CN102003336A - 用于管理风力涡轮的系统和方法及增强诊断 - Google Patents
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Abstract
本发明名称为“用于管理风力涡轮的系统和方法及增强诊断”。一种风力涡轮管理的方法包括接收有关风力涡轮(102)的操作特性的操作信息(130)。基于规则(240)的集合来分析操作信息(130),并做出有关风力涡轮(102)的故障是否可重置的确定。规则(240)的集合可基于风力涡轮(102)的操作配置来配置。可接收高级操作信息(130)以用于进行增强诊断,并且做出有关风力涡轮(102)的故障是否可重置的确定。
Description
对相关申请的交叉引用
本申请涉及以下共同未决的美国专利申请(序号:律师卷号(Attorney Docket No.)237117-1),其名称为“SYSTEM AND METHOD FOR MANAGING WIND TURBINES”,转让给与本申请相同的受让人且与此一起提交,该专利申请的整体通过引用结合于本文中。
技术领域
本发明主要涉及风力涡轮(wind turbine)系统,并且更具体地涉及用于管理风力涡轮的系统和方法。
背景技术
风力涡轮在能量生成的可再生源的领域中正日益获得重要性。风力涡轮一般包括具有涡轮叶片的风力转子,其将风能变换成传动轴的旋转运动,而该旋转运动又用于驱动发电机的转子以产生电力。近来,风力涡轮技术已应用于大规模发电应用。现代风力生成系统一般采取具有多个此类风力涡轮的风力涡轮场(或风力场)的形式,这些涡轮可操作以将电力供应到传输系统,传输系统将电力提供到公用系统。
在利用风能中存在的许多挑战中,一个挑战是最大化风力涡轮性能。影响风力涡轮性能的因素之一是由于故障或不合适的操作状况(除其它之外例如环境状况)导致的跳闸的(tripped)风力涡轮所造成的停机时间。在检测到故障或不合适的状况时,风力涡轮跳闸以避免对风力涡轮的损害。目前,要求人干预以评估对于风力涡轮跳闸的原因,并随后重置风力涡轮以再次开始操作。因此,风力涡轮经历长停机时间以让经培训人员评估、分析和重置或重新开始跳闸的风力涡轮。
一般情况下,服务工程师从远程位置查看涡轮故障日志并重置涡轮。在某些情况下,可能要求风力涡轮的物理检查或查看以识别故障的原因或重置风力涡轮,在这种情况下,现场服务工程师诊断故障,修理对于问题的根本原因,并且之后重置涡轮。对于每个单独风力涡轮的查看和重置过程通常从服务工程师要求大量时间。此外,在具有数百或数千个风力涡轮的风力场中,对跳闸的每个风力涡轮的查看和重置过程在后勤方面能够是挑战性的,并且在某些情况中,可能从服务工程师要求大量的周转时间,而在该时间期间这些风力涡轮将不可操作。风力涡轮的不可操作时间可转变成对于风力场的生产力的显著损失。保持多个服务工程师的员工以处理风力场上要求支持的多个风力涡轮的不测事件,这显著增加了支持维护员工的成本。
上述系统要求进行有关涡轮数据的人工分析以用于检测风力涡轮中对于故障的根本原因,并且风力涡轮通过来自服务团队的手动命令进行重置(远程地或在现场本地地)。此过程导致风力涡轮的相当大的停机时间,从而引起由于更低的生产力造成的损失。此外,保持支持人员以分析故障日志和涡轮数据,相应地维修风力涡轮进一步导致附加的维护成本。因此,存在对于可解决上述一个或多个问题的改进的风力涡轮管理系统的需要。
发明内容
根据本发明的一方面,提供一种风力涡轮管理系统。该风力涡轮管理系统包括可操作以使用风能来生成电的风力涡轮。风力涡轮包括与风力涡轮的操作有关的操作特性。控制服务器包括风力涡轮管理模块。风力涡轮管理模块配置成实现以下步骤:接收有关风力涡轮的操作特性的操作信息,基于规则的集合来分析操作信息,以及确定风力涡轮的故障是否可重置。
根据一方面,规则的集合是可配置的,并且可基于除几个其它操作参数或特性之外的例如历史数据、启发式数据、用于风力涡轮的工程数据、环境因素、风力涡轮配置的操作参数或特性来配置。系统还包括可操作地耦合风力涡轮和管理模块的网络。此外,规则配置模块可经网络来访问。
根据本发明的一方面,提供一种风力涡轮管理的方法。该方法包括接收有关风力涡轮的操作特性的操作信息。操作信息包括操作数据。基于规则的集合来分析操作信息,并做出有关风力涡轮的故障是否可重置的确定。
根据本发明的另一方面,提供一种风力涡轮管理的方法。该方法包括接收和分析有关风力涡轮的操作特性的操作信息。基于规则的集合来分析操作信息,并做出有关是否要求高级操作信息的确定。接收高级操作信息并基于规则的集合来分析,并做出有关风力涡轮的故障是否可重置的确定。
附图说明
参照附图阅读以下详细说明时,本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解,附图中类似的字符表示附图各处相似的部分,其中:
图1是根据本发明的一实施例的风力涡轮场的框图表示。
图2是根据本发明的一实施例的用于管理风力涡轮的系统的框图表示。
图3是表示根据本发明的一实施例的用于管理风力涡轮的方法中涉及的步骤的流程图。
图4是表示根据本发明的另一个实施例的用于管理风力涡轮的方法中涉及的步骤的流程图。
图5是表示根据本发明的另一个实施例的用于配置规则的方法中涉及的步骤的流程图。
具体实施方式
如下详细描述的,本发明的实施例提供用于管理风力涡轮的系统和方法。风力涡轮基于环境状况和风力涡轮的多个操作参数来管理。由于某些操作故障,可能为了风力涡轮的安全而使风力涡轮跳闸。可造成风力涡轮跳闸的状况的一些非限制性示例包括阵风(wind gust)状况、例如齿轮、轴承(bearing)和其它组件的机械组件中的温度超过阈值、过电压或过电流故障、转换器和某些其它硬件单元中的故障、发电机和转子速度传感器中的故障、塔架震动、电网事件故障。风力涡轮可由于几个原因而跳闸,除其它之外,包括瞬时操作状况、不合适的环境状况诱发的故障。风力涡轮跳闸的许多情况是由于“软故障”或“可重置故障”造成的。软故障可以是由于在性质上瞬时的故障或通常引起风力涡轮的跳闸之后风力涡轮可在短的时间间隔内安全重置的故障所导致。诱发软故障的操作状况的一些非限制性示例包括阵风状况、例如齿轮、轴承和其它组件的机械组件中的温度超过阈值、过电压或过电流故障、转换器和某些其它硬件单元中的故障、发电机和转子速度传感器中的故障、塔架震动、电网事件故障。系统包括规则的集合以分析故障的性质并确定故障是否可重置。“硬故障”是引起风力涡轮的跳闸并且要求对风力涡轮的现场干预的故障。本文中公开的系统和方法提供用于(包括其它特征)识别和自动重置软故障情况下跳闸的风力涡轮。此外,生成高级诊断日志以用于专家研究和缩短跳闸解决时间。在硬故障的情况下,除详细的诊断日志外,生成错误消息,指示要求对于风力涡轮的现场维护。
图1示出根据本发明的一实施例的风力场100的框图表示。风力场100包括多个风力涡轮模块1101、1102…110N,所述多个风力涡轮模块110的每个模块可通信地耦合到场服务器120。例如风力涡轮模块1101的每个风力涡轮模块包括风力涡轮102、控制器104和接口计算机106。控制器104配置成接收与风力涡轮102和风力涡轮模块110相关联的操作信息。控制器104还配置成控制风力涡轮模块110的操作,除其它之外,包括跳闸或重置风力涡轮102。接口计算机106可配置成从控制器104接收数据,并且充当控制器104与服务器120之间的接口。在一些实施例中,接口计算机106配置成访问和处理风力涡轮110的附加或高级操作信息。除其它功能外,接口计算机106还配置成存储和检索风力涡轮模块110的高级或附加信息。
场服务器120配置成接收和处理用于每个风力涡轮模块1101…110N的操作信息。风力涡轮模块110和场服务器120可通过导线、电缆、光纤及诸如此类可通信地耦合。然而,技术人员将认识到,可通信地耦合的其它方式(例如,通过由例如集线器、交换器、路由器和/或诸如此类的各种类型的公知网元来促进的无线链路)将导致本发明的同样有效的实施例。
通常,风力涡轮102用于利用风能并将风能转换成其它有用形式,例如,电。在一个实施例中,风力涡轮102将风能转换为提供到发电机(图中未示出)的动能。发电机将动能转换为电,随后,电可供应到电力网。风力涡轮102可还包括各种其它组件以支持风力涡轮102的功能性、监视、维护和其它功能。其它此类组件包括但不限于例如传感器、电路、转换器、齿轮、轴承、转子的组件,并且为了简明的缘故,此类组件未示出。控制器104配置成监视和控制所有此类组件和风力涡轮模块110的风力涡轮102。
控制器104是包括中央处理单元(CPU)、各种支持电路和存储器的任何类型的可编程逻辑控制器。控制器104的CPU可包括促进数据处理和存储的一个或多个商业上可得到的微处理器或微控制器,或者可包括应用特定的处理电路。各种支持电路促进CPU的操作,并且可包括时钟电路、总线、电源、输入/输出电路和/或诸如此类。存储器包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘驱动器存储装置、光存储装置、可移动存储装置及诸如此类以用于存储控制程序或用于存储与状态信息有关的数据。控制器104与接口计算机106协作以生成操作信息130,操作信息130可驻留在接口计算机106或场服务器120或这两者上。在一些实施例中,控制器104配置成执行接口计算机106的功能。
此外,接口计算机106和场服务器120是本领域中公知的计算机的示例。在本文中使用时,术语“计算机”将意味着包括配置成执行可编程指令的中央处理单元(CPU)、配置成存储包括可编程指令的数据的存储器、促进CPU的操作的支持电路。CPU可包括促进数据处理和存储的一个或多个商业上可得到的微处理器或微控制器。存储器包括只读存储器、随机存取存储器、磁盘驱动器存储装置、光存储装置、可移动存储装置及诸如此类。各种支持电路促进CPU的操作,并且可包括时钟电路、总线、电源、输入/输出电路和/或诸如此类。除其它之外,存储器可还包括数据和软件包,例如操作系统(未示出)、应用软件包和操作信息。计算机还包括输入和输出接口以与其它计算机或电子装置交互。计算机可用作服务器、对服务器的客户端、接口计算机、存储系统,并且可服务于几个其它功能。通常,多种装置可归类为计算机,并且此类装置包括膝上型计算机、台式计算机、个人数字助理(PDA)及诸如此类。
