CN114945750A - 用于控制风力涡轮的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于控制风力涡轮的系统和方法。因此，通过传感器系统的至少一个传感器监测风力涡轮的组件。从传感器系统接收指示传感器的故障的输出。通过故障模块生成故障调节响应。故障调节响应包括替代故障传感器的输出信号的调节信号。

Description

用于控制风力涡轮的系统和方法

技术领域

本公开一般涉及风力涡轮，并且更具体地，涉及用于响应于传感器故障使用故障调节信号来控制风力涡轮的系统和方法。

背景技术

风电被认为是目前可用的最清洁、最环境友好的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。机舱包括耦合到齿轮箱和发电机的转子组合件。转子组合件和齿轮箱安装在位于机舱内的台板支承架上。所述一个或多个转子叶片使用已知的翼型原理来捕获风的动能。转子叶片传送以旋转能的形式的动能，以便转动轴，该轴将转子叶片耦合到齿轮箱，或者如果没有使用齿轮箱，则直接耦合到发电机。然后，发电机将机械能转换为电能，并且可将电能传送到容纳在塔架内的转换器和/或变压器，并且随后部署到公用电网。现代风力发电系统通常采取拥有多个此类风力涡轮发电机的风电场的形式，这些发电机可操作以便为传输系统供应功率，该传输系统向电网提供功率。

通常，现代风力涡轮采用组件监测系统来监测风力涡轮的各个组件的操作状况。因此，组件监测系统通常包括可操作地耦合到风力涡轮的各个组件的一个或多个传感器。传感器的输出可由控制器利用来调整风力涡轮的操作参数，以使发电量最大化，并防止或限制对风力涡轮的损坏。然而，在风力涡轮的寿命内，传感器可能会出现故障。因此，组件监测系统的输出可能是不完整和/或错误的。

通常，当涡轮控制器从组件监测系统接收到不可接受的信息时，控制器将实现备选控制方案。通常，这种控制方案包括大幅降额或停止风力涡轮，以保护组件免于出现过载状况。然而，降额也会导致风力涡轮的发电量下降。因此，存在对系统和方法的需要来在存在传感器故障的情况下促进风力涡轮操作，同时最小化风力涡轮的降额。

因此，本领域正在不断寻求新的改进的系统来控制风力涡轮。因此，本公开涉及用于经由故障调节来控制风力涡轮的系统和方法。

发明内容

本发明的各方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从本描述中显而易见，或者可通过本发明的实践来学习。

在一个方面中，本公开涉及一种用于控制风力涡轮的系统。该系统可包括传感器系统，传感器系统具有可操作地耦合到风力涡轮的组件以便检测组件的操作状况的至少一个传感器。该系统还可包括通信地耦合到传感器系统的控制器。控制器可包括被配置成执行多个操作的至少一个处理器。所述多个操作可包括经由故障模块检测指示传感器故障的传感器的输出信号。所述多个操作还可包括经由故障模块生成故障调节信号。此外，所述多个操作可包括用故障调节信号替代传感器的输出信号，以便致使风力涡轮的操作状态发生改变。

在另一个方面中，本公开涉及一种用于控制风力涡轮的方法。该方法可包括经由控制器从传感器系统接收指示风力涡轮的组件的操作状况的数据。传感器系统可包括可操作地耦合到该组件的传感器。该方法还可包括经由故障模块检测指示传感器故障的来自传感器的输出信号。此外，该方法可包括经由故障模块生成故障调节响应。故障调节响应可包括替代指示传感器故障的输出信号的调节信号。另外，该方法可包括至少基于调节信号经由控制器致使风力涡轮的操作状态发生改变。应该理解，该方法可进一步包括本文中所描述的任何附加特征和/或步骤中的任一个。

在又一个方面中，本公开涉及一种风力涡轮。该风力涡轮可包括：紧固在地基上的塔架；安装在塔架顶部上的机舱；安装到机舱上的转子；安装到转子上的至少一个转子叶片；以及可操作地耦合到转子叶片的叶片监测系统。叶片监测系统可包括包含传感器的传感器系统，传感器可操作地耦合到转子叶片以便检测组件的操作状况。叶片监测系统可包括还可包括通信地耦合到传感器系统的控制器。控制器可包括被配置成执行多个操作的至少一个处理器。所述多个操作可包括经由故障模块检测指示传感器故障的传感器的输出信号。所述多个操作可包括经由故障模块生成故障调节信号。另外，所述多个操作可包括用故障调节信号替代传感器的输出信号，以便致使风力涡轮的操作状态发生改变。应该理解，风力涡轮可进一步包括本文中所描述的附加特征中的任何附加特征。

参照以下描述和随附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与本描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在本说明书中参照附图阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可实施的公开，包括其最佳模式，在附图中：

图1示出根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；

图2示出根据本公开的风力涡轮的机舱的一个实施例的内部透视图；

图3A示出根据本公开配备有叶片监测系统的转子叶片的一个实施例的透视图；

图3B示出根据本公开图3A的转子叶片的横截面视图；

图4示出根据本公开用于与风力涡轮一起使用的控制器的一个实施例的示意图；以及

图5示出根据本公开用于控制风力涡轮的系统的控制逻辑的一个实施例的示意图。

在本说明书和附图中参照字符的重复使用旨在表示本发明的相同或相似的特征或元素。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。每个示例是为了解释本发明提供，而不是限制本发明。实际上，本领域技术人员将显而易见，在不偏离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生还进一步的实施例。因此，旨在本发明覆盖归入所附权利要求及其等效物的范围内的此类修改和变型。

如本文中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换地使用以区分一个组件与另一个组件，并且不旨在表明各个组件的位置或重要性。

除非本文中另外规定，否则术语“耦合”、“固定”、“附接到”等是指直接耦合、固定或附接、以及通过一个或多个中间组件或特征间接耦合、固定或附接两者。

如在本文中贯穿本说明书和权利要求书所使用，应用近似语言来修饰可容许地变型而不会导致其涉及的基本功能发生改变的任何定量表示。因此，由诸如“约”、“近似”和“大体上”之类的一个或多个术语修饰的值将不局限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度、或用于构造或制造组件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可指在10%的裕度内。

这里以及贯穿说明书和权利要求书，对范围限制进行组合和互换，除非上下文或语言另外指示，否则此类范围被识别并且包括包含在其中的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包含端点，并且端点彼此独立地组合。

一般来说，本公开涉及用于控制风力涡轮的系统和方法。特别地，本公开包括在至少一个传感器发生故障时促进操作风力涡轮的系统和方法。具体来说，本公开可包括一种检测指示一个或多个传感器有故障的输出信号的系统。该系统可响应于故障传感器的（一个或多个）指示而生成故障调节信号。因此，可以用故障调节信号来代替故障信号以维持对风力涡轮的持续控制。更具体来说，通过利用传感器冗余度以通过修改来自耦合到相同组件的附加传感器的信号来对丢失信号进行仿真，可生成故障调节信号。另外，也可采用来自耦合到风力涡轮或风力涡轮的附加组件的附加传感器系统的输入来对如果传感器是操作的的话可能从传感器接收的信号建模。因此，应该领会，故障调节信号的使用可容许风力涡轮在存在传感器故障的情况下以使发电量最大化的配置继续操作。

现在参照附图，图1示出根据本公开的风力涡轮100的一个实施例的透视图。如示出的，风力涡轮100一般包括从支承表面104延伸的塔架102、安装在塔架102上的机舱106、以及耦合到机舱106的转子108。转子108包括可旋转毂110和至少一个转子叶片112，所述至少一个转子叶片112耦合到毂110并从毂110向外延伸。例如，在所示实施例中，转子108包括三个转子叶片112。然而，在备选实施例中，转子108可包括多于三个或少于三个转子叶片112。每个转子叶片112可围绕毂110间隔，以促进旋转转子108，从而使得能够将动能从风转化为可用的机械能，并且随后转化为电能。例如，毂110可以可旋转地耦合到定位于机舱106内的发电机118（图2）以容许产生电能。

风力涡轮100还可包括集中在机舱106内的控制器200。但是，在其它实施例中，控制器200可位于风力涡轮100的任何其它组件内或位于风力涡轮外部的某个位置处。此外，控制器200可通信地耦合到风力涡轮100的任意数量的组件，以控制这些组件。因此，控制器200可包括计算机或其它合适的处理单元。因此，在若干个实施例中，控制器200可包括合适的计算机可读指令，这些指令在实现时将控制器200被配置成执行各种不同的功能，诸如接收、传送和/或执行风力涡轮控制信号。

现在参照图2，示出图1中所示的风力涡轮100的机舱106的一个实施例的简化的内部视图。如示出的，发电机118可耦合到转子108，以从由转子108生成的旋转能产生电功率。例如，如在示出的实施例中所示，转子108可包括耦合到毂110以随之旋转的转子轴122。转子轴122可由主轴承144可旋转地支承。而转子轴122继而可通过可选的齿轮箱126可旋转地耦合到发电机118的高速轴124，齿轮箱126通过一个或多个扭矩臂142连接到台板支承架136。如一般所理解的，转子轴122可响应于转子叶片112和毂110的旋转为齿轮箱126提供低速、高扭矩输入。然后，齿轮箱126可被配置成将低速、高扭矩输入转换为高速、低扭矩输出，以驱动高速轴124，并且从而驱动发电机118。在一实施例中，变速器126可配置有多个齿轮比，以便针对给定的低速输入产生高速轴的变化的转速，或者反之亦然。

每个转子叶片112还可包括被配置成围绕其俯仰轴116旋转每个转子叶片112的俯仰控制机构120。俯仰控制机构120可包括被配置成从控制器200接收至少一个俯仰设定值命令的俯仰控制器150。此外，每个俯仰控制机构120可包括俯仰驱动电机128（例如，任何合适的电动、液压或气动电机）、俯仰驱动齿轮箱130和俯仰驱动小齿轮132。在此类实施例中，俯仰驱动电机128可耦合到俯仰驱动齿轮箱130，以使得俯仰驱动电机128对俯仰驱动齿轮箱130应用机械力。类似地，俯仰驱动齿轮箱130可耦合到俯仰驱动小齿轮132以随之旋转。而俯仰驱动小齿轮132又可与耦合在毂110和对应的转子叶片112之间的俯仰轴承134旋转接合，以使得俯仰驱动小齿轮132的旋转致使俯仰轴承134的旋转。因此，在此类实施例中，俯仰驱动电机128的旋转驱动俯仰驱动齿轮箱130和俯仰驱动小齿轮132，从而使俯仰轴承134和（一个或多个）转子叶片112围绕俯仰轴116旋转。类似地，风力涡轮100可包括通信地耦合到控制器200的一个或多个偏航驱动机构138，每个（多个）偏航驱动机构138被配置成改变机舱106相对于风的角度（例如，通过接合风力涡轮100的偏航轴承140）。

仍然参照图2，风力涡轮100可包括组件监测系统，诸如至少一个传感器系统160，传感器系统160具有一个或多个传感器156、158，这一个或多个传感器156、158可以监测风力涡轮100的性能和/或影响风力涡轮100的环境状况。在特定实施例中，如将在图5中所讨论，传感器系统160可以是第一传感器系统176，并且风力涡轮100可进一步包括第二传感器系统178。

例如，在一实施例中，传感器系统160可包括被配置成监测一个或多个风力涡轮组件的单个属性或多个属性的多个传感器。例如，在一实施例中，第一组传感器可被配置为应变计，该应变计被配置成检测组件上的拉伸负载，而另一组传感器可被配置成监测组件内的温度改变。还应该领会，如在本文中所使用，术语“监测”及其变型指示，风力涡轮100的各种传感器可被配置成提供对被监测的参数的直接测量或对此类参数的间接测量。因此，本文中所描述的传感器可例如用于生成与被监测的参数有关的信号，然后这些信号可以由控制器200利用来确定风力涡轮100的状况。

例如，在一实施例中，风力涡轮100可包括被配置成收集指示至少一种环境状况的数据的环境传感器156。环境传感器156可以可操作地耦合到控制器200。因此，在一实施例中，（一个或多个）环境传感器156可以是例如风向标、风速计、激光雷达传感器、温度计、气压计或其它合适的传感器。由（一个或多个）环境传感器156收集的数据可包括风速、风向、风切变、阵风、风转向、大气压力和/或温度的度量。在至少一个实施例中，（一个或多个）环境传感器156可安装在机舱106上位于转子108的顺风位置处。在备选实施例中，（一个或多个）环境传感器156可耦合到转子108或与转子108集成。应该领会，（一个或多个）环境传感器156可包括传感器的网络，并且可定位于远离涡轮机100的位置。

另外，风力涡轮100可包括一个或多个操作传感器158。（一个或多个）操作传感器158可被配置成响应于环境状况检测风力涡轮100的性能。此外，（一个或多个）操作传感器158可以是例如被配置成监测风力涡轮100的发电机118的输出的电特性的传感器，诸如电流传感器、电压传感器、温度传感器或基于电流和电压测量直接监测功率输出的功率传感器。

在另一个实施例中，（一个或多个）操作传感器158可包括可用于监测风力涡轮100的操作状态的任何其它传感器。更具体来说，（一个或多个）操作传感器158可以是可操作地耦合到控制器200的转速传感器。（一个或多个）操作传感器158可针对风力涡轮100的转子轴122。（一个或多个）操作传感器158可收集指示转子轴122的转速的数据，并且因此可收集指示转子108的转速的数据。在一实施例中，（一个或多个）操作传感器158可以是模拟转速表、D.C.转速表、A.C.转速表、数字转速表、接触式转速表、非接触式转速表或时间和频率转速表。

在一附加实施例中，（一个或多个）操作传感器158可以是俯仰传感器。因此，控制器200可经由可操作地耦合到俯仰控制机构120的（一个或多个）操作传感器158接收风力涡轮100的转子108的俯仰设定值指示。控制器200可根据环境状况考虑俯仰设定值指示，以便确定转子108的俯仰是否是可改变以满足所需的发电量的操作状态。

现在参照图3A和图3B，转子叶片112可包括定义在前缘154和后缘162之间沿弦向（C）方向延伸的压力侧148和吸力侧152的外表面146。可在压力侧148和吸力侧152之间沿摆振（F）方向定义转子叶片112的厚度（T）。转子叶片112也可在根部164和叶尖166之间沿展向（S）方向延伸。在至少一个实施例中，转子叶片112可以是具有至少尖端部分168和根部部分170的分段转子叶片。

此外，如示出的，转子叶片112可配备有本文中所描述的传感器系统160。在此类实施例中，传感器系统160可被配置为叶片监测系统。当被配置为叶片监测系统时，传感器158可以是被配置成在操作时检测转子叶片112内的弯曲力矩的应变计。在此类实施例中，传感器系统160的（一个或多个）传感器可定位于围绕转子叶片112的不同位置处。例如，如示出的，第一传感器172可定位于靠近前缘154的第一展向位置处，而第二传感器174可定位于靠近前缘154的第二展向位置处。在此类实施例中，传感器172、174可特别适于检测由沿转子叶片112的前缘154的负载所导致的弯曲力矩。在一附加实施例中，第一传感器172可按之前所叙述地那样定位，然而，第二传感器174可定位于相同的展向位置处，但是在不同的弦向和摆振位置。在进一步的实施例中，两个传感器158可沿前缘154定位于不同的展向位置处，并且两个附加传感器158可沿吸力侧152定位于不同的展向位置处。应该领会，可在任何合适的位置使用任何合适数量的传感器，以提高传感器系统160的输出的保真度以及传感器系统160的冗余度。

