PL210290B1 - Sposób monitorowania czujnika prędkości wiatru współpracującego z instalacją wiatrową - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu monitorowania czujnika prędkości wiatru współpracującego z instalacją wiatrową.

Z JP 11072502 znane jest sprawdzanie anemometru, który działa wadliwie, w procesie, albo stwierdzanie jego wadliwego działania. W takiej sytuacji sygnał anemometru jest oceniany za pomocą komputera i przy zmiennych warunkach wiatru oceniane dane są porównywane, a na ich podstawie można wyprowadzić sygnał błędu.

JP 57-198870 opisuje urządzenie do testowania anemometrów, w którym anemometry są badane w warunkach eksploatacyjnych. Patent USA nr 4.334.881 opisuje, jak anemometr można stosować w instalacji wiatrowej, przy czym sygnał z anemometru jest wykorzystywany do sterowania instalacji wiatrowej.

Czujniki do monitorowania prędkości przepływu mediów (płynów) są od dawna znane. Mierniki prędkości przepływu płynów są stosowane w wielu odmianach. Przykładowo anemometry stosuje się w większości szeroko zmieniających się konfiguracji konstrukcyjnych w stosunku do mediów gazowych, które obejmują również powietrze. Czujniki te są często usytuowane w miejscu wystawionym na działanie czynników atmosferycznych, które mają szkodliwy wpływ na ich niezawodność działania. Przykładowo anemometry używane w instalacjach wiatrowych mogą często podlegać oblodzeniu w zależności od pogody. Można łatwo zauważyć, że taki oblodzony anemometr nie będzie dawał prawidłowej wartości prędkości przepływu powietrza. Redundancja nie zapewnia tu zadowalającego rozwiązania, ponieważ redundancyjnie stosowany anemometr również podlega oblodzeniu.

Dlatego celem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu monitorowania czujnika prędkości wiatru możliwego do przeprowadzenia bez stosowania dodatkowych czujników.

Według wynalazku, sposób monitorowania czujnika prędkości wiatru współpracującego z instalacją wiatrową, w którym aktualną prędkość wiatru wykrywaną przez czujnik porównuje się z prędkością wiatru odpowiadającą aktualnemu parametrowi eksploatacyjnemu instalacji wiatrowej napędzanej wiatrem, przy czym równocześnie albo kolejno wykorzystuje się wiele parametrów eksploatacyjnych do porównania z danymi z czujnika charakteryzuje się tym, że przy prędkości wiatru poniżej nominalnej, jako parametr eksploatacyjny wykorzystywany do porównań stosuje się moc wytwarzaną przez instalację wiatrową, a przy prędkości wiatru powyżej nominalnej, jako parametr eksploatacyjny wykorzystywany do porównań stosuje się kąt (α) ustawienia łopat (14) wirnika instalacji wiatrowej, przy czym porównuje się aktualne wskazanie czujnika prędkości wiatru z oczekiwaną prędkością wiatru odpowiadającą wartości aktualnie mierzonego parametru eksploatacyjnego, następnie wyciąga się wnioski co do poprawności działania czujnika prędkości wiatru, które to porównanie stanowi podstawę oceny poprawności działania czujnika.

Tak więc, w sposobie według wynalazku wykorzystuje się wartości co najmniej jednego parametru eksploatacyjnego instalacji wiatrowej, które są zależne od prędkości wiatru mierzonej przez czujnik. W tym aspekcie wynalazek oparty jest na spostrzeżeniu, że działanie instalacji wiatrowej wykorzystuje dane nie tylko z konkretnych) czujników, ale również wartości parametrów eksploatacyjnych. Dany stan eksploatacyjny jest niezależny od monitorowanego czujnika, ale zależny od odpowiednich warunków przepływu. Jeżeli charakterystyczny parametr eksploatacyjny jest zależny od prędkości przepływu, określanej przez czujnik, to z takiej zależności można wyprowadzić wniosek, czy wartości takie są ze sobą powiązane wiarygodnie, to znaczy czy czujnik taki działa poprawnie.

W korzystnym rozwinię ciu sposobu dane z czujnika są porównywane z wieloma parametrami eksploatacyjnymi w układzie równoległym lub szeregowym (równocześnie lub kolejno). Porównywanie równoległe danych zwiększa niezawodność otrzymywanych informacji o działaniu czujnika. Jednakże z drugiej strony, aby uzyskać możliwie pewną ocenę bez względu na warunki eksploatacyjne instalacji może być, w zależności od odpowiednich warunków eksploatacyjnych, korzystne wykorzystanie najpierw pierwszego parametru eksploatacyjnego do procedury porównywania, a przy zmieniających się warunkach eksploatacyjnych wykorzystanie drugiego lub dalszych parametrów eksploatacyjnych.

Celem lepszego zrozumienia wynalazku przedstawiono rysunek ze stanu techniki, na którym:

Poz. 1, przedstawia instalację wiatrową

Poz. 2 przedstawia znane charakterystyki parametrów eksploatacyjnych: wartości mocy i kąta nastawienia łopat wirnika instalacji wiatrowej w funkcji prędkości wiatru.

