CN101874229A

CN101874229A - 在风力发电系统的风力发电机中登记事件的方法和系统

Info

Publication number: CN101874229A
Application number: CN200880117827A
Authority: CN
Inventors: 约翰·本特森; 博·罗曼德; 塔格·克里斯滕森; 尼尔斯·埃里克·丹尼尔森
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: EP2229611A1; US8090972B2; WO2009068034A1; US20100268849A1; US8365005B2; CN101874229B; US20120093647A1

Abstract

本发明涉及一种在包括至少两个数据处理器的风力发电系统中登记事件的方法，其中所述风力发电系统的所述数据处理器被相互同步，其中事件被在所述至少两个数据处理器中登记，其中根据所述时间同步建立在所述两个数据处理器的不同登记的所述事件的时序。根据本发明的有利的实施方式，事件可以根据共同时序被登记以及优选地被分析。该分析使得能够在不同的风力发电机的事件基本上相互关联，并且其中关于这种相互关联的信息对于进行控制或故障检测很重要或关键的情况下基于来自不同的风力发电机的正确定时的事件进行分析。

Description

在风力发电系统的风力发电机中登记事件的方法和系统

技术领域

本发明涉及在具有多个数据处理器的风力发电系统中登记事件的方法和系统。

背景技术

在最近几年，风力发电机的监视和控制已经受到了更多关注。

风力发电机通常被分组，对这些风力发电机的通信通常通过适当的通信网络进行。这种网络通常是为了控制或监视单个风力发电机的状态的目的而应用的。因此，在单个风力发电机处登记的事件可以被发送到外部监视设备，例如，SCADA(SCADA：监管控制和数据获取)，外部监视设备收集和分析来自多个风力发电机的信息。

与这种现有技术网络相关的问题是这些网络能够导出和确定的信息相对地受限制。此外，对于可以覆盖相对较大的地理区域的风力发电装置，从风力发电装置的一端到风力发电装置的另一端的传输时间增加。

发明内容

本发明涉及一种在包括至少两个数据处理器的风力发电系统中登记事件的方法，

所述方法包括以下步骤：相互同步所述风力发电系统的数据处理器，在所述至少两个数据处理器中登记事件，以及根据所述时间同步建立在所述至少两个数据处理器不同登记的所述事件的时序。

根据本发明的有利的实施方式，可以登记事件并优选地根据共同时序分析这些事件。该分析使得在不同的风力发电机的事件基本上相互关联、并且关于这种相互关联的信息对于进行控制或故障检测很重要或关键的情况下能够基于来自不同的风力发电机的正确时序的事件进行分析。

这种相互关联的事件的示例可以例如是过电压；过电流；偏离期望的凹形(sinus form)的电压或电流；谐波的改变；相位的改变；闪电事件；开关、断路器、转换器、VAR补偿器等的跳闸；以及电路的故障；其中事件的时序对于知道触发事件在那里发生非常关键。对于一个位置的故障可能是其他位置的故障的结果的电子电路而言，这尤其重要。

本发明的范围内可应用的时间同步的非限定示例是例如IEEE 1588的协议和例如GPS的地球卫星系统，它们都提供了对时序进行同步的途径。

在上下文中，风力发电机代表风力发电机和相关的控制和登记电路。因此，该控制和登记电路可以物理地合并到风力发电机的机舱(nacelle)、轮毂(hub)或塔架(tower)中，或可以在机舱、轮毂或塔架的外部布置。

根据本发明的实施方式的术语“风力发电系统”被理解为涉及利用风力产生电力的系统。风力发电系统的示例可以是风力发电装置(包括多个风力发电机)、风力发电机或变电站或它们的任意组合。

术语“数据处理器”根据本发明的实施方式可以被理解为与数据处理有关的任意设备或元件。不同的数据处理器被理解为具有单独的时钟的处理器，或使用或参照不同时钟的数据处理器。数据处理器的示例是风力发电机控制器、风力发电机的内部控制器，诸如顶控制器、桨距控制器、轮毂控制器等。数据控制器还可以指代变电站或变压器站的内部控制器。术语“数据控制器”可以物理地在PLC(可编程逻辑控制器)、DSP(DSP：数字信号处理器)、混沌逻辑计算机、生物计算机、神经逻辑计算机或其他数据处理单元中实现。在本发明的另一实施方式中，术语“数据处理器”甚至可以被理解为具有多个风力发电机的整个风力发电装置。

根据本发明的实施方式的另一有利特征是能够进行诸如风力发电装置的致动器的数据处理器的同步控制。

根据本发明，事件可以被称为原始测量结果或测量结果的流，诸如电流、功率或电压、这些测量结果的处理数据、以及发生的事件的具体指示或代表，诸如警报、特定事件检测等。

在本发明的实施方式中，所述数据处理器包括至少一个风力发电机控制器。

在本发明的实施方式中，所述数据处理器分布在多于一个的风力发电机中。

在本发明的实施方式中，所述数据处理器包括在风力发电机中。

根据本发明的实施方式的非常有利的特征是不同的风力发电机的风力发电机控制器相互时间同步。这必然导致在不同的风力发电机中发生的可比较的事件可以被用于进行统计测量以便风力发电装置的优化使用和/或故障/或错误检测。

在本发明的实施方式中，所述数据处理器包括至少一个顶控制器、桨距控制器、轮毂控制器、可编程逻辑控制器、或它们的任意组合。

根据本发明的实施方式，多个控制器中的一个的示例可以是WMP6000。

在本发明的实施方式中，所述风力发电系统包括至少一个风力发电装置。

即使在单独的风力发电机中实施，本发明也是有优势的，但是如果在较大的系统(诸如风力发电装置)中进行时间同步由此可以以之前不可能的详细程度分析系统性能和系统中的事件，则能够获得了进一步的优势。

在本发明的实施方式中，事件信息被发送到事件信息分析器，并且其中所述事件信息是从事件中导出的。

被发送的事件信息可以例如是登记的事件的基本完整表示、登记的事件的过滤表示、或者例如当在单独的风力发电机中登记时已经被分析或处理过的事件信息。

在本发明的实施方式中，所述事件信息分析器基于所述时间同步分析事件信息。

根据本发明的优选实施方式，分析器优选地实时地或另选地批处理地进行分析，由此使分析器考虑事件的序列的时序。

这种分析可以为了监视或控制一个或更多个风力发电机而进行。另外，当服务于风力发电机时可以用于优化地检测故障的目的。

这种事件信息分析器优选地布置在发电装置的全部或至少一些风力发电机外部。事件信息分析器可以例如包括具有适当的通信接口的单机单元或分析器可以完全集成在控制和监视系统内，控制和监视系统诸如SCADA(SCADA：监管控制和数据获取)服务器。

在本发明的实施方式中，所述事件信息作为根据数据处理器的所述时间同步的加了时间戳的事件发送，以及

其中所述加了时间戳的事件被发送到所述事件信息分析器，以及其中

所述事件信息分析器基于所述时间同步分析事件信息。

对事件加时间戳的应用的优点是事件可以被(例如远程地)随后分析，并传送确切的时序(绝对的时序或相对于其他相关事件的时序)。对事件加时间戳还可以帮助事件的简单和鲁棒处理，因为随后的事件分析可以在事件发生之后任意时间进行或开始。另外，加了时间戳的事件可以在集中地或分散地位于系统的不同位置的不同的处理单元之间传递而不损失信息。

根据本发明的另一实施方式，如果向分析器传递事件的网络是充分快的，则可以不对事件加时间戳。

在本发明的实施方式中，其中所述加了时间戳的事件被发送到所述事件信息分析器，其中

通过基于事件信息的接收建立时序，所述事件信息分析器基于所述时间同步分析事件信息。

当根据本发明实施方式的全部数据处理器被同步时，能够进行非常有利的风力发电机的具体事件分析和比较。当事件(例如类似的具体错误)例如在多个风力发电机中在不同的时间点被检测到时，能够通过相互比较有利地调查具体事件的起点和传播路径。

具体事件的调查信息根据本发明对于例如解决问题可能非常有用。

当类似的事件(例如具体错误)在多个或全部数据处理器中发生时，风力发电机的故障检测不总是在监视设备中(例如在中央控制器中)以与它们实际发生的顺序相同顺序登记。在本发明中被有利地处理，其中能够通过风力发电机的非常精确的本地时间同步来调查事件，即，确定具体事件的起点和传播路径。

根据本发明的优选的实施方式，登记的数据可以在事件发生之后数天、数周甚至数月之后分析。

在本发明的实施方式中，所述事件信息分析器参照接收的事件信息的时序建立序列。

在本发明的实施方式中，所述时间同步包括到主时钟的同步。

在本发明的范围内涉及不同类型的主时钟。主时钟可以是风力发电机可用的精确时钟，以及可以在风力发电机或风力发电装置内部或外部建立。

主时钟可以例如被包括时间同步设备中，该时间同步设备在风力发电机内部或优选地在风力发电机外部。

在本发明的实施方式中，其中所述时间同步是通过时间同步设备建立的，以及其中所述至少两个数据处理器中的每个数据处理器均包括时间同步设备。

本地时钟可以通常设置在风力发电机或与风力发电机相关地设置。

在本发明的实施方式中，所述时间同步设备同步到主时钟，并基于所述主时钟和本地时钟建立同步时钟，其中本地时钟包括在所述时间同步设备中或与所述时间同步设备通信。

在本发明的实施方式中，所述主时钟和/或所述同步时钟和/或所述本地时钟使用关于通信网络或关于专用通信线路的硬件支持时间协议在风力发电系统中传播。

根据本发明的有利的实施方式，使用硬件支持时间协议来在数据处理器之间传递时间同步信号可能是非常有利的。因为硬件支持时间协议被为此目的而优化。

根据本发明的有利的实施方式，对于一些应用，例如传输延迟和传播延迟定义的传输时间不是很关键，这是因为作为风力发电系统中的精确的同步时钟的结果，事件具有了精确的时间戳。

在本发明的实施方式中，所述至少两个风力发电机包括本地时钟。

在本发明的实施方式中，所述时间同步是基于风力发电系统的内部时钟建立的。

内部时钟可以例如通过风力发电装置的内部时钟发生器建立。

另外，根据本发明的另一实施方式，内部时钟可以基于风力发电装置外部的时间基准，诸如全局时序基准。根据本发明的另一实施方式，风力发电机可以被选择以用作对其他风力发电机的主时钟基准。

在本发明的实施方式中，所述时间同步是基于从包括主时钟的外部时间同步设备发送的外部时钟建立的。

本上下文中的外部时钟指不在风力发电机中建立的也不是在风力发电装置中建立的时钟。

单独的风力发电机的时序基准可以因此基于发电机以及风力发电装置控制设备的外部建立的时钟基准建立。

在本发明的实施方式中，加了时间戳的所述事件在时间同步设备之间的通信通过例如数据通信网络、无线网络和/或有线网络连接到主时钟。

在本发明的实施方式中，加了时间戳的事件从时间同步设备的通信经过风力发电系统的已有的数据通信网络进行。

在本发明的实施方式中，风力发电系统中的数据处理器的时间同步通过使用风力发电系统内的已有的通信网络和/或专用线路和/或经过诸如GPS的地球卫星系统实现。

根据本发明的有利的实施方式，数据处理器的时间同步通过使用已有的通信网络实现。这例如通过一个主时钟转发数据处理器以之同步的时钟滴答脉冲来实现或简单地通过数据处理器之间的通信来实现。

根据本发明的有利的实施方式，使用专用线路来支持至少两个数据处理器之间的时间同步是非常有利的。如果使用专用线路，没有其他数据流与时间同步信号冲突或占用时间同步信号的带宽。

根据本发明的有利的实施方式，地球卫星系统是GPS系统或GPS系统的进一步发展。地球卫星系统可以产生时间滴答信号，其可以被用作精确时间或用以创建精确的同步时间的基准信号。

在本发明的实施方式中，其中所述时间同步的精确度好于50微秒。

在本发明的实施方式中，风力发电机的至少一个数据处理器和变电站的至少一个数据处理器相互时间同步。

在本发明的实施方式中，加了时间戳的事件的时间戳的精确度好于500微秒，优选地好于200微秒，更优选地好于10微秒，以及最优选地好于2微秒。

加了时间戳的事件的精确度还取决于时间戳在事件处理中何处进行。以下的可以影响时间戳的精确度或速度：数据处理器、同步时钟的精确度、操作系统，数据处理器的CPU(CPU：中央处理单元)的不确定性或数据处理器中的任何其他可能的延迟。当事件上的时间戳非常精确(例如1微秒或更好)，将能够在风力发电装置或在单个风力发电机中非常精确地监视例如短路的起点及传播，所提到的短路可能例如由闪电引起。

精确被理解为对网络中的数据处理器之间的时间的了解，有时其也被称为抖动。抖动是例如用于数据的同时采样、测量和激活的确定因素，并且特别地与网络中物理分离的节点的同步相关。精确度越好，应用越多。

抖动可以被解释为例如在电子电路中的周期信号的一个或更多个特性的非希望的变化。抖动可以被看作诸如连续脉冲之间的间隔、或连续周期的幅度、频率或相位的特性。换句话说，抖动可以被解释为与例如两个时钟之间的时间的精度有关的表达。

在本发明的有利的实施方式中，描述事件的事件数据(例如数据包、分组、串、序列数据流或它们任意组合)进入例如风力发电装置的数据处理器或被数据处理器控制的装置。时间戳被附加到事件数据。

在本发明的有利的实施方式中，准确的时间戳通过软件装置或硬件装置制作。

在本发明的有利的实施方式中，时钟由来自地球卫星系统(诸如例如一个或更多个GPS卫星)的信号产生。所述来自一个或更多个GPS卫星的信号可以是1脉冲每秒，所述风力发电装置WPP被来自一个或更多个GPS卫星的这些脉冲同步。

在本发明的有利的实施方式中，所述时间戳独立于硬件、软件和操作系统中的时钟和延迟。

在本发明的实施方式中，所述时间戳是硬件时间戳。

在本发明的实施方式中，对所述事件加硬件时间戳用于时间同步目的。

在本发明的实施方式中，事件进入数据处理器就将时间戳立即加到数据包。这可以通过在例如OSI模型(OSI：开放系统互联)或其他协议的物理层对数据包加时间戳来完成以避免协议的其余层中的延迟。如果数据处理器中的CPU在数据包的处理期间接收到中断，则例如OSI模型的层中的延迟可能发生，在此情形下，发生未知长度的延迟，其给时间戳带来了不确定性。

根据本发明的有利的实施方式，当事件数据一被从例如传感器接收，就对事件数据加时间戳。因此，时间戳可以被加入到已经在例如信号电缆连接到控制系统的输入端口、例如无线通信设备等的接口处的事件数据。

在本发明的实施方式中，所述硬件时间戳由计数器制作。

在本发明的有利的实施方式中，时间戳由计数器制作，计数器与数据处理器中的同步时钟相关地计数。时间戳在本实施方式中仅仅是给到数据包的数字。该数字可以之后在数据处理器中解释，以及如果需要则该数字被转换为数据处理器的正确到达时间。

根据本发明的另一实施方式，时间戳是由FPGA(FPGA：现场可编程门阵列)、微处理器或其他硬件数据处理单元制作的。

在本发明的实施方式中，所述时间戳是专用控制器制作的软件时间戳。

在本发明的有利的实施方式中，时间戳被专用控制器制作，该专用控制器的时钟同步到风力发电装置的其余数据处理器。

在本发明的有利的实施方式中，通信协议的层中的至少一层被修改以根据系统要求的精确对数据包加时间戳。

根据本发明的有利的实施方式，时间戳被专用处理器制作，专用处理器可以不被中断，因此使用用于处理其他任务的时间。

在本发明的实施方式中，所述软件时间戳是通过专用控制器制作的。

根据本发明的有利的实施方式，由于控制器完全专用于加时间戳的目的或至少软件实现的加时间戳具有期望的精度这个事实，专用控制器具有预定和充分的精度。

在本发明的实施方式中，事件的软件时间戳用于时间同步目的。

由于控制器完全专用于加时间戳的目的或至少该软件实现的加时间戳具有期望的精度这个事实，软件时间戳可以例如是由专用控制器制作的或至少由具有预定和充分精度的控制器进行的。

在本发明的实施方式中，事件可以被理解为风力发电装置中的任何正常、异常、不寻常情况或任何测量结果、实时测量结果、解析出的测量结果或从其导出或推断出的任何信息，并呈现为其单个的采样流。

在本发明的有利的实施方式中，测量结果可以是例如电压、电流、功率、相位角、功率谐波、发电机负载、风速、风向、振动、桨距角、风力发电装置的部件的温度、阈值值、要求的任何解析出的、导出的或计算出的值或可用的任何计量信息或其任意组合的测量结果。

在本发明的实施方式中，在被传递到永久存储装置之前所述事件数据被存储在缓冲器中。

在本发明的有利的实施方式中，随着事件数据被数据处理器接收，所述缓冲器存储事件数据。

在本发明的有利的实施方式中，当被事件触发，或从外部或内部中央数据处理器触发时，所述缓冲器例如以预定的时间间隔将事件数据传递到更永久的存储装置。

在本发明的有利的实施方式中，所述缓冲器具有在将事件数据传递到更永久的存储装置之前存储事件数据达一天、甚至一周的容量。

在本发明的实施方式中，风力发电装置被基于所述时间同步至少部分地被预估控制所控制。

在本发明的有利的实施方式中，时间同步允许风力发电装置的预估控制，例如当风力发电装置必须关闭时特别有利。如果风力发电装置中的全部风力发电机被在相同时间关闭时，这可能导致对风力发电装置所连接的公共电网造成扰动。因为风力发电装置中的全部数据处理器的精确的时间同步，能够在公共电网中的电压和电流的最优化时间关闭每个风力发电机。

触发风力发电装置的关闭的事件可以是例如来自计量台的外部信号或内部信号。

在本发明的有利的实施方式中，预估控制能够被用以同步航空灯，航空灯例如向飞机警报风力发电机的危险。

另外，本发明涉及包括至少两个风力发电机的风力发电装置，其中风力发电系统执行根据权利要求1-31中任意一项所述的方法。

此外，本发明涉及时间同步用于包括至少两个不同的数据处理器的风力发电系统中的错误检测的用途。

当根据本发明的实施方式的全部数据处理器都被同步时，能够进行对风力发电系统的具体错误的非常有利的分析和比较。当事件(例如类似的具体错误)在不同时间点在多个风力发电机中被检测到时，能够通过相互比较有利地进行具体错误情况的起点和传播路径的检查。

此外，本发明涉及根据权利要求33的时间同步在风力发电系统中的用于错误检测的用途，其中所述时间同步根据权利要求1-31的任意一项所述的方法进行。

另外，本发明涉及时间同步在包括至少两个不同的数据处理器的风力发电系统中进行性能分析的用途。

通过同步风力发电系统的不同的数据处理器DPE，能够比较不同数据处理器的不同的事件并检测可比较的事件的起点。这提供了例如收集的统计的提高了的详细程度，其可以被用于能量优化、错误检测、预警行为等。

另外，本发明涉及根据权利要求33的时间同步在风力发电系统中用于性能分析的用途，其中所述时间同步被根据权利要求1-31中任意一项所述的方法进行。

另外，本发明涉及时间同步在风力发电系统中用于功率优化控制的用途。

另外，本发明涉及根据权利要求33-37的任意一项的事件的硬件时间戳用于时间同步目的的用途。

另外，本发明涉及根据权利要求33-37的任意一项的事件的软件时间戳用于时间同步目的的用途。

另外，本发明涉及分析包括至少两个数据处理器的风力发电系统的事件或控制所述风力发电系统的至少一部分的方法，所述方法包括以下步骤：

根据同步时间相互同步所述风力发电系统的数据处理器，

登记所述事件，

对所述登记的事件加时间戳，以及

基于所述被登记并加了时间戳的事件进行事件分析或控制风力发电系统的至少一部分。

在本发明的实施方式中，所述时间同步使得定义了时域中的设定点；所述设定点是全部同步的数据处理器都相同的全局设定点。

根据本发明的有利的实施方式，设定点是给定到登记事件的全局基准。因此设定点可以是事件首次在风力发电系统中的数据处理器中被登记的时间、时间戳被提供到登记的事件的时间。该时间可以被用作设定点以便分析例如性能、故障的传播路径或控制风力发电系统的至少一部分。

应注意可以定义多于一个设定点。

在本发明的实施方式中，所述风力发电系统至少部分地相对于所述设定点控制。

在本发明的实施方式中，所述风力发电系统的至少部分元件配备至少一个地球卫星系统接收器，诸如GPS接收器。

根据本发明的有利的实施方式，风力发电系统的风力发电机、变电站或其他元件被配备至少一个地球卫星系统接收器。时间同步通过地球卫星系统实现是非常有利的。

此外，本发明涉及一种风力发电系统，该风力发电系统包括至少两个数据处理器，所述风力发电系统还包括主时钟：

所述至少两个数据处理器均包括从时钟，

用于根据所述主时钟同步所述至少两个数据处理器的每一个的所述从时钟的装置，

用于登记发生在所述风力发电系统中的一个或更多个事件的一个或更多个传感器，

用于基于所述一个或更多个登记的事件创建一个或更多个事件数据的装置，

用于根据所述从时钟在所述至少两个数据处理器中对所述一个或更多个事件数据加时间戳的装置，

用于基于所述加了时间戳的事件数据分析所述事件的装置或用于基于所述加了时间戳的事件数据控制所述风力发电系统的至少一部分的装置。

根据本发明的有利的实施方式，风力发电系统中的一个数据处理器可以被选择以包括主时钟。因此，根据这种实施方式，不是全部数据处理器都包括从时钟。

在本发明的实施方式中，所述用于时间戳的装置是硬件装置。

根据本发明的有利的实施方式，当事件数据被例如从传感器接收时，事件数据立即被加时间戳。因此，时间戳可以被添加到已经在例如连接到数据处理器、逻辑电路、控制系统的输入端口、例如在无线通信设备之间的接口等处的事件数据。

在本发明的实施方式中，所述用于时间戳的装置是专用处理器。

在本发明的实施方式中，所述风力发电园区包括风力发电系统的两个或更多个元件。

另外，本发明涉及一种在风力发电系统中的至少两个数据处理器中获得同步时间的方法，所述方法包括以下步骤：

建立基准信号，

在所述至少两个数据处理器中的建立所述基准信号的共同概念使得在所述风力发电系统中的所述两个数据处理器中的时域变为同步，

所述同步时域通过在所述风力发电系统中的所述至少两个数据处理器之间广播所述精确的基准信号建立，以及

其中所述至少两个数据处理器之间的抖动小于±100微秒。

根据本发明的先进的实施方式，一些事件要求高精度(例如高于100微秒)以可靠地或能够分析这种事件。这种事件可以例如是风力发电系统中的振动或故障传播。

在本发明的实施方式中，所述数据处理器可以是微处理器、逻辑电路、微控制器、CPLD(CPLD：复杂可编程逻辑器件)；FPGA(FPGA：现场可编程门阵列)、ASIC(ASIC：专用集成电路)或能够处理数据的任何其他装置。

在本发明的实施方式中，所述时间戳可以通过为了采样/测量而配备的同步数据处理器或逻辑器件间接地进行。

根据本发明的有利的实施方式，武装的数据获取可以在所述控制器或在所述传感器中的输入步骤/传感器接口中进行。

根据本发明的有利的实施方式，可以有利地能够预先确定何时进行采样或测量。

附图说明

下面将参照附图描述本发明，其中：

图1例示了从正面观察的大型现代化风力发电机；

图2例示了通常的风力发电装置的概括图；

图3a例示了根据本发明的实施方式的风力发电装置；

图3b例示了根据本发明的另一实施方式的风力发电装置；

图4例示了本发明的范围内的事件信息的示例或应用；

图5例示了本发明的范围内的风力发电机的登记设备的功能；

图6A、6B、和6C例示了本发明的范围内的事件信息分析器的不同结构以及风力发电装置WPP内的通信；

图7例示了根据本发明的实施方式的具有不同的内部数据处理器DPE的风力发电机WT；

图8例示了风力发电装置WPP中的时钟CLK、事件E和数据处理器DPE之间的通信的框图；

图9例示了风力发电装置WPP中的风力发电机WT和变电站SUB的位置；

图10a例示了作为强风击中风力发电机WT之一的结果在风力发电装置WPP中的事件的序列图；

图10b例示了作为风力发电机WT被闪电袭击的结果在风力发电装置WPP中的事件的序列图；

图10c例示了风力发电装置WPP关闭的序列图；

图11例示了风力发电系统的一部分中的数据通信的示意描述；

图12A例示了进入测量单元的数据的示例，以及其中，

图12B例示了进入控制单元的数据的示例。

具体实施方式

术语“数据处理器”DP可以被理解为控制器或控制器的一部分，例如用于测量或监视变压器、闪电和功率的测量设备中的控制器，或用于控制风力发电机WT、变电站SUB等的一部分的控制器。此外，数据处理器可以被理解为微处理器、逻辑电路、微控制器、CPLD(CPLD：复杂可编程逻辑器件)、FPGA(FPGA：现场可编程门阵列)、ASIC(ASIC：专用集成电路)或能够处理数据的任何其他装置或它们的一部分。

术语“风力发电装置”WPP是覆盖风力发电装置WPP产生能量所需要的元件的术语，所需要的元件诸如多个风力发电机WT、变电站SUB、风力发电装置WWP、与风力发电机WT或风力发电装置WPP相连接的外部系统或任何其他单元。

术语“风力发电机”WT是覆盖与风力发电机相关地使用的全部事物的术语，这些事物诸如齿轮、发动机、转换器、用于控制风力发电机WT的全部部件的控制单元等。

术语“变电站”SUB是覆盖风力发电装置WPP中包括的除了风力发电机WT之外的全部事物的术语；因此，术语变电站SUB可以覆盖控制单元和服务器、计量设备、相位补偿设备、变压器等。

术语“风力发电系统”覆盖风力发电装置WPP、风力发电机WT、变电站SUB内的元件或从风产生能量所需要的任何其他元件。此外，“风力发电系统”应该在一个方面被理解为覆盖独立的风力发电机WT或变电站SUB，以及根据另一方面覆盖风力发电装置WPP。

术语“时间戳”可以被理解为给到例如事件记录、数据分组或数据包的诸如时间、日期和年份的信息。

根据本发明的实施方式，多于一个的数据处理器DPE基于相同的精确全局时间(风力发电机系统内这个全局)工作。

图1例示了现代化风力发电机1。风力发电机1包括定位在基座上的塔架2。具有偏航机构(yaw nacelle)的风力发电机机舱3被设置在塔2的顶部。

低速轴延伸到机舱正面之外，通过风力发电机轮毂4与风力发电机转子连接。风力发电机转子包括至少一个转子叶片，例如所例示的3个转子叶片5。

图2例示了通常的风力发电装置WPP的概括图，其为根据本发明的实施方式的风力发电系统的示例。风力发电装置WPP可以在一些语境中被称为风电园或风电场。风力发电装置WPP包括经常彼此间隔500米在海岸上(onshore)或海岸外(offshore)按组位于相同区域中的多个风力发电机WT。此外，风力发电装置WPP可以包括一个或更多个变电站SUB。风力发电机可以被组装为构成能够被连接到公共电网的完全统一的电力产生单元。

风力发电装置通常具有“主控制器”或中央控制器CC。根据本发明的实施方式，中央控制器CC可以作为SCADA(SCADA：监管控制和数据获取)服务器的一部分或与SCADA相关地定位。中央控制器CC可以涉及控制台或变电站SUB，其可以包括包含数据处理器DPE的多个计算机或处理单元。

中央控制器CC通常包括用于连续控制和监视风力发电机WT和变电站SUB的状态的装置。此外，中央控制器CC可以收集可被用于对操作进行统计或分析的数据，并且可以同时向/从风力发电装置WPP中的元件发送/接收控制相关数据。

中央控制器CC可以经过数据通信网络DCN或例如因特网的公共数据通信网络PDCN本地或远程地连接到风力发电装置WPP的数据通信网络。控制相关数据可以经过数据通信网络DCN在风力发电装置WPP中的元件之间发送。风力发电装置WPP内的数据通信网络DCN可以是例如无线地或通过光缆或铜缆实现的并行、串行网络。优选地，数据通信网络DCN可以例如包括局域网LAN或WLAN、和/或公共数据连接网络(例如因特网或企业网)的一部分。

控制相关数据通常是用于控制风力发电机WT或变电站SUB的数据。控制相关数据可以是例如为了改变所产生的电力的设定点而针对给定风力发电机WT的指令。

数据通信网络DCN还可以被用于在变电站SUB、风力发电机WT、控制器单元等之间传送例如风力发电装置WPP内的监视数据，或在中央控制器CC不被包括在风力发电装置WPP中时，还向/从中央控制器CC等传送风力发电装置WPP内的监视数据。这种监视数据可以例如是风力发电机的阀门的压力表的读数、单个风力发电机WT的输出、温度、振动、风速或风力发电装置WPP中的任何其他测量数据。测量可以例如为了统计、分析或控制目的进行。

在风力发电装置WPP的元件之间建造有线网络的开销相对较低，因为无论如何，风力发电装置WPP的元件必须被连接到高压电缆。这是在本发明的实施方式中优选地使用通过数据电缆的数据通信而不使用无线数据通信的一个原因。其他原因是无线通信目前太不稳定以至于不能确信到无线数据网络的关键控制数据。在未来，无线通信可以更稳定，以及由此可以成为有线通信网络的良好替代。

本发明优选地在风力发电装置WPP内、一个单个风力发电机WT内、在一个变电站SUB内或它们的任何组合内使用。

图3a例示了作为风力发电系统的示例的根据本发明的实施方式的风力发电装置WPP的简化的概括图。该图例示了可以经过数据通信网络DCN相互连接的多个风力发电机WT和一个变电站SUB。明显地，如参照图2的描述所例示的，在风力发电装置WPP中还可以有其他设备。风力发电机WT和变电站SUB可以包括多个内部数据处理器DPE。

监视、控制和调整风力发电系统WPS的数据可能在时域中相关。在最近几年，风力发电系统WPS中进行的监视、控制和调整逐渐变得更复杂，结果对数据的时域相关的精确度要求增加。

风力发电系统WPS中的基于应用软件(固件)提供的定时的数据处理器之间的数据的时域相关明显低于未来的风力发电装置所要求的精度。

对于用户期望执行的任务，应用软件直接地和完全地取决于计算机的能力；一个示例可以是SCADA控制和监视系统。SCADA控制和监视系统的精度(抖动)通常在微秒范围，例如在±10ms到±100ms之间。

与诸如风力发电装置WPP的风力发电系统WPS相关的通常问题是例如风力发电机WT和变电站SUB的数据处理器PDE的内部时钟可能不同。换句话说，简单地因为数据处理器DPE不以令人满意的精确程度同步，不准确的时域可能出现在风力发电装置WPP的元件的数据处理器DPE中，这使得例如测量数据的比较和/或相关的结果精确度更低。

风力发电装置WPP还包括时间同步设备TSA，风力发电机WT、变电站SUB、以及其他数据处理器DPE可以与其连接。该连接确保风力发电装置WPP的数据处理器DPE总是相对于共同时间同步。时间同步设备TSA可以包括主时钟MC或者是主时钟MC的一部分。

时间同步设备TSA可以具体地由软件或硬件实现的元件实现，其连续地例如与风力发电机WT或变电站SUB的数据处理器DPE通信以获得期望的精确度的时间同步。这种时间同步也可以被称为“精确时间”或“精确全局时间”，其中全局是指整个风力发电系统。“精确时间”和“精确全局时间”表示风力发电机系统中的至少一部分数据处理器涉及的同步时间是时域相关的。因此，例如在不同的风力发电机WT处在相同时间发生的事件在各个风力发电机WT中被登记并获得了相同的时间戳。

如图3a所例示的，各风力发电机WT可以包括多个数据处理器DPE。图3a所例示的不同的数据处理器DPE可以例如包括风力发电机控制器WTC、顶控制器TC、轮毂控制器HC、桨距控制器(pitch controller)PC、以及位于风力发电机WT、变电站SUB或风力发电装置WPP中的各种其他类型的数据处理器或是它们中的一部分。

如图3a所例示，风力发电装置WPP中的一个或更多个变电站SUB可以包括多于一个的数据处理器DPE。图3a中的变电站SUB中例示的不同的数据处理器DPE可以例如是变压器控制器、转换器控制器、滤波器控制器、不同种类的监视单元等，以及位于例如变电站SUB中的各种其他类型的数据处理器。

当根据本发明的实施方式的风力发电装置WPP的期望数量的数据处理器DPE被同步(例如都知悉相同的精确时间)时，能够对风力发电机的具体事件进行很有利的分析和比较。当事件(例如相同的具体错误)在不同时间点在多个风力发电机WT中被检测到时，有利地通过相互比较，能够进行这种事件的起点和/或分发路径的调查。另一示例是例如在风力发电机WT中的物理分立的节点/独立节点(例如数据处理器DPE、测量或激活设备等)中对数据进行同时采样。如果例如多个加速度计或麦克风测量物理结构上的振动数据，则这些测量可以为先进的振动分析找到基础。

利用这些测量结果的一种途径是风力发电机WT的控制。

在本发明的实施方式中，一个参数可以被多于一个的测量设备(例如三个测量设备)测量。如果这些测量设备(例如测量在轴上的不同位置的振动)中第二或最中间的测量设备不能传递测量结果，则来自第一测量设备和第三测量设备的测量结果可以被用以再现丢失的测量结果。这可以进行是因为知道第一和第三测量设备的测量结果的确切时间以及知道这些测量结果是同步测得的。

此外，能够根据例如第二测量设备的物理位置、来自位于与该轴相关的部件处的测量设备的同步测量结果等的信息再现丢失的测量结果。通过计算或比较不同的测量结果(结合有其他测量设备的位置的信息)，能够至少暂时地替换来自不传递测量结果的该第二测量设备的测量结果。

应注意取决于丢失的测量结果的类型，可以基于来自仅仅一个测量设备的测量结果到基于来自多个测量设备的测量结果的不同信息而再现这些丢失的测量结果。

利用来自于同步地获得测量结果的一个或更多个测量设备的测量结果的另一方式是将这些测量结果与来自例如风力发电机WT的其它部分的到来的测量结果或甚至来自相邻的风力发电机WT的测量结果进行比较。可以至少部分地利用例如轮毂的转速或风力发电装置的输出的量的知识来控制风力发电机WT。

事件的示例可以例如是过电压，过电流，偏离凹形(sinus form)的电压或电流，功率谐波，电相位，闪电，开关、断路器、转换器、VAR补偿器等的跳闸。

根据本发明的实施方式，时间同步是通过运行例如IEEE-1588的协议使用全局时间实现的。每个风力发电机WT与全局时间同步，确保每个风力发电机WT中的时间确切相同(或至少减少到数毫秒)。

应注意多个标准或协议可以用以获得数据处理器DPE的期望的精确度/同步，以及甚至能够为此专门目的而开发新协议。除了已经提及的IEEE-15888协议之外，有利地可以使用其它已知的协议，或基于与数据处理器的时间同步有关地进一步开发的新的时间同步协议。这种协议可以例如包括具有无线协议扩展的IEEE-1588，NTP(NTP：网络时间协议)、SNTP(SNTP：简单网络时间协议)等。

此外，应注意到多个工业实时LAN协议能够被精确时间支持，诸如POWERLINK^TM、EtherCAT^TM、ProfiNET^TM等。

此外，应注意到多个工业实时现场总线系统能够被精确时间支持，诸如ProfiBUS^TM、TTCAN^TM、ControlNet^TM等。

应注意以上提到的协议或标准中的一些是专有的。

图3b例示了根据本发明的另一实施方式的风力发电装置WPP。

该图例示了本发明的另一实施方式，其中时间同步设备TSA位于风力发电装置WPP外部。

根据本发明的实施方式，风力发电装置WPP的元件可以与诸如地球卫星系统(例如GPS(GPS：全球定位系统))或外部控制单元的外部源通信。

在本发明的该另一实施方式中，风力发电装置WPP的元件的数据处理器DPE之间的时间同步是通过将这些数据处理器的内部时间与独立于风力发电装置WPP时间的外部时间同步设备TSA同步来实现的。

应注意，同步例如风力发电机WT或变电站SUB的全部数据处理器DPE可能是不必要的。

时间同步设备TSA可以包括主时钟MC或是主时钟MC的一部分。

使“风力发电装置WPP时间”同步可能是优化风力发电装置WPP的一种途径，因为其使得风力发电装置WPP的控制系统能够使风力发电装置WPP的每个元件达到同步设定点。这种同步设定点帮助时域中的同时性，以及如果这不这样，则在时域出现一定程度的不确定性，其使得一些调整或控制不准确。

如果风力发电装置WPP中包括的元件的大多数至少部分地配备了同步的数据处理器，则能够进行园区范围的控制或园区范围的分析。

该分析可以例如是针对单独的风力发电机相对于例如相邻的风力发电机WT的性能。这种分析可以被用于优化风力发电装置WPP的总体性能。此外，将能够得到基于同步精确时间的园区范围的例如性能、风力、电力质量等的图。

园区范围的控制的示例与关闭或启动状态相关。如果风力发电装置WT必须连接到公共电网，则在正确的“时刻”进行是有利的。这种“时刻”可以是例如在当发电机达到其同步速度时。以相同的方式，当将风力发电机WT耦合到风力发电装置WPP的其余部分时，能够在正确的时刻进行是优选的。

能够进行园区范围的风力发电机WT和/或变电站SUB的控制可能是非常有利的，因为这将减少对风力发电装置WPP的单独元件中的数据处理设备的需要。这在大型风力发电装置WPP中将特别有利。

在单个风力发电机内，例如当测量振动时，具有精确时间或同步时钟将也是有利的。如果例如四个加速度计在轴上的四个不同位置测量振动，则能够在整个轴上调查振动、进行状态监视系统分析等。

图4例示了与同步的数据处理器DPE相关地测量的事件E的用途的非限定示例。图4例示了风力发电系统的元件(诸如风力发电装置WPP)和事件信息分析器EIA之间的交互的示例。

数据处理器DPE1、DPE2、...、DPEn是风力发电装置WPP的一个或更多个元件的一部分，例如一个或更多个风力发电机WT(未示出)的一部分。数据处理器DPE1、DPE2、...、DPEn可以连接到一个或更多个数据记录元件EL1、EL2、...、ELn，该一个或更多个数据记录元件EL1、EL2、...、ELn记录数据处理器DPE1、DPE2、…、DPEn所连接到的风力发电装置WPP的元件中发生的全部或一些事件E。事件记录元件EL1、EL2、…、ELn记录事件E并将事件E与时间戳登记在一起。

事件可以例如是数据处理器的故障、停机，风力发电机WT产生的电力的开始、变化，错误检测、闪电袭击的检测、强风的检测等。

事件记录元件EL1、EL2、…、ELn或其它元件发送事件信息EI到事件信息分析器EIA。

数据处理器DPE1、DPE2、…、DPEn的事件记录元件EL1、EL2、…、ELn直接或间接地连接到事件信息分析器EIA，由于本发明的有利的相互时间同步，其能够进行有利的比较。

如所例示的，根据本示例，数据处理器DPE1、DPE2、…、DPEn，的事件记录元件EL1、EL2、…、ELn记录例如起因于相同故障的事件E，在图G中以峰值例示。由于数据处理器的时间同步，事件信息分析器EIA能够比较三个图G而不受事件在事件信息分析器EIA被接收的时间影响，以该方式例如确定事件E的起点和传播路径。

在本示例中，尽管事件信息分析器EIA在事件信息2EI2之前接收到事件信息1EI1，但事件信息2EI2在事件信息1EI1之前发生。事件信息分析器EIA能够通过查看来自不同的事件记录元件EL1、EL2、…、ELn的事件的时间戳进行断定。当事件信息EI1、EI2、...、EIn在事件分析器EAI中被分析时，它们相对于共同/同步时间被分析。例示了单独数据处理器DPE1、DPE2、…、DPEn登记的事件E的图G的x轴的时间是提到的共同/同步时间，通过在图G上描绘带有时间戳的事件E，容易得到例如关于故障的起点或传播路径的信息。在本示例中，故障起于数据处理器DPE2，以及之后被数据处理器DPE1测量，以及最后被数据处理器DPE3测量。

如所例示的，事件信息EI1-EIn在时间间隔TI上被事件信息分析器EIA接收。时间信息分析器EIA所接收的全部数据被暂时存储在缓冲器中，所述缓冲器的容量足够大以在事件E发生时暂时存储事件信息EI1-EIn。此外，缓冲器必须具有暂时存储事件E直至事件E结束(在不同的数据处理器DPE之间可能存在网络传输延迟)的容量。

应注意事件E可以指代被多个样本描述的具有特定时间长度的事件E或样本自身。

在本发明的一种实施方式中，登记的事件E全部被加上时间戳，接着放置在缓冲器中。如果风力发电装置WPP中的事件E异常或不寻常，则无论它是在变电站SUB中还是在风力发电机WT中，消息都被分发给风力发电装置WPP中的全部数据处理器DPE，要求每个数据处理器DPE保存缓冲器的内容。以这种方式，仅仅重要数据被存储，由此降低对存储设施的要求。

缓冲器的大小必须足以包含时间间隔TI上进行的事件E的事件数据。缓冲器的容量必须能够包含数据处理器DPE观察异常、发送关于保存事件数据的消息到全部其它数据处理器DPE所花费的时间段中的事件数据，以及在本发明的一个实施方式中该容量还必须能够实时地存储全部事件数据。

在本发明的另一实施方式中，即使没有异常或不寻常事件发生，事件数据仍被从缓冲器移动到更永久的存储器中。因而事件数据的保存可以在例如预定时间触发或从中央计算机触发，以及异常事件数据的存储可以被用于统计或分析目的。

在本发明的另一实施方式中，可以为了之后的统计或分析目的而保存全部登记的事件数据。事件数据可以首先被放置在缓冲器中，之后移动到更永久的存储设施中，或事件数据可以被直接地存储在更永久的存储设施中。

因为数据处理器DPE的时间同步，事件信息分析器EIA中进行的分析才有可能。如果不存在快速和同步测量的确定性，则提到的分析中的至少一些分析不能够进行。

图5例示了测量事件E和对事件E加时间戳的测量设备MA的简化图。

测量设备MA可以包括对事件E进行测量和加时间戳必需的一个或更多个数据处理器DPE、事件记录元件EL、软件或电子电路(未示出)。

例如风力发电机WT的测量设备MA可以是在风力发电机WT之内实现的设备。测量设备MA可以检测和/或登记风力发电机WT或风力发电装置WPP的元件中发生的事件E。

应注意，根据本发明的实施方式，一个测量设备MA可以测量来自风力发电园区WPP的多于一个的元件的事件E，并对其加时间戳。此外，根据本发明的另一实施方式，多于一个的测量设备MA可以测量与风力发电装置WPP的仅仅一个元件相关的事件E，并对其加时间戳。

当事件E发生和/或登记在测量设备MA中时，测量设备MA可以对事件E加时间戳。由于风力发电机WT的根据本发明的实施方式的有利和准确的时间同步，不同的风力发电机WT的不同的测量设备MA产生的事件信息EI可以比较。

