專利名稱：風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
如果希望風(fēng)力發(fā)電設(shè)備獲得較長的有效壽命，保護(hù)其不被毀壞、破壞或由其他原因引起的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備故障，依賴于各自的尺寸及功率設(shè)計(jì)，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是相對昂貴的資金投入項(xiàng)目。同時(shí)，對于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，總是希望其以最大可能的功率輸出工作，以使其也盡可能實(shí)現(xiàn)最大數(shù)量的能量輸出。這兩個(gè)目標(biāo)，也就是說一方面是長的有效壽命，另一方面是最高可能的能量輸出，部分上是截然相反的關(guān)系，但是最終公認(rèn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備基本上也可部分地工作在超載范圍內(nèi)，以增加其能量輸出，但是，同時(shí)這也將導(dǎo)致有效壽命的顯著減少。如果與此比較，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備僅僅在很低的風(fēng)速范圍內(nèi)工作，那么該設(shè)備無疑被保護(hù)的更好，但是從其能量輸出的觀點(diǎn)來說這是不充分的。
本發(fā)明的目的是提供測量及保護(hù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備免受破壞或環(huán)境因素引起風(fēng)力發(fā)電設(shè)備故障的可能方式，但是同時(shí)仍然也能獲得最大可能的能量輸出。
所述目的通過具有權(quán)利要求1或權(quán)利要求2中說明的特征的發(fā)明實(shí)現(xiàn)。有利的發(fā)展在附屬權(quán)利要求中說明。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)不僅僅基于正如目前通過風(fēng)力計(jì)測量風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的風(fēng)況，而且基于將測量結(jié)果用于在風(fēng)的方向上被排在第一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備后的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上，因此如果需要時(shí)，例如當(dāng)狂風(fēng)或暴雨時(shí)，它們在所述狂風(fēng)或暴雨擊打所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備前的適當(dāng)時(shí)間的時(shí)刻實(shí)現(xiàn)扇葉設(shè)置角度的改變，那么，當(dāng)狂風(fēng)或暴雨擊打所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備時(shí)，載荷沒有太大到其仍能引起破壞。
本發(fā)明的預(yù)警系統(tǒng)基本上是部分基于兩個(gè)不同的方法，但是這兩個(gè)方法也能夠結(jié)合在一起，彼此補(bǔ)充。
一種可能性涉及安裝所謂的SODAR系統(tǒng)(參見例子http//aku100.physik.uni-oldenburg.de/Schallausbreitung/sodarl)到所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備本身，優(yōu)選地是安裝到其縱槽上，例如在馬達(dá)前部的前部軸心區(qū)域。這樣的SODAR(聲波探測和定域(Sonic Detection and Ranging))系統(tǒng)能夠在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備前部的所需方向(風(fēng)的方向)上三維探測風(fēng)況(在線)。因而，如果SODAR系統(tǒng)被安裝在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的縱槽而且直接地朝向所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備馬達(dá)的前部的區(qū)域，那么將不需要任何后續(xù)的調(diào)節(jié)(因?yàn)镾ODAR系統(tǒng)常常與所述縱槽定位在主風(fēng)向的方向上)，而且能夠觀測所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備馬達(dá)的前部的區(qū)域以確定是否有狂風(fēng)或暴雨發(fā)生。
另外，所述SODAR系統(tǒng)基本上已在先被公知，但是迄今它們僅僅被固定地構(gòu)建或以移動(dòng)安裝在拖車上的形式被運(yùn)輸，而且僅僅用于特定區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速輪廓的一次性測量。
按照本發(fā)明，這樣的SODAR系統(tǒng)被留在所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上而且不僅僅是固定地一次安裝，因此當(dāng)產(chǎn)生對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備有害的過載的狂風(fēng)或暴雨靠近時(shí)，其在合適的時(shí)間被檢測到并且所述馬達(dá)葉片在先于所述狂風(fēng)或暴雨擊打所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的時(shí)間被適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)，使所述狂風(fēng)或暴雨作用到風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上的載荷明顯小于未調(diào)節(jié)馬達(dá)扇葉時(shí)的載荷。
如果所述SODAR系統(tǒng)被安裝在一個(gè)直立在風(fēng)場中的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(或多個(gè))上，而且如果風(fēng)力發(fā)電設(shè)備被直立在風(fēng)場的邊緣區(qū)域，靠近的風(fēng)擊打第一個(gè)設(shè)備，那么由所述SODAR系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)不僅能在設(shè)有SODAR系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中被處理，而且更多的在風(fēng)向上所有在該設(shè)有SODAR系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備后面的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，這些設(shè)備上所述的狂風(fēng)或暴雨或其他有害風(fēng)況也通過，如果風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在風(fēng)中合適地設(shè)置馬達(dá)扇葉，將不會(huì)引起任何破壞，因而它們在狂風(fēng)或暴雨或其他不利風(fēng)況下是堅(jiān)不可破的。
但是，就風(fēng)場來說也可有可選擇的預(yù)警系統(tǒng)的形式，如早先安裝在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上的風(fēng)力計(jì)及載荷測量設(shè)備可不僅僅用于提供對于載有風(fēng)力計(jì)或載荷測量設(shè)備的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備重要的數(shù)據(jù)，而且應(yīng)用設(shè)有風(fēng)力計(jì)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備后面的風(fēng)向。例如如果風(fēng)力計(jì)測量非常高的風(fēng)力，則對應(yīng)的信息項(xiàng)目能被傳送到相關(guān)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備后面所述風(fēng)向上的更多的設(shè)備上，而且那些更多的設(shè)備也能如此在涉及危險(xiǎn)載荷的有害風(fēng)況發(fā)生前的適當(dāng)時(shí)間調(diào)節(jié)馬達(dá)扇葉，或可如此采用其他步驟，例如完全關(guān)閉設(shè)備，由有害風(fēng)況引起的載荷，因而任何可能發(fā)生的破壞盡可能的輕微并且更好地可完全避免。
馬達(dá)扇葉設(shè)置在風(fēng)中通常意味著暴露在風(fēng)中的馬達(dá)扇葉的表面區(qū)域減少，并且在一些環(huán)境下其能導(dǎo)致電力輸出的降低。但是在避免超載的情況下，如果這樣的情況發(fā)生可能避免破壞，而且如果考慮風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的全部有效壽命，即使為使功率輸出的臨時(shí)減少水平很少最終許多超載情況將顯著的減少整個(gè)設(shè)備的有效壽命，這樣的不利影響也將被接受。
本發(fā)明的預(yù)警系統(tǒng)中的由一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備測量的數(shù)據(jù)(風(fēng)與載荷數(shù)據(jù))也能被其他風(fēng)力發(fā)電設(shè)備使用，在風(fēng)場中各預(yù)先設(shè)定風(fēng)力發(fā)電設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)，其中相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸能被無線地或由有線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，并且已知的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可用于傳輸本身。
既然這樣，數(shù)據(jù)通信也可以通過中央控制器的方式從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備。中央控制器能依次將關(guān)于在設(shè)備上測量的風(fēng)況的信息項(xiàng)目傳到風(fēng)場的所有或已選擇的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(例如那些在已給設(shè)備的背風(fēng)區(qū)中的)，并且/或者能依次提供所需的控制信號(hào)并將其傳送到相應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備?？梢岳斫?，構(gòu)想一個(gè)SODAR及風(fēng)力計(jì)測量探測程序的結(jié)合物，以使一方面能實(shí)現(xiàn)從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備的通信被，另一方面通過中央控制的方式得以存在信息冗余，例如允許錯(cuò)誤校正。真實(shí)性檢查也能被實(shí)現(xiàn)，例如以這樣的方式實(shí)現(xiàn)將來自中央控制器的控制指令基于從一臺(tái)設(shè)備傳達(dá)到其他設(shè)備的風(fēng)速或風(fēng)向數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，且僅僅當(dāng)建立真實(shí)性時(shí)執(zhí)行。
可以理解，另一方面每臺(tái)設(shè)備可基于設(shè)備間的通信數(shù)據(jù)在其自身的控制設(shè)備中實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)目刂疲乙恢醒肟刂蒲b置執(zhí)行相應(yīng)的監(jiān)控程序。
因?yàn)樵陲L(fēng)場中的單獨(dú)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備間的距離是不變的，所以基于已知的風(fēng)速在不利風(fēng)況發(fā)生時(shí)，可靠地(預(yù)先)計(jì)算什么時(shí)候有害風(fēng)況，如狂風(fēng)或暴雨，到達(dá)哪臺(tái)設(shè)備是可能的。因此例如計(jì)算設(shè)備為了執(zhí)行所需調(diào)節(jié)(與風(fēng)力相關(guān)的馬達(dá)扇葉的迎角)需要的風(fēng)力速度相關(guān)的前置時(shí)間是可能的?？蛇x地或附加地，可以引入一個(gè)用于前置時(shí)間的固定元件。
依賴于獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電設(shè)備間的距離及風(fēng)速產(chǎn)生的預(yù)警時(shí)間通常足夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間(節(jié)距速度在大約4度及8度每秒之間)內(nèi)改變扇葉角度。
如上所述，確定在一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上測量的相關(guān)風(fēng)況的信息項(xiàng)目的操作基本上可被作用在風(fēng)場內(nèi)所有風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上?？蛇x的方式可以是依賴于風(fēng)向的信息通信，這樣為了至少將信息傳達(dá)到直接在風(fēng)力路徑旁的設(shè)備，可提供擴(kuò)展的角度。這個(gè)角度可再次被固定或依賴于風(fēng)力方向上的波動(dòng)被選擇。
可以理解，在信息通信期間，除了完全的風(fēng)速及風(fēng)向數(shù)據(jù)，通信中也可存在更多的數(shù)據(jù)如發(fā)送及目標(biāo)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的身份識(shí)別、誤差校正代碼或類似的信息項(xiàng)目。
可對風(fēng)力方向從如下方面進(jìn)行特殊考慮，本地狂風(fēng)經(jīng)常發(fā)生，其具有基本上恒定的風(fēng)向，僅僅(能)到達(dá)部分風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，因此，從樂觀的輸出角度看，實(shí)際上僅僅在這種狂風(fēng)的方式下的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備也不得不通過適當(dāng)?shù)目刂埔允拱l(fā)生在其上的載荷盡可能的低。


圖1所示為具有若干風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1的風(fēng)場排布的例子，所述的每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1與中央處理器2相連接。由此，中央控制器可適當(dāng)?shù)奶幚韱蝹€(gè)設(shè)備上的測量數(shù)據(jù)并且也能為單個(gè)設(shè)備提供控制信號(hào)。
圖2所示為通常的使用情況的例子。風(fēng)3首先吹到特定設(shè)備4，其測量數(shù)據(jù)依次傳到中央控制器或以其他方式(非中央控制器)傳到其他設(shè)備。可認(rèn)為撞擊設(shè)備的風(fēng)力也將擊打設(shè)置于設(shè)備的直接背風(fēng)區(qū)內(nèi)的設(shè)備(窄陰影線)。但是對于擴(kuò)展的角度也可能設(shè)置地更寬(寬陰影線)，借此形成一個(gè)較寬的“背風(fēng)區(qū)”，以在使所有部分或全部落入陰影區(qū)域的設(shè)備處，第一設(shè)備的測量結(jié)果也能被用于控制所述第一設(shè)備背風(fēng)區(qū)的更多的設(shè)備，以這樣的方式，對更多設(shè)備的破壞不會(huì)發(fā)生并且其也因而根據(jù)第一設(shè)備測量結(jié)果的值被保護(hù)。
如所述，也可使用其它的控制概念代替控制器2。因而，例如，這樣的控制概念也可以是在鄰近的設(shè)備之間或特定區(qū)域的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備之間存在數(shù)據(jù)(無線電)連接，并且在這樣的方式中，測量數(shù)據(jù)可無線交換而且在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備間沒有設(shè)有中央控制器。
也可當(dāng)一個(gè)特定的風(fēng)力情況形成，例如在狂風(fēng)的情況下，不僅僅明確地與被調(diào)節(jié)的相關(guān)設(shè)備，而且所有與該設(shè)備或該等設(shè)備直接接近的設(shè)備，都與被影響設(shè)備處于特定的地理關(guān)系中。例如圖2所示的例子中，在風(fēng)向上被影響的設(shè)備左側(cè)及右側(cè)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備6。
如果圖2所示的第一設(shè)備4配備有SODAR，那么，當(dāng)狂風(fēng)擊打所述第一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備時(shí)，狂風(fēng)可被測量并且在第一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上設(shè)有適當(dāng)程序以避免任何破壞。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其包括一SODAR系統(tǒng)，該SODAR系統(tǒng)安裝在所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的縱槽上并檢測所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備馬達(dá)前部的區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述SODAR優(yōu)選地被安裝在所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備馬達(dá)軸心處的區(qū)域中，優(yōu)選地在所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備馬達(dá)平面的前部。
3.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述SODAR測量所述馬達(dá)前部的風(fēng)況并且將相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲲L(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制器，特別地，當(dāng)不可預(yù)期的風(fēng)況發(fā)生時(shí)，例如當(dāng)狂風(fēng)發(fā)生時(shí)，其依次適當(dāng)?shù)馗淖凂R達(dá)扇葉的迎角以保護(hù)整個(gè)設(shè)備免受有害的載荷及破壞。
4.一種在風(fēng)場中保護(hù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的預(yù)警系統(tǒng)，其包括測量第一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備區(qū)域內(nèi)的風(fēng)況的元件，其中測量數(shù)據(jù)由一控制所述第一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備及/或另一個(gè)接近該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的第二風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制裝置處理，其中，所述控制涉及與風(fēng)(間距)有關(guān)的馬達(dá)扇葉迎角的特殊調(diào)節(jié)，且一有危及所述第一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的風(fēng)況被測量到就會(huì)發(fā)生所述迎角的調(diào)節(jié)。
5.一種風(fēng)場，其包括若干如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述風(fēng)場中首先處于風(fēng)中的第一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的測量數(shù)據(jù)被傳送到至少一個(gè)在風(fēng)向上位于所述第一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備后面的第二風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，并且在第一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備背風(fēng)區(qū)中的第二風(fēng)力發(fā)電設(shè)備基于關(guān)于第一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備區(qū)域中的風(fēng)況的測量數(shù)據(jù)被控制。
6.一種控制一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的方法，其特征在于預(yù)期的風(fēng)速檢測被用于第一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備及所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制器，尤其是，馬達(dá)扇葉的迎角依賴于已檢測到的風(fēng)速及/或風(fēng)向。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于空間及/或臨時(shí)的風(fēng)速分布的檢測，尤其對于檢測所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備或風(fēng)力發(fā)電設(shè)備組的整個(gè)或當(dāng)?shù)貐^(qū)域內(nèi)的陣風(fēng)。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于通過設(shè)置在一組風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中一個(gè)或多個(gè)預(yù)先設(shè)定的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備處的裝置進(jìn)行風(fēng)速的檢測。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于每一單個(gè)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備被控制在預(yù)定的與已檢測的風(fēng)速及/或風(fēng)向相關(guān)的模式中。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于用于所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制指令由所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備本身或通過一中央控制器產(chǎn)生。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于關(guān)于風(fēng)況(風(fēng)速、風(fēng)向)的信息以無線或有線的方式在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備之間被傳送。
12.一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其包括用于檢測風(fēng)力發(fā)電設(shè)備區(qū)域內(nèi)的風(fēng)況的裝置，其特征在于通過一裝置傳送風(fēng)速及/或風(fēng)向信息到至少風(fēng)場內(nèi)更多的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備之一處，通過該裝置從至少風(fēng)場內(nèi)更多的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備之一處接收風(fēng)速及/或風(fēng)向信息。
13.一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其包括用于檢測風(fēng)況的裝置，其特征在于所述用于檢測風(fēng)速的裝置和聲波一起工作，優(yōu)選地是在SODAR方式中與超聲波一起。
14.如權(quán)利要求13所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述用于檢測風(fēng)速的裝置至少部分地被設(shè)置在所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備縱槽的區(qū)域中。
15.如權(quán)利要求14所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述用于檢測風(fēng)速的裝置可三維地檢測風(fēng)速。
全文摘要
如果希望風(fēng)力發(fā)電設(shè)備獲得較長的有效壽命，保護(hù)其不被毀壞、破壞或由其他原因引起的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備故障，依賴于各自的尺寸及功率設(shè)計(jì)，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是相對昂貴的資金投入項(xiàng)目。同時(shí)，對于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，總是希望其以最大可能的功率輸出工作，以使其也盡可能實(shí)現(xiàn)最大數(shù)量的能量輸出。這兩個(gè)目標(biāo)，也就是說一方面是長的有效壽命，另一方面是最高可能的能量輸出，部分上是截然相反的關(guān)系，但是最終公認(rèn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備基本上也可部分地工作在超載范圍內(nèi)，以增加其能量輸出，但是，同時(shí)這也將導(dǎo)致有效壽命的顯著減少。如果與此比較，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備僅僅在很低的風(fēng)速范圍內(nèi)工作，那么該設(shè)備無疑被保護(hù)的更好，但是從其能量輸出的觀點(diǎn)來說這是不充分的。本發(fā)明的目的是提供測量及保護(hù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備免受破壞或環(huán)境因素引起風(fēng)力發(fā)電設(shè)備故障的可能方式，但是同時(shí)仍然也能獲得最大可能的能量輸出。本發(fā)明進(jìn)一步涉及具有SODAR系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，所述SODAR系統(tǒng)被安裝在所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的縱槽上并檢測所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備馬達(dá)前部的區(qū)域。
文檔編號(hào)F03D11/00GK1606658SQ02815100
公開日2005年4月13日 申請日期2002年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月31日
發(fā)明者艾勞埃斯·烏本 申請人:艾勞埃斯·烏本