与确定风力涡轮机中的转子失衡有关的改进制造技术

一种风力涡轮机，其包括：塔架、包括多个叶片的转子、操作地耦合到转子的发电机、以及包括主动衰减模块的控制系统，该主动衰减模块被配置为监测风力涡轮机的振荡运动并且输出用于衰减该振荡运动的衰减需求信号。该控制系统被配置为执行转子失衡确定过程，该过程包括：控制转子的旋转频率，从而使其与塔架的固有频率大体上一致；基于衰减需求信号来确定转子失衡数据，并且对所述转子失衡数据进行评估以确定转子失衡状态的出现；以及通过将桨距控制输入施加到多个叶片中的一个或多个来对转子失衡状态进行校正，以便于降低转子失衡的严重程度。本发明专利技术还可以被表示为一种方法。

【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进
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、策略或者过程。
技术介绍
由于用于增加来自可再生资源的能量生产的经济和政治动机，风力涡轮机正被设计得越来越大。随着风力涡轮机的总体尺寸增大，风力涡轮机在操作中经受到的力也增大。塔架负载中的一个重要因素是由于转子的运动而产生的力，该转子被安装到风力涡轮机的机舱。在理想情况下，转子将是平衡的，以便于将由该激励源所施加到塔架上的力最小化。然而，实际上，由于空气动力失衡和质量失衡这两个主要原因，转子在塔架上产生周期性的力。当叶片的空气动力特性受到影响时(例如当叶片中的一个或多个被不正确地安装时、当一个叶片比其它的叶片更脏时、或者当叶片中的一个上的积冰更严重时)，可能发生空气动力失衡。当通过转子平面的气流的湍流区域不均等地对叶片造成影响时，也可能发生空气动力失衡。当叶片的质量受到影响时(例如如果在安装时叶片的质量不同，或者由于叶片内部的水聚积)，可能发生质量失衡。塔架将根据其固有频率或“本征频率”振荡，该固有频率或“本征频率”主要由风力涡轮机的结构特征(例如，用于决定几个因素的风力涡轮机的高度、直径、制造材料、机舱质量)确定。典型地，风力涡轮机将被设计为使得塔架的本征频率与转子和相关联的发电设备的操作的速度范围在频域中间隔开。然而，这种设计原理意味着难以检测和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)受到可能对其使用寿命有不利影响的不平衡的力。已经做出了一些努力来对风力涡轮机的转子失衡进行诊断。在一项研究中，如在“Caselitz，P.，Giebhardt，J.：RotorConditionMonitoringforImprovedOperationalSafetyofOffshoreWindEnergyConverters.ASMEJournalofSolarEnergyEngineering2005，127，p253-261”中所记录的，采用了统计方法来对风力涡轮机的叶片之间的质量失衡进行诊断。具体而言，该方法在重要的时间段(被表现为三个月)内应用“学习阶段”，在该时间段期间，系统对功率输出和风速状态进行监测以便于限定“无故障”转子的功率特性。继而进行进一步的测量以识别与“无故障”特性的任何偏离，以便于对转子所存在问题进行识别。然后以机舱安装的加速度计形式的仪器提供数据，对该数据进行分析以确定在转子的叶片之间是否存在质量失衡。尽管这这种方案似乎提供了这样的方法：提供对叶片失衡状态进行诊断的可能性，但是由于需要学习阶段来定性“无故障”转子，并且由于该方法依赖于所安装的转子确实无故障的假设，所以实际上该方法是不切实际的。针对这种背景，已经设计了本专利技术。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供了一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括：塔架、包括多个叶片的转子、操作地耦合到转子的发电机、以及包括主动衰减模块的控制系统，该主动衰减模块被配置为对风力涡轮机的振荡运动进行监测并且输出用于衰减振荡运动的衰减需求信号。该控制系统被配置为执行转子失衡确定过程，该过程包括：控制转子的旋转频率，从而使转子的旋转频率与塔架的固有频率大体上一致，基于衰减需求信号来确定转子失衡数据，并且对所述转子失衡数据进行评估以确定转子失衡状态的出现，以及通过将桨距控制输入施加到多个叶片中的一个或多个来对转子失衡状态进行校正，以便于降低转子失衡的严重程度。本专利技术还可以被表示为(并且因此还包含)操作风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括：塔架和具有与其附接的多个叶片的转子、以及被配置为衰减风力涡轮机的振荡运动的主动衰减系统。该方法包括：控制转子的旋转频率，从而使转子的旋转频率与塔架的固有频率大体上一致，基于与主动衰减系统相关联的衰减需求信号来确定转子失衡数据，并且对所述转子失衡数据进行评估以确定转子失衡状态的出现，以及通过将桨距控制输入施加到多个叶片中的一个或多个来对转子失衡状态进行校正，以便于降低转子失衡的严重程度。因此，本专利技术提供了具有用于以便利的方式对转子失衡状态进行诊断和校正的设施的风力涡轮机，因为它将存在于风力涡轮机上的仪器用于其它目的。例如，由风力涡轮机的衰减系统使用衰减信号，以在操作期间处理塔架和机舱的振荡，并且通过与叶片相关联的现有桨距控制发动机来实现桨距控制输入。风力涡轮机的振荡运动可以是以前倾(fore-apt)振荡(即，在主轴平面中的振荡)形式的塔架振荡，以及以侧向振荡(即，在垂直于主轴的平面中的振荡)形式的塔架振荡。当转子的旋转频率接近塔架的固有频率时，塔架振荡和因此所需的塔架衰减典型地较大。在这些情况下，与其它影响相比，由于转子失衡所造成的塔架振荡更大。因此，转子失衡数据的确定发生在转子的旋转频率与塔架固有频率大体上一致时。可以设想，如果数据采集发生在转子的旋转频率处于塔架固有频率的+/-10％内时(但更优选地处于塔架固有频率的+/-5％内)，则将获取准确的数据。在一个实施例中，对转子失衡状态进行校正包括迭代过程，该迭代过程包括以下步骤：ⅰ)计算转子失衡数据集合，ⅱ)对所述转子失衡数据集合进行评估以确定转子失衡状态的出现，ⅲ)对转子失衡状态进行校正，ⅳ)当确定转子失衡状态存在时，重复步骤1)到ⅲ)。在替代的实施例中，对转子失衡状态进行校正包含计算与转子的多个桨距偏移点相对应的转子失衡，并且继而选择最佳桨距偏移以施加到转子。更具体地，该过程包括：ⅰ)针对与转子相关联的对应的多个桨距偏移点来计算多个转子失衡数据集合；ⅱ)对多个转子失衡数据集合中的每一个进行评估，以确定转子失衡的严重程度；ⅲ)选择对应于转子失衡数据集合的桨距偏移点，该转子失衡数据集合具有最佳的转子失衡量级；ⅳ)基于所选择的桨距偏移点将桨距校正施加到多个叶片中相应的一个或多个。桨距偏移点可以与相邻的叶片对中的每一个叶片的桨距偏移角的范围相关，并且在所示出的实施例中，桨距偏移点是多个桨距角增量的序列，所述桨距角增量的序列跨越围绕所述相邻的叶片对中的每一个叶片的初始桨距角的预定桨距扫描范围。可以采用各种方法来计划该过程。例如，可以通过接收控制系统外部的触发刺激来触发转子失衡确定过程。替代地，转子失衡确定过程可以被触发为在由控制系统管理的预确定计划上执行。附图说明图1是风力涡轮机系统的示意图；图2是示出用于确定转子失衡的策略的过程图；图3是示出用于校正转子失衡的技术的示例的过程图；图4是示出用于校正转子失衡的技术的另一个示例的过程图；图5a和图5b是示出在图2的过程期间的数据收集结果的曲线图；以及图6描绘了如图4的过程中所示的叶片桨距扫描过程的示例。具体实施方式本专利技术的目的在于提供用于确定是否存在转子失衡状态以及此外应用校正输入以降低所确定的转子失衡的量级的设施。图1示出了给出本专利技术背景的技术架构的示例。被示意性地表示为系统示图的风力涡轮机或“风力涡轮机系统”2包括对于本讨论来说重要的特征，但是应当理解，为了简洁起见，这里没有示出风力涡轮机所常见的许多其它常规特征，例如机舱、塔架、控制网络、配电网络等。然而，技术人员应当理解这些特征是隐含的。还应当注意，风力涡轮机系统的特定架构仅作为示例，以便于示出本专利技术的技术功能，并且因此可以由具有不同特定架构的系统来实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括：塔架、包括多个叶片的转子、操作地耦合到所述转子的发电机、以及包括主动衰减模块的控制系统，所述主动衰减模块被配置为监测所述风力涡轮机的振荡运动并且输出用于衰减所述振荡运动的衰减需求信号，其中，所述控制系统被配置为执行转子失衡确定过程，所述转子失衡确定过程包括：控制所述转子的旋转频率，从而使所述旋转频率与所述塔架的固有频率大体上一致，基于所述衰减需求信号来确定转子失衡数据，并且对所述转子失衡数据进行评估以确定转子失衡状态的出现，以及通过将桨距控制输入施加到所述多个叶片中的一个或多个来对所述转子失衡状态进行校正，以便于降低所述转子失衡的严重程度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.13 DK PA2014704831.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括：塔架、包括多个叶片的转子、操作地耦合到所述转子的发电机、以及包括主动衰减模块的控制系统，所述主动衰减模块被配置为监测所述风力涡轮机的振荡运动并且输出用于衰减所述振荡运动的衰减需求信号，其中，所述控制系统被配置为执行转子失衡确定过程，所述转子失衡确定过程包括：控制所述转子的旋转频率，从而使所述旋转频率与所述塔架的固有频率大体上一致，基于所述衰减需求信号来确定转子失衡数据，并且对所述转子失衡数据进行评估以确定转子失衡状态的出现，以及通过将桨距控制输入施加到所述多个叶片中的一个或多个来对所述转子失衡状态进行校正，以便于降低所述转子失衡的严重程度。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，对转子失衡数据的所述确定发生在所述转子的所述旋转频率与所述塔架固有频率大体上一致时。3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中，所述转子的所述旋转频率在所述塔架固有频率的+/-10％内。4.根据权利要求1至3所述的风力涡轮机，其中，对所述转子失衡状态的校正包括迭代过程，所述迭代过程包括以下步骤：ⅰ)计算转子失衡数据集合，ⅱ)对所述转子失衡数据集合进行评估以确定转子失衡状态的出现，ⅲ)对所述转子失衡状态进行校正，ⅳ)当确定转子失衡状态存在时，重复步骤1)到ⅲ)。5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其中，计算所述转子失衡数据集合包括：在预定的数据采集时间段内获取所述衰减需求信号和转子方位角信号。6.根据权利要求1至3所述的风力涡轮机，其中，对所述转子失衡状态的校正包括：ⅰ)针对与所述转子相关联的对应的多个桨距偏移点来计算多个转子失衡数据集合；ⅱ)对所述多个转子失衡数据集合中的每一个进行评估，以确定所述转子失衡的所述严重程度；ⅲ)选择对应于具有最佳的转子失衡量级的所述转子失衡数据集合的所述桨距偏移点；ⅳ)基于所选择的桨距偏移点将桨距校正施加到所述多个叶片中相应的一个或多个叶片。7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其中，计算所述多个转子失衡数据集合包括：针对所述转子失衡数据集合中的每一个，在预定的数据采集时间段内获取所述衰减需求信号和转子方位角信号。8.根据权利要求6或7所述的风力涡轮机，其中，所述桨距偏移点与相邻叶片对中的每一个叶片的桨距偏移角的范围相关。9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其中，所述桨距偏移点...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·布罗德斯加德，T·克吕格尔，
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