CN101907061A - 用于确认风力涡轮机的操作的系统、远程设备和方法 - Google Patents

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A·V·蒙加内
S·德萨巴特拉
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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

本发明涉及用于确认风力涡轮机的操作的系统(200)。系统包括操作地联接至风力涡轮机的包括第一通信接口的控制器(120)。远程设备(202)包括配置成使用户(204)能够提交对风力涡轮机操作数据的请求的用户输入设备(225)，风力涡轮机操作数据包括记录的传感器信号、记录的故障状况和记录的控制器状态中的至少一个，第一处理器(150)操作地联接至用户输入设备并编程为构建与提交的请求对应的命令，第二通信接口(235)操作地联接至第一处理器并连通地联接至第一通信接口，第二通信接口(125)配置成将构建的命令传输至第一通信接口并接收来自第一通信接口的包括与传输的命令对应的风力涡轮机操作数据的响应。

Description

用于确认风力涡轮机的操作的系统、远程设备和方法
技术领域
本发明的领域大致涉及风力涡轮机操作的确认，并且更具体地涉及获取由风力涡轮机的控制系统采集的数据。
背景技术
风力涡轮机利用风能来生成或产生电力。风力涡轮机通常包括控制器，其负责监测和调节风力涡轮机操作的各个方面。
与任何机械设备相似，风力涡轮机最终可能出故障。当发生故障时，操作员一般希望使风力涡轮机尽快返回正常状态。然而，快速校正故障对操作员而言可能是一个难题，因为诊断通常需要访问由风力涡轮机控制器收集和管理的数据。一些控制器提供通过交互式命令接口对该数据的远程访问。远程操作员必须输入非常具体的命令来取回数据并且然后保存取回的数据使得可将取回的数据传输至支持专家以进行评价。此外，命令语法可基于安装在控制器上的软件或软件的版本而变化。该手动过程可引起延迟和操作员差错的风险，特别是当由技术知识不足的操作员操作时。
发明内容
在一方面，提供一种用于确认风力涡轮机的操作的系统。该系统包括控制器和远程设备。控制器操作地联接至风力涡轮机并且包括第一通信接口。远程设备包括用户输入设备，其配置成使用户能够提交风力涡轮机操作数据的请求。操作数据包括记录的传感器信号、记录的故障状况和记录的控制器状态中的至少一个。远程设备还包括第一处理器，其操作地联接至用户输入设备并且被编程为构建与提交的请求对应的命令。远程设备还包括第二通信接口，其操作地联接至第一处理器并且连通地联接至第一通信接口。第二通信接口配置成将构建的命令传输至第一通信接口并且接收来自第一通信接口的响应。该响应包括与传输的命令对应的风力涡轮机操作数据。
在另一方面，提供一种远程设备。该远程设备配置成与操作地联接至风力涡轮机的控制器连通。该远程设备包括通信接口、用户输入设备和处理器。通信接口可连通地联接至控制器。用户输入设备配置成允许用户提交对来自控制器的风力涡轮机操作数据的请求。操作数据包括记录的传感器信号、记录的故障状况和记录的控制器状态中的至少一个。处理器操作地联接至通信接口和用户输入设备，并且配置成识别通过用户输入设备提交的请求、构建与所识别的请求对应的命令、使用通信接口将构建的命令传输至控制器并且接收来自控制器的响应。该响应包括与传输的命令对应的风力涡轮机操作数据。
在另一方面，提供一种用于从远程设备确认风力涡轮机的操作的方法。该远程设备与操作地联接至风力涡轮机的控制器连通。该方法包括使用户能够通过远程设备向控制器提交对风力涡轮机操作数据的请求。请求的操作数据包括记录的传感器信号、记录的故障状况和/或记录的控制器状态。该方法还包括构建与提交的请求对应的命令、将构建的命令传输至控制器以及通过远程设备接收来自控制器的响应。该响应包括与传输的命令对应的风力涡轮机操作数据。
附图说明
图1是示例性风力涡轮机的示意图。
图2是示出使用远程设备来确认例如在图1中示出的风力涡轮机的操作的示例性系统的框图。
图3是用于确认例如在图1中示出的风力涡轮机的操作的示例性方法的流程图。
标号列表
100风力涡轮机；102外罩；104塔架；106转子；108三个转子叶片；110轮毂；120控制器；125第一通信接口；130传感器；135传感器接口；140频率转换器；145存储器；150控制器处理器；200系统；202远程设备；204用户；225用户输入设备；230远程设备处理器；235第二通信接口；260可记录存储介质；265输出设备；300示例性方法；305使用户能够提交对操作数据的请求；307提示用户输入数据类型；310构建命令；315将命令传输至控制器；320接收带有操作数据的响应；325构建另外的命令；330传输另外的命令；335接收带有操作数据的另外的响应
具体实施方式
本文所述的实施例向用户提供对来自风力涡轮机控制器的操作数据的访问，对用户的技术知识的要求很低。用户与向用户提供用户接口的远程设备进行交互。操纵用户接口，用户提交对操作数据的请求。远程设备构建与提交的请求对应的命令并且将命令传输至控制器。控制器返回与提交的请求对应的操作数据。通过为用户构建命令而不是要求用户遵守严格的命令语法，本文所述的实施例减少了从风力涡轮机控制器获取操作数据的延迟和操作员差错的风险。
如文中所用，术语“风力涡轮机”用来代表从风能产生旋转能量并且更具体而言将风的动能转换为机械能的任何设备。
图1是示例性风力涡轮机100的示意图。风力涡轮机100包括容纳发电机(图1中未示出)的外罩102。外罩102安装在塔架104(塔架104的一部分在图1中示出)上。塔架104可具有有利于如文中所述的风力涡轮机100的操作的任何高度。风力涡轮机100还包括转子106，该转子106包括附接在旋转轮毂110上的三个转子叶片108。备选地，风力涡轮机100包括有利于如文中所述的风力涡轮机100的操作的任何数量的转子叶片108。在示例性实施例中，风力涡轮机100包括旋转连接在转子106和/或发电机上的齿轮箱(图1中未示出)。
风力涡轮机100包括控制器120(在图2中示出)。控制器120操作地联接至风力涡轮机100并且包括第一通信接口125。在一个实施例中，控制器120定位在风力涡轮机100内。例如，控制器120可定位在外罩102内或塔架104内。
在某些实施例中，风力涡轮机100包括或联接至一个或多个传感器130，该一个或多个传感器130配置成感测或检测需要的风力涡轮机操作状况和/或参数。传感器130进一步配置成产生相应信号并且将其传输至控制器120的传感器接口135。传感器130可包括环境空气温度传感器、风速传感器、风向传感器、空气密度传感器、大气压力传感器、湿度传感器、叶片间距传感器、齿轮比传感器、涡轮速度传感器、涡轮温度传感器、电压传感器、电流传感器和/或任何适合用于风力涡轮机100的传感器。传感器130根据其功能而定位。例如，风速传感器可定位在外罩102或塔架104的外表面上，使得风速传感器暴露于风力涡轮机100周围的空气。作为另一实例，一个或多个叶片间距传感器可定位在外罩102上或内部、转子叶片108上或内部、和/或轮毂110上或内部，使得叶片间距传感器检测转子叶片108相对于轮毂110的间距。传感器130可例如连续地、周期性地或仅一次性地提供信号，尽管也可设想其它信号正时。
如果风力涡轮机100包括多个传感器130，则控制器120可包括多个传感器接口135，其各连通地联接至传感器130的子集。备选地，控制器120可包括连通地联接至多个传感器130的一个传感器接口135。
在某些实施例中，风力涡轮机100包括频率转换器140，其具有一个或多个相关联的传感器130。传感器130可包括速度编码器、温度传感器、电压传感器、电流传感器、状态指示器(例如，机械开关)或任何其它适合安置在频率转换器140内、其上或其附近的传感器。
在一个实施例中，控制器120包括存储器145和处理器150。在一个实施例中，控制器处理器150被编程为通过传感器接口135接收由传感器130传输的信号，基于收到的信号检测故障状况，和/或检测控制器状态。收到的信号、检测到的故障状况、和/或检测到的控制器状态可储存在存储器145中。
控制器120可配置成(例如，通过对控制器处理器150编程)接收并记录来自传感器130的多个信号。响应对记录信号的请求，控制器处理器150可提供存储器145中的所有信号或仅满足一个或多个指标的信号。指标可在控制器120中限定或可作为命令的参数提供。指标可在待提供的信号上施加时间阀值(age threshold)。例如，指标可规定控制器处理器150应当仅提供最多50个最近接收或记录的信号或仅提供在过去的24小时内接收或记录的信号。指标还可规定应当仅提供来自特定传感器或特定类型的传感器的信号。也可设想其它类型的指标。可使用逻辑逆运算符对指标求反(例如，不与温度传感器对应的传感器信号)。还可使用逻辑乘(即，“和”)或选言(即，“或”)逻辑运算符将指标与另一指标结合。例如，命令可指定对应于温度传感器并且时间小于30天的信号。
可对控制器处理器150编程以基于来自一个或多个传感器130的信号检测故障状况。例如，控制器120可在存储器145中包括限定转子106的最大安全速度的配置参数。如果控制器处理器150从涡轮速度传感器接收指示超过限定的最大安全速度的速度的信号，则控制器处理器150可检测并记录故障状况。故障状况与包括而不局限于检测的日期和/或时间、限定的最大安全速度和/或指示速度一起储存在存储器145中。故障状况可包括类型或描述，例如所提供的实例中的“转子过速”，和/或严重级别。在某些实施例中，当控制器120检测到故障状况时控制器处理器150记录控制器状态。故障状况可与记录的控制器状态相关。响应对记录的故障状况的请求，控制器处理器150可提供至少一部分与故障状况有关的信息。
在某些实施例中，控制器处理器150被编程为检测并记录多个故障状况。响应对故障状况的请求，控制器处理器150可提供存储器145中所有的故障状况或仅满足一个或多个指标的故障状况。与关于传感器信号的指标一样，可在控制器120中限定指标或作为命令的参数提供。指标可对故障状况施加时间阀值或可指定应当仅提供特定类型的故障状况(例如，转子过速)。也可设想其它类型的指标。指标可被求反或与另一指标结合。
响应例如故障状况的检测的事件，或响应命令，控制器处理器150可周期性地记录控制器120的状态。记录的控制器状态可包括控制器软件在某一时间点的部分或完全的拍摄或快照。此类快照可包括而不局限于控制器配置参数、存储器145的至少一部分、在控制器处理器150上运行的一个或多个过程的状态、和/或控制器处理器150中的一个或多个变量的值(例如，控制器处理器150的寄存器的值)。控制器配置参数可包括风力涡轮机操作参数(例如，最大转子速度和/或最大电压)或控制器软件参数(例如，软件版本或通信协议版本)。也可设想与风力涡轮机100和/或控制器120的操作有关的其它配置参数。在某些实施例中，快照包括过程的主存储器信息转储(core dump)。在其它实施例中，控制器软件在虚拟机中执行，并且记录的控制器状态包括虚拟机状态或快照。
控制器120可配置成(例如，通过对控制器处理器150编程)通过第一通信接口125接收传输的命令并对通过第一通信接口125收到的命令做出响应。
图2是示出用于使用远程设备202确认风力涡轮机100的操作的示例性系统200的框图。系统200设计成由用户204使用，用户204与远程设备202进行交互以访问来自控制器120的信息。
远程设备202包括任何能够与控制器120通信或访问控制器120并且与用户204进行交互的合适设备。仅通过实例而非限制的方式，远程设备202可包括便携计算机、台式计算机、置顶盒、电子书阅读器、数字音乐播放机、移动电话和/或智能电话。
远程设备202包括配置成使用户204能够提交对风力涡轮机操作数据的请求的用户输入设备225，该风力涡轮机操作数据可包括记录的传感器信号、记录的故障状况和记录的控制器状态中的至少一个。用户输入设备225允许用户204产生对远程设备202的输入，并且可包括例如键盘、定点设备、触摸感应屏和/或音频输入设备。远程设备202还可包括输出设备265。远程设备202还包括处理器230，其操作地联接至用户输入设备225并且被编程为构建与提交的请求对应的命令。远程设备202还包括第二通信接口235，其操作地联接至远程设备处理器230并且可连通地联接至控制器120的第一通信接口125。第二通信接口235配置成将一个或多个构建的命令传输至第一通信接口125并接收来自第一通信接口125的一个或多个响应。在一个实施例中，该响应包括与传输的命令对应的风力涡轮机操作数据。
在一个实施例中，远程设备202包括可记录存储介质260。可记录存储介质260可包括例如磁盘、固态盘、闪存、磁带、磁光盘和/或光盘。可记录存储介质260还可包括存储介质的结合或阵列，例如独立冗余磁盘阵列(RAID)构型中的多个硬盘。远程设备处理器230可被编程以采用纯文本格式、如XML的结构化文本格式或二进制数据格式在可记录存储介质260上储存操作数据，尽管也可设想任何合适的格式。在某些实施例中，远程设备处理器230可使用输出设备265来提示用户204选择与可记录存储介质260内的物理位置和/或逻辑位置对应的风力涡轮机操作数据目标。远程设备处理器230将风力涡轮机操作数据储存在选定的目标中。
来自用户204的请求可要求远程设备202将多个命令传输至控制器120。例如，用户204可请求记录的故障状况和记录的控制器状态。因此，在某些实施例中，远程设备处理器230被进一步编程为构建与提交的请求对应的另外的命令，使用第二通信接口235将该另外的构建的命令传输至控制器120，并且使用第二通信接口235接收来自控制器120的另外的响应。该另外的响应包括与传输的另外的命令对应的另外的风力涡轮机操作数据。
远程设备202可通过有线连接或无线连接与控制器120通信。例如，通信可发生在低电平串行数据连接(如推荐标准(RS)232或RS-485)、高电平串行数据连接(如通用串行总线(USB)或电气和电子工程师协会(IEEE)1394(a/k/a火线))、并行数据连接(如IEEE 1282或IEEE488)、或有线网络连接(如以太网或光纤)上。在备选实施例中，远程设备202使用射频(RF)、蓝牙、IEEE 802.11标准(如802.11(g)或802.11(n))、全球微波互连接入(WIMAX)、蜂窝电话技术(如全球移动通信标准(GSM))或任何其它合适的无线通信手段与控制器120无线通信。
在存在的情况下，输出设备265可包括图形显示设备、音频输出设备或任何能够传送信息至用户204的设备。在传送命令至控制器120之前，远程设备处理器230可通过输出设备265提示用户204输入至少一个连接参数，例如端口标识符(例如，端口名称或端口号码)、设备标识符、唯一名称、地址、电话号码、通信协议和/或与控制器120连接和/或通信所需的任何其它连接参数。远程设备处理器230可使用输入的连接参数来将命令传输至控制器120。
远程设备处理器230可被编程以包括一个或多个指标作为命令的一个或多个参数。例如，远程设备处理器230可被编程以使命令包括一个或多个静态指标。备选地，远程设备处理器230可被编程以通过输出设备265提示用户204输入一个或多个指标。远程设备处理器230可被进一步编程以通过用户输入设备225识别用户204所提供的一个或多个指标并且使命令包括一个或多个指标。
命令的适当形式可取决于安装在控制器120上的软件版本。因此，在某些实施例中，远程设备处理器230配置成检测安装在控制器120上的软件版本。控制器120可以明确地指示远程设备202其安装的软件版本，或远程设备202可基于控制器120响应命令的方式推断安装的软件版本。远程设备处理器230基于检测的软件版本构建命令。
在一个实施例中，控制器120支持一个或多个通信协议。远程设备处理器230可如上所述通过明确地指示或推断来检测控制器120所支持的协议，并且基于检测的支持协议构建命令。
在一个实施例中，远程设备处理器230被编程为使用输出设备265提示用户204选择软件版本或协议。远程设备处理器230通过用户输入设备225识别用户204的响应并基于选定的软件版本或协议构建命令。例如，在不可能检测软件版本或协议的情况下或在用户204选择不考虑所检测到的软件版本或协议的情况下可使用该方法，但也可设想其它合适的方案。
图3是用于从远程设备确认风力涡轮机(如风力涡轮机100)的操作的示例性方法300的流程图。该远程设备与操作地联接至风力涡轮机的控制器连通。该方法包括使用户能够向控制器提交对风力涡轮机操作数据的请求305。请求的风力涡轮机操作数据可包括记录的传感器信号、记录的故障状况和/或记录的控制器状态。在某些实施例中，该方法包括给出一组可用的风力涡轮机操作数据的类型并且提示用户从给出的组中选择一个或多个类型307。该方法还包括构建与提交的请求对应的命令310、将构建的命令传输至控制器315以及由远程设备接收来自控制器的响应320。该响应包括与传输的命令对应的风力涡轮机操作数据。
远程设备可确定满足用户的请求需要将多个命令传输至控制器。例如，用户可能请求多个类型的风力涡轮机操作数据，各类型需要一个命令。因此，在一个实施例中，示例性方法300还包括构建与提交的请求对应的另外的命令325并且将另外的构建的命令传输至控制器330。该方法还包括由远程设备接收来自控制器的另外的响应335。该另外的响应包括与传输的另外的命令对应的风力涡轮机操作数据。在某些实施例中，方法300进一步包括在可记录存储介质上储存包括在收到的响应中的风力涡轮机操作数据。
如果用户被提示取回一个或多个类型的风力涡轮机操作数据307，则用户可选择多个类型。为第一选择的类型的风力涡轮机操作数据构建命令310并传输命令315。可为各其它的选定类型的风力涡轮机操作数据构建另外的命令325并传输另外的命令330。在备选实施例中，仅提示用户提交对风力涡轮机操作数据的请求。响应该提交的请求，方法300包括通过构建第一命令310并传输第一命令315以及构建一个或多个另外的命令325并传输一个或多个另外的命令330而取回多个类型的风力涡轮机操作数据。
在一个实施例中，风力涡轮机操作数据包括记录的传感器信号，其与由连通地联接至控制器的传感器传输的信号对应。在某些实施例中，风力涡轮机操作数据包括记录的故障状况，其与由连通地联接至控制器的传感器传输的信号对应。在某些实施例中，风力涡轮机操作数据包括记录的控制器状态，其包括一组控制器配置参数。
本文所述的实施例向风力涡轮机的操作员提供关键数据而不存在与手动构建命令并且将其传输至控制器相关的延迟或输入差错的风险。结果，出故障的风力涡轮机的操作员可有效和可靠地取回支持专家所需的风力涡轮机操作数据。因此，风力涡轮机可及时恢复到正常状态。
以上详细描述了用于确认风力涡轮机的操作的系统和方法的示例性实施例。该系统和方法并不局限于文中所述的特定实施例，相反，各构件可被单独或与文中所述的其它构件分开地利用。
此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方法。本发明可获取专利的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于确认风力涡轮机(100)的操作的系统(200)，所述系统包括：
操作地联接至所述风力涡轮机的控制器(120)，所述控制器包括第一通信接口；以及
远程设备(202)，包括：
用户输入设备(225)，配置成使用户(204)能够提交对风力涡轮机操作数据的请求，所述风力涡轮机操作数据包括记录的传感器信号、记录的故障状况和记录的控制器状态中的至少一个；
第一处理器(150)，操作地联接至所述用户输入设备并且被编程为构建与所述提交的请求对应的命令；以及
第二通信接口(235)，操作地联接至所述第一处理器并且连通地联接至所述第一通信接口，所述第二通信接口(235)配置成将所述构建的命令传输至所述第一通信接口并接收来自所述第一通信接口的响应，所述响应包括与所述传输的命令对应的风力涡轮机操作数据。
2.根据权利要求1所述的系统(200)，其特征在于，所述系统(200)还包括联接至所述风力涡轮机(100)并且配置成传输信号的传感器(130)，并且所述控制器(120)还包括连通地联接至所述传感器的传感器接口(135)。
3.根据权利要求2所述的系统(200)，其特征在于，所述控制器(120)还包括存储器(145)和第二处理器(230)，所述第二处理器(230)被编程为：
通过所述传感器接口(135)接收由所述传感器(130)传输的信号；
基于所述收到的信号检测故障状况；以及
检测控制器状态，其中，所述收到的信号、所述检测到的故障状况和所述检测到的控制器状态被储存在所述存储器中。
4.根据权利要求2所述的系统(200)，其特征在于，所述传感器(130)包括环境空气温度传感器、风速传感器、风向传感器、空气密度传感器、大气压力传感器、湿度传感器、叶片间距传感器、齿轮比传感器、涡轮速度传感器、涡轮温度传感器、电压传感器和电流传感器中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的系统(200)，其特征在于，所述控制器(120)配置为：
通过所述第一通信接口(125)接收所述传输的命令；以及
对通过所述第一通信接口接收到的命令做出响应。
6.根据权利要求1所述的系统(200)，其特征在于，所述远程设备(202)还包括可记录存储介质(260)，并且所述第一处理器(150)进一步被编程为将所述风力涡轮机(100)操作数据储存在所述可记录存储介质上。
7.根据权利要求1所述的系统(200)，其特征在于，所述第一处理器(150)进一步被编程为：
构建与所述提交的请求对应的另外的命令；
使用所述第二通信接口(235)将所述另外构建的命令传输至所述控制器(120)；以及
使用所述第二通信接口接收来自所述控制器的另外的响应，所述另外的响应包括与所述传输的另外的命令对应的另外的风力涡轮机操作数据。
8.一种配置成与操作地联接至风力涡轮机(100)的控制器(120)连通的远程设备(202)，所述远程设备包括：
可连通地联接至所述控制器的通信接口(125)；
用户输入设备(225)，配置为允许用户提交对来自控制器的风力涡轮机操作数据的请求，所述操作数据包括记录的传感器信号、记录的故障状况和记录的控制器状态中的至少一个；以及
操作地联接至所述通信接口和所述用户输入设备的处理器(150)，所述处理器配置为：
识别通过所述用户输入设备所提交的请求；
构建与所述识别的请求对应的命令；
使用所述通信接口将所述构建的命令传输至所述控制器；以及
接收来自所述控制器的响应，所述响应包括与所述传输的命令对应的风力涡轮机操作数据。
9.根据权利要求8所述的远程设备(202)，其特征在于，所述风力涡轮机(100)操作数据包括与由连通地联接至所述控制器(120)的传感器(130)传输的信号对应的记录的传感器信号。
10.根据权利要求8所述的远程设备(202)，其特征在于，所述风力涡轮机操作数据包括与由连通地联接至所述控制器(120)的传感器(130)传输的信号对应的记录的故障状况。
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