[發明專利]用于預測由于過度振動造成風力渦輪停機的系統和方法

在審

• 申請號: 202010128419.0
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111622898A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: C.M.霍丁斯基;N.多加納克索伊
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;F03D17/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 危凱權;金飛

一種用于操作風力渦輪的方法包括確定風力渦輪在多個時間間隔中的至少一個風況。方法還包括確定風力渦輪在多個時間間隔中的每個的開始時的狀態。此外，方法包括確定風力渦輪在多個時間間隔的一個或多個先前時間間隔中的至少一個振動參數。而且，方法包括基于至少一個風況、風力渦輪在多個時間間隔中的每個的開始時的狀態以及振動參數來預測是否即將發生跳閘事件。因此，方法還包括實施用于風力渦輪的控制動作以便防止跳閘事件。

技術領域

本公開內容大體上涉及風力渦輪，且更特別地涉及用于預測由于過度振動造成風力渦輪停機的系統和方法。

背景技術

風能產量快速增加，成為全球功率生成生態系統的組成部分。現代風力渦輪是高度復雜的系統，其包括先進的機械構件、電氣和電子組件以及控制軟件模塊，以便獲得風能到電能的最大轉換。

大體上，風力渦輪包括具有轉子的渦輪，該轉子包括具有多個葉片的可旋轉轂組件。葉片將風能變換成機械旋轉扭矩，該扭矩經由轉子驅動一個或多個發電機。發電機有時但不總是通過齒輪箱旋轉地聯接到轉子。齒輪箱提高用于發電機的轉子的固有低旋轉速度，以使旋轉機械能有效地轉換成電能，電能經由至少一個電連接饋送到公用網中。還存在無齒輪直接驅動的風力渦輪。轉子、發電機、齒輪箱和其它構件典型地安裝在殼體或機艙內，該殼體或機艙定位在可為桁架或管狀塔架的基部之上。

當風力渦輪在額定功率方面增加時，對風力渦輪施加的負載和應力也增加。不僅在渦輪設計和風電場布局階段期間，而且在操作期間，需要考慮到這些重負載。現代的渦輪配備有多種傳感器，其意在監測在風力渦輪內部和外部的關鍵操作和環境參數。風電場依賴監督控制和數據采集(SCADA)系統來管理此類數據。操作實時數據包括諸如渦輪功率、風速、轉子速度和發電機速度的參數。出于數據歸檔的目的，典型的SCADA系統記錄關于在十分鐘間隔內平均數百個參數的數據。任何值上的改變報告為狀態碼。影響狀態碼的因素可在風力渦輪內部(即，操作參數、構件溫度、振動)或外部(即，極端環境條件)。

基于問題的嚴重性，狀態碼觸發信息公告、警告或故障(即，跳閘、故障)。對于典型的大規模風力渦輪，數百種不同的狀態碼可基于嚴重性來生成和分為類別(諸如類別I、II、III、IV等)。例如，類別I中的狀態碼可為最嚴重的，且可導致渦輪停機，其意在減輕對渦輪的潛在損壞。在另一方面，類別IV狀態碼可主要為信息性的。類別II和III中的狀態碼可要求立即檢查或用于下一預定維護訪問的推薦動作。

造成渦輪停機的狀態碼受關注，因為它們表示損失功率產量且通常表示對風力渦輪構件的損壞。風電場通常定位在遠離住宅區處，且有時由于風源的要求造成離岸。如果發生渦輪停機，通常派遣專業工程師來執行診斷。遠程的風力渦輪位置通常難以接近，且它們的維護成為昂貴的挑戰。

因此，渦輪故障的提前預測受風力發電操作者關注，因為該能力允許操作者降低故障的嚴重性和頻率。因而，本公開內容涉及用于預測由于過度振動造成風力渦輪停機的系統和方法。

發明內容

本發明的方面和優點將在以下描述中部分地闡述，或可從描述中清楚，或可通過實施本發明來學習。

在一方面，本公開內容涉及一種用于操作風力渦輪的方法。方法包括經由處理器確定風力渦輪在多個時間間隔中的至少一個風況。方法還包括經由處理器確定風力渦輪在多個時間間隔中的每個的開始時的狀態。此外，方法包括經由處理器確定風力渦輪在多個時間間隔的一個或多個先前時間間隔中的至少一個振動參數。而且，方法包括經由在處理器內編程的預測計算機模型基于至少一個風況、風力渦輪在多個時間間隔中的每個的開始時的狀態以及振動參數來預測是否即將發生跳閘事件。因此，方法還包括經由處理器實施用于風力渦輪的控制動作以便防止跳閘事件。

在一個實施例中，確定風力渦輪在多個時間間隔中的每個的開始時的狀態可包括確定風力渦輪在多個時間間隔中的每個的開始時是否停機。