CN101372940A - 向风轮机系统提供电能的方法和系统 - Google Patents

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CN101372940A CNA2008102136354A CN200810213635A CN101372940A CN 101372940 A CN101372940 A CN 101372940A CN A2008102136354 A CNA2008102136354 A CN A2008102136354A CN 200810213635 A CN200810213635 A CN 200810213635A CN 101372940 A CN101372940 A CN 101372940A
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Abstract

本发明名称为向风轮机系统提供电能的方法和系统，提供了向至少一个风轮机100提供备用电能的方法和系统。方法可包括监控第一电源系统105。方法也可包括在第一电源系统105不再可向风轮机100提供足够的电能时，启用第二电源系统190、190’。方法也可在第一电源系统105再次可以向风轮机100提供足够的电能时，禁用第二电源系统190、190’。

Description

向风轮机系统提供电能的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于运转风轮机的电能；并且更具体地说，涉及向风轮机提供备用电能的方法和系统。
背景技术
风轮机(wind turbine)(以下称为“涡轮机(turbine)”)一般会消耗电能(从电能网、涡轮机本身或诸如此类)以便生成电。电能可由涡轮机的第一电源系统(power system)或诸如此类接收。第一电源系统一般将电能分配到包括涡轮机控制系统和偏航传动(yaw drive)系统的各种涡轮机系统。偏航传动系统将涡轮机的机舱(nacelle)定位在风向上。因此，偏航传动系统确保涡轮机叶片接合风的迎面。
涡轮机构件要承受可能的风暴载荷。风暴载荷的严重程度随涡轮机安装的位置而不同。某些地理区域经常会遇到严重的风暴，如：台风、龙卷风或诸如此类。在这些猛烈的风暴期内，风轮机的操作者通常停止发电。此外，偏航传动系统在没有电能时不起作用，使得涡轮机构件由于转子不再面对风而遇到更高的风暴载荷。通常，如果偏航传动系统在诸如台风等猛烈风暴期间运转，则涡轮机遇到的风暴载荷会大大降低。
当前已知系统向风轮机提供电能有几个问题。当前已知系统不可自动确定何时需要备用电。当前已知系统不可提供位于风轮机附近的备用(以下称为“第二”、“辅助”或诸如此类)电源系统，无法在第一电源系统未从电网收到电能时向偏航传动系统供给能量。
由于上述原因，需要用于向风轮机提供第二电源的方法和系统。方法应监控导入的电能并确定何时需要第二电源。方法应根据需要启用和禁用第二电源。
发明内容
根据本发明实施例，一种向至少一个风轮机提供电能的方法，该方法包括：提供至少一个电能监控系统，其中至少一个电能监控系统监控供应到至少一个风轮机的电能；监控向至少一个风轮机供应电能的第一电源系统；确定第一电源系统供应的电能是否在第一范围之外；电能不在第一范围内时禁用第一电源系统；以及在第一电源系统被禁用后，启用第二电源系统供应电能。
根据本发明的备选实施例，一种向至少一个风轮机提供电能的方法，该方法包括：一种向至少一个风轮机提供电能的方法，该方法包括：提供至少一个电能监控系统，其中至少一个电能监控系统监控供应到至少一个风轮机的电能；监控向至少一个风轮机供应电能的第一电源系统；确定第一电源系统供应的电能是否在第一范围之外；
电能不在第一范围内时禁用第一电源系统；在第一电源系统被禁用后，启用第二电源系统供应电能，其中第二电源系统至少包括以下之一：发电机组(generator set)；至少一个电池；以及其组合；在第二电源系统被启用后，确定第一电源系统是否能够供应在第一范围内的电能；如果第一电源系统能够供应在第一范围内的电能，则禁用第二电源系统；以及重新启用第一电源系统向至少一个风轮机供应电能。
根据另一备选实施例，一种向至少一个风轮机提供电能的系统，其中风轮机包括：机舱、轮毂、塔架；系统包括：至少一个电能监控系统，其中电能监控系统监控供应到至少一个风轮机的电能；供应电能到至少一个风轮机的第一电源系统；第一电源系统监控器；用于确定第一电源系统供应的电能是否在第一范围之外的部件；电能不在第一范围内时的第一电源系统禁用器；第一电源系统被禁用后供应电能的第二电源系统；其中第二电源系统至少包括以下之一：发电机组；至少一个电池；以及其组合；用于在第二电源系统被启用后确定第一电源系统是否可以供应在第一范围内电源的部件；用于在第一电源系统能够供应在第一范围内的电能时禁用第二电源系统的部件；以及用于重新启用第一电源系统的部件。
附图说明
图1是示出本发明实施例操作环境的示意图。
图2是示出根据本发明实施例向至少一个风轮机提供电能的方法示例的流程图。
图3是根据本发明实施例向至少一个风轮机提供电能的示范系统方框图。
风轮机              100
第一电源系统        105
塔架                110
机舱                120
轮毂                130
叶片                140
变速箱              145
偏航传动系统        150
发电机              160
传动链              170
涡轮机控制系统      180
第二电源系统        190、190’
系统                300
通信装置            302
系统存储器          304
操作系统            306
浏览器              308
数据结构                310
高速缓存存储器          312
处理单元                314
系统总线                316
输入/输出装置           318
介质                    320
监控器                  322
硬盘驱动器              324
服务器                  326
网络                    328
网络接口                330
存储器                  332
操作系统                334
数据结构                336
其它文件                338
处理器                  342
I/O装置                 344
其它装置                346
硬盘驱动器              348
系统总线                350
网络接口                352
具体实施方式
正如将理解的一样，本发明可实施为方法、系统或计算机程序产品。相应地，本发明可采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例形式，所有实施例在本文通称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明可采取在计算机可用存储介质上的计算机程序产品形式，介质中包含有计算机可用程序代码。
任何合适的计算机可读介质均可利用。计算机可用或计算机可读媒体例如可以但不限于是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备、装置或传播媒体。计算机可读媒体具体的示例(非详尽列表)将包括如下：具有一根或多根导线的电子连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、诸如支持因特网或内联网的那些介质等传输介质或磁性存储装置。注意，计算机可用或计算机可读媒体甚至可以是打印有程序的纸张或其它适用媒体，这是因为程序可以电子方式经例如纸张或其它媒体的光学扫描捕获，然后编译、理解，或者在必要时以合适的方式进行处理，并随后存储在计算机存储器中。在本文档的上下文中，计算机可用或计算机可读媒体可以是可包含、存储、传递、传播或传送程序以供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用的任一媒体。
执行本发明操作的计算机程序代码可以诸如Java7、Smalltalk或C++或诸如此类等面向对象的编程语言编写。然而，执行本发明操作的计算机程序代码也可以诸如“C”编程语言等常规过程化编程语言和/或类似语言编写。程序代码执行时可完全在用户的计算机上，一部分在用户的计算机上，作为独立的软件包，部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上，或者完全在远程计算机上。在后一情况中，可通过局域网(LAN)或广域网(WAN)连接远程计算机，或者可连接到外部计算机(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)。
下面将参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图例和/或方框图描述本发明。将理解，流程图例和/或方框图中的每个方框及流程图例和/或方框图中方框的组合可通过计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可提供到通用计算机、专用计算机和/或其它可编程数据处理设备的处理器以产生一种机器，使得经计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的这些指令形成用于实现流程图和/或方框图方框中指定功能/动作的部件。
这些计算机程序指令也可存储在可引导计算机或其它可编程数据处理设备以特殊方式发挥作用的计算机可读存储器中，使得在计算机可读存储器中存储的指令产生一个制品，该制品包括实现流程图和/或方框图方框中指定功能/动作的指令部件。计算机程序指令也可加载到计算机或其它可编程数据处理设备上，以促使一系列操作步骤在所述计算机或其它可编程设备上执行，从而产生计算机实现的进程，使得在所述计算机或其它可编程设备上执行的所述指令提供用于实现流程图和/或方框图方框中指定功能/动作的步骤。
下面优选实施例的详细说明参照示出本发明特定实施例的附图。具有不同结构和操作的其它实施例未脱离本发明的范围。
本发明的实施例采取应用程序和进程的形式，可向至少一个风轮机(以下称为涡轮机或诸如此类)提供至少一个辅助电源。本发明可监控接收并分配导入电源到涡轮机系统的第一电源系统。在确定第一电源系统未在分配第一范围内的电能后，本发明的实施例可自动启用至少一个辅助电源系统以向涡轮机系统提供电能。
本发明的第二电源系统可作为独立的系统运行，其中操作者可根据需要手动接合和断开第二电源系统。备选，第二电源系统可作为模块或诸如此类集成在诸如涡轮机控制或设备(plant)控制系统等更广的系统内。
现在参照附图，其中各种标号在几个视图内表示类似的元件。图1是示出本发明实施例操作环境的示意图。其中，涡轮机100包括第一电源系统105和安装有机舱120的塔架110。在机舱120的横向末端，安装有支撑具有多个叶片140的转子(未示出)的轮毂130。如图所示，在机舱120内布置有变带箱145、偏航传动系统150和发电机(generator)160。变速箱145和发电机160可经传动链170连接到轮毂130。此外，涡轮机控制系统180也可布置在机舱120内。
涡轮机控制系统180可与所有涡轮机系统通信，包括但不限于偏航传动系统150和第二电源系统190。本发明的一个优点是第二电源系统190可直接安装到涡轮机100上。因此，在失去第一电源系统105的电源时，第二电源系统190可提供充足的电能运转偏航传动系统150，由此允许机舱120定位在风向上。
现在参照图2，它是示出根据本发明实施例向至少一个涡轮机100提供电能的方法200的示例流程图。
方法200的实施例可配置为由计算机系统或诸如此类启动并持续操作。在本发明的备选实施例中，方法200可配置用于手动操作，由此要求操作者确定何时可能需要第二电源系统。
在步骤210中，方法200可用于监控至少一个风轮机100的第一电源系统105。本发明的实施例可与第一电源系统105集成，并实时监控导入能量的电压和/或电流电平。例如，但不是限制于，安装涡轮机100的位置可包括可监控导入电源电平的多个功率表(power meter)或诸如此类。此处，本发明可从多个功率表接收有关电压电平的数据。
在步骤220中，方法200可确定第一电源系统105是否在分配在第一范围之外的电能。第一范围可视为能向诸如但不限于涡轮机控制系统180和偏航传动系统150的涡轮机系统供给能量的电源级别。第一范围可以是在从第一电源系统105接收的电压附近的公差带或诸此类。例如，但不仅限于，第一范围可以是激励涡轮机系统所需能量的90％-98％。如果第一电源系统105不是分配在第一范围内的电源，则方法200可继续到步骤230；否则，方法200可转到步骤210。
在步骤230中，方法200可从涡轮机100电气式禁用第一电源系统105。本发明的实施例可包括断开开关连接或诸如此类，允许第一电源系统105与涡轮机100电气隔离。本发明的实施例可自动禁用第一电源系统105。在本发明的备用实施例中，操作者可从涡轮机100手动禁用第一电源系统105。
在步骤240中，方法200可启用第二电源系统190。第二电源系统190可为各种形式，诸如但不限于发电机组、至少一个电池和其组合。第二电源系统190可得到充分地大小调整，以便提供向涡轮机控制系统180和偏航传动系统150供给能量的电能。在本发明的备选实施例中，第二电源系统180可得到充分地大小调整，以便提供向必需系统供给能量的电能，从而允许涡轮机100在正常操作下生成电(electricity)或诸如此类。
本发明提供了在涡轮机100中及其周围不同位置安装第二电源系统190的灵活性。本发明的实施例可在涡轮机100机舱120内安装第二电源系统190。本发明的备选实施例可在涡轮机100的塔架110内安装第二电源系统190’(如图1所示)。本发明的另一备选实施例可在风力场(未示出)的变电站(sub-station)内或其附近安装第二电源系统190’(如图1所示)。
在步骤250中，方法200可如上所述确定第一电源系统105是否能够向涡轮机100分配在第一范围内的电能。一般情况下，视采用的第二电源系统190类型而定，第二电源系统190可在有限时间内向涡轮机100提供电能。例如，但不是限制，发电机组能够提供使偏航系统150和涡轮机控制系统180通电持续操作1周的电能。
方法200可在第二电源系统190操作时持续监控第一电源系统105，以确定第一电源系统105是否能够恢复将电能分配在第一范围内。如果电源系统105可分配在第一范围内的电能，则方法200可继续到步骤260；否则，方法200可转到步骤240。
在步骤260中，方法200可禁用第二电源系统190。在本发明的实施例中，方法200可自动断开第二电源系统190。在本发明的备选实施例中，方法200可能要求手动断开第二电源系统190。
在步骤270中，方法200可重新启用第一电源系统105以向涡轮机100配电。如上所述，本发明的实施例可包括断开开关连接或诸如此类，允许第一电源系统105与涡轮机100电气隔离。此处，方法200可自动重新启用断开连接开关以向涡轮机100系统供给能量。在本发明的备用实施例中，操作者可从涡轮机100手动禁用第一电源系统105。
现在参照图3，它是用于向至少一个涡轮机100提供电能的示范系统300的步骤图。方法200的要素可包含在系统300中并由其执行。系统300可包括一个或多个用户或客户端通信装置302或类似系统或装置(图3中示出了两个)。每个通信装置302例如可以是但不限于是计算机系统、个人数字助理、蜂窝电话或能够发送和接收电子消息的类似装置。
通信装置302可包括系统存储器304或本地文件系统。系统存储器304例如可包括但不限于只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。ROM可包括基本输入/输出系统(BIOS)。BIOS可包含帮助在通信装置302元件或组件之间传送信息的基本例程。系统存储器304可包含控制通信装置302整体操作的操作系统306。系统存储器304也可包括浏览器308或web浏览器。系统存储器304也可包括可能类似或包括图2中方法200要素的数据结构310或计算机可执行代码，以便向至少一个涡轮机提供电能。
系统存储器304可还包括临时高速缓存312，该存储器可结合图2中的方法200一起使用向至少一个涡轮机100到涡轮机100提供电能的。
通信装置302也可包括控制通信装置302其它组件操作的处理器或处理单元314。操作系统306、浏览器308及数据结构310可在处理单元314上操作。处理单元314可通过系统总线316耦合到系统存储器304和通信装置302的其它组件。
通信装置302也可包括多个输入装置(I/O)、输出装置或输入/输出装置318组合。每个输入/输出装置318可通过输入/输出接口(图3中未示出)耦合到系统总线316。输入和输出装置或组合I/O装置318允许用户操作和接口通信装置302，并控制浏览器308和数据结构310的操作以便访问、操作和控制软件向至少一个涡轮机100提供电能。I/O装置318可包括键盘和计算机指点装置或诸如此类以执行本文所述操作。
I/O装置318例如也可包括但不限于磁盘驱动器、光学、机械、磁性或红外输入/输出装置、调制解调器或诸如此类。I/O装置318可用于访问存储介质320。介质320可包含、存储、传递或传输计算机可读或计算机可执行指令或其它信息以供诸如通信装置302等系统使用或与其结合使用。
通信装置302也可包括或连接到其它装置，如显示器或监控器322。监控器322可允许用户连接通信装置302。
通信装置302也可包括硬盘驱动器324。硬盘驱动器324可通过硬盘驱动器接口(图3中未示出)耦合到系统总线316。硬盘驱动器324也可形成本地文件系统或系统存储器304的一部分。程序、软件和数据可在系统存储器304和硬盘驱动器324之间传送和交换以用于通信装置302的操作。
通信装置302可与远程服务器326通信，并且可经网络328访问其它服务器或类似于通信装置302的其它通信装置。系统总线316可通过网络接口330耦合到网络328。网络接口330可以是用于耦合到网络328的调制解调器、以太网卡、路由器、网关或诸如此类。耦合可以是有线或无线连接。网络328可以是因特网、专用网络、内部网或诸如此类。
服务器326也可包括系统存储器332，而系统存储器可包括文件系统、ROM、RAM及诸如此类。系统存储器332可包括类似于通信装置302中操作系统306的操作系统334。系统存储器332也可包括数据结构336以便向至少一个涡轮机100提供电能。数据结构336可包括类似于参照向至少一个涡轮机100提供电能的方法200中所述那些操作的操作。服务器系统存储器332也可包括其它文件338、应用程序、模块及诸如此类。
服务器326也包括可控制服务器326中其它装置操作的处理器324或处理单元。服务器326也可包括I/O装置344。I/O装置344可类似于通信装置302的I/O装置318。服务器326还可包括其它装置346，如监控器或诸如此类，以便向服务器326提供接口和I/O装置344。
