CN106894954A - 具有各种传感器测试的风力涡轮机诊断装置 - Google Patents

具有各种传感器测试的风力涡轮机诊断装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了具有各种传感器测试的风力涡轮机诊断装置。风力涡轮机包括：备用电源；处理器以及配置成测量电压值和电流值中的至少一个的第一传感器单元和第二传感器单元，其中电压值和电流值指示备用电源的状况。第一传感器单元配置成测量在风力涡轮机中的第一位置处的电压值和电流值中的至少一个，以及第二传感器单元配置成测量在风力涡轮机中的不同于第一位置的第二位置处的电压值和电流值中的至少一个。处理器还配置成比较由第一传感器单元测量的电压值和电流值中的至少一个与由第二传感器单元测量的电压值和电流值中的至少一个；以及基于比较将置信度水平分配到由第一传感器单元测量的电压值和电流值中的至少一个。

Description

具有各种传感器测试的风力涡轮机诊断装置
发明领域
本发明涉及在风力涡轮机中使用的电力备用系统的实现。特别地，本发明涉及提高电力备用系统的测量的可靠性。
背景
风力涡轮机一般包括电气备用系统，其被提供以增加安全性并在紧急情况期间(例如，在正常电源的失去期间)将涡轮机置于空闲模式。备用系统采取常常由电池或超高电容电容器供电的备用电源的形式。在主电源被失去或不能够使转子叶片俯仰的情况下，备用电源给转子叶片俯仰电机提供足够的能量以使转子叶片俯仰到所谓的“顺桨位置”。一旦在顺桨位置上，转子叶片就起作用来阻滞涡轮机的旋转，使得最终转子停住且没有另外的电力被生成以及涡轮机被置于空闲模式。
定期地验证备用系统的功能很重要。2010版本的对风力涡轮机的指导方针以及对风力涡轮机的设计要求的国际标准(IEC 61400-1)要求每星期测试风力涡轮机的备用和安全系统。
可在欧洲专利申请EP2824321A1中找到用于执行测试过程的方法。这样的方法需要在测试期间测量备用电源的放电电流和电压。当测试备用电源时，保证在这样的测量中的可接受的置信水平是重要的考虑因素，这是由于它提供测量可被信任的指示，且因此提供测试结果可被信任的指示。
发明概述
为了至少部分地处理上面的问题，本发明提供了如由所附权利要求定义的装置、方法。特别地，本发明提供了一种风力涡轮机，其包括：备用电源；以及配置成测量电压值和电流值中的至少一个的第一传感器单元和第二传感器单元，其中电压值和电流值指示备用电源的状况；其中第一传感器单元配置成测量在风力涡轮机中的第一位置处的电压值和电流值中的至少一个；以及其中第二传感器单元配置成测量在风力涡轮机中的不同于第一位置的第二位置处的电压值和电流值中的至少一个。
在一些实施方式中，风力涡轮机还包括处理器，其配置成：比较由第一传感器单元测量的电压值和电流值中的至少一个与由第二传感器单元测量的电压值和电流值中的至少一个；以及基于该比较将置信度水平分配到由第一传感器单元测量的电压值和电流值中的至少一个。
有利地，本发明提供了用于评估如由第一传感器单元进行的备用电源的充电电流/电压的测量的似真性的装置。因此，本发明提供实例的识别，在该实例中备用电源的特性的测量可以潜在地更不可信赖且因此备用电源的状况更不是良好已知的，允许采取适当的措施。因此，本发明提高了风力涡轮机的安全性。
可选地，第一位置接近备用电源，以及第二位置远离备用电源。在一个例子中，第一位置在控制单元处，而第二位置在至少一个俯仰驱动单元处。这提供了在允许传感器中的一个被放置在适合于最大测量准确度的位置上而另一传感器放置在环境条件(例如温度)对设备完整性更好的位置上或在容易得到维修/改装的位置上等方面上的优点。在一些例子中，涡轮机每转子叶片包括一个俯仰驱动单元，每个俯仰驱动单元具有备用电源，且优选地在俯仰驱动单元的每个处提供不同的传感器。有利地，在控制单元处的一个传感器允许对由在俯仰驱动单元中的传感器的每个所进行的测量被评估。
可选地，处理器还被配置成确定俯仰电机电压、俯仰电机电流、由制动斩波器消耗的电流和与制动斩波器相关联的电压、由平滑电容器消耗的电流和与平滑电容器相关联的电压中的至少一个；以及基于俯仰电机电压、俯仰电机电流、由制动斩波器消耗的电流和与制动斩波器相关联的电压、由平滑电容器消耗的电流和与平滑电容器相关联的电压中的至少一个，比较由第一传感器单元测量的电压值和电流值中的至少一个与由第二传感器单元测量的电压值和电流值中的至少一个。因此，处理器被配置成考虑到存在于俯仰驱动单元处的所消耗的电流和与其它电气部件相关联的电压降。有利地，这允许俯仰驱动电机被操作，同时充电电流/电压的测量被进行，这又允许与俯仰驱动单元相关联的转子被操作，同时备用电源特性被量化。因此，可以增加风力涡轮机可在备用电源的测试期间生成的电力。