现在参照图4-5，呈现根据本公开用于控制风力涡轮100的系统300的多个实施例的示意图，系统300例如包括传感器系统160。如图4中特别示出的，示出可包含在系统300内的合适组件的一个实施例的示意图。例如，如示出的，系统300可包括通信地耦合到传感器系统160的控制器200。此外，如示出的，控制器200包括被配置成执行各种计算机实现的功能（例如，如本文所公开，执行方法、步骤、计算等并存储相关数据）的一个或多个处理器206和（一个或多个）相关联的存储器装置208。另外，控制器200还可包括通信模块210，以促进在控制器200和风力涡轮100的各种组件之间通信。此外，通信模块210可包括传感器接口212（例如，一个或多个模拟至数字转换器），以容许将从（一个或多个）传感器156、158传送的信号转换为可通过处理器206理解和处理的信号。应该领会，（一个或多个）传感器156、158可使用任何合适的方法通信地耦合到通信模块210。例如，如图4中所示，（一个或多个）传感器156、158经由有线连接耦合到传感器接口212。然而，在其它实施例中，（一个或多个）传感器156、158可经由无线连接（诸如通过使用本领域中已知的任何合适的无线通信协议）耦合到传感器接口212。另外，通信模块210还可以可操作地耦合到操作状态控制模块214，操作状态控制模块214被配置成改变至少一个风力涡轮操作状态。

如本文中所使用，术语“处理器”不仅指在本领域中称为包括在计算机中的集成电路，而且还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器（PLC）、专用集成电路和其它可编程电路。另外，（一个或多个）存储器装置208一般可包括（一个或多个）存储器元件，包括但不限于计算机可读介质（例如，随机存取存储器（RAM））、计算机可读非易失性介质（例如，闪存）、软盘、致密盘-只读存储器（CD-ROM）、磁光盘（MOD）、数字通用光盘（DVD）和/或其它合适的存储器元件。此类（一个或多个）存储器装置208一般可被配置成存储合适的计算机可读指令，所述指令在由（一个或多个）处理器206实现时将控制器200被配置成执行各种功能，包括但不限于：经由故障模块302检测指示传感器故障的传感器158的输出信号；并经由故障模块302生成如本文中所描述的故障调节信号以及各种其它合适的计算机实现的功能。在至少一个实施例中，故障模块302可包括故障检测模块338和故障调节模块340。在一实施例中，故障检测模块338可被配置成检测传感器158的传感器故障。在一附加实施例中，故障调节模块340可被配置成生成可包括故障调节信号的故障调节响应。

仍然参照图4，在一实施例中，系统300可包括故障模块302，故障模块302可以是控制器200的软件模块。在一附加实施例中，故障模块302可以是分布式控制器200或硬件卡。

特别参照图5，如在304所示，系统300的故障模块302可被配置成检测指示传感器故障的传感器系统160的输出信号306。例如，输出信号306可包括指示传感器故障的传感器输出（或缺少传感器输出）。因此，传感器输出306可视为不能由系统300接受用于控制风力涡轮100。此外，传感器故障可通过缺少来自一个或多个传感器的信号和/或较差的信号质量/分辨率来指示。在一附加实施例中，传感器故障可通过传感器输出306正超出范围和/或缺乏方位信号来指示。附加的传感器故障可包括但不限于零校准低故障、应变传感器漂移、温度传感器故障、加性故障、乘性故障、输出卡滞故障和/或缓慢漂移故障。

如在308所示，系统300还可被配置成经由故障模块302生成故障调节信号。另外，如在310所示，系统300可以用故障调节信号来替代传感器158的输出信号306。因此，如在312所示，用故障调节信号来替代故障输出信号306可能会致使风力涡轮100的操作状态发生改变。如在334所示，其中，故障调节信号的生成不可行，系统300可降低风力涡轮100的操作限制。例如，当检测到传感器故障但是调节信号不可用时，系统300可通过建立推力限制来降低风力涡轮100的额定值，该推力限制是风力涡轮100的标称推力限制的百分比。

在诸如图3A和图3B的实施例之类的实施例中，传感器系统160的第一传感器172可相对于组件定位于第一定位中，并且可能有故障，而第二传感器174可以是操作的。因此，响应于在304检测到传感器故障，系统300可被配置成利用传感器冗余度以便在308生成故障调节信号。此外，系统300可在314从定位于相对于组件的第二定位中的第二传感器174接收指示操作状况的数据328。如在316所示，系统300可对从第二传感器174接收的数据应用加权因子，以便对来自第一传感器172的指示操作状况的可接受数据进行仿真。例如，第一传感器172可定位于转子叶片112的根部164和第二传感器174之间在转子叶片112的经受比第二传感器174所监测的区域更大的弯曲力矩的区域中。因此，加权因子可乘以第二传感器174的输出，以便对操作的第一传感器172的输出进行仿真。在一附加实施例中，加权因子也可与偏差项结合，以便对来自第一传感器的指示操作状况的可接受数据进行仿真。应该领会，加权因子可从转子叶片112的历史数据集导出，其中，将所述多个传感器158的输出单独记录为时间序列-数据集。

在一附加实施例中，其中，系统300可被配置成利用传感器冗余度以便在308生成故障调节信号，第一传感器172可被配置成监测组件的第一属性，并且可能有故障。在此类实施例中，系统300可被配置成从第二传感器174接收指示第二监测属性的数据。如在316所示，系统300可将转换因子应用到指示第二监测属性的数据，以便对来自第一传感器172的指示第一监测属性的可接受数据进行仿真。例如，在一实施例中，第一属性可以是指示弯曲力矩的应变，而第二属性可以是温度、振动或加速度。在此类实施例中，系统300可利用转换因子来外推弯曲力矩，该弯曲力矩将由操作的第一传感器172在测量的第二属性处指示。应该领会，转换因子可从转子叶片112的历史数据集导出，其中，将所述多个传感器158的输出单独记录为时间序列-数据集。

在另一个实施例中，系统300可被配置成仿真或利用建模来对组件的操作状况进行模拟。因此，如在318所示，系统300可从第二传感器系统178接收指示风力涡轮100的操作状况的数据330。如在320所示，系统300可基于如由第二传感器系统178检测的风力涡轮的操作状况来对组件的操作状况进行模拟。基于模拟的结果，如在322所示，系统300可对指示组件的操作状况的数据进行仿真。应该领会，控制器200可利用测量的操作状况来外推从操作的第一传感器系统176预期的输出。

在一实施例中，其中，系统300可被配置成仿真或利用建模来对组件的操作状况进行模拟，第二传感器系统178可包括环境传感器156和（一个或多个）操作传感器158。基于这些输入，如在320所示，系统300可基于历史数据集针对检测到的环境状况332将组件的操作状况与风力涡轮的性能相互关联。历史数据集可包括响应于各种环境状况的风力涡轮性能点以及各个风力涡轮性能点时的组件的对应的操作状况。例如，第二传感器系统178可指示在由环境传感器156检测到的风速332时发电机118的功率输出。然后，控制器200可利用测量的功率输出和风速来确定导致测量的性能所必需的来自转子108的推力量。该确定又可容许控制器200在产生计算的推力时确定转子叶片112所经历的负载。此外，控制器200可对在计算的负载下对于组件操作的第一传感器系统176的输出进行仿真。

在进一步的实施例中，系统300可将第一组件的监测的操作状况与第二组件的监测的操作状况相互关联。例如，在一实施例中，这两个组件可对应于其中两个转子叶片112。因此，系统300可利用第二传感器系统178的输出作为来自第一传感器系统176的故障信号的代替。应该领会，第二传感器系统178的输出可相对于来自第一传感器系统176的所需输出有所时移。因此，在至少一个实施例中，系统300可采用时移逻辑来说明时移并将第二传感器系统178的输出与来自第一传感器系统176的所需输出相互关联。

仍然参照图5，如在308所示，系统300可被配置成经由本文中所描述的传感器冗余度方法或建模方法之一来生成故障调节信号。例如，在一实施例中，系统300可从第一传感器系统176接收指示第一传感器系统故障的数据。第一传感器系统故障可指示在第一传感器系统176内缺少可用于对来自所述多个传感器158中的至少一个传感器的可接受数据进行仿真的传感器数据。因此，如在324所示，系统300可确定第一传感器系统176的操作的传感器158的数量和/或类型是否足够以对来自故障传感器的数据进行仿真。在一实施例中，其中，操作的传感器提供足够的冗余度来补偿故障传感器，系统300可采用传感器冗余度方法。在一实施例中，其中，系统300确定在第一传感器系统176中不存在足够的传感器冗余度，系统300可采用如本文中所讨论的建模方法。

如果系统300确定第一传感器系统176缺乏足够的传感器冗余度来对来自故障传感器的缺失传感器数据进行仿真，则如在326所示，系统300可确定是否可从操作的传感器系统中获得建模输入。因此，如在334所示，系统300可以确定没有足够的建模输入可用，并且可降低风力涡轮100的操作限制。如在336所示，当提供了故障调节信号时，系统300也可降低风力涡轮100的操作限制。应该领会，与经由直接测量接收的数据相比，信号精度的潜在降级可能源自于故障传感器输出306的建模和仿真。而这又可能导致风力涡轮100的控制系统的精度降级。因此，在一实施例中，可降低风力涡轮100的操作限制，以便防止组件过载。应该进一步领会，在生成调节信号的实施例中，操作限制的降低可能少于在不生成调节信号的实施例中的降低。

此外，本领域技术人员将认识到来自不同实施例的各种特征的可互换性。类似地，所描述的各种方法步骤和特征以及针对每一种此类方法和特征的其它已知的等效物可以由本领域普通技术人员混合和匹配，以根据本公开的原理构造附加的系统和技术。当然，要理解，不一定可以根据任何特定实施例实现上文描述的所有此类目标或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本文中所描述的系统和技术可以以实现或优化如本文中教导的一个优点或一组优点的方式实施或实行，而不一定实现如本文中教导或建议的其它目标或优点。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书定义，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包含与权利要求书的字面语言没有区别的结构要素，或者如果它们包含与权利要求书的字面语言没有实质性区别的等效结构要素，那么希望此类其它示例都旨在处于权利要求书的范围内。

本发明的进一步方面由以下条款的主题提供：

条款1. 一种用于控制风力涡轮的系统，该系统包括：传感器系统，该传感器系统包括可操作地耦合到风力涡轮的组件以便检测组件的操作状况的至少一个传感器；以及通信地耦合到传感器系统的控制器，控制器包括被配置成执行多个操作的至少一个处理器，所述多个操作包括：经由故障模块检测指示传感器故障的所述至少一个传感器的输出信号，经由故障模块生成故障调节信号，以及用故障调节信号替代所述至少一个传感器的输出信号，以便致使风力涡轮的操作状态发生改变。

条款2. 之前任一条款的系统，其中，传感器系统包括可操作地耦合到组件的多个传感器，所述多个传感器的第一传感器位于第一定位并且处于故障状态，所述多个传感器的第二传感器处于操作状态，并且其中，生成故障调节信号进一步包括：从位于相对于组件的第二定位中的第二传感器接收指示操作状况的数据，其中，第二定位不同于第一定位；以及对从第二传感器接收的数据应用加权因子，以便对来自第一传感器的指示操作状况的可接受数据进行仿真，其中，加权因子调节第一和第二传感器的位置差。

