用于监测风力涡轮机的周围环境的装置和方法制造方法及图纸

根据本发明专利技术的实施方式，提供了一种用于监测风力涡轮机的周围环境的装置。该装置包括冷却系统，该冷却系统包括第一和第二热交换器，以及被设置为成使冷却剂能够在第一和第二热交换器之间流动的流体回路。该装置还包括处理器，该处理器被构造为：监测冷却系统的一个或多个运行参数；基于监测到的一个或多个运行参数来测量冷却系统的效率；并且基于冷却系统的测量的效率来计算周围环境的液态水含量。

Devices and methods for monitoring the surrounding environment of wind turbines

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测风力涡轮机的周围环境的装置和方法
本专利技术的各方面涉及一种用于监测风力涡轮机的周围环境的装置和方法，并且更具体地涉及用于估计周围环境的液态水含量，并且用于根据估计的液态水含量来控制或决定风力涡轮机系统中所采取的动作的系统和方法。
技术介绍
安装在寒冷气候中的风力涡轮机在全球风力涡轮机市场中占据很大的比例，因为这种气候倾向于具有较高的风力资源，尤其是在冬季期间。然而，由于在冬季期间在这些地区经历的低温，冰在风力涡轮机叶片上积聚的可能性很高。冰在涡轮机叶片上的积聚会不利地影响发电效率并且对转子施加力。已经在寒冷气候风力涡轮机中实施了各种类型的除冰(和防冰)系统和方法。例如，有时利用受控的叶片加速/减速来除去冰。除冰系统可以附加地或替代地涉及在叶片内包含内置电加热元件，或者在轮毂中提供加热单元，该加热单元使热空气分布于整个基本中空的叶片内部。在这种主动解决方案中，重要的是确保除冰系统在适当的时间点被触发，以最有效地使用它们。许多目前实施的除冰系统包括基于功率曲线的劣化而被激活的触发机制，并且具体地，当测量的输出功率达到特定阈值时，除冰系统被触发或激活。这些触发或激活机制通常在风力涡轮机的输出功率的下降足以满足必要的阈值条件之前需要冰的大量积聚，因为需要形成大量的冰才能造成输出功率的必要下降。然而，在特别寒冷的条件下，即使在激活除冰系统之后，随后的除冰也可能无法以足够快的速率发生从而抵消冰在叶片上的重新形成。本专利技术的实施方式是在这种背景下设计的。
技术实现思路
>根据本专利技术的实施方式，提供了一种用于监测风力涡轮机的周围环境的装置。该装置包括冷却系统，该冷却系统包括第一和第二热交换器，以及被设置为使冷却剂能够在第一和第二热交换器之间流动的流体回路。该装置还包括处理器，该处理器被构造为：监测冷却系统的一个或多个运行参数；基于监测到的一个或多个运行参数来测量冷却系统的效率；以及基于冷却系统的测量的效率来计算周围环境的液态水含量。冷却系统的效率与空气的液态水含量具有可量化的关系或相关性，并且上述构型利用这种相关性使得能够利用已经安装在风力涡轮机上的现有设备来估计风力涡轮机的周围环境中的液态水含量。有利地，这允许相关方法应用于所有现有的风力涡轮机，而无需加装任何附加的传感器。因此，这使得这种方法更容易且更便宜地大规模实施。在一些情况下，处理器还可以被构造为确定冷却系统的预期效率；并基于冷却系统的预期效率与测量的效率之间的差来计算周围环境的液态水含量。可选地，处理器还可以被构造为根据计算出的液态水含量来生成输出到风力涡轮机的子系统的控制信号。附加地或可替代地，处理器可以被构造为将计算出的液态水含量传输到风力涡轮机的其它子系统。液体冷却系统的预期效率易于根据冷却系统的成比例缩放的工程模型进行计算，并且冷却系统的实际效率易于根据热交换器入口和出口温度的差进行计算。有利地，以上构型提供了一种简单且直接的用于估计空气的液态水含量的方法，该方法随后可用来控制或驱动用于控制各种风力涡轮机子系统的动作的决策。一个示例是风力涡轮机除冰系统，但是也可以使用该信息来控制其它风力涡轮机子系统。可选地，第一热交换器被设置为从风力涡轮机的内部环境吸收热能。优选地，风力涡轮机的内部环境对应于风力涡轮机机舱的内部环境。利用已经安装在风力涡轮机中的现有冷却系统有利地简化了该装置和相关方法在现有风力涡轮机中的实施。第二热交换器可以被设置为将热能传递到风力涡轮机外部的周围环境。可选地，第二热交换器的至少一部分可以定位在风力涡轮机的机舱上。监测热交换器的位于风力涡轮机外部(例如，在机舱的顶部上)的一部分的参数的优点是，这些参数将准确地反映风力涡轮机的周围环境的当前状况，而无需加装任何额外的传感器。在一些情况下，要被监测的运行参数对应于以下至少之一：第二热交换器的出口温度，第二热交换器的入口温度以及通过第二热交换器的冷却剂流的体积。这些值用于计算冷却系统的冷却效率。尤其，对冷却系统热交换器的出口温度、或者热交换器的入口温度与出口温度之间的差的监测允许容易地推断出周围空气的液态水含量，因为这些值易于通过使用现有传感器测量到。处理器还可以被构造为，基于对液态水从热交换器的暴露表面蒸发的速率的计算，来计算周围环境的液态水含量。基于热交换器的尺寸和设计，可以将从热交换器的表面蒸发的水的速率和量与空气中的液态水含量相关联。可选地，处理器还可以被构造为，如果计算出的周围环境的液态水含量超过预定阈值，则生成输出到风力涡轮机的子系统的控制信号。有利地，这允许根据已经基于先前知识和分析所限定的阈值，以自动化的方式对各种风力涡轮机子系统进行控制。这简化了对风力涡轮机的子系统的操作，并允许根据相关的环境条件来控制这些系统。根据本专利技术的另一个实施方式，提供了一种风力涡轮机，其包括上述用于监测周围环境的装置。根据本专利技术的另一个实施方式，提供了一种用于监测风力涡轮机的周围环境的方法。该方法包括：监测风力涡轮机的冷却系统的一个或多个运行参数；基于监测到的一个或多个运行参数来测量冷却系统的效率；基于冷却系统的测量的效率来计算周围环境的液态水含量。在本申请的范围内明确指明的是，在前面的段落、权利要求和/或以下描述和附图中阐述的各个方面、实施方式、示例和替代方案，并且尤其是其各个特征，都可以被独立地或以任何组合的方式使用。也就是说，所有实施方式和/或任何实施方式的特征都可以以任何方式和/或组合来组合，除非这些特征不兼容。申请人保留更改任何原始提交的权利要求或相应地提出任何新的权利要求的权利，这包括将任何原始提交的权利要求修改为引用和/或结合任何其它权利要求的任何特征的权利，尽管该权利要求最初并不是以这种方式提出的。附图说明现在将参考附图仅以示例的方式描述本专利技术的一个或多个实施方式，其中：图1示出了其中可以实施本专利技术的实施方式的风力涡轮机的简化图；图2示出了在图1的风力涡轮机的机舱中实施的常见冷却系统的示意图；图3示出了根据本专利技术实施方式的控制系统的示意性框图，该控制系统用于监测风力涡轮机的周围环境，并且用于估计周围环境的液态水含量且随后控制风力涡轮机的子系统；图4是示出根据本专利技术示例性实施方式的、用于确定结冰风险并用于控制风力涡轮机的子系统的方法的概述的流程图；图5是示出根据本专利技术实施方式的、用于确定在监测风力涡轮机的周围环境时所使用的参考值的方法的概述的流程图。具体实施方式现在将描述本专利技术的具体实施方式，其中将详细讨论许多具体特征，以便提供对权利要求中所限定的专利技术构思的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言明显的是，本专利技术可以在没有具体细节的情况下起效，并且在一些情况中，并未详细描述公知的方法、技术和结构，以免不必要地使本专利技术模糊。尤其应理解的是，尽管以下描述主要关注基于估计的液态水含量来检测结冰风险的具体情况，但是监测风力涡轮机的周围环境以及基于风力涡轮机冷却系统效率来估计液态水含量的总体概念可以随后用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监测风力涡轮机的周围环境的装置，所述装置包括：/n冷却系统，所述冷却系统包括第一热交换器和第二热交换器，以及被设置为使冷却剂能够在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间流动的流体回路；以及/n处理器，所述处理器被构造为：/n监测所述冷却系统的一个或多个运行参数；/n基于监测到的一个或多个运行参数来测量所述冷却系统的效率；并且/n基于所述冷却系统的测量的效率来计算所述周围环境的液态水含量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170616 DK PA2017704671.一种用于监测风力涡轮机的周围环境的装置，所述装置包括：
冷却系统，所述冷却系统包括第一热交换器和第二热交换器，以及被设置为使冷却剂能够在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间流动的流体回路；以及
处理器，所述处理器被构造为：
监测所述冷却系统的一个或多个运行参数；
基于监测到的一个或多个运行参数来测量所述冷却系统的效率；并且
基于所述冷却系统的测量的效率来计算所述周围环境的液态水含量。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器还被构造为确定所述冷却系统的预期效率；并且基于所述冷却系统的所述预期效率与所述测量的效率之间的差来计算所述周围环境的所述液态水含量。


3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述处理器还被构造为根据计算出的液态水含量来生成输出到风力涡轮机的子系统的控制信号。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述处理器还被构造为将所述计算出的液态水含量传输至所述风力涡轮机的其它子系统。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第一热交换器被设置为从所述风力涡轮机的内部环境吸收热能。


6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述风力涡轮机的所述内部环境对应于所述风力涡轮机的机舱...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·D·格林内特，C·蒂博，J·尼尔森，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK