測試中的風力渦輪機定義鄰近的風力渦輪機的鄰域，各個鄰近的風力渦輪機包括至少一個傳感器；(b)接收來自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數據；以及(c)使用接收自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數據來確定測試中的風力渦輪機的至少一個傳感器的狀態。以上描述的實施例提供了檢驗風力渦輪機傳感器的運行的高效的和穩定可靠的方法。動態地為測試中的風力渦輪機定義風力渦輪機的鄰域。定義歸一化算法，以用於確定該鄰域內的各個風力渦輪機與測試中的風力渦輪機的關聯性。從各個鄰近的風力渦輪機接收傳感器數據，並且使用歸一化算法來使該傳感器數據歸一化。比較經歸一化的傳感器數據與測試中的風力渦輪機的至少一個傳感器的傳感器數據，以確定傳感器是否有故障。 如果確定傳感器有故障，就產生至少一個虛擬傳感器，以用作故障傳感器的代理。基於接收自鄰近的風力渦輪機的歸一化傳感器數據來產生虛擬傳感器。相反，至少一些現有技術的風力渦輪機僅使用風力渦輪機內的傳感器來檢驗一個或多個風力渦輪機傳感器的運行。因此，本文中描述的實施例提供了用於檢驗傳感器的運行的穩定可靠的和高效的方法和控制系統。此外，如果確定傳感器有故障，本文中描述的實施例就使得風力渦輪機能夠繼續運行。以上對檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的控制系統和方法的示例性實施例進行了詳細描述。控制系統和方法不限於本文中描述的具體實施例，而是相反，控制系統的構件和/或方法的步驟可單獨地並且與本文中描述的其它構件和/或步驟分開來使用。 例如，方法也可與其它風電場和控制系統結合起來使用，而不限於僅用本文中描述的風電場和控制系統來實踐。相反，該示例性實施例可與許多其它風力渦輪機應用結合起來實現和使用。雖然可在一些圖中顯示了本發明的多種實施例的具體特徵，而沒有在其它圖中顯示，但這僅僅是為了方便。根據本發明的原理，圖中的任何特徵均可結合任何其它圖的任何特徵來進行參照和/或要求保護。本書面描述使用實例來公開本發明，包括最佳模式，並且還使得本領域任何技術人員能夠實踐本發明，包括製造和使用任何裝置或系統，以及執行任何結合的方法。本發明的可授予專利權的範圍由權利要求限定，並且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這樣的其它實例具有不異於權利要求的字面語言的結構元素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質性差異的等效結構元素，則這樣的其它實例意圖處於權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種檢驗至少一個風力渦輪機傳感器O04)的運行的方法G00)，所述方法包括動態地為第一風力渦輪機(308)定義鄰近的風力渦輪機(100)的鄰域(306)，各個鄰近的風力渦輪機均包括至少一個傳感器；接收來自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數據；以及，使用自所述鄰近的風力渦輪機傳感器接收的數據來確定所述第一風力渦輪機的至少一個傳感器的狀態。
2.根據權利要求1所述的方法G00)，其特徵在於，所述方法(400)進一步包括如果確定所述第一風力渦輪機(308)的所述傳感器(204)有故障，則為所述傳感器提供代理。
3.根據權利要求1所述的方法G00)，其特徵在於，所述動態地定義鄰近的風力渦輪機 (100)的鄰域(306)包括為所述第一風力渦輪機(308)定義主鄰域(312)；以及，調節所述主鄰域的大小。
4.根據權利要求1所述的方法G00)，其特徵在於，所述方法(400)進一步包括為所述第一風力渦輪機(308)定義歸一化算法，所述歸一化算法用來使自所述鄰近的風力渦輪機傳感器(100)接收的數據歸一化。
5.根據權利要求4所述的方法000)，其特徵在於，所述方法(400)進一步包括基於所述歸一化算法來調節所述鄰域(306)的大小。
6.根據權利要求4所述的方法000)，其特徵在於，所述確定所述第一風力渦輪機 (308)的至少一個傳感器Q04)的狀態包括將經歸一化的數據與自所述第一風力渦輪機的所述傳感器接收的數據進行比較。
7.根據權利要求1所述的方法G00)，其特徵在於，所述方法(400)進一步包括如果確定所述第一風力渦輪機的所述傳感器(204)有故障，則為所述第一風力渦輪機(308)定義調和鄰域(314)，其中所述調和鄰域包括至少一個風力渦輪機(100)。
8.根據權利要求7所述的方法000)，其特徵在於，所述方法(400)進一步包括基於自所述調和鄰域(314)內的所述風力渦輪機(100)接收的數據來產生至少一個虛擬傳感器 008)，所述虛擬傳感器配置成用作所述故障傳感器(204)的代理。
9.根據權利要求7所述的方法000)，其特徵在於，所述方法(400)進一步包括確定所述調和鄰域(314)是否包括預定數量的風力渦輪機(100)。
10.根據權利要求9所述的方法000)，其特徵在於，所述方法(400)進一步包括如果所述調和鄰域(314)不包括所述預定數量的風力渦輪機(100)則產生故障。
全文摘要
本發明涉及檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的控制系統和方法，具體而言，一種檢驗至少一個風力渦輪機傳感器(204)的運行的方法(400)包括動態地為第一風力渦輪機(308)定義鄰近的風力渦輪機(100)的鄰域(306)，各個鄰近的風力渦輪機均包括至少一個傳感器。該方法還包括接收來自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數據，以及使用自鄰近的風力渦輪機傳感器接收的數據來確定第一風力渦輪機的至少一個傳感器的狀態。
文檔編號F03D7/02GK102454546SQ20111034488
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月28日 優先權日2010年10月29日
發明者A·塔維爾, B·A·莫夫西喬夫, M·C·馬扎羅, M·E·卡迪納爾, T·丁朱斯 申請人:通用電氣公司