用于风力涡轮机的叶片负载感测系统技术方案

一种用于确定风力涡轮机叶片上的负载的方法，包括：通过风力涡轮机叶片负载传感器的方式来测量所述叶片负载；估计所述叶片的温度；基于所估计的温度和所测量的负载来确定所述风力涡轮机叶片上的所述负载的经温度校正的值。本发明专利技术还涉及一种用于风力涡轮机的传感器系统，所述系统包括：负载传感器；处理单元，其与所述负载传感器接口连接并且被配置为提供经温度校正的负载参数作为输出，其中，所述处理单元包括：温度估计模块，其基于至少一个风力涡轮机参数来确定所述负载传感器附近的叶片的估计温度；以及负载补偿模块，其基于所述估计温度和所述负载传感器的测量值来确定经温度校正的负载参数。

A blade load sensing system for wind turbines

A method for determining the load of the wind turbine blade includes: to measure the blade load through the wind turbine blade load sensor; the blade temperature estimation; the estimated temperature and load measurement to determine the value of the temperature corrected wind turbine blade on the load based on. The invention also relates to a sensor system for wind turbine, the system comprises a load sensor; the processing unit, and the load sensor interface is connected and configured to provide the load parameters of temperature correction as output, wherein the processing unit includes: a temperature estimation module, which determines the load the leaves near the sensor based on at least one wind turbine parameter estimation of temperature; and the load compensation module, which is based on the estimated measurement temperature and the load sensor to determine the value of the load parameters of temperature correction.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于风力涡轮机的叶片负载感测系统
本专利技术涉及用于确定由风力涡轮机叶片经受的负载的系统和方法。
技术介绍
由于空气动力、重力和惯性力的原因，风力涡轮机的叶片在工作期间会经受负载。过大的负载可能会损坏叶片以及风力涡轮机的其它部件，并且因此重要的是确保叶片经受的负载保持在可接受极限之内。为了监测这一负载，现代风力涡轮机通常设有叶片负载传感器系统。这样的系统一般包括每个叶片中提供的负载传感器，以测量该叶片经受的负载。负载传感器通常以应变仪的形式提供，并且更具体而言提供为光学应变仪，例如类似于EP1230531中描述的那种。由于所测量的物体(即，叶片)的热膨胀被应变仪检测为应变，或者由于传感器封装自身上的直接温度效应，所有的应变仪都对温度非常敏感。为了解决这个问题，已知有包括温度传感器的传感器封装，从而可以使用来自温度传感器的数据针对温度效应补偿负载信号。然而，这样的负载传感器封装可能是昂贵的、难以安装的并且还对于在风力涡轮机的使用寿命期间维持而言是有问题的，因此期望提供对这样的负载传感器封装的替代方案，而不会牺牲可利用温度补偿(使用整合温度传感器)实现的精确度。
技术实现思路
针对这一背景，本专利技术在第一方面中提供了一种用于风力涡轮机叶片的传感器系统，所述系统包括：负载传感器；处理单元，其与所述负载传感器接口连接并且被配置为提供经温度校正的负载参数作为输出，其中，所述处理单元包括：温度估计模块，其基于至少一个风力涡轮机参数来确定所述负载传感器附近的叶片的估计温度；以及负载补偿模块，其基于所述估计温度和所述负载传感器的所述负载测量值来确定经温度校正的负载参数。在第二方面，本专利技术还扩展到并因此涵盖了一种用于确定风力涡轮机叶片上的负载的方法，其包括：通过风力涡轮机叶片负载传感器的方式来测量所述叶片负载；估计所述叶片的温度；基于所估计的温度和所测量的负载来确定所述风力涡轮机叶片上的所述负载的经温度校正的值。本专利技术的实施例提供了避免针对温度补偿对叶片中的附加传感器的安装需要的益处。因此，可以使用没有温度传感器的传感器封装，其通过示例的方式提高了传感器封装的可维护性，因为不需要温度校准；传感器封装的成本由于更加简单的传感器封装而是可行的；以及由于较小的传感器封装可行的定位的灵活性。此外，更加灵活的温度补偿能力可以被提供到现有的传感器硬件，由于实施例可以在标准的处理硬件中实施。负载传感器可以是光学应变仪。在一个实施例中，所述温度估计模块将所述负载传感器附近的所述叶片的估计温度与所述至少一个风力涡轮机参数的值直接相关。根据实施方式的观点这是相对简单的解决方案，并且可以提供一些应用的可接受的精确温度信息。在这样的情况下，所述温度估计模块将所述负载传感器附近的所述叶片的估计温度与所述风力涡轮机的远离所述负载传感器的部件或区域的温度测量值相关。替代的实施例可以涉及将所述负载传感器附近的所述叶片的估计温度与周围环境的温度相关的温度估计模块。在另外的替代实施例中，所述温度估计模块可以基于传递到所述叶片内部的净热能来对所述负载传感器附近的所述叶片的温度执行建模。本专利技术还扩展到：如下文限定的风力涡轮机叶片，其包括传感器系统；计算机程序产品，其能够从通信网络下载和/或存储在机器可读介质上，所述计算机程序产品包括用于实施如上限定的方法的程序代码指令；以及具有这样的计算机程序产品存储于其上的机器可读介质。附图说明为了可以更容易地理解本专利技术，现在将参考附图描述本专利技术的示例，在附图中：图1是风力涡轮机的前视图；图2是根据本专利技术的实施例的叶片负载传感器系统；图3是更详细地示出系统的特征的方框图；以及图4是示出可以由图3的系统执行的方法的步骤的流程图。具体实施方式参考图1，风力涡轮机10被示为包括安装于塔架14顶部的机舱12，其自身以通常方式被固定到地基16中。机舱12容纳风力涡轮机10的各种发电部件，并且支撑包括轮毂18和三个叶片20的转子。图1中所示的风力涡轮机设施是水平轴风力涡轮机(HAWT)设施，这是一种常见类型的系统，但存在本专利技术也适用的其它类型。如所周知的，作用于叶片20上的风流使转子旋转，转子驱动机舱12中容纳的发电设备。如上所述，在风力涡轮机10工作期间，由于空气动力、重力和惯性力的原因，叶片20经受负载。为了监测这些负载，根据本专利技术的实施例，风力涡轮机10设有叶片负载传感器系统，现在将参考图2描述其特征。应该指出的是，在这个阶段，附图是示意性的并出于清晰的目的被简化，并且避免不必要的细节使本专利技术的原理形式难以理解。当然，在实践中，风力涡轮机10会包括更多部件。本领域的技术人员将认识到，风力涡轮机的实际实施方式中可以存在额外的常规部件，因此暗示它们是存在的。在图2中，叶片20被示为具有由限定基本中空内部26的外壳24提供的翼形轮廓22。叶轮20的翼形轮廓22在其根端28混合成基本圆柱形截面，在此叶片20耦合到轮毂18。叶片20包括位于叶片20的根端28附近的负载传感器封装30，并且负载传感器30接口连接到处理单元32，在该实施例中其被示出为容纳在机舱12中，虽然这不需要是可以位于风力涡轮机中的其它地方的情况。处理单元32的功能在于从负载传感器30接收负载信号并且输出经温度校正的负载参数，如将解释的。在图2中，处理单元32被示出为连接到数据总线34，使得连接到该数据总线34的任何子系统可以从其采集叶片负载参数。然而，处理单元32可以替代地被配置为向任何相关子系统直接输出负载参数。此时，应当指出，图2中仅示出了单个叶片20，并且在实践中，处理单元32可以从其它叶片上的负载传感器接收数据输入。替代地，专用处理单元可以针对彼此提供。此外，尽管仅示出了单个负载传感器30，但应当理解每个叶片可以被配置有多于一个负载传感器，这取决于应用。负载传感器30被配置为测量叶片20的机械变形。尽管在该实施例中传感器30位于根端28处或附近，但应当注意在原则上传感器30可以安装在叶片20内的其它位置中。负载传感器30可以接合到叶片20的内部表面，或替代地，传感器30可以嵌入在外壳24的结构内或接合到外部结构。适合负载传感器的示例是可选的应变计(例如光纤布拉格光栅)，其包括在可选光纤的核心中的在不同应变水平下的反射光波长差异的等间距反射点。如上所述，处理单元32与负载传感器30接口连接，以便从负载传感器30接收原始负载信号并且被配置为执行温度校正功能，使得从处理单元32输出的负载参数具有提高的精确度。这样做，处理单元32被布置为监测(即，接收与之相关的数据信号)一个或多个风力涡轮机参数。一个或多个风力涡轮机参数可以包括但不限于：机舱温度和环境温度。出于此目的，风力涡轮机10设有向处理单元32提供数据信号的各种传感器。视情况而定，技术人员将理解传感器可以经由有线或无线连接向处理单元32提供信号。在图2中可以看出，机舱12包括内部温度传感器36以测量机舱12内部的温度。内部温度传感器36可以是机舱温度控制系统的部分，其将机舱12内部的温度维持在可接受工作极限之内，以防止机舱12内部的发电设备过热。机舱12还包括环境温度传感器38以测量风力涡轮机10附近的环境空气温度。在图2中，环境温度传感器38被示为安装到机舱的气象系统(或“接触拴柱(metmast)”)的部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于风力涡轮机叶片的传感器系统，所述系统包括：负载传感器，其提供负载测量值；处理单元，其与所述负载传感器接口连接并且被配置为提供经温度校正的负载参数作为输出，其中，所述处理单元包括：温度估计模块，其基于至少一个风力涡轮机参数来确定所述负载传感器附近的所述叶片的估计温度；负载补偿模块，其基于所述估计温度和所述负载传感器的所述负载测量值来确定所述经温度校正的负载参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.24 DK PA2015703871.一种用于风力涡轮机叶片的传感器系统，所述系统包括：负载传感器，其提供负载测量值；处理单元，其与所述负载传感器接口连接并且被配置为提供经温度校正的负载参数作为输出，其中，所述处理单元包括：温度估计模块，其基于至少一个风力涡轮机参数来确定所述负载传感器附近的所述叶片的估计温度；负载补偿模块，其基于所述估计温度和所述负载传感器的所述负载测量值来确定所述经温度校正的负载参数。2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，所述温度估计模块将所述负载传感器附近的所述叶片的估计温度与所述至少一个风力涡轮机参数的值直接相关。3.根据权利要求2所述的传感器系统，其中，所述温度估计模块将所述负载传感器附近的所述叶片的估计温度与所述风力涡轮机的远离所述负载传感器的部件或区域的温度测量值相关。4.根据权利要求3所述的传感器系统，其中，所述温度估计模块将所述负载传感器附近的所述叶片的估计温度与周围环境的温度相关。5.根据权利要求2所述的传感器系统，其中，所述温度估计模块基于传递到所述叶片内部的净热能来对所述负载传感器附近的所述叶片的温度执行建模。6.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器系统，其中，应变传感器是光学应变仪。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：F·卡波内蒂，D·希尔顿，
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