控制风力涡轮机的方法与流程

背景技术：

1、必须保护风力涡轮机的电气系统免受暴露于水分和凝结的影响，以便使短路的风险最小化并且避免因腐蚀而损坏。

2、然而，不同电位的电导体之间的绝缘系统能够包括在高的相对湿度水平下变得吸湿的材料。被吸收到这种材料中的水分降低了材料的电阻，并且可能导致短路。

3、印刷电路板上呈水滴形式的积水也可能引起短路。水滴还可允许电流在通常由空气分离的导体之间流动。除了增加短路的风险之外，积水还会通过加速氧化而损坏部件。

4、因此，风力涡轮机通常装备有包括各种辅助装置(诸如除湿器、加热器、恒温器、通风机等)的气候控制布置结构。总之，能够操作气候控制布置结构的装置，以维持机舱或舱盖内部低的相对湿度，并且以维持部件的表面温度高于露点。以这种方式，能够将绝缘系统内水分的存在保持到有利的最低限度，并且能够有效地消除积水。

5、为了向这种辅助装置提供电力，风力涡轮机可从电网接收辅助电力。因此，从离网事件开始，辅助电力便不存在了。虽然风力涡轮机也可装备有本地电源(诸如电池系统)，但是这种电池系统通常是小的，并且只能对“小型”电力消费者(例如，汲取低水平电流的装置)供应，而不能对包括“大型”消费者(诸如气候控制布置结构的通风机风扇、加热器、泵和马达等)的整个辅助系统供电。在预安装、存储或运输阶段期间，可借助于临时柴油发电机或类似物来供应辅助电力，并且在这种情况下，如果发电机发生故障或当发电机燃料耗尽时，辅助电力可能变得不存在。

6、当辅助电力供应长时间不可用时，风力涡轮机内部中的温度和相对湿度水平将变得与外部环境中的温度和相对湿度水平类似。到辅助电力供应再次可用的时候，由吸湿性绝缘材料吸收的水分水平可能已达到临界水平，和/或水滴可能已凝结到电气部件(诸如电路板、暴露导体等)上。出于上文所给出的原因，在这些条件下重新启动风力涡轮机将是危险的。

7、因此，有必要推迟起动，直到风力涡轮机内部中的条件可接受为止。在长时间不存在辅助电力(例如，超过72小时)之后，可考虑延长的干燥时间(例如，24小时)(在此期间，气候控制布置结构在满负荷下操作)，这对于充分去除电气系统损坏的风险是有必要的。例如在安装期间，当期望起动并且测试新的风力涡轮机时，长的干燥时间会呈现显著的成本因素。在已经操作的风力涡轮机的情况下，长的干燥时间意味着在同样长的时间期间无法生成收入。

8、一般而言，由风力涡轮机的操作员评估对风力涡轮机内部执行干燥的需要，然后操作员手动激活环境控制系统。这种方法的问题在于，操作员并不总是了解风力涡轮机内部的最近环境历史。结果，由操作员发起的干燥可能不必要地长时间(从而导致与延迟相关的成本和/或收入的损失)或不够长时间(从而增加短路损坏的风险)。

9、因此，本发明的目的是提供一种更可靠的方法来重新启动风力涡轮机。

10、该目的通过所要求保护的控制风力涡轮机的方法以及所要求保护的风力涡轮机来实现。

技术实现思路

1、在下文中，风力涡轮机可被假定为包括布置在风力涡轮机内部中并且暴露于空气的若干电气系统。该“内部”可以是机舱内部、塔架内部、发电机内部等。任何未气密密封的电气系统都可被假定为“暴露于空气”。

2、根据本发明，控制这种风力涡轮机的方法包括以下步骤：在不存在辅助电力之后检测辅助电力的可用性；并且然后，确定自从上次满足风力涡轮机的干燥度要求以来经过的时间。创造性方法包括以下后续步骤：如果经过的时间没有超过预定的持续时间，则辅助电力本质上一恢复就立即发起风力涡轮机起动程序，或者如果经过的时间超过预定的持续时间，则禁止风力涡轮机起动程序。

3、电气系统的“干燥度要求”能够被理解为与例如温度和湿度相关的参数的组合，为了使该系统安全操作，必须满足这些参数。电气系统的干燥度要求本身可以是变量，并且会根据例如温度和/或湿度中的波动而波动。

4、创造性方法的优点在于，其提供了如下更为深思熟虑的方式：一旦辅助电力恢复，就恢复操作。代替在电力恢复之后只是等待设定的干燥时间(例如，24小时)经过的做法是，确立或估计电气系统的实际干燥度状态。因此，当辅助电力变得可用时，风力涡轮机控制器知道是否满足“干燥”状态。

5、以这种方式，创造性方法允许风力涡轮机在辅助电力恢复之后在有利地短时间内恢复操作，由此降低风力涡轮机安装的成本并在稍后降低关机之后的收入的损失。

6、如上文所指示的，风力涡轮机能够包括布置在其内部中的任何数量的电气系统，以及必须被提供辅助电力的辅助装置。根据本发明，这种风力涡轮机的控制布置结构包括用于在不存在辅助电力之后检测辅助电力的可用性的器件。创造性风力涡轮机的控制布置结构也包括：然后确定自从满足风力涡轮机的干燥度要求以来经过的时间的器件；以及随后如果经过的时间没有超过预定的持续时间或“安全”时间则发起风力涡轮机起动程序或者如果经过的时间超过预定的持续时间则禁止风力涡轮机起动程序的器件。

7、发起或禁止风力涡轮机起动程序的器件可以是逻辑模块，该逻辑模块评估相关信息并据此激活起动禁止信号(这防止起动程序开始)或清除起动禁止信号(起动程序可以开始)。

8、例如，预定的持续时间可以为大约72小时。预定的持续时间能够特定于风力涡轮机类型，并且能够将结构元件(诸如机舱、舱盖、壳体等)的气密性考虑在内。预定的持续时间也可以基于针对风力涡轮机类型所观察到的经验数据来确定。

9、本发明的具体有利的实施例和特征由从属权利要求给出，如以下描述中所揭示的。不同权利要求类别的特征可以适当地进行组合以给出本文中未描述的另外的实施例。

10、本发明采取更为深思熟虑的方法来通过以下步骤识别重新启动风力涡轮机的安全时间：确立是否甚至有必要执行干燥程序；并且如果这种程序是必要的，则计算达到干燥状态所需的实际时间长度。

11、在本发明的优选实施例中，满足干燥度要求的时间被记录为“系统干燥”时间戳。在本发明的各种实施例中，干燥度时间戳能够应用于一个电气系统、一个或多个电气系统、作为整体的风力涡轮机等。在下文中，术语“系统干燥时间戳”和“干燥度时间戳”被视为同义词并且可互换地使用。干燥度时间戳可以是一组参数(诸如记录或更新时间戳的时间)和标志(诸如逻辑电平(例如，“1”表示干燥，“0”表示不干燥))。

12、如上文所解释的，辅助电力可由于数个原因而变得不存在。最常见的，辅助电力的不存在与已经操作的风力涡轮机的离网状态同时发生。然而，在风力涡轮机的初始阶段中(即，在紧接调试之前的阶段中)，也可能不存在辅助电力。新安装的现有技术风力涡轮机的控制器可被配置成在预定的持续时间内禁止或阻止起动，而不管电气系统的干燥度如何。只要“禁止起动”信号有效，风力涡轮机的起动就会被阻止。

13、本发明基于以下认识：如果电气系统在制造的时间和在风力涡轮机中安装的时间之间没有暴露于水分和低温，则该电气系统可被假定为干燥的。因此，在创造性方法的优选实施例中，干燥度时间戳在组装风力涡轮机的时候被初始化(设定为“干燥”)。以这种方式，只要完成风力涡轮机安装，风力涡轮机就能够开始输出输出电力并生成收入。

14、预定的持续时间的长度能够取决于各种因素，诸如风力涡轮机类型、其地理位置等。示例性值可以为大约72小时，并且该“安全限制”能够作为预设值存储在例如风力涡轮机控制器的存储器中。本发明基于以下认识：可以安全地假定，在失去辅助电力之后，电气系统的干燥度的水平将在该“安全限制”内保持可接受的水平。由此，如果在失去辅助电力后，辅助电力在该“安全限制”内变得可用，则风力涡轮机能够重新启动而无需任何干燥程序。

15、同样地，如果不存在辅助电力的时间比该“安全限制”长，则不能假定电气系统是干燥的。因此，在本发明的另一优选实施例中，如果风力涡轮机被认为不是“干燥的”，则该方法包括计算干燥时间的步骤。干燥时间能够以数种方式确立。

16、在一种示例性方法中，可以基于自从上次更新干燥度时间戳以来经过的时间来计算干燥时间。例如，干燥时间的长度可与经过的时间成正比。这种方法也能够将内部中的当前气候条件以及气候控制布置结构的功效考虑在内。

17、诸如温度、湿度、电阻率等的参数能够通过合适的传感器来测量，例如表面温度传感器、空气温度传感器、湿度传感器等。在本发明的特定优选的实施例中，风力涡轮机的电气系统装备有这种传感器的合适的布置，使得能够监测每个这种电气系统内的单独环境。传感器本质上能够连续地测量并生成输出信号，例如温度传感器能够每隔几秒递送更新的温度读数。每个电气系统均能够装备有若干这种传感器，这些传感器布置成测量所关注的量。例如，频率转换器可装备有空气温度传感器、表面温度传感器、测量空气的相对湿度的传感器等。布置在风力涡轮机的电气系统中的传感器的布置能够以任何合适的方式配置，使得能够向风力涡轮机控制器供应测量结果。

18、在本发明的特定优选的实施例中，电气系统的传感器连接到数据记录器，并且数据记录器被配置成向风力涡轮机控制器提供其测量结果的记录。能够部署若干这种数据记录器以收集和记录来自风力涡轮机中的多个电气系统的传感器数据。每个数据记录器均被分配给一个电气系统，并且被配置成从极靠近该电气系统布置的一个或多个传感器接收传感器数据。数据记录器能够被配置成从多于一个电气系统接收传感器数据。

19、在本发明的特定优选的实施例中，数据记录器在组装电气系统的时候被激活。换言之，当完成电气系统的制造连同对传感器进行所期望的布置时，传感器连接到以电池操作的数据记录器，并且数据记录器开始记录传感器数据。以这种方式，得以为电气系统收集从其制造时开始的环境历史的记录。数据记录器能够具有被配置成记录最近五天、最近十天等的输入的存储器，或者可具有本质上无限的容量来存储传感器数据。电气系统的数据记录器应被假定为在电气系统的使用寿命期间保持有效。一般而言，以电池操作的数据记录器仅消耗非常小的电流，使得电池能够持续使用若干年。例如，通过在年度检查的过程中及时更换数据记录器电池，能够确保不间断地记录电气系统的环境历史。

20、在本发明的特定优选的实施例中，风力涡轮机控制器检索存储在每个数据记录器中的数据，并且根据对所检索的数据的分析来确定干燥时间。对数据记录器在没有辅助电力的时间内的记录的分析可能揭示该电气系统中的温度和湿度保持在可接受的水平。因此，相关联的电气系统将不需要任何干燥。对所有数据记录器的分析可能揭示没有任何一个电气系统需要干燥。在那种情况下，可以立即重新启动风力发电机。

21、然而，如果对任何一个数据记录器的记录(在没有辅助电力的时间内)的分析揭示相关联的电气系统的温度和湿度偏离了可接受的水平，则对该电气系统发起干燥程序。在本发明的优选实施例中，从数据记录器记录推导出电气系统的干燥时间。“禁止起动”信号保持有效，直至干燥程序完成，该干燥程序花费与最长干燥时间一样长的时间。

22、电气系统的水分的蒸发速率也能够取决于装置(诸如通风机或加热器)的功效。这种装置的功效是装置将电气系统干燥至所期望的水平的能力程度。因此，在本发明的另一优选实施例中，也基于气候控制装置的功效来确定电气系统的干燥时间。

23、电气系统可包括一种或多种吸湿的材料，即吸收水分的材料。与部件的表面上的水滴相比，由这种材料所吸收的水可能花费更长的时间才能蒸发。因此，在本发明的另一优选实施例中，电气系统的干燥时间也将保湿性质考虑在内，并且能够基于电阻率测量结果来确立这种电气系统的干燥度。例如，当电气系统长时间暴露于寒冷、潮湿的环境时，可用作电导体的绝缘体的吸湿材料(诸如干燥纸张或氧化镁)的电导率可能增加。因此，通过测量吸湿材料的电阻率(或电导率)，能够估计该电气系统的干燥度的指示达到令人满意的精度水平。

24、除了将数据发送到数据记录器的传感器之外，风力涡轮机还能够装备有直接向涡轮机控制器报告的另外的传感器。在本发明的另一优选实施例中，除了将其输出发送到数据记录器之外，放置成监测电气系统中的环境的传感器也可将其数据输出到风力涡轮机控制器。以这种方式，在风力涡轮机被供电的时间段期间，信号数据不需要通过数据记录器传递。

25、在长时间没有辅助电力之后，风力涡轮机机舱(或塔架)内部中的气候可能会非常冷。在本发明的特定优选的实施例中，风力涡轮机装备有热源以在干燥程序期间提供热。可部署任何合适的方法来升高内部中的温度，并且风力涡轮机可装备有一个或多个装置来对电气系统附近的空气或流体实施电阻加热。

26、当满足某些条件时，确立干燥完成。在干燥期间，由正在干燥的电气系统的数据记录器报告的传感器测量结果能够对照(against)某些干燥度标准持续地进行评估。同样地，由于辅助电力恢复，除了由数据记录器递送的数据之外，也能够实施传感器的替代布置来评估电气系统的干燥度。

27、干燥度标准可包括以下各者中的任一者：维持最小时间长度的目标温度(例如空气温度、表面温度、内部温度)；目标相对湿度、空气水分含量水平或部件水分含量水平；部件的目标电阻或其他电气性质。一旦认为针对电气系统的干燥程序完成，风力涡轮机控制器就将适当时间戳的干燥度状态标志设定为“真”，记录时间，并去除起动禁止信号。

28、本发明的目的也通过一种计算机程序产品来实现，该计算机程序产品具有可直接加载到风力涡轮机控制器的存储器中的计算机程序，并且该计算机程序产品包括用于当由控制单元实行程序时来执行创造性方法的步骤。