[发明专利]用于基于操作使用量安排预防性维护动作的系统和方法

说明书

一种用于操作和维护包括多个风力涡轮的风电场的方法包括：确定针对风电场中的多个风力涡轮中的至少一个的一个或多个构件的里程计，里程计表示(多个)构件的操作使用量。该方法还包括使用里程计和使用量阈值来跟踪针对(多个)构件的操作使用量。此外，该方法包括基于跟踪的操作使用量和使用量阈值的比较来预测针对一个或多个预防性维护动作的预期时间范围。此外，该方法包括：当预测指示跟踪的操作使用量将超过使用量阈值时，触发一个或多个预防性维护动作的安排。另外，该方法包括：一旦安排一个或多个预防性维护动作，就关闭风力涡轮或使风力涡轮空转。

技术领域

本公开大体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及用于基于操作使用量和/或可靠性建模来安排一个或多个预防性维护动作的系统和方法。

背景技术

风力被认为是目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片是用于将风能转换成电能的主要元件。叶片典型地具有翼型件的横截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片，从而在其侧部之间产生压力差。因此，从压力侧朝向吸力侧引导的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上生成扭矩，主转子轴连接到发电机以用于产生电力。

典型地，风力涡轮被设计成在预确定或预期的操作寿命内以额定功率输出操作。例如，典型的风力涡轮被设计成用于20年的寿命。然而，在许多情形下，该预期的总体操作寿命是有限的，或者基于风力涡轮构件中的一个或多个的预期疲劳寿命。如本文中使用的风力涡轮的寿命消耗或操作使用量(其可包括疲劳或极端负载、磨损和/或其它寿命参数)大体上指代已由先前的操作消耗或耗尽的风力涡轮或其构件的寿命。因此，对于常规的风力涡轮，大体上在风力涡轮的寿命内以预确定的时间间隔安排多种预防性维护动作，以防止如果不执行这样的维护动作则可发生的加速寿命消耗。

然而，这样的维护动作的成本和相关联的停机时间是风力涡轮的总体寿命周期成本的重要驱动因素，并且因此应当被优化。另外，具有较高操作使用量的风力涡轮可维护不足，并且出现计划外低品质事件的风险更大。类似地，具有较低操作使用量的风力涡轮可过度维护。

因此，用于基于操作使用量而不是时间来安排一个或多个预防性维护动作的改进的系统和方法在本领域中将受到欢迎。因此，本公开的系统和方法允许安排预防性维护，该预防性维护可基于操作使用量对单独的风力涡轮进行定制，从而优化与其相关联的成本。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而了解。

在一个方面中，本公开针对一种用于操作和维护包括多个风力涡轮的风电场的方法。该方法包括确定针对风电场中的多个风力涡轮中的至少一个的一个或多个构件的里程计(odometer)，里程计表示一个或多个构件的操作使用量。该方法还包括使用里程计和使用量阈值来跟踪针对一个或多个构件的操作使用量。此外，该方法包括基于跟踪的操作使用量和使用量阈值的比较来预测针对一个或多个预防性维护动作的预期时间范围。此外，该方法包括：当预测指示跟踪的操作使用量将超过使用量阈值时，触发一个或多个预防性维护动作的安排。另外，该方法包括：一旦安排一个或多个预防性维护动作，就关闭风力涡轮或使风力涡轮空转。

在实施例中，确定针对风电场中的多个风力涡轮的(多个)构件的里程计可包括：使用物理分析、一个或多个传递函数、操作数据、涡轮构造细节、材料(诸如润滑类型)和/或它们的组合中的至少一个来计算针对(多个)构件的里程计。在这样的实施例中，操作数据可包括传感器数据、历史风力涡轮操作数据、历史风电场操作数据、历史维护数据、历史品质问题、可靠性数据，或它们的组合。更具体地，在某些实施例中，操作数据可包括以下操作参数中的一个或多个：功率输出、扭矩、桨距角、负载条件、发电机速度、发电机转数累积、转子速度、转子转数累积、风向、空气密度、湍流强度、阵风、风切变、风速、风上升流、偏航量、变桨量、温度，和/或任何其它合适的操作参数。