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状态监视系统和具有该状态监视系统的风力发电系统技术方案

技术编号:15190861 阅读:202 留言:0更新日期:2017-04-20 00:05
一种风力发电机(10)的状态监视系统,设置有:传感器,检测偏航轴承的状态;监视器设备(80),基于所述传感器的检测结果生成诊断参数;传感器,检测机舱和主轴的旋转角速度;以及数据服务器(330),基于诊断参数诊断偏航轴承中的故障。当机舱的旋转角速度落入非零的第一预定范围内,并且主轴的旋转角速度落入第二预定范围内时,数据服务器(330)基于诊断参数从初始值的改变来诊断偏航轴承中是否有故障。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及状态监视系统和包括该状态监视系统的风力发电系统,并且尤其涉及为风力涡轮机提供的状态监视系统和包括该状态监视系统的风力发电系统,该风力涡轮机包括:可旋转地支承在塔架顶部上机舱的偏航轴承。
技术介绍
日本专利特开2013-185507号公报(专利文献1)公开了一种监视风力涡轮机的机械元件的状态的状态监视系统(CMS)。该状态监视系统接收设置在机械元件上的振动传感器的信号,长时间记录表示额定操作中的振动状况的状态(以下称为诊断参数)的量随时间如何变化,并且基于诊断参数的增加率、变化特征等,判定机械元件是否具有故障(参照专利文献1)。此外,风力涡轮机一般包括设置在塔架顶部的机舱和偏航轴承,该偏航轴承可旋转地支承在塔架顶部上的机舱。偏航轴承设置在高处并且一般具有较大尺寸,因此不容易用另一个来替换它。日本专利特开2012-122342号公报(专利文献2)描述了一种风力涡轮机,其允许使用简单的设备来替换偏航轴承(参见专利文献2)。引用列表专利文献专利文献1:日本专利特开2013-185507号专利文献2:日本专利特开2012-122342号
技术实现思路
技术问题在上述专利文献1中,没有讨论监视偏航轴承的状态。例如,可以通过检测响应于旋转机舱的命令的实际机器的运转来确认偏航轴承是否有故障,然而,利用此方法,直到偏航轴承损坏才能检测到故障,因此,机舱的旋转扭矩增大,并且在驱动电动机处扭矩不足。此外,在上述专利文献2中,虽然能够用简单的设备来更换故障的偏航轴承,但是该文献没有特别对偏航轴承的故障进行探讨。当要更换偏航轴承时,获得替换偏航轴承需要足够的时间段,并且基于此,期望早期地检测到偏航轴承的故障。本专利技术是为了解决此类问题而提出的,并且本专利技术的目的是提供一种能够早期地检测到偏航轴承的故障的状态监视系统以及具有该状态监视系统的风力发电系统。问题的解决方案根据本专利技术,状态监视系统是监视风力涡轮机中所包括的设备的状态的状态监视系统。所述风力涡轮机包括:叶片,用于将风力转换成旋转扭矩;主轴,接收所述旋转扭矩;发电机,将所述旋转扭矩转换为电力;机舱,设置在塔架的顶部,并且将所述主轴和所述发电机容纳于所述机舱中;以及偏航轴承,可旋转地支承所述塔架顶部上的所述机舱。所述状态监视系统包括:第一检测器,配置为检测所述设备的状态;监视器设备,配置为基于所述第一检测器的检测结果生成诊断参数;控制器,配置为基于所述诊断参数诊断所述设备的故障;第二检测器,配置为检测所述机舱的旋转速度;第三检测器,配置为检测所述主轴的旋转速度。并且,所述控制器配置为,当所述机舱具有排除零的在第一规定范围内的旋转速度时,以及当所述主轴具有在第二规定范围内的旋转速度时,基于所述诊断参数从其初始值的变化,诊断所述偏航轴承是否具有故障。在本专利技术中,当所述机舱具有非零的在第一规定范围内的旋转速度时,以及当所述主轴具有在第二规定范围内的旋转速度时,基于所述诊断参数从其初始值的变化,诊断所述偏航轴承是否具有故障。基于所述诊断参数从其初始值的变化,诊断所述偏航轴承是否具有故障,并且因此偏航轴承的故障可以在机舱转动异常之前被检测到。因此,根据本专利技术,偏航轴承的故障可以被早期地检测。要注意的是,机舱的旋转速度指示机舱的旋转速度,并包括每单位时间的旋转数和每单位时间的旋转角度两者。类似地,主轴的旋转速度指示主轴的旋转速度,并包括每单位时间的旋转数和每单位时间的旋转角度两者。优选地,所述控制器配置为,当所述机舱具有排除零的在第一规定范围内的旋转速度时,以及当所述主轴具有基本为零的旋转速度时,基于所述诊断参数从其初始值的变化,诊断所述偏航轴承是否具有故障。优选地,所述控制器进一步配置为:(i)基于当所述机舱具有在所述第一规定范围内的旋转速度时获得的所述第三检测器的检测结果,修正所述诊断参数,以及(ii)基于修正的诊断参数从其初始值的变化来诊断偏所述偏航轴承是否具有故障。在本专利技术中,由于基于检测主轴的旋转速度的第三检测器的检测结果来修正诊断参数,因此能够抑制随着主轴旋转而引入的诊断参数的变化的增加。因此,在设备故障检测中没有引起延迟等,所述延迟等例如因使在诊断偏航轴承是否具有故障中所使用的阈值的设置不必要地大而引入。此外,然而,主轴可以旋转,可以收集诊断参数并且可以检测故障,使得当与基于当主轴具有在规定范围内的旋转速度时获得的诊断参数来感测到故障的情况相比较时,故障可以被早期地检测到。因此,根据本专利技术,偏航轴承的故障可以被早期地检测到。优选地,所述控制器配置为通过使用将所述主轴的旋转速度用作变量的第一修正函数来修正所述诊断参数。所述第一修正函数是修正所述诊断参数以使得当所述主轴具有更高的旋转速度时,修正后的诊断参数与修正前的诊断参数的比为更小的函数。优选地,所述第一修正函数是通过将所述诊断参数除以当所述主轴不旋转时获得的诊断参数而获得的无量纲诊断参数的函数。所述第一修正函数使用通过将所述主轴的旋转速度除以所述主轴的最大速度而获得的所述主轴的无量纲旋转速度作为变量。优选地,所述控制器配置为计算在所述诊断之前的规定的时段中的所述主轴的旋转速度的平均值,并且基于所述平均值使用所述第一修正函数来修正诊断参数。优选地,所述控制器进一步配置为通过使用第二修正函数来修正所述诊断参数,所述第二修正函数使用由所述发电机生成的电力量作为变量。所述第二修正函数是修正所述诊断参数以使得当所述发电机生成更大的电力量时,由所述第二修正函数修正后的诊断参数与修正前的诊断参数的比更小的函数。还优选地,仅当所述主轴的旋转速度达到上限时,所述控制器进一步配置为通过使用所述第二修正函数来修正所述诊断参数。优选地,所述第一检测器设置在所述偏航轴承的附近,并且检测所述偏航轴承的状态。优选地,所述控制器被配置为基于当从来自SCADA(监督控制和数据采集)的信息获得的所述机舱的旋转速度落在所述第一规定范围内时获得的诊断参数来诊断所述设备的故障,所述SCADA单独监视所述风力涡轮机。优选地,所述第二检测器包括方位传感器。优选地,所述第二检测器包括陀螺仪传感器。优选地,所述第二检测器包括GPS(全球定位系统)。此外,优选地,所述第二检测器包括检测器以用于检测驱动所述机舱的驱动设备的驱动电流和驱动电压中的至少一个。此外,根据本专利技术,风力发电系统包括风力涡轮机以及上述的任何状态监视系统。专利技术的有益效果根据本专利技术,可以早期地检测到旋转地支承塔架顶部上的机舱的偏航轴承的故障。附图说明图1是示出根据本专利技术的第一实施例的状态监视系统的总体配置的框图。图2示出图1所示的风力涡轮机的主要部分。图3是用于说明图2所示的传感器和诊断参数的关系的示图。图4是表示在基本数据收集时段期间的图1所示的状态监视系统的操作的流程图。图5是表示在学习时段期间的图1所示的状态监视系统的操作的流程图。图6是表示在服务时段期间的图1所示的状态监视系统的操作的流程图。图7是用于说明第一实施例效果的图。图8表示无量纲诊断参数与主轴的无量纲旋转角速度之间的关系。图9是在学习时段期间的第二实施例中的状态监视系统的操作的流程图。图10是在服务时段期间的第二实施例中的状态监视系统的操作的流程图。具体实施方式现在将参照附图在下文中详细描述本专利技术。在下文中,虽然将描述多本文档来自技高网...
