专利名称：用于风力方案集的系统和方法
技术领域：
本发明的领域大体上涉及风力涡轮机，并且更具体地涉及与风力涡轮机一起使用 的管理系统，其包括监控与数据采集(SCADA)系统。
背景技术：
风力涡轮发电机使用风能发电并且从发电的可再生源方面来说正变得越来越更 重要。包括多个风力涡轮机的风力涡轮机场通常由监测从耦合于风力涡轮机的传感器接收 的数据的SCADA系统管理。已知的SCADA系统基于传感器数据并且使用编程在SCADA系统 中的算法计算各种参数，例如“损失产量”、“现场功率”、“现场风速”和“现场可用性”等。当 SCADA系统的操作员想执行新的方案以计算另外的参数或希望修改编程在SCADA系统中的 方案时，一般必须在SCADA系统处于非运行模式时安装新的或代替软件。此外，如果操作员 想仅对特定的风力涡轮机或风力涡轮机组应用新的或修改的方案，通常也必须安装更新的 软件组件。由于当用新的或替代软件(其包括新的或修改的方案)更新时SCADA系统是非 工作的，所以系统不能执行它的SCADA功能并且风力涡轮机场可由于缺乏监测和控制易受 损伤。因此，当系统运行时增加或修改SCADA系统而不必更新或代替软件的能力可以提 供超过不包括这样的能力的系统的竞争优势。
发明内容
在一方面，用于在监测至少一个运行的风力涡轮机中使用的控制器通信地耦合于 该至少一个运行的风力涡轮机、服务器子系统和用户界面装置。该控制器配置成从该至少 一个运行的风力涡轮机接收运行数据和基于接收的运行数据选择至少一个方案，其中如下 至少其中之一选择预定方案，通过用户界面装置选择方案，以及通过服务器子系统选择方 案。控制器进一步配置成使用该至少一个选择的方案确定至少一个现场水平参数，并且传 送该至少一个选择的方案、该确定的参数以及运行数据中的至少一个到服务器子系统。在另一方面，用于在监测至少一个运行的风力涡轮机中使用的系统通信地耦合于 该至少一个运行的风力涡轮机。该系统包括配置成接收来自用户的输入并且接收输入以供 输出到用户的用户界面装置。该系统还包括配置成响应于从所述系统的部件接收的请求的 服务器子系统，和通信地耦合于该至少一个运行的风力涡轮机、用户界面装置和服务器子 系统的控制器。该控制器配置成从该至少一个运行的风力涡轮机接收运行数据和基于接收 的运行数据选择至少一个方案，其中如下至少其中之一选择预定方案，通过所述用户界面 装置选择方案，以及从所述服务器子系统选择方案。该控制器进一步配置成使用该至少一 个选择的方案确定至少一个现场水平参数，并且传送运行数据、该至少一个选择的方案和/ 或确定的参数到服务器子系统。在再另一方面，监测至少一个运行的风力涡轮机的方法使用通信地耦合于该至少 一个运行的风力涡轮机的系统，其中该系统包括用户界面装置、服务器子系统和控制器。该
4方法包括从该至少一个运行的风力涡轮机接收运行数据，和基于接收的运行数据选择至少 一个方案，其中选择预定方案，通过用户界面装置选择方案，和/或通过服务器子系统选择 方案。该方法进一步包括使用该至少一个选择的方案确定至少一个现场水平参数，以及通 过服务器子系统存储运行数据、该至少一个选择的方案和/或确定的参数。
图1是示范性风力涡轮机的侧透视图。图2是图示示范性SCADA系统的框图，该系统包括在用于监测运行的风力涡轮机 的风力方案集(wind formulary)中使用的控制器。图3是图示可与在图2中示出的SCADA系统一起使用的示范性风力方案集系统的 框图。图4是在监测运行的风力涡轮机中使用的示范性方法的流程图。
具体实施例方式图1是示范性风力涡轮机100的侧透视图。在示范性实施例中，风力涡轮机100是 水平轴风力涡轮发电机。在备选的实施例中，风力涡轮机100可以是垂直轴风力涡轮发电 机。如本文使用的，术语“风力涡轮机”和“风力涡轮发电机”可交换地使用，并且是将风能 转换成电能并且更加具体地将风的动能转换成使用发电机发电的机械能的任何装置的代 表。风力涡轮机100包括转子102，其包括多个耦合于可旋转轮毂106的转子叶片104。风 力涡轮机100还包括机舱107，其容置发电机108在其中并且其耦合于可旋转轮毂106。在 该示范性实施例中，转子102包括三个转子叶片104。备选地，转子102可包括任何适当数 量的转子叶片104，其使风力涡轮机100能够如本文描述的起作用。在该示范性实施例中， 发电机108耦合于支撑塔110，其在运行期间支撑风力涡轮机100。在该示范性实施例中， 风力涡轮机100包括变速箱(未示出)，其可旋转地耦合于可旋转轮毂106和发电机108。在该示范性实施例中，风力作用于转子叶片104上，使转子102绕风力涡轮机100 的发电机108的轴112旋转并且产生电力。在该示范性实施例中，由风力在转子叶片104、 轮毂106、发电机部分108和支撑塔110上产生的应力以及例如功率输出和温度等运行参数 由传感器204 (在图2中示出)测量和/或由至少一个可编程逻辑控制器(PLC) 205确定， 并且因而测得的和/或确定的运行数据传送到风力方案集系统200 (在图2中示出)。本文描述的方法、系统和控制器的技术效果包括接收运行数据和/或识别信息 的至少一个；选择方案；确定至少一个现场水平参数、存储运行数据、识别信息和/或确定 的参数；以及输出运行数据和/或确定的参数。图2和3是图示在监测运行的风力涡轮机100 (包括识别信息以唯一地识别每个 运行的风力涡轮机100)中使用的示范性风力方案集系统的框图。图4是监测运行的风力 涡轮机100的示范性方法400的流程图。在示范性实施例中，如在图2中所示，风力方案集系统200包括在监测运行的风力 涡轮机100(包括识别信息以唯一地识别每个运行的风力涡轮机100)中使用的示范性控制 器202。在该示范性实施例中，风力方案集系统控制器202包括存储器存储单元206，其存 储由控制器202使用的信息和数据以操作、检索和/或存储运行数据，识别涉及风力涡轮机100的信息、方案和/或现场水平参数。在各种实施例中，存储器存储单元206可包括内部 和/或外部存储装置，例如硬盘驱动器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)，或本领 域内技术人员已知的和由本文提供用于执行如本文描述的功能的教导所指的任何其他适 合的装置。如本文使用的，术语“控制器”指中央处理单元、微处理器、微控制器、微型计算 机、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑控制器和任何其他电路、电 路组合以及本领域内技术人员已知的和由本文提供能够如本文描述使用的教导所指的装 置。在示范性实施例中，控制器202通信地耦合于至少一个运行的风力涡轮机100、服 务器子系统208和包括输入和输出的用户界面装置210。此外，在示范性实施例中，服务器 子系统208包括数据存储单元212和数据库单元214。在一个实施例中，数据存储单元214 和数据库单元214从控制器202接收数据、存储接收的数据、接收对存储数据的请求和/或 响应于接收的请求检索存储的数据。在备选实施例中，控制器202通信地耦合于SCADA系 统，其从至少一个运行的风力涡轮机100获取运行数据并且传送该运行数据到控制器202。 此外，在示范性实施例中，数据库单元214基于从控制器202接收的对于存储在一个或多个 数据库中(例如在历史数据数据库215中、在运行数据数据库216中和在配置与方案数据 库218中)的数据的请求存储和检索数据，配置与方案数据库218包括用于与风力涡轮机 100—起使用的配置数据和方案。在示范性实施例中，用户界面装置210分别通过用户输出 装置220和用户输入装置222输出和接收数据。此外，在示范性实施例中，控制器202从运行的风力涡轮机100接收运行数据，其 中运行数据包括来自传感器204和/或PLC 205的数据，例如代表风力涡轮机100的各种部 件的当前运行状态的测量。在其他实施例中，运行数据可包括或指示风力涡轮机100的各 种部件的温度、发电机108的功率输出、作用在风力涡轮机100的各种部件上的应力或力， 和/或本领域内技术人员已知的和由本文的教导所指的任何其他适当的测量。此外，在示 范性实施例中，控制器202基于接收的运行数据选择至少一个方案。例如，控制器202可从 内部存储器存储单元206选择预定方案，可通过用户界面210选择方案和/或可通过服务 器子系统208选择方案。在一个实施例中，方案选自从通过用户输入装置222之前从用户 接收的至少一个方案。在备选实施例中，方案可基于接收的运行数据自动选择。例如，控制 器202可自动地选择一个方案用于在正常运行期间使用，和自动选择另一个方案用于在高 温、高电流和/或大风力运行期间使用。此外，在该备选实施例中，控制器202可基于由控 制器202的操作者指定的预定触发器自动选择方案，或控制器202可基于接收的运行数据 和/或在历史数据数据库215中包含的数据的分析自动选择方案。当选择方案时，在示范性实施例中，控制器202基于接收的运行数据确定至少一 个现场水平参数，并且传送该运行数据和/或方案到服务器子系统208。在备选实施例中， 控制器202通过用户界面210输出运行数据和/或至少一个现场水平参数。在各种备选实 施例中，用户界面210使用可视显示器、图形用户界面、硬拷贝装置和/或音频装置中的至 少一个通过用户输出装置220输出运行数据和/或至少一个现场水平参数。此外，在示范 性实施例中，选择的方案可实时应用，和在确定至少一个现场水平参数中使用，从而使风力 方案集系统200的操作者能够创建和/或修改用于在风力涡轮机100运行期间并且实时监 测和/或分析风力涡轮机100的运行的方案。
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在示范性实施例中，通过服务器子系统208选择方案包括传送运行数据和/或风 力涡轮机识别信息到服务器子系统208，基于运行数据和/或识别信息传送至少一个方案 的请求到服务器子系统208，和响应于请求从服务器子系统208接收至少一个方案。此外， 除控制器202使用运行数据的操作外，在示范性实施例中，控制器202还传送与风力涡轮机 100关联的历史数据的请求到服务器子系统，并且响应于这样的请求接收历史数据。此外， 在示范性实施例中，控制器202基于接收的历史数据使用之前选择的方案确定至少一个现 场水平参数，传送确定的现场水平参数到服务器子系统208，并且通过用户界面210使用用 户输出装置220传送历史数据、选择的方案和确定的现场水平参数到用户。在示范性实施例中，如在图3中示出的，风力涡轮机管理系统300包括风力方案 集系统200。风力涡轮机管理系统300还包括用户界面装置210，其通过图形用户界面304 从用户302接收输入并且其通过用户输入装置222从除了用户302外的地方接收输入。在 备选实施例中，控制器202耦合于外部存储单元306用于运行数据、识别信息和/或方案的 存储和检索(与内部存储单元206的功能相似)。而且，在另一个备选实施例中，风力涡轮 机管理系统300使用户302能够收集多个方案用于在监测运行的风力涡轮机100中使用。 用户302可分配各种方案到每个相应风力涡轮机100以向每个相应风力涡轮机100提供 另外的和/或不同的监测方案和/或能力，如与每个相应风力涡轮机100上的相似方案相 反。此外，在另一个备选实施例中，风力涡轮机管理系统300通信地耦合于运行的风力涡轮 机308，其位于离风力涡轮机100远程地方。在这样的实施例中，采用与系统300监测本地 运行的风力涡轮机100的相同的方式监测远程运行的风力涡轮机308的风力涡轮机管理系 统300的能力使操作员能够监测位于离风力涡轮机管理系统300远程地方的风力涡轮机场 (在运行期间)。在这样的实施例中，这样的特征使多个不同的风力涡轮机场的集中监测成 为可能。在示范性实施例中，如在图4中示出的，方法400包括从至少一个运行的风力涡轮 机100接收402运行数据和/或识别信息。应该注意到识别信息用于唯一地识别每个相应 风力涡轮机100。该方法还包括基于接收的运行数据和识别信息选择404至少一个方案，其 中选择404过程包括选择预定方案、通过用户界面装置304选择方案和/或通过服务器子 系统208选择方案。当选择404方案时，在示范性实施例中，该方法400还包括使用选择的 方案并且基于运行数据和/或识别信息确定406至少一个现场水平参数，以及通过服务器 子系统208存储408运行数据、选择的至少一个方案、识别信息和/或确定的至少一个现场 水平参数。此外，在示范性实施例中，方法400包括通过用户界面装置210输出410运行数 据、选择的至少一个方案和/或确定的至少一个现场水平参数。在备选实施例中，为了通过用户界面装置210输出410到用户，运行数据、选择的 至少一个方案、识别信息和/或确定的参数通过可视显示器、图形用户界面、硬拷贝装置、 音频装置和/或本领域内技术人员已知的和由本文提供的用于执行如本文描述的功能的 教导所指的任何适合的输出装置输出410。另外，在另一个备选实施例中，选择404方案包 括通过用户界面装置210的用户输入装置222选择之前接收的方案。此外，在再另一个备 选实施例中，选择404方案包括选择基于从服务器子系统208请求的和接收的历史数据的 方案，其中该历史数据包括之前从风力涡轮机100和/或其他相似装置接收的运行数据。风力涡轮机方案集系统和用于使用该系统监测运行的风力涡轮机的方法的示范
7性实施例在上文中详细描述。该系统如本文描述的可用于创建、修改和/或应用用于当风 力涡轮机运行时实时监测风力涡轮机的方案，而不是要求监测系统在这样的方案改变/更 新过程期间关闭、重装或重启。此外，该系统提供创建和/或修改方案的集合的方法，该方 案的集合可以应用于历史数据，即之前收集和存储的数据，以便产生从运行和收益角度的 数据情报报告。此外，方案可以用于对从个体风力涡轮机以及包括多个风力涡轮机的风力 场接收的运行数据进行计算。这样的系统使使用方案的计算的现场实时结果能够对其他系 统可用并且提供保存计算的数据作为历史数据以及用于进一步的分析以使得来自风力涡 轮机和/或风电场的功率产量中的运行变化性容易的方法。此外，该系统如本文描述的可 用于监测一个或多个与发电相反的用于驱动机械载荷的运行的风力涡轮机，并且从而不限 于仅用如本文描述的方法和系统实践。相反，示例性实施例可以与许多风力涡轮机应用结 合实现和使用。此外，风力方案集系统如本文描述的可独立于SCADA系统或与SCADA系统 合作操作。应该注意到可对其做出各种修改和改变而不偏离本发明的更广阔的精神和范围。 因此说明书和附图视为说明性的而不是限制性的意义。该书面描述使用示例以公开本发明，包括最佳模式，并且也使本领域内任何技术 人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发明 的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想起的其他示例。这样的其 他示例规定在权利要求的范围内(如果它们具有不与权利要求的书面语言不同的结构元 件，或者如果它们包括与权利要求的书面语言无实质区别的等等同结构元件的话)。部件列表
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权利要求
1.一种用于在监测至少一个运行的风力涡轮机(100、308)中使用的控制器(202)，所 述控制器通信地耦合于所述至少一个运行的风力涡轮机、服务器子系统(208)和用户界面 装置(304)，所述控制器配置成从所述至少一个运行的风力涡轮机接收运行数据；基于所述接收的运行数据选择至少一个方案，其中进行如下其中之一选择预定方案， 通过所述用户界面装置选择方案，以及通过所述服务器子系统选择方案； 使用所述至少一个选择的方案确定至少一个现场水平参数(406)；以及 传送所述至少一个选择的方案、所述确定的参数以及运行数据中的至少一个到所述服 务器子系统。
2.如权利要求1所述的控制器(202)，其中所述控制器进一步配置成通过所述用户界 面装置(304)输出所述至少一个选择的方案、所述确定的参数以及所述运行数据中的一个 或多个到用户。
3.如权利要求2所述的控制器(202)，其中所述用户界面装置(304)通过可视显示器、 图形用户界面、硬拷贝装置和音频装置中的至少一个输出所述至少一个选择的方案、所述 确定的参数以及运行数据中的一个或多个到用户。
4.如权利要求1所述的控制器(202)，其中选择至少一个方案进一步包括基于所接收 的运行数据和历史数据中的至少一个自动选择至少一个方案。
5.如权利要求1所述的控制器(202)，其中通过所述服务器子系统(208)选择方案包括传送所述至少一个运行的风力涡轮机(100、308)的识别信息和运行数据中的一个或 多个到所述服务器子系统；传送所述至少一个方案的请求；以及响应于所述请求经由所述服务器子系统接收至少一个方案。
6.如权利要求1所述的控制器(202)，其中所述控制器进一步配置成传送与所述至少一个运行的风力涡轮机(100、308)关联的历史数据的请求到所述服 务器子系统(208)；响应于所述请求通过所述服务器子系统接收历史数据； 基于所述历史数据使用所述至少一个选择的方案确定至少一个现场水平参数； 传送所述确定的参数到所述服务器子系统；以及通过所述用户界面装置(304)输出所述至少一个选择的方案、所述确定的参数和历史 数据中的一个或多个。
7.一种用于在监测至少一个运行的风力涡轮机(100、308)中使用的系统(300)，所述 系统通信地耦合于所述至少一个运行的风力涡轮机，并且包括配置成接收来自用户(302)的输入并且接收输入以供输出到所述用户的用户界面装 置(304)；配置成响应于从所述系统的部件接收的请求的服务器子系统(208)；以及 通信地耦合于所述至少一个运行的风力涡轮机、所述用户界面装置和所述服务器子系 统的控制器(202)，所述控制器配置成从所述至少一个运行的风力涡轮机接收运行数据；基于所述接收的运行数据选择至少一个方案(404)，其中如下其中之一选择预定方 案，通过所述用户界面装置选择方案，以及从所述服务器子系统选择方案；使用所述至少一个选择的方案确定至少一个现场水平参数(406)；以及传送所述至少一个选择的方案、所述确定的参数以及运行数据中的至少一个到所述服 务器子系统。
8.如权利要求7所述的系统(300)，其中所述控制器(202)进一步配置成通过所述用 户界面装置(304)输出所述至少一个选择的方案、所述确定的参数以及所述运行数据中的 一个或多个到所述用户(302)。
9.如权利要求8所述的系统(300)，其中所述用户界面(304)装置通过可视显示器、图 形用户界面、硬拷贝装置和音频装置中的至少一个输出所述至少一个选择的方案、所述确 定的参数以及运行数据中的一个或多个到所述用户(302)。
10.如权利要求7所述的系统(300)，其中选择至少一个方案进一步包括基于所述接收 的运行数据和历史数据中的至少一个自动选择该至少一个方案。
全文摘要
用于风力方案集的系统和方法，提供用于在监测至少一个运行的风力涡轮机(100、308)中使用的控制器(202)。该控制器通信地耦合于该至少一个运行的风力涡轮机、服务器子系统(208)和用户界面装置(304)。该控制器配置成从至少一个运行的风力涡轮机接收运行数据和基于该接收的运行数据选择至少一个方案，其中如下其中之一选择预定方案，通过用户界面装置选择方案，以及通过服务器子系统选择方案，使用该至少一个选择的方案确定至少一个现场水平参数(406)，并且传送该至少一个选择的方案、该确定的参数以及运行数据中的至少一个到服务器子系统。
文档编号F03D7/04GK102003341SQ201010277489
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月31日 优先权日2009年8月31日
发明者C·乔斯, H·K·艾, S·K·维迪亚拉, V·库马 申请人:通用电气公司