与确定风力涡轮机中的转子失衡有关的改善制造技术

用于改善风力涡轮机中的转子的平衡的方法和系统，包括；确定与选定的转子叶片对相关联的叶片负荷数据；基于所述叶片负荷数据来确定与所述选定的转子叶片对相关联的桨距失衡数据，其中，与转子叶片对相关联的所述桨距失衡数据是基于至少叶片负荷、转子速度和风速的测量结果的；并且确定桨距控制输入并所述将桨距控制输入应用于所述选定的转子叶片对中的一个或两个叶片，以便降低转子失衡的严重性。

Improvements related to determining the rotor unbalance in a wind turbine

A method and system for the improvement of the rotor in a wind turbine balance include; determine with selected rotor blades on associated blade loading data; the data of the blade loading is determined based on the rotor blade and the selected on the associated pitch imbalance data, which, with the rotor blade from the imbalance of data the propeller joint is measured results at least the blade loading and rotor speed and wind speed based on; and determine the pitch control input and the will of one or two blades in the rotor blade pitch control input is applied to the selected, in order to reduce the severity of the rotor imbalance.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与确定风力涡轮机中的转子失衡有关的改善
本专利技术涉及用于确定风力涡轮机的转子中的失衡的技术、策略或过程。
技术介绍
由于经济和政策刺激，风力涡轮机被设计得越来越大，以增加从可再生资源的能量产生。由于风力涡轮机的整体尺寸增加，因此风力涡轮机在操作中所经历的力也增加。塔架负荷中的一个显著因素是由于被安装到风力涡轮机的机舱的转子的运动而生成的力。在理想的情况下，转子将会是平衡的，以便使由该激励源施加到塔架的力最小化。然而，在实践中，由于两个原理上的原因：空气动力学失衡和质量失衡，转子在塔架上生成周期性力。当叶片的空气动力学性质被影响时，例如当叶片中的一个或多个被不正确地安装时，当一个叶片比另一个更脏时，或者当在叶片中的一个上累积冰更严重时，空气动力学失衡能够发生。当穿过转子平面的气流的湍流区域不等地影响叶片时，空气动力学失衡也能够发生。当叶片的质量被影响时，例如如果叶片的质量在安装时不同，或者由于叶片的内部中的水积聚，质量失衡能够发生。塔架将会根据在很大程度上由风力涡轮机的结构特征(例如其高度、直径、制造的材料、机舱质量)确定以命名一些因素的塔架的自然频率或“本征频率”进行振荡。通常，风力涡轮机将会被设计为使得塔架的本征频率在频域中与转子和相关联的发电设备的操作速度范围间隔开。然而，这种设计原理意味着难以检测并量化转子失衡对塔架的影响，结果是系统的重要部件(例如转子轴承、发电设备等)经受能够对其使用寿命有有害影响的不平衡力。已经做出一些努力来诊断针对风力涡轮机的转子失衡。在一个研究中，如在Caselitz,P.、Giebhardt,J.的“RotorConditionMonitoringforImprovedOperationalSafetyofOffshoreWindEnergyConverters”(ASMEJournalofSolarEnergyEngineering2005，第127卷，第253-261页)中记录的，采取统计学方法来诊断风力涡轮机的叶片之间的质量失衡。具体地，该方法在系统监测功率输出和风速状况的显著时间段(表现为三个月)内应用“学习阶段”，以便为‘无故障’转子定义功率特性。然后采取进一步的测量以识别从“无故障”特性的任何偏离，以便识别转子存在问题。机舱安装的加速度计形式的仪器然后提供被分析以确定在转子的叶片之间是否存在质量失衡的数据。尽管这样的方案似乎提供了给予诊断叶片失衡状况的可能性的方法，但是在实践中由于对表征“无故障”转子的学习阶段的需要并且由于其对所安装的转子确实将会是无故障的假设的依赖，这是不切实际的。另外的挑战在于如何分开质量失衡与桨距失衡对统计学数据的影响。在此背景下已经设计了本专利技术。
技术实现思路
在第一方面中，本专利技术提供了一种改善风力涡轮机中的转子的平衡的方法，所述方法包括；确定与选定的转子叶片对相关联的叶片负荷数据；基于所述叶片负荷数据来确定与所述选定的转子叶片对相关联的桨距失衡数据，其中，与转子叶片对相关联的所述桨距失衡数据是基于至少叶片负荷、转子速度和风速的测量结果的；并且确定桨距控制输入并将所述桨距控制输入应用于所述选定的转子叶片对中的一个或两个叶片，以便降低转子失衡的严重性。本专利技术扩展到并且因此包含一种风力涡轮机系统，所述风力涡轮机系统包括具有多个转子叶片的转子，所述转子叶片中的每个都装备有叶片负荷感测器件和叶片桨距控制器件，所述系统还包括控制器，所述控制器被配置为：使用所述叶片负荷感测器件来确定与所述多个转子叶片中的选定对相关联的叶片负荷数据；基于所述叶片负荷数据来确定与选定的转子叶片对相关联的桨距失衡数据，其中，与转子叶片对相关联的所述桨距失衡数据是基于至少叶片负荷、转子速度和风速的测量结果的；并且确定桨距控制输入并将所述桨距控制输入应用于所述选定的转子叶片对中的一个或两个叶片的所述桨距控制器件，以便降低转子失衡的严重性。有益地，本专利技术提供了用于基于叶片负荷数据来诊断并校正转子叶片的空气动力学失衡的“基于模型”的方法。风力涡轮机通常装备有合适的感测系统来测量叶片所经历的负荷(即，弯矩)，因此本专利技术能够被改造为安装到风力涡轮机系统上而没有任何仪器或者至少少量的另外的仪器。此外，通过识别一对叶片之间的桨距的失衡，能够进行独立于转子的方位角的对叶片桨距的合适调节。本专利技术涉及估计叶片对之间的桨距失衡。因此，本专利技术可以包括确定与选定的转子叶片对中的每个相关联的叶片负荷参数，并且此外，确定与每个选定的转子叶片对相关联的所述叶片负荷参数的差。为了基于模型的方法的准确性，优选的是确定叶片负荷数据的步骤包括：在所述转子速度基本上恒定的状况期间采集与所述选定的转子叶片对中的每个叶片相关联的叶片负荷数据集。在实践中，精确恒定的转子速度是不可实现的，因此优选的是所述转子速度被维持在目标速度的+/-10％内，并且更优选地被维持在目标速度的+/-5％内。类似地，为了基于模型的方法的准确性，优选的是数据采集发生在风速基本上恒定(例如，恒定在+/-10％内，或更优选地恒定在+/-5％内)的状况期间。在一个实施例中，叶片负荷数据的采集可以发生在转子叶片具有基本上被设定为0°的桨距角的情况期间。这样的措施使叶片上的推力最小化，使得叶片之间的推力的差能够被假设为可归因于桨距失衡。在数据采集的备选方法中，叶片负荷数据可以在相应的叶片接近0°和180°位置的情况下被采集。在这些情况下，重力对叶片襟翼负荷的贡献能够被假设为可忽略的，使得叶片负荷的差能够仅归因于桨距失衡。在一个实施例中，核查步骤可以在确定并应用桨距控制输入的步骤之前被实施，以确保与选定的转子叶片对相关联的桨距失衡数据超过预定的阈值。因此，这样的措施确保叶片桨距仅在叶片之间的失衡被判断为不可接受时被调节。进一步的核查步骤可以在确定并应用桨距控制输入的步骤之后被实施，其中，步骤i)确定与选定的转子叶片对相关联的叶片负荷数据；以及ii)基于所述叶片负荷数据来确定与所述选定的转子叶片对相关联的桨距失衡数据；以便核查转子失衡的严重性是否已经被降低。因此，该措施提供了对控制输入已经具有降低空气动力学失衡对转子严重性的期望效果的确认。附图说明图1是风力涡轮机系统的示意图；图2是图示用于确保和校正转子失衡的策略的过程示意图；图3是装有三个叶片的转子并且指示0°方位角位置的视图；图4是指示叶片的襟翼负荷方向和零桨距位置的叶片轮廓的图示性视图，并且图5是在本专利技术的实施例的叶片失衡算法中的使用的变量的概略图示。具体实施方式本专利技术的目的是提供一种设施来确定转子失衡状况是否存在并应用校正性输入来降低转子失衡的严重性。图1图示了用于本专利技术的技术架构的范例。示意地表示为系统示意图，风力涡轮机或“风力涡轮机系统”2包括对于该讨论而言显著的特征，但是应当认识到，为了简洁起见，这里未示出对于风力涡轮机而言普通的许多其他常规特征，例如机舱、塔架、控制网络、功率分配网络等。然而，本领域技术人员应当理解，这些特征是隐含的。而且应当注意，风力涡轮机系统的特定架构仅作为范例以便图示本专利技术的技术功能，并且因此本专利技术可以通过具有不同的特定架构的系统来实施。在本专利技术的该实施例中，风力涡轮机系统2包括具有一组叶片5的转子4，所述转子4借助于输入轴8来驱动变速箱6。在该实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善风力涡轮机中的转子的平衡的方法，所述方法包括；确定与选定的转子叶片对相关联的叶片负荷数据；基于所述叶片负荷数据来确定与所述选定的转子叶片对相关联的桨距失衡数据，其中，与转子叶片对相关联的所述桨距失衡数据是基于至少叶片负荷、转子速度和风速的测量结果的；并且确定桨距控制输入并将所述桨距控制输入应用于所述选定的转子叶片对中的一个或两个叶片，以便降低转子失衡的严重性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.01 DK PA2014705271.一种改善风力涡轮机中的转子的平衡的方法，所述方法包括；确定与选定的转子叶片对相关联的叶片负荷数据；基于所述叶片负荷数据来确定与所述选定的转子叶片对相关联的桨距失衡数据，其中，与转子叶片对相关联的所述桨距失衡数据是基于至少叶片负荷、转子速度和风速的测量结果的；并且确定桨距控制输入并将所述桨距控制输入应用于所述选定的转子叶片对中的一个或两个叶片，以便降低转子失衡的严重性。2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定叶片负荷数据包括确定与每个选定的转子叶片对相关联的叶片负荷参数。3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定叶片负荷数据还包括确定与每个选定的转子叶片对相关联的所述叶片负荷参数的差。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述选定的转子叶片对之间的叶片负荷参数的所述差是通过下式来提供的：E[MBA]-E[MBB]≈k2·ΔAB·E[(V·(1-a))2+(rωr·(1+a′))2]5.根据权利要求1至4所述的方法，其中，确定与所述选定的转子叶片对相关联的桨距失衡数据是通过下式来提供的：6.根据权利要求1至5所述的方法，包括确定与两个或更多个选定的转子叶片对相关联的叶片负荷数据。7.根据权利要求1至6所述的方法，其中，确定叶片负荷数据的步骤包括：在所述转子速度基本上恒定的状况期间采集与所述选定的转子叶片对中的每个叶片相关联的叶片负荷数据集。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述转子速度被维持在目标速度的+/-10％内。9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述转子速度被维持在目标速度的+...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·K·克里斯托弗森，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK