CN101294544B - 风能装置的操作方法和风能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操作风能装置的方法,该风能装置包括能够由风驱动并且具有至少一个转子叶片(22)的转子(18)、至少一个电/电子元件或由电/电子元件组成的组件,例如将转子(18)的机械能转化成电能的发电机、电缆、电连接件、电机等。为了监视部件/组件(24-32)的操作状态,以不受控制的方式由部件/组件(24-32)发射出的或以不受控制的方式被这些部件/组件(24-32)影响的电磁辐射和/或磁场和/或电场、电流或电压被适宜的记录装置记录下来,特别是测量出来,并且利用分析装置基于一个或多个预定标准进行分析,以便能够识别部件和/组件(24-32)的操作状态中的任何变化,这里所述记录装置优选与部件/组件(24-32)间隔一段距离。

Description

风能装置的操作方法和风能装置
技术领域
本发明涉及一种风能装置的操作方法,所述风能装置包括能够由风驱动并且具有至少一个转子叶片的转子、至少一个电/电子元件或一个电/电子组件,例如将转子的机械能转化成电能的发电机、电缆、电连接件、电机等。本发明还涉及实施这种方法的风能装置和用于监视所述风能装置的部件/组件的系统。
风能装置的电/电子部件/组件易于受到干扰。这些部件/组件的故障导致风能装置出现长久的错误。在最糟糕的情况下,短路能够导致单独的部件或整个风能装置着火。因此,主要需求是尽早识别对电/电子部件/组件的干扰以便形成合理的反应,避免出现长时期的停机时间。
因此,本发明的目的是指定一种操作风能装置的方法、相应的风能装置和系统,通过该系统可以在操作过程中以可靠的方式监视装置中电/电子部件/组件的操作状态。
这一目的由具有权利要求1所述特征的方法、通过具有权利要求14所述特征的风能装置和具有权利要求13所述特征的监视系统实现。
按照这些权利要求,为了监视电/电子部件和/或电/电子组件的操作状态,以不受控制的方式由部件/组件发射出的或以不受控制的方式被这些部件/组件影响的电磁辐射和/或磁场和/或电场、电流或电压被适宜的记录装置记录下来,特别是测量出来,该记录装置优选与部件/组件间隔一段距离。然后利用分析装置基于一个或多个预定标准对结果进行分析,以便能够识别部件和/或组件在操作状态中的任何变化。优选在风能装置中,在连续或一段特定周期中以指定的时间间隔实施记录。
本发明是基于电/电子部件/组件发射不受控制的电磁辐射这一发现,即电磁波、磁场和/或电场、电流或电压或部件/组件至少以不受控制的方式影响上述这些物理现象。本申请广泛采用了“电/电子部件”和“电/电子组件”这样的表述。这种表述特别包括通过电流流动被电动操作、产生电或用于传输电的所有部件和组件,如仪表、设备、电缆和小型部件等。
在下面的文本中,为了简单组合,使用术语“部件”专门表示术语“组件”和“部件”。
本发明还基于发现由部件产生或受部件影响的上述电磁波、电磁场、电流或电压取决于各个部件的操作状态,即操作状态的特征。一旦被监视的部件受到任何干扰,所产生或受到影响的这些电磁波、电磁场、电流或电压就会发生改变。当然,在这种情况下,电磁波、电场、电流或电压的这种变化的特例是初始化或重新出现。这些变化,特别是初始化或重新出现可以由分析装置记录并分析。例如,如果发生短路,短路的位置发射出电磁脉冲,在分析过程中电磁脉冲被记录下来并与受损位置产生关联。
例如,在记录和/或分析上述电磁波、电场、电流或电压的过程中,能够记录和/或分析电磁波的频率和/或强度、测量得到的磁场强度大小、测量得到的电气干扰电压的大小和/或频率。
优选地,分析能够用于确定多个部件中的哪一个部件和/或何种类型的部件受到干扰,或者说在操作状态中哪一个部件和/或哪类部件能够被产生关联。在进一步的实施例中,可以确定部件干扰的性质。
上述电磁波、电场或磁场以及电流或电压是以不受控制的方式产生的,即不是特定产生的。事实上,本发明涉及上述物理现象的记录,这些物理现象是电/电子部件的固有特性的结果、电磁波和/或电场/磁场的形成或电流或电压的特定传输,或作为在操作过程中以所述方式产生的副产品的这种电磁波、电场、电流或电压的影响。
众所周知,电流流过自身的每一个导体在其周围都产生了大体上能够被检测到的磁场。交流电流过的导体使得电磁波能够同样被检测到。与输电线或控制线连接的各种电/电子部件在这些线中产生作用。例如,由于它们产生了干扰电压等,因而对电源电压或控制电压造成影响。
在这种情况下,在本发明一主要实施例中,一适宜的发射装置发射沿着部件方向的部件电磁波。这些电磁波,例如微波或无线电波可能会受到影响,也就是说被电/电子部件改变。随着部件的操作状态的改变而受到影响或可能受到影响的电磁波被记录装置记录,并且由分析装置对其进行分析,这里所述记录装置具有至少一个用于这种波的接收器。
如上所述的电磁波、电场、电流或电压可以被各种记录装置记录。各个电/电子部件发射的电磁辐射在没有使用电缆的情形下被从部件传递到记录装置,电磁辐射能够被具有用于这种电磁辐射的相应接收器的记录装置记录。该辐射的频率在无线电射程内频繁改变。因此优选使用无线电接收器。或者,也经常额外使用微波接收器。
如果目的是检测电缆中或电缆上的电磁波、电场、电流或电压,这是可以实现的,例如通过与用作电/电子部件本身的同一电气线路网连接的适当的测试设备。在这一简单的组成中,该测试设备可以是电压表、电流表和/或欧姆表。例如,对于被监视的部件来说,可以在与该部件连接的输电线中产生射频和电压的变化。在输电线上的不同位置处使用适宜的测量装置能够检测到这些射频电压的变化。
在本发明的一特定实施例中,在对上述物理现象分析的过程中,将其特征表现为记录的电磁波和/或磁场和/或电场、电流或电压的至少一个实际值与预定标称值或预定极限值比较,这里所述分析特别用于识别各个部件在操作状态中受到的干扰,例如短路等。典型的实际值例如可以是所记录的电磁波的频率和/或强度、所测量的磁场强度的大小、所测量的电干扰电压的大小和/或频率等。
在本发明的另一实施例中,预定标称值是表示部件未受到干扰的操作状态下的参考值。
这一参考值能够在参考记录或参考测量的过程中被确定。在这种情形下,部件在未受到干扰的状态下发射出的或受该部件影响的电磁波和/或磁场和/或电场、电流或电压被记录下来。以这种方式记录下来的数值优选被直接用作用于随后测量的参考值。通常,总是从这些记录值中获得参考值。关键因素在于所确定的参考值直接或间接取决于以所述方式记录的数值。
优选连续或以特定的时间间隔记录电磁波和/或磁场和/或电场、电流或电压,并将对应于时间的记录值-测量值存储到特别是与分析装置相关联的存储器中。对应于时间已经存储的数值优选显现成适当的时间/数值图表,例如显现在与分析装置相关联的屏幕上。
能够自动分析电磁波和/或磁场和/或电场、电流或电压的对应于时间已经存储的测量值,从而能够从记录值的时间曲线中识别出短期、中期或长期的趋势或发展。例如,这样的分析能够用于识别在初期部件的操作行为是否受到损害。在初期,根据趋势或发展还能够有利地识别出将来有可能出现的故障。
风能装置的单独的部件可以随着所记录的电磁波和/或磁场和/电场、电流或电压变化而受到开环控制或闭环控制,特别是随着表示电磁波和/或磁场和/或电场、电流或电压的实际值与标称值或极限值的对比,以及/或者随着记录值中可选的识别趋势的变化来受到上述控制。在这种情况下,优选将它们打开或关闭,或者产生一个或多个电磁信号、声响信号或电信号。
本领域技术人员将认识到,存在许多可行的测量方式,这些测量能够根据比较结果启动,并且涉及风能装置的操作。例如,在检测到第一部件出现故障之后,余下的第二部件能够起作用并取代第一部件的功能。
通常,风能装置的至少一个操作参数,例如风能装置的至少一个转子叶片的风向入射角能够被设置成随着分析而变化,这里所述分析是对按照本发明的所记录的电磁波和/或磁场和/或电场、电流或电压的分析。
例如,在一实施例中,一旦分析显示部件受到干扰,例如在部件中或部件上出现短路,就会产生适当的警报信号,并且警报信号优选通过适宜的长途数据传输装置(如与因特网连接的计算机装置)以对风能装置进行远程诊断和/或远程维护的方式被传递给用于这种信号的远程接收器,如传递给第二计算机装置。
有利的是按照本发明的相应的监视系统包括通过与适宜的数据链路相连接的记录装置和分析装置,通过用于对风能装置进行控制操作的实际开环和/或闭环控制装置,在装置的操作过程中设置风能装置的各种操作参数,例如至少一个转子叶片的风向入射角。术语“数据链路”表示任何类型的电缆连接或无线连接,通过它能够将信息从监视系统传输到开环和/或闭环控制装置,优选沿着其它方向传输。
干扰信息优选经由数据链路从监视系统传输到用于风能装置的开环和/或闭环控制装置。因此,由监视系统检测到的任何部件干扰都能够被传输给用于控制装置操作的开环和/或闭环控制装置。依靠检测到的干扰,开环和/或闭环控制装置能够启动适宜的测量。例如,风能装置能够被切换到不同的操作模式,特别是能够被断路和/或切换成没有电流流过。
按照本发明,表示风能装置操作状态的数据优选包含对所记录的电磁波和/或磁场和/或电场、电流或电压的分析或评估,特别是包含转子的瞬时转速、风能装置的瞬时能量或其它类似的数据项目。这些数据能够被有效地从开环和/或闭环控制装置传递到监视系统,优选通过上述数据链路进行传输。
本发明的其它特征将从所附的独立权利要求、下面对优选实施方式的描述和附图中变得更加直观,其中:
图1示出了采用按照本发明的方法操作的风能装置的倾斜侧视图。
附图示出了风能装置10具有吊舱(pod)16,其布置在位于水平地面12上的垂直塔14的上端面。本领域技术人员将认识到,对于风能装置10的塔14的详细设计,存在多种可行的实施例。当然,本发明并不限于附图中所描述的截头锥形的塔14。例如,塔14也可以是栅格桅杆形式。
转子18设置在吊舱16的面向着风的一端,转子具有一轮毂20。两个转子叶片22连接于轮毂20,转子叶片22的转子叶片根部23被插入到轮毂20的适宜的孔中,并以已知的方式与其连接。
转子18围绕相对于水平面稍微向上倾斜的轴线旋转。一旦风冲击到转子叶片22,单独的转子18就连同转子叶片22一起围绕转轴旋转。在旋转过程中转子叶片22覆盖了一圆周区域。能够通过调整装置来改变单个转子叶片22相对于风的相对位置,即转子叶片22相对于风的倾斜角是可调的,图中没有示出调整装置,但其对本领域技术人员来说是已知的。转轴的动能经由设置在吊舱16内的电子变速箱24被提供给同样设置在吊舱16内的发电机26,发电机将动能转化成电能。
电能从吊舱16经由电缆28和塔14被提供给单独的设备建筑物29,在设备建筑物29中设置有公用高压电力网(grid-system)的连接装置30。在塔14的底部区域中设置有用于控制风能装置10开环/闭环的开环/闭环控制装置32。
特别是在这种情况下,电子变速箱24、发电机26、电缆28、公用高压电力网的连接装置30以及开环/闭环控制装置32都是电/电子部件,可按照本发明来监视它们的操作状态。特别是通过利用下述事实来实现,即在无意操作的过程中部件发射出的电磁波通常表现为不期望的“副产品”的形式。在这种情形下发射出的电磁波反映出部件24-32的各个操作状态。
附图中未示出的用于监视部件24-32的系统具有用于这些电磁波的接收器(图中未示出),特别是一无线电接收器。该系统还具有分析装置,通过该分析装置能够分析接收到的波。为此,例如分析装置可以具有现有技术中已知的光谱分析仪和适宜的计算机装置。
分析采用分别记录或接收到的光谱来确定各个测量的辐射来自于部件24-32中的哪一个。另一方面,分析装置能够确定是否/什么时候部件的操作状态受到干扰。
例如,图1示出了位于塔14中部的电缆28中出现了裂纹。电缆28中的裂纹导致电磁脉冲,该电磁脉冲被检测到并用于分析。因此从相应电磁波的初始发生识别出电缆中的裂纹。
在分别接收的电磁辐射的光谱中其它部件24-26,30-32的干扰表明与时间变化有关。为了识别这些干扰,在所有情况下分析装置将测量得到的光谱与从这些部件24-26,30-32发射出的参考光谱比较,其中这些参考光谱是在之前的参考测量过程中已经确定的,并且已经被存储在用于分析装置的计算机的存储器中。
实际上,由无线电接收器接收到的和从部件24-32发射出的电磁波的所有光谱都被以特定的时间间隔或连续地记录下来,覆盖了所关注整个光谱范围。单独的部件24-32对所有光谱的组成(contribution)被确定,并通过用于分析装置的计算机与单个部件产生关联,并且被储存在数据库中。
根据所识别的部件24-32在操作状态中引起的变化和/或操作状态中变化的性质,可以起动不同的测量。
例如,在检测到电力电缆28短路时,风能装置10中所有的电/电子部件都被切断,以及/或者断开与电压的连接,以及/或者切换成没有电流流动。
发电机26或其它部件在操作状态中的变化能够导致与分析装置相连的适宜的信号发生装置产生适当的干扰信号或警报信号。
本领域技术人员将认识到,关于此还存在许多可行的选择。

Claims (15)

