专利名称：用于适配风力发电设备中的电和/或电子组件的负荷的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于适配风力发电设备中的电和/或电子组件、尤其是逆变器的负荷的方法。此外本发明涉及一种用于适配风力发电设备中的电和/或电子组件、尤其是逆变器的负荷的系统。
背景技术：
风力发电设备中的电和/电子组件、例如逆变器(也称为变换器(Inverter))由于其特殊的使用地点而遭受极其恶劣的环境条件，所述使用地点大多布置在风力发电设备的机器间(也称为控制室(Kanzel))内。尤其是这些电和/或电子组件遭受由于风和转子运行导致的强烈振动以及由于不规则的开关周期和由于快速变换的外部温度而导致的高温度波动，其中这些变换此外具有高的幅度。这既适用于近海风力发电设备中也适用于陆上风力发电设备中的运行，其中在近海运行中附加地还有影响因素如增加地出现的风暴和与此相关联的(含盐)喷水附加地激化了环境条件。这总计起来意味着，这种电和/或电子组件遭受强烈的磨损，甚至即使它们大多被布置在机器间的外壳中。同时风力发电设备中的各个这样的电和/或电子组件的出乎意料的失效意味着附加的维护使用和维护成本的非常高的耗费。因此在大多情况下目标是这样的组件例如在定期维护的范围中在有规则的更换动作中得到维护，以便失效不突然和出乎意料地出现，由此可以避免附加的静止时间。相应地重要的是，提供正确估计维护时刻的高度可靠的可能性，以便能足够早进行反应，也就是在电和/或电子组件失效之前。在大多情况下，目前组件的监视在于纯粹的故障监视，也就是如果组件已经失效则显示。此外，为了对付这样的失效，特意地将维护间隔保持得非常短并且最好为了安全起见提早更换组件。这又导致涉及这些电和/或电子组件的材料使用和工作使用一般比在技术上实际需要的高。即使这样的维护时刻是精确确定的，仍然总是存在以下问题该维护时刻可能已经在按计划的维护间隔中的维护时刻之前，也就是可以预期该组件已经在维护人员下一次到达风力发电设备之前就失效。这意味着，人员必须提早地、也就是在维护班次之外被派遣到风力发电设备那里，以执行计划外维护，这种维护与相应的额外耗费相关联。
发明内容
本发明的任务因此在于优化风力发电设备中的电和/或电子组件的运行，尤其是尽可能保证所述组件不提早、也就是不在按例行程序的维护时刻之前失效。该任务通过根据权利要求1的方法和根据权利要求14的系统来解决。相应地开头所述类型的方法根据本发明至少包括以下步骤
-确定电和/或电子组件的直到达到维护指示值为止的预期寿命，该维护指示值代表该组件的状态，在该状态时基于事先确定的设定而应当维护该组件， -使预期寿命与风力发电设备的下一个维护时刻均衡(Abgleich),
-控制所述风力发电设备和/或在该风力发电设备的空间环境中的至少一个其它风力发电设备，使得电和/或电子组件的负荷减小。在此，对风力发电设备的控制优选依据预期寿命与风力发电设备的下一个维护时刻的均衡的结果来进行。通过本发明的方法实现的是所涉及的组件的寿命如下被优化，使得该组件尽可能直至下一个维护时刻仍起作用。其背景是，减小风力发电设备的功率并由此减小电流效率比拿风力发电设备在该维护时刻以前完全失效冒险或者将服务人员提早派遣到现场意味着更少的耗费和成本。这适用于陆上设备，但特别适用于近海设备，所述近海设备比陆上设备只能明显更困难地并且更耗费地实现。因此首先确定待预期的(即预期的)寿命并由此推导出多个控制指令，所述控制指令直接、但优选间接地有助于减小所涉及组件的负荷。直接减小负荷例如可以通过直截了当地断开所涉及的组件来实现。间接减小负荷的示例与组件的类型有关一特别是针对逆变器，下面还将阐述多个实施例。作为方法中的导向参量，使用所谓的维护指示值。该维护指示值代表组件的状态，在该状态时基于事先确定的设定应当对该组件进行维护。这样的事先确定的设定例如包括经验值、规范或其它类似规定。维护既被理解为完整组件或组件的部件的更换，但是也被理解为对组件的修理或详细检查。如果使该维护指示值与组件的实际状态均衡，则从中得出该组件的预期寿命，该预期寿命下面在本发明的意义上被用于控制风力发电设备或附近的风力发电设备。由此实现与组件的状态有关的控制，因此组件有针对性地受到保护并且从而最后引起该组件的寿命延长。作为所涉及的风力发电设备的空间环境中的风力发电设备表示与所涉及的风力发电设备处于空间上紧密的功能关系的所有那些设备，所涉及的风力发电设备的组件应当受到保护。因此它们尤其是风电场内的其它风力发电设备，优选恰好是与所涉及的风力发电设备直接邻接地相邻的这样的风力发电设备，所述其它风力发电设备因此例如可以将该所涉及的风力发电设备部分地置于风掩蔽(Windschatten)中。开头所述类型的本发明系统至少包括
