CN112424471A - 用于操作风力涡轮机的方法、风力涡轮机和计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于操作风力涡轮机(10)的方法、被设计成执行所述方法的风力涡轮机(10)以及对应的计算机程序产品。本发明涉及用于操作风力涡轮机(10)的方法,该风力涡轮机包括管理***(20)以及安全***(30),该管理***用于根据规定的规则控制风力涡轮机,该安全***与管理***(20)分开,以用于基于操运行特性值(24)来监控风力涡轮机(10),其中,如果安全关键的运行特性值(24)违反了存储在安全***(30)中的安全参数(51),则安全***(30)独立于管理***(20)将风力涡轮机(10)转变成安全***状态。在根据本发明的方法中,为了改变存储在安全***(30)中的至少一个安全参数(51),包括至少一个安全参数(51)和至少两个安全特征(52)的参数块(50)被供应到安全***(30),并且仅在遵循安全特征(52)的肯定校验时才被安全***(30)接受,其中,对所述安全特征(52)中的至少一个安全特征的检查需要与在风力涡轮机(10)上直接可用的校验信息(24.1、25)进行比较。

Description

用于操作风力涡轮机的方法、风力涡轮机和计算机程序产品
技术领域
本发明涉及用于操作风力涡轮机的方法、被设计成执行该方法的风力涡轮机以及对应的计算机程序产品。
背景技术
风力涡轮机从现有技术中是已知的。它们包括布置在机舱上以便能够绕大致水平轴线旋转的转子,其中,机舱被布置在塔架上以便能够绕竖直轴线旋转。转子通常包括在叶片桨距角方面可调整的三个转子叶片,并可能经由转子轴和齿轮***驱动发电机。因此,转子的由风引起的旋转运动可以被转换成电能,然后取决于发电机的设计,可以经由转换器和/或变压器(至少有时直接地)将该电能供应到电网。
为了控制风力涡轮机的各种部件,提供了直接在风力涡轮机上的控制装置,该控制装置采用直接从风能获得或从外部(例如通过电网运营商)传输的测量值和控制规格作为控制风力涡轮机的基础。控制装置非常复杂,并且只能借助于软件实施方式来生产。使用多个参数(通常为2000至3000个参数)对基于软件的控制进行参数化。
为了在风力涡轮机(特别是其控制装置)故障的情况下保护风力涡轮机的周围事物免受危害,提供了与实际控制分开执行的监控功能,该监控功能可以监控对规定运行范围的遵守,并且如果离开规定运行范围,则将风力涡轮机(可能绕过控制装置)转变成安全运行状态,通常将其停止或将其转变成零输出转动模式。作为最终安全停机的纯基于硬件的监控的替代方案或补充,在威胁结构完整性的转速或振动发生之前,可以及时地停止风力涡轮机,例如,还提供了定向控制的监控,该定向控制的监控对在运行期间能够从根本上自由限定的运行范围的遵守进行监控。
由于其与安全性相关,所以非常严格地处理了为监控规定的运行范围的改变。通常只能由具有特殊资格并借助于用户名和密码识别的用户直接在设备的硬件上(例如在速度监控继电器上)或在设备本身的终端上改变这些运行范围。这使得改变为监控规定的运行范围非常复杂,这就是为什么它们趋于具有保守的设计,以便在风力涡轮机的整个使用寿命内尽可能不必进行任何改变。即使仅由特殊资格的用户进行适当的改变,也仍然无法完全排除在限定运行范围的参数的输入期间的错误。
由于风力涡轮机的不断增加的复杂性以及其以最佳可能的方式对风力涡轮机的潜力进行利用的最佳运行的知识(该知识有时仅在特定类型的风力涡轮机的运行过程中获得),所以期望在风力涡轮机的寿命期间甚至可能重复地改变运行范围。然而,这在现有技术中将需要巨大的努力以及为此具有特殊资格的大量用户,在这种情况下,仍然存在运行范围的严重错误定义的风险。
发明内容
因此,本发明的目的是提供用于操作风力涡轮机的方法、风力涡轮机和计算机程序产品,其中,现有技术的缺点不再出现或仅以减小的程度出现。
该目的通过根据主权利要求所述的方法、根据权利要求12所述的风力涡轮机和根据权利要求13所述的计算机程序产品来实现。有利的展开是从属权利要求所述的主题。
因此,本发明涉及用于操作风力涡轮机的方法,该风力涡轮机包括:管理***,该管理***用于根据规定的规则控制风力涡轮机;以及安全***,该安全***与管理***分开,以用于基于运行特性值来监控风力涡轮机,其中,如果安全关键的运行特性值违反了存储在安全***中的安全参数,则安全***独立于管理***将风力涡轮机转变成安全设备状态,其中,为了改变存储在安全***中的至少一个安全参数,将包括至少一个安全参数和至少两个安全特征的参数块供应到安全***,并且仅在对所有安全特征进行肯定校验之后才被安全***接受以用于进行监控,其中,对至少一个安全特征的校验需要与在风力涡轮机上直接可用的校验信息进行比较。
此外,本发明涉及风力涡轮机,该风力涡轮机包括:转子,该转子具有多个转子叶片,所述多个转子叶片在叶片角度方面是可调整的,该转子以可旋转的方式布置在以可旋转的方式布置在塔架上的机舱上并且连接到布置在机舱中的发电机,以用于将作用在转子上的风能转换成电能;管理***,该管理***用于根据规定的规则控制风力涡轮机;以及安全***,该安全***与管理***分开,以用于基于运行特性值来监控风力涡轮机,其中,如果安全关键的运行特性值违反了存储在安全***中的安全参数,则安全***被设计成独立于管理***将风力涡轮机转变成安全设备状态,其中,该风力涡轮机被设计成执行根据本发明的方法。
本发明还涉及计算机程序产品,该计算机程序产品包括程序部分,当被加载到计算机中时,优选地当被加载到风力涡轮机的设备控制单元中时,该程序部分被设计成执行根据本发明的方法。
首先,将解释与本发明结合使用的一些术语:
“运行特性值”是指在风力涡轮机的运行期间测量的或从测量值推导出的实际值,和/或由管理***确定的反映风力涡轮机及其部件的当前运行状态的设定点值。
“构造参数”是关于风力涡轮机本身的信息,例如其关键技术数据或风力涡轮机或其部件的类型名称。
“安全参数”可以被用于限定允许运行状态或允许运行窗口。安全参数可以包括例如固定的极限值或能够基于运行特性值变化的极限值,和/或固定的极限特性曲线或能够基于运行特性值变化的极限特性曲线。
由于根据本发明以还另外具有安全特征的参数块的形式将新的安全参数供应到安全***,所以可以确保仅适用于相应的风力涡轮机的安全参数被安全***接受并作为最终监控的基础。这通过校验需要与在风力涡轮机上直接可用的校验信息进行比较的至少一个安全特征来确保。结果,实际上仅接受已经被肯定地确定成直接旨在或至少完全适用于相应的风力涡轮机的安全参数。由于执行了适当的安全校验,所以安全***的至少一个安全参数(其也可能意味着对先前存储的安全参数的更新)能够被任何用户直接在设备本身上接受,例如为经由合适的接口供应的参数块的结果。原则上,也可以通过远程维护或远程数据传输来供应或更新安全参数。因此,与现有技术不同,从根本上不再需要由特殊资格的用户直接在风力涡轮机本身上执行为监控规定的运行范围的改变。由于安全参数对于风力涡轮机的运行和安全性具有非常重要的意义,所以在这种情况下优选的是,对存储在安全***中的安全参数的改变是经由与用于使用管理***监控和控制风力涡轮机运行的数据连接分开的数据连接和/或经由特殊的用户接口来进行的。举例来说,可以提供与其它管理分开的门户网站以用于改变安全参数的目的,或者可能需要仅对特殊资格的人群可用的特殊软件。如果实际上仅意图改变管理的运行参数,则这防止了存储在安全***中的安全参数被意外改变。
用于校验至少一个安全特征的校验信息可以是关于风力涡轮机的设备类型和/或设备构造的信息。关于风力涡轮机的设备类型的信息通常包括其(至少对于制造商内部而言,从根本上是唯一的)类型名称、额定功率、转子直径、塔架高度和/或对于同一设备类型的所有风力涡轮机相同的其它性质。设备构造可以被用于基于设备特定情况指示相应的风力涡轮机安装了哪些选件或部件。这样,相同设备类型的风力涡轮机可以配备有来自不同供应商的部件,这意味着例如,两个风力涡轮机尽管具有相同的设备类型,但具有不同的齿轮***或设备控制单元。同样可能的是,相同设备类型的仅一些风力涡轮机配备有可选部件,诸如用于转子叶片的除冰***。可以使用旨在用于管理的硬件开关在管理***上选择该构造的这些设备特定的独特性。在这种情况下,优选的是,能够使用适当的硬件开关在风力涡轮机上选择至少一个构造参数,这通常确保对适用的构造参数的操纵进行高水平的保护。替代地,在启动期间,所述构造参数可以被存储在管理***和/或安全***中。在这两种情况下,该信息可用作构造参数。为了基于构造参数校验安全特征,例如可以设置安全特征以包括与在构造参数中映射的关于设备类型和设备构造的信息有关的数据,以及仅在安全特征的数据与对应的实际构造参数完全一致的情况下才可以进行校验以传输肯定的结果。
另一待校验的安全特征可以是至少一个校验和,优选地是安全参数、参数块和/或其相应部分的循环校验和、哈希值和/或数字签名。可以使用适当的措施来确保安全参数、参数块或其相应部分在没有错误的情况下被传输和/或部***纵。校验和允许在可靠地检测传输期间发生的错误,并在需要时重复传输过程。优选地,还可以提供允许安全校正传输错误的循环冗余校验。为了增强针对单个或所有安全参数的操纵的保护,可以至少针对所讨论的安全参数或包括该安全参数的参数块的一部分确定哈希值,该哈希值可以由安全***校验。替代地,也可以使用数字签名或加密。也可以将不同的机构彼此连接。这样,例如,可以首先确定参数块的哈希值,并且随后可以形成参数块和哈希值的循环校验和,使得在传输参数块和哈希值之后,可以首先在随后进行哈希值校验之前基于校验和执行错误校验。
替代地或附加地,所提供的另一安全特征可以是包含在参数块中的有效期。有效期允许防止尚未被批准实际使用并因此没有有效期的安全参数或者有效期已过期的过时安全参数被安全***接受。
替代地或附加地,参数块可以包括作为另一安全特征的数据,其适于与由管理***应用的控制规则进行比较。这在由管理***应用的控制规则被参数化的情况下特别适用,这意味着可以将所述数据设计成与控制规则和/或由此形成的校验和的参数化值进行比较。因此,可以由管理***基于参数化值来校验包含在参数块中的安全参数是否允许当前应用的控制。除了为控制实际考虑的参数化值之外,还可以基于可能在参数化值的集合中提供的标识数据或版本号执行适当的比较。
参数块优选地包含关于在包含在参数块中的安全参数下的最大允许运行时间段的信息。由于在以这种方式规定的参数块的安全参数下风力涡轮机可以运行的最大时间,可以确保例如在规定的运行时间段之后自动终止在安全参数改变的情况下的测试模式,因为所讨论的安全参数将无效。
优选的是,参数块包含关于所包含的安全参数有效的运行模式的信息。这从根本上允许参数块的安全参数仅在风力涡轮机以参数块旨在用于的运行模式运行的情况下用于监控风力涡轮机的运行。由此可以实现的效果是,例如,使用适用于此的安全参数来监控在引起冰沉积在转子叶片上的恐惧的天气条件下的运行。然后,安全***优选地被设计成使用适用于特定运行模式的安全参数的集合来进行实际监控。
安全***优选地包括用于没有有效的安全参数可用于风力涡轮机的当前运行模式的情况的默认安全参数。默认安全参数可以被组合在默认参数块中。
可以以以下保守的方式选择默认安全参数,该方式使得在当前运行模式下或在所有运行模式下风力涡轮机可以安全地运行。默认的安全参数也可以使风力涡轮机转变成安全设备状态,例如零输出转动模式。
优选地,默认安全参数可以被永久地集成在安全***的运行软件中,以便能够安全地排除对默认安全参数的操纵。然而,从根本上,还可以依照根据本发明的方法改变所述默认安全参数。优选地,可以提供至少两个默认安全参数块,第一默认安全参数块应用于风力涡轮机在其实际构造中的所有运行状态,第二默认安全参数块应用于相同类型但可能是不同的构造的所有风力涡轮机。在这种情况下,“构造”特别包括关于风力涡轮机的塔架和转子叶片的细节,例如塔架高度和转子叶片长度。无论优选地不可改变地集成在安全***的运行软件中的第二默认安全参数块的最终构造如何,它都确保了风力涡轮机的安全最小运行。相比之下,第一默认安全参数块可以考虑风力涡轮机的实际构造,并且从根本上是可变的。如果由于没有可用的有效安全参数而必须采用默认安全参数,则使用第一默认安全参数块的默认安全参数从根本上维持运行,并且仅在第一默认安全参数块的默认安全参数应无效的情况下(例如,因为它们旨在用于其它构造或被损坏)才采用第二默认安全参数块的默认安全参数。如果与预期相反不允许第一默认安全参数块,则这确保了风力涡轮机的安全运行。
即使两个安全特征已经足够安全,优选的是,参数块包括至少三个(更优选地至少四个)不同的安全特征。每个附加的安全特征都增强了对错误和操纵的保护。
特别优选的是,安全特征中的至少一个涉及风力涡轮机的至少一个构造参数。在这种情况下,优选的是,至少一个其它安全特征中的一个涉及所述安全参数中的至少一些。首先,这确保仅在参数块实际旨在用于风力涡轮机的情况下才实际改变安全参数;其次,取决于所使用的安全特征(参见上文),这确保不对待接受的安全参数进行操纵,没有错误地传输和/或允许用于监控风力涡轮机。只要还包括所述安全参数中的至少一些,则所述另一安全特征还可以涉及参数块整体或其多个部分。
安全参数例如可以包括避免超速的最大旋转速度,或最大允许振动的极限值。参数块可以包含例如5至60个安全参数。
风力涡轮机到安全操作状态的转变特别可以是设备的停止页面或转移到零输出转动模式。
可以将用于不同运行模式的各种参数块和/或一个或多个默认参数集合组合以形成参数块集合。在这种情况下,如果对整个参数块集合而不是对单独包含在该参数块集合中的每个参数块一致地执行本发明的安全特征校验,则可能就足够了。
将多个参数块(可能包括一个或多个默认安全参数块)组合在参数块集合中是有利的,特别是在由此组合的参数块在每种情况下均对于风力涡轮机的不同运行模式仅具有短的有效期和/或运行期的情况下。安全***还可以具有用于存储多个参数块的存储器,所述存储器能够使用参数块集合或借助于多个参数块的顺序传输而被填充,并且可以被设计成以风力涡轮机的运行模式为基础,用于基于相应的有效参数块的安全参数来执行安全监控。当参数块的有效期和/或运行期已经到期时,这种模式自然也适用。在这种情况下,安全***可以以与已经解释的采用默认安全参数相当的方式,采用仍然有效和/或旨在用于当前运行模式的不同参数块的安全参数。
关于根据本发明的风力涡轮机和根据本发明的计算机程序产品的解释,参考以上陈述。
附图说明
现将参考附图基于优选实施例以示例的方式描述本发明,在附图中:
图1:示出了被设计成执行根据本发明的方法的风力涡轮机的示意图;
图2:示出了图1中所示的风力涡轮机的安全***供应的参数块的示意图;以及
图3:示出了由图1中所示的风力涡轮机的安全***对参数块的使用的示意图。
具体实施方式
图1示意性地描绘了被设计成执行根据本发明的方法的风力涡轮机10。
为了将风能转换成电能,风力涡轮机10包括:转子13,该转子被紧固到以可旋转的方式安装在塔架11上的机舱12,该转子具有两个或三个转子叶片14,所述转子叶片在叶片角度方面是可调整的。转子13可能通过齿轮***的介入来驱动发电机15。来自发电机15的至少一些电力经由转换器16和变压器17被转换,以便被供应到高压或中压电网18。进行转换是有效的,使得电力在电压振幅、频率和相移方面满足高压或中压电网17的要求。
为了控制风力涡轮机10,提供了管理***20,该管理***经由控制线(未示出)连接到风力涡轮机10的各个部件并连接到各种传感器。管理***20可以作用在风力涡轮机10的部件上,使得风力涡轮机10在期望的操作点***作,并且根据电网18的要求来供应电能。管理***20基于经由传感器检测到的测量值和计算出的或规定的设定点值来控制风力涡轮机10,所述测量值和设定点值被组合以基于参数化的控制规则形成运行特性值24(参见图2和图3),其可变的参数化值可以被组合在参数集合中。管理***20具有通信单元21,该通信单元连接到互联网40。
同样连接到互联网40的是具有数据库42的服务器41。服务器41和管理***20被设计成以已知的方式用存储在数据库42中的新参数集合来更新由管理***20使用的参数集合。互联网40还可以进一步被用于例如从电网运营商向管理***20供应控制信号。
此外,风力涡轮机10包括安全***30,以用于基于经由管理***20提供的、直接从管理***20的传感器转移的和/或由分别用于安全***30的传感器确定的运行特性值来监控风力涡轮机10。运行特性值可以是测量值和/或可以是由管理***20确定或需要考虑的设定点值。
安全***30被设计成完全独立于管理***20并因此例如在管理***20完全失效的情况下如果安全关键的运行特性值违反了存储在安全***30中的安全参数,将风力涡轮机10转变成安全设备状态。在所示的示例性实施例中,在这种情况下,风力涡轮机10停止。
前述安全参数可以依照下面描述的根据本发明的方法经由互联网40更新。
如图2中示意性描绘的,六十个安全参数51与各种安全特征52.1、52.2、52.3、52.4、52.5组合以形成参数块50,并存储在数据库42中。
安全特征52.1是关于风力涡轮机10的类型和故障的细节,参数块50或包含在其中的安全参数51预期用于该风力涡轮机。所示的安全特征52.2是参数块50的最大允许运行时间段,其可以被用于确保包含在参数块50中的安全参数51的使用时间不长于预期。
参数块50的不是安全参数51的部分(也就是说,例如包括安全特征52.1和52.2的部分)以及一些安全参数51的那些细节被加密(安全特征52.3),而其余的安全参数51被用于形成哈希值(安全特征52.4)。整个参数块50还附加地被用于形成适用于循环冗余校验的校验和(安全特征52.5)。
如果需要,参数块50可以经由互联网40从服务器41传输到管理***20的通信单元21,该管理***在所描绘的示例中是分布式***,其在每种情况下都具有参数化的主控制单元22和叶片角控制单元23,它们基于规定的规则以运行特性值24为基础控制风力涡轮机10。
通信单元21将参数块50传输到安全***30,该安全***具有用于接收到的参数块50的存储区域31。这可以涉及被传输到安全***30的单个参数块50。替代地,可以将多个参数块50组合以形成参数块集合,并且然后仅传输该参数块集合。这可以涉及不是单独地针对参数块集合的每个参数块50而是整体地仅针对参数块集合而确定的至少一些所描述的安全特征(诸如校验和52.5)。
在所描绘的示例性实施例中,在这种情况下,通信单元21已经校验了参数块50的一些安全特征52。这样,校验和52.5被用于校验数据传输是否已经无误地进行,并且如果不是及如果有可能,则经由循环冗余校验对数据进行校正。随后校验加密的数据52.3是否可以被解密,并且对哈希值52.4进行校验。仅在成功完成这些校验之后,才将(解密的)参数块50供应到安全***30的存储区域31。替代地,上述校验也可以直接由安全***30执行,然后通信单元21仅将接收到的参数块50转发到安全***,并在那里执行校验和校验、哈希值校验和加密校验。
安全***30随后校验包含在接收到的参数块50中的关于风力涡轮机10的类型和构造的细节52.1是否与存储在管理***20的主控制单元22的存储器中的对应构造参数一致,其中,该构造参数被用作校验信息24.1。替代地,这种比较所需的一些校验信息24.1也可以借助于开关元件25来选择,如图3中所示。
另外,安全***30使用有效期52.2也来校验加载的参数块50是否从根本上有效。
如果上文所解释的校验之一已经返回否定结果,则将接收到的参数块50标记为无效,并且可能从存储区域31中抹去。取决于上述校验中的哪个已经具有否定结果,存储区域31中的参数块50可以再次经受所讨论的校验(特别是在稍后的时间),其然后可能被识别为有效。特别地,如果不能期望具有否定结果的校验在将来也返回不同的结果,则也可以立即拒绝参数块50。
如果校验的结果是完全肯定的,则安全***30的存储区域31中的参数块50保持不变,并且可以被用于风力涡轮机10的实际监控。
除了用于接收到的参数块50的存储区域31之外,安全***30还包括用于默认参数块50'的存储区域34、34',存储区域34的一部分存储不变的默认参数块50'(例如在控制软件中永久编译的),而存储器区域34'的另一部分中的默认参数块50'可以以与用于更新存储器区域31中的参数块50的所述方法类似的方式被更新。
默认参数块50'中的一个可以是通用默认参数块,其对于风力涡轮机的所有运行模式以及在任何时间都有效。由于通用有效性,该通用默认参数块可以被永久编译在控制软件中,并且随后无需经受任何进一步的安全校验。通用默认参数块甚至可以限定安全设备状态,特别是风力涡轮机的停止页面或安全转动模式,而与风力涡轮机的类型和构造无关。
图3解释了用于监控风力涡轮机10的参数块50和默认参数块50'的最终使用。原则上,在这种情况下,参数块50和默认参数块50'被完全类似地使用,这就是为什么以下关于默认参数块50'的使用的解释也适用于加载的参数块50,但前提是仅在有效的默认参数集合同时也能够被用于风力涡轮机10的起作用的运行模式的情况下才可以进行基于加载的参数块50的监控。有效的默认参数集合特别地可以是通用默认参数集合。
在图3中所描绘的变型实施例中,再次校验了大部分安全特征52.1-52.5,包括已经结合图2中所示的传输进行过校验的那些安全特征。安全特征的这种校验(在一些情况下还被重复进行)甚至进一步提高了安全***30的可靠性。
在图3中,主控制单元22具有被用于指定风力涡轮机10的构造的开关元件25,其类型被存储为运行特性值24。在所描绘的示例性实施例中,开关元件25被用于输入例如由塔架11、转子叶片14、发电机15、转换器16和/或安装在风力涡轮机10中的其它部件的类型反映的编码。有利地,开关元件的形式使得它们允许设备构造的唯一编码。然而,当然也可以将适用的信息存储为构造参数24.1的直接部分,在这种情况下可以省去开关元件25。开关元件25被直接布置在风力涡轮机10上。在风力涡轮机10处直接就地选择所述编码确保了不接收不正确的或非预期的操纵的参数块50,这是因为它们将从根本上与借助于编码指示的设备构造不匹配。
作为图3中所描绘的旋转开关的替代方案,开关元件25还可以包括DIP开关(例如32位DIP开关),可以很容易地对其进行校验。
管理***20的主控制单元22将风力涡轮机10对安全***30的当前运行模式规定为以运行特性值形式可用的代码24.2。基于该代码24.2,管理***20首先校验存储区域31是否包含对于该运行模式有效的参数块50。如果不是这种情况,则确定对于运行模式有效的默认参数块50',在这种情况下,也在默认参数块50'之前首先对存储区域34'搜索有效的默认参数块50',并且在后一种情况下,可能要采用存储区域34中的通用默认参数集合。
如果在存储区域31中找到从根本上适用于当前的运行模式但是对于以下描述的校验不能全部以肯定的结果完成参数块50,则也要采用默认参数块50'(以规定顺序)。这同样适用于来自存储区域34'的默认参数块50及来自存储区域34的默认参数块50'的通过。如果对当前运行模式完全没有找到有效参数块50或默认参数块50',则风力涡轮机10立即停止或转变成安全设备状态。安全设备状态特别可以通过求采用通用默认参数集合来实现。
在使用借助于运行模式24.2从根本上识别的参数块50或默认参数块50'之前,安全***30使用比较模块32来将构造参数24.1、可能的涉及当前运行模式的其它通用信息24.3以及借助于开关元件25分配的设备构造的编码与待校验的参数块50或默认参数块50'中的对应的安全特征52进行比较。仅在所有校验都以肯定结果完成的情况下才使用校验参数块50或默认参数块50'来监控风力涡轮机10。如果不是这种情况,则以上文所指示的顺序校验另一从根本上可能的参数块50或默认参数块50'来代替校验的参数块50或默认参数块50',直到找到有效参数块50或默认参数块50'为止。如果没有找到有效参数块50或默认参数块50',则风力涡轮机10停止或转变成安全设备状态。特别地,这可以通过采用限定所期望的设备状态的通用默认参数集合来实现。
例如,以规律的间隔校验当前用于监控的参数块50或默认参数块50'的有效性,以便能够确定最大允许运行时间段已经过期。在这种情况下,安全***30将以所描述的方式确定有效参数块50或默认参数块50'。
基本上如从现有技术中已知的那样,对风力涡轮机10的运行进行实际监控,这就是为什么仅需要在下文对其进行简要概述。
在主控制单元22和叶片角控制单元23二者中都设置有计算模块26,该计算模块从在每个控制单元中可用的运行特性值24之中的一些相应的预定值中确定校验值,然后将所述校验值传输到安全***30。在那里,将校验值与包含在相应的当前参数块50中的安全参数51进行比较。如果校验值再安全参数51规定的范围之外,则安全***30触发风力涡轮机的紧急停止。
除了由主控制单元22和叶片角控制单元23供应的校验值之外,安全***30还以相同的方式直接监控测量值(例如关于转子13的速度或机舱12中的振动),并且如果这些值离开借助于相应的当前参数块50、50'的安全参数51所规定的运行范围,则使风力涡轮机10停止或将其转变成安全转动模式。完全独立于管理***20测量的这些值相对于无误差的测量值需要具有特别高的要求,这就是为什么对于这些测量值优选地采用特别可靠的传感器和评估电子器件。

Claims (13)

1.一种用于操作风力涡轮机(10)的方法,所述风力涡轮机包括:管理***(20)以及安全***(30),所述管理***(20)用于根据所规定的规则控制所述风力涡轮机,所述安全***(30)与所述管理***(20)分开,用于基于运行特性值(24)监控所述风力涡轮机(10),其中,如果安全关键的运行特性值(24)违反了被存储在所述安全***(30)中的安全参数(51),则所述安全***(30)独立于所述管理***(20)将所述风力涡轮机(10)转变成安全设备状态,
其特征在于
为了改变被存储在所述安全***(30)中的至少一个安全参数(51),包括所述至少一个安全参数(51)和至少两个安全特征(52)的参数块(50)被供应到所述安全***(30),并且仅在对所有安全特征(52)进行肯定校验之后才被所述安全***(30)接受以用于所述监控,其中,对所述安全特征(52)中的至少一个安全特征的所述校验需要与在所述风力涡轮机(10)上能够直接使用的校验信息(24.1、25)进行比较。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于
所述校验信息(24.1、25)包括至少一个构造参数,其中,至少一个其它安全特征中的至少一部分涉及所述安全参数(51)。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于
安全特征(52)是至少一个校验和(52.5),优选地是用于所述安全参数(51)、所述参数块(50)和/或所述参数块(50)的相应部分的循环冗余校验、哈希值(52.4)和/或数字签名或加密(52.3)。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法,其特征在于
安全特征(52)是包含在所述参数块(50)中的有效期(52.2)。
5.根据前述权利要求中的一项所述的方法,其特征在于
安全特征(52)是适用于与由所述管理***(20)应用的控制规则进行比较的数据,其中,所述控制规则优选地被参数化并且所述数据被设计成用于与所述控制规则的参数化值和/或由所述控制规则的参数化值形成的校验和进行比较。
6.根据前述权利要求中的一项所述的方法,其特征在于
所述参数块(50)包含关于在所述参数块(50)中包含的所述安全参数(51)下的最大允许运行时间段的信息。
7.根据前述权利要求中的一项所述的方法,其特征在于
所述参数块(50)包括关于所包含的安全参数有效的运行状态(24.3)的信息,并且所述安全***(30)应用旨在用于所述风力涡轮机(1)的相应的当前运行状态的所述安全参数(51)。
8.根据前述权利要求中的一项所述的方法,其特征在于
所述安全***包括默认参数块(50')或默认安全参数(51'),所述默认参数块(50')或默认安全参数(51')用于对于所述风力涡轮机(10)的当前运行状态没有有效参数块(50)或没有有效安全参数(51)可用的情况。
9.根据前述权利要求中的一项所述的方法,其特征在于
所述安全***具有用于存储多个参数块(50)的存储器,并且被设计成以所述风力涡轮机(10)的运行模式为基础,用于基于相应的有效参数块(50)的安全参数(51)来执行安全监控。
10.根据前述权利要求中的一项所述的方法,其特征在于
所述安全参数(50)包括用于避免超速的最大旋转速度,或用于最大允许振动的极限值。
11.根据前述权利要求中的一项所述的方法,其特征在于
参数块(50)包含5至60个安全参数。
12.一种风力涡轮机(10),包括:
转子(13),所述转子(13)具有多个转子叶片(14),所述多个转子叶片(14)在叶片角度方面是能够调整的,所述转子以能够旋转的方式布置在机舱(12)上,所述机舱以能够旋转的方式布置在塔架(11)上,并且所述转子被连接到发电机(15),所述发电机被布置在所述机舱(12)中以用于将作用在所述转子(13)上的风能转换成电能;
管理***(20),所述管理***(20)用于根据所规定的规则来控制所述风力涡轮机(10);以及
安全***(30),所述安全***(30)与所述管理***(20)分开,用于基于运行特性值来监控所述风力涡轮机(10),
其中,所述安全***(30)被设计成如果安全关键的运行特性值违反了被存储在所述安全***(30)中的安全参数,则独立于所述管理***(20)将所述风力涡轮机(10)转变成安全设备状态,
其特征在于
所述风力涡轮机(10)被设计成执行根据权利要求1至11中的一项所述的方法。
13.一种包括程序部分的计算机程序产品,当被加载在计算机中时,优选地当被加载在风力涡轮机(1)的设备控制单元(20)中时,所述程序部分被设计成执行根据权利要求1至11中的一项所述的方法。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110352300B (zh) * 2017-03-01 2021-09-21 维斯塔斯风力***集团公司 用于监测风力涡轮机***的性能的方法及风力涡轮机***
US20220282708A1 (en) * 2019-08-02 2022-09-08 Vestas Wind Systems A/S Providing safety configuration parameters for a wind turbine
DE102022120945A1 (de) 2022-08-18 2024-02-29 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Einstellen einer Windenergieanlage

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101490411A (zh) * 2006-07-21 2009-07-22 再生动力***股份公司 用于运行风能设备的方法
CN102840096A (zh) * 2011-06-23 2012-12-26 通用电气公司 用于运行风力涡轮机的方法和***
US20130062880A1 (en) * 2009-12-23 2013-03-14 Robert Bowyer Method and apparatus for protecting wind turbines from fatigue damage
CN103026059A (zh) * 2010-06-18 2013-04-03 维斯塔斯风力***集团公司 风力涡轮机的控制方法
US20140020444A1 (en) * 2012-07-18 2014-01-23 David Smith Methods and systems for use in monitoring a tachometer
CN104204514A (zh) * 2012-03-20 2014-12-10 乌本产权有限公司 用于配置风能设备的方法以及风能设备
CN107076115A (zh) * 2014-08-15 2017-08-18 维斯塔斯风力***集团公司 在故障条件下对风力涡轮机的控制
CN107110120A (zh) * 2015-01-09 2017-08-29 乌本产权有限公司 对控制访问风能设施授权的方法和风能设施的接口及认证中心

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7318154B2 (en) * 2003-09-29 2008-01-08 General Electric Company Various methods and apparatuses to provide remote access to a wind turbine generator system
US20050229004A1 (en) * 2004-03-31 2005-10-13 Callaghan David M Digital rights management system and method
DE102005053185A1 (de) 2005-11-04 2007-05-10 Nordex Energy Gmbh Verfahren zum Übertragen von Daten an eine Windenergieanlage und Windenergieanlage selbst
DE102009037224A1 (de) * 2009-08-12 2011-02-17 Repower Systems Ag Verfahren und Vorrichtung zur Zugriffsregelung auf Anlagensteuerungen von Windenergieanlagen
WO2011072689A2 (en) * 2009-12-15 2011-06-23 Vestas Wind Systems A/S Wind power plant controller for avoiding common cause shutdown
DE102010033229A1 (de) 2010-08-03 2012-02-09 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und System zur manipulationssicheren Übertragung von Steuerdaten
DE102010062908B4 (de) 2010-12-13 2012-10-31 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Parametrisieren eines Gerätes, parametrisierbares Gerät und Parametrisierungsvorrlchtung
JP2016174243A (ja) * 2015-03-16 2016-09-29 カルソニックカンセイ株式会社 通信システム
DE102015112040A1 (de) 2015-07-23 2017-01-26 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Verfahren und System zur Firmware-Aktualisierung einer Steuereinrichtung zur Prozesssteuerung
CA3061597A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 General Electric Company Method and system for enhancing electrical power production by a power generation system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101490411A (zh) * 2006-07-21 2009-07-22 再生动力***股份公司 用于运行风能设备的方法
US20130062880A1 (en) * 2009-12-23 2013-03-14 Robert Bowyer Method and apparatus for protecting wind turbines from fatigue damage
CN103026059A (zh) * 2010-06-18 2013-04-03 维斯塔斯风力***集团公司 风力涡轮机的控制方法
CN102840096A (zh) * 2011-06-23 2012-12-26 通用电气公司 用于运行风力涡轮机的方法和***
CN104204514A (zh) * 2012-03-20 2014-12-10 乌本产权有限公司 用于配置风能设备的方法以及风能设备
US20140020444A1 (en) * 2012-07-18 2014-01-23 David Smith Methods and systems for use in monitoring a tachometer
CN107076115A (zh) * 2014-08-15 2017-08-18 维斯塔斯风力***集团公司 在故障条件下对风力涡轮机的控制
CN107110120A (zh) * 2015-01-09 2017-08-29 乌本产权有限公司 对控制访问风能设施授权的方法和风能设施的接口及认证中心

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