状态监视系统和具有该状态监视系统的风力发电系统

【技术保护点】
一种状态监视系统,配置为监视风力涡轮机中所包括的设备的状态,所述风力涡轮机包括:叶片,用于将风力转换成旋转扭矩;主轴,接收所述旋转扭矩;发电机,将所述旋转扭矩转换为电力;机舱,设置在塔架的顶部,并且将所述主轴和所述发电机容纳于所述机舱中;以及偏航轴承,可旋转地支承所述塔架顶部上的所述机舱,所述状态监视系统包括:第一检测器,配置为检测所述设备的状态;监视器设备,配置为基于所述第一检测器的检测结果生成诊断参数;控制器,配置为基于所述诊断参数诊断所述设备的故障;第二检测器,配置为检测所述机舱的旋转速度;以及第三检测器,配置为检测所述主轴的旋转速度,所述控制器配置为,当所述机舱具有排除零的在第一规定范围内的旋转速度时,以及当所述主轴具有在第二规定范围内的旋转速度时,基于所述诊断参数从其初始值的变化,诊断所述偏航轴承是否具有故障。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.29 JP 2014-153748;2014.07.29 JP 2014-153761.一种状态监视系统,配置为监视风力涡轮机中所包括的设备的状态,所述风力涡轮机包括:叶片,用于将风力转换成旋转扭矩;主轴,接收所述旋转扭矩;发电机,将所述旋转扭矩转换为电力;机舱,设置在塔架的顶部,并且将所述主轴和所述发电机容纳于所述机舱中;以及偏航轴承,可旋转地支承所述塔架顶部上的所述机舱,所述状态监视系统包括:第一检测器,配置为检测所述设备的状态;监视器设备,配置为基于所述第一检测器的检测结果生成诊断参数;控制器,配置为基于所述诊断参数诊断所述设备的故障;第二检测器,配置为检测所述机舱的旋转速度;以及第三检测器,配置为检测所述主轴的旋转速度,所述控制器配置为,当所述机舱具有排除零的在第一规定范围内的旋转速度时,以及当所述主轴具有在第二规定范围内的旋转速度时,基于所述诊断参数从其初始值的变化,诊断所述偏航轴承是否具有故障。2.如权利要求1所述的状态监视系统,其特征在于,所述控制器配置为,当所述机舱具有在第一规定范围内的旋转速度时,以及当所述主轴具有基本为零的旋转速度时,基于所述诊断参数从其初始值的变化,诊断所述偏航轴承是否具有故障。3.如权利要求1所述的状态监视系统,其特征在于,所述控制器进一步配置为:(i)基于当所述机舱具有在所述第一规定范围内的旋转速度时获得的所述第三检测器的检测结果,修正所述诊断参数,以及(ii)基于修正的诊断参数从其初始值的变化来诊断偏所述偏航轴承是否具有故障。4.如权利要求3所述的状态监视系统,其特征在于:所述控制器配置为:通过使用将所述主轴的旋转速度用作变量的第一修正函数来修正所述诊断参数;并且所述第一修正函数是修正所述诊断参数以使得当所述主轴具有更高的旋转速度时,修正后的诊断参数与修正前的诊断参数的比为更小的函数。5.如权利要求4所述的状态监视系统,其特征在于,所述第一修正函数是通过将所述诊断参数除以当...

【专利技术属性】
技术研发人员:坂口智也
申请(专利权)人:NTN株式会社
类型:发明
国别省市:日本;JP

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