-确定单元，其在运行中确定电和/或电子组件直到达到维护指示值为止的预期寿命，所述维护指示值代表该组件的状态，在该状态时基于事先确定的设定而应当维护该组件，-均衡单元，其构造为使得该均衡单元使预期寿命与风力发电设备的下一个维护时刻均衡，
-控制单元，其控制所述风力发电设备和/或在该风力发电设备的空间环境中的至少一个其它风力发电设备，使得电和/或电子组件的负荷减小。由于该方法在所述系统、也就是在负荷适配系统内可以既通过硬件又借助软件部件或通过由硬件和软件构成的组合执行，所以本发明还包括计算机程序产品，其可以直接被加载到可编程负荷适配系统的处理器中，具有程序代码装置，用于在该程序产品在负荷适配系统上执行时执行本发明方法的所有步骤。本发明的其它特别有利的扩展方案和改进方案也从从属权利要求以及以下描述得到。在此，本发明的方法也可以根据从属权利要求被改进为确定系统，反之亦然。
就预期寿命的确定而言，该确定优选至少包括以下步骤
a)确定电和/或电子组件的当前的载荷指示值，
b)将当前的载荷指示值与维护指示值相关(Inbezugsetzen),
c)基于载荷指示值和维护指示值之间的关系推导出预期寿命。因此除了提供维护指示值之外，还将载荷指示值作为取向参量来确定。其代表该组件的当前状态。虽然在确定载荷指示值时迄今为止大多直截了当地将电子器件的使用时间相加，但优先考虑更细致精确的测量或确定方法，所述更精确的测量或确定方法提供更精确的载荷指示值，即与状态更有关的值。优选的确定方法还将在下面予以阐述。因此使这两个值相关并且从中推导出预期寿命。为了获得负荷适配的尽可能最佳的结果，完全特别优选的是一直在闭合调节回路中重复预期寿命的确定和控制，直到电和/或电子组件的负荷被减小使得预期寿命至少延长到下一个维护时刻。因此实现了“闭环”控制，该“闭环”控制的结果是组件的寿命不仅被延长了一些，而是针对目标地延长到如此程度，使得也经历直到下一个维护时刻的时间并且可以在有规则的维护运行中得到维护。通过闭合调节回路实现，一直重新调节直至可以达到期望的寿命结果为止。为了控制(除了上面已经提到的对组件的可能断开之外)，尤其是可以考虑两种替换或补充地可采用的变型方案
第一变型方案在于控制风力发电设备本身，使得该风力发电设备的转子与当前的风向有关地被调整和/或转子的至少一个转子叶片在其位置方面被调整为，使得转子达到比在该风情况下最大可能的旋转速度小的旋转速度。因此例如通过方位控制如此逆风地放置风力发电设备，使得风力发电设备的能量输出有针对性地变为次优的，即被减小。更少的动能作用于该设备，尤其是还作用于其电或电子组件，这导致负荷减小。在风力发电设备中，对所有的均使用名称方位(Azimut)，这与吊舱(Gondel)的水平风跟踪有关。方位系统用于跟踪吊舱并且由方位轴承、方位驱动装置、方位传动装置和方位控制装置组成。方位驱动装置由多级行星传动装置组成，所述多级行星传动装置由频率控制的电动机驱动。代替或附加于相应的方位控制，还可以进行同样适用于减小能量输出的、对转子的转子叶片的调整。用于方位控制或转子叶片控制的执行器被促使执行对由此涉及的元件的相应位置改变。第二变型方案在于,有针对性地如此运行其它风力发电设备,使得风力发电设备比必要的更强地进入其它风力发电设备的风遮蔽中。因此通过定向(一个或多个)其它风力发电设备有意地、针对目标地遮挡所涉及的风力发电设备，具有的效果是，减小所涉及的风力发电设备的转子处的风并由此又间接地减小相应组件的负荷。优选地，基于电和/或电子组件的周围环境范围中的温度测量来确定当前的载荷指示值。这优选自动进行，也就是借助自动分析算法或系统在对于其来说在有规则的运行中不强制性地需要人工输入的处理的范围中进行。在确定载荷指示值时一般直截了当地将电子组件的使用时间相加，而本实施方式与这种纯时间观察不同并且聚焦于其它影响参量器件所遭受的温度曲线也即影响其老化，特别是在风力发电设备的范围中特别强烈这样的电或电子组件的单部件，例如芯片元件，也即经由永久连接(例如粘接或焊接连接)相互接触。从而例如多个半导体元件一例如IGBT逆变器的所谓IGBT构件(绝缘栅极晶闸管(Insulated Gate Polar Thyristors)) 一被粘接、压接或焊接在诸如电路板的载体衬底上。