CN101446260B

CN101446260B - 具有数据接收器的风力涡轮机

Info

Publication number: CN101446260B
Application number: CN2008101762929A
Authority: CN
Inventors: M·阿尔滕舒尔特
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Renovables Espana SL
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2028-11-21
Also published as: DK2063112T3; US20090128402A1; CN101446260A; US7551130B2; EP2063112A2; EP2063112A3; ES2816176T3; EP2063112B1

Abstract

一种风力涡轮机(100)包括接收器(110)和通信设备(120)，所述接收器(110)适于从基于卫星的导航系统接收信号(50)并且根据所述信号(50)确定位置信息、时间信息和日期信息中的至少一个，所述通信设备(120)适于将接收器(110)所确定的信息传送到远离所述风力涡轮机(100)的接收方。

Description

具有数据接收器的风力涡轮机

技术领域

在此公开了包括数据接收器的风力涡轮机(wind turbine)以及风电厂和使用数据接收器来安装风力涡轮机的方法。

背景技术

在通常被称作风电厂(wind farm)的发电厂，风能通常被用来例如通过使用大型风力涡轮机的旋转来驱动发电机从而产生电力。随着越来越多的风力涡轮机被安装，机队(fleet)管理和服务组织需要与单独涡轮机有关的详细信息。例如，在风力涡轮机由于故障或日常维护而需要服务的情况下，服务和维护团队需要与风力涡轮机的精确位置有关的快捷且详细的信息。典型地，风力涡轮机位于乡村地区和/或边远区域。因此，通常无法获得风力涡轮机的ZIP码、地址或街道信息。此外，到达厂址的路线并非总是清楚的，尤其在冬季街道标志会难以辨认。

此外，当对单个风力涡轮机和/或风电厂的操作故障进行分析时，具有利用涡轮机的操作数据所记录的精确时间和日期信息是有帮助的甚至是必需的。尤其对于具有若干电力线的风电厂而言，要求降至大约毫秒的时间准确度以便识别问题来源。然而，正常的计算机和控制器时钟系统的内嵌时钟通常会出现漂移(drift)，从而使得时钟时间最终是不准确的。特别地，在不同的风力涡轮机的控制器之间甚至相同涡轮机内的不同控制器之间，系统时钟的时间会有所不同。

发明内容

针对以上问题，提供了一种包括接收器和通信设备的风力涡轮机，所述接收器适于从基于卫星的导航系统接收信号并且根据所述信号确定位置信息、时间信息和日期信息中的至少一个，所述通信设备适于将接收器所确定的信息传送到远离所述风力涡轮机的接收方。

根据从属权利要求、说明书和附图，其他方面、优势和特征将变得很明显。

根据第一方面，提供了一种具有接收器的风力发电厂。所述接收器适于根据从基于卫星的导航系统所接收的信号来计算位置、每日时间(daytime)和日期中的至少一个。此外，所述风力涡轮机包括发射器，所述发射器适于将根据所接收的信号计算的信息递送到远处的接收方。

根据再一个方面，提供了一种包括至少两个风力涡轮机的风电厂，所述至少两个风力涡轮机均包括GPS接收器，所述GPS接收器适于接收GPS信号并且根据所述GPS信号来确定位置信息、时间信息和日期信息中的至少一个。

根据另一个方面，一种安装风力涡轮机的方法，包括：利用接收器在风力涡轮机的位置处接收信号；根据在风力涡轮机的位置处所接收的信号来确定风力涡轮机的位置；以及将风力涡轮机的所述位置存储在存储器中。

附图说明

在说明书的余下部分中参考附图向本领域技术人员阐述了实施例的完整充分的公开(包括其最佳实施方式)，在附图中：

图1示出了风力涡轮机的前视图。

图2示出了根据一个实施例的风力涡轮机的侧视图。

图3示出了根据另一实施例的风力涡轮机的侧视图。

图4示出了根据又另一实施例的风力涡轮机的侧视图。

图5示出了根据再另一实施例的风力涡轮机的侧视图。

图6示出了根据进一步实施例的风力涡轮机的侧视图。

图7示出了根据又进一步实施例的风力涡轮机的侧视图。

图8示出了根据再进一步实施例的风力涡轮机的侧视图。

图9示出了根据一个实施例的风电厂的侧视图。

图10示出了根据一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各个实施例，所述实施例的一个或多个示例在附图中被示出。每个示例是以对本发明进行解释的方式而提供的，并非意在进行限制。例如，被图示或描述为一个实施例的一部分的特征能够被用在其他实施例上或与其他实施例结合使用以产生又一另外的实施例。这样的修改和变化旨在被包含于此。

图1示出了图示根据示例性实施例的风力涡轮机100的示意性示图。风力涡轮机100包括塔2，在塔2之上安装有机舱(nacelle)6。配备有三个转子叶片8的风转子4被可旋转地安装于机舱6。通过转子叶片8从风中获取动能并促使转子4绕其旋转轴进行旋转。转子4经由转子轴(未示出)耦合到发电机(未示出)。转子4可以被直接或经由齿轮箱(gear box)耦合到发电机。通过转子4的驱动，发电机产生电力，所述电力然后能够被馈给到公用电网(utility grid)等。

图2示出了根据一个实施例的风力涡轮机100的侧视图。其中，接收器110被安装于风力涡轮机100。在该实施例中，接收器110是适于接收GPS信号50的GPS接收器，所述GPS信号50是全球导航卫星系统的至少24个卫星中的每一个所产生的精确微波信号。GPS接收器110能够根据GPS信号进一步确定其位置和/或处于其位置的实际时间和实际日期。特别地，利用GPS信号50所接收的时间信号基于原子钟，由此其非常准确。虽然这里的描述涉及GPS接收器，但是本领域技术人员将会理解，也可以使用其他基于卫星的导航系统。例如，计划在不久的将来投入使用的欧洲的基于卫星的导航系统。该系统已知被命名为GALILEO，理所当然的是，在本发明的实施例中也可以采用适于从GALILEO系统接收信号的接收器。此外，原则上能够接收精确位置/地点信息的任何设备都可以被用作这里所描述的实施例中的接收器。本领域技术人员将会理解的是，此后所使用的术语GPS接收器仅仅是示例性的，并且其他那些接收器也可以在这里所描述的实施例中得以成功采用。

所示出的GPS接收器50被安装在风力涡轮机100的机舱6处。虽然GPS接收器110可以被安装在风力涡轮机或靠近风力涡轮机处的任何适当位置，但是将GPS接收器50定位在机舱处为卫星提供了良好的窗口，并且由此提供了对GPS信号50的良好接收。当然，GPS接收器110也可以被定位于风力涡轮机100内或其附近的其他位置。

此外，风力涡轮机100包括通信设备120，其适于向远程接收方传送信息。通信设备120可以是有线或无线的。在一个示例中，通信设备120包括互联网连接(尤其是经由光纤连接的互联网连接)或经由电话线的连接。在其他示例中，通信设备120包括与接收方的无线连接，例如WLAN连接或卫星连接。此外，通信设备120还可以包括不同通信信道的组合。例如，通信设备120可以具有WLAN能力并且还具有与光纤网络的连接。在实施例中，通信设备120适于将GPS接收器110从GPS信号50提取的信息(例如，精确的位置数据和/或精确的时间和日期)传送到远离所述风力涡轮机的接收方。例如，所述接收方可以是远程控制中心和/或服务中心和/或维护中心。因此，精确的位置、时间和/或日期信息能够被包含在从风力涡轮机发送到远程控制中心的任何消息中。

特别地，当对单个风力涡轮机和/或风电厂的操作故障进行分析时，具有利用涡轮机的操作数据所记录的这种精确时间和日期信息是有帮助的甚至是必需的。尤其对于具有若干电力线的风电厂而言，要求降至大约毫秒的时间准确度以便识别问题来源。由于正常的计算机和控制器时钟系统的内嵌时钟表现出漂移，所以这些系统的时钟时间最终是不准确的。此外，在不同风力涡轮机的控制器之间甚至相同涡轮机的不同控制器之间系统时钟时间通常不同步。由于GPS信号50提供了精确时间，所以其能够被用来识别特定事件发生的精确时间点。特别地，相同的GPS时间信号被用于记录(log)相同或不同风力涡轮机的一个或多个控制器中所发生的所有事件，以使得远程控制中心能够对这些事件的时间顺序进行重构。因此，即使复杂的情形也能够得以解决以找到误操作的起因。

此外，根据GPS信号确定了所述风力涡轮机的精确位置并且其能够被传送至远程接收方。在一个示例中，所述远程接收方是服务和/或维护人员所携带的移动接收器。例如，所述远程接收方甚至可以是人员的汽车或卡车中的导航系统。因此，维护人员能够很容易找到位于远程地点的风力涡轮机或风电厂，并且到故障风力涡轮机的最快和/或最短的路线能够向服务人员示出。可替换地或另外，所述位置信息可以被传送到远程控制中心和/或服务中心和/或维护中心。接着，故障风力涡轮机的位置能够被显示在地图上，并且能够在服务和/或维护人员离开远程中心之前被提供给他们。此外，所述位置信息还能够在风力涡轮机地点发生事故的情况下被传送到救护车或消防部门。在一个示例中，GPS位置信息被直接传送到救援直升机，所述救援直升机然后被指引到所述风力涡轮机地点。

图3示出了根据另一个实施例的风力涡轮机100的侧视图。其中，GPS接收器110被连接到风力涡轮机控制器130，所述风力涡轮机控制器130进而被连接到通信设备120。另外或可替换地，GPS接收器110还可以被连接到风力涡轮机的SCADA系统。其中，SCADA是监控和数据采集的缩写。通常，SCADA是指分布式测量和控制系统，其通常被用于在监督级别执行数据收集和控制。监控系统是置于实时控制系统之上用来对SCADA系统之外的过程进行控制的系统。在风力涡轮机100中，至少一个控制器130执行实时控制，而通常还实施了SCADA系统以用于监督级别的控制。在实施例中，控制器和/或SCADA系统适于利用根据GPS信号50所确定的时间信息对其各自的内部时钟和/或存储器进行调节。由此，单个风力涡轮机内的不同控制器和/或SCADA系统之间和/或风电厂的不同风力涡轮机之间的内部系统时间得以同步。因此，克服了系统时钟漂移的问题。此外，控制器130和/或SCADA系统130所提供的系统日志非常精确，从而使得远程控制中心和/或服务人员能够对故障事件进行详细研究。

图4示出了根据又另一个实施例的风力涡轮机100的侧视图。其中，通信设备120被集成到控制器/SCADA系统130中。例如，控制器/SCADA系统130可以包括允许互联网接入的接口，例如调制解调器或路由器。在另一个示例中，控制器/SCADA系统130可以包括WLAN接口。

图5示出了根据再另一个实施例的风力涡轮机100的侧视图。其中，GPS接收器110被集成到风力涡轮机控制器130中。由此，能够实现GPS接收器110和控制器130的紧凑配置。此外，能够降低由于信号的运行时间而引起的时间延迟。

图6示出了根据进一步实施例的风力涡轮机100的侧视图。其中，GPS接收器110与通信设备120一起被集成到控制器/SCADA系统130中。例如，控制器/SCADA系统130可以包括允许互联网接入的接口，例如调制解调器或路由器。在另一个示例中，控制器/SCADA系统130可以包括WLAN接口。由此，能够实现GPS接收器110和控制器130的紧凑配置。此外，能够降低由于信号的运行时间而引起的时间延迟。

图7示出了根据再进一步的实施例的风力涡轮机100的侧视图。其中，风力涡轮机100包括第一GPS接收器110和第二GPS接收器160。第一GPS接收器110被集成到或连接到位于风力涡轮机100的机舱内6的第一风力涡轮机控制器130。第二GPS接收器160被集成或连接到位于集线器(hub)4内的第二风力涡轮机控制器150。可替换地，第二GPS接收器160可以被连接到SCADA系统，而第一GPS接收器110被连接到风力涡轮机控制器130。此外，第二控制器150还具有第二通信设备170，其允许将GPS接收器160从GPS信号50中提取的任何信息传送到远程接收方。特别地，根据GPS信号50所计算的时间和位置可以被分配到第二控制器150所记录的任何事件。由此，风力涡轮机控制系统的整体冗余度得以提高，原因在于如果第一控制器130的GPS接收器无法正确操作则仍能够由第二控制器150传送精确的时间和位置，反之亦然。