Poz. 1 przedstawia instalację wiatrową zawierającą maszt 10, gondolę 12 umieszczoną na maszcie 10, z wirnikiem posiadającym łopaty 14 wirnika, służące do napędzania generatora (nie pokazano)

PL 210 290 B1 umieszczonego w gondoli, przy czym generator ten wytwarza energię elektryczną w zależności od prędkości wiatru. Na gondoli 12 umieszczono również anemometr 16 do wykrywania prędkości wiatru.

Ponieważ zwłaszcza w zimie, przy odpowiednich warunkach pogodowych, anemometr 16 może często ulegać oblodzeniu, a zatem prędkość wiatru może być niepoprawnie pokazywana, anemometr 16 jest monitorowany przy wykorzystaniu informacji o wartości mocy elektrycznej wytwarzanej przez instalację wiatrową, która to moc jest zależna od prędkości wiatru. Jeżeli moc wytworzona przez instalację wiatrową jest większa niż byłoby to oczekiwane zgodnie z prędkością wiatru podawaną przez anemometr 16, można z tego wywnioskować, że anemometr nie działa poprawnie, ponieważ wytwarzana moc nie mogłaby powstawać, gdyby prędkość wiatru była do tego niewystarczająca.

Zależność tę pokazano na poz. 2 w postaci charakterystyk. Charakterystyka 20 przedstawia zmianę mocy instalacji wiatrowej w zależności od prędkości wiatru. Na osi poziomej zaznaczono przy tym przez V prędkość wiatru, a na osi rzędnych przez P zaznaczono moc. Jak wynika z tej charakterystyki, moc zwiększa się wraz ze wzrostem prędkości wiatru, aż do osiągnięcia nominalnej prędkości wiatru w punkcie 24 na osi odciętych. Od tej chwili instalacja wiatrowa wytwarza moc nominalną. Zatem przynajmniej w zakresie od początku krzywej do tego punktu 24 można wykorzystać fakt powiązania wytwarzanej mocy z prędkością wiatru i wnioskować z tej zależności, czy anemometr 16 działa prawidłowo.

Jednakże po osiągnięciu nominalnej prędkości wiatru krzywa 20 nie daje już użytecznego wskazania dla korelacji z prędkością wiatru podawaną przez anemometr. Zamiast charakterystyki mocy można jednak wykorzystać charakterystykę 22 kąta ustawienia α łopaty 14. Od chwili osiągnięcia nominalnej prędkości wiatru, gdy prędkość wiatru nadal wzrasta, w sposób określony zmieniany jest kąt α ustawienia łopat wirnika. Pokazano to na dolnej charakterystyce. Na osi odciętych zaznaczono tu również prędkość wiatru V, a na osi rzędnych kąt α ustawienia łopat wirnika. Z krzywej tej wynika, że kąt ten maleje wraz ze wzrostem prędkości wiatru. Jeśli zatem krzywa wychodzi poza punkt 24, wówczas na podstawie kąta a ustawienia łopat 14 wirnika można określić, czy anemometr nadal podaje prawidłową prędkość wiatru.

Należy zauważyć, że zamiast kolejnego wykorzystywania wielu parametrów eksploatacyjnych, możliwe jest także równoczesne uwzględnianie tych parametrów, przy czym dopóki prędkość wiatru jest mniejsza od wartości nominalnej, moc wytworzona przez instalację wykorzystywana jest jako parametr eksploatacyjny, a równocześnie bada się kąt ustawienia łopat 14 wirnika. Po przejściu krzywej poza punkt 24, a więc po przekroczeniu nominalnej prędkości wiatru wykorzystywany jest teraz kąt ustawienia łopat 14 wirnika, a równocześnie uwzględniana jest moc wytwarzana przez instalację wiatrową.

Należy zauważyć, że sposób według wynalazku może być stosowany nie tylko w odniesieniu do instalacji wiatrowych. Również w instalacjach wodnych ilość wytwarzanej mocy elektrycznej jest zależna od ilości wody przepływającej przez instalację.

Ten sposób można również wykorzystywać nawet w silnikach spalinowych, aby przykładowo monitorować doprowadzanie paliwa. Natężenie przepływu paliwa można tu korelować z wytwarzaną mocą (mechaniczną).

Claims (1)

1. Sposób monitorowania czujnika prędkości wiatru współpracującego z instalacją wiatrową, w którym aktualną prędkość wiatru wykrywaną przez czujnik porównuje się z prędkością wiatru odpowiadającą aktualnemu parametrowi eksploatacyjnemu instalacji wiatrowej napędzanej wiatrem, przy czym równocześnie albo kolejno wykorzystuje się wiele parametrów eksploatacyjnych do porównania z danymi z czujnika, znamienny tym, że przy prędkości wiatru poniżej nominalnej, jako parametr eksploatacyjny wykorzystywany do porównań stosuje się moc wytwarzaną przez instalację wiatrową, a przy prędkości wiatru powyżej nominalnej, jako parametr eksploatacyjny wykorzystywany do porównań stosuje się kąt (α) ustawienia łopat (14) wirnika instalacji wiatrowej, przy czym porównuje się aktualne wskazanie czujnika prędkości wiatru z oczekiwaną prędkością wiatru odpowiadającą wartości aktualnie mierzonego parametru eksploatacyjnego, które to porównanie stanowi podstawę oceny poprawności działania czujnika.