專利名稱：風力發電站的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有艙、輪轂和數據傳輸系統的風力發電站，該數據傳輸系統特別用于在艙的觸點和繞其旋轉的輪轂的觸點之間傳輸操作及控制數據或其他數據。
背景技術：
現有技術中存在各種風力發電站，其中數據從艙內的第一數據觸點傳輸到可相對于艙運動且繞輪轂旋轉的第二數據觸點。通常，數據連接是串行的，通過滑動環實現，利用該滑動環把數據從靜止的艙傳輸到旋轉的輪轂，反之亦然。這些滑動環換能器可以具有多個觸點，從而允許兩個、三個或多個導電連接經滑動環換能器同時并存。這些滑動環換能器例如用在風力發電站中以傳輸電流和數據。一種已知的風力發電站的設計叫水平軸風力發電站(HAWT)，其具有基本水平的旋轉軸。該風力發電站內有 一塔，在該塔上設置有一艙，艙內至少具有一個或多個發電機、轉換器、控制器、變壓器以及(可選的)傳輸設備。由艙支撐著包括輪轂(其上接附有旋轉葉片)的所謂的旋轉器，該旋轉器可圍繞基本水平的軸旋轉。旋轉器驅動所述一個或多個發電機，其中可選地具有傳動裝置。為了調節旋轉葉片的迎風角度，每個旋轉葉片接附至輪轂以繞著其縱軸旋轉。在現有的風力發電站中，旋轉速度一般根據迎著旋轉葉片的風速在第一工作范圍內調節，風速越高，旋轉速率越快。當達到風力發電站的額定功率時，開始第二工作范圍，此時保持該旋轉速率恒定在一特定風速以防止風力發電站超負荷。由此可以知道，適當調節旋轉葉片的迎風角度，可相應地限制風力發電站的旋轉速率。為了調節旋轉葉片的迎風角度，例如可以在旋轉器中加入受頻率轉換器控制的例如電機驅動器。當前設置的旋轉葉片的迎風角度可經設在旋轉葉片的全旋轉角度發射器來捕獲。此外，還可以在旋轉葉片內設有傳感器，不僅可以捕獲旋轉葉片的迎風角度，還可以捕獲例如旋轉葉片離塔的距離或旋轉葉片的撓度，或者用于檢測旋轉葉片內的振動頻率和強度。在旋轉葉片中使用頻率轉換器和傳感器時需要具有從輪轂(風力發電站中一可旋轉的部分)到風力發電站的靜止部分(通常為艙)的數據傳輸。一般來說，風力發電站控制器會位于該靜止部分或塔的其他位置。為了確保風力發電站的安全運行，必須要具備在任何及所有工作條件下都能安全且可靠運行的控制器。許多風力發電站在達到允許的特定最大風速時會關閉以防止超負荷，該特定最大風速稱為關機風速。此時，旋轉葉片旋轉到順漿位置。當平均風速在一段時間內低于一特定閾值時，風力發電站再自動重新啟動。這樣可以可靠地防止風力發電站超負荷。然而其缺點是，在發電產能可能是最高的最強風力來臨時，風力發電站卻為了防止受損而關閉。而且，直到風速需在一段相當長的時間里低于最大強度時才能重新啟動工作。因此不論轉速如何，都需要在艙和旋轉器之間有一可靠且安全的數據傳輸，用于優化控制操作的指令以及用于在風力過強或遇到故障時可靠地關閉系統的指令。
目前，從艙到旋轉器的數據和電流經滑動環傳輸。由于數據傳輸較遠，僅能以較低的數據速率進行傳輸，但從長遠考慮，這種工作方式并不可靠。一般來說，滑動環需要定期清理或最遲在使用兩年后做清理以確保后續的數據傳輸。發生數據傳輸時，數據經諸如互連總線、CAN或類似的總線系統進行串行傳輸。當僅有一個滑動環觸點失效時，由于已不能再確保數據傳輸的可靠性，整個系統都必須要關閉。
經以太網電纜實現數據傳輸(這種傳輸速度可以足夠快)通常僅在靜止狀態下工作，這是因為以太網電纜的這種成對的雙絞線電纜必須具有成對的雙絞線以消除環境干擾。然而，在經滑動環傳輸時，位于滑動環內的觸點卻不能是雙的，因此在滑動環處可能出現相當大的干擾，會嚴重影響到數據傳輸的可靠性。在旋轉工作時，幾乎不可能進行傳輸，或者傳輸也是不可靠的。考慮到在旋轉葉片中將使用越來越多的傳感器，僅允許帶寬窄的數據信號進行傳輸的串行數據傳輸已無法滿足要求。當需要例如環繞在整個旋轉葉片周圍的玻璃纖維狀的額外傳感器以及借助該傳感器來測量受旋轉葉片的振動影響的光阻尼時，需要數據傳輸的帶寬更寬。從根本上說，經無線電實現從旋轉葉片到控制器的數據傳輸是可能的。現在的WLAN系統包括了所需要的帶寬且基本上可在所期望的距離上非常可靠地傳輸數據。但其缺點是可用通道的數量有限。例如風力發電站的許多工作人員希望宣傳他們的系統，或把安裝好的系統用于其他用途，例如通過改裝風力發電站使之具有網絡攝像頭以拍攝周圍環境的照片。使用WLAN系統或一般以相同頻帶進行傳輸的其他無線電系統通常可以對網絡攝像頭、或溫度和天氣的傳感器進行數據傳輸。但在使用這些由工作人員后續安裝的WLAN系統或其他無線電系統時，可能會定期或長期的嚴重干擾旋轉葉片至控制器的無線傳輸。當選擇了同樣的無線電通道時，如果情況不斷惡化，將無法再保證介于風力發電站中央控制器至輪轂或旋轉器之間的數據傳輸。然而，如果控制器與旋轉器之間沒有數據連接一段時間后，風力發電站將會出于安全考慮而關閉。那么無線電或無線連接的失敗將可能造成對工作人員相當可觀的經濟損失，因為風力發電站僅僅由于數據傳輸的可靠性降低而造成不必要的關閉。在其他無線系統中，也不能完全保證運行的可靠性。盡管藍牙基本上可以通過跳頻來實現不受擾動的信號傳輸，但仍可能發生干擾或失效。另外，其可傳輸數據的速率不夠。盡管搭建距離的縮短使無線電連接看起來更合適，但由于無法預見工作人員會安裝網絡攝像頭或類似設備，人們并不總能完全保證經無線電的數據交換可以不被擾動。即使無線電數據傳輸收到簡短的擾動，在風力發電站關閉時也可能造成相當大的經濟損失。而且得到證明的是，在出現無線電擾動時，尋找問題的原因也變得很困難。

發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種具有數據傳輸系統的風力發電站，該數據傳輸系統能永久地在艙和輪轂之間實現可靠的、高的信號傳輸速率。本發明的目的是通過具有權利要求I特征的風力發電站來實現的。本發明優選的具體實施例為從屬權利要求的技術方案。本發明的更多優點和特征可從總體描述以及對示例性實施例的描述中獲得。根據本發明的風力發電站或風力發電機組包括艙、旋轉器和至少一個數據傳輸系統。該數據傳輸系統適于且被裝配用于從所述艙內的第一數據接觸設備經過至少一個數據發送器傳輸數據到所述旋轉器內的可相對于所述第一數據接觸設備旋轉的第二數據接觸設備。第一數據接觸設備與第一 DSL調制解調器相連接，該第一 DSL調制解調器通過至少一個數據發送器與第二 DSL調制解調器相連接。第二 DSL調制解調器與旋轉器內的所述第二數據接觸設備相連接。所述數據發送器設在第一和第二 DSL調制解調器之間。根據本發明的數據傳輸系統具有很多優點。根據本發明的數據傳輸系統的一個明顯優勢是經數據發送器的數據連接通過兩個DSL調制解調器來實現。DSL調制解調器(數字用戶線調制解調器)能在一段相當長(高達數千米的距離范圍)的距離上經例如電話網絡實現可靠的數據傳輸。電話網絡一般由例如成對的銅電纜構成，因此不要求扭絞來避免 干擾。這就是DSL連接非常適合于與相對于另一部件為可移動地設置的部件一起使用的原因，特別是該部件相對于另一部件可旋轉。例如，可以把數據發送器構成為滑動環。通過DSL調制解調器調制的經由這種滑動環的數據傳輸是可靠的。經DSL調制解調器的傳輸不需要帶防護的連接端，因為不需要使用雙絞電纜。已表明提供用于較短距離的無線電傳輸的可靠性很低，但提供用于長得多的距離的DSL傳輸卻可以保證以較高的數據速率在艙和旋轉器、特別是和輪轂之間經滑動環進行數據傳輸。第二數據接觸設備可相對于第一數據接觸設備旋轉，且被設在風力發電站的旋轉部分內。優選地，數據發送器包括滑動環，該滑動環包括至少一個滑動觸點，且特別包括至少兩個滑動觸點。經DSL的數據傳輸能以較高的數據速率安全地傳輸數據。通過自動信號處理能夠可靠地檢測到并消除數據傳輸中的微小或極小的干擾。這就是經兩個數據觸點的一個單獨數據連接能經DSL調制解調器提供比現有技術中穿過滑動環進行串聯數據傳輸更可靠的數據傳輸的原因。這就是滑動環能在兩次維護服務之間內可以使用很長一段時間的原因。在特別優選的結構中，提供至少4個滑動觸點。也可以使用多于4個的滑動觸點。可以在一個單獨的滑動環處或在多個滑動環處提供滑動觸點。特別優選地是使用4個或更多的滑動觸點，因為4個滑動觸點能形成兩個平行的數據連接。第一數據連接運動經兩個滑動觸點，且第二數據連接運動經另外兩個滑動觸點。這形成了冗余系統的布局。當所有4個滑動觸點都能可靠用于傳輸數據時，可提供雙倍的數據速率，而在一個單獨的滑動觸點失效的情況下，也可以建立能傳輸足夠數據量的一個數據連接。如果使用6個滑動觸點，當然可以提供3條獨立的數據連接，使得如果兩個或甚至多達4個滑動觸點失效時，仍能夠進行數據傳輸。冗余度使已經得到提高的運行可靠性進一步得到提升。滑動觸點可在預定的日常維護期間進行維修。優選地，當滑動觸點停止可靠地傳輸數據時，在數據傳輸系統中觸發報警。該信號可以提供給工作人員，以讓工作人員清理滑動觸點，且優選地在下一次預定維護時清理所有滑動觸點。當數據傳輸經至少一個連接端可靠地運行時，系統無需關閉。這提高了每年的運行時間，從而提聞了使用率，并由此提聞了廣能。優選地，數據傳輸系統適于為風力發電站的一個旋轉葉片或所有旋轉葉片中的多個傳感器提供數據。目前，典型的風力發電站的輪轂的高度可達到140米或更高。旋轉葉片的長度例如為60米，其重量可達20噸或更多(公制)。這就是投資成本，特別是風力發電站的每個旋轉葉片的安裝成本非常高的原因。在運行時，這些旋轉葉片可能受到環境損傷。例如，閃電可能會擊中旋轉葉片，引起旋轉葉片在局部甚至較大區域上的損傷。還可能受到鳥類的損傷。但一個新旋轉葉片的成本很高。這就是風力發電站的工作人員會嘗試維修受損傷的旋轉葉片，而不是馬上更換它們的原因。為了獲知任何前部損傷的程度、類型及位置，本發明還可以在旋轉葉片和旋轉器中加入傳感器，從而高靈敏地獲知每個旋轉葉片的狀況。該傳感器數據能極大地簡化維修，因為大部分損傷從一開始就知道了。優選地，至少一個DSL調制解調器構成為ADSL調制解調器(非對稱DSL)。在非對稱DSL情況下，數據傳輸速度在一個方向上比其他方向更快。這就是當數據傳輸速度在兩 個方向上均相同時，優選使用SDSL調制解調器(同步DSL)的理由。但在大多數情況下，使用ADSL仍為優選。特別優選的是使用SDSL調制解調器(單對高速數字用戶線調制解調器)，其為根據G. SHDSL標準而標準化的.特別地，在低于10MHz，且特別地，在低于2MHz的頻率范圍內傳輸數據。特別優選地，以50kHz至1500kHz的頻率范圍內傳輸數據，以及特別地以IOOkHz至IOOOkHz的頻率范圍內傳輸數據。根據本發明的風力發電站優選包括至少一個支撐結構及可在其處旋轉的至少一個旋轉葉片。可至少在一個旋轉葉片處提供至少一個傳感器以根據周圍條件和/或旋轉葉片的狀態控制運行。特別地，支撐結構可配以至少一個控制設備，該控制設備經至少一個數據連接與旋轉葉片內的所述至少一個傳感器數據連接。數據連接經第一數據接觸設備和第一 DSL調制解調器到達數據發送器，該數據發送器經第二 DSL調制解調器與第二數據接觸設備相連接。第二數據接觸設備直接或間接地與傳感器相連。風力發電站可以保證以較高的數據速度從風力發電站的旋轉部分到靜止部分的可靠數據傳輸。不必依賴于不可靠的無線鏈路就能以較高的數據傳輸速率實現數據傳輸。數據連接允許在輪轂和艙之間傳輸控制、測量、運行以及其他數據。旋轉器設在風力發電站的艙處。該旋轉器包括輪轂和接附于輪轂的旋轉葉片。旋轉器相對于艙是可旋轉的。特別地，支撐結構可被構造成塔，優選地，該塔還用來容納用于控制運行的控制器的部件。在至少一個旋轉葉片中提供至少一個致動器或至少一個用于改變旋轉葉片的調節設備。


本發明的更多優點和特征可從參照以下附圖描述的示例性實施例中獲得，其中圖I為風力發電站的示意圖；以及圖2為根據圖I所示風力發電站的數據傳輸系統的示意圖。
具體實施例方式圖I和圖2示意了本發明的示意性實施例，其中圖I示意性示出了風力發電站10，其具有塔15，艙23，輪轂24，以及在圓周上對稱設置且可相對于塔15被可旋轉地支承的三個旋轉葉片16，17和18。旋轉器25包括輪轂24和旋轉葉片16，17和18。具有旋轉葉片16，17和18的旋轉器可圍繞基本水平的軸旋轉。為了根據風向導向風力發電站10，艙23被設成以大約垂直的軸為樞軸。風力發電站10進風時的轉向優選為電機控制的。旋轉葉片16，17和18的迎風角度為可變以使旋轉葉片的旋轉速度適應于風力條件。當達到最大轉速或達到特別限制的旋轉速率時，旋轉葉片的迎風角度會逐漸或連續變化，從而保證不超過最大允許工作速度。如果風力太大，可選地讓該系統關閉。為了調節迎風角度，每個旋轉葉片16，17和18配置至少一個致動器22，其僅在圖2中示意出。在每個旋轉葉片16，17和18中配置至少一個傳感器19。優選設置多個傳感器，用 以不僅捕獲旋轉葉片16，17和18的迎風角度，還監測和捕獲每個旋轉葉片16，17和18的多個其他工作狀態。這包括例如每個旋轉葉片16，17和18的振動類型和強度。而且，不僅可總體捕獲每個旋轉葉片的振動，還可為了早期診斷出局部問題，對旋轉葉片16，17和18上的局部表面振蕩做檢測，以便于在問題出現時僅修理和維護旋轉葉片，而無需更換整個旋轉葉片。優選且還可以檢測旋轉葉片到塔15的距離以可靠地防止碰撞。為保證中央控制器20與局部設置的傳感器19、以及關聯致動器22之間所需要的所有數據，提供了通過2條電纜實現的高達每秒5MBit及更特別地高達每秒15MBit或更高的數據傳輸系統I。為此，該數據傳輸系統I包括位于艙23內的第一數據接觸設備2，該設備與第一 DSL調制解調器5相連接。該DSL調制解調器構造為通過2條電纜實現高達每秒15MBit的SHDSL調制解調器。第一 DSL調制解調器5的兩條電纜通過滑動觸點11和13與滑動環7相連接。為了額外的數據傳輸并為了裝置的冗余度，提供另一個“第一” DSL調制解調器5a，其與滑動環7的滑動觸點12和14相連接。滑動觸點11-14 一對一地與相應的導體相連接，其中滑動觸點11和13與連接于第二數據接觸設備3的第二 DSL調制解調器6相接觸。可替代地，提供另一個“第二”DSL調制解調器6a，其與滑動環7的滑動觸點12和14相連接。第一 DSL調制解調器5和5a以及第二 DSL調制解調器6和6a —起提供兩個數據連接8和9，在正常工作時，它們在冗余狀態下工作或另外實現雙倍的設計帶寬。第一 DSL調制解調器5和5a可組合在一殼體內，或甚至可以形成一模塊單元。圖2中圍繞調制解調器5和5a的虛線已清楚示意出這一點。第二調制解調器6和6a也可以合并形成一個共同的模塊單元。如果滑動觸點11-14中的其中一個例如滑動觸點11與滑動環7無法可靠地接觸，那么一個數據連接8或9會失效。但即使在這種情況下，仍可以通過另一個數據連接9或8進行可靠的數據傳輸，以保證風力發電站的持續工作。當第二個滑動觸點失效(例如是滑動觸點13)時，仍完全可以維持一個數據連接8或9。因此，即使有兩個滑動觸點11、13或12、14失效，也可以使風力發電站持續可靠地工作。無論什么情況，當檢測到滑動觸點11-14失效時，就會發出報警信號，以向工作人員發出需要盡快維護系統且特別是滑動觸點的信號。例如，在系統10預設的關閉中，可對相應的滑動觸點進行清理或更換。通過這種方式，明顯提高了系統10在運行上的可靠性及工作效率。在常見(現有技術)的通過滑動觸點串行執行信號傳輸時，即使單個滑動觸點的失效，也會造成整個系統的失效。根據本發明的提供了通過DSL調制解調器5、6以及滑動環7進行數據傳輸的數據傳輸系統I，顯著提高了停電安全性。通過在大約IOOKHz和lOOOKHz之間的較寬頻率范圍內傳輸數據，傳輸不僅可以在窄頻帶內完成，也可以較寬頻帶內完成，這樣可以使信號強度降低，從而進一步提高了停電安全性。由于數據傳輸實際上為電容性的，隨著觸點電阻的增加，可以實現更可靠的數據 傳輸。艙23內的第一數據接觸設備2和輪轂24內的第二數據接觸設備3可分別與常規的以太網電纜相連，以便在系統的其他位置使用常規組件。本發明可以在旋轉葉片中使用狀況監測系統用于密網式運行監測。可以使用測試系統及用于對旋轉葉片進行可靠除冰的除冰系統，并對這兩個系統實現精確的目標控制。可以使用例如容納在旋轉葉片中的網絡攝像頭，并進一步監測運行或例如在互聯網上提供圖像，或出于提供數據或宣傳的目的，取得旋轉葉片旋轉時的圖片。另外，由于設在旋轉葉片中的傳感器，整個系統的速度可控制。還優選的是通過獲取的傳感器數據來控制系統10。可以根據每個旋轉葉片16、17和18的傳感器數據調節給定運行速度。例如，在旋轉葉片16、17和18中的一個受到鳥類或類似情況的微小損傷時，可以降低可允許的運行速度以防止對系統10的進一步損傷，同時仍可以發電，直到完成維修。當需要更換旋轉葉片時，必須有一段很長的時間，因為需要起重機且需要提前很長時間預訂。如果該損傷允許進行低效能的持續工作，使用獨立傳感器控制運行是可能的，從而使電的利用率和產能最大化。旋轉葉片16、17和18中的獨立傳感器19經數據線21與數據發送器4連接，再經過滑動環7與中央控制器20連接。中央控制器20優選設置在塔15內或艙23內。另外可以想到，把中央控制器設置在風力發電站10的旋轉部分內。總地來說，本發明提高了風力發電站10的工作效率。特別是提供了多個、冗余的數據連接8、9等，可靠防止了在所謂的超時期間外信號未能成功從中央控制器傳輸進入輪轂。通過這種方式，也能防止自動緊急的系統停止，其中旋轉葉片自動地、盡可能快地轉出風以到達順漿位置，從而停止系統工作。在強風天氣下，這可能會引起系統10上有極大的載荷，因為在風載荷移走時，整個塔可能會向后搖擺。然而，通過本發明的數據傳輸系統能很大程度上避免出現這種大載荷，即使在高速信號傳輸下，也可以更穩固且更可靠地運行。附圖標記列表I數據傳輸系統2第一數據接觸設備3第二數據接觸設備
4數據發送器5，5a第一 DSL調制解調器5，6a第一 DSL調制解調器7滑動環8數據連接 9數據連接10風力發電站11滑動觸點12滑動觸點13滑動觸點14滑動觸點15支撐結構16旋轉葉片17旋轉葉片18旋轉葉片19傳感器20控制設備21數據線22致動器23 艙24 輪轂25旋轉器
權利要求
1.一種風力發電站(10)，具有艙(23)、旋轉器(25)和數據傳輸系統(I)，所述數據傳輸系統(I)適于且被配置用于從所述艙(23)內的第一數據接觸設備(2)經過至少一個數據發送器(4)傳輸數據到所述旋轉器(25)內的可相對于所述第一數據接觸設備(2)旋轉的第二數據接觸設備(3)，其特征在于， 所述第一數據接觸設備(2)與第一 DSL調制解調器(5)相連接，該第一 DSL調制解調器(5)通過所述至少一個數據發送器(4)與第二 DSL調制解調器(6)相連接，其中該第二DSL調制解調器￠)與所述第二數據接觸設備(3)相連接并且其中在所述第一和第二數據接觸設備(2，3)之間提供所述數據發送器(4)。
2.根據權利要求I所述的風力發電站(10)，其中所述數據發送器(4)包括具有至少一個滑動觸點(11，12，13，14)的至少一個滑動環(7)。
3.根據在前任一權利要求所述的風力發電站(10)，其中所述滑動環(7)包括至少兩個滑動觸點(11，12，13，14)。
4.根據在前任一權利要求所述的風力發電站(10)，其中提供至少4個滑動觸點(11，12，13，14)。
5.根據在前任一權利要求所述的風力發電站(10)，其中提供至少2個冗余的數據連接(8，9)。
6.根據在前任一權利要求所述的風力發電站(10)，其中至少兩個滑動觸點(11，12，13，14)的每個為并聯連接。
7.根據在前任一權利要求所述的風力發電站(10)，其中所述第一和/或第二DSL調制解調器(5，6)中的至少一個構成為ADSL調制解調器。
8.根據在前任一權利要求所述的風力發電站(10)，其中所述第一和/或第二DSL調制解調器(5，6)中的至少一個構成為SDSL調制解調器且特別為SHDSL調制解調器。
9.根據在前任一權利要求所述的風力發電站(10)，其中在低于IOMHz且特別地低于2MHz的頻率范圍內傳輸數據。
10.根據在前權利要求所述的風力發電站(10)，其中在50kHz至1500kHz的頻率范圍內傳輸數據。
11.根據在前任一權利要求所述的風力發電站(10)，具有至少一個支撐結構(15)及可在其處旋轉的至少一個旋轉葉片(16，17)，以及在所述旋轉葉片(16，17)處的至少一個傳感器(18)，其中所述支撐結構(15)配以控制設備(19)，該控制設備(19)通過所述至少一個數據連接(8，9)與所述旋轉葉片(16，17)內的所述至少一個傳感器(18)數據連接。
全文摘要
一種風力發電站(10)，具有艙(23)、旋轉器(25)和數據傳輸系統(1)，所述數據傳輸系統(1)適于且被裝配用于從所述艙(23)內的第一數據接觸設備(2)經過至少一個數據發送器(4)傳輸數據到所述旋轉器(25)內的可相對于所述第一數據接觸設備(2)旋轉的第二數據接觸設備(3)。所述第一數據接觸設備(2)與第一DSL調制解調器(5)相連接，該第一DSL調制解調器(5)經數據發送器(4)與第二DSL調制解調器(6)相連接。第二DSL調制解調器(6)與所述第二數據接觸設備(3)相連接。在所述第一和第二數據接觸設備(2，3)之間提供所述數據發送器(4)。
文檔編號F03D7/04GK102734068SQ20121009792
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月5日 優先權日2011年4月4日
發明者M·瑞特邁爾 申請人:菲尼克斯電氣有限兩合公司