可选地，风力涡轮机还包括在第一位置和第二位置之间的二极管(诸如去耦二极管)，其中二极管被提供以实质上允许电流在第一方向上朝着备用电源流动并实质上防止电流在与第一方向相反的第二方向上流动；其中处理器还被配置成基于由第一传感器单元测量的电压值和电流值中的至少一个与由第二传感器单元测量的电压值和电流值中的至少一个的比较来确定二极管是否正确地操作。因此有利地，在远程位置处的两个传感器的布置也允许去耦二极管的操作被验证。
在一些实施方式中，传感器单元中的一个被改装在风力涡轮机处。例如，所改装的传感器单元可具有鲁棒类型，和/或具有比预先存在的传感器单元更高的SIL，提高与风力涡轮机相关联的安全完整性水平。在一些实施方式中，与预先存在的传感器单元比较，所改装的传感器单元减小了复杂度，因而减小维修要求并提高预先存在的传感器的似真性检查的可靠性。
附图的简要说明
现在将参考附图仅作为例子描述本发明的实施方式，其中：
图1A示出根据本发明的优选实施方式的风力涡轮机的示意图。
图1B示出根据本发明的优选实施方式的风力涡轮机的示意图。
图2示出用于在备用电源条件的测量中分配置信度水平的方法的流程图。
详细描述
本发明提供一种鲁棒系统，其中可提高备用电源的特性的测量的可靠性。通过提高测量中的置信度，可以按更大的置信度获知备用电源的操作特性，因而提高风力涡轮机本身的安全。假如在所检测到的置信度水平很低使得风力涡轮机应被考虑为不再在安全状态中(即，不再在风力涡轮机例如可在任何时间停止的状态中)时，可进行适当的测量。适当的测量例如是在顺桨位置上运输风力涡轮机并将它保持在这个状态中，直到例如技术人员巡视风力涡轮机并更换引起低置信度水平的有故障的零件为止。比较在不同位置处生成的值更可靠，然后如果传感器仍然被定位成靠近彼此，则仅仅使传感器的数量加倍。靠近彼此的两个传感器可能遭受相同的故障，即太高的温度。比较在彼此附近的两个传感器的测量将它们的置信度水平提高到某个程度。本发明确保测量尽可能独立于彼此，且因此提高似真检查的可靠性。
这样的规定可导致风力涡轮机具有更高的安全完整性水平(SIL)。而且，本发明允许第二传感器单元的容易改装和维修以提高预先存在的风力涡轮机的安全性。
图1A示出在本发明的优选实施方式中的风力涡轮机100的某些内部部件的示意图。风力涡轮机100包括：包括中央电路103的中央单元102和包括俯仰驱动电路105的俯仰驱动单元104。中央单元连接到主电源106，并经由总线107(也被称为现场总线)和电源接头108而连接到俯仰驱动单元104。风力涡轮机还包括位于中央单元102和俯仰驱动单元104之间的去耦二极管118，其配置成允许从中央单元102到俯仰驱动单元104的电源电流的流动，但反之则不然。主电源106可以是到电网的连接。俯仰驱动单元104连接到俯仰电机110。在优选实施方式中，中央单元位于风力涡轮机100的旋转轮毂(未示出)中。在另一实施方式中，中央单元位于风力涡轮机100的发动机短舱(未示出)中。
在正常操作期间，主电源106向中央单元102供应电力。中央单元经由电源接头108向俯仰驱动单元104提供电力并经由总线107向俯仰驱动单元104提供控制信号。俯仰驱动单元104向俯仰驱动电机110提供电力，且控制信号由俯仰驱动单元电路105解译并用于控制俯仰驱动电机，从而控制风力涡轮机的转子叶片(未示出)的俯仰。
风力涡轮机还包括备用电源112。备用电源可以是电化学电池，或更优选地是高电容电容器(诸如超级电容器)。备用电源112连接到俯仰驱动单元104，并配置成向俯仰驱动电机提供足够的电力以允许转子叶片(未示出)在紧急情况中俯仰到顺桨位置。这样的紧急情况可以是例如在主电源106中的故障，或导致在俯仰控制单元处的电力的损失的其它事件。
图1A示出单个俯仰驱动单元104和单个俯仰驱动电机110。将认识到，风力涡轮机100可包含另外的俯仰驱动单元和电机。实际上，风力涡轮机将一般包括每转子叶片一个俯仰驱动器电机。此外，在优选实施方式中，为每个转子叶片提供不同的俯仰驱动单元。例如，具有三个转子叶片的风力涡轮机优选地具有三个俯仰驱动单元，其中每个俯仰驱动单元控制用于转子叶片之一的俯仰驱动电机。俯仰驱动单元优选地由分离的总线连接到中央单元102。备用电源112可连接到所有的俯仰驱动单元，但是优选地，不同的备用电源被提供用于每个俯仰控制单元。有利地，这提高了风力涡轮机的安全性，这是由于在一个备用电源不正确地起作用的情况下，其余备用电源可用于在使涡轮机安全地停止时将其余叶片置于顺桨位置中。
可以如在EP2824321 A1中描述的测试备用电源112的操作。这个测试过程涉及通过操作连接到电源接头108的开关(未示出)来隔离俯仰驱动单元104与中央单元102，以便防止电力被提供到俯仰驱动单元104并执行与俯仰驱动单元104相关联的备用电源112的压力测试。在压力测试期间，备用电源112被放电，以便将电流输送到俯仰驱动单元104，电流优选地是将相关联的转子叶片俯仰到顺桨位置中所需的电流或更大的电流。在一些实施方式中，电流供应使俯仰驱动电机110能够在压力测试期间继续正常操作，因而使在压力测试期间风力涡轮机能够生成比在俯仰驱动电机在压力测试期间不再正常操作中时更大的电力。在执行压力测试之后，俯仰驱动单元104使用开关重新连接到中央单元102，且备用电源112被重新充电。在重新充电期间，备用电源112消耗充电电流并具有相关联的充电电压。充电电流和充电电压指示备用电源112的状况，且因此充电电压/电流的测量结果提供关于备用电源112是否正确地起作用的指示。可选地，当涡轮机100在空闲位置上时，压力测试被执行，在这种情况下，没有电力被生成。例如，当有很少或没有风时压力测试可被执行，以便最小化执行压力测试对电力生成具有的影响。
在本发明中，提供第一传感器单元114以在备用电源112的测试期间测量备用电源112的充电电流、备用电源112的充电电压或这两者。技术人员将认识到，第一传感器单元114可包括用于电流的测量和电压的测量的单独元件。例如，第一传感器单元114可包括多个传感器，其中一个或多个传感器被配置成测量电流，且一个或多个传感器被配置成测量电压。优选地，第一传感器单元位于如图1A所示的俯仰驱动单元104处或备用电源112处。优选地，第一传感器单元114在接近备用电源112的位置处进行测量，即充电电流/电压的测量被直接进行。有利地，这个定位减小了由于在风力涡轮机中的其它部件导致的任何电阻损耗具有的对测量的任何消极影响，换句话说，由于考虑到在涡轮机内的电路的其它部分中的电流损耗，在优选位置处的测量结果更准确。因此，优选定位有利地允许充电电流和电压的准确测量。在远离彼此的不同的两个位置处进行测量增加在两个测量结果彼此比较时的可靠性。在一些实施方式中，当第一传感器单元114被选择为基于与第二传感器单元相比对测量的不同物理效应的利用的传感器时，实现另一多样性效应。例如对于第一传感器单元114，可选择包括霍尔元件的电流传感器，其此外还有利地提供高度准确的电流测量。对于包括多于一个俯仰驱动单元的风力涡轮机，优选地为每个俯仰驱动单元提供第一传感器单元114。
优选地，风力涡轮机包括另一第二传感器单元116。第二传感器单元还配置成在备用电源的测试期间测量备用电源112的充电电流、备用电源112的充电电压或这两者。如同第一传感器单元114一样，第二传感器单元可包括用于电流的测量和电压的测量的单独元件，例如用于测量电流的一个或多个传感器和用于测量电压的一个或多个传感器。
优选地，第一传感器单元114和第二传感器单元116被配置成将测量数据发送到远程计算系统(未示出)。例如，中央电路103可包括到通信链路(未示出)的连接，数据可经由该通信链路被发送到远程计算系统。第一传感器单元114优选地例如经由总线107将测量数据发送到中央单元电路103，其中中央单元电路103接着将数据发送到远程计算系统。类似地，根据第二传感器单元116在风力涡轮机100内的位置，第二传感器单元116将数据发送到中央单元电路103以用于例如经由总线107或经由另一连接转发到远程计算系统。
在可选的实施方式中，来自第一传感器单元114和第二传感器单元116的测量数据被本地存储在风力涡轮机处。
有利地，第二传感器单元116的设置提供了用于确定由第一传感器单元114进行的测量是否可被信任的装置。优选地，由第二传感器单元116进行的测量与由第一传感器单元114进行的测量比较，并基于该比较分配置信度水平。置信度水平是来自第一传感器单元114和/或第二传感器单元116的测量是否可被信任的指示。当比较由第一传感器单元114和第二传感器单元116所测量的值时，在值之间的差异可与阈值比较，且根据阈值是否被超过，置信度水平、即来自第一传感器单元114和/或第二传感器单元116的测量是否可被信任为准确的(即，测量是否是似真的)指示。例如，如果由第一传感器单元114和第二传感器单元116进行的充电电流/电压的测量是相同或类似的，则高置信度水平可被分配到由第一传感器单元114(或第二传感器单元116，或这两者)进行的测量，而如果结果明显不同，则在第一传感器单元(或第二传感器单元116，或这两者)的测量中的低置信度水平可被分配。相应地，第二传感器单元116验证由第一传感器单元114进行的测量的似真性。在一个实施方式中，远程计算系统被配置成比较由第一传感器单元114和第二传感器单元116提供的测量数据，并基于该比较来分配在第一传感器单元114、第二传感器单元116或这两者的测量中的置信度水平。可选地，例如使用处理电路(未示出)在风力涡轮机处在本地执行该比较。优选地，这样的处理电路位于中央单元102处，且例如可包括具有高SIL额定值的安全卡，其中安全卡是可被改装到风力涡轮机的额外硬件设备。
在一些实施方式中，在来自第一传感器单元114和第二传感器单元116的测量值中的10％或更小的差异可被分配高置信度水平，而大于10％的差异可被分配低置信度水平。可选地，在高置信度水平和低置信度水平之间的差别可与不同的阈值相关联，例如，在测量值之间的5％或15％或20％的差异。可选地，可利用多于两个置信度水平，例如10％或更小的差异可被分配高置信度水平，在10％和20％之间的差异可被分配中间置信度水平，以及大于20％的差异可被分配低置信度水平，在这样的情况下，高置信度水平将指示第一传感器单元114的测量被信任，且没有行动需要被采取，中间水平可提供指示更多的测量应被进行以确定第一传感器单元的可靠性的警告，以及低水平指示第一传感器单元116不能被信任并需要更换或维修。虽然上文描述了比较在测量之间的相对差异(诸如，百分比差异)，但是在测量之间的绝对差异也可用于与阈值比较以确定置信度水平。
优选地，响应于确定低置信度水平，风力涡轮机被置于安全模式(即，空闲模式)中，其中在风力涡轮机中的俯仰驱动电机110被配置成使转子叶片俯仰到顺桨位置上，使得涡轮机的旋转停止。换句话说，如果测量的可信度不够，即如果在测量中的差异高于预定阈值，则涡轮机被制成安全的。因此，对风力涡轮机、对人或对环境的损坏的风险在不可靠地已知备用电源112是否正确地运行的情况下减小了。
优选地，第二传感器单元116具有与第一传感器单元114不同的类型，即它使用不同的硬件设置、测量技术和/或分析技术。在一些实施方式中，第一和第二传感器单元由不同的供应商提供。通过利用第一传感器单元114和第二传感器单元116的各种装置，在测量值中的置信度可被调高。特别地，这样的第一传感器单元114和第二传感器单元116较不可能遭受系统化误差的相同可能的源。因此，如果来自这两个传感器单元的测量值一致且两个测量值不可能受到相同的系统化误差，则较大的置信度可被施加于测量的准确性。
在一些实施方式中，第二传感器单元116与第一传感器单元114比较具有减小的复杂度的类型，且因此第二传感器单元116可能较不昂贵，同时能够充分验证由第一传感器单元114进行的测量的似真性。较不复杂的传感器单元也可以是鲁棒的，且因此需要不频繁的维修。
因此可远程地确定第一传感器单元114和/或第二传感器单元116是否可能需要被修理、重新校准或更换，(即，当确定传感器单元不一致时)而不需要首先派遣工程师评估第一传感器单元114和第二传感器单元116的功能。如将认识到的，由于在图1A中所示的部件一般位于难以接近的风力涡轮机的轮毂中，特别是在近海的风力涡轮机的背景中。相应地，减小对派遣工程师测试在风力涡轮机中的部件的需要减小了与这样的测试相关联的成本。
优选地，第二传感器单元116位于在风力涡轮机内的远离第一传感器单元114的位置处，即，第一和第二传感器单元位于在风力涡轮机内的在空间上分离的不同硬件部件处(例如，第一传感器单元114和第二传感器单元116可分开1m或更多)。优选地，第二传感器单元116在远离备用电源112的位置处进行测量，即可间接进行充电电流/电压的测量。优选地，第二传感器单元116位于中央单元102处，而第一传感器单元114位于如图1所示的俯仰控制单元104处。有利地，发明人发现，充电电流和电压在中央单元102和俯仰驱动单元104中的位置处实质上是相同的，除了与去耦二极管118相关联的较小损耗以外。与去耦二极管118相关联的预期损耗可使用在本领域中已知的技术来估计，并在测量值的比较中以适当的方式被考虑。有利地，如果在考虑到去耦二极管118中的预期损耗之后，由第一传感器单元114和第二传感器单元116测量的值一致，则该比较也提供去耦二极管118正确地运行的指示。如果测量值不同，则可以有在去耦二极管118上的损耗不同于预期值的指示，指示在去耦二极管118中的可能故障。可选地，第二传感器单元116可定位于电源接头器108上的位置或任何其它位置处，在该任何其他位置处备用电源112的充电电流和/或电压可在远离第一传感器单元114的位置的备用电源压力测试的执行期间被测量。
第一传感器单元114和第二传感器单元116的这样的定位提供多个优点。首先，第一传感器单元114和第二传感器单元116的行为可由温度或其它环境条件影响。定位于俯仰驱动单元104处或附近的第一传感器单元114可受到由于俯仰驱动电机110的操作而引起的增加的温度。通过将第二传感器单元116定位在涡轮机内的更远离俯仰驱动电机的不同位置处，第二传感器单元116可定位于具有更稳定的温度的环境中，因而允许其中温度可不利地影响第一传感器单元114的性能的实例的识别。其次，第二传感器单元116可安装在涡轮机内的可容易接近的位置上，而在俯仰驱动单元处或附近的第一传感器单元可能更难以接近。因此，第二传感器单元116的定位实现对于第二传感器单元116的维修或修理的容易接近。而且，第二传感器单元116的定位对只有第一传感器单元114的预先存在的风力涡轮机实现第二传感器单元116的容易改装，因此以前只有第一传感器单元114的预先存在的风力涡轮机的充电电压/电流的测量可被验证，且因此提高了测量中的置信度。
可选地，第二传感器单元116具有比第一传感器单元114更高的安全完整性水平(SIL)额定值。因此当对只有一个或多个第一传感器单元114的预先存在的风力涡轮机改装第二传感器单元116时，风力涡轮机的SIL额定值提高了。
可选地，第二传感器单元116包括故障安全指示器，其中故障安全指示器包括配置成确定第二传感器单元116是否正确地运行的诊断电路。优选地，故障安全指示器被配置成将指示传输到远程计算系统，其中该指示指示了第二传感器单元116是否正确地起作用。有利地，这允许远程计算系统确定来自第二传感器单元116的测量是否是可靠的，并因此允许在其中第一传感器单元114或第二传感器单元116均不可正确地运行但由这两个传感器单元返回的量值是一致的情况的识别。因此，故障安全的提供进一步提高了测量值的可靠性。
图1B示出图1A的风力涡轮机100的不同示意图，其示出根据优选实施方式的风力涡轮机100的部件的另外的细节。相似的参考数字表示相似的部件。图1B示出连接到俯仰驱动单元104并连接到两个另外的俯仰驱动单元104a、104b的中央单元102。优选地，单独的俯仰驱动单元104、104a、104b被提供用于风力涡轮机100的每个转子叶片，从而允许每个叶片的俯仰被单独地控制。中央单元102包括中央电路103，其优选地包括AC/DC转换器120和DC/DC转换器122，其中AC/DC转换器120和DC/DC转换器122起作用来将来自主电源106的AC电力转换成适合于给俯仰驱动电机110和需要电力的其它部件供电的DC电力。例如，AC/DC转换器120和DC/DC转换器122优选地还提供适合于第一传感器单元114和第二传感器单元116的DC电力，有利地除去对第一传感器单元114和第二传感器单元116的单独电源的需要。可选地，可为第一传感器单元114和第二传感器单元116提供不同的电源。
优选地，第二传感器单元116被配置成测量对于与每个俯仰驱动单元104、104a、104b相关联的备用电源的电流和电压特性。例如，第二传感器连接到用于俯仰驱动单元104、104a、104b中的每一个的电源接头。第二传感器单元116可接着对于每个俯仰驱动单元104、104a、104b经由测量连接130、130a、130b测量电流并经由另一个测量连接132、132a、132b测量电压。有利地，这允许单个第二传感器单元116被用于验证与不同的备用电源112相关联的每个第一传感器114的测量的似真性。
俯仰驱动电路105优选地包括制动斩波器124，其被配置成在必要的时候通过选择性地使电机的绕组短路使俯仰驱动电机110制动，使得由电机的旋转生成的电动势逆着旋转的方向起作用。俯仰驱动电路优选地还包括平滑电容器126，其被配置成使由AC/DC转换器120和DC/DC转换器122提供到俯仰电机110的电流平滑，从而确保电机110的更有效操作。俯仰驱动电路还优选地包括用于控制电机110的电机驱动单元128。图1B示出位于俯仰驱动单元104处的去耦二极管118，但是将认识到，二极管118可位于中央单元102处或沿着电源接头108的位置处。在优选实施方式中，备用电源112包括超级电容器113。可选地，可提供电池。
在本发明的一些方面中，每个第一传感器单元114连接到备用电源112，并被配置成经由第一连接134直接测量流进/流出备用电源112的电流。每个第一传感器单元114也被配置成经由另一连接136直接测量与备用电源112相关联的电压。
在如图1B所示的系统中，由第二传感器116测量的在中央单元1022处的总电流可由下面的等式描述：
I＝Ich+Ism+Ib+Im+Ilog；
其中，Ich是由制动斩波器124消耗的第一电流，Ism是由平滑电容器126消耗的第二电流，Ib是由备用电源112消耗的第三电流，Im是由电机消耗的第四电流，以及Ilog是由俯仰驱动单元104处的任何逻辑消耗的第五电流(包括由第一传感器单元114消耗的任何电流)。如果当风力涡轮机在空闲模式中的同时进行测量，则第一电流Ich、第二电流Ism和第四电流Im将为零。
如上面提到的，在一些实施方式中，本地处理电路被配置成执行由第一传感器单元114和第二传感器单元116进行的测量的比较。可选地，处理电路被配置成考虑到当执行比较时由制动斩波器124使用的第一电流Ich、由平滑电容器126消耗的第二电流Ism和由俯仰电机110消耗的第四电流Im。例如，处理电路可从由第一传感器114在俯仰驱动单元104处测量的电流中减去由制动斩波器124使用的第一电流Ich、由平滑电容器126消耗的第二电流Ism和由俯仰电机110消耗的第四电流Im，以确定由备用电源112在它重新充电时消耗的第三电流Ib。在一个实施方式中，与制动斩波器124、平滑电容器126和俯仰电机110相关联的电流/电压使用风力涡轮机的操作的预定模型来估计，和/或基于指示由俯仰电机110执行的当前操作的来自俯仰电机控制器(未示出)的信息来估计。可选地，与制动斩波器124、平滑电容器126和俯仰电机110相关联的电流/电压直接由另外的感测单元(未示出)测量。有利地，通过提供用于考虑到与这些部件相关联的电流/电压损耗的装置，可在俯仰电机110在使用中的同时进行备用电源的充电电流/电压的测量，相应地，所有转子叶片可在测量被进行的同时被正常地使用，增加(或至少维持)风力涡轮机100在测量正发生时能够生成的电力。虽然上文描述在风力涡轮机100处的用于执行比较并考虑俯仰驱动电路105的元件的特性的处理电路的使用，但是将认识到，这些功能可由上面讨论的远程计算系统执行。
作为另一可选方案，由第一传感器单元114和第二传感器单元116进行的测量当风力涡轮机是空闲的时被进行，使得没有第四电流Im由俯仰单击110消耗。有利地，这避免了对用于测量在俯仰驱动单元104中的其它部件的电流/电压使用的另外的传感器或对用于估计电流/电压使用的模型的需要。因此，需要更少的部件/需要更少的计算分析，这又减小了风力涡轮机的成本和复杂度。在这个实施方式中，优选地，在没有风或低风力的时期期间进行测量，其中风力涡轮机无论如何将不生成电力，有利地允许风力涡轮机在存在用于电力生成的足够的风力时继续生成电力，而不将它置于空闲模式中，用于使用第一传感器单元114和第二传感器单元116来执行似真性检查。
由第一传感器单元114和/或第二传感器单元116提供的测量的绝对值也可用于决定是否将风力涡轮机置于安全的空闲模式中，其中转子叶片被俯仰到顺桨位置中。例如，如果所测量的充电电压低于预定水平，或如果充电电流和电压指示备用电源112能够存储小于预定量的最大量的能量，则有利地确定备用电源112需要修理或更换。可在风力涡轮机处例如在存在于中央单元102处的处理电路(未示出)中在本地做出这样的确定。响应于该确定，俯仰驱动单元104操作俯仰驱动电机110以将转子叶片置于顺桨位置中。
在另一实施方式中，由与特定的俯仰驱动单元104相关联的第一传感器单元114进行的测量可与由与其它俯仰驱动单元相关联的其它第一传感器单元进行的测量比较。例如，可比较对于每个俯仰驱动单元的充电电流/电压的相应测量。有利地，这个比较可提供与每个俯仰驱动单元相关联的备用电源以类似的方式执行的确认，如果对于一个俯仰驱动单元104的测量指示对于那个俯仰驱动单元的备用电源112具有与在风力涡轮机100中的其它备用电源的特性不同的特性，则它可指示所述备用电源112的故障和/或指示备用电源112与其它备用电源不同地老化。因此，可识别出，特定的备用电源可能需要修理或更换。例如使用存在于中央单元102处的处理电路优选地在风力涡轮机处在本地做出这个比较。在较不优选的实施方式中，来自每个俯仰驱动单元的第一传感器的数据被发送到远程计算系统，且在远程计算系统处执行比较。
图2示出用于分配在备用电源状况的测量中的置信度水平的方法200的流程图。可使用上面关于图1A和图1B所讨论的装置来执行图2的方法。
在步骤S202处，在诸如上面讨论的备用电源112的备用电源上执行压力测试。压力测试可根据例如在专利申请EP2824321中讨论的已知的方法继续进行。压力测试可涉及经由如上讨论的隔离开关将俯仰驱动单元从干线电源断开。在步骤S204处，如果俯仰驱动单元从中央单元断开，则它被重新连接，使得电流可由备用电源消耗。
在步骤S208处，在第一位置处测量备用电源的充电特性。充电特性优选地包括备用电源的充电电流、备用电源的充电电压或这两者。优选地，由诸如上面讨论的第一传感器单元114的第一传感器单元执行测量。优选地，第一位置是在相应于如上所述被评估的备用电源的俯仰驱动单元内的点。
在步骤S210处，在第二位置处测量备用电源的充电特性。优选地，由诸如上面讨论的第二传感器单元116的第二传感器单元执行测量。优选地，第二位置是在远离第一传感器单元的风力涡轮机内、例如在如上所述的中央单元内的点。
注意，步骤S208可在步骤S210之前执行，反之亦然。更优选地，步骤S208和S210同时被执行，从而允许在充电电流和/或电压随着时间的过去而改变的情况下的测量可靠性的准确确定。此外，优选地，步骤S208和S210在某个时间间隔上重复，使得可测量随着时间的过去的充电电流和/或电压的分布图，并可确定相应于分布图的不同部分的测量的可靠性。
在步骤S212处，比较在步骤S208和S210中进行的测量。例如，由第一传感器单元测量的充电电流与由第二传感器单元测量的充电电流比较。在一些实施方式中，该比较涉及计算在值之间的百分比差异。在其它实施方式中，该比较涉及在测量值之间的绝对差异。可使用用于比较值的其它方法，如在本领域中已知的。
基于在步骤S212中执行的比较，置信度水平在步骤S214中被分配到在第一位置处的测量和/或在第二位置处的测量。置信度水平提供由第一和/或第二传感器单元进行的测量是否是可靠的、即似真的指示，如上面关于图1A和图1B所述的。在一些实施方式中，置信度水平被分配到由位于俯仰驱动单元处的第一传感器单元测量的值。在一些实施方式中，在10％或更小的测量值中的差异可被分配高置信度水平，而大于10％的差异可被分配低置信度水平。可选地，在高置信度水平和低置信度水平之间的差别可与除了10％以外的不同阈值(例如，在5％或15％或20％的测量值之间的差异)相关联。可选地，可利用多于两个置信度水平，其中多于一个阈值用于定义置信度水平，例如10％或更小的差异可被分配高置信度水平，在10％和20％之间的差异可被分配中间置信度水平，以及大于20％的差异可被分配低置信度水平，在这样的情况下，高置信度水平将指示第一(和/或第二)位置处的测量被信任，且没有行动需要被采取，中间水平可提供指示更多的测量应被进行以确定进行测量的一个或多个传感器单元的可靠性的警告，以及低水平指示一个或多个传感器单元不能被信任并需要更换或维修。类似地，诸如绝对差异的其他比较值可用于分配置信度水平(例如，如果绝对差异低于阈值则可分配高置信度水平，以及如果差异高于阈值则分配低置信度水平)。
在步骤S216处，基于在步骤S214中分配的置信度水平来选择行动的方针。
如果置信度水平不低(即，高置信度水平或在一些实施方式中中间置信度水平被分配)，则该方法继续进行到步骤S218，其中风力涡轮机的正常操作可继续。在一些实施方式中，可在步骤S218处向用户提供测量被信任的指示。如上面提到的，在一些实施方式中，当风力涡轮机在空闲模式中时，测量可由第一和第二传感器进行。在这种情况下，在步骤S218处，风力涡轮机可离开它的空闲模式，使得转子叶片从它们的顺桨位置俯仰并开始正常操作。
如果置信度水平低，则该方法继续进行到步骤S220，其中风力涡轮机被置于安全状态中。优选地，这涉及使用存在于风力涡轮机中的俯仰驱动电机将转子叶片置于顺桨位置中，从而使叶片起作用来阻滞涡轮机的旋转，使得没有另外的电力被生成且涡轮机被置于空闲模式中。有利地，这起作用来减小在不能验证紧急备用电源正确地工作的情况下对环境、人或设备的损坏的风险。优选地，在步骤S220处，备用电源的功能不能被验证的指示被自动提供给维修人员，其可接着做出视情况更换或修理传感器单元中的一个或两个的安排。在一些实施方式中，当风力涡轮机已经如上面讨论的在空闲模式中时，可由第一和第二传感器进行测量。在这种情况下，在步骤220处，风力涡轮机保持在空闲状态中，其中叶片保持在顺桨位置上。
换句话说，响应于基于在由第一和第二传感器单元测量的值中的差异是否超过预定阈值的似真性检查而做出关于是否使风力涡轮机的转子叶片顺桨并将它置于安全的空闲模式中(或将风力涡轮机维持在空闲模式中，如果已经在空闲模式中的话)的决定。
上面的讨论描述了本发明的特定实施方式。如上面注意到的，在图1B中所示的风力涡轮机100优选地是如图1A所示的相同风力涡轮机100，且相应地，当实现本发明时，关于图1A或图1B讨论的特征是可兼容的。此外，图2的方法200可优选地应用于如图1A和1B所示的风力涡轮机100。从所附权利要求中将理解的本发明的另外的方面。

Claims (15)

1.一种风力涡轮机，包括：
备用电源；
处理器；以及
第一传感器单元和第二传感器单元，所述第一传感器单元和第二传感器单元被配置成测量电压值和电流值中的至少一个，其中所述电压值和电流值指示所述备用电源的状况；
其中，所述第一传感器单元被配置成在所述风力涡轮机中的第一位置处测量所述电压值和所述电流值中的所述至少一个；
其中，所述第二传感器单元被配置成在所述风力涡轮机中的不同于所述第一位置的第二位置处测量所述电压值和所述电流值中的所述至少一个；以及
其中所述处理器被配置成：
比较由所述第一传感器单元测量的所述电压值和电流值中的所述至少一个与由所述第二传感器单元测量的所述电压值和电流值中的所述至少一个；以及
基于所述比较将置信度水平分配到由所述第一传感器单元测量的所述电压值和电流值中的所述至少一个。
2.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述处理器还被配置成基于所分配的置信度水平来使所述风力涡轮机进入空闲状态。
3.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述第一位置靠近所述备用电源，以及所述第二位置远离所述备用电源。
4.如权利要求3所述的风力涡轮机，还包括被配置成控制至少一个俯仰驱动单元的控制单元，其中：
所述第一位置在所述控制单元处，以及所述第二位置在所述至少一个俯仰驱动单元处。
5.如权利要求4所述的风力涡轮机，其中，所述至少一个俯仰驱动单元被配置成在所述第一传感器单元和第二传感器单元测量所述电压值和所述电流值中的所述至少一个的同时操作俯仰电机，以及其中所述处理器还被配置成：
确定俯仰电机电压、俯仰电机电流、由制动斩波器消耗的电流和与所述制动斩波器相关联的电压、由平滑电容器消耗的电流和与所述平滑电容器相关联的电压中的至少一个；以及
基于所述俯仰电机电压、俯仰电机电流、由制动斩波器消耗的电流和与所述制动斩波器相关联的电压、由平滑电容器消耗的电流和与所述平滑电容器相关联的电压中的所述至少一个来比较由所述第一传感器单元测量的所述电压值和电流值中的所述至少一个与由所述第二传感器单元测量的所述电压值和电流值中的所述至少一个。
6.如权利要求1所述的风力涡轮机，还包括在所述第一位置和所述第二位置之间的二极管，其中所述二极管被提供以实质上允许电流在朝着所述备用电源的第一方向上流动并实质上防止电流在与所述第一方向相反的第二方向上流动；
其中，所述处理器还被配置为基于由所述第一传感器单元测量的所述电压值和电流值中的所述至少一个与由所述第二传感器单元测量的所述电压值和电流值中的所述至少一个的比较来确定所述二极管是否正确地操作。
7.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述备用电源是由主电源充电的超级电容器，其中：
所述电压值是所述超级电容器的充电电压；以及
所述电流值是当给所述超级电容充电时由所述超级电容器消耗的充电电流。
8.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中：
所述第一传感器单元是在所述风力涡轮机处的预先存在的传感器单元，以及所述第二传感器单元被改装在所述风力涡轮机处；或
所述第二传感器单元是在所述风力涡轮机处的预先存在的传感器单元，以及所述第一传感器单元被改装在所述风力涡轮机处。
9.如权利要求8所述的风力涡轮机，其中，所改装的传感器单元具有比所述预先存在的传感器单元更高的SIL额定值。
10.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述第一传感器单元和第二传感器单元被配置成当所述风力涡轮机在空闲模式中时测量所述电压值和所述电流值中的所述至少一个。
11.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述处理器还被配置成确定由所述第一传感器单元或所述第二传感器单元测量的所述电压值和所述电流值中的至少一个是否指示所述备用电源需要修理或更换；以及
其中，响应于确定所述备用电源需要修理或更换，所述处理器还被配置成使所述风力涡轮机进入空闲状态。
12.一种用于监控在风力涡轮机中的备用电源的情况的方法，包括：
使用第一传感器单元来在所述风力涡轮机中的第一位置处测量电压值和电流值中的至少一个，其中所述电压值和所述电流值指示所述备用电源的状况；
使用第二传感器单元来在所述风力涡轮机中的不同于所述第一位置的第二位置处测量所述电压值和所述电流值中的所述至少一个；
比较由所述第一传感器单元测量的所述电压值和电流值中的所述至少一个与由所述第二传感器单元测量的所述电压值和电流值中的所述至少一个；以及
基于所述比较将置信度水平分配到由所述第一传感器单元测量的所述电压值和电流值中的所述至少一个。
13.如权利要求12所述的方法，还包括基于所分配的置信度水平来使所述风力涡轮机进入空闲状态。
14.如权利要求12所述的方法，其中，使用所述第一传感器单元测量的步骤在所述风力涡轮机的控制单元处被执行，以及其中使用所述第二传感器单元测量的步骤在所述风力涡轮机的俯仰驱动单元处被执行。
15.如权利要求14所述的方法，还包括：
确定俯仰电机电压和俯仰电机电流中的至少一个；以及
基于所述俯仰电机电压和所述俯仰电机电流中的所述至少一个，比较由所述第一传感器单元测量的所述电压值和电流值中的所述至少一个与由所述第二传感器单元测量的所述电压值和电流值中的所述至少一个。
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