監視和控制物理結構的系統以及控制風力發電機的系統技術方案

本發明專利技術公開一種用于控制風力發電機的系統。一種系統包括光源和光束掃描器，所述光束掃描器用于在所述風力發電機上掃描光脈沖。所述系統進一步接收反向散射光脈沖，然后提供對應于所述光脈沖的信號。所述系統基于所述信號的所檢測峰值的規格化值而調整所述信號的閾值。所述系統將飛行時間與所接收的反向散射光脈沖中的每個光脈沖關聯。所述系統基于與所述光脈沖關聯的所述飛行時間而生成所述風力發電機的圖像，然后將所生成圖像與所述風力發電機的至少一幅已知圖像進行比較。所述系統基于所述比較而生成所述風力發電機的健康狀況資料，然后基于所述健康狀況資料而改變所述風力發電機的一項或多項參數。

【技術實現步驟摘要】
本專利申請文件所述實施例大體涉及監視和控制系統，確切地說，涉及用于監視和控制物理結構的系統。
技術介紹
我們知道，風力發電機等物理結構是可再生能量的重要來源。風力發電機將風能轉換成電能。具體而言，風吹過葉片，使葉片產生“升力”并因此而圍繞軸旋轉。此外，所述軸驅動產生電能的發電器。通常情況下，風力發電機因風力條件的不斷變化而容易遭受各種氣動負載。此外，風力發電機也容易遭受意外惡劣天氣條件。在這種情況下，需要了解風力發電機部件的空間特性，例如沿葉片長度的總體彎曲和扭轉、塔架頂位移和振動、偏航角等。這些感測反饋可用于監視風力發電機部件的物理健康狀況，如忽略此方面，則可能造成風力發電機發生嚴重故障。此外，這些感測反饋可用于控制風力發電機的運行參數，以便風力發電機獲得更好的效率(能量產生)。·此問題可通過一種風力發電機監視系統而在一定程度上得到緩解，所述風力發電機監視系統提供風力發電機感測反饋，并有助于檢測即將發生的風力發電機部件故障。外側傳感器系統等一些已知風力發電機監視系統可用于監視風力發電機葉片上的機械應力。所述外側傳感器系統使用安裝在風力發電機葉片上的傳感器。例如，光纖光柵(FBG)應變傳感器通常安裝在風力發電機葉片的外部，用以測量葉片上發生的應變。但是，此類傳感器容易遭受高風速、降雨、降雪、冰雹等惡劣天氣條件，因而可能縮短傳感器的壽命。此外，受限于可能安裝在風力發電機葉片上的傳感器的數目，所述外側傳感器系統的空間分辨率可能較低。此外，一種嵌入渦輪機的每個葉片中的三軸加速度計系統可用于測量渦輪機葉片的運行頻率，并在監視到因應力過度或葉片損壞而嚴重偏離正常運行參數時發出警告。但是，這種方法也具有較低空間分辨率且受限于低頻率響應。因此，需要一種克服了與已知解決方案關聯的這些和其他問題的監視和控制系統。
技術實現思路
一種監視和控制物理結構的系統包括適用于產生光脈沖的光源。所述系統也包括與所述光源連接的光束掃描器。所述光束掃描器適用于在物理結構的預定俘獲區域上掃描所述光脈沖。所述系統進一步包括光電檢測器，其適用于從所述物理結構接收反向散射光脈沖，然后提供對應于所述光脈沖中的每個光脈沖的信號。所述系統進一步包括預處理模塊，其基于所述信號的所檢測峰值的規格化值而調整所述信號的閾值。所述系統也包括關聯模塊，用以將飛行時間與所接收的反向散射光脈沖中的每個光脈沖關聯。所述系統進一步包括圖像發生器，用以基于與所接收光脈沖中的每個光脈沖關聯的飛行時間而生成所述物理結構的圖像。所述系統進一步包括將所生成圖像與所述物理結構的至少一幅已知圖像進行比較的圖像比較器。所述圖像比較器適用于基于與所接收光脈沖中的每個光脈沖關聯的所述飛行時間而對所述圖像進行比較。所述系統進一步包括健康狀況指示器模塊，用以至少部分基于所述比較而生成所述物理結構的健康狀況資料。其中所述光源是適用于生成激光脈沖的激光源。其中所述預處理模塊包括適用于放大從所述光電檢測器接收的電流信號的振幅的電流放大器；適用于將所放大的電流信號轉換成；模擬電壓信號的信號轉換器；適用于將所述模擬電壓信號數字化的數字轉換器；適用于檢測數字化電壓信號的峰值的峰值檢測器；以及閾值設置模塊。所述閾值設置模塊適用于用所述電壓信號的所檢測峰值來將數字化信號規格化，并根據所檢測峰值來將閾值調整為規格化的數字化電壓信號的中值。其中所述物理結構包括以下項中的至少一項風力發電機、塔架、地面結構和空中結構。所述系統進一步包括與所述光電檢測器關聯的光學模塊，其中所述光學模塊增強對反向散射光脈沖的收集。其中所述圖像比較器適用于基于在所述圖像中對關聯的所接收光脈沖的飛行時間進行比較，以確定所述物理結構中至少I毫米級別的位移。其中所述飛行時間是所述光脈沖從所述光源產生與所述光脈沖為所述光電檢測器接收之間的精確時間。其中所述圖像比較器適用于對所述圖像進行實時比較。—種控制風力發電機的系統包括適用于產生光脈沖的光源。所述系統也包括與所述光源連接的光束掃描器。所述光束掃描器適用于在所述風力發電機的預定俘獲區域上掃描所述光脈沖。所述系統進一步包括光電檢測器，其適用于從所述風力發電機接收反向散射光脈沖，然后提供對應于所述光脈沖中的每個光脈沖的信號。所述系統進一步包括預處理模塊，其基于所述信號的所檢測峰值的規格化值而調整所述信號的閾值。所述系統也包括關聯模塊，用以將飛行時間與所接收的反向散射光脈沖中的每個光脈沖關聯。所述系統進一步包括圖像發生器，用以基于與所接收光脈沖中的每個光脈沖關聯的所述飛行時間而生成所述風力發電機的圖像。所述系統進一步包括將所生成圖像與所述風力發電機的至少一幅已知圖像進行比較的圖像比較器。所述圖像比較器適用于基于與所接收光脈沖中的每個光脈沖關聯的所述飛行時間而對所述圖像進行比較。所述系統進一步包括健康狀況指示器模塊，用以至少部分基于所述比較而生成所述風力發電機的健康狀況資料。所述系統還包括控制單元，其適用于至少部分基于所述風力發電機的所述健康狀況資料而改變所述風力發電機的一項或多項參數。其中所述預處理模塊包括適用于放大從所述光電檢測器接收電流信號的振幅的電流放大器；適用于將所放大的電流信號轉換成模擬電壓信號的信號轉換器；適用于將所述模擬電壓信號數字化的數字轉換器；適用于檢測數字化電壓信號的峰值的峰值檢測器；以及閾值設置模塊。所述閾值設置模塊適用于用所述電壓信號的所檢測峰值來將數字化信號規格化，并根據所檢測峰值來將閾值調整為規格化的數字化電壓信號的中值。其中所述已知圖像包括以下項中的至少一項之前由所述圖像發生器形成的圖像，處于空閑條件的風力發電機的圖像。其中所述健康狀況資料包括關于以下項中的至少一項的信息葉片形狀、葉片位移、葉片彎曲和扭轉、風力發電機塔架頂位移、對所述風力發電機的一個或多個部件的應力和應變分析、所述風力發電機的一個或多個部件中的振動，以及機艙偏航角。其中所述控制單元基于所述風力發電機的所述健康狀況資料和所述風力發電機的功率要求而改變所述風力發電機的一項或多項參數。其中所述風力發電機的所述一項或多項參數包括以下項中的至少一項變槳、偏航角、轉速和扭矩。 其中所述控制單元適用于控制安裝在風場中的多個風力發電機。其中所述健康狀況指示器模塊適用于生成安裝在所述風場中的所述多個風力發電機的健康狀況資料。一種控制風力發電機的方法包括發送由所述風力發電機的預定俘獲區域上的光脈沖構成的掃描光束。所述方法還包括從所述風力發電機接收反向散射光束。所述方法進一步包括生成對應于所接收的反向散射光脈沖中的每個光脈沖的數字化電壓信號。所述方法進一步包括檢測所述電壓信號的峰值。所述方法進一步包括基于所述電壓信號的所檢測峰值的規格化值而調整所述電壓信號的閾值。所述方法進一步包括至少部分基于所調整的閾值，計算對應于所接收的反向散射光脈沖中的每個光脈沖的飛行時間。所述方法還包括將所計算的飛行時間與所接收的反向散射光脈沖中的每個光脈沖關聯。所述方法進一步包括基于與所接收的反向散射光脈沖中的每個光脈沖關聯的飛行時間而生成所述風力發電機的圖像。所述方法進一步包括將所生成圖像與所述風力發電機的至少一幅已知圖像進行比較。所述方法進一步包括至少部分基于所述比較而生成所述風力發電機的健康狀況資料。所述方法進一步包括至少部分基于所述風力本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種監視和控制物理結構的系統，包括：光源，其適用于生成光脈沖；光束掃描器，其與所述光源連接，其中所述光束掃描器適用于在物理結構的預定俘獲區域上掃描所述光脈沖；光電檢測器，其適用于從所述物理結構接收反向散射光脈沖，且其中所述光電檢測器適用于提供對應于所述光脈沖中的每個光脈沖的信號；預處理模塊，其適用于基于所述信號的所檢測峰值的規格化值而調整所述信號的閾值；關聯模塊，其適用于將飛行時間與所接收的反向散射光脈沖中的每個光脈沖關聯；圖像發生器，其適用于基于與所接收光脈沖中的每個光脈沖關聯的所述飛行時間而生成所述物理結構的圖像；將所生成圖像與所述物理結構的至少一幅已知圖像進行比較的圖像比較器，其中所述圖像比較器適用于基于與所接收光脈沖中的每個光脈沖關聯的所述飛行時間而對所述圖像進行比較；以及健康狀況指示器模塊，用以至少部分基于所述比較而生成所述物理結構的健康狀況資料。

【技術特征摘要】
2011.07.29 US 13/193,6631.一種監視和控制物理結構的系統，包括 光源，其適用于生成光脈沖； 光束掃描器，其與所述光源連接，其中所述光束掃描器適用于在物理結構的預定俘獲區域上掃描所述光脈沖； 光電檢測器，其適用于從所述物理結構接收反向散射光脈沖，且其中所述光電檢測器適用于提供對應于所述光脈沖中的每個光脈沖的信號； 預處理模塊，其適用于基于所述信號的所檢測峰值的規格化值而調整所述信號的閾值； 關聯模塊，其適用于將飛行時間與所接收的反向散射光脈沖中的每個光脈沖關聯；圖像發生器，其適用于基于與所接收光脈沖中的每個光脈沖關聯的所述飛行時間而生成所述物理結構的圖像； 將所生成圖像與所述物理結構的至少一幅已知圖像進行比較的圖像比較器，其中所述圖像比較器適用于基于與所接收光脈沖中的每個光脈沖關聯的所述飛行時間而對所述圖像進行比較；以及 健康狀況指示器模塊，用以至少部分基于所述比較而生成所述物理結構的健康狀況資料。2.根據權利要求I所述的系統，其中所述光源是適用于生成激光脈沖的激光源。3.根據權利要求I所述的系統，其中所述預處理模塊包括 適用于放大從所述光電檢測器接收的電流信號的振幅的電流放大器； 適用于將所放大的電流信號轉換成模擬電壓信號的信號轉換器； 適用于將所述模擬電壓信號數字化的數字轉換器； 適用于檢測數字化電壓信號的峰值的峰值檢測器；以及 閾值設置模塊，其適用于用所述電壓信號的所檢測峰值來將數字化信號規格化，并根據所檢測峰值來將閾值調整為規格化的數字化電壓信號的中值。4.根據權利要求I所述的系統，其中所述物理結構包括以下項中的至少一項風力發電機、塔架、地面結構和空中結構。5.根據權利要求I所述的系統，進一步包括與所述光電檢測器關聯的光學模塊，其中所述光學模塊增強對反向散射光脈沖的收集。6.根據權利要求I所述的系統，其中所述圖像比較器適用...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳俊濤，鄭大年，劉萍，李汶璝，DJ蒙克，陳勤，FG格雷厄姆三世，WT斯普拉特，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：