条款3. 之前任一条款的系统，其中，传感器系统包括可操作地耦合到组件的多个传感器，所述多个传感器的第一传感器被配置成监测组件的第一属性，并且有故障，并且其中，生成故障调节信号进一步包括：从所述多个传感器中的第二传感器接收指示第二监测属性的数据，第一属性是不同于第二属性的属性；以及将转换因子应用到指示第二监测属性的数据，以便对来自第一传感器的指示第一监测属性的可接受数据进行仿真。

条款4. 之前任一条款的系统，其中，传感器系统是第一传感器系统，该系统进一步包括具有至少一个传感器的第二传感器系统，并且其中，生成故障调节信号进一步包括：从第二传感器系统接收指示风力涡轮的操作状况的数据；基于如由第二传感器系统检测的风力涡轮的操作状况，对组件的操作状况进行模拟；以及基于模拟，对来自第一传感器系统的指示组件的操作状况的数据进行仿真。

条款5. 之前任一条款的系统，其中，第二传感器系统具有被配置成检测作用于风力涡轮上的环境状况的至少一个环境传感器以及被配置成响应于环境状况检测风力涡轮的性能的至少一个操作传感器，并且其中，对组件的操作状况进行模拟包括：基于历史数据集，针对检测到的环境状况，将组件的操作状况与风力涡轮的性能相互关联，其中，历史数据集包括响应于各种环境状况的风力涡轮性能点以及组件在各种风力涡轮性能点时的对应的操作状况。

条款6. 之前任一条款的系统，其中，组件是第一组件，并且其中，第二传感器系统被配置成监测风力涡轮的第二组件的操作状况，并且其中，对第一组件的操作状况进行模拟包括：将第一组件的操作状况与风力涡轮的第二组件的操作状况相互关联。

条款7. 之前任一条款的系统，其中，生成调节信号进一步包括：从第一传感器系统接收指示第一传感器系统故障的数据，其中，第一传感器系统故障指示在第一传感器系统内缺少可用于对来自所述多个传感器中的至少一个传感器的可接受数据的传感器数据进行仿真。

条款8. 之前任一条款的系统，其中，该系统包括叶片监测系统，并且其中，组件包括风力涡轮的叶片。

条款9. 之前任一条款的系统，其中，第一组件是风力涡轮的第一叶片，并且其中，第二组件是风力涡轮的第二叶片。

条款10. 之前任一条款的系统，所述多个操作进一步包括：响应于故障调节信号的生成，降低风力涡轮的负载限制。

条款11. 一种用于控制风力涡轮的方法，该方法包括：经由控制器从传感器系统接收指示风力涡轮的组件的操作状况的数据，传感器系统包括可操作地耦合到组件的至少一个传感器；经由故障模块检测指示传感器故障的所述至少一个传感器的输出信号；经由故障模块生成故障调节响应，故障调节响应包括替代指示传感器故障的输出信号的调节信号；至少基于调节信号经由控制器致使风力涡轮的操作状态发生改变。

条款12. 之前任一条款的方法，其中，传感器系统包括可操作地耦合到组件的多个传感器，所述多个传感器的第一传感器位于第一定位中并且有故障，所述多个传感器的第二传感器是操作的，并且其中，生成故障调节信号进一步包括：从位于相对于组件的第二定位中的第二传感器接收指示操作状况的数据，其中，第二定位不同于第一定位；以及对从第二传感器接收的数据应用加权因子，以便对来自第一传感器的指示操作状况的可接受数据进行仿真，其中，加权因子调节第一和第二传感器的位置差。

条款13. 之前任一条款的方法，其中，传感器系统包括可操作地耦合到组件的多个传感器，所述多个传感器的第一传感器被配置成监测组件的第一属性并且处于故障状态，并且其中，生成故障调节信号进一步包括：从所述多个传感器中的第二传感器接收指示第二监测属性的数据，第一属性是不同于第二属性的属性；以及将转换因子应用到指示第二监测属性的数据，以便对来自第一传感器的指示第一监测属性的可接受数据进行仿真。

条款14. 之前任一条款的方法，其中，传感器系统是第一传感器系统，该系统进一步包括具有至少一个传感器的第二传感器系统，并且其中，生成故障调节信号进一步包括：从第二传感器系统接收指示风力涡轮的操作状况的数据；基于如由第二传感器系统检测的风力涡轮的操作状况，对组件的操作状况进行模拟；以及基于模拟，对来自第一传感器系统的指示组件的操作状况的数据进行仿真。

条款15. 之前任一条款14的方法，其中，组件是第一组件，并且其中，第二传感器系统被配置成监测风力涡轮的第二组件的操作状况，并且其中，对第一组件的操作状况进行模拟包括：将第一组件的操作状况与风力涡轮的第二组件的操作状况相互关联。

条款16. 之前任一条款的方法，其中，第一组件是风力涡轮的第一叶片，并且其中，第二组件是风力涡轮的第二叶片。

条款17. 之前任一条款的方法，其中，生成调节信号进一步包括：从第一传感器系统接收指示第一传感器系统故障的数据，其中，第一传感器系统故障指示在第一传感器系统内缺少可用于对来自所述多个传感器中的至少一个传感器的可接受数据的传感器数据进行仿真。

条款18. 一种风力涡轮，包括：紧固在地基上的塔架；安装在塔架顶部上的机舱；安装到机舱上的转子；安装到转子上的至少一个转子叶片；以及可操作地耦合到所述至少一个转子叶片的叶片监测系统，叶片监测系统包括：包括至少一个传感器的传感器系统，所述至少一个传感器可操作地耦合到所述至少一个转子叶片以便检测组件的操作状况；以及通信地耦合到传感器系统的控制器，控制器包括被配置成执行多个操作的至少一个处理器，所述多个操作包括：经由故障模块检测指示传感器故障的所述至少一个传感器的输出信号，经由故障模块生成故障调节信号，以及用故障调节信号替代所述至少一个传感器的输出信号，以便致使风力涡轮的操作状态发生改变。

条款19. 之前任一条款的风力涡轮，其中，传感器系统包括可操作地耦合到所述至少一个转子叶片的多个传感器，所述多个传感器的第一传感器位于第一定位中并且处于故障状态，所述多个传感器的第二传感器处于操作状态，并且其中，生成故障调节信号进一步包括：从位于相对于所述至少一个转子叶片的第二定位中的第二传感器接收指示操作状况的数据，其中，第二定位不同于第一定位；以及对从第二传感器接收的数据应用加权因子，以便对来自第一传感器的指示操作状况的可接受数据进行仿真，其中，加权因子调节第一和第二传感器的位置差。

条款20. 之前任一条款的风力涡轮，其中，所述至少一个转子叶片是第一转子叶片，其中，传感器系统是第一传感器系统，该系统进一步包括具有可操作地耦合到第二转子叶片的至少一个传感器的第二传感器系统，并且其中，生成故障调节信号进一步包括：从第二传感器系统接收指示第二转子叶片的操作状况的数据；基于如由第二传感器系统检测的第二转子叶片的操作状况，对第一转子叶片的操作状况进行模拟；以及基于模拟，对来自第一传感器系统的指示第一转子叶片的操作状况的数据进行仿真。

Claims (20)

1.一种用于控制风力涡轮的系统，所述系统包括：

传感器系统，所述传感器系统包括可操作地耦合到所述风力涡轮的组件以便检测所述组件的操作状况的至少一个传感器；以及

通信地耦合到所述传感器系统的控制器，所述控制器包括被配置成执行多个操作的至少一个处理器，所述多个操作包括：

经由故障模块检测指示传感器故障的所述至少一个传感器的输出信号，

经由所述故障模块生成故障调节信号，以及

用所述故障调节信号替代所述至少一个传感器的所述输出信号，以便致使所述风力涡轮的操作状态发生改变。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述传感器系统包括可操作地耦合到所述组件的多个传感器，所述多个传感器的第一传感器位于第一定位中并且处于故障状态，所述多个传感器的第二传感器处于操作状态，并且其中，生成所述故障调节信号进一步包括：

从位于相对于所述组件的第二定位中的所述第二传感器接收指示所述操作状况的数据，其中，所述第二定位不同于所述第一定位；以及

对从所述第二传感器接收的所述数据应用加权因子，以便对来自所述第一传感器的指示所述操作状况的可接受数据进行仿真，其中，所述加权因子调节所述第一和第二传感器的位置差。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述传感器系统包括可操作地耦合到所述组件的多个传感器，所述多个传感器的第一传感器被配置成监测所述组件的第一属性并且有故障，并且其中，生成所述故障调节信号进一步包括：

从所述多个传感器中的第二传感器接收指示第二监测属性的数据，所述第一属性是不同于所述第二属性的属性；以及

将转换因子应用到指示所述第二监测属性的所述数据，以便对来自所述第一传感器的指示所述第一监测属性的可接受数据进行仿真。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述传感器系统是第一传感器系统，所述系统进一步包括具有至少一个传感器的第二传感器系统，并且其中，生成所述故障调节信号进一步包括：

从所述第二传感器系统接收指示所述风力涡轮的操作状况的数据；

基于如由所述第二传感器系统检测的所述风力涡轮的所述操作状况，对所述组件的所述操作状况进行模拟；以及

基于所述模拟，对来自所述第一传感器系统的指示所述组件的所述操作状况的数据进行仿真。

5.如权利要求4所述的系统，其中，所述第二传感器系统具有被配置成检测作用于所述风力涡轮上的环境状况的至少一个环境传感器以及被配置成响应于所述环境状况检测所述风力涡轮的性能的至少一个操作传感器，并且其中，对所述组件的所述操作状况进行模拟包括：

基于历史数据集，针对检测到的环境状况，将所述组件的所述操作状况与所述风力涡轮的所述性能相互关联，其中，所述历史数据集包括响应于各种环境状况的风力涡轮性能点以及所述组件在所述各种风力涡轮性能点时的对应的操作状况。

6.如权利要求4所述的系统，其中，所述组件是第一组件，并且其中，所述第二传感器系统被配置成监测所述风力涡轮的第二组件的操作状况，并且其中，对所述第一组件的所述操作状况进行模拟包括：

将所述第一组件的所述操作状况与所述风力涡轮的所述第二组件的所述操作状况相互关联。

7.如权利要求4所述的系统，其中，生成所述调节信号进一步包括：

从所述第一传感器系统接收指示第一传感器系统故障的数据，其中，所述第一传感器系统故障指示在所述第一传感器系统内缺少可用于对来自所述多个传感器中的至少一个传感器的可接受数据的传感器数据进行仿真。

8.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括叶片监测系统，并且其中，所述组件包括所述风力涡轮的叶片。

9.如权利要求6所述的系统，其中，所述第一组件是所述风力涡轮的第一叶片，并且其中，所述第二组件是所述风力涡轮的第二叶片。

10.如权利要求1所述的系统，所述多个操作进一步包括：

响应于所述故障调节信号的所述生成，降低所述风力涡轮的负载限制。

11.一种用于控制风力涡轮的方法，所述方法包括：

经由控制器从传感器系统接收指示所述风力涡轮的组件的操作状况的数据，所述传感器系统包括可操作地耦合到所述组件的至少一个传感器；

经由故障模块检测指示传感器故障的所述至少一个传感器的输出信号；

经由所述故障模块生成故障调节响应，所述故障调节响应包括替代指示所述传感器故障的所述输出信号的调节信号；

至少基于所述调节信号经由所述控制器致使所述风力涡轮的操作状态发生改变。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述传感器系统包括可操作地耦合到所述组件的多个传感器，所述多个传感器的第一传感器位于第一定位中并且有故障，所述多个传感器的第二传感器是操作的，并且其中，生成所述故障调节信号进一步包括：

从位于相对于所述组件的第二定位中的所述第二传感器接收指示所述操作状况的数据，其中，所述第二定位不同于所述第一定位；以及

对从所述第二传感器接收的所述数据应用加权因子，以便模拟来自所述第一传感器的指示所述操作状况的可接受数据，其中，所述加权因子调节所述第一和第二传感器的位置差。

13.如权利要求11所述的方法，其中，所述传感器系统包括可操作地耦合到所述组件的多个传感器，所述多个传感器中的第一传感器被配置成监测所述组件的第一属性并且处于故障状态，并且其中，生成所述故障调节信号进一步包括：

从所述多个传感器中的第二传感器接收指示第二监测属性的数据，所述第一属性是不同于所述第二属性的属性；以及

将转换因子应用到指示所述第二监测属性的所述数据，以便模拟来自所述第一传感器的指示所述第一监测属性的可接受数据。

14.如权利要求11所述的方法，其中，所述传感器系统是第一传感器系统，所述系统进一步包括具有至少一个传感器的第二传感器系统，并且其中，生成所述故障调节信号进一步包括：

从所述第二传感器系统接收指示所述风力涡轮的操作状况的数据；

基于如由所述第二传感器系统检测的所述风力涡轮的所述操作状况，对所述组件的所述操作状况进行仿真；以及

基于所述仿真，模拟来自所述第一传感器系统的指示所述组件的所述操作状况的数据。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述组件是第一组件，并且其中，所述第二传感器系统被配置成监测所述风力涡轮的第二组件的操作状况，并且其中，对所述第一组件的所述操作状况进行仿真包括：

将所述第一组件的所述操作状况与所述风力涡轮的所述第二组件的所述操作状况相互关联。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述第一组件是所述风力涡轮的第一叶片，并且其中，所述第二组件是所述风力涡轮的第二叶片。

17.如权利要求14所述的方法，其中，生成所述调节信号进一步包括：

从所述第一传感器系统接收指示第一传感器系统故障的数据，其中，所述第一传感器系统故障指示在所述第一传感器系统内缺少可用于模拟来自所述多个传感器中的至少一个传感器的可接受数据的传感器数据。

18.一种风力涡轮，包括：

紧固在地基上的塔架；

安装在所述塔架顶部上的机舱；

安装到所述机舱上的转子；

安装到所述转子上的至少一个转子叶片；以及

可操作地耦合到所述至少一个转子叶片的叶片监测系统，所述叶片监测系统包括：

包括至少一个传感器的传感器系统，所述至少一个传感器可操作地耦合到所述至少一个转子叶片以便检测所述组件的操作状况，以及

通信地耦合到所述传感器系统的控制器，所述控制器包括被配置成执行多个操作的至少一个处理器，所述多个操作包括：

经由故障模块检测指示传感器故障的所述至少一个传感器的输出信号，

经由所述故障模块生成故障调节信号，以及

用所述故障调节信号替代所述至少一个传感器的所述输出信号，以便致使所述风力涡轮的操作状态发生改变。

19.如权利要求18所述的风力涡轮，其中，所述传感器系统包括可操作地耦合到所述至少一个转子叶片的多个传感器，所述多个传感器的第一传感器位于第一定位中并且处于故障状态，所述多个传感器的第二传感器处于操作状态，并且其中，生成所述故障调节信号进一步包括：

从位于相对于所述至少一个转子叶片的第二定位中的所述第二传感器接收指示所述操作状况的数据，其中，所述第二定位不同于所述第一定位；以及

对从所述第二传感器接收的所述数据应用加权因子，以便模拟来自所述第一传感器的指示所述操作状况的可接受数据，其中，所述加权因子调节所述第一和第二传感器的位置差。

20.如权利要求18所述的风力涡轮，其中，所述至少一个转子叶片是第一转子叶片，其中，所述传感器系统是第一传感器系统，所述系统进一步包括具有可操作地耦合到第二转子叶片的至少一个传感器的第二传感器系统，并且其中，生成所述故障调节信号进一步包括：

从所述第二传感器系统接收指示所述第二转子叶片的操作状况的数据；

基于如由所述第二传感器系统检测的所述第二转子叶片的所述操作状况，对所述第一转子叶片的所述操作状况进行仿真；以及

基于所述仿真，模拟来自所述第一传感器系统的指示所述第一转子叶片的所述操作状况的数据。

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