TW202229722A - 風力機監測裝置、風力機系統及風力機監測方法 - Google Patents

風力機監測裝置、風力機系統及風力機監測方法 Download PDF

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Abstract

一種用於監測一風力機的風力機監測裝置，該風力機包括用於偵測一風力機葉片上之一雷擊之一雷電感測器，該風力機監測裝置包括：一雷電參數獲取零件，該雷電參數獲取零件經組配以基於該雷電感測器的一輸出獲取至少一個雷電參數；一雷電位準判定零件，該雷電位準判定零件經組配以基於由該雷電參數獲取零件獲取的該至少一個雷電參數判定該雷擊的一位準；及一檢測控制零件，該檢測控制零件經組配以根據由該雷電位準判定的該雷擊之該位準判斷是否有必要由用於檢測該風力機葉片的至少一個檢測單元自動地檢測該風力機葉片。

Description

風力機監測裝置、風力機系統及風力機監測方法
發明領域
本發明係關於一種風力機監測裝置、一種風力機系統及一種風力機監測方法。
發明背景
專利文獻1揭示一種用於風力機發電設備的狀態監測系統，從而準確地估計風力機葉片歸因於雷擊的損壞狀態。在此狀態監測系統中，風力機葉片的損壞狀態基於表示雷擊之嚴重性的雷電參數來估計。 引文清單 專利文獻
專利文獻1：JP5614765B
發明概要
當雷電擊中風力發電機上的風力機葉片時，風力機葉片的損壞狀態可藉由檢測風力機葉片來檢查。然而，就不管雷擊之損壞風險的量值而調度檢測人員的勞動及成本而言為非所要的。所要的是根據雷擊之損壞風險的量值來執行風力機葉片的自動檢測。就此而言，專利文獻1並未揭示用於根據風力機葉片之損壞風險之量值判斷風力機葉片之自動檢測之必要性的組態。
鑒於以上內容，本發明之目標為提供一種風力機監測裝置、一種風力機系統及一種風力機監測方法，藉此有可能根據風力機葉片之損壞風險的量值來判斷是否有必要自動地檢測風力機葉片。
為了實現以上目標，一種用於監測一風力機(該風力機包括用於偵測一風力機葉片上之一雷擊的一雷電感測器)的根據本發明之風力機監測裝置包含：一雷電參數獲取零件，該雷電參數獲取零件經組配以基於該雷電感測器的一輸出獲取至少一個雷電參數；一雷電位準判定零件，該雷電位準判定零件經組配以基於由該雷電參數獲取零件獲取的該至少一個雷電參數判定該雷擊的一位準；及一檢測控制零件，該檢測控制零件經組配以根據由該雷電位準判定零件判定的該雷擊之位準判斷是否有必要由用於檢測該風力機葉片的該至少一個檢測單元自動地檢測該風力機葉片。
另外，為了實現以上目標，一種用於監測一風力機(該風力機包括用於偵測一風力機葉片上之一雷擊的一雷電感測器)的根據本發明之風力機監測方法包含：基於該雷電感測器的一輸出獲取至少一個雷電參數；基於至少一個雷電參數判定該雷擊的一位準；及根據該雷擊之該位準判斷是否有必要由用於檢測該風力機葉片的該至少一個檢測單元自動地檢測該風力機葉片。
根據本發明，提供一種風力機監測裝置、一種風力機系統及一種風力機監測方法，藉此有可能根據風力機葉片之損壞風險的量值來判斷是否有必要自動地監測風力機葉片。
較佳實施例之詳細說明
現將參看隨附圖式來更詳細地描述本發明之實施例。然而，意欲除非特別指定，否則實施例中所描述之組件的尺寸、材料、形狀、相對位置及類似者應解譯為僅說明性而非意欲限制本發明的範疇。 舉例而言，諸如「在一方向上」、「沿著一方向」、「平行」、「正交」、「定中心」、「同中心的」及「同軸」的表達不應解譯為僅嚴格字面意義上表示配置，而且包括配置相對移位達容許度或角度或距離，藉此有可能達成相同功能的狀態。 舉例而言，諸如「相同」、「相等」及「均一」之相等狀態的表達不應解譯為僅表示特徵嚴格相等的狀態，而且包括存在仍可達成相同功能之容許度或差的狀態。 另外，例如，諸如矩形形狀或圓柱形狀的表達不應解譯為僅幾何上嚴格的形狀，而且包括具有不均勻度或倒角角隅的形狀，該不均勻度或倒角角隅係在相同效應可被達成的範圍內。 另一方面，諸如「包含」、「包括」、「具有」、「含有」及「構成」的表達意欲為不包括其他組件。
圖1為根據實施例的由風力機監測裝置監測的風力機10的示意性側視圖。 風力機10包括安設於地基12上的塔14、安置於塔14之上端上的艙16、轉子18，及由轉子18驅動的發電機19。轉子18包括旋轉附接至艙16的轉子頭端(輪轂) 20，及附接至轉子頭端20的至少一個風力機葉片(葉片) 21。在實施例中，風力機10具有三個風力機葉片21。
當轉子18由風能旋轉時，發電機19產生電能，且電能供應至連接至發電機19的電力網。風力機10可安設於陸地及海上。
圖2為示意性地繪示轉子18之周圍結構的圖。 在一些實施例中，風力機10之每一風力機葉片21包括由例如玻璃纖維強化塑膠(glass fiber reinforced plastic，GFRP)或碳纖維強化塑膠(carbon fiber reinforced plastic，CFRP)構成的中空葉片本體22，及形成於葉片本體22之表面上的線圈或(網格)金屬層23。在其他狀況下，風力機葉片21包括中空葉片本體22及葉片本體22內部的導體。此圖繪示中空葉片本體22。金屬層23自每一風力機葉片21的葉片尖端延伸至葉片根部，且電連接至擬合於葉片根部處的導電放電部件24。
放電部件24經由自艙16徑向延伸的輪輻狀導電材料26電連接至安置於艙16上的電力接收零件29，且電連接至艙16。艙16之導電部分電連接至塔14的導電部分。導電材料26之一個末端形成觸點44，當風力機葉片21在方向A上改變仰角時，該觸點44在放電部件24的外部周邊表面上可滑動。導電材料26之另一末端形成觸點46，當轉子18在方向B上旋轉時，該觸點46在電力接收零件29上可滑動。因此，金屬層23、放電部件24、艙16及塔14構成自風力機葉片21之尖端延伸至塔14之下端的電流路徑(接地線) 28 (參見圖4)，且金屬層23充當下引導體。每一風力機葉片21可具有在風力機葉片21內部作為下引導體延伸的導線。電流路徑28構成風力機葉片21的雷電保護系統(lightning protection system，LPS)。
圖3為繪示用於監測風力機10之風力機監測裝置100的硬體組態之圖形。 風力機監測裝置100由電腦提供，該電腦包括經由匯流排84連接的中央處理單元(central processing unit，CPU) 72、隨機存取記憶體(random access memory，RAM) 74、唯讀記憶體(read only memory，ROM) 76、硬碟機(hard disk drive，HDD) 78、輸入I/F 80，及輸出I/F 82。風力機監測裝置100的硬體組態不限於此，且可由控制電路及儲存裝置的組合來組配。風力機監測裝置100藉由執行程式來設置，該程式藉由電腦來實現風力機監測裝置100的每一功能。下文描述之風力機監測裝置100之每一零件的功能藉由例如以下操作來實現：將儲存於ROM 76中之程式載入於RAM 74中，且由CPU 72執行程式，且讀取並寫入資料於RAM 74或ROM 76。另外，藉由專用於影像處理的諸如圖形處理單元(graphics processing unit，GPU)之算術裝置，影像資料可更有效地進行處理。
圖4為用於描述風力機監測裝置100之功能組態的方塊圖。風力機監測裝置100例如配置於艙16內部，且風力機10及風力機監測裝置100構成風力機系統。 如第4圖中所繪示，電流感測器30附接至例如放電部件24與艙16之間的電流路徑28之一部分，作為用於偵測風力機葉片21上之雷擊的雷電感測器。在實施例中，三個電流感測器30附接至三個風力機葉片21之各別電流路徑28的三個並行部分。更具體而言，一個電流感測器30附接至三個導電材料26中的每一者。即，電流感測器30安置於每一風力機葉片21上以偵測流經風力機葉片21的雷電電流。電流感測器30為例如羅格夫斯基(Rogowski)線圈或電流變送器。
風力機監測裝置100包括雷電參數獲取零件32、雷電位準判定零件33及檢測控制零件34。 雷電參數獲取零件32經組配以基於電流感測器30之輸出來獲取多個雷電參數。在本實施例中，雷電參數獲取零件32基於電流感測器30的輸出來獲取多個雷電參數，該多個雷電參數例如包括歸因於雷擊流經風力機葉片21之雷電電流的峰值、藉由對在雷擊之持續時間上對雷電電流之平方進行積分獲得的雷擊之特定能量，及/或藉由在雷擊之持續時間上對雷電電流進行積分獲得的電極之電荷。下文中，術語「電流峰值」意謂由雷電參數獲取零件32獲取的雷電電流之峰值(雷電電流的最大值)，術語「特定能量」意謂由雷電參數獲取零件32獲取的雷擊之特定能量，且術語「電荷」意謂由雷電參數獲取零件32獲取的雷擊之電荷。
基於由雷電參數獲取零件32獲取之多個雷電參數(雷電電流的峰值、特定能量及電荷)，雷電位準判定零件33自多個雷電位準Q1至Q4判定由電流感測器30偵測到的雷擊的位準。
在本發明之實施例中，多個雷電位準按嚴重性次序包括以下四個層級：Q1 (第一位準)、Q2 (第二位準)、Q3 (第三位準)及Q4 (第四位準)。具體而言，在四個雷電位準Q1至Q4之中，Q1為最不嚴重的，Q2比Q1更嚴重，Q3比Q2嚴重，且Q4比Q3嚴重且為最嚴重的。本發明之其他實施例可具有較少或較多位準。
現將描述用於由雷電位準判定零件33判定雷擊之位準的方法之實例。 首先，雷電位準判定零件33判定由電流感測器30偵測到之雷擊位準是否為Q1。具體而言，若所有以下條件1、2及3被滿足，則判定雷擊之位準為Q1。 條件1：雷電電流的峰值大於0且等於或小於臨限值I1。 條件2：特定能量大於0且等於或小於臨限值E1。 條件3：電荷大於0且等於或小於臨限值C1。 臨限值I1、E1及C1可分別為例如但不限於100 (kA)、2.5 (MJ/歐姆)及150 (C)。
若雷擊之位準並非Q1，則雷電位準判定零件33判定雷擊之位準是否為Q4。具體而言，若以下條件4、5及6中的至少一者被滿足，則判定雷擊之位準為Q4。 條件4：雷電電流的峰值大於臨限值I3。 條件5：特定能量大於臨限值E3。 條件6：特定電荷大於臨限值C3。 臨限值I3、E3及C3分別大於臨限值I1、E1及C1。臨限值I3、E3及C3可分別為例如但不限於200 (kA)、10 (MJ/歐姆)及300 (C)。
若雷擊之位準既非Q1亦非Q4，且若以下條件7、8及9中的至少一者被滿足，則雷電位準判定零件33判定雷擊之位準為Q3。 條件7：雷電電流的峰值大於臨限值I2。 條件8：特定能量大於臨限值E2。 條件9：特定電荷大於臨限值C2。 臨限值I2、E2及C2分別大於臨限值I1、E1及C1。另外，臨限值I2、E2及C2分別小於臨限值I3、E3及C3。臨限值I2、E2及C2可分別為例如但不限於150 (kA)、5.6 (MJ/歐姆)及225 (C)。
若雷擊之位準既非Q1、Q3亦非Q4，則由於以下條件10、11及12中的至少一者被滿足，因此判定雷擊之位準為Q2。 條件10：雷電電流的峰值大於臨限值I1。 條件11：特定能量大於臨限值E1。 條件12：電荷大於臨限值C1。
根據由雷電位準判定零件33判定之雷擊的位準Q1至Q4，檢測控制零件34經組配以判斷是否有必要由用於自動地檢測風力機葉片21之損壞狀態的至少一個檢測單元40自動地檢測風力機葉片21。另外，根據由雷電位準判定零件33判定之雷擊的位準Q1至Q4，檢測控制零件34經組配以判斷是否有必要由用於檢測風力機葉片21之損壞狀態的至少一個檢測單元41檢測風力機葉片21。檢測單元40及檢測單元41在檢測風力機葉片21的方式上不同。本文中，「自動檢測」意謂，檢測單元40自動地檢測風力機葉片21而無任何手動操作。
至少一個檢測單元40為啟用風力機葉片21之簡單自動檢測的檢測單元，且包括成像裝置40a、麥克風40b或評估零件40c中的至少一者，如圖5中所繪示。至少一個檢測單元41為在不將人員發送至風力機10的情況下啟用風力機葉片21之遠端檢測的檢測單元，且包括以下各者中的至少一者：負載感測器41a、無人機41b、評估零件41c、電阻感測器41d、加速度感測器41e、光學感測器41f、偏轉感測器41g或壓力感測器41h。
繪示於圖5中之成像裝置40a可為固定至設置於塔14之外壁中之孔39的攝影機，例如如圖7中所繪示，且經組配以俘獲風力機葉片21的影像。在繪示於圖7中的實例中，至少一個檢測單元40包括多個成像裝置40a。成像裝置40a為固定至各別孔39的攝影機，該等孔沿著塔14之外壁上塔之高度方向配置。成像裝置40a可交替地在例如沿著塔或圍繞塔之軌條上可移動。諸如燈之一或多個照射裝置亦可經設置以允許改良的成像。
另外，當風力機葉片21之殼包括具有不同色彩的多個層時，如圖8中所繪示，風力機葉片21的損壞狀態可基於由成像裝置40a俘獲之風力機葉片21之殼的色彩來檢測。
舉例而言，繪示於圖5中之麥克風40b可固定於風力機葉片21內部。由於風力機葉片21藉由接合多個結構零件來形成，因此當結構零件的接合條件歸因於雷擊惡化時，聲音在接合部處產生。因此，藉由用固定於風力機葉片21內部之麥克風40b偵測聲音，可檢測風力機葉片21的損壞狀態。
評估零件40c藉由以下操作來檢測風力機葉片21：讀取關聯資訊，該資訊表示多個雷電參數(雷電電流之峰值、特定能量、電荷)與風力機葉片21之損害量之間的關係；及基於關聯資訊及多個雷電參數來評估風力機葉片21的損壞量。關聯資訊可基於雷電保護系統的測試結果而產生，測試先前已執行且結果儲存於儲存零件42中，或測試結果可自由實際風力機10獲取且儲存於儲存零件42中的雷擊資料產生。
負載感測器41a固定至風力機葉片21。當風力機葉片21受到損害，諸如破裂或剝離時，負載相較於風力機葉片之正常狀態增大。因此，藉由用負載感測器41a偵測風力機葉片21上之負載，可檢測風力機葉片21的損壞狀態。負載感測器可例如為光學纖維感測器或應變計。
當使用無人機41b時，風力機葉片21可藉由使無人機41b更靠近於風力機葉片21之任何部分藉由所要檢測方法來檢測。
評估零件41c藉由以下操作來檢測風力機葉片21：讀取電力曲線，該曲線表示風速與來自儲存零件42之風力機10的輸出(由發電機19產生之電量)之間的關係；及比較風力機10在風力機葉片21被雷擊之後的輸出與電力曲線以評估風力機葉片21的損壞狀態。舉例而言，當被雷擊之風力機葉片10的輸出低於由電力曲線表示的輸出時，可判定風力機葉片21受到損壞。
電阻感測器41d藉由偵測風力機葉片21之導體部分(在繪示於圖2中之實例中，由金屬層23及導電材料23構成的一部分)的電阻來檢測風力機葉片21的損壞狀態。電阻感測器41d可例如使用無人機41b (參見圖1)在風力機葉片21之葉片尖端與葉片根部之間施加電流來偵測電阻。
加速度感測器41e固定至風力機葉片21。加速度感測器41e量測風力機之葉片的振動，藉由快速傅里葉變換(fast Fourier transform，FFT)將振動轉換為頻譜，且基於峰值偏離及振幅偏差、三個風力機葉片21的比較及信號強度及/或葉片之圖案與同一葉片之歷史圖案的比較由圖案辨識檢測葉片的損壞狀態。
光學感測器41f藉由以下操作來檢測風力機葉片21的損壞狀態：由安置於風力機葉片21或塔14內部之雷射及反射器偵測施加至風力機葉片21的負載及風力機葉片21的偏轉。
偏轉感測器41g藉由以下操作來檢測風力機葉片21的損壞狀態：由安置於風力機葉片21內部的用於間距控制之攝影機及反射器偵測施加至風力機葉片21的負載及風力機葉片21的偏轉。
壓力感測器41h藉由偵測風力機葉片21之內部壓力來檢測風力機葉片21損壞狀態。當雷電擊中風力機葉片21時，風力機葉片21的內部壓力增大，且構成風力機葉片21之結構零件的接合條件惡化。因此，設置於風力機葉片21之尖端處之接受器(圖中未示)的固持力被減小，使得接受器可被拆離。因此，風力機葉片21之內部壓力及/或壓力隨時間之發展可用作風力機葉片21之損壞狀態的指標。
下文中，將描述用於由風力機監測裝置100監測風力機10的方法之實例。圖9為繪示用於由風力機監測裝置100監測風力機10的方法之實例的流程圖。
首先，在S101中，雷電位準判定零件33基於電流感測器30之輸出判斷電流感測器30是否偵測到風力機葉片21上的雷擊。
在S101中，若電流感測器30並未偵測到雷擊，亦即若電流感測器30並未偵測到電流(在電流感測器30如上文所描述針對每一風力機葉片21安置的狀況下，若電流感測器30中的每一者皆未偵測到電流)，則在S102中，風力機10的操作繼續。表達「繼續風力機10的操作」意謂，轉子18正旋轉且由發電機19進行的發電繼續。
在S101中，若電流感測器30偵測到雷擊，亦即若電流感測器30偵測到電流(在電流感測器30如上文所描述針對每一風力機葉片21安置的狀況下，若電流感測器30中的任一者偵測到電流)，則在S103中，檢測控制零件34停止風力機10的操作而不管雷擊的位準。表達「停止風力機10的操作」意謂，轉子18停止且由發電機19進行的發電停止。
在S104中，基於電流感測器30的輸出，雷電參數獲取零件32獲取歸因於雷擊流經風力機葉片21之雷電電流的峰值、藉由在雷擊之持續時間對雷電電流之平方進行積分獲得的雷擊之特定能量，及藉由在雷擊之持續時間上對雷電電流進行積分獲得的雷擊之電荷作為雷電參數。接著，雷電位準判定零件33基於由雷電參數獲取零件32獲取之三個雷電參數來判定由電流感測器30偵測到之雷擊的位準是否為Q1。若所有前述條件1、2及3被滿足，則雷電位準判定零件33判定，雷擊位準為Q1。
在S104中，若判定雷擊位準為Q1，則在S105中，檢測控制零件34判斷由檢測單元40進行之風力機葉片21的檢測及檢測單元41進行之風力機葉片21的檢測皆為不必要的，且重新開始風力機10的操作而不檢測風力機葉片21。
在S104中，若判定雷擊位準並非Q1，則在S106中，雷電位準判定零件33判定雷擊位準是否為Q4。雷電位準判定零件33判定，若前述條件4、5及6中之至少一者被滿足，則雷擊位準為Q4。
在S106中，若判定雷擊之位準為Q4，則在S107中，檢測控制零件34傳輸資訊至風力機10之維護公司或類似者，該資訊表示有必要由人員執行風力機葉片21的檢測(諸如視覺檢測的詳細檢測)且快速修復風力機葉片21而不重新開始風力機10的操作。
在S106中，若判定雷擊之位準並非Q4，則在S108中，判定雷擊之位準是否為Q3。若雷擊之位準既非Q1亦非Q4，且若上述條件7、8及9中的至少一者被滿足，則雷電位準判定零件33判定雷擊之位準為Q3。
在S108中，若判定雷擊之位準為Q3，則在S109中，指示風力機葉片21的由至少一個檢測單元41進行的遠端檢測。舉例而言，表示有必要由至少一個檢測單元41執行風力機葉片21之遠端檢測的資訊被傳輸至風力機葉片10的維護公司。另外，在S110中，基於由至少一個檢測單元41進行的風力機葉片21之遠端檢測的結果，判斷是否重新開始風力機10的操作。另外，在S108中，若判定雷擊之位準為Q3，則可在預定時段(例如，在3個月內)內發送人員以執行風力機葉片21的詳細檢測或修復。
在S108中，若判定雷擊之位準並非Q3，由於上述條件10、11及12中的至少一者被滿足，因此判定雷擊之位準為Q2。在此狀況下，在S111中，檢測控制零件34由至少一個檢測單元40執行風力機葉片21的自動檢測。在S112中，檢測控制零件34基於S111中之自動檢測的結果來判斷是否重新開始風力機的操作。另外，在S108中，若判定雷擊之位準為Q2，則可在長於預定時段的時段內(例如，在6個月內)發送人員以執行風力機葉片21的詳細檢測或修復。
接著，將描述用於由風力機監測裝置100監測風力機10的方法之另一實例。圖10為繪示用於由風力機監測裝置100監測風力機10的方法之另一實例的流程圖。
首先，在S201中，雷電位準判定零件33基於電流感測器30之輸出判定電流感測器30是否偵測到風力機葉片21上的雷擊。
在S201中，若電流感測器30並未偵測到雷擊，亦即若電流感測器30並未偵測到電流(在電流感測器30如上文所描述針對每一風力機葉片21安置的狀況下，若電流感測器30中的每一者皆未偵測到電流)，則在S202中，風力機10的操作繼續。
在S201中，若電流感測器30偵測到雷擊，亦即，若電流感測器30偵測到電流(在電流感測器30如上文所描述針對每一風力機葉片21安置的狀況下，若電流感測器30中的任一者偵測到電流)，則在S203中，雷電參數獲取零件32基於電流感測器30的輸出獲取歸因於雷擊流經風力機葉片21之雷電電流的峰值、藉由對在雷擊之持續時間上對雷電電流之平方進行積分獲得的雷擊之特定能量及藉由在雷擊之持續時間上對雷電電流進行積分獲得的雷擊之電荷作為雷電參數。接著，雷電位準判定零件33基於由雷電參數獲取零件32獲取之三個雷電參數來判定由電流感測器30偵測到之雷擊的位準是否為Q1。若所有前述條件1、2及3被滿足，則雷電位準判定零件33判定，雷擊位準為Q1。
在S203中，若判定雷擊之位準為Q1，則在S204中，檢測控制零件34判斷由檢測單元40進行之風力機葉片21的檢測及檢測單元41進行之風力機葉片21的檢測皆為不必要的，且繼續風力機10的操作而不檢測風力機葉片21。
在S203中，若判定雷擊之位準並非Q1(若雷擊之位準比Q1更嚴重)，則在S205中，檢測控制零件34停止風力機10的操作。
後續步驟S206至S212與參看圖9描述之S106至S112相同，因此其描述將被省略。
本發明不限於上文描述之實施例，而是包括對上文描述之實施例的修改及由彼等實施例之組合構成的實施例。
舉例而言，若雷擊之位準為Q4，則檢測控制零件34可執行不僅由人員進行之風力機葉片21的視覺檢測，而且執行由檢測單元40進行之風力機葉片21的自動檢測，或由檢測單元41進行的風力機葉片之遠端檢測。
另外，若雷擊之位準為Q3，則檢測控制零件34可執行不僅由檢測單元41進行之風力機葉片的遠端檢測，而且執行由檢測單元40進行之風力機葉片21的自動檢測。
在上述實施例中，基於電流感測器30的輸出，雷電參數獲取零件32獲取歸因於雷擊流經風力機葉片21之雷電電流的峰值、藉由在雷擊之持續時間上對雷電電流之平方進行積分獲得的雷擊之特定能量及藉由在雷擊之持續時間上對雷電電流進行積分獲得的雷擊之電荷作為雷電參數。然而，由雷電獲取零件32獲取之雷電參數不限於三個參數，而是可包括電流、能量、歸因於風力機葉片21上之雷擊的電荷，或自電流、能量或電荷中之至少一者導出的至少一個參數。
儘管在上述實施例中，配置於艙16內部之風力機監測裝置100已予以了描述，但風力機監測裝置100可安置於與風力機10分離的遠端地方中，且可經組配以經由與風力機10之通訊監測風力機10。在此狀況下，類似地，風力機10及風力機監測裝置100繼續構成風力機系統。
舉例而言，以上實施例中描述的內容將例如理解如下。
(1)  一種根據本發明之風力機監測裝置(例如，上文描述之風力機監測裝置100)為一種用於監測一風力機(例如，上文描述之風力機10)的風力機監測裝置，該風力機包括用於偵測一風力機葉片(例如，上文描述之風力機葉片21)上之一雷擊的一雷電感測器(例如，上文描述之電流感測器30)，該風力機監測裝置包含：一雷電參數獲取零件(例如，上文描述之雷電參數獲取零件32)，該雷電參數獲取零件經組配以基於該雷電感測器的一輸出獲取至少一個雷電參數；一雷電位準判定零件(例如，上文描述之雷電位準判定零件33)，該雷電位準判定零件經組配以基於藉由該雷電參數獲取零件獲取的該至少一個雷電參數判定該雷擊的一位準；及一檢測控制零件(例如，上文描述之檢測控制零件34)，該檢測控制零件經組配以根據由該雷電位準判定零件判定的該雷擊之該位準判斷是否有必要由用於檢測該風力機葉片的該至少一個檢測單元(例如，上文描述之檢測單元40)自動地檢測該風力機葉片。
藉由以上(1)中描述之風力機監測裝置，由於雷電位準判定零件基於雷電感測器之輸出使用雷電參數判定雷擊的位準，因此有可能判定對應於風力機葉片之損壞風險之量值的雷擊之位準。 另外，由於檢測控制零件根據由雷電位準判定零件判定之雷擊的位準判斷是否有必要由用於檢測風力機葉片之至少一個檢測單元自動地檢測風力機葉片，因此有可能根據風力機葉片之損壞風險的量值來恰當地判斷是否有必要自動地檢測風力機葉片。
(2)在一些實施例中，在描述於以上(1)中的風力機監測裝置中，該至少一個雷電參數包括一電流、一能量、歸因於該風力機葉片上之該雷擊的一電荷，或自該電流、該能量或該電荷中之至少一者導出的至少一個參數。
藉由描述於以上(2)中之風力機監測裝置，有可能根據基於一電流、一能量、歸因於該雷擊的一電荷，或自該電流、該能量或該電荷中之至少一者導出的至少一個參數判定的雷擊位準來恰當地判斷是否有必要自動地檢測風力機葉片。
(3)在一些實施例中，在描述於以上(1)或(2)中之風力機監測裝置中，該檢測控制零件經組配以：若該雷擊之該位準為第一位準(例如，上文描述之Q1)，則判斷無必要由該至少一個檢測單元自動地檢測該風力機葉片；及若該雷擊之該位準為比該第一位準更嚴重的一第二位準(例如，上文描述之Q2)，則由該至少一個檢測單元執行該風力機葉片的自動檢測。
藉由以上(3)中描述的風力機監測裝置，若風力機葉片上之雷擊的位準為具有低嚴重性的第一位準，則由監測單元進行之風力機葉片的自動檢測不執行，而若雷擊的位準為比第一位準嚴重的第二位準，則由監測單元進行之風力機葉片的自動檢測經執行。因此，有可能的是根據雷擊之位準恰當地執行由檢測單元進行的自動檢測而不會過度執行檢測。
(4)在一些實施例中，在以上(3)中描述之風力機監測裝置中，該檢測控制零件經組配以在該雷電感測器偵測到該風力機葉片上之一雷擊時，停止該風力機的操作而不管該雷擊的該位準。
藉由以上(4)中描述之風力機監測裝置，亦有可能避免與使被雷擊之風力機繼續操作相關聯的風險。以上(4)中描述之風力機監測裝置可應用至風力機監測裝置，該風力機監測裝置監測安設於鄉村、地區或類似者中的風力機，在前述各處，在風力機被雷擊時，有義務停止風力機的操作而不管雷電位準。
(5)在一些實施例中，在以上(4)中描述的風力機監測裝置中，該檢測控制零件經組配以在該雷擊的該位準為該第一位準情況下重新開始該風力機的操作而不由該至少一個檢測單元自動檢測該風力機葉片。
藉由以上(5)中描述之風力機監測裝置，若雷擊之位準為對風力機具有可忽略影響的第一位準，則風力機迅速重新開始而不自動地監測風力機葉片。因此，有可能抑制與被雷擊之風力機之操作相關聯的風險增大，同時抑制風力機之操作速率的減低。
(6)在一些實施例中，在以上(3)中描述之風力機監測裝置中，該檢測控制零件經組配以在該雷電感測器偵測到該風力機葉片上之一雷擊時，在該雷擊之該位準為該第一位準情況下繼續該風力機的操作而不停止，且在該雷擊比該第一位準更嚴重情況下停止該風力機的操作。
藉由以上(6)中描述之風力機監測裝置，若雷擊之位準為對風力機具有可忽略影響的第一位準，則風力機之操作不被停止而是繼續，同時若雷擊之位準比第一位準更嚴重，則風力機的操作被停止。因此，有可能抑制與被雷擊之風力機之操作相關聯的風險增大，同時抑制風力機之操作速率的減低。以上(6)中描述之風力機監測裝置可應用至風力機監測裝置，該風力機監測裝置監測安設於鄉村、地區或類似者中的風力機，在前述地方處，在風力機被雷擊時，沒有有義務停止風力機的操作而不管雷電位準。
(7)在一些實施例中，在以上(3)至(6)中任一者中描述之風力機監測裝置中，該檢測控制零件經組配以在該雷擊之該位準為該第二位準情況下，在停止該風力機之操作之後由該至少一個檢測單元執行該風力機葉片的自動檢測，且基於由該至少一個檢測單元進行的該風力機葉片之該自動檢測的一結果來判斷是否重新開始該風力機的操作。
藉由(7)中描述之風力機監測裝置中，若雷擊之位準為比第一位準更嚴重的第二位準，則基於由檢測單元進行的風力機葉片的自動檢測之結果來判斷是否重新開始風力機的操作。因此，有可能在考慮風力機葉片歸因於雷擊之損壞狀態情況下恰當地判斷是否重新開始風力機的操作。
(8)在一些實施例中，在以上(3)至(7)中任一者中所述之風力機監測裝置中，檢測控制零件經組配以在雷擊位準為比第二位準更嚴重的第三位準(例如，上文描述的Q3)情況下指導由與至少一個檢測單元不同的類型之檢測單元(例如，上文描述之檢測單元41)進行的風力機葉片的檢測。
藉由以上(8)中描述之風力機監測裝置，若風力機葉片以比第二位準更嚴重的第三位準雷擊，則提示由相較於至少一個檢測單元進行可執行更詳細檢測的檢測單元進行風力機葉片的檢測。因此，有可能根據雷擊之位準藉由合適檢測單元檢測風力機葉片。
(9)在一些實施例中，在以上(8)中描述的風力機監測裝置中，至少一個檢測單元包括成像裝置(例如，上文描述之成像裝置40a)、麥克風(例如，上文描述之麥克風40b)或評估零件(例如，上文描述之評估零件40c)中的至少一者，該評估零件經組配以基於該至少一個雷電參數評估該風力機葉片的一損壞量。與至少一個檢測單元不同的類型之檢測單元包括負載感測器(例如，上文描述之負載感測器41a)、無人機(例如，上文描述之無人機41b)、評估零件(例如，上文描述之評估零件41c)、電阻感測器(例如，上文描述之電阻感測器41d)、加速度感測器(例如，上文描述之加速度感測器41e)、光學感測器(例如，上文描述之光學感測器41f)、一偏轉感測器(例如，上文描述之偏轉感測器41g)或壓力感測器(例如，上文描述之壓力感測器41h)中的至少一者，該評估零件經組配以基於風力機的輸出評估風力機葉片的損壞狀態。
藉由以上(9)中描述之風力機監測裝置，若雷擊之位準為第一位準，則可快速執行簡單檢測，而若雷擊之位準為比第一位準嚴重的第二位準，則可執行更詳細檢測。
(10)在一些實施例中，在以上(8)或(9)中描述的風力機監測裝置中，該檢測控制零件經組配以在該雷擊之該位準為比該第三位準更嚴重的第四位準(例如，上文描述之Q4)情況下傳輸資訊，該資訊表示有必要人工檢測該風力機葉片而不重新開始風力機的操作。
藉由(10)中描述之風力機監測裝置，若雷擊位準為比第三位準嚴重的第四位準，則在考慮風力機葉片之高損壞風險情況下，提示人員進行風力機葉片之詳細檢測而非不重新開始風力機的操作。在風力機葉片經詳細檢測之後且在按需修復之後，風力機葉片的操作可重新開始。
(11)一種根據本發明之風力機系統包含以上(1)至(10)中任一項中描述之風力機監測裝置以及風力機。
藉由以上(11)中描述的風力機系統，有可能根據風力機葉片上的雷擊之位準來恰當地判斷是否有必要自動地監測風力機葉片。
(12) 在一些實施例中，在以上(11)中描述的風力機系統中，雷電感測器為用於偵測流過風力機葉片之電流的電流感測器(例如，上文描述之電流感測器30)。
藉由以上(12)中描述之風力機系統，藉由基於流過風力機葉片之電流使用雷電參數判定雷擊的位準，有可能恰當地判斷是否有必要由至少一個檢測單元自動地檢測風力機葉片。
(13)一種根據本發明之風力機監測方法為用於監測一風力機(例如，上文描述之風力機10)的方法，該風力機包括用於偵測一風力機葉片(例如，上文描述之風力機21)上之一雷擊的一雷電感測器(例如，上文描述之電流感測器30)，該方法包含：基於該雷電感測器的一輸出獲取至少一個雷電參數；及根據基於該至少一個雷電參數判定的雷擊之位準判斷是否有必要由用於檢測該風力機葉片的至少一個檢測單元(例如，上文描述之檢測單元40)自動地檢測風力機葉片。
藉由以上(13)中描述的風力機監測方法，由於雷擊之位準基於雷電感測器之輸出使用雷電參數來判定，且根據雷擊之位準來判斷是否有必要由至少一個檢測單元自動地檢測風力機葉片，因此有可能根據風力機葉片上雷擊之位準來恰當地判斷風力機葉片之自動檢測的必要性。
10:風力機 12:地基 14:塔 16:艙 18:轉子 19:發電機 20:轉子頭端 21:風力機葉片 22:中空葉片本體 23:線圈/金屬層 24:導電放電部件 26:輪輻狀導電材料 28:電流路徑/接地線 29:電力接收零件 30:電流感測器 32:雷電參數獲取零件 33:雷電位準判定零件 34:檢測控制零件 39:孔 40,41:檢測單元 40a:成像裝置 40b:麥克風 40c,41c:評估零件 41a:負載感測器 41b:無人機 41d:電阻感測器 41e:加速度感測器 41f:光學感測器 41g:偏轉感測器 41h:壓力感測器 44,46:觸點 72:中央處理單元(CPU) 74:隨機存取記憶體(RAM) 76:唯讀記憶體(ROM) 78:硬碟機(HDD) 80:輸入I/F 82:輸出I/F 84:匯流排 100:風力機監測裝置 Q1~Q4:雷電位準 A,B:方向 S101~S112,S201~S212:步驟
圖1為根據實施例的由風力機監測裝置監測的風力機10之示意性側視圖。 圖2為示意性地繪示轉子18之周圍結構的圖。 圖3為繪示用於監測風力機10之風力機監測裝置100的硬體組態之圖形。 圖4為用於描述風力機監測裝置100之功能組態的方塊圖。 圖5為繪示檢測單元40之組態實例的圖形。 圖6為繪示檢測單元41之組態實例的圖形。 圖7為用於描述固定至塔14之成像裝置40a的示意圖。 圖8為用於描述由多個不同色彩層構成之殼的示意圖。 圖9為繪示用於由風力機監測裝置100監測風力機10的方法之實例的流程圖。 圖10為繪示用於由風力機監測裝置100監測風力機10的方法之另一實例的流程圖。
14:塔
16:艙
23:線圈/金屬層
24:導電放電部件
28:電流路徑/接地線
30:電流感測器
32:雷電參數獲取零件
33:雷電位準判定零件
34:檢測控制零件
40,41:檢測單元
100:風力機監測裝置

Claims (13)

  1. 一種用於監測一風力機的風力機監測裝置，該風力機包括用於偵測一風力機葉片上之一雷擊的一雷電感測器，該風力機監測裝置包含： 一雷電參數獲取零件，該雷電參數獲取零件經組配以基於該雷電感測器的一輸出獲取至少一個雷電參數； 一雷電位準判定零件，該雷電位準判定零件經組配以基於由該雷電參數獲取零件獲取的該至少一個雷電參數判定該雷擊的一位準；及 一檢測控制零件，該檢測控制零件經組配以根據由該雷電位準判定零件判定的該雷擊之該位準判斷是否有必要由用於檢測該風力機葉片的至少一個檢測單元自動地檢測該風力機葉片。
  2. 如請求項1所述之風力機監測裝置， 其中該至少一個雷電參數包括一電流、一能量、歸因於該風力機葉片上之該雷擊的一電荷，或自該電流、該能量或該電荷中之至少一者導出的至少一個參數。
  3. 如請求項1或2所述之風力機監測裝置， 其中該檢測控制零件經組配以： 若該雷擊之該位準為一第一位準，則判斷無必要由該至少一個檢測單元自動地檢測該風力機葉片；及 若該雷擊之該位準為比該第一位準更嚴重的一第二位準，則由該至少一個檢測單元執行該風力機葉片的自動檢測。
  4. 如請求項3所述之風力機監測裝置， 其中該檢測控制零件經組配以在該雷電感測器偵測到該風力機葉片上之一雷擊時，不論該雷擊的該位準如何均停止該風力機的操作。
  5. 如請求項4所述之風力機監測裝置， 其中該檢測控制零件經組配以在該雷擊的該位準為該第一位準情況下，重新開始該風力機的操作而不由該至少一個檢測單元自動檢測該風力機葉片。
  6. 如請求項3所述之風力機監測裝置， 其中該檢測控制零件經組配以在該雷電感測器偵測到該風力機葉片上之一雷擊時，在該雷擊之該位準為該第一位準情況下，繼續該風力機的操作而不停止，且在該雷擊比該第一位準更嚴重情況下停止該風力機的操作。
  7. 如請求項3至6中任一項所述之風力機監測裝置， 其中該檢測控制零件經組配以在該雷擊之該位準為該第二位準情況下，在停止該風力機之操作之後，由該至少一個檢測單元執行該風力機葉片的自動檢測，且基於由該至少一個檢測單元進行的該風力機葉片之該自動檢測的一結果來判斷是否重新開始該風力機的操作。
  8. 如請求項3至7中任一項所述之風力機監測裝置， 其中該檢測控制零件經組配以在該雷擊的該位準為比該第二位準嚴重的一第三準情況下，指示由與該至少一個檢測單元不同類型之檢測單元進行該風力機之檢測。
  9. 如請求項8所述之風力機監測裝置， 其中該至少一個檢測單元包括一成像裝置、一麥克風或一評估零件中的至少一者，該評估零件經組配以基於該至少一個雷電參數評估該風力機葉片的一損壞量，且 其中與該至少一個檢測單元不同類型之該檢測單元包括一負載感測器、一無人機、一評估零件、一電阻感測器、一加速度感測器、一光學感測器、一偏轉感測器或一壓力感測器中的至少一者，該評估零件經組配以基於該風力機的一輸出評估該風力機葉片的一損壞狀態。
  10. 如請求項8或9所述之風力機監測裝置， 其中該檢測控制零件經組配以在該雷擊之該位準為比該第三位準更嚴重的一第四位準情況下傳輸資訊，該資訊表示有必要手動地檢測該風力機葉片而不重新開始該風力機的操作。
  11. 一種風力機系統，包含： 如請求項1至10中任一項所述之風力機監測裝置；及 該風力機。
  12. 如請求項11所述之風力機系統， 其中該雷電感測器為用於偵測流經該風力機葉片之一電流的一電流感測器。
  13. 一種用於監測一風力機的風力機監測方法，該風力機包括用於偵測一風力機葉片上之一雷擊的一雷電感測器，該方法包含： 基於該雷電感測器的一輸出獲取至少一個雷電參數； 基於該至少一個雷電參數判定該雷擊的一位準；及 根據該雷擊之該位準判斷是否有必要由用於檢測該風力機葉片的至少一個檢測單元自動地檢測該風力機葉片。
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