服务器326也可包括硬盘驱动器348。系统总线350可连接服务器326的不同组件。网络接口352可经系统总线350将服务器326耦合到网络328。
图中的流程图和步骤图示出了根据本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品可能实现的架构、功能和操作。在此方面，流程图或步骤图中的每个步骤可表示一个模块、段或部分代码，包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意的是，在一些替代实施中，步骤中所示的功能可不以图中所示的顺序进行。例如，视涉及的功能而定，连续显示的两个步骤实际上可大致并发执行，或者步骤有时可以相反的顺序执行。还要注意的是，步骤图和/或流程图的每个步骤及步骤图和/或流程图中步骤的组合可由基于专用硬件的系统实现，这些系统执行专用硬件和计算机指令的指定功能或动作或其组合。
在本文使用的术语只用于描述特殊的实施例，并无意限制本发明。在本文使用时，除非上下文有明确指示，否则，单数形式还将包括复数形式。还可理解，术语“包括”在本说明书中使用时用于表示所述特性、整数、步骤、操作、元件和/或、或组件的存在，而不排除存在或添加一个或多个其它特性、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
虽然特定的实施例已在本文示出和描述，但应理解，计划实现相同目的的任何布置可替代所示特定的实施例，并且本发明在其它环境中有其它应用。本申请旨在涵盖本发明的所有修改或变化。下面的权利要求项绝对无意将本发明的范围限制于本文所述特定实施例。

Claims (10)

1.一种向至少一个风轮机100提供电能的方法，所述方法包括：
提供至少一个电能监控系统210，其中所述至少一个电能监控系统200监控供应到所述至少一个风轮机100的电能；
监控向所述至少一个风轮机100供应所述电能的第一电源系统105；210
确定由所述第一电源系统105供应的所述电能是否在第一范围之外；220
如果所述电能不在所述第一范围内，则禁用所述第一电源系统105；230以及
在所述第一电源系统105被禁用后，启用第二电源系统190、190′以供应所述电能，240。
2.如权利要求1所述的方法，其中在启用所述第二电源系统190、190’的所述步骤后，所述方法还包括：
确定所述第一电源系统105是否能够供应在所述第一范围内的所述电能；250
如果所述第一电源系统105能够供应在所述第一范围内的所述电能，则禁用所述第二电源系统190、190’；260以及
重新启用所述第一电源系统105向至少一个风轮机100供应所述电能，270。
3.如权利要求2所述的方法，其中启用所述第二电源系统190、190’的所述步骤包括：
供应所述电能以向涡轮机控制系统180供给能量；以及
供应所述电能以向偏航传动系统150供给能量。
4.如权利要求2所述的方法，其中启用所述第二电源系统190、190’的所述步骤包括供应所述电能以向所述至少一个风轮机100供给能量。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述第二电源系统190、190’包括至少如下之一：发电机组；至少一个电池；以及其组合。
6.一种向至少一个风轮机100提供电能的系统，其中所述风轮机100包括：机舱120、轮毂130、塔架110；所述系统包括：
至少一个电能监控系统，其中所述电能监控系统监控供应到所述至少一个风轮机100的电能；
向所述至少一个风轮机100供应所述电能的第一电源系统105；
第一电源系统监控器；
用于确定由所述第一电源系统105供应的所述电能是否在第一范围之外的部件；
所述电能不在所述第一范围内时的第一电源系统禁用器；
在所述第一电源系统105被禁用后供应所述电能的第二电源系统190、190’；其中所述第二电源系统190、190’包括至少以下之一：发电机组；至少一个电池；以及其组合；
用于启用所述第二电源系统190、190’的部件；
用于在所述第二电源系统190、190’被启用后确定所述第一电源系统105是否能够供应在所述第一范围内的电能的部件；
用于在所述第一电源系统105能够供应在所述第一范围内的电能时禁用所述第二电源系统190、190’的部件；以及
用于重新启用所述第一电源系统105的部件。
7.如权利要求5所述的系统，其中所述第二电源系统190、190’供应所述电能以便：
向涡轮机控制系统180供给能量；以及
向偏航传动系统150供给能量。
8.如权利要求5所述的系统，其中所述第二电源系统190、190’安装在所述至少一个风轮机100的机舱120内。
9.如权利要求5所述的系统，其中所述第二电源系统190、190’安装在所述至少一个风轮机100的塔架110内。
10.如权利要求5所述的系统，其中所述第二电源系统190、190’安装在所述至少一个风力场的变电站内。
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