1.一种操作风能装置的方法,该风能装置包括能够由风驱动并且具有至少一个转子叶片(22)的转子(18)、以及至少一个电或电子部件或由电或电子部件构成的组件,其特征在于为了识别部件或组件(24-32)的操作状态的干扰,以不受控制的方式由部件或组件(24-32)发射出的或以不受控制的方式被这些部件或组件(24-32)影响的电磁波被适宜的记录装置记录下来,并且利用分析装置基于一个或多个预定标准进行分析,以便能够识别部件或组件(24-32)的操作状态中的任何干扰。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于在用于识别部件或组件(24-32)在操作状态中受到干扰的分析过程中,将表示为所记录的电磁波的至少一个实际值与预定标称值或预定极限值进行比较。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于所述预定标称值是表示部件或组件(24-32)在没有受到干扰的操作状态下的参考值。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于所述参考值取决于在参考记录或参考测量过程中确定的、并且由未受干扰的部件或组件(24-32)发射出的或者受未受干扰的部件或组件(24-32)影响的电磁波。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述电磁波被连续或以特定的时间间隔记录下来,并且对应于时间的所述记录值被存储在与分析装置连接的存储器中。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于对被存储的、对应于时间的电磁波的记录值进行分析,以便能够从记录值的时间曲线中识别出趋势,所述趋势是在部件或组件(24-32)的操作行为中受到的损害或未来有可能出现的故障。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于来自于部件或组件(24-32)并且表示部件或组件(24-32)本身或部件或组件(24-32)操作状态的电磁波被记录下来,并且在不使用电缆的情形下从部件或组件(24-32)传输到记录装置。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于能够与部件或组件(24-32)相互作用适宜的电磁波被适宜的发射器传输给部件或组件(24-32),并且被部件或组件(24-32)影响的电磁波然后由记录装置记录下来。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于风能装置(10)的单独的部件或组件(24-32)受到开环或闭环控制,随着所记录的电磁波的分析而变化,或者其特征在于形成了一个或多个电磁信号、声响信号或电信号。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于在对由部件或组件(24-32)以不受控制的方式发射出的、或者以不受控制的方式受到部件或组件(24-32)影响的电磁波进行分析的过程中,记录并考虑表示风能装置操作状态的数据。
11.根据权利要求9或10所述的方法,其特征在于随着分析的变化,所述风能装置被切换到不同的操作模式。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述记录装置具有用于电磁波的接收器。
13.一种系统,用于监视风能装置的一个或多个电或电子部件或组件的操作状态,其特征在于该系统具有记录装置和分析装置,其中记录装置用于记录由部件或组件(24-32)以不受控制的方式发射出的或者以不受控制的方式受到部件或组件(24-32)影响的电磁波,而且通过分析装置,能够基于一个或多个预定标准分析所记录的波,从而能够识别部件或组件(24-32)的操作状态的干扰。
14.一种实施权利要求1至12中一项或多项所述方法的风能装置,包括至少一个转子叶片(22)和至少一个电或电子部件或由电或电子部件组成的组件,其特征在于该风能装置具有一种系统,用于监视所述组件的电或电子部件的操作状态,其中,该系统具有记录装置和分析装置,所述记录装置用于记录由部件或组件(24-32)以不受控制的方式发射出的或者以不受控制的方式受到部件或组件(24-32)影响的电磁波,而且通过分析装置,能够基于一个或多个预定标准分析所记录的波,从而能够识别部件或组件(24-32)的操作状态的干扰。
15.根据权利要求14所述的风能装置,其特征在于所述系统通过数据链路与用于风能装置的开环或闭环控制装置连接,通过该控制装置能够设置风能装置的不同的操作参数,其中数据能够经由数据链路从系统传输到开环或闭环控制装置。 
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