接口计算机106存储与风力涡轮模块11的组件相关联的操作信息130,而场服务器120配置成控制包括各个风力涡轮模块1101...110N的整个风力场100。场服务器120还配置成发送与各个风力涡轮模块110有关的操作信息,并且接收用于各个风力涡轮模块110的操作指令。为此目的,场服务器120可例如通过通信网络(未示出)与其它装置通信。在某些实施例中,接口计算机106聚集来自控制器104的所有操作信息。操作信息包括可由计算机106惯常地传递到场服务器120的操作信息130。
操作信息130包括风力涡轮的信息,除其它几个之外,例如有关参数(例如基线控制参数)或操作特性的特定值的信息、输入消息、风场(park)或风力场配置、包括从跳闸时间到关闭时间的错误代码的错误状态、用于风力涡轮模块或其中组件的错误历史、与风力涡轮模块的各种操作参数有关的参数数据、风力涡轮配置、风力涡轮状态、状况/状态标志、传感器数据。除其它之外,操作参数或特性还可包括环境配置、风力涡轮配置。操作信息的其它非限制性示例包括有关参数的数据,参数例如温度分布(profile)、风速、风速分布、除其它之外例如转换器的组件中的硬件故障、生成的电压、生成的电流、例如转子速度传感器的传感器的准确度、塔架震动、电网事件、以及与风力涡轮模块110的一个或多个组件相关联的几个其它参数。根据本文中讨论的几种技术,此类操作信息130在自动重置跳闸的风力涡轮102和/或跳闸的风力涡轮模块110中得到有利的利用。操作信息130惯常地受到监视以用于管理风力涡轮。此外,操作信息130是控制器104、接口计算机106和场服务器120收集和/或存储的操作信息的子集。
图2示出根据本发明的一实施例的用于管理风力涡轮的系统200的框图表示。系统200包括风力涡轮场202,类似于如上讨论的风力场100,风力场202包括场服务器210。系统200还包括用于管理风力涡轮的控制服务器220、用于访问服务器220的监视器230以及在装置242上存储的规则240。场服务器210、服务器220、监视器230和装置242通过网络250可通信地相互耦合。在一备选实施例中,服务器220、监视器230和装置242集成在场服务器210中。系统200的各种组件可以在各种可行置换和/或组合变化中布置和/或集成。所有此类变化将容易为本领域的技术人员所想到,并且包括在本发明的范围和精神内。
场服务器210包括操作信息(如,图1的操作信息130),并且因此,场服务器210通过网络250将用于风力场202上每个风力涡轮模块的操作信息传递到服务器220。场服务器210还可配置成通过网络250接收和处理来自服务器220的用于每个风力涡轮模块1101...110N的操作指令。例如,场服务器210配置成从接口计算机106接收操作信息,并且还配置成将操作信息发送到控制服务器220。场服务器210还配置成从控制服务器220接收操作指令。
控制服务器220是计算机,例如本领域中公知的那些计算机。控制服务器220包括CPU 214、支持电路216和存储器218。存储器218包括操作系统222和各种软件包,例如配置成管理风力涡轮场202上的风力涡轮的管理模块224,例如,除其它功能之外,提供监视输出消息、自动重置指令、诊断建议。存储器218还包括用于例如基于风力涡轮的操作状况和/或风力涡轮故障的分析来配置规则240的规则引擎226。在某些实施例中,除本领域中已知的几个其它平台之外,场服务器210是在例如Win NT、VisuPro或Mark Series平台上运行的监管控制和数据采集(SCADA)模块。
监视器230是计算机,例如本领域中公知的那些计算机。通常,例如通过对于风力涡轮的服务人员,监视器230可用于访问、监视或控制服务器220。服务人员可包括用于在一个风力场或多个风力场支持操作的风力涡轮专家或现场维护员工。
通过在网络250上发送重置指令到特定风力涡轮的控制器(例如,图1的控制器104),服务人员可通过服务器220指示重置该特定风力涡轮。在一个或多个实施例中,在风力涡轮中可能故障的情况下,服务人员可建议物理维护活动和/或采取其它纠正动作。
管理模块224包括软件代码(例如,处理器可执行的指令),所述软件代码在执行时,配置成分析操作信息并确定风力涡轮内的故障。管理模块224配置成接收和处理操作信息,以便确定跳闸的风力涡轮是否可自动重置,并且还提供指令以重置跳闸的风力涡轮。管理模块224还配置成向服务人员提供有关跳闸或出故障的风力涡轮的增强诊断。