电路板与构件之间的该永久连接通过风力发电设备中的持续的温度变换而遭受强烈的剪切负荷。也即在加热时单部件以与载体衬底不同的方式、一般是更强的方式膨胀，从而在两者之间的连接中产生应力。该实施方式现在利用这样的应力在组件中相加并由此导致组件的单部件之间的连接的材料疲劳，其效果是这样的连接的中断大多引起组件的失效。因此本发明目标精确地识别风力发电设备中的电和/或电子组件的决定性疲劳现象的重要原因，并且从中合乎逻辑地推导出其确定电或电子组件的相应精确或有代表性的载荷指示值的方法。载荷值的累加本身由材料科学，也就是由材料疲劳迹象的检查已知。从而例如通过机器的机械部件处的应力或负载来确定和累加载荷。但是，在检查单材料方面的确定时用于如这里所存在的任务提出的行为方式之间的决定性差异在于，电或电子组件由无数的单个组成部分组成，并且因此对于疲劳而言决定性的因素恰好就是该组件所遭受的温度(曲线)并不是理所当然的。因此令人吃惊地表明，在此提出的方法明显更好地适于将风力发电设备中的电子器件的载荷映射为例如基于运行时间的纯计算。因为这本身可以被假定，却可以假设，不是连接是组件中最弱的环节，而是单个功能部件、也就是即电子构件是最弱的环节。如果在常见的电子学应用的范围中也可能可以如此假设，则就风力发电设备应用而言却已经证明，极度的温度波动明显削弱组件，使得其它老化因素起着其次的作用。该效果在风力发电设备范围中可以不仅在所提到的IGBT�？橹�、而且例如还在多层电容器块中、在变压器中或者在发电机中被识别。即使诸如电池的产生电流的系统的老化也可以基于该效果来映射。该方法也可以在没有较大的附加耗费的情况下完成，因为在风力发电设备中、尤其是风力发电设备的功率电子装置的范围中总归进行温度测量，从而可以假设在适当的测量地点提供足够多的温度传感器以能够提供所需要的测量值。因此只需要相应适配的分析电子装置，该分析电子装置从温度测量值中推导出载荷指示值并且必要时再现相应的信号。原则上可能的是，即使组件已经在风力发电设备中使用，也确定载荷指示值。从而例如可以在确定的使用时间段之后确定中间载荷指示值或者用合适的方法(例如并优选本发明的方法)事后确定并且然后借助本发明的方法进一步继续描述该中间载荷指示值。但是优选的是，在风力发电设备中的组件的整个使用周期期间执行温度测量。由此保证通常借助本发明的方法确定载荷指示值，这尤其是提高确定方法的严格性并由此提高结果的说服力。在此特别优选地从温度测量中推导出参考值并进行累加，并且基于累加的参考值形成载荷指示值。这样的指示值代表累加的参考值，优选该指示值包括所述累加的参考值。参考值既可以是从温度测量中推导出的数值值，也可以是例如组件已经经历了多少个温度周期的数字说明。参考值由此代表用数表示地反映组件或其各个部件的耗损或材料疲劳的测量参量。在此，累加例如可以包括参考值的简单相加，但是该累加也可以非线性地进行。相应的累加方法尤其是可以与风力发电设备中的相应电或电子组件的类型和使用地点有关地来选择。温度测量既可以连续地也可以以有规律的间距执行。这些间距越密集或温度测量越接近地近似于纯连续的方法，测量结果的分析可以更精细，并且于是也越精细地进入到对载荷指示值的确定中。在另一方面，时钟脉冲式地执行足够频繁的温度测量也足够了，因为可以假设尽管如此仍能借助这样的方法，例如基于每一刻钟的测量或测量结果的传送来比较精确地映射较大的温度周期。这样的时钟脉冲(Taktung)的优点尤其是在于,可处理更小的测量数据量并且从而能将传输和处理速率减小到需要的最小尺度。优选地，参考值基于从温度测量中确定的温度变化过程曲线的温度周期。对该温度变化过程曲线的分析，也就是尤其是对温度周期的确定和加权在此特别优选地借助如从材料知识领域中(也就是在检查材料疲劳迹象的范围中)使用的分析算法来进行。在此存在基于沃勒(W0hler)曲线进行分析和加权的可能性，另一种方法基于在材料疲劳的范围中以线性磨损为出发点的帕尔姆格伦(Palmgren)和麦纳(Miner)规则。替换或补充地，参考值优选基于从温度测量中确定的温度变化过程曲线的最大值和/或最小值。这样的极值给出关于组件遭受何种最高与温度相关的载荷从而通过考虑该最大值或最小值能够特别精确地推断出组件的耗损的间接消息。此外有利的是，基于对事先确定的温度阈值的超过和/或未超过来确定参考值。在此，可以简单地对超过或未超过计数并且作为计数值引入累加中。替换地，大于或低于所选择的温度阈值的温度数值可以被考虑用于累加。阈值在此例如首先用于划清有效地无关紧要的温度波动与那些决定性地一起引起组件的耗损的温度波动的界限。第二可以借助其通过与这样的方法相比较简单地确定参考值，在所述方法中原则上将所有温度变化过程在累加时予以考虑。尤其是由此节省了计
算容量。此外还可以设置多个阈值，也即至少一个意味着超过临界温度阈的阈值，和至少一行意味着未超过临界温度阈的阈值，以及必要时可以被考虑用于评估相应超过或未超过的显著性的其它阈值。从而例如可以设置触发简单的计数脉冲的第一超过阈值，和触发附加的简单计数脉冲的第二超过阈值，以及第三超过阈值，例如该第三超过阈值的超过甚至可以比简单的计数脉冲被更强地加权。与此类似地还可以逐级地设置未超过阈值。作为在这样的基于阈值的确定范围中的简单方法，可以在累加的范围中将超过或未超过的数值简单相加。载荷指示值在这种情况下直截了当地由阈值的超过或未超过的相加的数值组成。为了识别确定的电或电子组件在其使用过程中已经达到什么载荷指示值，优选使用图形表示方法，借助该方法向诸如控制中心中的控制计算机的操作者的用户输出载荷指示值。因此当前的载荷指示值以图形方式、优选借助标度和/或另外的图形编码输出给用户。由此给出针对该用户的直接信息，基于该信息时间精确地对组件的状态进行评估并且因此可以引入更换措施。代替图形表示，也可以经由诸如语音输出的声学输出装置进行输出。该输出不必强制地在电或电子组件的使用地点处进行，而是还可以经由相应的数据传输系统转发给中心。所述输出还可以在风力发电设备的塔的入口区域中，也就是在安装地点处(在陆上设备的情况下)从平地位置或(在近海设备的情况下)从位于水平面高度处的所在地可读或可听地进行。原则上可以在风力发电设备内以及甚至在风力发电设备外的无数合适的位置处进行温度测量，本发明的方法基于所述温度测量。但是尤其是为了仍提高测量精度，优选通过至少一个温度传感器执行温度测量，所述至少一个温度传感器被安置在组件的周围环境范围中相对于组件固定的位置上。这样的周围环境范围通过与组件的间距来限定，在该间距中可以预期在那里确定的以摄氏度为单位的温度在风力发电设备的规则运行情况下与在相同测量时间组件的温度相差最大10%，优选相差最大5%，特别优选相差最大2%。温度传感器的这样的布置引起，可以推导出特别可靠的测量值，所述测量值以大的精细度再现组件的温度曲线。尽管如此这意味着一般没有附加耗费，因为在风力发电设备中总归固定地安装温度传感器，从而这些温度传感器简单地仅需要根据本发明被使用并且必要时合适地被定位。通过以下方式实现进一步提高所确定的温度测量值的测量精度和代表性，即使用单个温度传感器，其相对于组件、优选与组件连接地安置在中心地点。这样的中心地点例如可以位于组件的中轴或组件的对称点上；特别优选的是，温度传感器直接布置在组件上，例如布置在该组件的载体电路板上，并且有利地还被固定在那里。这保证了温度测量在那里进行，在此温度波动实际上直接导致组件的耗损；固定在载体电路板上或组件本身上还保证了温度传感器不被无意地例如在振动时远离组件并且稍后又在朝着组件的方向上运送，由此会产生温度曲线的失真。替换于布置单个温度传感器，还可以使用多个温度传感器，其布置在组件的周围环境范围中的代表性测量地点处，优选布置在根据事先提出的经验值出现特别高的局部温度波动的测量地点处。这样的经验值例如可以从相应的知识系统(数据库)或者基于温度波动的特有测量推导出来。由此温度传感器的安置实际上在组件区域中的特别关键的地点处进行。由此在适当安置的情况下，温度测量值的说服力又特别高。由于已经识别出恰好是以热方式产生的应力特别是造成电或电子组件老化的原因，因此在本发明的范围中还优选执行组件的冷却，尤其是在各个组件部件的连接处。这样的冷却既可以是主动地，例如借助通风设备，也可以是被动的，例如通过冷却元件来执行。尤其是，可以依据在温度测量中确定的测量值来调节所述冷却，使得例如特别是温度峰值得到减缓(abfedern),以有针对性地防止对组件的较大规模损坏。替换或补充于基于温度测量对载荷指示值的确定，可以规定基于确定结果从至少一个以下确定方法中确定当前载荷指示值
-测量空气中的盐含量一具体地说在风力发电设备的区域中在(例如通过累加盐值)时间上观察通过观察在相应风力发电设备的区域中空气中盐含量的长期时间变化过程可以推导出耗损值，例如绝缘装置或密封装置的耗损值，并且基于其(必要时与其它因素的考虑相组合)来形成载荷指示值。-确定在风力发电设备处和/或风力发电设备之前的风向上的风分布图(例如在风力发电设备之前IOOm的间距中)在风力发电设备的区域中的风分布图例如可以借助已知的LIDAR系统确定。借助所述系统可以产生该时间上的当前推导出的负荷或短期的风预测，由此可以推导出、即预测分别预期的负荷对组件的影响。-其它风力发电设备的电装置的温度测量从由此生成的测量值中可以经由相关函数确定所涉及的待去负荷的组件的寿命的详细和可靠的预测。-电和/或电子组件处的故障电流测量由此例如可以检测例如通过组件本身上的绝缘问题或过电压引起的泄漏电流，并且必要时对其进行抵制(gegensteuern)。
-风力发电设备的驱动支路和/或发电机处的振动测量从中可以产生针对支承问题(Lagerungsprobleme)(例如在发电机情况下)的指示符，所述支承问题同样对电或电子组件具有显著的老化影响。对单个或所有这些测量或确定结果(包括上面详细讨论的温度测量结果)的评估可以经由各个(必要时在该时间上确定的、例如累加的)值的相关函数以总算法来概括。从中可以推导出载荷指示值。各个参数的极限值在此也可以被使用，例如类似于为了温度测量而执行的。算法可以自学习地执行，并且因此在风力发电设备开始运转时来调整并且经由比较功能确定组件在持续运行中的变化。通过与维护指示值相关地(优选所实现的)表示载荷指示值，用户附加地可以快速和直观地确定组件以高的概率还将安全地起作用多长时间或多少使用或温度周期，并且该用户何时必须进行维护。由此换句话说，可以不复杂地以及直观地相对精确地推断出组件的相对寿命。这附加地还可以通过以下方式变得容易，即当前载荷指示值与维护指示值之间的关系以图形方式、优选借助标度和/或图形编码输出给用户。图形输出的优点已经提及，这些优点还通过使两个指示值相互相关被扩大。
下面参照附图借助实施例再次更详细地阐述本发明。在此在不同的图中相同的部件配备有相同的附图标记。其中
图1示出本发明方法的实施方式的流程的示意性框图，
图2示出具有本发明系统的实施方式的风力发电设备的侧视图，
图3示出具有与图2中相同的组件和相同的确定系统的组件布置的示意性细节视图，连同电子组件的单个构件的再次简化的细节，
图4示出图3的电子组件的温度变化过程、载荷变化过程和寿命变化过程的曲线图，
图5示出如在图3的组件布置中实现的系统体系架构的示意性框图，
图6示出在本发明方法的实施方式的范围中信号处理的示意性框图。
具体实施例方式图1以框图示出根据一种实施方式的本发明方法的步骤。为此在(在此分为三部分的)确定步骤G中确定电或电子组件的直到达到维护指示值的预期寿命。在达到事先预先给定的维护指示值时，假设组件应当得到维护。确定步骤G包括三个子步骤A，B, C，即
-第一步骤A，其中确定电和/或电子组件的当前载荷指示值，
-第二步骤B，其中将当前载荷指示值与维护指示值相关，以及
-第三步骤C，其中基于载荷指示值与维护指示值之间的关系推导出所述预期寿命。在步骤D中，使所述预期寿命与风力发电设备的下一个维护时刻均衡，基于该维护时刻根据两个替换步骤E，F有针对性地进行反控制，使得所涉及的组件的负荷被减小。这在步骤E中通过控制风力发电设备和/或在步骤F中通过控制所涉及的风力发电设备的空间环境中的至少一个其它风力发电设备来进行，如下面还借助图2更详细讲述的。
图2示出具有塔11的风力发电设备3，在该塔上可转动地安置舱9。在左侧的风力发电设备3的前部处可转动地固定着具有转子叶片8的转子7，该转子通过风引发的旋转在舱9中的发电机5中被转换为电能。为了一目了然，旋转力的力传输的驱动轴和无数其它部件未在发电机5中一起出。为了将来自发电机5的电能以合适的方式(尤其是具有期望的电压和频率)转换以用于传输到电网中，使用转换器或逆变器1，也就是经由电流线路13与电网(未示出)连接的电子组件I。在逆变器I上安置温度传感器15，其与确定系统17连接。从确定系统17向信号传输器19转交信号，该信号传输器将所述信号经由无电缆的连接继续传送给控制中心(未示出)中的接收设备20。在那里利用信号传输的信息在计算机的屏幕22处以图形方式以标度(Skala) 24的形式表不。此外示出本发明的用于对逆变器I进行负荷适配的系统10 :该系统除了温度传感器15、确定系统17、信号传输器19、接收设备20和屏幕22之外还包括3个在计算机的处理器上实现的软件部件，也就是确定单元12、均衡单元14和控制单元16。此外在背景中可以识别出其它风力发电设备3a,同样配备有信号传输器19a,该其它风力发电设备与风力发电设备3 —起是风电场的一部分。确定单元12如在步骤G (参见图1)中描述的那样确定逆变器I的预期寿命。均衡单元14从确定单元接收关于预期寿命的信息并且使其与风力发电设备的下一个维护时刻均衡。控制单元16接收这些均衡信息，该控制单元从中推导出控制指令。这些控制指令被转交给两个风力发电设备3，3a并且一方面在风力发电设备3中引起该风力发电设备从风中转动出，即该风力发电设备的转子叶片8以及控制室9被调整为，使得风力发电设备3仅从风力发电设备3的击中转子7的风中处理比潜在可能的更少的动能。动能的该减少也通过以下方式得到支持，即一开始仅允许较少的风到达风力发电设备3上。这通过以下方式进行，即控制单元16还将控制指令发送到其它风力发电设备3，所述控制指令导致其它风力发电设备3a比通常需要的、也就是设置于全负载运行更强地将风力发电设备3放入其风遮蔽中。其它风力发电设备3a因此也以其它方式被定向为逆风。图3示出组件布置37。该组件布置37包括组件1，也就是逆变器I和确定系统17。逆变器I包括载体电路板25，在该载体电路板上单构件21以IGBT半导体元件的形式分别布置在两个绝缘层23上。在右下方的细节图中，在绝缘层23上示出单个这样的单构件21。该单构件借助连接层31 (在此是粘结剂)与绝缘层23连接。如果组件I遭受强烈加温，则单构件21比绝缘层23更强烈地扩展。由此具体地在连接层31中产生应力，从而恰好该连接层31随时间疲劳。同样，也可以将信号或电荷从单构件21导出或导向单构件21的导体元件27通过类似的方式以热的方式被加载荷。在组件I上，为了确定温度曲线，温度传感器15中心地布置在电路板25的对称点处。连接从该温度传感器15引向确定单元17以传输温度测量值丽。确定单元17具有输入接口 29和输出接口 35以及分析�？�33，测量值MW由输入接口 29被馈入所述分析�？�33中。在分析�？�33中，根据预先给定的规则，例如基于沃勒曲线的算法来推导出载荷指示值BI。经由输出接口 35将该载荷指示值BI转发给信号传输器19 (参见图2)。如图2中所示，该载荷指示值BI可以以图形方式被输出给用户。
在基于组件I处的温度测量的该确定方法之后的逻辑从图4中所示的曲线中得至|J。第一曲线V是温度变化过程曲线V，其表示在温度传感器15处测量的、在时间上绘制的温度。围绕代表风力发电设备3的舱9中的平均温度的统计平均值Med，温度曲线以不均勻的运动振动。在此，该温度曲线描述了最大值MaxpMax2Jax3和最小值MinpMirvMin3tj从中得到周期Z1, Ζ2，-·Ζη。在这些周期Z1, Ζ2，…Zn的过程中曲线V部分地超过超过阈值S1,并且部分地未超出未超过阈值S2。第二曲线S是在组件I的两个覆层(Lagen)之间的剪切力的剪切负荷变化过程曲线S，该剪切力由于这两个覆层的不同膨胀系数而产生。剪切负荷τ在此同样绘制在时间上。可以识别出剪切负荷变化过程曲线S类似于温度曲线V的变化过程地构造。从中最后得出剩余的寿命周期N关于时间的导数，如在下面在寿命周期变化过程曲线L中示出的。在此，在逆变器I的本情况下开关周期(Schaltzyklen)N被理解为寿命周期N。因此并行地确定组件I有多频繁地开关，以便能够量化组件I的剩余寿命。寿命周期变化过程曲线L示出组件I的、基于通过如从剪切负荷变化过程曲线S和温度变化过程曲线V中得知的剪切负荷或由温度波动导致的负荷而引起的载荷的、待预期的剩余寿命。借助用于确定材料疲劳的适当的对数来推导出寿命周期变化过程曲线L。在确定材料疲劳时既可以使用整个温度变化过程曲线V又可以使用平均值Med或从曲线V中得出的类似的均值。同样可以考虑最大值Max1、Max2、MaxJP最小值Min1、Min2、Min3以及周期Z1, Z2,…Zn用于评估，和/或超过或未超过阈值SI，S2。换句话说，可以解释曲线本身，并且附加或替换地还可以在趋势分析的意义上使用导数或平均值。这样形成的寿命周期变化过程曲线L在本示例中大约描述反演抛物线的形状。在使用组件开始时，该寿命周期变化过程曲线具有寿命周期N的最大数量CMax。如果达到组件I的寿命周期N的最大数量CMax的一半CMax/2，在本情况下达到维护指示值WI,这意味着组件I应当为了安全起见得到维护。这不意味着组件I自动地是废品，而是代替地也可以确定，组件I比预期的更好地经受住载荷，或者该组件仅在子区域中是需要修理的。 图5示出如在图3的组件布置37中实现的系统体系架构的示意性框图。对于风力发电设备3中的负载分布以及对于机械应力，传感器15,15a, 15b, 15c (这里作为一个单元示出)确定不同的测量值MW，ZMW :温度传感器15确定温度测量值MW，而其它传感器15a，15b，15c确定附加测量值ZWM。这些测量值MW，ZMW流入分析�？�33内的风力发电设备控制单元38中。此外在分析�？�33中布置寿命监视单元39。风力发电设备控制单元38还取得来自风力发电设备3的运行的可变处理信息VBI，例如转子7的转速或风力发电设备3的功率输出。这些值可以通过自己的传感器来测量，但是也可以从其它测量值中推导。对此添加固定的运行信息FBI，所述运行信息涉及风力发电设备3的固定进行的调整，例如涉及所涉及电子组件I的调节参数，所述调节参数是事先确定的并且然后在运行中至多间隔地被再校准。这些信息流入风力发电设备控制单元38中以用于评估并且在那里相互均衡，使得从中得到过处理数据H)。附加地，在具有多个风力发电设备3，3a的风电场中，类似于处理数据H)可以从其它风力发电设备的风力发电设备控制单元38’中取得处理附加信息PZI。这些处理附加信息例如可以用于对处理数据H)进行均衡，例如用于处理数据的验证和检验。因此，处理附加信息与处理数据PD —起被馈入寿命监视单元39。寿命监视单元39还取得风电场模型信息WPM。这例如是关于风电场的大小和几何布置的信息以及关于所涉及的风力发电设备3在风电场内的位置的信息，但是也是关于主风向uvm的信息。此外，可以从外部传感器41取得信息，例如从风桅杆(Windmasten)、外部温度传感器和闪电检测器。在考虑优选所有这些信息的情况下，寿命监视单元39推导出组件I的载荷指示值BI。图6示出在本发明方法的实施方式范围中的信号处理的示意性框图。图5的传感器15，15a，15b，15c将其测量值MW，ZMW馈入分析�？�33中。该分析�？樵诒厩榭鱿伦魑砑辜幕凼迪衷诖砥魃�。这些软件构件是
第一时间缓冲器43和第二时间缓冲器45，预报单元47和反投影单元51，10分钟定时器53，危险识别单元55，危险征兆收集单元49和危险征兆分析单元59，以及分类单元57和4个损坏通知单元61，63，65，67。来自传感器15，15a，15b，15c的测量值MW，ZMW被收集在第一时间缓冲器43中，并且然后以标准化的时钟脉冲方式被转交。由此可以补偿各个传感器15，15a，15b，15c的时钟脉冲的差异。在第二时间缓冲器中，收集在前时钟脉冲的所收集的测量值并且在用于投影在输出在前时钟脉冲的时刻的测量状态的反投影单元51中进行分析。预报单元47基于在第一时间缓冲器43中和在第二时间缓冲器45中存在的测量值MW，ZMW产生在下个时钟脉冲时大约可预期哪些测量值的预报。10分钟定时器53收集在10分钟的时间段上的所有测量值MW，ZMW并且然后将这些测量值收集地转交给信号传输器19，以用于进一步传输给控制中心(参见图1)。危险识别单元55识别严重的危险，例如组件I的加热或例如导致整个风力发电设备3的运行被关断以避免后续损坏的技术缺陷。而危险征兆收集单元49与危险征兆分析单元59组合地用于收集“较温和”的危险征兆并且分析其频度和必要时还分析其它症状。从而超过确定的温度值一次并不意味着严重的危险，但是这样的值的频繁出现可能给出关于风力发电设备3中的组件I或其它单元具有缺陷的暗示。在分类单元57中收集测量值MW，ZMW以及来自危险识别单元55和危险征兆分析单元59的信息，并且在使用上面已经描述的分析算法的情况下确定组件I的剩余寿命。4个损坏通知单元61，63，65，67用于通知确定的损坏类型，即例如过热、运行故障、太强的震动或达到组件I的临界剩余寿命。所有所生成的信息都可以经由10分钟定时器53转交给控制中心。最后再次指出前面详细描述的方法以及所示的系统仅是可以由技术人员以不同的方式修改而不脱离本发明的范围的实施例。此外，使用不定冠词“一个”或“一”并不排除所涉及的特征也可以多重存在。此外，“单元”可以由一个或多个也在空间上分布式布置的部件组成。
权利要求
1.用于适配风力发电设备(3)中的电和/或电子组件(I)、尤其是逆变器的负荷的方法，包括以下步骤 -确定(G)电和/或电子组件(I)的直到达到维护指示值(WI)为止的预期寿命，该维护指示值代表该组件(I)的状态，在该状态时基于事先确定的设定而应当维护该组件(I)， -使预期寿命与风力发电设备(3)的下一个维护时刻均衡(D)， -控制(E，F)所述风力发电设备(3)和/或在该风力发电设备(3)的空间环境中的至少一个其它风力发电设备(3a)，使得电和/或电子组件(I)的负荷减小。
2.根据权利要求1的方法，其中预期寿命的确定包括以下步骤 a)确定(A)电和/或电子组件(I)的当前的载荷指示值(BI)， b)将当前的载荷指示值(BI)与维护指示值(WI)相关(B)， c)基于载荷指示值(BI)和维护指示值(WI)之间的关系推导出(C)预期寿命。
3.根据权利要求1或2的方法，其中一直在闭合调节回路中重复预期寿命的确定(G)和控制(E，F)，直到电和/或电子组件(I)的负荷被减小为使得预期寿命至少延长到下一个维护时刻为止。
4.根据上述权利要求之一的方法，其中控制该风力发电设备(3)，使得该风力发电设备(3)的转子(7)与当前的风向有关地被调整和/或转子(7)的至少一个转子叶片(8)在其位置方面被调整，使得转子(7 )达到比在风情况下最大可能的旋转速度小的旋转速度。
5.根据上述权利要求之一的方法，其中有针对性地运行其它风力发电设备(3a)，使得风力发电设备(3)比必要的更强地进入其它风力发电设备(3a)的风遮蔽中。
6.根据上述权利要求之一的方法，其中基于电和/或电子组件(I)的周围环境范围中的温度测量来确定当前的载荷指示值(BI)。
7.根据权利要求6的方法，其中在风力发电设备(3)中的组件(I)的整个使用周期上执行温度测量，并且从温度测量中推导出参考值并进行累加，并且基于累加的参考值形成载荷指示值(BI)。
8.根据权利要求7的方法，其中参考值基于从温度测量中确定的温度变化过程曲线(V)的温度周期(Z1, Z2，Z3,…，ZnX
9.根据权利要求7或8的方法，其中参考值基于从温度测量中确定的温度变化过程曲线(V)的最大值(Max1, Max2, Max3)和 / 或最小值(Min1, Min2, Min3X
10.根据权利要求6至8之一的方法，其中基于对事先确定的温度阈值(S1,S2)的超过和/或未超过来确定参考值。
11.根据权利要求6至10之一的方法，其中通过至少一个温度传感器(15)执行温度测量，所述至少一个温度传感器被安置在组件(I)的周围环境范围中相对于组件(I)固定的位置上。
12.根据上述权利要求之一的方法，其中基于确定结果从至少一个以下确定方法中确定当前载荷指示值(BI) -测量在风力发电设备(3)的范围中空气中的盐含量， -确定在风力发电设备(3)处和/或风力发电设备(3)之前的风向上的风分布图， -测量其它风力发电设备(3a)的电装置的温度， -在电和/或电子组件(I)处进行故障电流测量，-在风力发电设备的驱动支路和/或发电机(5)处进行振动测量。
13.根据上述权利要求之一的方法，其中当前载荷指示值(BI)与维护指示值(WI)之间的关系以图形的方式，优选借助标度(24)和/或图形编码输出给用户。
14.用于适配风力发电设备(3)中的电和/或电子组件(I)、尤其是逆变器的负荷的系统(10)，至少包括 -确定单元(12)，其在运行中确定电和/或电子组件(I)的直到达到维护指示值(WI)为止的预期寿命，所述维护指示值代表该组件(I)的状态，在该状态时基于事先确定的设定而应当维护该组件(I )， -均衡单元(14)，其被构造为使得该均衡单元使预期寿命与风力发电设备(3)的下一个维护时刻均衡， -控制单元(16)，其控制所述风力发电设备(3)和/或在该风力发电设备(3)的空间环境中的至少一个其它风力发电设备(3a)，使得电和/或电子组件(I)的负荷减小。
15.计算机程序产品，其可以直接被加载到可编程负荷适配系统(10)的处理器中，具有程序代码装置，用于在该程序产品在负荷适配系统(10)上执行时执行根据权利要求1至13之一的方法的所有步骤。
全文摘要
本发明涉及一种用于适配风力发电设备(3)中的电和/或电子组件(1)、尤其是逆变器的负荷的方法。该方法至少包括以下步骤确定(G)电和/或电子组件(1)的直到达到维护指示值(WI)为止的预期寿命，该维护指示值代表该组件(1)的状态，在该状态时基于事先确定的设定而应当维护该组件(1)，使预期寿命与风力发电设备(3)的下一个维护时刻均衡(D)，控制(E，F)所述风力发电设备(3)和/或在该风力发电设备(3)的空间环境中的至少一个其它风力发电设备(3a)，使得电和/或电子组件(1)的负荷减小。此外，本发明涉及相应地构造的系统(10)。
文档编号G01K3/04GK103053103SQ201180040350
公开日2013年4月17日 申请日期2011年8月19日 优先权日2010年8月20日
发明者F.克鲁格 申请人:西门子公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