不同的测量设备MA的事件信息EI可以比较是根据本发明的实施方式的非常有利的特征。

将要发送的事件信息EI可以例如是登记的事件的基本完整的呈现、登记的事件的过滤呈现，或例如是当在单独的风力发电机中登记时已经分析或处理过的事件信息。

应注意还能够与例如风力发电机WT内的一个或更多个数据处理器DPE相关地进行“有力采样(armed sampling)”。因为风力发电系统内(例如在单独的风力发电机WT内)的数据处理器DPE中的精确/同步时间/时钟，因而用多于一个数据处理器DPE进行“有力采样”是有利的。这种“有力采样”可以例如被分析或作为控制风力发电系统的至少一部分的基础而使用。

术语“有力采样”被理解为预定时间的数据的采样/测量。因此，因为采样是在预定时间进行的，因而可能不需要对采样加时间戳来获得最优化的开始点而对所采样/测量的事件进行控制、分析等。

图6a例示了本发明的另一实施方式。在此，事件信息分析器EIA连接到多个风力发电机WT1、WT2、...、WTn和变电站SUB1、...、SUBn。事件信息设备EIA被例示为风力发电装置WPP的一部分。风力发电装置WPP是风力发电系统的示例，风力发电机WT1、WT2、...、WTn和变电站SUB1、...、SUBn可以包括数据处理器DPE。

事件信息分析器可以例如是SCADA服务器或风力发电装置WPP的其它服务器或系统元件的一部分或与SCADA服务器或风力发电装置WPP的其它服务器或系统元件连接。

图6b例示了本发明的另一实施方式，其中事件信息分析器EIA相对于风力发电装置WPP远程地布置。

事件信息分析器EIA可以经过全局或公共数据通信网络与风力发电装置WPP连接。所例示的事件信息分析器EIA可以涉及多个风力发电装置WPP(未示出)。

图6c例示了图6a和图6b的事件信息分析器EIA、单独的风力发电机WT1、WT2、...、WTn和变电站SUB1、...、SUBn之间的通信的示例。图6c仅仅例示了风力发电装置WPP的元件之间的两种不同方式的通信，但是风力发电装置WPP之内或之外的元件之间的多种其他方式的通信也是可能的。

在本发明的一种实施方式中，在风力发电机1WT1处或在其中发生事件，其发送消息A到事件信息分析器EIA，信息分析器EIA接着分发消息B到全部风力发电机WT和变电站SUB。来自事件信息分析器EIA的消息B触发风力发电装置WPP的元件(风力发电机WT1、WT2、...、WTn和变电站SUB1、...、SUBn)保存包括登记数据的缓冲器的内容，如参照图4描述的。

在本发明的另一实施方式中，事件在风力发电机WT1中被登记，风力发电机WT1接着分发消息C给事件信息分析器EIA并同时地分发给风力发电装置WPP中的其他风力发电机WT和变电站SUB。来自风力发电机WT1的消息C触发风力发电装置WPP的剩余元件保存包括登记数据的缓冲器的内容。

实现参照图6a-6c描述的功能的一种方式为所提到的缓冲器是所谓的循环缓冲器。

图7例示了根据本发明的实施方式的具有不同的内部数据处理器DPE的风力发电机WT。在该图中的数据处理器DPE被举例为风力发电机控制器WTC、顶控制器TC、轮毂控制器HC和桨距控制器PC。应注意可以与本图例示的实施方式相关地使用风力发电装置WPP的其他元件。

轮毂控制器HC是数据处理器DPE的示例，其包括用于控制轮毂的装置，顶控制器TC是可以控制与机舱N相关的元件的单元。类似地，桨距控制器PC是数据处理器DPE的示例，其包括用于控制风力发电机的叶片的桨距机构的装置。

风力发电机控制器WTC也是数据处理器DPE的示例，其包括连续地监视风力发电机WT的状态以及收集用于对其操作进行统计的数据的多个计算机。另外，风力发电机控制器WTC控制风力发电机WT的大量设备，诸如开关、泵、阀门等。风力发电机控制器WTC1、WTC2、...、WTCn可以位于对应的风力发电机WT之内，例如在塔架、机舱等中，或可以位于风力发电机WT之外。

另外，该图例示了连接到例如顶控制器TC、轮毂控制器HC、桨距控制器PC和风力发电机控制器WTC的不同的数据处理器的时间同步设备TSA。应注意，所例示的连接仅仅被理解为多个可应用的连接实施方式的一种。

时间同步设备TSA可以包括主时钟或被主时钟所包括。在本发明的范围内可以使用不同类型的主时钟。主时钟可以是风力发电机WT可用的精确时钟，以及可以在风力发电机WTR或风力发电装置WPP内部或外部建立。

“主”时钟或基准信号可以例如是在一个风力发电机WT或变电站SUB中被确定的或在一个风力发电机WT或变电站SUB中建立的一个数据处理器。因而，风力发电系统中其余的同步的数据处理器可以是通过诸如IEEE 1588的精确时间协议同步到该“主”时钟的“从”时钟。

另选地，在此“主”时钟或基准信号可以源于风力发电系统的外部，例如来自公共电网、风力发电系统外部的通信网络、卫星等的控制。

通过对风力发电机WT的不同的数据处理器DPE进行同步，能够比较不同数据处理器的不同事件E，并检测可比较的事件的起点。应注意，相同的事件E还可以在风力发电装置WPP的多个元件中被检测到。这可以改善例如收集的统计的详细程度，其可以被用于能量优化、错误检测、预警动作等。

还应注意本发明还可以有利地涉及单机的风力发电机WT。

图8例示了同步时钟CLK、发生的事件E、以及不同的数据处理器DPE1、DPE2、…、DPEn之间的通信。不同的数据处理器DPE1、DPE2、…，DPEn可以例如被定位在风力发电机WT、变电站SUB、风力发电装置WWP、与风力发电机WT或风力发电装置WPP连接的外部系统或任何其他单元中。

在图8例示的本发明的实施方式中，数据处理器DPE1、DPE2、…、DPEn全部是相同的风力发电机WT的一部分。

在图8例示的本发明的另一实施方式中，数据处理器DPE1、DPE2、…、DPEn是位于风力发电装置WPP之内或之外的不同的风力发电机WT或变电站SUB的一部分。

不同的数据处理器DPE1、DPE2、…、DPEn中的各数据处理器都连接到同步时钟CLK，并且每个数据处理器DPE1、DPE2、…、DPEn能够接收事件E。

数据处理器DPE1、DPE2、…、DPEn接收的事件E可以被以好于500μs、优选地好于200μs、更优选地好于10μs、以及最优选地好于2μs的精确度加时间戳。同步时钟CLK负责时间戳，因此时间戳不能比同步时钟CLK更精确。

同步时钟CLK能够例如与例如从一个或更多个GPS卫星接收的1pps(pps；每秒脉冲)信号相关，以此方式，同步时钟CLK不能比来自GPS卫星的信号更精确。

获得精确同步时钟CLK的另一途径是在网络中连接风力发电装置WPP中的全部数据处理器DPE1、DPE2、…、DPEn，并使用例如IEEE 1588协议在单独的数据处理器之间通信。

获得风力发电系统中的两个或更多个数据处理器DPE的同步的另一途径是将风力发电系统的单独的计算机与专用电力连接相连接。根据本发明的实施方式，这种专用电力连接可以是两个或更多个数据处理器DPE之间的通信线路，其仅仅用于支持所连接的数据处理器DPE的高精确度时间同步的目的。精确全局时间，也称为同步时间或精确同步时钟，可以使用例如关于上述专用通信线路或通信网络的硬件支持全局时间协议分发到风力发电机WT或变电站SUB的数据处理器。

这可以通过例如内部时钟发生器、时间滴答信号(例如源于诸如数据处理器、滴答发生器、GPS或其他地球卫星系统等的源)来实现。

获得精确时间戳的另一途径是在每个数据处理器DPE1、DPE2、…、DPEn中具有与同步时钟CLK相关的计数器。当事件E被数据处理器DPE1、DPE2、…、DEPn接收时，来自计数器的数字被附到包括该事件数据的数据包，该数字在之后的数据处理中被转换为真实时间戳。

图9例示了具有风力发电机WT1、WT2、…、WTn和变电站SUB1、SUB2、...、SUBn的风力发电装置WPP的一部分，风如箭头WI所示进入风力发电装置WPP。

风力发电装置WPP中的各数据处理器DPE可以例如连接到FIFO缓冲器(FIFO：先入先出)和更永久的数据存储器。涉及单独的风力发电机WT和变电站SUB的数据处理器PDE的全部事件数据被加时间戳并放置在具有与风力发电装置WPP的要求相匹配的容量的FIFO缓冲器中。在本发明的一种实施方式中，FIFO缓冲器具有包含一小时或更少的时间内接收的事件数据的容量，在本发明的另一实施方式中，FIFO缓冲器具有包含一周或更长时间内接收的事件数据的容量。当缓冲器容量被用时，首先到达的事件数据被最近到达的事件数据覆盖。在一种实施方式中，缓冲器将仅仅具有存储风力发电机WT向例如其他风力发电机WT分发必须保存的缓冲器的内容花费的时间内的数据的容量。在正常状态下这将花费数秒。

应注意，无论事件数据被如何暂时存储，单独的风力发电机WT、变电站SUB或其他控制单元都可以触发事件数据的更永久的存储。

图10a例示了序列图，其中t1到tn是时间间隔，块E1的部分E是当例如强风击中风力发电机WT1的事件E的时间段。事件E触发WT1中被块E1表示的数据的保存，其可以用于之后的分析。在块E2-E4的时间段中的来自风力发电装置WPP中的其他风力发电机WT和变电站SUB的登记数据对于之后分析风力发电机WT1的强风对风力发电装置WPP中其余部分的影响是有益的。

在本发明的实施方式中，在时间t1强风击中风力发电机WT1，在时间t3强风离去。

从时间t0到t5，风力发电机WT1中的登记数据(块E1)可以对之后的分析有用，因此如针对图4描述的，该时间段中登记的事件数据可以被从缓冲器中移动到更永久的数据存储器。

在强风t1的时间，风力发电机WT1中的数据处理器DPE发送消息到风力发电装置WPP中的全部其他数据处理器以将从时间t0到t5的事件数据从缓冲器移动到更永久的数据存储器。

块E1到E4例示事件数据，并可以包括多于一种类型的数据。在图10a例示的实施方式中，块E2包括关于多个不同事件数据的信息，诸如电流、电压、相位角、以及风速。提到的事件数据可以用于风力发电机WT和变电站SUB的单独控制、分析和统计，以及例如用于监视当强风袭击风力发电装置WPP的前部的风力发电机WT时对风力发电装置WPP后部的风力发电机WT的影响。

在本发明的一种实施方式中，监视的来自被强风袭击的风力发电机WT之后的风力发电机WT和变电站SUB的事件数据能够被分析，使得下次风力发电装置WPP中的风力发电机WT被强风袭击时能够优化其他风力发电机WT以及变电站SUB的控制以得到强风中的能量的全部利益。

图10b例示了在风力发电机WT2被闪电袭击之前和之后在风力发电机WT1到WT5、WT7和变电站SUB2中的数据处理器DPE接收的事件数据E5-E7。块E4到E7例示了登记的事件数据以及图9例示的风力发电装置WPP中的故障将如何分发。

如E4例示的，故障首先在时间t1出现在WT2处，在时间t2故障在WT1、WT3、WT4以及WT5中被检测到，如块5指示。故障在相同时间在WT1、WT3、WT4以及WT5出现的原因是这些风力发电机WT1、WT3、WT4以及WT5的物理位置距发生故障或事件E的风力发电机WT2的距离相同。在时间t3故障在风力发电机WT7出现，在时间t4故障在变电站SUB2中登记。故障或事件E在风力发电机WT7和变电站SUB2的登记的延迟是由于风力发电机WT7和变电站SUB2的物理位置更远离风力发电机WT2。故障/事件E从风力发电机WT2到达风力发电机WT7和变电站SUB2的时间在故障/事件E在风力发电机WT7和变电站SUB2的后登记中得到反映。

参照图10b以及例如作为电缆故障的结果或作为闪电袭击的结果发生的故障的传播，时间t0到tn的精确度对于定位故障的起点是重要的。

同步时钟越快，给予事件数据的时间戳的分辨率越好，并且能够更精确地确定故障位置和故障起点。

图10c例示了根据本发明的一种实施方式当风力发电装置WPP必须关闭时风力发电装置WPP中的各单独风力发电机WT关闭的精确时间的序列图。能够进行对风力发电园区WPP的可控制的关闭是非常有利的，例如能够将发送到公共电网的来自风力发电园区WPP的扰动最小化。

在图10c的另一说明中，序列图例示了根据本发明的一种实施方式当风力发电装置WPP必须被启动时启动风力发电园区WPP中的单独的风力发电机WT的精确时间。能够进行对风力发电园区WPP的可控制的启动是非常有利的，例如能够将发送到公共电网的来自风力发电园区WPP的扰动最小化。

以下描述精确同步时钟的使用的几种示例之一。

在电缆故障或闪电袭击的情况下，在风力发电装置WPP中可能发生短路，能够确定风力发电装置WPP中的短路的起点是非常有利的。知道短路的起点能够例如对于事件的后事件分析有用，当要对故障进行修理时，在例如50个风力发电机WT的风力发电装置WPP中，知道该起点是很有用的。

风力发电装置WPP中的风力发电机WT和变电站SUB可以通过包括例如铝或铜的金属导体的地下电缆电连接。

如果同步时钟的精确度是例如2μs，基于电网故障能够在铜中以2/3的光速分发的知识，能够计算风力发电装置WPP中发生的短路的起点。

光速接近

则电网故障在铜中的分发速度是

如果时钟精度为2μs，则电网故障将在两个时钟之间传播

因此基于精确的时间戳能够以最小400m的精确度确定短路发生的地点。

如果风力发电装置WPP中的风力发电机WT之间的单独的距离是例如500m，则在上述示例中的同步时钟的精度将足够精确地用以确定哪个风力发电机WT被闪电击中，其可能是故障/事件E的起点。另一方面，如果同步时钟比故障在风力发电装置WPP中的分发慢，则故障的起点的位置可能很难确定，因此期望具有快速和/或高精确度的同步时钟。

在例如计量台(metrological station)的变电站SUB中，数据处理器的时钟不是必须与风力发电装置WPP中的其他数据处理器一样快速或精确。来自计量变电站SUB的事件数据可以例如包括温度、风速、雨量、或日晒时间的测量，这些事件改变的速率不要求数据处理器具有小至2μs的时钟。在例如计量台的变电站SUB中，时钟的时间同步不是必须的。

图11例示了利用例如基于IEEE-1588标准的硬件支持精确时间协议在数据处理器DPE之间通信的风力发电系统WPS的概括图。在本发明的另选实施方式中，通信通过例如GPS的地球卫星系统进行，或专用通信线路可以设置在风力发电系统WPS的数据处理器DPE之间。

该图例示了公共电网UG，变电站SUB1、…、SUBn，风力发电机WT1、...、WTn。变电站SUB1包括主时钟MC，另选地可以从与公共电网UG相关的数据通信提供主时钟。传感器元件SE1、...、SEn、致动器元件AC1、...、ACn、以及控制器CO1、CO2、CO3、...、COn可以包括具有参照主时钟MC的从时钟/本地时钟LC的数据处理器DPE。提到的元件被例示为风力发电机WT1的元件，但是还可以是变电站SUB的一部分，或各控制器CO1、CO2、CO3、...、Con可以代表单独的风力发电机WT。此外，应注意提到的数据处理器可以被称为网络中的节点。

图12A例示了根据本发明的实施方式的传感器元件SE1的简化图，传感器元件SE1适于获得诸如振动、风速、温度、压力等的测量结果/事件。例示的传感器元件SE1包括换能器元件TR、本地时钟LC、数据处理器DPE、缓冲器BU、以及诸如更永久的存储器或控制逻辑器的硬件部件HD。

一些通信路径通过箭头例示，但是这些仅仅为了例示具体实施方式，其他传感器元件可以包括进一步的部件和其他通信路径。

被例示为具有数据处理器DPE1(诸如微处理器、FPGA等)的传感器元件SE1可以被采用以进行有力采样或测量。这被理解为在预定的时间点进行的数据采样或数据测量。因为风力发电系统的数据处理器DPE包括参照主时钟MC的本地时钟LC，因而能够在整个风力发电系统WPS中进行数据的同时采样或测量。传感器元件SE1通过信号SI与风力发电系统WPS中的诸如控制器和基准时钟等的其他元件通信。

园区级别的以上示例可以例如是描绘例如相对时间t＝5的具体时间点的风速。由于数据处理器的同步时域很精确，因而在整个风力发电系统WPS中在相同时间t＝5，风力被非常精确地测量。

风力发电机WT级别的示例可以如上所述，测量物理结构上的振动。

在例示的传感器元件SE1中，被测量的数据是被换能器TR测量的，换能器TR参照数据处理器元件DPE，数据处理器元件DPE接着参照本地时钟LC。例如通过如在IEEE-1588标准中描述的精确时间协议，本地时钟LC精确同步于主时钟MC。测量结果暂时存储在如上所描述的种类的缓冲器BU中。如果在例示的传感器元件SE1中或例如在风力发电系统WPS中的其他元件中触发了任何事件，则缓冲器的内容被存储在硬件部件HD中或直接发送到控制传感器元件SE1的控制单元。

如所提及的，例示的传感器元件SE1可以是任何测量或致动元件，并且还包括本示例未提到的部件。此外，这种传感器元件还可以包括专用处理器或硬件转换器以加时间戳。

图12B例示了根据本发明的实施方式的控制器CO的一部分，例如控制图11中例示的传感器或致动器元件。

控制器CO的输入部分可以包括时间相关硬件部件THD，时间相关硬件部件THD能够接收例如来自传感器的数据，当数据被该时间相关的硬件部件接收时，该数据立即被加时间戳。时间相关硬件部件THD连接到如所提到的参照主时钟MC的本地时钟LC。

如上所述，加了时间戳的测量结果或事件被暂时存储在缓冲器BU中，并且例如在预定时间点或被事件或被风力发电系统WPS的其他元件触发而传递到例示为硬件部件HD的更永久的数据存储器中。例示的部件通过信号SI与控制器的其他部分或风力发电系统WPS的其他元件通信。

应注意被控制器接收的事件数据可以通过专用处理器加时间戳或进行有力采样或测量。

Claims

1.一种在风力发电系统中登记事件的方法，所述风力发电系统包括至少两个数据处理器，所述方法包括以下步骤：

相互同步所述风力发电系统的所述数据处理器；

在所述至少两个数据处理器中登记事件；以及

根据所述时间同步建立在所述至少两个数据处理器中的不同数据处理器中登记的所述事件的时序。

2.根据权利要求1所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述数据处理器包括在风力发电机中。

3.根据权利要求1或2所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述数据处理器分布在多于一个的风力发电机中。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述数据处理器包括至少一个风力发电机控制器。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述数据处理器包括至少一个顶控制器、桨距控制器、轮毂控制器、可编程逻辑控制器或它们的任意组合。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述风力发电系统包括至少一个风力发电装置。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述事件信息被发送到事件信息分析器，并且其中所述事件信息是从所述事件中导出的。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述事件信息分析器基于所述时间同步分析所述事件信息。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述事件信息被作为根据所述数据处理器的时间同步加了时间戳的事件发送，以及

所述事件信息分析器基于所述时间同步分析所述事件信息。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述加了时间戳的事件被发送到所述事件信息分析器，其中

通过基于所述事件信息的接收建立时序，所述事件信息分析器基于所述时间同步分析所述事件信息。

11.根据权利要求1-10中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述事件信息分析器参照接收的事件信息的时序建立序列。

12.根据权利要求1-11中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述时间同步包括同步到主时钟。

13.根据权利要求1-12中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述时间同步是通过时间同步装置建立的，以及其中所述至少两个数据处理器中的每一个都包括时间同步装置。

14.根据权利要求1-13中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述时间同步装置同步到主时钟并基于所述主时钟和本地时钟建立同步时钟，以及其中所述本地时钟包括在所述时间同步装置中或与所述时间同步装置通信。

15.根据权利要求1-14中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述主时钟和/或所述同步时钟和/或所述本地时钟使用关于通信网络或关于专用通信线路的硬件支持时间协议在风力发电系统内传播。

16.根据权利要求1-15中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述至少两个风力发电机包括本地时钟。

17.根据权利要求1-16中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述时间同步基于风力发电系统的内部时钟建立。

18.根据权利要求1-17中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述时间同步基于从包括主时钟的外部时间同步设备发送的外部时钟建立。

19.根据权利要求1-18中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述加了时间戳的事件在所述时间同步设备之间的通信通过例如数据通信网络、无线网络和/或有线网络连接到所述主时钟。

20.根据权利要求1-19中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述加了时间戳的事件从所述时间同步装置的通信经过所述风力发电系统的已有的数据通信网络进行。

21.根据权利要求1-20中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述风力发电系统中的数据处理器的时间同步是利用所述风力发电系统中已有的通信网络和/或专用线路和/或经过诸如GPS的地球卫星系统建立的。

22.根据权利要求1-21中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述时间同步的精确度好于50μs。

23.根据权利要求1-22中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中风力发电机的至少一个数据处理器以及变电站的至少一个数据处理器相互时间同步。

24.根据权利要求1-23中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述加了时间戳的事件的时间戳的精确度好于500μs，优选地好于200μs，更优选地好于10μs，以及最优选地好于2μs。

25.根据权利要求1-24中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述时间戳是硬件时间戳。

26.根据权利要求1-25中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述硬件时间戳是利用计数器产生的。

27.根据权利要求1-26中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述时间戳是由专用控制器产生的软件时间戳。

28.根据权利要求1-27中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述软件时间戳是由专用处理器产生的。

29.根据权利要求1-28中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中事件可以被理解为风力发电装置中的任何正常、异常、反常情况或任何测量结果、运行时间测量结果、解析测量结果或从它们中导出或推出的任何信息。

30.根据权利要求1-29中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述事件数据在被传递到永久存储装置之前被存储在缓冲器中。

31.根据权利要求1-30中任意一项所述的在风力发电系统中登记事件的方法，其中所述风力发电装置至少部分地由基于所述时间同步的预估控制来控制。

32.一种风力发电装置，所述风力发电装置包括至少两个风力发电机，其中所述风力发电系统执行根据权利要求1-31中任意一项所述的方法。

33.时间同步在风力发电系统中用于错误检测的用途，所述风力发电系统包括至少两个不同的数据处理器。

34.根据权利要求33所述的时间同步在风力发电系统中用于错误检测的用途，其中所述时间同步根据权利要求1-31中任意一项所述的方法进行。

35.时间同步在风力发电系统中用于性能分析的用途，所述风力发电系统包括至少两个不同的数据处理器。

36.根据权利要求33所述的时间同步在风力发电系统中用于性能分析的用途，其中所述时间同步根据权利要求1-31中任意一项所述的方法进行。

37.时间同步在风力发电系统中用于优化功率控制的用途。

38.对事件加硬件时间戳的用于根据权利要求33-37中任意一项的时间同步目的的用途。

39.对事件加软件时间戳的用于根据权利要求33-37中任意一项的时间同步目的的用途。

40.一种分析包括至少两个数据处理器的风力发电系统的事件或控制所述风力发电系统的至少一部分的方法，所述方法包括以下步骤：

根据同步时间相互同步所述风力发电系统的数据处理器，

登记所述事件，

对所述登记的事件加时间戳，以及

基于所述登记的并加了时间戳的事件进行所述风力发电系统的事件分析或控制所述风力发电系统的至少一部分。

41.根据权利要求40所述的分析包括至少两个数据处理器的风力发电系统的事件或控制所述风力发电系统的至少一部分的方法，其中所述时间同步使得能够定义时域中的设定点；所述设定点是对所有同步的数据处理器共同的全局设定点。

42.根据权利要求41所述的分析包括至少两个数据处理器的风力发电系统的事件或控制所述风力发电系统的至少一部分的方法，其中与所述设定点相关地至少部分控制所述风力发电系统。

43.根据权利要求40-42中任意一项所述的分析包括至少两个数据处理器的风力发电系统的事件或控制所述风力发电系统的至少一部分的方法，其中所述风力发电系统的元件的至少一部分装备有至少一个诸如GPS接收器的地球卫星系统接收器。

44.一种风力发电系统，所述风力发电系统包括至少两个数据处理器，所述风力发电系统还包括主时钟：

所述至少两个数据处理器均包括从时钟，

用于登记在所述风力发电系统中发生的一个或更多个事件的一个或更多个传感器，

45.根据权利要求44所述的风力发电系统，其中所述用于加时间戳的装置是硬件装置。

46.根据权利要求44所述的风力发电系统，其中是用于加时间戳的装置是专用处理器。

47.根据以上任意一项权利要求所述的风力发电系统，其中风力发电园区包括风力发电系统的两个或更多个元件。

48.一种在风力发电系统中的至少两个数据处理器中获得同步时间的方法，所述方法包括以下步骤：

建立基准信号，

在所述至少两个数据处理器中建立所述基准信号的共同概念以使得在所述风力发电系统中的所述两个数据处理器中的时域变为同步，

其中所述至少两个数据处理器之间的抖动小于±100微秒。

49.根据以上任意一项权利要求中所述的在风力发电系统中的至少两个数据处理器中获得同步时间的方法，其中所述数据处理器可以是微处理器、逻辑电路、微控制器、CPLD(CPLD：复杂可编程逻辑器件)；FPGA(FPGA：现场可编程门阵列)、ASIC(ASIC：专用集成电路)或能够处理数据的任何其他装置。

50.根据以上任意一项权利要求中所述的在风力发电系统中的至少两个数据处理器中获得同步时间的方法，其中所述时间戳可以通过为了采样/测量而配备的同步数据处理器或逻辑器件间接地进行。