TWI607149B - 用於閃電警告之方法及風力發電設備 - Google Patents

用於閃電警告之方法及風力發電設備 Download PDF

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Description

用於閃電警告之方法及風力發電設備
本發明係關於如獨立請求項1之一種用於使用大量風力發電設備(特別是使用風電場之一部分)進行閃電警告之方法，及如請求項11之風力發電設備及風電場以及風力發電設備及/或風電場設備之網路，及如請求項13之用於天氣預測(特別是用於雷暴及/或閃電警告)之系統之用途。
風能及風力發電在全球發電量中所占比例日益增長，且因此變得具有重大價值。然而，隨著風力發電設備及風電場設備之數目增加，維修作業量及維修風力發電設備及風電場所需之時間亦同時增加。然而，大量維修作業與高成本及對於維修作業與維修人員之高等級之物流規劃相關聯。在規劃維修作業時考慮之要點為避免在維修作業被暴風雨條件中斷期間(特別是在雷電擊中風力發電設備之雷暴期間)的不必要的停工時間。在風力發電設備之情況下，雷擊之機率特別高，此係由於因風力發電設備之建構，其通常構成環境中的最高點，且因此為大氣放電之較佳點。
公共天氣預測通常用於閃電及/或雷暴警告；就局部而言，且特別與風力發電設備之特定位置相關，此等預測極不精確且可能根本不能允許實現閃電預測。
然而，對風力發電設備中(特別是在維修作業過程期間)雷擊之預測必須非常可靠，原因是在發生實際雷擊時，存在高安全風險，且甚 至可能危及維修人員生命。然而，另一方面，維修作業應僅在真正存在雷擊之足夠機率時被中斷，以使得維修作業不被不必要地中斷。
因此可能需要提供一種方法及裝置，利用其可在早期預測雷擊或偵測雷擊(特別是在特定風力發電設備中的雷擊)，且發出相應警告通知以使得維修人員可中斷維修作業及/或可關閉風力發電設備。當雷擊風險消退後，可繼續執行維修作業及/或可再開啟風力發電設備。特定而言，可能需要以精確可靠之方式預測雷擊之潛在地點及時間。
針對天氣之預測(且特別是雷暴之預測)，已知的是使用已知物理規律根據大氣的過去及當前天氣條件推導或預測未來的大氣狀態。此處使用所謂的非線性方程，其中初始條件之即使很小的變化亦會導致結果(在此情況下，天氣預報)的較大變化。此現象亦稱為蝴蝶效應。
使用地面量測站之網路記錄初始條件或資料(特別是提供關於大氣之當前狀態之資訊的環境及/或大氣條件之經量測資料或經量測值)。量測站此處通常記錄風速、溫度、氣壓及濕度以及降水量。可靠天氣預測僅在存在足夠大量之收集天氣資料之量測站時為可能的。
然而，自先前技術已知的量測站通常配置為接近地面，使得記錄之經量測(天氣)資料(特別是環境參數)被地面效應(例如被地面儲存之熱或冷)歪曲。然而，不正確的量測資料不允許針對特定地點之天氣的可靠預測。另外，與電場或電磁場相關之資料亦未被已知地面量測站收集，使得閃電預測實際為不可能的。
德國專利商標局已研究了關於此論題的以下文件：DE 10 2012 222 973 A1,AT 389 012 B及brieselang.net(與預防性閃電防護相關的網站)。
本發明在此點處開始起作用；其目標為提供一種用於天氣預測(特別是用於雷暴及/或閃電警告)之改良方法及改良裝置及/或改良系 統，其相較於先前技術經改良，然而其至少解決上述問題中之一者。特定而言，本發明之目標為提供一種用於使用大量風力發電設備進行閃電警告之方法及裝置。
根據本發明藉由以下各者達成此目標：如請求項1之用於使用大量風力發電設備(特別是使用風電場之一部分)進行閃電警告之方法，及如請求項11之風力發電設備及/或風電場以及風力發電設備之網路及/或風電場設備之網路，及如請求項13之風力發電設備及/或風電場設備及/或風力發電設備之網路及/或風電場設備之網路形成用於天氣預測之系統之用途。
本發明包含一種用於使用大量風力發電設備(特別是使用風電場之一部分)進行閃電警告之方法的概念，其中該大量風力發電設備各自位於一個位置處，且該大量風力發電設備中之每一者包含用於記錄環境參數之感測器配置，該感測器配置至少包含風速計、溫度感測器及/或濕度感測器，其中感測器配置包含其他感測器，特別為用於記錄電場之電場計，且該方法包含以下步驟，亦即，借助於大量風力發電設備的感測器配置之該等感測器，記錄至少包含一電場之環境參數之至少一個值；及評估該環境參數之至少一個值以預測大量風力發電設備之位置之閃電警告。
此外，本發明包括用於閃電警告之風力發電設備及/或具有大量風力發電設備之風電場及/或風力發電設備之網路及/或風電場之網路的概念，其中風力發電設備及大量風力發電設備各自位於一個位置處，且風力發電設備中之每一者包含用於記錄環境參數之感測器配置，該感測器配置至少包含風速計、溫度感測器及/或濕度感測器，且感測器配置包含其他感測器，特別為用於記錄電場之電場計；且閃電警告裝備經設計有用於評估至少包含電場之環境參數之至少一個值及用於預測風力發電設備之位置之閃電警告的評估單元。
另外，本發明包含風力發電設備及/或風電場及/或風力發電設備之網路及/或風電場之網路形成用於天氣預測(特別是雷暴及/或閃電警告)之系統的用途，其中該系統經組態以執行根據本發明之方法。
下文藉由實例描述本發明之概念，而不因此限制本發明。本發明提出風力發電設備(特別是風電場之多個風力發電設備)作為用於天氣預測(特別是雷暴及/或閃電警告之預測)之天氣量測站之用途。此因此涉及將數目i個風力發電設備用作為天氣量測站，其中i可採用i=1，2，...，n之整數值。作為天氣量測站之風力發電設備之優勢在於其已包含多個不同感測器，諸如風速計、溫度計、氣壓計及/或濕度感測器。另外，風力發電設備之感測器配置在高達200米之相當高度，使得經量測資料未受地面效應影響或歪曲。此外，僅在德國存在大量(現在超過23,000座)單獨風力發電設備，其有作為根據本發明之方法之潛在天氣量測站之實際意義，使得可用量測站之密集網路記錄環境參數。
此外，根據本發明之概念規定：風力發電設備裝配有用於記錄電場(且特別亦為磁場及/或電磁場)之額外感測器。風力發電設備之周圍大氣中的電場(特別是電場之電場強度)之記錄可用於閃電及雷擊之精確預測。本發明此處考慮以下概念，即在大氣中的雷暴期間(特別是在暴風雲中)發生電荷分離，其局部地(在水平方向及垂直方向)導致不同量值之電場強度及/或較大電勢梯度。可借助於單獨風力發電設備之感測器配置(特別是用於記錄電場之額外感測器)量測此等電場/場強度及/或電場強度之分佈。若電場強度(例如)超過雷擊之(預先)指定臨界值，則發出閃電警告。特定而言，藉由記錄及評估多個環境參數(諸如(例如)氣壓、溫度及電場強度)，可判定特定風力發電設備中雷擊之機率。
另外，本發明之概念提供風力發電設備及/或風電場設備之網路 連接及/或風力發電設備及/或風電場設備之網路，因此提供用於天氣預測(特別是用於雷暴及/或閃電之警告)之系統。
本發明之此等及其他較佳實施例為附屬請求項之目標，且提供用於閃電警告之方法及配置兩者之更精確細節。特定而言，較佳發展為附屬請求項之目標，且詳細指示如何實施或設計上文解釋之方法或在目標之內容脈絡中之用於閃電警告之裝置以及關於其他優勢之有利選擇。
一個較佳實施例規定大量風力發電設備與伺服器(特別為風電場之伺服器)連接，且該方法進一步包含以下步驟：將環境參數之至少一個值自大量風力發電設備傳輸至伺服器；使用環境參數之至少一個值及大量風力發電設備之位置製備一映射；及評估映射以預測大量風力發電設備之位置的閃電警告。單獨風力發電設備此處經由連接線與伺服器(特別與風電場之伺服器)連接，以使得使用各別風力發電設備之感測器配置記錄之環境參數可傳遞至伺服器上。關於記錄風力發電設備之特定位置之資訊與一或多個環境參數之記錄值一起傳輸至伺服器，以使得伺服器(特別是適當設計之處理器元件)能夠根據記錄之環境參數及風力發電設備之位置製備映射，環境參數(特別是其強度)之值關於其位置顯示在該映射上。可隨後評估已經製備的映射以預測雷擊(特別是用於預測特定風力發電設備之特定位置處的雷擊)。諸如自先前技術天氣研究及天氣預測已知的標準模型可(例如)用於評估記錄的環境參數或已經製備的映射。
在一個有利實施例中，可規定：環境參數之至少一個及/或多個值係選自以下值之群組：風強度、風向、溫度、空氣濕度、氣壓、電場強度、磁場強度及/或電磁場強度。在此形式之實施例中，規定記錄大氣(特別是記錄風力發電設備之周圍環境)之當前環境參數。自環境參數之記錄值，可隨後判定當前天氣情況之當前狀態(特別是大氣 之當前天氣狀態)，從而隨後使用用於天氣預測之已知物理規律可導出或預測未來之大氣狀態(特別用於雷擊或閃電警告)。例如，在此亦規定，在更長時段內記錄環境參數且重複地將環境參數與預測(特別與經預測之環境參數)進行比較且校正(若相關)。自環境參數隨時間之發展(亦即記錄之環境參數之歷史)，隨後可能判定對記錄的環境參數之未來發展之預測。
一個較佳發展規定：將環境參數之至少一個值與參考值進行比較。在此形式之實施例中，規定將記錄的環境參數與參考值進行比較。根據天氣研究之經驗值(特別為雷擊發生之經驗值)可(例如)用作參考值。例如，在存在特定氣壓、特定空氣濕度及特定場強度時，可能得出關於暴風雨情況(特別是關於可能的雷擊)之結論。在標準壓力(p=101.325Pa=101.325N/m2)及標準溫度(T=0℃)下，有雷擊之高發生率的電場強度之臨界值為約3000kV/m之場強度。然而，視諸如風強度、溫度、空氣濕度及/或氣壓之其他環境參數而定，甚至在300kV/m與400kV/m之間的範圍內的較小場強度下亦可發生雷擊。雷擊之其他因素或誘因為存在來自宇宙輻射之高能量電子，其甚至在150kV/m與300kV/m之間的場強度下亦可引起雷擊。因此電場強度之可能參考值為150kV/m，在此強度下存在雷擊之重大風險。
在一個有利實施例中，可規定：在評估映射時判定最小值、最大值及/或梯度。此形式之實施例使得可能以簡單方式判定風電場設備中的當前天氣情況之極限值。舉例而言，閃電將傾向於擊中電磁場最強的風力發電設備。然而，空氣濕度亦可發揮作用。因此在評估及預測中考慮兩種環境參數(特別是其最大值及最小值)。在判定最小值及/或最大值時，偵測極端暴風雨條件(例如強陣風或風鋒)亦相對簡單。特定而言，可經由記錄環境參數之最小值及最大值隨時間之改變有效地偵測天氣隨時間之改變。亦可能判定作為環境參數之最急劇上 升或改變之方向的度量的梯度。
較佳發展規定：藉由大量風力發電設備之每一感測器配置，記錄環境參數之多個值，且使用環境參數之多個值製備及評估多個映射。此處特別規定：需要不止一個環境參數值(例如風強度)而是多個環境參數(例如風強度、風向、溫度、空氣濕度、氣壓及電場、磁場及電磁場之場強度)。特定而言，風向及場強度之組合允許良好地預測場強度分佈的發展方向及速度。
進一步發展可規定：多個映射彼此組合。特定而言，環境參數之不同值之組合允許對特定暴風雨條件之改良預測(特別是雷暴或閃電之預測)。
特定而言，規定風電場之大量風力發電設備中之每一者包含用於記錄大量環境參數之感測器配置，且各別感測器配置包含用於風強度之感測器、用於風向之感測器、用於溫度之感測器、用於空氣濕度之感測器、用於氣壓之感測器及用於電場強度之感測器。特定而言，用於電場強度之感測器可包含用於磁場強度及/或電磁場強度之感測器。可在針對大量風力發電設備之區域之一或多個映射上記錄感測器結果。
歸因於在區域中分佈之風力發電設備，可經由對一或多個製備之映射的評估為此區域進行雷擊之可靠預測或至少雷擊之可靠警告。在整個區域中量測之環境參數之數目有利地使得可能經由對一或多個製備之映射的評估給出關於區域狀態及傾向之資訊。
特定而言，可製備覆蓋整個區域的用於風力發電設備之庫資料庫(library database)，其單獨為區域上的每一風力發電設備給出當不得不預期在區域上的單獨風力發電設備處發生雷擊時相關之各別環境參數。風電場之大量風力發電設備(單獨風力發電設備屬於該風電場)有利地充當資訊庫。特定而言，庫資料庫可為可重組態的，且可進行 環境參數至控制室之參數傳輸。以此方式，特別有利地可能單獨製備風力發電設備之相關環境參數之特徵曲線，從而規定將在環境參數的哪一範圍中針對此風力發電設備發出閃電警告，尤其可預測雷擊。此舉導致針對此單獨風力發電設備之閃電警告及/或閃電預測之高度可靠性，且因此導致與中斷維修活動之代價成比例之對維修人員之特別可靠的保護。此舉導致將風力發電設備特別有利地用作用於閃電警告及/或閃電預測之站；特別是用於使用風電場之大量風力發電設備形成用於閃電警告及/或閃電預測之特別較佳的系統。較佳地，風力發電設備可用作天氣站及/或風電場作為用於天氣預測之系統。
一個實施例較佳規定，基於對大量風力發電設備之位置的映射之評估，指派雷擊(特別是在特定風力發電設備處的雷擊)之機率。此處特別規定，評估及評定特定風力發電設備處或風力發電設備之特定位置的當前記錄之環境參數(特別是風強度、風向、溫度、空氣濕度、氣壓及電場、磁場及/或電磁場之場強度)，以使得雷擊之機率經判定且指派至風力發電設備或風力發電設備之位置。亦可能針對此目的考慮記錄之環境參數隨時間之發展。舉例而言，當電場、磁場及/或電磁場之場強度在短時間內急劇上升時，雷擊之機率增加。針對機率之判定，可能(例如)利用來自天氣研究/天氣預測之標準模型及/或經驗值。
一個較佳形式之實施例係關於一種方法，在該方法中，將針對雷擊判定之機率與極限機率進行比較，且針對大量風力發電設備之雷擊之機率超過極限機率的位置發出閃電警告。特定而言，當雷擊之機率大於50%、較佳大於70%且甚至更佳大於90%時發出針對風力發電設備之相應位置或多個位置之閃電警告。
一個有利形式之實施例係關於一種方法，在該方法中特別是針對大量風力發電設備中之特定風力發電設備以警告訊息之形式發出閃 電警告，其中警告訊息可作為聲訊通知及/或以警告燈之形式發出。此處規定，在閃電警告之情況下，以自動警告訊息之形式(例如經塔內部中的揚聲器)發出此警告，以使得維修人員受到警告且可中斷可能的維修作業。亦可規定，警告燈自動開啟，其隨後警告可能的雷擊。亦可規定，在閃電警告之情況下，相應風力發電設備自動關閉。
在該方法之特別較佳發展之內容脈絡中使用之氣象模型規定：不僅使用電場而且使用其他環境參數(諸如上述風強度、風向、溫度及空氣濕度)以允許閃電警告(特別是閃電預測)。用於使用電場計記錄電場強度的氣象模型在最簡單情況下基於形成雷擊之以下物理機制。物理機制在最簡單情況下規定(儘管不限於)溫暖、潮濕的空氣流之會合，上升時水蒸氣自該空氣流冷凝，從而在某些外部條件下形成塔狀積雲。此積雲越高，則在其中經由水滴之摩擦及霧化形成電荷之機率越大。特別當冰晶體在積雲之較冷上部中變為帶正電荷且水滴在積雲之下部中變為帶負電荷時，情況為如此。視積雲之高度(高達數千米)而定，在積雲之上部中的此類型主要正電荷可允許在該正電荷與積雲之下部中的主要負電荷之間形成電場，該等電場導致數億伏特之電壓。
此電荷分離之放電(最初在積雲內)可在地面方向上導致所謂的先導，其或許隨著在地面處或地面上的暴露點(例如風力發電設備)處形成向上閃流而導致形成離子化閃電通道，接著主放電(雷擊自身)在該通道中接踵而至。即使基於此相對簡單物理機制，發展已認識到：存在越多的記錄電場之支援點，提供閃電警告(特別是閃電預測)之基礎之氣象方法便越可靠。發展(因此)有利地規定風電場之增加數目的風力發電設備，然而，至少為具有選擇之風力發電設備(例如，設在風電場之邊緣處之風力發電設備，及風力發電設備在風電場之區域內的分佈)之風電場的部分，以允許實現用於量測電場之支援點。有利 地，此等可為風電場之所有風力發電設備。有利地，在所有風力發電設備(可是，無論如何在構成上述支援點之風力發電設備)處執行上述環境參數之量測。
在未將本發明限制為具體值之情況下，現將在下文描述用於使用數目i個風力發電設備(特別是使用風電場之一部分)進行閃電警告之方法的具體實例。數目i個風力發電設備(其中i可採用1，2，...，n之值)在此位於不同位置處，其中風力發電設備中之每一者包含至少具有風速計、溫度感測器及/或濕度感測器及其他感測器(特別是用於記錄電場強度之電場計)之用於記錄環境參數之感測器配置。在感測器之幫助下，記錄環境參數(例如風強度、風向、溫度、空氣濕度、氣壓及/或電場之場強度)之至少一個值，然而至少記錄電場強度。隨後針對風力發電設備之各別位置之雷擊及閃電警告之預測評估環境參數之記錄值。在此考慮以下事實：在雷暴期間之暴風雲中可發生電荷分離，隨後局部導致不同量值之電場強度。可借助於數目i個風力發電設備之感測器配置記錄電場強度及/或電場強度之分佈。若在特定風力發電設備處的電場強度超過(預先)指定臨界值(電場之極限值)，則針對此風力發電設備發出閃電警告。在標準壓力(p=101.325Pa=101.325N/m2)及標準溫度(T=0℃)下，在空氣中導致閃電放電之臨界場強度為約3000kV/m。然而視諸如風強度、溫度、空氣濕度及/或氣壓之其他環境參數而定，雷擊甚至亦可在300kV/m與400kV/m之間的範圍內的更小場強度下發生。雷擊之另一因素或誘因為來自宇宙輻射之高能量電子之存在，其甚至可在150kV/m與300kV/m之間的場強度下引起雷擊。若在標準條件(p=101.325Pa，T=0℃)下，一或多個風力發電設備處的電場強度超過(例如)150kV/m之極限值，則發出針對一或多個風力發電設備之閃電警告。
參考圖式，對比亦經部分說明之先前技術在下文描述本發明之 例示性實施例。此等圖不一定意欲按比例表示例示性實施例，相反以示意性及/或稍微扭曲之形式繪製圖式以幫助解釋。參考相關先前技術以作為根據圖式顯而易見之教示的補充。在此應牢記可在不偏離本發明之一般概念之情況下作出關於實施例之形式及細節之各種修改及改變。描述、圖式及申請專利範圍中揭示之本發明之特徵單獨地以及以任何組合的形式對於本發明之進一步發展而言可為十分重要。另外，說明書、圖式及/或申請專利範圍中揭示之特徵中之至少兩者的所有組合在本發明之框架內。本發明之一般概念既不限於下文說明及描述之較佳實施例之確切形式或細節，亦不限於與本申請專利範圍中主張之目標相比可能受限之目標。關於給定之尺寸範圍，在規定限制內的值意欲亦被揭示作為極限值，且可以任何所需方式使用及主張。為了簡單起見，只要有用，就為相同或類似部件或具有相同或類似功能之部件給定相同參考符號。
圖1展示具有塔2及短艙4之風力發電設備1。具有三個轉子葉片8及旋轉器7之轉子6配置在短艙4上。當風力發電設備1運作時，轉子因風而旋轉，且驅動短艙4內部的發電機(未圖示)。旋轉運動之機械能在發電機之幫助下轉化為電能，且隨後饋送入電網中。
此外，風力發電設備1包含用於記錄至少一個環境參數(例如大氣中的風強度、風向、溫度、濕度、氣壓及/或電場、磁場及/或電磁場)之感測器配置5。感測器配置5出於此目的尤其包含風速計、溫度感測器、濕度感測器、氣壓計或壓力感測器及/或其他感測器，特別是用於記錄電場、磁場及/或電磁場或場強度之電場計。
圖2展示用於記錄環境參數25之感測器配置5之一個可能形式之實施例，其中感測器配置5配置在風力發電設備1上，特別在風力發電設備1之短艙4之頂壁上(示意性說明)。另外，風力發電設備1(特別是感測器配置5)經由連接線32與伺服器31(特別與風電場之伺服器)連 接，使得(例如)使用風力發電設備1之感測器配置5記錄之環境參數25可傳送至伺服器31。
感測器配置5包含(不限於具體命名之感測器)(例如)風速計21、溫度感測器22、濕度感測器23及/或其他感測器24(特別是用於記錄大氣中的電場強度、磁場強度及/或電磁場強度之電場計)。感測器配置5亦可包含其他感測器(例如用於記錄大氣中氣壓的氣壓計或壓力感測器)。
藉由感測器配置5之各別感測器，可隨後記錄一或多個環境參數25(諸如大氣中的風強度21.1a、風向21.1b、溫度22.1、空氣濕度23.1及/或電場之電場強度24.1)。在當前情況下，各別感測器與感測器配置5之中心控制元件26連接，中心控制元件26可執行對單獨感測器之控制及/或評估。然而，替代地，每一單獨感測器亦可包含其自身控制單元，該控制單元因而(例如)整合至各別感測器中，以使得單獨感測器亦可被感測器配置5「自主」使用。環境參數25之記錄值可在控制單元26(控制單元26隨後亦可充當評估單元)中或在伺服器31中加以評估，其中該等值(例如)與極限值或參考值進行比較。若環境參數25之記錄值超過極限值，則(例如)可發出警告訊息(特別是閃電警告)。較佳地，將環境參數25之記錄值傳遞至伺服器，且在彼處集中地針對多個風力發電設備進行評估。連接線32在此充當風力發電設備1與伺服器31之間的通信線。
圖3展示由大量風力發電設備1(特別是n*m個風力發電設備1)組成之風電場10之一個可能形式之實施例，其中單獨風力發電設備1各自配置在特定位置1.1、1.2、...、m.n處。位置可(例如)為風力發電設備之任何適當座標系之座標，或然而亦可為隨後各自指派至特定風力發電設備1之單獨(序列)號碼。替代地或另外，位置亦可含有與特定風力發電設備1之實際位置相關的GPS資訊。
在當前情況下，大量風力發電設備1中之每一者包含感測器配置，如(例如)圖2中所說明及描述，且可使用該感測器配置記錄諸如風強度、風向、溫度、氣壓、空氣濕度及/或電磁場之環境參數。
此外提供伺服器31，伺服器31經由連接線32與大量風力發電設備中之單獨風力發電設備1連接，以使得使用特定風力發電設備1(特別是特定風力發電設備1之感測器配置)記錄之環境參數可傳遞至伺服器31。每一風力發電設備1在此亦將關於其位置1.1、1.2、...、m.n之資訊與所記錄環境參數一起傳輸至伺服器31，以使得有可能在伺服器中實現所記錄環境參數與特定風力發電設備之間的精確關聯。
圖4展示用於使用大量風力發電設備進行閃電警告之方法之可能形式之實施例的示意性說明。
在此，例如使用大量風力發電設備(特別是使用具有n*m個風力發電設備之風電場之風力發電設備，即位置1.1處的風力發電設備、位置1.2處的風力發電設備、位置1.3處的風力發電設備等，且最後使用位置m.n處的風力發電設備)記錄41一或多個環境參數(特別是風強度、風向、溫度、氣壓、空氣濕度及/或電場)，且隨後環境參數被從各別風力發電設備傳輸42或傳遞至伺服器31(特別是風電場之伺服器)。在其各別位置1.1至m.n處的具有其感測器配置之單獨風力發電設備在此充當各種環境參數(諸如大氣中的風強度、風向、溫度、空氣濕度、氣壓及/或電場)之(天氣)量測站。
在伺服器31中，隨後使用所記錄環境參數以及位置以製備43一或多個映射51，在該等映射中，映射(亦即，圖形顯示)所記錄值。在不限制本發明之情況下，可在此使用各種表示方法以視覺上表示所記錄資料。亦可規定，針對所記錄環境參數之評估44完全忽略圖形表示，其中因而僅評估數值(例如呈環境參數之表格及/或其他資料記錄之形式)。
較佳地，製備43及評估44針對大量風力發電設備之位置及環境參數之一或多個所記錄值之映射以預測45大量風力發電設備之一或多個位置之閃電警告。
針對所記錄環境參數之評估44，可(例如)借助於標準模型(諸如針對天氣研究及天氣預測為已知的模型)評估此等所記錄值。在此基礎上，可隨後判定且輸出預測(特別是對於雷擊及閃電警告)之評估結果。
圖5展示大量風力發電設備之位置1.1至m.n之映射之一個可能形式之實施例。在當前情況下，映射包含n*m個像素(亦即m列及n行)，其中每一像素可被指派風電場之特定風力發電設備(特別是特定風力發電設備之位置)。映射51之每一像素因此總是包含至少兩項資訊，亦即，首先，環境參數(例如風強度、風向、溫度、空氣濕度、氣壓及/或電場強度)之值，及其次，關於風力發電設備之位置之資訊，例如GPS資訊或類似，其中使用該風力發電設備記錄(映射之像素之)各別環境參數。在無限制之情況下，亦可製備具有其他形式之實施例之映射，該等映射隨後經適當組態以正確表示風電場之風力發電設備之位置資訊。舉例而言，可提供不同大小及/或像素形狀之像素。視風力發電設備分佈或配置在風電場中的方式或視風電場之實際形狀而定，映射經適當調整。在當前情況下(但不將本發明限制至此具體實施例)，映射屬於具有n*m個風力發電設備之矩形風電場，(例如)如圖3所說明及描述。
圖6展示大量風力發電設備之位置及作為所記錄環境參數之電場之(場)強度的經製備映射(如圖5所述)之一個可能形式之實施例。在當前情況下，電場之強度以自黑至白的顏色標度61之形式說明，其中黑色表示強電場而白色表示弱電場。亦可在無限制之情況下使用經組態以圖形地表示不同場強度之其他顏色標度及/或其他標度形式。在此 (例如)亦可選擇相對的(相對於最大值63或最小值64)抑或絕對的標度或圖形表示。亦可提供對數表示。在當前情況下，白色像素表示電場強度的最小值64且黑色像素表示電場強度的最大值。舉例而言，亦可能判定電場的作為最急劇上升之方向指數的梯度65且顯示該梯度(箭頭)。
在當前情況下，說明單獨風力發電設備/風電場之位置之電場的場強度之分佈，其中借助於單獨風力發電設備之各別感測器配置記錄電場之強度的值，且該等值被傳遞至伺服器。根據所記錄環境參數(當前情況下為場強度)以及位置，隨後在伺服器中製備映射51，記錄值在該映射上經映射(亦即，圖形顯示)。所說明之電場強度之所記錄分佈在像素6.7處/中具有最大值63。電場(因此)在位置6.7處的風力發電設備處最強。雷擊形式之大氣放電之機率在此處為最大。
若電場強度超過特定極限值(例如150kV/m)(且因此雷擊之特定極限機率)，則假定在此風力發電設備處雷擊為可能的，且向相應風力發電設備發出閃電警告。亦可規定，向相應風力發電設備周圍的特定區域62中的多個風力發電設備(特別是鄰近風力發電設備)發出閃電警告。
圖7展示風電場之大量風力發電設備之位置1.1至m.n及作為所記錄環境參數之風強度的經製備映射(如圖5所述)之其他形式之實施例。類似於圖6，在當前情況下，以顏色標度之形式表示風強度，其中高風強度或高風速以黑色識別，且低風強度以白色識別。在此處展示之映射51中，可識別風強度之分佈，其以呈細長最大值之形式的多個最大值63為特徵。此為移動越過風電場之風鋒71。
圖8展示映射51之其他形式之實施例，其中在一個映射中一起展示(例如)在圖6及圖7中說明及描述之兩個所記錄環境參數(亦即，電場強度及風強度)。
在當前情況下，展示正在其前面推動電場分佈(特別是具有電荷分離之雲)之風鋒71。自電場及風強度之組合表示，可能(例如)判定特定區域62之雷擊預測及區域62隨時間之發展81(風力發電設備位於該區域中，在該區域中擔心雷擊)，使得可向此等(潛在危險)風力發電設備發出閃電警告。
圖9展示用於天氣預測(特別是閃電警告)之系統1000之可能形式之實施例。許多不同風電場設備(包括例如近海風電場)或單獨風力發電設備在此可在連接網路92上被聯網且與共同中心伺服器91連接。亦可設想將單獨風電場之伺服器(參見例如圖3中的伺服器31)與共同中心伺服器91連接。使用各別風電場及/或風力發電設備，就可記錄在較大區域中的不同位置處的環境參數且將其傳遞至中心伺服器91。在共同中心伺服器91中，可隨後評估所記錄環境參數以進行天氣預測(特別是雷暴及/或閃電警告)。
1‧‧‧風力發電設備
1.1‧‧‧位置
1.2‧‧‧位置
2‧‧‧塔
4‧‧‧短艙
5‧‧‧感測器配置
7‧‧‧旋轉器
8‧‧‧轉子葉片
10‧‧‧風電場
21‧‧‧風速計
21.1a‧‧‧風強度
21.1b‧‧‧風向
22‧‧‧溫度感測器
22.1‧‧‧溫度
23‧‧‧濕度感測器
23.1‧‧‧空氣濕度
24‧‧‧其他感測器
24.1‧‧‧電場強度
25‧‧‧環境參數
26‧‧‧控制單元
31‧‧‧伺服器
32‧‧‧連接線
41‧‧‧記錄
42‧‧‧傳輸
43‧‧‧製備
44‧‧‧評估
45‧‧‧預測
51‧‧‧映射
61‧‧‧顏色標度
62‧‧‧特定區域
63‧‧‧最大值
64‧‧‧最小值
65‧‧‧梯度
71‧‧‧風鋒
81‧‧‧發展
91‧‧‧中心伺服器
92‧‧‧連接網路
1000‧‧‧系統
m.n‧‧‧位置
本發明之其他優勢、特徵及細節自較佳例示性實施例之以下描述且參考圖式顯現出來。
詳言之：圖1展示風力發電設備之可能形式之實施例；圖2展示感測器配置之可能形式之實施例；圖3展示風電場之可能形式之實施例；圖4展示用於使用大量風力發電設備進行雷暴警告(特別是閃電警告)之方法之可能形式之實施例；圖5展示大量風力發電設備之位置及環境參數之值的映射之可能形式之實施例；圖6展示大量風力發電設備之位置及作為所記錄環境參數之電磁場之強度的映射之其他形式之實施例； 圖7展示大量風力發電設備之位置及作為所記錄環境參數之風強度的映射之另一形式之實施例；圖8再次展示大量風力發電設備之位置及作為所記錄環境參數之場強度及風強度之組合的映射之另一形式之實施例；及圖9展示用於天氣預測(特別是閃電警告)之系統之可能形式之實施例。
1.1‧‧‧位置
1.2‧‧‧位置
31‧‧‧伺服器
41‧‧‧記錄
42‧‧‧傳輸
43‧‧‧製備
44‧‧‧評估
45‧‧‧預測
m.n‧‧‧位置

Claims (5)

  1. 一種用於使用大量風力發電設備(1)或使用一風電場(10)之一部分進行閃電警告之方法，其中該等風力發電設備(1)各自位於一個位置(1.1、1.2、...、m.n)處，且該大量風力發電設備(1)中之每一者包含用於記錄一環境參數之一感測器配置(5)，該感測器配置包含一風速計(21)、一溫度感測器(22)及一濕度感測器(23)之至少一者，其中該感測器配置(5)包含一其他感測器(24)，即用於記錄電場之一電場計，且該方法包含以下步驟：借助於該大量風力發電設備(1)的該感測器配置(5)之該等感測器(21、22、23、24)，記錄(41)至少包含一電場之該環境參數(25)之至少一個值；及評估(44)該環境參數之該至少一個值以預測(45)該大量風力發電設備(1)之該等位置(1.1、1.2、...、m.n)之該閃電警告(1)，其中該大量風力發電設備(1)與一伺服器(31)連接，其中該方法進一步包含以下步驟：將該環境參數(25)之該至少一個值自該大量風力發電設備(1)傳輸(42)至該伺服器(31)；其特徵在於：使用該環境參數(25)之該至少一個值及該大量風力發電設備(1)之該等位置(1.1、1.2、...、m.n)製備(43)一映射(51)；及評估(44)該映射(51)以預測(45)該大量風力發電設備(1)之該等位置(1.1、1.2、...、m.n)的該閃電警告(1)，使用該大量風力發電設備(1)之每一感測器配置(5)記錄該環境參數(25)之多個值，且使用該環境參數之該多個值製備及評估多個映射(51)，且將該多個映射(51)彼此組合， 基於對該至少一個映射(51)之該評估，一雷擊之機率藉由利用來自天氣預測之一標準模型或經驗值來判定且指派給該大量風力發電設備(1)之該等位置(1.1、1.2、...、m.n)，其中其中該環境參數(25)之該至少一個或多個值係選自以下值之群組：風強度(21.1a)、風向(21.1b)、溫度(22.1)、空氣濕度(23.1)、氣壓、電場強度(24.1)、磁場強度及電磁場強度；當評估該映射(51)時，判定一最小值(64)、一最大值(63)及一梯度(64)之至少一者；且將一雷擊之該等機率與極限機率比較，且針對一雷擊之該機率超過該極限機率的該大量風力發電設備(1)之該等位置(1.1、1.2、...、m.n)發出一閃電警告。
  2. 如請求項1之方法，其中該伺服器是該風電場(10)之一伺服器(31)。
  3. 如請求項1或2之方法，其中將該環境參數(25)之該至少一個值與一參考值比較。
  4. 如請求項1或2之方法，其中該閃電警告係以一警告訊息之形式或作為一聲訊通知或以一警告燈之形式發出。
  5. 一種用於閃電警告之具有大量風力發電設備(10)之一風電場(10)，其特徵在於其等執行如請求項1至4中之任一項之方法，其中該大量風力發電設備(1)各自位於一個位置(1.1、1.2、...、m.n)處，且該等風力發電設備(1)中之每一者包含用於記錄一環境參數之一感測器配置(5)，該感測器配置包含一風速計(21)、一溫度感測器(22)及一濕度感測器(23)之至少一者，其中該感測器配置(5)具有一其他感測器(24)，即用於記錄一電場之一電場計；且一閃電警告裝備具有用於評估(44)至少包含一電場之該環境參數之該至少一個值及用於預測(45)該等風力發電設備(1)之該等位置(1.1、1.2、...、m.n)之該閃電警告的一評估單元。
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