專利名稱：用于風(fēng)力渦輪機(jī)健康管理的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng) 域大體涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，且更具體而言涉及管理風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī) 的運行壽命。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)使用風(fēng)能來發(fā)電，且其在發(fā)電的可再生源方面正變得日益更 加重要。風(fēng)力渦輪機(jī)典型地包括監(jiān)測風(fēng)力渦輪機(jī)的各種運行參數(shù)的裝置，例如控制器。 控制器可調(diào)節(jié)各種運行參數(shù)，例如風(fēng)力渦輪機(jī)所面向的方向和/或轉(zhuǎn)子葉片的槳距角。 另外，控制器可確定置于風(fēng)力渦輪機(jī)上的發(fā)電機(jī)負(fù)載，以在風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)件的物理約束 內(nèi)高效地發(fā)電。施加在風(fēng)力渦輪機(jī)上的這些應(yīng)力和負(fù)載可導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)故障或失靈， 這可阻止風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電。這個故障或失靈可導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)的經(jīng)營者的收入損失，直 到修好或更換了風(fēng)力渦輪機(jī)為止。一般來說，風(fēng)力渦輪機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)是反作用式的，因為系統(tǒng)針對表示風(fēng)力渦輪機(jī) 中的立即要求進(jìn)行修理或更換的故障或失靈的異常和/或出錯觸發(fā)來監(jiān)測風(fēng)力渦輪機(jī)的 各種運行參數(shù)。其它監(jiān)測系統(tǒng)可針對諸如振動、溫度、機(jī)械應(yīng)力和發(fā)電輸出的運行參數(shù) 的顯著增大或減小來監(jiān)測風(fēng)力渦輪機(jī)。這些運行參數(shù)可表示風(fēng)力渦輪機(jī)在不久的將來的 某個未知時間會接近故障或失靈。這種故障或失靈可需要修理或更換，但是也可表示風(fēng) 力渦輪機(jī)的運行參數(shù)應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)成使得風(fēng)力渦輪機(jī)能夠繼續(xù)運行。在必須更換風(fēng)力渦輪機(jī) 之前修理或更換風(fēng)力渦輪機(jī)可不必要地增加風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電設(shè)施的運行成本?？纱_定風(fēng) 力渦輪機(jī)的故障的更加精確的時間估計值的經(jīng)營者可在更接近風(fēng)力渦輪機(jī)的運行壽命結(jié) 束的時候更換風(fēng)力渦輪機(jī)，以便避免這種過早的修理或更換。另外，這種經(jīng)營者可減小 來自于由風(fēng)力渦輪機(jī)的意外故障或失靈造成的發(fā)電容量損失的潛在的收入損失。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種用于在管理至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)的運行壽命時使用的控 制器。該控制器通信地聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)和服務(wù)器子系統(tǒng)上?？刂破鳂?gòu)造成以便接收來 自風(fēng)力渦輪機(jī)的運行數(shù)據(jù)，將運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器子系統(tǒng)，以及將對于對應(yīng)于風(fēng)力渦 輪機(jī)的歷史數(shù)據(jù)的請求傳輸?shù)椒?wù)器子系統(tǒng)。該控制器進(jìn)一步構(gòu)造成以便接收來自服務(wù) 器子系統(tǒng)的響應(yīng)，其中該響應(yīng)包括對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的歷史數(shù)據(jù)，且構(gòu)造成以便基于運 行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)來確定風(fēng)力渦輪機(jī)故障前時間的估計值。運行數(shù)據(jù)可包括由傳感器傳 輸?shù)男盘?，該信號對?yīng)于由傳感器測量的風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一個運行參數(shù)的測量值。運 行數(shù)據(jù)可進(jìn)一步包括對應(yīng)于由傳感器傳輸?shù)男盘柕某鲥e狀態(tài)，該出錯狀態(tài)表示信號值在 預(yù)定范圍外。歷史數(shù)據(jù)可包括對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)和預(yù)定的可互換的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)構(gòu) 件中的至少一個的歷史運行數(shù)據(jù)。在一個實施例中，服務(wù)器子系統(tǒng)可將接收到的運行數(shù) 據(jù)存儲在存儲介質(zhì)上以用作歷史數(shù)據(jù)?？刂破骺蛇M(jìn)一步構(gòu)造成以便基于估計的故障前時間、運行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)中的至少一個來確定風(fēng)力渦輪機(jī)的修理、檢修、檢查和更換中 的至少一個的時間?？刂破骺陕?lián)接到用于在輸出估計的故障前時間、運行數(shù)據(jù)和歷史數(shù) 據(jù)中的至少一個時使用的至少一個輸出裝置上。在另一方面，提供了一種用于在管理至 少一個風(fēng)力渦輪機(jī)的運行壽命時使用的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括通過通信接口通信地聯(lián)接到風(fēng) 力渦輪機(jī)上的控制器。該控制器構(gòu)造成以便基于對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的運行數(shù)據(jù)和/或歷 史數(shù)據(jù)來確定風(fēng)力渦輪機(jī)故障前時間的估計值。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括通信地聯(lián)接到控制器 上的服務(wù)器子系統(tǒng)。該服務(wù)器子系統(tǒng)構(gòu)造成以便從控制器接收對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的運行 數(shù)據(jù)，從控制器接收對于對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的歷史數(shù)據(jù)的請求，以及將響應(yīng)傳輸?shù)娇刂?器。該響應(yīng)包括對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的歷史數(shù)據(jù)。在另一方面，提供了一種用于在管理至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)的運行壽命時使用的 系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括通過通信接口通信地聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)上的控制器。該控制器構(gòu)造成 以便基于對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的運行數(shù)據(jù)和/或歷史數(shù)據(jù)來確定風(fēng)力渦輪機(jī)故障前時間的 估計值。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括通信地聯(lián)接到控制器上的服務(wù)器子系統(tǒng)。該服務(wù)器子系統(tǒng)構(gòu) 造成以便接收來自控制器的對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的運行數(shù)據(jù)，接收來自控制器的、對于對 應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的歷史數(shù)據(jù)的請求，以及將響應(yīng)傳輸?shù)娇刂破?。該響?yīng)包括對應(yīng)于風(fēng)力 渦輪機(jī)的歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)可包括由傳感器傳輸?shù)男盘枺撔盘枌?yīng)于由傳感器 測量的至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一個運行參數(shù)的測量值。運行數(shù)據(jù)可包括對應(yīng)于由傳 感器傳輸?shù)男盘柕某鲥e狀態(tài)，該出錯狀態(tài)表示信號值在預(yù)定范圍外。在一個實施例中， 系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)可包括對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)和預(yù)定的可互換的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)構(gòu)件中的 至少一個的歷史運行數(shù)據(jù)。服務(wù)器子系統(tǒng)可將接收到的運行數(shù)據(jù)存儲在存儲介質(zhì)上以用 作歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器可進(jìn)一步基于估計的故障前時間、運行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)中的至 少一個來確定風(fēng)力渦輪機(jī)的修理、檢修、檢查和更換中的至少一個的時間?？刂破骱头?務(wù)器子系統(tǒng)中的至少一個可聯(lián)接到用于在輸出估計的故障前時間、運行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù) 中的至少一個時使用的至少一個輸出裝置上。


在又一方面，提供了一種用于使用控制器來管理至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)的運行壽 命的方法。該控制器通信地聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)上。該方法包括在控制器處接收來自風(fēng)力 渦輪機(jī)的運行數(shù)據(jù)，將運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器子系統(tǒng)，以及將對于對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的 歷史數(shù)據(jù)的請求傳輸?shù)椒?wù)器子系統(tǒng)。該方法進(jìn)一步包括在控制器處接收來自服務(wù)器子 系統(tǒng)的響應(yīng)。該響應(yīng)包括對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的歷史數(shù)據(jù)，以及基于運行數(shù)據(jù)和/或歷史 數(shù)據(jù)來確定風(fēng)力渦輪機(jī)故障前時間的估計值。運行數(shù)據(jù)可包括由傳感器傳輸?shù)男盘?，?信號對應(yīng)于由傳感器測量的風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一個運行參數(shù)的測量值。另外，運行數(shù)據(jù) 可包括對應(yīng)于由傳感器傳輸?shù)男盘柕某鲥e狀態(tài)，該出錯狀態(tài)表示信號值在預(yù)定范圍外。 該方法可使用由對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)和預(yù)定的可互換的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)構(gòu)件中的至少一 個的歷史運行數(shù)據(jù)組成的運行數(shù)據(jù)。將運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器子系統(tǒng)可進(jìn)一步包括將運 行數(shù)據(jù)存儲在存儲子系統(tǒng)上以用作歷史數(shù)據(jù)。該方法可進(jìn)一步包括基于估計的故障前時 間、運行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)中的至少一個來確定修理、檢修、檢查和更換中的至少一個的 時間。圖1是示出了示例性風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)100的示意圖。圖2是示出了一種用于在管理風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的運行壽命時使用的示例性系統(tǒng)的方框圖。圖3是示出了用來計算用于在確定風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的運行壽命時使用的、基 于物理性質(zhì)的維護(hù)因數(shù)的示例性子系統(tǒng)的方框圖。圖4是示出了用來計算用于在確定風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的運行壽命時使用的、基 于經(jīng)驗的維護(hù)因數(shù)的示例性子系統(tǒng)的方框圖。圖5是示出了用來計算用于在確定風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的運行壽命時使用的、基 于事件的故障可能性的示例性子系統(tǒng)的方框圖。圖6是示出了用于通過結(jié)合前面的圖中描述的維護(hù)因數(shù)和故障可能性來確定風(fēng) 力渦輪機(jī)的運行壽命的示例性子系統(tǒng)的方框圖。圖7是用于管理風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的運行壽命的一種示例性方法的流程圖。部件列表 100風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)102 轉(zhuǎn)子104 轉(zhuǎn)子葉片106 輪轂108 發(fā)電機(jī)109 機(jī)艙110支承塔架112 軸線200 系統(tǒng)202 風(fēng)力渦輪機(jī)204控制器206 處理器208 存儲區(qū)210控制器通信接口212傳感器213 信號214運行數(shù)據(jù)216服務(wù)器子系統(tǒng)218 處理器220服務(wù)器通信接口222 歷史數(shù)據(jù)224存儲介質(zhì)226降低的發(fā)電機(jī)負(fù)載228 發(fā)電機(jī)230輸出裝置300 子系統(tǒng)302 維護(hù)因數(shù)(MF)304模擬器
306現(xiàn)場狀態(tài)308設(shè)計數(shù)據(jù)310模型化 的輸入?yún)?shù)312歷史現(xiàn)場數(shù)據(jù)314故障威布爾分布324故障威布爾分布400子系統(tǒng)402維護(hù)因數(shù)402維護(hù)因數(shù)系數(shù)404測得數(shù)據(jù)406使用指數(shù)408容量因數(shù)410油液碎屑特征412最終特征414數(shù)據(jù)500子系統(tǒng)502故障可能性504第一出錯警告506出錯發(fā)生率(FOR)508型式規(guī)則510歷史現(xiàn)場數(shù)據(jù)600子系統(tǒng)602維護(hù)因數(shù)604經(jīng)驗維護(hù)因數(shù)606維護(hù)因數(shù)608數(shù)據(jù)融合技術(shù)610結(jié)果700方法702接收運行數(shù)據(jù)704將運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器子系統(tǒng)706傳輸對于歷史數(shù)據(jù)的請求708接收包括歷史數(shù)據(jù)的響應(yīng)710確定故障前時間的估計值
具體實施例方式圖1是示出了示例性風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)100的示意圖。在該示例性實施例中， 風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)100是水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)。在一個備選實施例中，風(fēng)力渦輪機(jī) 發(fā)電機(jī)100可為豎直軸風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)。風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)100包括轉(zhuǎn)子102，轉(zhuǎn)子 102包括聯(lián)接到可旋轉(zhuǎn)的輪轂106上的多個轉(zhuǎn)子葉片104。輪轂106聯(lián)接到發(fā)電機(jī)108上，發(fā)電機(jī)108包圍在機(jī)艙109內(nèi)。在該示例性實施例中，轉(zhuǎn)子102包括三個轉(zhuǎn)子葉片104。在一個備選實施例中，轉(zhuǎn)子102包括對在本領(lǐng)域中熟練的且由本文提供來執(zhí)行本文 描述的功能的教導(dǎo)所指導(dǎo)的技術(shù)人員來說已知的任何適當(dāng)數(shù)量的轉(zhuǎn)子葉片104。在該示例 性實施例中，機(jī)艙109聯(lián)接到支承塔架110上，該支承塔架110在運行期間支承風(fēng)力渦輪 機(jī)發(fā)電機(jī)100。如本文所用，術(shù)語“風(fēng)力渦輪機(jī)”和“風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)”是以可互換 的方式使用的。在該示例性實施例中，風(fēng)力對轉(zhuǎn)子葉片104起作用，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子102繞著風(fēng)力渦輪 機(jī)發(fā)電機(jī)100的發(fā)電機(jī)108的軸線112旋轉(zhuǎn)，以及產(chǎn)生電功率。在該示例性實施例中，由 風(fēng)力在轉(zhuǎn)子葉片104、輪轂106、發(fā)電機(jī)部分108、機(jī)艙109和支承塔架110上產(chǎn)生的應(yīng)力 由傳感器212 (在圖2中示意性地顯示)測量，且所得到的測量值傳輸?shù)娇刂破?04 (在圖 2中示意性地顯示)。在一個實施例中，控制器204可調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)100的運行 參數(shù)，例如轉(zhuǎn)子葉片104的槳距角，其減小或增大風(fēng)在轉(zhuǎn)子葉片104上引起的壓力，而且 類似地減小或增大輪轂106施加到風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)100的發(fā)電機(jī)108上的扭矩。在一 個備選實施例中，控制器204可調(diào)節(jié)聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)100上的發(fā)電負(fù)載226 (在 圖2中示意性地顯示)，從而減小操作風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)100的發(fā)電機(jī)108所需的扭矩。 在該示例性實施例中，控制器204可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子102所面朝的方向。在某些實施例中，傳 感器212測量多個運行參數(shù)，包括但不限于構(gòu)件溫度、發(fā)電機(jī)功率輸出和/或扭矩。圖2是示出了用于在管理風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)202的運行壽命時使用的示例性系統(tǒng) 200的方框圖。在該示例性實施例中，系統(tǒng)200包括控制器204，控制器204包括處理 器206、存儲區(qū)208，以及將控制器204聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)202上的控制器通信接 口 210。在該示例性實施例中，傳感器212測量風(fēng)力渦輪機(jī)202的一個或多個運行參數(shù)， 且將對應(yīng)于測量值的一個或多個信號213傳輸?shù)娇刂破?04。在這種實施例中，運行數(shù) 據(jù)214可包括表示由傳感器21 2得到的測量值在預(yù)定范圍外的出錯狀態(tài)。在該示例性實 施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)202包括各自用來測量風(fēng)力渦輪機(jī)202的相應(yīng)的構(gòu)件的各種運行參數(shù) (例如機(jī)械應(yīng)力和溫度)的多個傳感器212。另外，在該示例性實施例中，控制器204通 過控制器通信接口 210和服務(wù)器通信接口 220通信地聯(lián)接到服務(wù)器子系統(tǒng)216上，控制器 通信接口 210和服務(wù)器通信接口 220用于在存儲和取回存儲在位于服務(wù)器子系統(tǒng)216中的 存儲介質(zhì)224上的運行數(shù)據(jù)214和/或歷史數(shù)據(jù)222時使用。在一個備選實施例中，存 儲介質(zhì)224與服務(wù)器子系統(tǒng)216分開和分離，且通過服務(wù)器通信接口 220通信地聯(lián)接到服 務(wù)器子系統(tǒng)216上。在該示例性實施例中，服務(wù)器子系統(tǒng)216接收對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)202 的、來自控制器204的運行數(shù)據(jù)214。另外，在該示例性實施例中，服務(wù)器子系統(tǒng)216接 收來自控制器204的、對于對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)202的歷史數(shù)據(jù)222的請求，處理器218確 定響應(yīng)，而服務(wù)器子系統(tǒng)216將該響應(yīng)(包括對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)202的歷史數(shù)據(jù)222)傳 輸?shù)娇刂破?04。在一個實施例中，服務(wù)器子系統(tǒng)216將接收到的運行數(shù)據(jù)214存儲在存 儲介質(zhì)224上。在另一個實施例中，當(dāng)響應(yīng)對于歷史數(shù)據(jù)222的后來的請求時，服務(wù)器 子系統(tǒng)216包括存儲的運行數(shù)據(jù)214以及歷史數(shù)據(jù)222。在該示例性實施例中，控制器204接收來自傳感器212的運行數(shù)據(jù)214和來自服 務(wù)器子系統(tǒng)216的歷史數(shù)據(jù)222 (兩者均對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)202)，且控制器204確定風(fēng)力 渦輪機(jī)202故障前時間的估計值。在該示例性實施例中，歷史數(shù)據(jù)222包括在歷史上已經(jīng)導(dǎo)致了風(fēng)力渦輪機(jī)202的構(gòu)件的相關(guān)聯(lián)的出錯和故障的風(fēng)力渦輪機(jī)202的運行參數(shù)的型 式。在這種實施例中，歷史數(shù)據(jù)222還可包括來自預(yù)定的可互換的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)構(gòu) 件(例如發(fā)電容量不定的可互換的替換發(fā)電機(jī)228和大小不定的可互換的替換轉(zhuǎn)子葉片 104)的歷史數(shù)據(jù)。這種可互換的構(gòu)件可展現(xiàn)與風(fēng)力渦輪機(jī)202類似的出錯和/或故障型 式，而且將這些型式結(jié)合到歷史數(shù)據(jù)222中可提高控制器204確定風(fēng)力渦輪機(jī)202故障 前時間的估計值的精確性。另外，在該示例性實施例中，控制器204基于至少一個基于 物理性質(zhì)的維護(hù)因數(shù)來計算第一故障可能性(在圖3中顯示)。在這種實施例中，控制 器204還可基于至少一個經(jīng)驗維護(hù)因數(shù)來計算第二故障可能性(在圖4中顯示)，以及基 于至少一個基于事件的維護(hù)因數(shù)來計算第三故障可能性(在圖5中顯示)。在這種示例 性實施例中，控制器204基于Dempster-Schafer證據(jù)理論、貝葉斯數(shù)據(jù)融合和/或模糊邏 輯而使用數(shù)據(jù)融合公式來結(jié)合第一故障可能性、第二故障可能性和/或第三故障可能性 中的兩個或更多個，以確定風(fēng)力渦輪機(jī)202的估計的故障前時間。第一故障可能性、第 二故障可能性和第三故障可能性中的各個提供某個水平的精確性，可通過結(jié)合單獨的故 障可能性中的兩個或更多個來提高該精確性。與僅對表示需要緊急修理和/或更換的風(fēng) 力渦輪機(jī)202的當(dāng)前出錯或故障的、來自傳感器212的警告作出反應(yīng)相反，確定風(fēng)力渦輪 機(jī)202的故障前時間使得風(fēng)力渦輪機(jī)202的經(jīng)營者能夠計劃風(fēng)力渦輪機(jī)202或風(fēng)力渦輪機(jī) 202的構(gòu)件的修理和/或更換。一般來說，與未預(yù)定的修理或更換相比，可更加迅速地完 成預(yù)定的修理或更換，從而產(chǎn)生風(fēng)力渦輪機(jī)202的更短的停機(jī)時間，導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)202 花更多時間產(chǎn)生電功率，以便由風(fēng)力渦輪機(jī)202的經(jīng)營者使用或出售。

另外，在一個實施例中，在確定了風(fēng)力渦輪機(jī)202的故障前時間正在接近之 后，系統(tǒng)200可降低聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)202的發(fā)電機(jī)228上的發(fā)電機(jī)負(fù)載226，以減小 風(fēng)力渦輪機(jī)202的構(gòu)件上的整體應(yīng)力和負(fù)載，以及延長相應(yīng)的風(fēng)力渦輪機(jī)202的運行壽 命。在一個備選實施例中，系統(tǒng)200使聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)202上的發(fā)電機(jī)負(fù)載226提高 一定負(fù)載量，該負(fù)載量大到足以抵銷聯(lián)接到不同的風(fēng)力渦輪機(jī)202上的降低的發(fā)電機(jī)負(fù) 載226。在又一個實施例中，系統(tǒng)200使聯(lián)接到多個風(fēng)力渦輪機(jī)202上的各個發(fā)電機(jī)負(fù)載 226各自提高降低的發(fā)電機(jī)負(fù)載226的一部分，借此全部提高的總和就大到足以抵銷聯(lián)接 到接近其故障前時間的不同的風(fēng)力渦輪機(jī)202上的降低的發(fā)電機(jī)負(fù)載226。另外，在一 個實施例中，包括控制器204和服務(wù)器子系統(tǒng)216的系統(tǒng)200聯(lián)接到用于在輸出故障前時 間確定(量)、運行數(shù)據(jù)214和歷史數(shù)據(jù)222時使用的至少一個輸出裝置230上。在某 些實施例中，這種輸出裝置230可包括用來按人類可讀的形式顯示輸出的顯示模塊(未顯 示)，以及/或者用來使輸出與其它裝置或系統(tǒng)相互作用的接口模塊(未顯示)。圖3是示出了用于計算至少一個基于物理性質(zhì)的維護(hù)因數(shù)302以便由控制器(例 如圖2所示的控制器204)用來確定風(fēng)力渦輪機(jī)(例如圖1所示的風(fēng)力渦輪機(jī)100或圖2 所示的風(fēng)力渦輪機(jī)202)的運行壽命的示例性子系統(tǒng)300的方框圖。在一個示例性實施例 中，風(fēng)力渦輪機(jī)性能模擬器304使用風(fēng)場的至少一個實際現(xiàn)場狀態(tài)306和至少一種類型的 渦輪機(jī)構(gòu)造設(shè)計數(shù)據(jù)308來模擬風(fēng)力渦輪機(jī)202的性能。模擬器304可包括已知的風(fēng)力 渦輪機(jī)模擬系統(tǒng)和模型，且可基于已知為FLEX5的模擬系統(tǒng)和/或模型或者由風(fēng)力渦輪 機(jī)生產(chǎn)商使用已知為ADAMS的系統(tǒng)所開發(fā)的風(fēng)力渦輪機(jī)模型。在一個實施例中，模擬 器304使用測得的和/或模型化的輸入?yún)?shù)310，該輸入?yún)?shù)310可包括構(gòu)件負(fù)載、雨流矩陣、光譜疲勞損傷，以及Miners疲勞損傷或它們的任何組合。在另一個實施例中，測 得的和/或模型化的輸入?yún)?shù)310包括對被模擬的風(fēng)力渦輪機(jī)202而言專有的參數(shù)，如由 風(fēng)力渦輪機(jī)202的生產(chǎn)商或設(shè)計者所提供的參數(shù)。在該示例性實施例中，模擬器304進(jìn) 一步使用包括關(guān)于一個或多個故障模式的特定的威布爾斜率的歷史現(xiàn)場數(shù)據(jù)312，以確定 關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)202的各個構(gòu)件、各個關(guān)鍵設(shè)計特征和各個偏離設(shè)計(off-design)條件的 至少一個故障威布爾分布314。在該示例性實施例中，歷史現(xiàn)場數(shù)據(jù)312可包括在過去 的保證修理期間獲得的現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)、對被模擬的風(fēng)力渦輪機(jī)202而言專有的現(xiàn)場服務(wù) 和有關(guān)數(shù)據(jù)庫，以及關(guān)于故障的和工作的風(fēng)力渦輪機(jī)202單元兩者的運行數(shù)據(jù)。在一個 實施例中，故障威布爾分布314斜率由風(fēng)力渦輪機(jī)202的生產(chǎn)商提供。在另一個實施例 中，風(fēng)力渦輪機(jī)202的經(jīng)營者能夠基于由經(jīng)營者運行的風(fēng)力渦輪機(jī)202的運行長度和數(shù)量 來產(chǎn)生故障威布爾分布314斜率。在該示例性實施例中，控制器204(在圖2中顯示)使用以下(公式)來計算至 少一個基于物理性質(zhì)的維護(hù)因數(shù)(MF) 302
權(quán)利要求
1.一種用于在管理至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)(202)的運行壽命時使用的控制器(204)，所 述控制器通信地聯(lián)接到所述風(fēng)力渦輪機(jī)和服務(wù)器子系統(tǒng)(216)上，所述控制器構(gòu)造成以 便從所述風(fēng)力渦輪機(jī)接收運行數(shù)據(jù)(214)； 將所述運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿龇?wù)器子系統(tǒng)；將對于對應(yīng)于所述風(fēng)力渦輪機(jī)的歷史數(shù)據(jù)(222)的請求傳輸?shù)剿龇?wù)器子系統(tǒng)； 從所述服務(wù)器子系統(tǒng)接收響應(yīng)，所述響應(yīng)包括對應(yīng)于所述風(fēng)力渦輪機(jī)的歷史數(shù)據(jù)；以及基于所述運行數(shù)據(jù)和所述歷史數(shù)據(jù)中的至少一個來確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)的故障前時 間的估計值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器(204)，其特征在于，所述運行數(shù)據(jù)(214)包括由 傳感器(212)傳輸?shù)男盘?213)，所述信號對應(yīng)于由所述傳感器測量的所述風(fēng)力渦輪機(jī) (202)的至少一個運行參數(shù)的測量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制器(204)，其特征在于，所述運行數(shù)據(jù)(214)進(jìn)一步包 括對應(yīng)于由所述傳感器(212)傳輸?shù)乃鲂盘?213)的出錯狀態(tài)，所述出錯狀態(tài)表示信號 值在預(yù)定范圍外。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器(204)，其特征在于，所述歷史數(shù)據(jù)(222)包括對應(yīng) 于所述風(fēng)力渦輪機(jī)(202)和預(yù)定的可互換的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)構(gòu)件中的至少一個的歷史 運行數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制器(204)，其特征在于，所述服務(wù)器子系統(tǒng)(216)將接 收到的運行數(shù)據(jù)存儲在存儲介質(zhì)上以用作歷史數(shù)據(jù)(222)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器(204)，其特征在于，所述控制器進(jìn)一步構(gòu)造成以便 基于估計的故障前時間、所述運行數(shù)據(jù)(214)和所述歷史數(shù)據(jù)(222)中的至少一個來確定 所述風(fēng)力渦輪機(jī)(202)的修理、檢修、檢查和更換中的至少一個的時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器(204)，其特征在于，所述控制器(204)聯(lián)接到用于 在輸出所述估計的故障前時間、所述運行數(shù)據(jù)(214)和所述歷史數(shù)據(jù)(222)中的至少一個 時使用的至少一個輸出裝置(230)上。
8.—種用于在管理至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)(202)的運行壽命時使用的系統(tǒng)(200)，所述 系統(tǒng)包括通過通信接口(210)通信地聯(lián)接到所述至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)上的控制器(204)，所 述控制器構(gòu)造成以便基于對應(yīng)于所述至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)的運行數(shù)據(jù)(214)和歷史數(shù)據(jù) (222)中的至少一個來確定所述至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)的故障前時間的估計值；以及通信地聯(lián)接到所述控制器上的服務(wù)器子系統(tǒng)(216)，其中，所述服務(wù)器子系統(tǒng)構(gòu)造成 以便從所述控制器接收對應(yīng)于所述至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)的所述運行數(shù)據(jù)； 從所述控制器接收對于對應(yīng)于所述至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)的所述歷史數(shù)據(jù)的請求；以及將響應(yīng)傳輸?shù)剿隹刂破?，所述響?yīng)包括對應(yīng)于所述至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)的歷史數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述運行數(shù)據(jù)(214)包括由傳感 器(212)傳輸?shù)男盘?213)，所述信號對應(yīng)于由所述傳感器測量的所述至少一個風(fēng)力渦輪 機(jī)(202)的至少一個運行參數(shù)的測量值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)(200)，其特征在于，所述運行數(shù)據(jù)(216)包括對應(yīng)于 由所述傳感器(212)傳輸?shù)乃鲂盘?213)的出錯狀態(tài)，所述出錯狀態(tài)表示信號值在預(yù)定 范圍外。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)健康管理的系統(tǒng)和方法。提供了一種用于在管理至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)(202)的運行壽命時使用的控制器(204)。該控制器通信地聯(lián)接到風(fēng)力渦輪機(jī)和服務(wù)器子系統(tǒng)(216)上。控制器構(gòu)造成以便接收來自風(fēng)力渦輪機(jī)的運行數(shù)據(jù)(214)，將該運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器子系統(tǒng)，將對于對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的歷史數(shù)據(jù)(222)的請求傳輸?shù)椒?wù)器子系統(tǒng)，接收來自服務(wù)器子系統(tǒng)的響應(yīng)，該響應(yīng)包括對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的歷史數(shù)據(jù)；以及基于運行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)中的至少一個來確定風(fēng)力渦輪機(jī)的故障前時間的估計值。
文檔編號F03D7/02GK102022264SQ201010277349
公開日2011年4月20日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者A·喬希, D·格林, H·阿扎姆, S·南達(dá), S·維塔爾 申請人:通用電氣公司