定位风力涡轮机处的雷击制造技术

本发明专利技术公开定位风力涡轮机处的雷击。提出了一种用于定位风力涡轮机（100）处的雷击（170）的方法，其包括以下步骤，检测雷击（170），基于由雷击（170）导致的声音的测量而导出雷击（170）的位置（180）。另外，提出了用于执行所述方法的雷电检测系统、风力涡轮机、风电场以及计算机程序产品和计算机可读介质。

A lightning strike in a wind turbine

The invention discloses a lightning strike in a wind turbine. A method for locating lightning (170) at a wind turbine (100) is proposed, which includes the following steps: detecting lightning strikes (170), and deriving the location of lightning (170) based on the measurement of the noise caused by lightning (170). In addition, a lightning detection system, a wind turbine, a wind farm and a computer program product and a computer readable medium for the implementation of the described method are proposed.

【技术实现步骤摘要】
定位风力涡轮机处的雷击
本专利技术涉及方法、雷电检测系统、风力涡轮机和风电场。此外，提出相应的计算机程序产品和计算机可读介质。
技术介绍
风力涡轮机及其通常在露天区域中的位置的不断增加的高度使得它们完全暴露于直接雷击。风力涡轮机在其寿命期间经历大量雷击，大多数是针对转子叶片。雷电流可以导致对叶片结构材料的严重损害，并且牵涉修复比如例如材料、劳动和停机时间的相当大的成本。因此，一般在风力涡轮机的周围环境中的雷电检测和叶片的雷电保护是非常重要的问题。US7,468,505B2涉及一种雷电检测系统，其包括配置成接收雷击并且发射雷电感应电流的导体。该系统还包括配置成从雷电感应电流检测多个雷电参数的光纤电流传感器。通过应用多个光纤传感器，该系统可以被配置成测量雷电的影响的局部化。实现这样的多个传感器确实牵涉附加的硬件和软件并且因而牵涉附加的成本。
技术实现思路
一个目的是克服这样的缺点并且特别地提供一种针对风力涡轮机的雷击检测器和定位器的改进的方案。该问题根据独立权利要求的特征来解决。另外的实施例由从属权利要求产生。为了克服该问题，提供了一种用于定位风力涡轮机处的雷击的方法，包括以下步骤，–检测雷击，–基于由雷击导致的声音的测量而导出雷击的位置。雷电或雷击的现象通过随后是声学声音（还称为“雷”）的闪电来表征，所述声学声音和闪电二者都是电学放电的成果，从而生成光和声音。由此，闪电（通过“光”表征）的出现或检测到和雷的出现（通过“声音”表征）之间的时间特定延迟是物理学中的公知现象，其作为所提出的解决方案的基础。在第一步骤中，确定雷电，即指示雷击的闪电的存在或出现，并且将所述雷电用作触发物。若干方法或传感器可用于检测闪电，如以下进一步解释的。在第二步骤中，由所检测到的闪电触发，发起声音测量，例如通过激活包括时间测量的特定声音测量传感器。作为示例，声音测量可以包括声音比如雷在定义位置处的到达的确定。进一步地，确定时间信息（表示例如时间戳），其表示当声音到达定义位置时的时间。声音可以由声波来表示，所述声波典型地以声速从其起始点（比如例如其中所检测到的闪电击中或影响风力涡轮机的结构的位置）开始行进。作为示例，声波在定义位置处的到达（连同时间信息）可以通过使用安装在该位置处的麦克风或加速度计（其是敏感的以用于检测“冲击波”）来确定。知晓声波在预定义的或特定位置处的到达（例如，通过所确定的时间信息来表示）允许确定由声音或声波需要以从其起始点行进到特定位置的持续时间。基于此，对定义位置与声音起始点之间的距离的估计是可能的。使用例如多个（即两个或更多）这样的定义位置以用于确定声音的到达并且因而知晓声音的起始点与定义位置之间的多个所估计的距离允许地理方向在定义坐标系（其通过所述多个位置定义）内的确定，并且因而实现声音的起始点的局部化，即其中雷击击中风力涡轮机的结构的位置的确定。作为示例，这样的位置可以是特定转子叶片处的特定位置。因此，所提出的解决方案的一个另外的输出可能是，风力涡轮机的结构未被所检测到的雷击击中。在该情形中，所提出的解决方案的一个另外的输出将是其中雷击击中风力涡轮机旁边的物体的定位或位置的确定，所述物体可能是例如在风电场中近处的另一风力涡轮机或者附近的树或建筑物。作为优点，通过使用简单的，即不复杂的技术，用于定位雷击的所提出的解决方案可以针对低量的金钱实现，并且因而以经济的方式实现。装置，比如例如用于检测雷电或用于测量声音的传感器可以安装在风力涡轮机的部件上。应当指出的是，那些装置不一定必须是风力涡轮机的部分。可替换地，那些装置还可以安装在风力涡轮机旁边，比如例如在风力涡轮机旁边的分离部件/元件处，或者在附近的另外的风力涡轮机处。作为优点，用于执行所提出的解决方案的必要装置可以被多个风力涡轮机共享并且因而允许进一步的成本节省。在实施例中，雷击基于至少一个所确定的雷电参数来检测。在另一实施例中，所述至少一个雷电参数包括以下中的至少一个–亮度，–感应磁场。亮度可以通过使用光敏传感器来确定，所述光敏传感器对定义亮度水平是敏感的。高亮度水平或阈值对于闪电的正确检测而言可能是必要的。感应磁场可以通过已安装的拾波线圈来确定。将闪电的正性检测用作用于例如通过激活特定声音和时间测量传感器来发起声音测量的触发物。在另外的实施例中，声音的测量包括以下的确定–声音到达第一定义位置所需要的第一持续时间，以及–声音到达至少一个第二定义位置所需要的至少一个第二持续时间。对应于耳间时间差（“ITD”）（以下进一步解释）的时间差可以基于所确定的第一和第二持续时间来计算。可以导出另外的参数（还称为“飞行时间”），其表示基于第一和所述至少一个第二持续时间的平均持续时间。基于所导出的结果，可以基于以下关系来确定雷击的位置：其中：D1表示声音或声波的起始点位置与第一定义位置之间的距离，D2表示声音或声波的起始点位置与第二定义位置之间的距离，D3表示两个定义位置之间的地理距离。基于所计算的时间差（还称为“ITD”）而重写距离D1和D2的结果将是其中：Vsound表示声速（~344m/s）D3表示两个定义位置之间的地理距离，ITD表示所计算的时间差。基于该关系，可以确定方位方向角“θ”。此外，基于所导出的平均到达时间（“飞行时间”）和相应声速Vsound，可以导出表示朝向雷击的所估计的位置的距离的冲击距离（impactdistance）。基于所确定的方位方向角“θ”并且基于所确定的冲击距离，雷击的正确局部化是可能的。下一实施例包括基于第一和所述至少一个第二持续时间来确定风力涡轮机的转子平面内的位置的步骤。转子叶片中的每一个在风力涡轮机的操作期间的实际方位角通过控制风力涡轮机的操作的控制单元而已知。根据有利实施例，根据所提出的解决方案确定并且表征雷击位置的方位方向角“θ”可以利用转子叶片中的每一个的已知实际方位角来验证。因此，可以容易地标识可能被雷击击中的相关转子叶片。还有一个实施例，其基于第一和所述至少一个第二测量的持续时间来确定包括多个风力涡轮机的风电场内的位置。按照另一实施例，确定到达第一和所述至少一个第二定义位置的相应声音的至少一个声音参数。基于所确定的声音参数，可以导出所检测到的雷击的另外的特性或参数。根据实施例，所述至少一个声音参数包括以下中的至少一个–响度，–到达第一和所述至少一个第二定义位置的声波的特性。根据另一实施例，所检测到的雷电的特性基于所述至少一个雷电参数来确定。在又一实施例中，所检测到的雷击的特性基于以下来确定–亮度的强度和/或–亮度的持续时间。基于所检测到的雷击的所确定的特性，可以导出所检测到的雷击的强度，从而允许对由雷击导致的风力涡轮机处的损害尺寸的可能估计。根据另一实施例，用于测量雷电流的附加传感器可以用于提取与雷电流有联系的另外的参数，从而允许例如对风力涡轮机处的可能损害的改进的估计，比如例如对可更换的雷电接收器的磨损的估计或对服务间隔的估计。以上陈述的问题还通过一种雷电检测系统来解决，该系统包括–用于检测雷电的至少一个传感器，–用于测量由雷击导致的声音的至少一个测量设备，–布置成使得如本文中描述的方法可在其上执行的处理单元。所述处理单元可以包括以下中的至少一个：处理器、微控制器、硬连线电路、ASIC、FPGA、逻辑器件。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于定位风力涡轮机（100）处的雷击（170）的方法，包括以下步骤，– 检测雷击（170），– 基于由雷击（170）导致的声音的测量而导出雷击（170）的位置（180）。

【技术特征摘要】
2016.05.20 EP 16170621.31.一种用于定位风力涡轮机（100）处的雷击（170）的方法，包括以下步骤，–检测雷击（170），–基于由雷击（170）导致的声音的测量而导出雷击（170）的位置（180）。2.根据权利要求1所述的方法，其中雷击（170）基于至少一个所确定的雷电参数来检测。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一个雷电参数包括以下中的至少一个–亮度，–感应磁场。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中声音的测量包括以下的确定–声音到达第一定义位置（142）所需要的第一持续时间（371），以及–声音到达至少一个第二定义位置（143）所需要的至少一个第二持续时间（370）。5.根据权利要求4所述的方法，包括基于第一（371）和所述至少一个第二持续时间（370）来确定所述风力涡轮机（100）的转子平面内的位置（180）的步骤。6.根据权利要求4所述的方法，包括基于第一（371）和所述至少一个第二（370）测量的持续时间来确定包括多个风力涡轮机的风电场内的位置的步骤。7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤确定到达第一（142）...

【专利技术属性】
技术研发人员：J纽温休曾，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE