專利名稱：檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中描述的主題大體涉及風力渦輪機，并且更具體而言，涉及檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
一般而言，風力渦輪機包括轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子包括具有多個轉(zhuǎn)子葉片的可旋轉(zhuǎn)的輪轂組件。轉(zhuǎn)子葉片將風能轉(zhuǎn)變成機械旋轉(zhuǎn)扭矩，機械旋轉(zhuǎn)扭矩通過轉(zhuǎn)子來驅(qū)動一個或多個發(fā)電機。發(fā)電機有時(但不總是)通過齒輪箱來旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上。齒輪箱會提高轉(zhuǎn)子的固有地低的轉(zhuǎn)速，以便于發(fā)電機將旋轉(zhuǎn)機械能高效地轉(zhuǎn)化成電能，電能通過至少一個電連接件來供應(yīng)到公共電網(wǎng)中。還存在無齒輪的直驅(qū)式風力渦輪機。轉(zhuǎn)子、發(fā)電機、齒輪箱和其它構(gòu)件典型地安裝在定位在塔架的頂上的殼體或機艙內(nèi)。至少一些已知的風力渦輪機包括測量和/或檢測風力渦輪機內(nèi)或風力渦輪機附近的環(huán)境狀況和/或運行狀況的一個或多個傳感器。諸如功率發(fā)生操作的操作可依賴于接收來自傳感器的精確測量數(shù)據(jù)。因此，如果一個或多個傳感器失效和/或呈現(xiàn)異常運行，則風力渦輪機的功率發(fā)生能力會降低。至少一些已知的風力渦輪機使用風力渦輪機內(nèi)的其它傳感器和/或計算運行狀況來檢驗一個或多個傳感器的運行。這樣的風力渦輪機可檢測傳感器內(nèi)的某些誤差。但是， 這樣的風力渦輪機可能無法精確地檢測傳感器的異常行為，例如傳感器是否開始“漂移”。 這種漂移可出現(xiàn)在傳感器的輸出關(guān)于定義的輸入而偏離(例如逐漸偏離)期望輸出時。因此，由于一個或多個傳感器誤差的原因，這樣的風力渦輪機可變得受損和/或可具有降低的功率發(fā)生能力。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，提供了一種檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的方法，其包括動態(tài)地為第一風力渦輪機定義鄰近的風力渦輪機的鄰域，各個鄰近的風力渦輪機包括至少一個傳感器。該方法還包括接收來自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數(shù)據(jù)，以及使用接收自鄰近的風力渦輪機傳感器的數(shù)據(jù)來確定第一風力渦輪機的至少一個傳感器的狀態(tài)。在另一個實施例中，提供了一種檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的方法， 其包括定義用于使接收自至少一個風力渦輪機的數(shù)據(jù)歸一化的歸一化算法?；谠摎w一化算法來為第一風力渦輪機定義鄰近的風力渦輪機的鄰域，其中，各個鄰近的風力渦輪機包括至少一個傳感器。接收來自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數(shù)據(jù)，并且使用接收自鄰近的風力渦輪機傳感器的數(shù)據(jù)來確定第一風力渦輪機的至少一個傳感器的狀態(tài)。在又另一個實施例中，提供了一種用于包括至少一個傳感器的第一風力渦輪機的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括構(gòu)造成動態(tài)地定義包括多個風力渦輪機的鄰域的處理器，其中， 該多個風力渦輪機中的各個風力渦輪機均包括至少一個傳感器。處理器也構(gòu)造成接收來自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數(shù)據(jù)，并且使用接收自鄰近的風力渦輪機傳感器的數(shù)據(jù)來確定第一風力渦輪機的傳感器的狀態(tài)。


圖1是示例性風力渦輪機的透視圖。圖2是適于用于圖1中顯示的風力渦輪機的示例性機艙的局部截面圖。圖3是適于用于圖1中顯示的風力渦輪機的示例性渦輪控制系統(tǒng)的方框圖。圖4是可包括圖1中顯示的風力渦輪機的示例性風電場的示意圖。圖5是適于用于圖1中顯示的和/或圖4中顯示的風電場內(nèi)的風力渦輪機的檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的示例性方法的流程圖。零部件列表100風力渦輪機102 塔架104支承表面106 機艙108 轉(zhuǎn)子110 輪轂112轉(zhuǎn)子葉片114 風116偏航軸線118轉(zhuǎn)子葉根部分120負荷傳遞區(qū)域122轉(zhuǎn)子葉尖部分124旋轉(zhuǎn)軸線126轉(zhuǎn)子葉片表面區(qū)128變槳軸線130變槳組件131變槳驅(qū)動馬達132發(fā)電機134轉(zhuǎn)子軸136齒輪箱138高速軸140聯(lián)接件142支承件144支承件146偏航驅(qū)動機構(gòu)148氣象桿150渦輪控制系統(tǒng)152前支承軸承
154后支承軸承156傳動系200處理器202存儲器裝置204傳感器206促動器208虛擬傳感器300風電場302風電場控制中心304 網(wǎng)絡(luò)306 鄰域308測試中的風力渦輪機310初始鄰域312主鄰域314調(diào)和鄰域400檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的方法402為風力渦輪機定義初始鄰域404確定一個或多個風力渦輪機傳感器是否有故障406動態(tài)地定義風力渦輪機的主鄰域408定義歸一化算法410調(diào)節(jié)主鄰域大小412接收來自鄰域中的風力渦輪機的傳感器數(shù)據(jù)414使接收到的傳感器數(shù)據(jù)歸一化416基于經(jīng)歸一化的傳感器數(shù)據(jù)來確定一個或多個傳感器是否有故障418通知風電場控制中心420定義調(diào)和鄰域422確定調(diào)和鄰域是否包括預(yù)定數(shù)量的風力渦輪機424產(chǎn)生故障426產(chǎn)生至少一個虛擬傳感器
具體實施例方式本文中描述的實施例檢驗風電場內(nèi)測試中的風力渦輪機的至少一個傳感器的運行。為測試中的風力渦輪機動態(tài)地定義風力渦輪機的鄰域。定義了歸一化算法來幫助確定鄰域內(nèi)的各個風力渦輪機與測試中的風力渦輪機的關(guān)聯(lián)性。從各個鄰域風力渦輪機接收傳感器數(shù)據(jù)，并且使用歸一化算法來使該傳感器數(shù)據(jù)歸一化。比較經(jīng)歸一化的傳感器數(shù)據(jù)與測試中的風力渦輪機的至少一個傳感器的傳感器數(shù)據(jù)，以確定傳感器是否有故障。如果確定傳感器有故障，則產(chǎn)生至少一個虛擬傳感器，以用作故障傳感器的代理。基于接收自鄰域風力渦輪機的經(jīng)歸一化的傳感器數(shù)據(jù)來產(chǎn)生虛擬傳感器。因此，本文中描述的實施例提供了用于檢驗傳感器的運行的穩(wěn)定可靠的和高效的方法和控制系統(tǒng)。此外，本文中描述的實施例使得風力渦輪機能夠在確定傳感器有故障的情況下繼續(xù)運行。圖1是示例性風力渦輪機100的示意圖。在該示例性實施例中，風力渦輪機100是水平軸風力渦輪機。備選地，風力渦輪機100可為豎直軸風力渦輪機。在該示例性實施例中，風力渦輪機100包括從支承表面104延伸且聯(lián)接到支承表面104上的塔架102。例如， 塔架102可用錨定螺栓或通過基礎(chǔ)安裝件(均未顯示)來聯(lián)接到表面104上。機艙106聯(lián)接到塔架102上，而轉(zhuǎn)子108聯(lián)接到機艙106上。轉(zhuǎn)子108包括可旋轉(zhuǎn)的輪轂110和聯(lián)接到輪轂110上的多個轉(zhuǎn)子葉片112。在該示例性實施例中，轉(zhuǎn)子108包括三個轉(zhuǎn)子葉片112。 備選地，轉(zhuǎn)子108可具有使得風力渦輪機100能夠如本文中描述的那樣起作用的任何適合數(shù)量的轉(zhuǎn)子葉片112。塔架102可具有使得風力渦輪機100能夠如本文中描述的那樣起作用的任何適合的高度和/或結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子葉片112在輪轂110的周圍間隔開，以幫助使轉(zhuǎn)子108旋轉(zhuǎn)，從而將來自風 114的動能轉(zhuǎn)換成可用的機械能，并且隨后轉(zhuǎn)換成電能。轉(zhuǎn)子108和機艙106在偏航軸線 116上繞著塔架102旋轉(zhuǎn)，以控制轉(zhuǎn)子葉片112的相對于風114的方向的投影。通過在多個負荷傳遞區(qū)域120處將轉(zhuǎn)子葉根部分118聯(lián)接到輪轂110上來將轉(zhuǎn)子葉片112匹配到輪轂110上。負荷傳遞區(qū)域120各自具有輪轂負荷傳遞區(qū)域和轉(zhuǎn)子葉片負荷傳遞區(qū)域(兩者在圖1中均未顯示)。對轉(zhuǎn)子葉片112引起的負荷通過負荷傳遞區(qū)域120傳遞到輪轂110。 各個轉(zhuǎn)子葉片112還包括轉(zhuǎn)子葉尖部分122。在該示例性實施例中，轉(zhuǎn)子葉片112具有介于大約30米(m) (99英尺(ft))和大約120m(394ft)之間的長度。備選地，轉(zhuǎn)子葉片112可具有使得風力渦輪機100能夠如本文中描述的那樣起作用的任何適合的長度。例如，轉(zhuǎn)子葉片112可具有小于30m或大于120m 的適合長度。在風114接觸轉(zhuǎn)子葉片112時，會對轉(zhuǎn)子葉片112引起升力，并且在轉(zhuǎn)子葉尖部分122加速時，會引起轉(zhuǎn)子108繞著旋轉(zhuǎn)軸線IM旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子葉片112的槳距角(未顯示)，即確定轉(zhuǎn)子葉片112的相對于風114的方向的投影的角，可由變槳組件(在圖1中未顯示)改變。更具體而言，增大轉(zhuǎn)子葉片112的槳距角會減小轉(zhuǎn)子葉片表面區(qū)1 暴露于風114的量，并且相反地，減小轉(zhuǎn)子葉片112的槳距角會增大轉(zhuǎn)子葉片表面區(qū)126暴露于風114的量。在各個轉(zhuǎn)子葉片112處繞著變槳軸線128 來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片112的槳距角。在該示例性實施例中，轉(zhuǎn)子葉片112的槳距角是單獨控制的。圖2是示例性風力渦輪機100(在圖1中顯示)的機艙106的局部截面圖。風力渦輪機100的各種構(gòu)件均容納在機艙106中。在該示例性實施例中，機艙106包括三個變槳組件130。各個變槳組件130聯(lián)接到相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子葉片112(在圖1中顯示)上，并且調(diào)控相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子葉片112的繞著變槳軸線128的變槳。在圖2中顯示了三個變槳組件130 中的僅一個。在該示例性實施例中，各個變槳組件130包括至少一個變槳驅(qū)動馬達131。如圖2中所顯示，轉(zhuǎn)子108通過轉(zhuǎn)子軸134(有時稱為或者主軸或者低速軸)、齒輪箱136、高速軸138和聯(lián)接件140來可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到定位在機艙106內(nèi)的發(fā)電機132上。轉(zhuǎn)子軸134的旋轉(zhuǎn)會可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動齒輪箱136，齒輪箱136隨后驅(qū)動高速軸138。高速軸138 通過聯(lián)接件140來可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動發(fā)電機132，并且高速軸138的旋轉(zhuǎn)有助于使發(fā)電機132產(chǎn)生電功率。齒輪箱136由支承件142支承，而發(fā)電機132由支承件144支承。在該示例性實施例中，齒輪箱136利用雙路徑幾何結(jié)構(gòu)來驅(qū)動高速軸138。備選地，轉(zhuǎn)子軸134通過聯(lián)接件140來直接聯(lián)接到發(fā)電機132上。機艙106還包括偏航驅(qū)動機構(gòu)146，偏航驅(qū)動機構(gòu)146使機艙106和轉(zhuǎn)子108繞著偏航軸線116(在圖1中顯示)旋轉(zhuǎn)，以控制轉(zhuǎn)子葉片112的相對于風114的方向的投影。 機艙106還包括至少一個氣象桿148，該至少一個氣象桿148包括風向標和風速計(兩者在圖2中均未顯示)。在一個實施例中，氣象桿148將包括風向和/或風速的信息提供給渦輪控制系統(tǒng)150。渦輪控制系統(tǒng)150包括一個或多個控制器或構(gòu)造成執(zhí)行控制算法的其它處理器。如本文中所用，用語“處理器”包括任何可編程的系統(tǒng)(包括多個系統(tǒng))，包括微控制器、簡精指令集電路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLC)，以及能夠執(zhí)行本文中描述的功能的任何其它電路。以上實例僅是示例性的，并且因此不意圖以任何方式限制用語處理器的定義和/或含義。此外，渦輪控制系統(tǒng)150可執(zhí)行SCADA(監(jiān)督、控制和數(shù)據(jù)采集)程序。變槳組件130操作性地聯(lián)接到渦輪控制系統(tǒng)150上。在該示例性實施例中，機艙 106還包括前支承軸承152和后支承軸承154。前支承軸承152和后支承軸承巧4有助于轉(zhuǎn)子軸134的徑向支承和對準。前支承軸承152在輪轂110附近聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸134上。后支承軸承154在齒輪箱136和/或發(fā)電機132附近定位在轉(zhuǎn)子軸134上。機艙106可包括使得風力渦輪機100能夠如本文中公開的那樣起作用的任何數(shù)量的支承軸承。轉(zhuǎn)子軸134、 發(fā)電機132、齒輪箱136、高速軸138、聯(lián)接件140和任何相關(guān)聯(lián)的緊固、支承和/或固定裝置 (包括但不限于支承件142、支承件144、前支承軸承152和后支承軸承154)有時被稱為傳動系156。圖3是可用于風力渦輪機100(在圖1中顯示)的示例性渦輪控制系統(tǒng)150的方框圖。在該示例性實施例中，渦輪控制系統(tǒng)150包括操作性地聯(lián)接到存儲器裝置202上、聯(lián)接到至少一個傳感器204上且聯(lián)接到至少一個促動器206上的處理器200。此外，在該示例性實施例中，處理器200聯(lián)接到至少一個虛擬傳感器208上，以及/或者實現(xiàn)至少一個虛擬傳感器208。存儲器裝置202包括計算機可讀介質(zhì)，例如(無限制性)，隨機存取存儲器(RAM)、 閃存、硬盤驅(qū)動器、固態(tài)驅(qū)動器、磁盤和/或閃存驅(qū)動器。備選地，存儲器裝置202可包括使得處理器200能夠存儲、檢索和/或執(zhí)行指令和/或數(shù)據(jù)的任何適合的計算機可讀介質(zhì)。存儲器裝置202存儲和傳遞待由處理器200執(zhí)行的信息和指令。在該示例性實施例中，傳感器204包括例如以下中的一個或多個電壓傳感器、電流傳感器、風速傳感器、風向傳感器、空氣密度傳感器、溫度傳感器、加速計和/或任何適合的傳感器。傳感器204提供風力渦輪機100的一個或多個運行狀況的測量結(jié)果。在該示例性實施例中，風力渦輪機100的實測運行狀況包括(無限制性)產(chǎn)生的功率、產(chǎn)生的扭矩、 轉(zhuǎn)子108(在圖2中顯示)的轉(zhuǎn)速、風力渦輪機100的一個或多個構(gòu)件的機械負荷、空氣密度、海拔、風速、風向、環(huán)境溫度和/或風力渦輪機100處或風力渦輪機100內(nèi)的任何適合的狀況。在該示例性實施例中，虛擬傳感器208為一個或多個傳感器204提供代理。更具體而言，如本文中更加完整地描述的那樣，一個或多個虛擬傳感器208可提供一個或多個計算運行狀況來代替來自有故障的和/或不可用的傳感器204的一個或多個測量結(jié)果。在該示例性實施例中，處理器200接收來自傳感器204和/或虛擬傳感器208的數(shù)據(jù)，并且基于該傳感器數(shù)據(jù)來操作促動器206，以調(diào)節(jié)風力渦輪機100的一個或多個構(gòu)件的位置。例如，促動器206可包括一個或多個變槳驅(qū)動馬達131 (在圖2中顯示)、偏航驅(qū)動機構(gòu)146(在圖2中顯示)和/或使風力渦輪機100能夠如本文中描述的那樣運行的任何其它構(gòu)件，以及/或者可結(jié)合在它們內(nèi)。圖4是示例性風電場300的示意圖。在該示例性實施例中，風電場300包括多個風力渦輪機100和控制與監(jiān)測風力渦輪機100和/或風電場300的運行的風電場控制中心 302。風電場300內(nèi)的風力渦輪機100通過與各個風力渦輪機100的相應(yīng)的渦輪控制系統(tǒng) 150(在圖2中顯示)交互的網(wǎng)絡(luò)304來聯(lián)接到彼此上。更具體而言，風力渦輪機100和/ 或渦輪控制系統(tǒng)150通過使得各個風力渦輪機100和/或渦輪控制系統(tǒng)150能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸給風電場300內(nèi)的其它風力渦輪機100和/或渦輪控制系統(tǒng)150且接收來自風電場300 內(nèi)的其它風力渦輪機100和/或渦輪控制系統(tǒng)150的數(shù)據(jù)的任何適合的網(wǎng)絡(luò)類型來聯(lián)接在一起，包括有線網(wǎng)絡(luò)和/或無線網(wǎng)絡(luò)304。此外，在該示例性實施例中，風電場300內(nèi)的各個風力渦輪機100通過網(wǎng)絡(luò)304來聯(lián)接到風電場控制中心302。在該示例性實施例中，風力渦輪機100共同分組成一個或多個鄰域306。更具體而言，鄰域306是關(guān)于第一或選定的風力渦輪機308而定義的。在一個特定的實施例中，選定的風力渦輪機308是測試中的風力渦輪機308(即處于測試過程中的風力渦輪機100)。 如本文中所描述，“測試中的風力渦輪機”不限于正在執(zhí)行正式測試或測試程序的風力渦輪機。相反，執(zhí)行本文中描述的方法以檢驗一個或多個傳感器的運行的風力渦輪機可稱為“測試中的風力渦輪機”。如本文更加完整地描述的那樣，鄰域306可包括第一或初始鄰域310、 第二或主鄰域312和/或第三或調(diào)和(accommodation)鄰域314。備選地，鄰域306可包括任何適合數(shù)量和/或類型的鄰域。如本文所用，用語“鄰域”指的是基于共同因素或特征的風力渦輪機100的組織組。例如，可按地理位置來定義鄰域306，例如基于風力渦輪機100 之間的距離(未顯示)。也可基于通訊和/或功率網(wǎng)絡(luò)(例如網(wǎng)絡(luò)304)、基于實測運行狀況的相似性(例如風速)、基于相似的運行模式和/或基于任何其它適合的特征或特征的組合來定義鄰域306。此外，如本文中更加完整地描述的那樣，鄰域306用來檢驗一個或多個風力渦輪機100(例如測試中的風力渦輪機308)的運行，以及/或者用作測試中的風力渦輪機308的故障傳感器204的代理。此外，在該示例性實施例中，鄰域306標識測試中的風力渦輪機308從中接收數(shù)據(jù)的一組或多組風力渦輪機100。鄰域306內(nèi)的風力渦輪機100 可稱為“鄰近的風力渦輪機100”。圖5是檢驗至少一個風力渦輪機傳感器(例如風力渦輪機100(在圖1中顯示) 的至少一個傳感器204)的運行的示例性方法400的流程圖。方法400可由風電場控制中心302 (在圖4中顯示)和/或測試中的風力渦輪機308 (在圖4中顯示)的渦輪控制系統(tǒng) 150執(zhí)行。在該示例性實施例中，在檢驗各個風力渦輪機100的運行時(即在各個風力渦輪機100均變成測試中的風力渦輪機308時)，方法400由風電場300內(nèi)的各個風力渦輪機 100的渦輪控制系統(tǒng)150的處理器200(在圖3中顯示)執(zhí)行。在該示例性實施例中，方法400包括為風力渦輪機100定義402初始鄰域，例如初始鄰域310 (在圖4中顯示)。初始鄰域310用來確定404測試中的風力渦輪機308的一個或多個傳感器204是否有故障。在該示例性實施例中，如圖4中示出的那樣，初始鄰域310 定義402成僅包括測試中的風力渦輪機308。因而，測試中的風力渦輪機308通過使接收自傳感器204(即被測試的傳感器204)的數(shù)據(jù)與接收自測試中的風力渦輪機308內(nèi)的其它傳感器204的數(shù)據(jù)相關(guān)來檢驗各個傳感器204的運行。測試中的風力渦輪機308可使用相關(guān)的數(shù)據(jù)來確定例如傳感器204是否“停滯”在特定值或多個特定值處(即傳感器204是否盡管接收到不同的輸入而總是傳輸相同的輸出)，傳感器204是否失電，以及/或者傳感器 204是否以別的方式不可運行(下文共同稱為一個或多個“固定故障”)。備選地，初始鄰域 310定義402成包括使得方法400能夠如本文中描述的那樣運行的任何適合的風力渦輪機 100或多個風力渦輪機100。仍然備選地，沒有定義402初始鄰域310，并且方法400通過比較來自傳感器204的數(shù)據(jù)與來自風電場控制中心302的數(shù)據(jù)和/或來自測試中的風力渦輪機308的其它數(shù)據(jù)來確定404測試中的風力渦輪機308的一個或多個傳感器204是否有故障。如果確定404傳感器204不會呈現(xiàn)固定故障，則動態(tài)地定義406測試中的風力渦輪機308的主鄰域，例如主鄰域312(在圖4中顯示)。如本文中所用，用語“動態(tài)地定義” 指的是在第一時間點處定義的鄰域和該鄰域的至少一方面在后面的時間點處被調(diào)節(jié)或重新定義。如上所述，主鄰域312可按地理位置定義、按邏輯定義，以及/或者基于測試中的風力渦輪機308和風電場300內(nèi)的一個或多個風力渦輪機100和/或風電場300之外的一個或多個風力渦輪機100之間的一個或多個特征或關(guān)系來定義。在該示例性實施例中，除了測試中的風力渦輪機308之外，主鄰域312還包括多個鄰近的風力渦輪機100。為測試中的風力渦輪機308定義408歸一化算法。在該示例性實施例中，歸一化算法以測試中的風力渦輪機308和主鄰域312和/或風電場300內(nèi)的各個風力渦輪機100 之間的距離為基礎(chǔ)。更具體而言，在該示例性實施例中，歸一化算法為各個風力渦輪機100 確定與各個風力渦輪機100和測試中的風力渦輪機308之間的距離成反比的系數(shù)。備選地， 可基于測試中的風力渦輪機308的實測風速和主鄰域312和/或風電場300內(nèi)的各個風力渦輪機100的實測風速之間的差、測試中的風力渦輪機308的實測風速和主鄰域312和/或風電場300內(nèi)的各個風力渦輪機100的實測風速的均方誤差、風力渦輪機308的運行歷史和/或運行序列與主鄰域312和/或風電場300內(nèi)的各個風力渦輪機100的運行歷史和/ 或運行序列的比較結(jié)果，以及/或者風力渦輪機100和/或風電場300的任何其它適合的特征來定義408歸一化算法。如本文中更加完整地描述的那樣，歸一化算法用來設(shè)置來自風力渦輪機100的數(shù)據(jù)的順序和/或權(quán)重量，以確定與測試中的風力渦輪機308的使用最適合和/或相關(guān)的數(shù)據(jù)。在定義408歸一化算法之后，就調(diào)節(jié)410主鄰域312的大小。更具體而言，在該示例性實施例中，基于歸一化算法將歸一化系數(shù)分配給各個風力渦輪機100。例如，如果歸一化算法是風力渦輪機100和測試中的風力渦輪機308之間的距離的倒數(shù)為基礎(chǔ)，則將與該距離成反比的歸一化系數(shù)分配給風電場300內(nèi)的各個風力渦輪機100。對歸一化系數(shù)排序， 以產(chǎn)生一組有序的系數(shù)值。通過識別該組系數(shù)值內(nèi)的最高值來選擇預(yù)定數(shù)量和/或百分比的系數(shù)值。備選地，可使用最低值和/或任何其它適合的標準來選擇預(yù)定數(shù)量和/或百分比的系數(shù)值。根據(jù)選定的風力渦輪機100(即與選定的系數(shù)值相關(guān)聯(lián)的風力渦輪機100)的數(shù)量來對主鄰域312進行大小調(diào)節(jié)410或設(shè)定。因此，主鄰域312重新定義成和/或重新大小設(shè)置成將選定的風力渦輪機100包括在其中。此外，風力渦輪機100根據(jù)表示各個風力渦輪機100與測試中的風力渦輪機308有多類似的遞增或遞減的列表中的系數(shù)值來排列或排序，以檢驗傳感器204的運行。在該示例性實施例中，測試中的風力渦輪機308接收412來自主鄰域312中的風力渦輪機100的傳感器數(shù)據(jù)。此外，接收412自主鄰域312內(nèi)的風力渦輪機100的傳感器數(shù)據(jù)可包括風力渦輪機100的一個或多個運行特征和/或參數(shù)的一個或多個計算值和/或估計值。備選地，風力渦輪機100將傳感器數(shù)據(jù)傳輸給風電場控制中心302，而測試中的風力渦輪機308接收來自風電場控制中心302的主鄰域312中的風力渦輪機100的傳感器數(shù)據(jù)。此外，在該示例性實施例中，僅從與在測試中的風力渦輪機308中被測試的傳感器204 相同的傳感器204接收數(shù)據(jù)。備選地，從主鄰域312中的各個風力渦輪機100和/或風電場控制中心302接收412多個傳感器204的數(shù)據(jù)，例如來自所有傳感器204的數(shù)據(jù)?；跉w一化算法來使接收到的數(shù)據(jù)歸一化414。更具體而言，接收自單獨的風力渦輪機100的各個傳感器值乘以風力渦輪機100的相關(guān)聯(lián)的系數(shù)值。因此，基于各個風力渦輪機100的傳感器數(shù)據(jù)與測試中的風力渦輪機308有多相關(guān)來使傳感器數(shù)據(jù)歸一化或調(diào)節(jié)傳感器數(shù)據(jù)。測試中的風力渦輪機308基于接收自風力渦輪機100和/或風電場控制中心302 的經(jīng)歸一化的傳感器數(shù)據(jù)來確定416 —個或多個傳感器204是否有故障。如果測試中的風力渦輪機308確定416傳感器204沒有故障，則方法400可為隨后的傳感器204和/或為不同的風力渦輪機100定義402初始鄰域(即不同的風力渦輪機100變成測試中的風力渦輪機308)。但是，如果測試中的風力渦輪機308確定416 —個或多個傳感器204有故障，則測試中的風力渦輪機308把檢測到的故障通知418風電場控制中心302。這種通知418可包括(無限制性)將一個或多個警告信號或消息傳輸給風電場控制中心302、將一個或多個狀態(tài)信號或消息傳輸給風電場控制中心302，以及/或者任何其它適合的通知。在該示例性實施例中，測試中的風力渦輪機308定義420調(diào)和鄰域，例如調(diào)和鄰域 314(在圖4中顯示)，以為各個故障傳感器204提供代理。此外，在該示例性實施例中，主鄰域312用作調(diào)和鄰域314。備選地，以與定義406主鄰域312類似的方式來定義420調(diào)和鄰域314，但是調(diào)和鄰域314可使用對于已經(jīng)檢測到的故障的類型而言專有的和/或以該類型為基礎(chǔ)的歸一化算法。此外，在該示例性實施例中，測試中的風力渦輪機308確定422調(diào)和鄰域314是否包括預(yù)定數(shù)量的風力渦輪機100，以提供足夠的傳感器數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來用作故障傳感器204的代理。如果調(diào)和鄰域314內(nèi)未包括足夠數(shù)量的風力渦輪機100(即如果風力渦輪機100的數(shù)量小于風力渦輪機100的預(yù)定數(shù)量)，則測試中的風力渦輪機308就不把調(diào)和鄰域314用作故障傳感器204的代理。相反，在該示例性實施例中，測試中的風力渦輪機308產(chǎn)生似4故障和/或停機(即停止產(chǎn)生功率)。如果測試中的風力渦輪機308確定422調(diào)和鄰域314包括足夠數(shù)量的風力渦輪機 100，測試中的風力渦輪機308就產(chǎn)生似6用作故障傳感器204的代理的一個或多個虛擬傳感器208(在圖3中顯示)。在該示例性實施例中，虛擬傳感器208是傳感器204的產(chǎn)生虛擬傳感器數(shù)據(jù)作為輸出的基于軟件的模型。因而，虛擬傳感器208至少部分地存儲在存儲器裝置202(在圖3中顯示)中和/或由測試中的風力渦輪機308的處理器200實現(xiàn)。此夕卜，在該示例性實施例中，虛擬傳感器數(shù)據(jù)是接收自調(diào)和鄰域314內(nèi)的風力渦輪機100的歸一化傳感器數(shù)據(jù)。換句話說，測試中的風力渦輪機308使用接收自調(diào)和鄰域314中的風力渦輪機100的經(jīng)歸一化的傳感器數(shù)據(jù)來代替將以別的方式接收自故障傳感器204的數(shù)據(jù)。因此，如果一個或多個傳感器204失效，測試中的風力渦輪機308可使用一個或多個虛擬傳感器208來繼續(xù)運行以及產(chǎn)生功率。此外，測試中的風力渦輪機308可如期望的那樣來根據(jù)虛擬傳感器數(shù)據(jù)獲得和/或計算出其它適合的運行特征或參數(shù)。在產(chǎn)生似6 —個或多個虛擬傳感器208之后，方法400可為隨后的傳感器204和/或為不同的風力渦輪機100定義402初始鄰域(即不同的風力渦輪機100變成測試中的風力渦輪機308)。返回參照方法400的開始，如果確定404傳感器204具有如上所述的固定故障，測試中的風力渦輪機308就把檢測到的故障通知418風電場控制中心302。這種通知418可包括(無限制性)將一個或多個警報信號或消息傳輸給風電場控制中心302、將一個或多個狀態(tài)信號或消息傳輸給風電場控制中心302，以及/或者任何其它適合的通知。此外，在該示例性實施例中，測試中的風力渦輪機308為故障傳感器204定義408 歸一化算法，并且定義420調(diào)和鄰域，例如調(diào)和鄰域314，以按與上面所述類似的方式為呈現(xiàn)固定故障的各個傳感器204提供代理。此外，如上所述，測試中的風力渦輪機308確定 422調(diào)和鄰域314是否包括預(yù)定數(shù)量的風力渦輪機100，以提供足夠的傳感器數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來用作故障傳感器204的代理。如果在調(diào)和鄰域314內(nèi)未包括足夠數(shù)量的風力渦輪機100(即如果風力渦輪機100數(shù)量小于風力渦輪機100的預(yù)定數(shù)量)，測試中的風力渦輪機308就不會將調(diào)和鄰域314用作故障傳感器204的代理。相反，在該示例性實施例中，測試中的風力渦輪機308產(chǎn)生似4故障和/或停機(即停止產(chǎn)生功率)。如果測試中的風力渦輪機308確定422調(diào)和鄰域314包括足夠數(shù)量的風力渦輪機 100，測試中的風力渦輪機308就接收412來自調(diào)和鄰域314內(nèi)的風力渦輪機100的傳感器數(shù)據(jù)。如上所述，使用歸一化算法來使傳感器數(shù)據(jù)歸一化414。測試中的風力渦輪機308產(chǎn)生似6用作故障傳感器204的代理的一個或多個虛擬傳感器208，并且測試中的風力渦輪機 308可如期望的那樣根據(jù)虛擬傳感器數(shù)據(jù)獲得和/或計算出其它適合的運行特征或參數(shù)。 在產(chǎn)生似6 —個或多個虛擬傳感器208之后，方法400可為隨后的傳感器204和/或為不同的風力渦輪機100定義402初始鄰域(即不同的風力渦輪機100變成測試中的風力渦輪機 308)。雖然本文中關(guān)于風電場300內(nèi)的風力渦輪機100來描述方法400，但是應(yīng)當認可， 也可在多個風電場300的風力渦輪機100之間執(zhí)行方法400。因而，例如，一個或多個鄰域 306可跨越多個風電場300。本文中描述的系統(tǒng)和方法的技術(shù)效果包括以下中的至少一個(a)動態(tài)地為測試中的風力渦輪機定義鄰近的風力渦輪機的鄰域，各個鄰近的風力渦輪機包括至少一個傳感器；(b)接收來自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數(shù)據(jù)；以及(c)使用接收自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數(shù)據(jù)來確定測試中的風力渦輪機的至少一個傳感器的狀態(tài)。以上描述的實施例提供了檢驗風力渦輪機傳感器的運行的高效的和穩(wěn)定可靠的方法。動態(tài)地為測試中的風力渦輪機定義風力渦輪機的鄰域。定義歸一化算法，以用于確定該鄰域內(nèi)的各個風力渦輪機與測試中的風力渦輪機的關(guān)聯(lián)性。從各個鄰近的風力渦輪機接收傳感器數(shù)據(jù)，并且使用歸一化算法來使該傳感器數(shù)據(jù)歸一化。比較經(jīng)歸一化的傳感器數(shù)據(jù)與測試中的風力渦輪機的至少一個傳感器的傳感器數(shù)據(jù)，以確定傳感器是否有故障。 如果確定傳感器有故障，就產(chǎn)生至少一個虛擬傳感器，以用作故障傳感器的代理?；诮邮兆脏徑娘L力渦輪機的歸一化傳感器數(shù)據(jù)來產(chǎn)生虛擬傳感器。相反，至少一些現(xiàn)有技術(shù)的風力渦輪機僅使用風力渦輪機內(nèi)的傳感器來檢驗一個或多個風力渦輪機傳感器的運行。因此，本文中描述的實施例提供了用于檢驗傳感器的運行的穩(wěn)定可靠的和高效的方法和控制系統(tǒng)。此外，如果確定傳感器有故障，本文中描述的實施例就使得風力渦輪機能夠繼續(xù)運行。以上對檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的控制系統(tǒng)和方法的示例性實施例進行了詳細描述?？刂葡到y(tǒng)和方法不限于本文中描述的具體實施例，而是相反，控制系統(tǒng)的構(gòu)件和/或方法的步驟可單獨地并且與本文中描述的其它構(gòu)件和/或步驟分開來使用。 例如，方法也可與其它風電場和控制系統(tǒng)結(jié)合起來使用，而不限于僅用本文中描述的風電場和控制系統(tǒng)來實踐。相反，該示例性實施例可與許多其它風力渦輪機應(yīng)用結(jié)合起來實現(xiàn)和使用。雖然可在一些圖中顯示了本發(fā)明的多種實施例的具體特征，而沒有在其它圖中顯示，但這僅僅是為了方便。根據(jù)本發(fā)明的原理，圖中的任何特征均可結(jié)合任何其它圖的任何特征來進行參照和/或要求保護。本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。如果這樣的其它實例具有不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這樣的其它實例意圖處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種檢驗至少一個風力渦輪機傳感器O04)的運行的方法G00)，所述方法包括動態(tài)地為第一風力渦輪機(308)定義鄰近的風力渦輪機(100)的鄰域(306)，各個鄰近的風力渦輪機均包括至少一個傳感器；接收來自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數(shù)據(jù)；以及，使用自所述鄰近的風力渦輪機傳感器接收的數(shù)據(jù)來確定所述第一風力渦輪機的至少一個傳感器的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法G00)，其特征在于，所述方法(400)進一步包括如果確定所述第一風力渦輪機(308)的所述傳感器(204)有故障，則為所述傳感器提供代理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法G00)，其特征在于，所述動態(tài)地定義鄰近的風力渦輪機 (100)的鄰域(306)包括為所述第一風力渦輪機(308)定義主鄰域(312)；以及，調(diào)節(jié)所述主鄰域的大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法G00)，其特征在于，所述方法(400)進一步包括為所述第一風力渦輪機(308)定義歸一化算法，所述歸一化算法用來使自所述鄰近的風力渦輪機傳感器(100)接收的數(shù)據(jù)歸一化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法000)，其特征在于，所述方法(400)進一步包括基于所述歸一化算法來調(diào)節(jié)所述鄰域(306)的大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法000)，其特征在于，所述確定所述第一風力渦輪機 (308)的至少一個傳感器Q04)的狀態(tài)包括將經(jīng)歸一化的數(shù)據(jù)與自所述第一風力渦輪機的所述傳感器接收的數(shù)據(jù)進行比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法G00)，其特征在于，所述方法(400)進一步包括如果確定所述第一風力渦輪機的所述傳感器(204)有故障，則為所述第一風力渦輪機(308)定義調(diào)和鄰域(314)，其中所述調(diào)和鄰域包括至少一個風力渦輪機(100)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法000)，其特征在于，所述方法(400)進一步包括基于自所述調(diào)和鄰域(314)內(nèi)的所述風力渦輪機(100)接收的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生至少一個虛擬傳感器 008)，所述虛擬傳感器配置成用作所述故障傳感器(204)的代理。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法000)，其特征在于，所述方法(400)進一步包括確定所述調(diào)和鄰域(314)是否包括預(yù)定數(shù)量的風力渦輪機(100)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法000)，其特征在于，所述方法(400)進一步包括如果所述調(diào)和鄰域(314)不包括所述預(yù)定數(shù)量的風力渦輪機(100)則產(chǎn)生故障。
全文摘要
本發(fā)明涉及檢驗至少一個風力渦輪機傳感器的運行的控制系統(tǒng)和方法，具體而言，一種檢驗至少一個風力渦輪機傳感器(204)的運行的方法(400)包括動態(tài)地為第一風力渦輪機(308)定義鄰近的風力渦輪機(100)的鄰域(306)，各個鄰近的風力渦輪機均包括至少一個傳感器。該方法還包括接收來自至少一個鄰近的風力渦輪機傳感器的數(shù)據(jù)，以及使用自鄰近的風力渦輪機傳感器接收的數(shù)據(jù)來確定第一風力渦輪機的至少一個傳感器的狀態(tài)。
文檔編號F03D7/02GK102454546SQ20111034488
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者A·塔維爾, B·A·莫夫西喬夫, M·C·馬扎羅, M·E·卡迪納爾, T·丁朱斯 申請人:通用電氣公司