在可替换的实施例中(未示出)，两个或更多风力涡轮机控制器和/或SCADA系统共享一个GPS接收器。与图7所示的系统相比，这使得成本降低。然而，系统的冗余度也被降低，从而考虑到成本和安全性，风力涡轮机控制器和/或SCADA系统所共享的GPS接收器的数目必须与所需的系统冗余度相平衡。

图8示出了根据再进一步的实施例的风力涡轮机100的侧视图。其中，风力涡轮机100包括至少一个紧急按钮200。如图8所示，紧急按钮20可以位于塔2的底部。然而，紧急按钮200还可以位于风力涡轮机100内的其他位置，例如，位于机舱6和/或集线器4内。当然，可以在相同的风力涡轮机内在不同位置提供若干各紧急按钮200。当紧急按钮200被按压时，其使得风力涡轮机100向外部接收方释放报警消息。例如，紧急按钮200可以被连接到风力涡轮机控制器130。当紧急按钮200被按压时，使得控制器130经由通信设备120向外部接收方(例如，消防部门或救护车)传送报警消息。根据GPS信号50所确定的风力涡轮机的精确时间和位置将被自动包括在报警消息中，以使得急救医生和/或消防员能够被立即告知事故发生的位置。根据另一个实施例，紧急按钮200将具有独立的通信设备(未示出)来传送报警消息。此外，可以在按压紧急按钮200时向救护车和/或消防部门提供语音通信。

图9示出根据一个实施例的风电厂500的侧视图。风电厂500包括被连接到集中式风电厂控制器510的三个风力涡轮机101、102、103。然而，本领域技术人员将会理解，三个风力涡轮机的数目仅仅是示例性的，并非意在进行限制。特别地，风电厂500可以包括两个或更多的任意数目的风力涡轮机。如图9所示，风力涡轮机101和102均包括GPS接收器，所述GPS接收器适于接收GPS信号50并根据该信号来确定位置信息、时间信息和日期信息。风力涡轮机101、102中的每一个都具有用于将其各自的GPS接收器所确定的时间和位置传送到集中式风电厂控制器510的通信设备。典型地，风电厂500的SCADA系统运行于集中式控制器500上以使得SCADA系统被提供以精确的时间和位置数据。此外，集中式控制器510适于与风电厂500内的风力涡轮机的控制器进行通信，并且尤其适于向这些控制器传送时间和位置。由此，在风力涡轮机101和102的控制器以及SCADA系统之间，时间和位置信息能够得以同步。

然而，风电厂500包括不具有GPS接收器的另外的风力涡轮机103。例如，风力涡轮机103可以是在风力涡轮机101和102之前安装的较旧型号并且还没有配备GPS接收器。然而，风力涡轮机103适于从集中式控制器510接收或者直接从包括GPS接收器的风力涡轮机101、102之一或这二者接收位置、时间和/或日期。在后者的情况下，风力涡轮机101、102和另外的风力涡轮机103之间能够例如通过直接通信信道(图9中的虚线)直接进行通信。在一个示例中，风电厂500内的风力涡轮机101、102、103可以经由风电厂WLAN彼此直接进行通信。由于与集中式控制器510和/或风力涡轮机101、102的通信，甚至没有其自己的GPS接收器的风力涡轮机103也被提供以精确的时间信息。能够根据风力涡轮机101、102的位置数据以及风力涡轮机103到这些其他风力涡轮机的相应距离来计算风力涡轮机103的精确位置。

图10示出了根据一个实施例的方法1000的流程图。特别地，用于安装风力涡轮机的方法1000包括利用GPS接收器在风力涡轮机的位置处接收GPS信号。例如，这能够利用在施工现场由施工工程师所使用的能够从开曼群岛乔治城的Garmin公司获得的手持GPS接收器来完成。利用这样的GPS接收器，能够根据在风力涡轮机的位置处所接收的GPS信号来确定风力涡轮机的精确位置。最后，风力涡轮机的精确位置被存储在存储器中。例如，所述位置能够被存储在风力涡轮机控制器的存储器中和/或所述风力涡轮机的SCADA系统的存储器中和/或远程控制中心处的存储器中。由此，对于服务和/或维护人员而言以及在紧急情况下能够很容易获得风力涡轮机的精确位置。然而，该方法允许在操作期间在无需在风力涡轮机处不断提供GPS接收器的情况下对风力涡轮机进行精确定位。

这里所给出的描述使用示例来公开包括最佳方式的实施例，并且还使得本领域技术人员能够制造和使用这样的实施例。虽然已经描述了各种特定的实施例，但是本领域技术人员将认识到能够通过在权利要求的精神和范围之内进行修改来实践其他实施例。特别地，以上所描述的实施例的彼此非排他性的特征可以被相互组合。可授权的范围由权利要求来限定，并且可以包括对本领域技术人员而言容易想到的其他示例。如果其他示例具有与权利要求的字面语言无异的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言具有非实质性差异的等同结构元素，则这样的其他示例旨在落入本发明的范围之内。

部件列表

2塔

4集线器

6机舱

8转子叶片

50信号

100，101风力涡轮机

102，103风力涡轮机

110接收器

120通信设备

130风力涡轮机控制器/SCADA系统的一部分

150第二控制器

160第二接收器

170第二通信设备

200紧急按钮

500风电厂

510集中式风电厂控制器

1000用于安装风力涡轮机的方法

1010在风力涡轮机位置处接收GPS信号

1020根据所接收的GPS信号来确定涡轮机的位置

1030在存储器中存储位置

Claims

1.一种风力涡轮机，包括：

接收器，适于从基于卫星的导航系统接收信号并且根据所述信号确定时间信息；

通信设备，操作性地连接到所述接收器并且适于将所述时间信息传送到远离所述风力涡轮机的接收方；以及

包括第一内部时钟的控制器，所述控制器操作性地连接到所述接收器并且适于利用所述时间信息对第一内部时钟进行调节。

2.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述接收器是适于接收GPS信号的GPS接收器。

3.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述接收器被集成到所述控制器中。

4.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述控制器还包括存储器，所述接收器还适于根据所述信号确定位置信息和日期信息中的至少一个，所述控制器适于利用位置信息和日期信息中的所述至少一个对所述存储器进行调节。

5.如权利要求1所述的风力涡轮机，还包括监控和数据采集

(SCADA)系统。

6.如权利要求5所述的风力涡轮机，其中所述SCADA系统包括第二内部时钟，并且其中所述SCADA系统操作性地连接到所述接收器并且适于利用所述时间信息对第二内部时钟进行调节。

7.如权利要求5所述的风力涡轮机，还包括第二接收器，所述第二接收器适于从所述基于卫星的导航系统接收所述信号并且根据所述信号确定位置信息、时间信息和日期信息中的至少一个，所述SCADA系统操作性地连接到第二接收器。

8.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述接收器被安装在所述风力涡轮机的机舱处。

9.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述接收方是远程控制中心。

10.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述接收方是服务或维护中心。

11.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述接收方是用于服务和/或维护人员的移动接收器。

12.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述接收器适于根据所述信号确定关于位置信息和日期信息之一以及所述时间信息的信息。

13.如权利要求12所述的风力涡轮机，还包括紧急按钮，其中所述紧急按钮适于在所述紧急按钮被按压时使得报警消息被发送到所述接收方，所述报警消息包括根据所述信号确定的所述信息。

14.如权利要求1所述的风力涡轮机，还包括第二控制器、第二接收器和第二通信设备，所述第二接收器适于从所述基于卫星的导航系统接收所述信号并且根据所述信号确定位置信息、时间信息和日期信息中的至少一个，所述第二控制器操作性地连接到第二接收器，所述第二通信设备操作性地连接到第二接收器并且适于将位置信息、时间信息和日期信息中的所述至少一个传送到所述接收方。

15.一种风电厂，包括：

根据权利要求1所述的至少两个风力涡轮机。

16.如权利要求15所述的风电厂，还包括集中式风电厂控制器，其中所述至少两个风力涡轮机中的每一个的接收器适于根据所述信号确定关于位置信息和日期信息之一以及所述时间信息的信息，所述至少两个风力涡轮机中的每一个的通信设备适于将由其相应接收器确定的信息传送到所述集中式风电厂控制器。

17.如权利要求16所述的风电厂，还包括至少一个另外的风力涡轮机，适于从所述至少两个风力涡轮机中的至少一个或从所述集中式风电厂控制器接收所述位置信息、时间信息和/或日期信息。