风力涡轮机的振荡移动的检测制造技术

描述了一种用于确定风力涡轮机的振荡移动量的系统（400、500），所述风力涡轮机包括塔架（1）、通过所述塔架（1）支撑的非旋转上部（3）、具有转子轴（4a）的转子（4）以及用于产生电功率的发电机。所述系统包括：（a）传感器单元（408、508），其适于提供表示所述转子（4）相对于所述非旋转上部（3）的旋转速度的转子速度信号；（b）滤波单元（415、515），其适于基于由所述传感器单元提供的所述转子速度信号来提供滤波信号，所述滤波信号包括与所述风力涡轮机的振荡移动相关联的信息；以及（c）处理单元（420、520），其适于基于由所述滤波单元提供的所述滤波信号来确定所述振荡移动量。此外，还描述了一种风力涡轮机及一种方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风力涡轮机的振荡移动的检测
本专利技术涉及风力涡轮机的领域，特别是涉及对振荡的风力涡轮机移动的检测。更具体而言，本专利技术涉及用于确定风力涡轮机的振荡移动量的系统、包括这样的系统的风力涡轮机以及确定风力涡轮机的振荡移动量的方法。
技术介绍
现代风力涡轮机构建在高度不断增加的塔架上。这些大型结构可能受到被操作环境影响的涡轮机的正常操作的激励。由此，特别是在塔架结构中，可能发生大幅的振荡移动。塔架的大幅运动可能造成结构损伤。在塔架顶部中可使用加速度计来检测严重的振荡，使得风力涡轮机控制系统能够以安全的方式来使风力涡轮机停止。然而，利用该方法，仅捕获到塔架顶部的移动。因此，无法检测到在塔架顶部不像该结构的其他部分那样显著地移动的情况下的更复杂的移动型态。因此，需要一种系统，其能够检测到此类复杂的振荡移动型态，以便有效地保护风力涡轮机免受结构损伤。
技术实现思路
该需要可通过根据独立权利要求所述的主题来满足。本专利技术的有利实施例通过从属权利要求来描述。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于确定风力涡轮机的振荡移动量的系统，该风力涡轮机包括塔架、通过该塔架支撑的非旋转上部、具有转子轴的转子以及用于产生电功率的发电机。该系统包括：（a）传感器单元，其适于提供表示该转子相对于该非旋转上部的旋转速度的转子速度信号；（b）滤波单元，其适于基于由该传感器单元提供的该转子速度信号，来提供包括与该风力涡轮机的振荡移动相关联的信息的滤波信号；以及（c）处理单元，其适于基于由该滤波单元提供的该滤波信号来确定该振荡移动量。本专利技术的该方面是基于以下构思，即：如通过传感器单元测量的转子相对于非旋转上部的旋转速度将受风力涡轮机的移动影响，并且可通过对来自传感器单元的转子速度信号进行滤波来确定该影响（或者至少其选定的部分）。更具体而言，由于转子相对于地面的旋转（即，转子的真实旋转速度）将不会受塔架移动影响，因此引起风力涡轮机的非旋转上部的侧倾移动的风力涡轮机结构中的任何移动都将会引起通过传感器单元测量到的转子速度的相对应变化。换言之，塔架结构中的振荡移动将会引起来自传感器单元的转子速度信号的相对应振荡。通过从转子速度信号中滤除这些振荡，可确定所述振荡移动量（即，特定位置处的振荡移动幅度，该特定位置例如沿塔架的选定位置）。根据本专利技术的一个实施例，该传感器单元包括传感器，特别是光学传感器和/或磁性传感器，其适于检测该转子上的预定图案。该传感器优选地安装在风力涡轮机的非旋转上部上的适于检测转子上的该预定图案的位置。根据本专利技术的另一实施例，该传感器单元包括频率传感器，该频率传感器适于检测该发电机所产生的电功率的频率。由该发电机产生的电功率的频率取决于转子（相对于风力涡轮机的非旋转部分）的旋转速度。因此，通过测量该频率，以简单的方式获得了相对于非旋转部分的旋转速度的量度。根据本专利技术的另一实施例，该风力涡轮机还包括布置在该发电机与该转子之间的齿轮箱和高速耦接件，并且该传感器单元包括传感器，该传感器适于检测该高速耦接件相对于该非旋转上部的旋转速度。该高速耦接件的旋转速度将与转子的旋转速度相关，并且因此，将包含与该转子速度相同的与风力涡轮机的振荡移动相关联的信息，这是因为它是相对于风力涡轮机的非旋转上部来测量的。根据本专利技术的另一实施例，该系统还包括：（a）另一传感器单元，其适于提供表示该转子相对于地面的旋转速度的另一转子速度信号；以及（b）减法单元，其适于从该转子速度信号减去该另一转子速度信号，以由此提供表示该非旋转上部的侧倾角速度的侧倾信号。该滤波单元适于基于该侧倾信号来提供包括与该风力涡轮机的振荡移动相关联的信息的该滤波信号。在该实施例中，另一转子速度信号通过另一传感器单元来提供。该另一转子速度信号表示转子的真实旋转速度，即相对于地面或地的旋转速度。通过从转子速度信号减去该另一转子速度信号，获得侧倾信号，该侧倾信号包括关于风力涡轮机的非旋转上部的侧倾角速度的信息，即转子速度信号的由引起非旋转部分的侧向移动的风力涡轮机移动引起的部分。通过对从转子速度信号和该另一转子速度信号得到的该侧倾信号进行滤波，可获得风力涡轮机结构中的特定振荡移动的幅度。根据本专利技术的另一实施例，该另一传感器单元包括惯性传感器，该惯性传感器适于布置在该转子处。该惯性传感器可优选地包括布置在转子的轮毂中的加速度计和/或陀螺仪传感器。根据本专利技术的另一实施例，该滤波单元包括以该塔架的基频为中心的带通滤波器。通过利用以塔架的基频为中心的带通滤波器，可获得与对应于该基频的振荡移动（特别是其幅度）相关的信息。该基频特别是可表示该塔架的特征频率。根据本专利技术的另一实施例，该塔架的基频对应于该塔架的第二或更高阶的基本模式（fundamentalmode）。通过滤除更高阶的模式（即，第二基本模式、第三基本模式等），可获得对应于这些特定振荡移动模式的移动量。因此，即使在风力涡轮机自身的上部不会过多移动的情况下，例如当塔架的处于地面与该上部之间的中间部段（或者一个或多个其他部分）从一侧摇摆到另一侧时，也可检测到包含在复杂移动型态中的过度的移动幅度。根据本专利技术的另一实施例，该处理单元适于利用该塔架的数学模型来确定该振荡移动量。该数学模型描述该塔架的物理特性，并且包括该风力涡轮机的相关物理参数（例如，塔架高度、塔架刚度以及塔架顶部质量）。根据本专利技术的另一实施例，该塔架的数学模型提供塔架加速度与该非旋转上部的侧倾角速度之间的关系。根据本专利技术的另一实施例，该系统还包括警告单元，该警告单元适于将所确定的振荡移动量与阈值比较，并且如果所确定的振荡移动量超过该阈值，则输出警告信号。该警告信号可简单地指示发生危险的振荡移动。可替代地，该警告信号也可指示移动量，使得风力涡轮机控制系统可选择适当的动作，例如负载减少、转子速度降低或紧急关机。根据本专利技术的第二方面，提供了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括：（a）塔架；（b）通过该塔架支撑的非旋转上部；（c）具有转子轴的转子；（d）用于产生电功率的发电机；以及（e）根据第一方面或上述实施例中的任何一个的系统。本专利技术的该方面涉及一种风力涡轮机，其装配有根据第一方面（或上述实施例中的一个）的有利系统。因此，该风力涡轮机能够检测振荡移动量，以由此在危险的大振荡移动的情况下保护自身。根据本专利技术的第三方面，提供了一种确定风力涡轮机的振荡移动量的方法，该风力涡轮机包括塔架、通过该塔架支撑的非旋转上部、具有转子轴的转子以及用于产生电功率的发电机。该方法包括：（a）提供表示该转子相对于该非旋转上部的旋转速度的转子速度信号；（b）基于该转子速度信号来提供滤波信号，该滤波信号包括与该风力涡轮机的振荡移动相关联的信息；以及（c）基于该滤波信号来确定该振荡移动量。本专利技术的这个方面与上述第一方面基于基本上相同的构思。要注意的是，已参考不同的主题描述了本专利技术的实施例。特别地，一些实施例已参考方法类型的权利要求来描述，而其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定风力涡轮机的振荡移动量的系统（400、500），所述风力涡轮机包括塔架（1）、通过所述塔架（1）支撑的非旋转上部（3）、具有转子轴（4a）的转子（4）以及用于产生电功率的发电机，所述系统包括：/n传感器单元（408、508），其适于提供表示所述转子（4）相对于所述非旋转上部（3）的旋转速度的转子速度信号；/n滤波单元（415、515），其适于基于由所述传感器单元提供的所述转子速度信号来提供滤波信号，所述滤波信号包括与所述风力涡轮机的振荡移动相关联的信息；以及/n处理单元（420、520），其适于基于由所述滤波单元提供的所述滤波信号来确定所述振荡移动量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180102 EP 18150056.21.一种用于确定风力涡轮机的振荡移动量的系统（400、500），所述风力涡轮机包括塔架（1）、通过所述塔架（1）支撑的非旋转上部（3）、具有转子轴（4a）的转子（4）以及用于产生电功率的发电机，所述系统包括：
传感器单元（408、508），其适于提供表示所述转子（4）相对于所述非旋转上部（3）的旋转速度的转子速度信号；
滤波单元（415、515），其适于基于由所述传感器单元提供的所述转子速度信号来提供滤波信号，所述滤波信号包括与所述风力涡轮机的振荡移动相关联的信息；以及
处理单元（420、520），其适于基于由所述滤波单元提供的所述滤波信号来确定所述振荡移动量。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器单元包括传感器，所述传感器适于检测所述转子上的预定图案。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器单元包括频率传感器，所述频率传感器适于检测所述发电机所产生的电功率的频率。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述风力涡轮机还包括布置在所述发电机与所述转子（4）之间的齿轮箱和高速耦接件，并且其中，所述传感器单元包括传感器，所述传感器适于检测所述高速耦接件相对于所述非旋转上部（3）的旋转速度。


5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括：
另一传感器单元（511），其适于提供表示所述转子（4）相对于地面（2）的旋转速度的另一转子速度信号；以及
减法单元（512），其适于从所述转子速度信号减去所述另一转子速度信号，以由此提供表示所述非旋转上部（3）的侧倾角速度的侧倾信号（513），
其中，所述滤波单元（515）适于基于所述侧倾信号来提供包括与所述风...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·H·霍金斯，G·赫格，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK