CN108138745A - 用于运行风电设备的方法、风电设备和计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行风电设备(1)的方法、一种被设计用于执行该方法的风电设备(1)、以及一种计算机程序产品。在本发明的用于运行风电设备(1)的方法中，为了该风电设备(1)的应要求的设备启动，在预定的监测时间段上观察至少一个测量值，并且只有当在该监测时间段上该至少一个测量值与限定的预定值相对应时，才进行该设备启动，该方法的特征在于，该至少一个测量值被连续地被存储在数据存储器中，其中，在该数据存储器中的存储时间段至少与该预定的监测时间段相对应；并且在有设备启动要求时，借助于该数据存储器来检查：在该要求之前的与该监测时间段相对应的时间段上该至少一个测量值是否与限定的预定值(16)相对应。本发明的风电设备(1)以及本发明的计算机程序产品被设计成用于执行这种方法。

Description

用于运行风电设备的方法、风电设备和计算机程序产品
本发明涉及一种用于运行风电设备的方法、一种被设计用于执行该方法的风电设备、以及一种计算机程序产品。
风电设备是从现有技术已知的。风电设备一般包括可转动地安排在吊舱上的转子，其中，该吊舱进而可转动安地排在塔上。转子在适当时通过转子轴和传动装置来驱动发电机。由风引起的转子转动因此可以被转化为电能，然后电能可以通过变流器和/或变压器——根据发电机结构的不同至少部分地直接——被馈送到电网中。
如果在风电设备中的能量产生或能量馈送被中断(这例如是因为存在电网故障或风电设备故障或电网运营商提出相应要求)，则使风电设备空转或空转运行(Trudelbetrieb)。
如果风电设备在排除出现的故障之后或者应电网运营商的要求应再次投入运行，则在现有技术中通常在消除故障之后或在收到要求之后的一定时间段上观察风电设备处的风力情况。需要在例如两分钟的时间段上进行相应的检查，以排除只是因为一阵强风而达到了足以使设备启动的风速的假设。后者例如可能是如下情况：即，为了设备启动只检查了瞬时测定的风速。因为风电设备的每次启动过程可能对于风电设备的单独部件而言并非是微不足道的负担，所以通过在风电设备的转子实际启动之前的一定时间段上观察风力情况来确保：不因一阵强风而导致启动风电设备失败。
现有技术的缺点是：在消除风电设备或电网的故障之后或在收到电网运营商的要求之后，在风电设备被实际启动以将电能馈送到电网中之前，经过了例如两分钟或更久的一定时间段。
本发明所基于的目的是，提供一种用于运行风电设备的方法、一种风电设备、以及一种计算机程序产品，其中不再出现或仅以降低的程度出现现有技术的缺点。
该目的通过一种根据主权利要求所述的用于运行风电设备的方法、一种根据权利要求10所述的风电设备、以及一种根据权利要求12所述的计算机程序产品来实现。有利的改进方案是从属权利要求的主题。
因此，本发明涉及一种用于运行风电设备的方法，其中，为了该风电设备的应要求的设备启动，在预定的监测时间段上观察至少一个测量值，并且只有当在该监测时间段上该至少一个测量值与限定的预定值相对应时，才进行该设备启动，其中，
-该至少一个测量值被连续存储在数据存储器中，其中，在该数据存储器中的存储时间段至少与预定的监测时间段相对应；并且
-在有设备启动要求时，借助于该数据存储器来检查：在该要求之前的与该监测时间段相对应的时间段上该至少一个测量值是否与限定的预定值相对应。
另外，本发明涉及一种风电设备，该风电设备包括：具有多个转子叶片的转子，该转子可转动地安排在可转动地安排在塔上的吊舱处并且与安排在该吊舱中的发电机相连，该发电机用于将作用于该转子的风能转化为电能；并且包括用于调节该风电设备及其部件的调节装置，其中，该风电设备进一步包括：
-用于获取至少一个测量值的至少一个传感器，
-数据存储器，用于在存储时间段上连续地存储所获取的至少一个测量值，以及
-检查模块，用于在有设备启动要求时，借助于该数据存储器来检查：在该要求之前的与预定监测时间段相对应的时间段上该至少一个测量值是否与限定的预定值相对应，其中，该存储时间段至少与该预定的监测时间段相对应，并且该调节装置被设计成使得只有当该检查模块的检查结果为“肯定”时该风电设备才被启动。
本发明还涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括程序部分，这些程序部分在装载于计算机中时被设计成用于执行本发明的方法。
首先解释几个与本发明相关地使用的术语。
“设备启动”是指风电设备转到生产运行，此时风动能被转化为馈送到电网中的电能。风电设备在设备启动之前未将由风动能产生的电功率馈送到电网中。风电设备此时可以与电网断开。但并不排除风电设备在设备启动前与电网相连并且例如被用于调节电网内的无功功率。风电设备未馈送由风动能产生的电功率的典型理由例如可能是：风速过高或过低、风电设备的功能故障和技术缺陷、电网故障、风电设备或配电网中的维护维修工作、遮光(Schattenwurf)或结冰。一般而言，转子叶片在这种情况下被转至顺桨位置，使得转子不再转动或者仅只以微弱转速转动(空转转速)。也不排除转子通过制动器被停止。
与本发明相关地，“连续存储”意味着，待存储的测量值被连续地且与风电设备运行状态无关地被存储，即不仅在风电设备馈送电能到电网中期间，也在风电设备没有将由风动能产生的电能馈送到电网中期间。
“设备启动要求”可以是由风电设备运营商、风电设备为之馈送其所产生的电能的电网的运营商、或者电力经纪人在电能直销时所传达的要求。但它也可以是自动生成的要求，该要求例如在消除风电设备或电网的故障之后、在成功执行了维护维修工作之后或因存在合适的风力情况而被触发。
本发明提供以下优点：在有启动风电设备的要求时，为了设备启动而要在一定监测时间段上观察的测量值以可回顾的方式(rückschauend)存在，从而直接在设备启动要求之后借助事先存储的测量值来满足通过限定的预定值所确定的设备启动的基本前提条件。即，可以直接在获得设备启动要求之后检查是否可以执行所要求的设备启动。可以省掉如现有技术中通常所需要的、例如两分钟的等候时间。
原则上可以将数据存储器实施为大容量存储器。但优选的是，该数据存储器是环形存储器。“环形存储器”在一定时间段上连续存储数据并且在经过了预定存储时间段后又覆盖所述数据。由此，被早于预定存储时间段的数据所占据的存储位置被用于更新的当前数据。环形存储器可以被实施为环形缓存器。环形存储器的使用可以省去复杂的存储逻辑或者长期记录历史数据的大型的大容量存储器。
至少一个测量值在监测时间段上须遵守的限定的预定值例如可以是绝对的或相对的最小值和/或最大值。但也可能的是，在该监测时间段上存在与至少一个测量值的最大允许变化相关的预定值。相应的预定值可以通过测量值的最大容许范围、最大容许梯度和/或最大容许标准偏差来限定。
优选的是，至少两个测量值被连续存储在数据存储器中并在有设备启动要求时被检查。此时可行的是，用于所述至少两个测量值的监测时间段和/或存储时间段各自相等。但也可能的是，针对每个测量值的监测时间段和/或存储时间段被单独地确定。如果为了设备启动而检查两个或更多个测量值，则针对测量值的预定值也可以进行组合。例如针对测量值的预定值可以与另一个测量值相关，其中，这种关联性被事先限定。针对预定值和/或测量值的更复杂的关联性也是可能的，所述关联性例如可以以(不)等式(具有与测量值的数量相对应的变量数量)的形式或以特性曲线的形式存在。
该至少一个测量值可以反映关于风电设备环境(例如风力情况)或者风电设备本身状态的信息。尤其是，该至少一个测量值可以包括来自以下组的至少一个测量值：即，风向、风速、吊舱方位位置、塔头加速度、塔振动信号、电网参数(尤其是电压和频率)和/或环境温度、或风电设备各部件的温度。该测量值可以直接从可以用于获取有关信息的传感器的数据中获得。在此并不排除可能将传感器数据换算为测量值。也可能的是，本发明所预定的测量值是组合测量值，其中集中和/或组合了不同的信息，例如多个传感器的数据。
用于至少一个测量值的监测时间段可以为至少约60秒、优选至少约120秒。相应的监测时间段例如可能对风向和/或风速的测量有意义。但对于其他测量值(例如塔头加速度和/或塔振动信号)，约10秒或优选约20秒的监测时间段可能就足够了。
优选的是，在该数据存储器中在存储时间段上连续地存储参考数据，其中，这些参考数据适合于验证该至少一个测量值的可信性，并且这些参考数据的存储时间段至少与有待验证可信性的该至少一个测量值的监测时间段相对应。参考数据可以是风电设备的测量值或者通过传感器获得的信息，这些参考数据虽然在有设备启动要求时不必针对限定的预定值对其自身进行检查，但它们适合于验证须被相应检查的测量值的可信性。参考数据也可以是例如与风电设备分开地实施的气象站的外部输入数据。借助参考数据可以检查连续存储的测量值是否可信。也可行的是，参考数据和/或测量值被相互用于其可信性的检查。也可能的是，这些测量值直接地(即在适当时也无需动用参考数据地)借助最大值或最小值、最大容许梯度、最大容许标准偏差等被直接验证可信性。
待存储或已存储在数据存储器中的测量值和/或参考数据的可信性检查可以已经在连续存储期间或在有设备启动要求的情况下检查至少一个测量值时进行。通过已经在测量值和/或参考数据的存储期间检查其可信性，不必再在有设备启动要求时执行或许费时的可信性检查，由此可以实现更快速的设备启动。如果只在有设备启动要求时执行可信性检查，则可以看到测量值和/或参考数据的曲线中的可能简单的图案、例如波动等，这可能阻碍设备启动。
如果确定缺乏可信性，则优选清空该数据存储器。同时，只要可能，可以将用于如下测量值和/或参考数据的传感器重新初始化，这些测量值和/或参考数据被确定为缺乏可信性。通过清空该数据存储器，一般来说该检查(即，该至少一个测量值是否与限定的预定值相对应)无法得到“肯定”的结论，直到该数据存储器中用于该至少一个测量值的监测空间完全被测量值填满。尤其在相关传感器重新初始化之后可以有效避免：设备启动是基于有错误的测量值和/或参考数据进行的。
测量值和/或参考数据的可信性可以通过对最大值和/或最小值和/或梯度、平均值和/或标准偏差的检查来实现，其中，相应的既定值可以根据其他测量值和/或参考数据来限定。相应的既定值是预定的。
这些参考数据例如可以包括转子叶片迎角和/或转子转速。
本发明的风电设备被设计成用于执行本发明的方法。关于风电设备的说明以及风电设备的有利改进方案，参照前述实施方式。
关于本发明的计算机程序产品的说明，也参照前述实施方式。
现在，参照附图并借助于优选实施例来示例性地说明本发明。在附图中：
图1：示出本发明风电设备的第一实施例；并且
图2：示出图1的风电设备的检查模块和数据存储器的示意图。
在图1中示意性展示了本发明的风电设备1。风电设备1包括具有迎角可调的多个转子叶片3的转子2，该转子可转动地安排在吊舱4处。吊舱4进而可转动地安排在塔5上。
转子2通过转子轴驱动一传动装置6，该传动装置在其从动侧与发电机7连接。转子2的由风引起的转动因此可以被转化为电能，所述电能随后在适当时可以通过变流器(未展示)和/或变压器8被馈送到电网9中。
风电设备1还包括调节装置10，该调节装置通过未展示的控制线路与风电设备1的不同部件相连接以便对其进行控制。调节装置10尤其被设计成用于通过吊舱4相对于塔5的转动使转子2朝向风而定向。通过调节装置10，也调节转子叶片3的迎角和被馈送到电网9中的电功率。通过改变转子叶片3的迎角和被馈送到电网9中的电功率，调节装置10可以影响转子力矩或发电机力矩。
调节装置10与不同的传感器11相连以便可以实现期望的控制目的。其中一个传感器11是风传感器11’，通过该风传感器可以测定风向和风速。此外，加速度传感器11”与调节装置相连，通过该加速度传感器可以获取塔头加速度。也可以在塔5的大致一半高度处设置另一个加速度传感器11”’，通过该另一个加速度传感器也可以获取无法单独用加速度传感器11”获取的塔5的振动模式。通过电压传感器11IV可以获取关于电网9的状态的信号。传感器11V获取转子2的转速。
此外，还可以设置用于吊舱方位位置(即，吊舱4相对于塔5的角位置)或者用于转子叶片3的迎角的又另外的传感器11(未展示)。传感器11通常已被设置用于通过调节装置10来总体控制风电设备1。
根据本发明，设置了检查模块12作为调节装置10的一部分，该检查模块与数据存储器13相连。调节装置10或检查模块12以如下方式设计：即，由传感器11中的至少一个传感器获取的数据在一段存储时间段上被连续存储在实施为环形存储器13’的数据存储器13中。
如果风电设备1例如因为电网9故障或风电设备1本身故障而未将由风动能产生的电能馈送到电网中，则调节装置10在排除相应故障之后收到再启动的要求。对于这种情况，检查模块12以如下方式被设计：借助存储在环形存储器13’中的数据来检查设备启动是否可行。
现在，借助图2来详细说明检查模块12和环形存储器13’的工作方式。
环形存储器13’以多个环形缓存器的形式构成并且例如通过调节装置10或通过检查模块12被提供传感器11的数据，所述数据针对风速(传感器11’)、转子转速(传感器11V)、塔头加速度(传感器11”)、塔5的一半高度处的加速度(传感器11”’)、和转子转速(传感器11V)。
这些传感器数据被连续存储在环形存储器13’中的单独的环形缓存器14中，即，与风电设备是否将由风动能产生的电功率馈送到电网中无关。涉及风速和转子转速的数据被存储在各自具有120秒的存储时间段的环形缓存器14’和14V中；传感器11”和11”’的塔加速度以20秒的存储时间段被存储在环形缓存器14”和14”’中。
如图2所示的环形缓存器14的扇区在此仅表示单独环形缓存器14的以秒计的存储时间段长度，但不表示传感器11的数据所存在的时间分辨率。尤其是，涉及塔加速度数据的传感器11”和11”’的数据是以每秒多个测量值的高分辨率存在的。也可能的是，高分辨率的塔加速度数据在(未展示的)传感器处理装置中被预处理且仅将塔加速度的状态信号以相比于高分辨率塔加速度数据较低的分辨率存储在环形存储器13’中。
所接收的数据分别被写入在方向90上进行环行的指针15、15’的位置，从而在指针15、15’环行一整圈后存储在一个位置上的数据被新数据覆盖。指针15、15’的环行速度是不同的。这样，指针15绕一整圈需要120秒，而指针15’只需要20秒。
存储在环形缓存器14’、14”和14”’中的关于风速和塔加速度的数据在本发明的意义上是测量值，而存储在环形缓存器14V中的数据是参考数据，这些参考数据(如下所述)只被用于其他数据的可信性验证，但不用于直接检查是否允许设备启动。
如果没有将由风动能产生的电功率馈送到电网中的风电设备1的调节装置10获得再次启动的要求，则检查单元首先检查暂时包含在环形缓存器14’和14V中的数据的可信性。为此要检查：风速(环形缓存器14’)基本上在整个存储时间段上在时间上是否与转子转速(环形缓存器14V)关联——所述转子转速在风电设备未将由风动能产生的电功率馈送到电网中的情况下是空转转速。如果情况并非如此，则这可能表明传感器11’或11V中的至少一个传感器是有缺陷的。在此情况下，检查模块12禁止设备启动，并且可能发出警报，例如通过未展示的SCADA系统(SCADA-System，监控与数据采集系统)。
如果可信性检查的结论是成功的，则接着通过检查模块12来检查存储在检查模块12中的环形缓存器14’、14”和14”’中的测量值是否满足预定值16。
附加地或替代地，也可以连续进行可信性检查，即在数据存储时就已经开展。因此可以更快速地辨别出有故障的传感器11。但只能在读出数据时才能辨别出错漏的数据存储器13。
对于环形缓存器14’要检查存储在那里的测量值在整个存储时间段上是否处于由最小值和最大值限定的范围内。通过在整个存储时间段上检查这些测量值，使得风速的监测时间段与存储时间段相对应，即在所示实施例中是120秒。
存储在涉及塔加速度的环形缓存器14”和14”’中的测量值在整个存储时间段(其因此与塔加速度的监测时间段相对应)上被提供给检查模块12中的分析模块17，在该分析模块中根据这些测量值，在塔5的单独的自身形式中测定能量。针对每种自身形式，在此存在针对最大振动能量的预定值16。
如果环形缓存器14’、14”和14”’中的所有测量值在相应的监测时间段上与限定的预定值16相对应，则由检查模块12执行的检查获得“肯定”的结果，随后调节装置10根据预定程序启动风电设备1。如果检查结果是“否定”的，则风电设备1首先不启动，且前述测量值的检查一直进行，直到检查成功完成。当检查结果是“否定”时，也可以输出相应的提示——例如通过未展示的SCADA系统。
如果上述可信性检查是不成功的，则环形缓存器14’和14V中的所有数据通过检查模块被删除或归零，同时传感器11’和11V被重新初始化。结果，来自环形缓存器14’的测量值的前述检查至少一直保持不成功，直到至少环形缓存器14’再次被在传感器11’和11V重新初始化后所获得的测量值填满。

Claims (14)

1.一种用于运行风电设备(1)的方法，其中，为了该风电设备(1)的应要求的设备启动，在预定的监测时间段上观察至少一个测量值，并且只有当在该监测时间段上该至少一个测量值与限定的预定值相对应时，才进行该设备启动，
其特征在于，
-该至少一个测量值被连续存储在数据存储器(13)中，其中，在该数据存储器(13)中的存储时间段至少与该预定的监测时间段相对应；并且
-在有设备启动要求时，借助于该数据存储器(13)来检查：在该要求之前的与该监测时间段相对应的时间段上该至少一个测量值是否与限定的预定值(16)相对应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
该数据存储器(13)是环形存储器(13’)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
至少两个测量值被连续存储在该数据存储器(13)中并且在有设备启动要求时被检查，其中，优选针对该至少两个测量值预定彼此不同的监测时间段和/或存储时间段。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，
在该数据存储器(13)中在存储时间段上连续地存储参考数据，其中，这些参考数据适合于验证该至少一个测量值的可信性，并且这些参考数据的存储时间段至少与有待验证可信性的该至少一个测量值的监测时间段相对应。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，
在连续地存储该至少一个测量值期间或在对其进行检查时，在有设备启动要求时，检查有待存储在或已存储在该数据存储器(13)中的至少一个测量值和/或参考数据的可信性。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
当确定缺乏可信性时，该数据存储器(13)被清空。
7.根据权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，
该可信性验证是通过检查最大值和/或最小值、和/或梯度、平均值、和/或标准偏差来进行的。
8.根据权利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，
该参考数据包括转子叶片(3)的迎角和/或转子转速。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，
该至少一个测量值能够包括来自以下组中的至少一个测量值：即，风向、风速、吊舱方位位置、塔头加速度、塔振动信号和/或环境温度、或该风电设备(1)的各部件的温度。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，
该监测时间段为至少60秒、优选至少120秒。
11.一种风电设备(1)，该风电设备包括具有多个转子叶片(3)的转子(2)，该转子可转动地安排在可转动地安排在塔(5)上的吊舱(4)处并且与安排在该吊舱(4)中的发电机(7)相连，该发电机用于将作用于该转子(3)的风能转化为电能；并且包括用于调节该风电设备(1)及其部件的调节装置(10)，其中，该风电设备(1)进一步包括：
-用于获取至少一个测量值的至少一个传感器(11)，
-数据存储器，用于在存储时间段上连续地存储所获取的至少一个测量值，以及
-检查模块(12)，用于在有设备启动要求时借助于该数据存储器来检查：在该要求之前的与预定监测时间段相对应的时间段上该至少一个测量值是否与限定的预定值(16)相对应，其中，该存储时间段至少与该预定的监测时间段相对应，并且该调节装置(10)被设计成使得只有当该检查模块(12)的检查结果为“肯定”时该风电设备(1)才被启动。
12.根据权利要求11所述的风电设备，其特征在于，
该数据存储器(13)是环形存储器(13’)。
13.根据权利要求12或12所述的风电设备，其特征在于，
该风电设备被设计成用于执行根据权利要求1至10之一所述的方法。
14.一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括程序部分，这些程序部分在装载于计算机中时被设计成用于执行根据权利要求1至10之一所述的方法。
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