管理模块224还配置成相对于与风力涡轮的操作有关的规则(例如,管理模块224通过网络250可访问的规则240)来分析操作信息。在图2所示的实施例中,规则240包括在可通信地耦合到网络250的装置242中。然而,技术人员将认识到例如在控制服务器220或网络250上的任何其它装置上维护规则240的规则240的其它布置将导致本发明的同样有效的实施例。
根据各种实施例,规则240由管理模块224用于分析和确定风力涡轮内的故障。例如,规则240可指定各种风力涡轮组件或区域的温度的阈值的安全范围、错误发生的频率,根据其可使跳闸的风力涡轮变得可操作。更具体地说,如果齿轮箱的温度越过上阈值限制,则风力涡轮102可能受损或者可能停止操作。相应地,控制器104配置成使风力涡轮102跳闸。然而,已有利地确定由于齿轮箱和轴承中越过温度阈值而跳闸的风力涡轮在一旦温度变得低于预定的安全限制时便可安全地重置。除几个其它因素外,规则240指定此类安全限制或温度阈值和有关温度阈值的其它知识以及与风力涡轮的操作有关的几个其它参数、操作状况的影响。根据一方面,规则的集合是可配置的,并且可基于除几个其它信息之外例如历史数据、启发式数据、用于风力涡轮的工程数据、环境因素、风力涡轮配置的操作信息来配置。例如,规则是可配置的,以包括对于自动重置风力涡轮,对于生成与组件状况有关的诊断信息、基线参数失配和警告消息要满足的各种状况的知识(例如在下一个维护周期前数天事先输送到服务工程师)。作为另一个示例,规则240可指定例如可接受的电压和电流级别的电气参数的下限和上限。相应地,如果风力涡轮由于风力涡轮电路中电压和/或电流级别越过特定阈值而跳闸,则管理模块224查询规则240并监视风力涡轮以断定电压和/或电流级别是否已稳定在可接受的上和下阈值内。已有利地观察到,一般情况下在瞬时行为后短的持续时间内,电压和/或电流值稳定在上和下阈值内。
虽然上面已提到仅几个示例,但此处要领会,管理模块224配置成根据规则240来分析风力涡轮的操作信息。管理模块224还配置成在风力涡轮跳闸的某个时间间隔后确定跳闸的风力涡轮的操作参数是否在阈值的可允许范围内。如果操作参数已稳定在对应阈值内,则管理模块224配置成通过指示控制器104来重置风力涡轮(例如,风力涡轮102)。根据某些实施例,取决于故障的性质,所述时间间隔范围从大约几秒到大约几分钟。
有时,操作信息可能不足以执行分析。因此,管理模块224可请求来自风力涡轮模块(例如,图1的风力涡轮模块110)的高级操作信息。高级操作信息超出管理模块224惯常收到的操作信息之外。场服务器210又将请求传递到风力涡轮模块的计算机(例如,图1的计算机106)。如所讨论的,计算机106聚集大量的操作信息,惯常的操作信息从其传递到控制服务器220。基于对高级操作信息的请求,计算机106配置成将高级操作信息传递到控制服务器220。在某些实施例中,计算机106可基于管理模块224的请求,提取风力涡轮模块的高级操作信息,例如当前操作或环境状况,例如,当前风速、阵风数据及诸如此类。附加或高级的操作信息使管理模块224能进行风力涡轮模块110处主导的状况的增强评估。
例如,因为风速分布由于阵风而越过预定义的阈值,所以,管理模块224可确定风力涡轮已跳闸。在此类状况中,管理模块224可继续监视当前风速分布以断定风速分布在可接受阈值内所处的时间。另外,管理模块224可请求指示导致风力涡轮跳闸的阵风是否对风力涡轮或其它相关联组件造成任何损害的数据。另一个示例与非对称发电机电流有关,其中,如果在任何发电机相位(generator phase)中发现非对称电流,则涡轮跳闸。在此类情况下,管理模块224检查涡轮中是否正确设置了指示用于非对称发电机电流的限制的阈值参数。如果参数设置为不正确的值,则管理模块224给出诊断消息,指示非对称发电机电流阈值设为不正确的值,并指示阈值更改为正确的值。在下一步骤中,使用发电机相位中的快照电流测量(snapshot current measurement),管理模块224确定哪个相位有缺陷。此外,管理模块224检查故障是否发生在可允许的次数内(由预定义的频率限制来限制)。如果故障已发生了可允许的次数,则管理模块224发送自动重置命令以用于涡轮重置。如果故障发生多于可允许的数量,则管理模块224生成对服务工程师的服务请求。
作为另一个示例,管理模块224可确定电气系统由于电路中的电压和/或电流中的浪涌而跳闸。管理模块224可继续监视操作信息以识别何时电压和/或电流值已稳定在对应的阈值限制内。如果识别出电压和/或电流值未稳定在预期范围,或者在任何情况下是异常的,则管理模块224可请求高级操作信息以断定对于该异常的原因。例如,使用附加信息,管理模块224连同规则240来断定某些电路组件可能出现故障,从而造成异常。在此类情况下,管理模块224传递警告和/或详细的诊断日志以用于专家执行纠正动作。
在几种情况下,如上所述的风力涡轮操作状况的增强诊断允许在以前自动重置对其尚不可行的情况下自动重置风力涡轮102。在其它情况下,为经培训的人员生成详细的故障日志,由此大大缩短了人员上的分析时间负担,并因此缩短了为风力涡轮恢复服务的平均时间。
根据本发明的一实施例,一种用于管理风力涡轮的方法包括接收风力涡轮的操作信息。基于规则的集合来分析操作信息。在风力涡轮跳闸的情况下,分析确定风力涡轮的跳闸是否可重置,即,造成跳闸的故障是软故障还是硬故障。
根据本发明的另一个实施例,一种用于管理风力涡轮的方法包括接收风力涡轮的操作信息。基于规则的集合来分析操作信息。在某些实施例中,可通过分析惯常接收的操作信息,确定要求高级操作信息以分析风力涡轮性能和/或其中的故障。在此类情况下,基于惯常接收的操作信息的初始分析,从风力涡轮检索高级操作信息。随后,接收高级操作信息并将它用于进行风力涡轮的增强诊断分析。按照所要求的,可迭代接收高级操作信息的此过程。根据各种实施例,高级操作信息包括风力涡轮直到跳闸的传感器数据。在某些其它实施例中,高级操作信息还包括风力涡轮已跳闸后的传感器数据。增强诊断分析有助于确定风力涡轮的跳闸是否可重置。
如果确定是可重置故障,则重置风力涡轮。然而,如果故障不可重置,则生成详细的诊断报告以用于例如由服务人员进一步人工分析。
现在参照图3,示出表示方法300中涉及的步骤的流程图,该方法用于自动重置风力涡轮,例如,风力涡轮102。方法300可由位于服务器220上的管理模块(例如,图2的管理模块224)来实现。管理模块224处理风力涡轮102的操作信息(例如,图1的操作信息130)以提供对跳闸的风力涡轮的自动重置。在此处领会到,虽然本文中讨论的方法实施例可能参考来自图1和图2的要素,但此类实施例并不限于图1和图2的系统要素。
方法300在步骤302开始,并且继续到步骤304,在该步骤,接收风力涡轮的操作信息。在一个实施例中,控制服务器(例如,图2的控制服务器220)从场服务器(例如,图1的场服务器120和图2的场服务器210)接收风力涡轮的操作信息。
例如,在风力涡轮内可能发生线路电压故障,由于该故障而使风力涡轮跳闸。通常,由于有缺陷的中继输出、电网电压错误和/或诸如此类原因,可发生线路电压故障。相应地,管理模块224接收操作信息,除其它操作信息外,例如故障发生的频率、风力涡轮的跳闸时间后的一个或多个连续电压。
在步骤306,相对于规则(例如,图2的规则240)来分析操作信息。在一个实施例中,管理模块224分析风力涡轮模块110的操作信息130以确定造成风力涡轮跳闸的故障是否可重置。为了完成故障是否可重置,相对于规则来比较操作信息。
根据一实施例,在线路电压故障示例中,规则配置成定义:对于要在跳闸后自动重置的风力涡轮,线路电压故障发生的频率应在刚过去的二十四小时内少于十个实例,和/或在刚过去的七天内少于二十个实例。在另一个实施例中,配置的规则定义:自风力涡轮跳闸的时间开始,三个连续的电压应在200伏和400伏的范围中。
根据某些实施例,管理模块224通过为造成风力涡轮跳闸的对应故障所定义的规则,分析接收的操作信息。换而言之,管理模块224分析跳闸的风力涡轮的操作信息是否在如规则中定义的对应于造成风力涡轮跳闸的故障的阈值限制内。如果操作信息指示操作参数位于阈值限制内,则故障被识别为可重置。根据一个实施例,未频繁发生的故障(且此类故障的量值在预定的容许限制内)一般是可重置的。然而,如果操作信息指示风力涡轮的操作参数违反对应于特定故障的阈值限制或此类故障已经发生的频率,则不重置风力涡轮。根据某些实施例,向服务团队发送用于将操作参数更改为正确值的请求。
具体而言,在步骤308,做出有关故障是否可重置的确定。如果在步骤308,确定故障不可重置(选项“否”),则方法300继续到步骤314。如果在步骤308,确定故障可重置(选项“是”),则方法300继续到步骤310。在步骤310,评估使风力涡轮可操作的安全状况。如果安全状况已满足,则在步骤312,重置风力涡轮,使得风力涡轮变得可操作。在一个实施例中,管理模块可向风力涡轮的控制器(例如,图1的微控制器106)提供指令以重置风力涡轮。方法300继续到步骤314。
在步骤314,生成诊断故障分析日志。日志可由专家或服务人员来利用。根据一个实施例,生成有关风力涡轮的详细诊断报告,并且提醒服务人员。
在一个实施例中,管理模块提醒专家有关风力涡轮的故障。例如,如果上述线路故障电压发生的频率大于规则内定义的限制(频率>=六(对于刚过去的七天)),则确定造成风力涡轮跳闸的故障不可重置。相应地,管理模块提醒专家有关风力涡轮的故障,附加地向专家提供与故障有关的操作参数的诊断日志。在另一个实施例中,专家分析风力涡轮的故障。方法300在步骤316结束。
根据方法300的各种实施例,接收操作信息以用于监视可能由于其使风力涡轮跳闸的各种故障。例如,一旦风速分布的斜率越过预定义的阈值,便生成由于风暴/阵风而引起的跳闸。一旦风变得稳定,并且平均风速低于预定的安全阈值,由于此类原因的跳闸便能重置。根据一个实施例,规则配置成在5m/s定义平均风速阈值。在其它实施例中,规则配置成在8m/s定义平均风速阈值。如下讨论的,规则可基于各种操作配置因素来配置,除其它之外包括操作信息、环境状况、风力场配置、涡轮配置,规则提供不同的阈值以用于不同的操作配置。
如所讨论的,风力涡轮可由于齿轮箱和轴承中的温度越过温度阈值而跳闸,并且一旦温度低于预定的安全限制,则涡轮能安全地重置。造成风力涡轮重置的故障的另一实例与风力涡轮模块的转换器和其它类似硬件单元有关。根据一实施例,例如,如果在给定期间(1小时/1天/1周/1个月)此类故障发生的频率不超过多于对于该期间的预定阈值,则风力涡轮可重置。发电机和转子速度传感器中的故障也可造成风力涡轮跳闸。对于由此类故障造成的跳闸,根据一实施例,针对可允许的百分比错误来检查速度传感器,并且如果速度传感器之间的差别落在预定的阈值之下,则涡轮可重置。此外,风力涡轮可由于风力涡轮塔架震动而跳闸。除其它之外,风力涡轮还可在例如电网中的故障或电网跳闸的电网事件的情况中跳闸。根据一实施例,风力涡轮可在电网恢复并且已经过足够的时间之后重置。
如上所讨论的故障和风力涡轮模块的几个其它故障以及对应的阈值将容易为本领域的技术人员所想到。本文中公开的各种技术配置成提供与此类故障有关的操作信息,并且提供风力涡轮的自动重置,并且所有此类变化均在本发明的范围和精神内。
图4是表示根据本发明的另一个实施例的用于自动重置风力涡轮的方法中涉及的步骤的流程图。方法400在步骤402开始,并且继续到步骤404,在该步骤,接收风力涡轮的操作信息。在一个实施例中,控制服务器(例如,图2的控制服务器220)从场服务器(例如,图1的场服务器104或图2的场服务器210)接收风力涡轮的操作信息。
在步骤406,相对于规则(例如,图2的规则240)来分析操作信息。操作信息的分析可揭示造成风力涡轮跳闸的故障是否是可重置的故障。相对于规则的操作信息的分析可进一步确定是否需要请求风力涡轮的高级操作信息,以用于进一步分析造成风力涡轮跳闸的故障和/或重置跳闸的风力涡轮。
在步骤408,做出有关故障是否可重置的确定。如果确定故障可重置(选项“是”),则方法400继续到步骤410。在步骤410,评估用于使风力涡轮可操作的安全状况。如果安全状况已满足,则在步骤412,风力涡轮重置以开始操作。然而,如果在步骤408,确定故障不可重置(选项“否”),则方法400继续到步骤414。
在步骤414,做出有关是否需要请求高级操作信息以便进一步分析造成风力涡轮跳闸的故障的确定。可确定还可要求高级操作信息以重置跳闸的风力涡轮。
如果在步骤414确定不需要请求高级操作信息(选项“否”),则方法400继续到步骤422。在某些情况下,例如,可确定造成风力涡轮跳闸的故障是未经服务人员的适当干预便不可重置的故障。在此类情况下,方法400在步骤422生成增强诊断故障分析日志。增强诊断故障分析日志可由服务人员用于识别故障的性质并有利地在较短的响应时间内计划适当的补救动作。
然而,如果在步骤414确定需要请求高级操作信息(选项“是”),则方法400继续到步骤416,在该步骤接收高级操作信息。在步骤418,基于规则来分析高级操作信息。在步骤418的分析确定造成风力涡轮跳闸的故障是否可重置。
相应地,在步骤420做出有关风力涡轮是否可重置的确定。如果确定风力涡轮不可重置(选项“否”),则方法400继续到步骤422,在该步骤生成增强诊断故障日志。然而,如果在步骤420确定风力涡轮可重置(选项“是”),则方法400继续到步骤410,在该步骤评估用于操作风力涡轮的安全状况。如果在步骤410,用于操作风力涡轮的安全状况已满足,则方法继续到步骤412,在该步骤涡轮被重置以恢复操作。随后,方法400继续到步骤422,在该步骤生成增强诊断故障日志。在一个实施例中,管理模块提醒专家有关风力涡轮的故障。方法400在步骤426结束。
相对于方法400,根据一个实施例,管理模块224分析风力涡轮的操作信息。例如,风力涡轮(风力涡轮102)可由于风力涡轮的齿轮箱和/或轴承中的温度故障而跳闸。通常,如果风力涡轮102的温度越过特定温度阈值,则可能发生温度故障。在此类状况中,管理模块相对于规则来分析与风力涡轮130的齿轮箱和/或轴承的温度有关的操作信息130。在此实施例中,操作信息130可能不足以确定有关风力涡轮是否能重置。相应地,管理模块224确定接收的操作信息130是否足以重置跳闸的风力涡轮102。操作信息是否足够或高级操作信息是否要求的确定基于规则240和接收的操作信息130、造成风力涡轮跳闸的故障的分析。
根据本发明的一实施例,规则可配置。如所讨论的,规则基于各种操作配置因素来配置,除其它之外包括但不限于风力涡轮的操作信息、环境状况、场配置、风力涡轮配置。规则配置成根据各种操作配置因素来确定阈值。
图5示出用于基于风力涡轮的操作配置来配置规则的方法500。如所讨论的,风力涡轮的操作配置包括几个因素,包括但不限于风力涡轮的操作信息、风力涡轮的跳闸和重置历史、风力涡轮的工程信息、场配置、风力涡轮配置、环境状况以及影响风力涡轮和/或风力场的操作健康的状况或因素。方法500在步骤502开始,并且继续到步骤504,在该步骤,获得用于风力涡轮的操作配置信息和/或故障分析日志。在步骤506,基于故障分析日志和操作配置信息来分析规则。
根据一实施例,在步骤506,比较故障分析日志和操作配置以评估是否需要为风力涡轮的现有操作配置来重新配置规则(包括阈值参数)。根据一实施例,分析可指示造成风力涡轮跳闸的特定错误是由于对于风力涡轮的操作配置为低的阈值而发生的。例如,可确定在一些地理区域中,环境是风特别大的,并且风力涡轮由于阵风而跳闸的频率比在其它地理区域中更高。在其它情况下,可确定对于相同地理区域,特定季节比其它季节风更大。在此类情况下,如果用于特定时间间隔内风力涡轮跳闸的频率的阈值根据相比较小风的地理区域(较小风季节)来配置,则在风大的地理区域(或风大的季节)情况下,风力涡轮将比阈值频率更多地跳闸。因此,在此类情况下,即使状况对重置有利,和/或故障可重置,风力涡轮也将不自动重置。基于此类分析,可确定需要根据用于风力涡轮的操作配置信息和故障分析日志的分析,重新配置阈值频率和其它规则。在此阶段,可根据分析来定义可能重新配置的规则的集合。
相应地,在步骤508,做出有关是否需要重新配置规则的确定。如果确定无需重新配置规则(选项“否”),则方法500继续到步骤514。然而,如果在步骤508确定需要重新配置规则(选项“是”),则方法500继续到步骤510,在该步骤评估用于操作风力涡轮的安全状况。如果根据可能重新配置的规则,安全状况已满足,则在步骤512,可能的重新配置的规则被定义为新的现有规则。在一个实施例中,管理模块224可更新风力涡轮的规则(例如,图2的规则240)。方法500继续到步骤514。在步骤514,生成用于服务工程师的标志,并且该标志可包括增强诊断故障日志,其包括在步骤506的分析和/或根据步骤512来定义规则的详细信息。
有利的是,规则容易可配置以适应来自现场的附加认知,即,有关操作信息、环境状况、场和涡轮配置及诸如此类的认知。相应地,虽然一些特定阈值已作为示例讨论,但本领域的技术人员将容易领会,如讨论的各种实施例提供用于根据操作配置可配置的规则的应用,以便确定涡轮是否能重置。此外,根据一些实施例,服务工程师/团队基于用于风力涡轮的操作信息来配置(或重新配置)规则。重新配置的规则可对于测试期间来部署、更新、重新配置,并随后在风力涡轮管理系统200中结合作为定义的现有规则。
操作/操作特性或操作/操作参数通常指除关于与风力场的操作相关的几个其它参数的信息外风力涡轮的特性/参数、风力涡轮配置、场配置、环境状况。术语“操作信息”和“高级(或附加)操作信息”包括风力涡轮的各种操作参数/操作特性的操作信息以及关于与风力涡轮的操作相关的任何其它操作配置的数据。
本领域的技术人员将领会,虽然本文中公开的各种实施例已相对于图1和图2所示的环境进行讨论,但此类实施例不限于图1和图2所示的布置。例如,在一个实施例中,场服务器210和控制服务器220可以是单个计算机。在其它实施例中,规则240可驻留在控制服务器220上。在仍有的其它实施例中,可以不包括监视器230,并且服务人员可直接访问控制服务器220。在其它实施例中,管理模块224包括规则引擎226的功能性。在其它设想的实施例中,规则引擎226可驻留在装置242上。在某些实施例中还设想接口计算机106也可提供监视器230的功能性,且反之亦然。本领域的技术人员将容易明白如本文中公开的各种计算机组件和/或功能的这些和其它明显变化,并且所有此类变化包括在本发明的范围和精神内。
此外,此处领会到,术语“网络”在本文中讨论时包括能够将数据传递到可通信地耦合到网络的装置的所有通信网络。除其它之外,此类通信网络的非限制性示例包括局域网、应用特定网络、存储网络、因特网、通信信道上的网络,包括PSTN、CDM、GSM网络。
本文中公开的各种实施例在管理风力涡轮系统方面提供几个优点。根据一个优点,提供自动重置缩短了用于风力涡轮的平均恢复服务时间(MRTS),显著改进了风力涡轮场的性能。此外,创建详细和增强(基于故障的性质)诊断日志可有助于服务人员在显著更少的时间中识别和补救风力涡轮故障。此外,生成增强诊断日志减少了对于管理风力涡轮所要求的人员的数量。
虽然本文中已示出和描述本发明的仅某些特征,但本领域的技术人员将想到修改和更改。因此,要理解,随附权利要求旨在涵盖如落在本发明真正精神内的所有此类修改和更改。
要素列表
100风力场
102风力涡轮
104控制器
106接口计算机
110风力涡轮模块
120场服务器
122场服务器120的CPU
124场服务器120的支持电路
126场服务器120的存储器
128存储器126上的操作系统
130操作信息
202风力涡轮场
210风力涡轮场202的场服务器
214控制服务器220的CPU
216控制服务器220的支持电路
218控制服务器220的存储器
220控制服务器
222存储器218上的操作系统
224管理模块
226规则引擎
230监视器
240规则
242装置
250网络
Claims (10)
1.一种用于管理风力涡轮(102)的方法,所述方法包括:
接收有关风力涡轮(102)的操作特性的操作信息(130);
基于规则(240)的集合来分析所述操作信息(130),规则(240)的所述集合是可配置的;
基于分析所述操作信息(130),确定要求所述风力涡轮(102)的高级操作信息(130);
接收所述风力涡轮(102)的高级操作信息(130);
基于规则(240)的所述集合来分析所述高级操作信息(130);
确定所述风力涡轮(102)的故障是否是可重置的;以及
如果所述风力涡轮(102)的故障是可重置的,则重置所述风力涡轮(102)。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述操作信息(130)包括有关风速、风速分布、风力涡轮(102)组件的温度、电压、电流、转换器、发电机、转子速度传感器、塔架震动、所述风力涡轮(102)的硬件单元和/或电网事件中至少一项的信息,以及其中所述分析包括进一步处理所述操作信息(130)。
3.如权利要求1所述的方法,其中所述分析包括参考与所述风力涡轮(102)的操作信息(130)相关的规则(240)的集合,规则(240)的所述集合包括对于所述风力涡轮(102)的操作特性的阈值和所述风力涡轮(102)的操作特性的衍生物,以及其中规则(240)的所述集合包括对于风速、风速分布、所述风力涡轮(102)组件的温度、电压级别、电流级别、转换器故障、发电机故障、转子速度传感器故障、塔架震动、所述风力涡轮(102)的硬件单元中的故障和电网事件中至少一项的阈值。
4.如权利要求1所述的方法,其中基于所述风力涡轮(102)的操作特性和所述风力涡轮(102)的故障分析,进一步配置规则(240)的所述集合。
5.如权利要求1所述的方法,其中所述高级操作信息(130)包括最近的过去中所述操作信息(130)的历史,所述高级操作信息(130)包括直到跳闸和跳闸后所述风力涡轮(102)的传感器数据。
6.一种风力涡轮管理系统,包括:
风力涡轮(102),可操作以使用风能来生成电,所述风力涡轮(102)包括与所述风力涡轮(102)的操作有关的操作特性;
控制服务器(220),包括配置成实现以下步骤的风力涡轮(102)管理模块(224):
接收有关所述风力涡轮(102)的操作特性的操作信息(130);
基于规则(240)的集合来分析所述操作信息(130),所述规则(240)是可配置的,
基于分析所述操作信息(130),确定要求所述风力涡轮(102)的高级操作信息(130),
接收所述风力涡轮(102)的高级操作信息(130),
基于规则(240)的所述集合来分析所述高级操作信息(130),确定所述风力涡轮(102)的故障是否是可重置的;以及网络(250),
其中所述风力涡轮(102)经所述网络(250)可通信地耦合到所述管理模块(224),以及其中规则配置模块可经所述网络(250)来访问。
7.如权利要求6所述的系统,其中所述操作信息(130)包括有关风速、风速分布、风力涡轮(102)组件的温度、电压、电流、转换器、发电机、转子速度传感器、塔架震动、所述风力涡轮(102)的硬件单元和电网事件中至少一项的信息。
8.如权利要求6所述的系统,其中所述控制服务器(220)还包括规则引擎(226)以用于基于所述风力涡轮(102)的操作特性和基于所述风力涡轮(102)的故障分析来配置所述规则(240)。
9.如权利要求6所述的系统,其中所述管理模块(224)配置成如果所述风力涡轮(102)的故障是可重置的则重置所述风力涡轮(102)。
10.如权利要求6所述的系统,其中,所述风力涡轮(102)还包括
控制器(104),配置成接收和处理所述风力涡轮(102)的操作信息(130),所述控制器(104)还配置成控制所述风力涡轮(102)的操作,
接口计算机(106),配置成从所述控制器(104)接收所述风力涡轮(102)的操作信息(130),并且发送要通过所述网络(250)传递的所述风力涡轮(102)的操作信息(130),所述接口计算机(106)配置成接收用于操作所述风力涡轮(102)的指令,并且将用于操作所述风力涡轮(102)的所述指令发送到所述控制器(104),以及
场服务器(120),可操作地耦合到所述接口计算机(106)和所述网络(250),所述场服务器(120)配置成接收和/或存储所述风力涡轮(102)的操作信息(130),所述场服务器(120)配置成通过所述网络(250)从所述控制服务器(220)接收用于所述风力涡轮(102)的操作指令,并且还将所述操作指令传递到所述接口计算机(106)。
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