使用温度控制的传感器检测风力涡轮机上的水制造技术

本文的实施方式描述了一种用于估算水在传感器上的存在的系统。一参数维持风传感器温度。可以跟踪和评估该参数以指示传感器上有水的可能性。替代地，或与以上结合，传感器被有意地调节或停用和重新激活以跟踪参数响应，然后该参数响应用于指示传感器上有水的可能性。

Use temperature controlled sensors to detect water on wind turbines

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用温度控制的传感器检测风力涡轮机上的水
本公开中呈现的实施方式总体上涉及确定风力涡轮机上的成冰条件，并且更具体地，涉及使用温度控制的传感器来检测风力涡轮机上水的存在。
技术介绍
风力涡轮机通常放置在较冷的区域中，因为冷空气具有较高的密度，而在这些区域中其他能源生产系统通常不切实际。但是，在寒冷地区，涡轮机上更容易结冰。涡轮机上的结冰会降低效率，而除冰可能需要停止涡轮机，从而进一步降低效率。当前，具有防冰或除冰系统的涡轮机使用功率曲线的显著降低来检测叶片上的冰。但是，这种检测技术不会在叶片上积累大量冰之前检测到成冰条件，并且如果成冰条件仍在继续，或者在除冰结束后不久冰会再次积累，则除冰系统可能无法将冰去除。基于在涡轮机叶片的内部添加加速计或在机舱上添加专用冰检测仪器的其他冰检测方法是昂贵的。
技术实现思路
本公开的一个实施方式是一种用于风力涡轮机的控制器，其包括处理器和存储器，该存储器具有应用，当该应用由处理器执行时，该应用执行包括监测用于控制传感器中的加热元件的可调参数的操作，其中，加热元件设定传感器的温度。该操作还包括基于在一段时间内监测可调参数来确定水沉积在传感器上的可能性，然后基于该可能性来激活防冰系统和除冰系统中的至少一者。本文描述的另一个实施方式是一种用于检测冰的方法，该方法包括监测用于控制传感器中的加热元件的可调参数，其中，加热元件设定传感器的温度。该方法还包括基于在一段时间内监测可调参数来确定水沉积在传感器上的可能性，然后基于该可能性来激活防冰系统和除冰系统中的至少一者。<br>本文描述的另一个实施方式是一种用于风力涡轮机的冰检测系统，其包括具有加热元件的风传感器，该加热元件被配置为基于可调参数来设定传感器的温度。该实施方式还包括一种控制器，该控制器被配置为在一段时间内监测可调参数，基于在一段时间内监测可调参数来确定水沉积在传感器上的可能性，然后基于该可能性激活防冰系统和除冰系统中的至少一者。附图说明因此，可以详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施方式来对本公开进行更详细的描述，该公开的详细描述如上简要概述，所述实施方式中的一些在附图中示出。然而，应当注意，附图仅展示本公开的典型实施方式，并且因此不应被认为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他等效的实施方式。图1展示根据本公开中描述的实施方式的风力涡轮机的示意图。图2展示根据本公开中描述的实施方式的在风力涡轮机的机舱和塔架内部的部件的示意图。图3是根据本公开中描述的实施方式的传感器系统的框图。图4是根据本公开中描述的实施方式的用于检测传感器上的水的流程图。图5是展示根据本公开中描述的实施方式的对水的参数响应的曲线图。图6是展示根据本公开中描述的实施方式的对水的另一参数响应的曲线图。图7是根据本公开中描述的实施方式的在传感器上有水的概率的示例性映射图。图8是根据本公开中描述的实施方式的用于检测传感器上的水的流程图。图9是根据本公开中描述的实施方式的用于检测传感器上的水的流程图。图10是展示根据本公开中描述的实施方式的对水的另一参数响应的曲线图。图11是根据本公开中描述的实施方式的用于检测传感器上的水的流程图。为了便于理解，在可能的地方使用了相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。可以预期，一个实施方式中公开的元件可以在没有具体叙述的情况下有益地用于其他实施方式。具体实施方式风力涡轮机使用由多个叶片组成的转子来将风的动能转换成电能。具体而言，风速使叶片旋转，进而为发电机供电。当在风力涡轮机叶片上检测到冰时，不同的技术可以在叶片旋转的发电过程中或在涡轮机停机时将冰去除。叶片上的冰会降低涡轮机效率，并可能导致不适当的平衡，从而损坏涡轮机。通过测量气象条件并估算叶片上结冰的可能性来检测成冰条件，具有在效率降低之前或在不使转子停止旋转的情况下主动防止冰增长的好处。在一个实施方式中，涡轮机配备有温度控制的风传感器。在一个实施方式中，风传感器具有内置的加热元件，该加热元件确保传感器的温度维持在特定的设定点。在一个实施方式中，传感器汲取电能以维持温度设定点。风力涡轮机控制器可以监测用于控制传感器中的加热元件的可调参数，以检测风力涡轮机上是否存在液体。在一个实施例中，可调参数是由风传感器汲取以将风传感器维持在恒定温度的电力，该恒定温度很大程度上取决于环境温度、风速以及传感器上的液态水或冰的存在。当传感器上有冰或水存在时，维持或恢复温度设定点所需的功率会增加。在一个实施方式中，可以通过将环境温度和风速与可调参数进行比较来确定水(例如，液态水或冰)存在于传感器上的可能性。在一个实施方式中，经验数据用于通过将数据与当前天气状况进行比较并跟踪可调参数来确定水在风传感器上的可能性。因此，在至少一个实施方式中，已经知道风传感器的可调参数对各种天气条件的响应，使得功率和水的关系精确到预测传感器上水的存在，并因此预测风力涡轮发电机上的结冰的可能性。实例实施方式图1展示水平轴风力涡轮发电机100的示意图。风力涡轮发电机100通常包括塔架102和位于塔架102的顶部处的风力涡轮机机舱104。风力涡轮机转子106可以通过从机舱104伸出的低速轴与机舱104连接。风力涡轮机转子106包括安装在公共轮毂110上的在转子平面中旋转的三个转子叶片108，但是可以包括任何合适数量的叶片，诸如一个、两个、四个、五个或更多叶片。叶片108(或翼型件)通常均具有空气动力学形状，其具有用于面对风的前缘112、在用于叶片108的弦的相反端处的后缘114、尖端116和用于以任何合适的方式附接到轮毂110的根部118。对于一些实施方式，叶片108可以使用变桨轴承120连接到轮毂110，从而使得每个叶片108可以绕其纵轴旋转以调节叶片的桨距。叶片108相对于转子平面的桨距角可以由例如连接在轮毂110与叶片108之间的线性致动器、液压致动器或步进马达控制。图2展示风力涡轮发电机100的机舱104和塔架102内部的典型部件的示意图。当风200推动叶片108时，转子106旋转并使低速轴202旋转。变速箱204中的齿轮将低速轴202的低旋转速度机械地转换为适于使用发电机206发电的高速轴208的较高旋转速度。控制器210可以感测轴202、208中的一个或两个的旋转速度。如果控制器确定轴旋转太快，则控制器可以将叶片变桨出风或通过增加来自发电机206的扭矩以减慢转子106的旋转，即降低每分钟的转数(RPM)。当轮毂已经处于或非常接近静止时，制动系统212可以通过保持轮毂110不旋转来防止对风力涡轮发电机100的部件造成损坏。控制器210还可以接收来自风速计214(提供风速)和/或风向标216(提供风向)的输入。基于接收到的信息，控制器210可以将控制信号发送到一个或多个叶片108，以努力调节叶片的桨距218。通过调节叶片的桨距218，可以增加或降低转子(以及因此的轴202、208)的旋转速度。例如，基于风向，控制器210本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于风力涡轮机的控制器，包括：/n处理器；/n包括应用程序的存储器，所述应用程序在由处理器执行时执行操作，所述操作包括：/n监测用于控制传感器中的加热元件的可调参数，其中，加热元件设定传感器的温度；/n基于在一段时间内监测可调参数，确定水沉积在传感器上的可能性；以及/n基于所述可能性来激活防冰系统和除冰系统中的至少一者。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170629 DK PA2017705181.一种用于风力涡轮机的控制器，包括：
处理器；
包括应用程序的存储器，所述应用程序在由处理器执行时执行操作，所述操作包括：
监测用于控制传感器中的加热元件的可调参数，其中，加热元件设定传感器的温度；
基于在一段时间内监测可调参数，确定水沉积在传感器上的可能性；以及
基于所述可能性来激活防冰系统和除冰系统中的至少一者。


2.根据权利要求1所述的控制器，其中，可调参数是由加热元件消耗的功率，其中，确定水沉积在传感器上的可能性包括：
在所述一段时间内监测所消耗的功率；以及
使用预定义的映射将所消耗的功率转换为水沉积在传感器上的可能性。


3.根据权利要求2所述的控制器，其中，预定义的映射基于包括环境温度、风速和水的存在的数据将可调参数映射为结冰的可能性。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的控制器，其中，所述操作还包括：
在确定水在传感器上的可能性以及风速满足阈值之后，确定冰处于风力涡轮机的叶片上。


5.根据权利要求1所述的控制器，其中，可调参数是传感器的温度，其中，确定水沉积在传感器上的可能性包括：
将传感器的温度调节到新值；
当将传感器的温度调节到新值时，测量传感器的响应；以及
使用预定义的映射将所述响应转换为水沉积在传感器上的可能性。


6.根据权利要求1所述的控制器，其中，可调参数是传感器的温度，其中，确定水沉积在传感器上的可能性包括：
停用加热元件直到传感器的温度处于冰点以下和环境温度处中的至少一者；
激活加热元件；
跟踪传感器温度的变化率；以及
根据所述变化率确定水沉积在传感器上的可能性。


7.根据权利要求1所述的控制器，其中，可调参数是由加热元件消耗的功率，其中，确定水沉积在传感器上的可能性包括：
在一段时间内监测所消耗的功率；
使用预定义的映射将所消耗的功率转换为水沉积在传感器上的可能性；
基于在所述一段时间内监测可调参数，确定水沉积在传感器上的可能性；
通过停用加热元件直到传感器的温度处于冰点以下和环境温度处中的至少一者，来验证水沉积在传感器上；
激活加热元件；
跟踪传感器温度的变化率；以及
使用预定义的映射确定冰沉积在传感器上。


8.一种用于检测冰的方法，包括：
监测用于控制传感器中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·D·格林内特，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