用于减轻风力涡轮的转子叶片的损坏的系统及方法技术方案

一种用于减轻风力涡轮的多个转子叶片中的转子叶片的损坏的方法，包括在至少一个方向上从多个转子叶片接收多个加速度信号。该方法还包括对于多个加速度信号中的每个产生谱密度。此外，该方法包括基于对于至少一个预定频率范围的多个加速度信号中的每个的谱密度来确定多个转子叶片中的每个的叶片能量。而且，该方法包括将叶片能量与彼此或预定损坏阈值中的至少一个进行比较。另外，该方法包括当叶片能量中的一个或多个彼此相差预定量或叶片能量中的一个或多个超过预定损坏阈值时执行控制动作。

【技术实现步骤摘要】
用于减轻风力涡轮的转子叶片的损坏的系统及方法
本公开大体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及用于减轻风力涡轮的转子叶片的损坏的系统和方法。
技术介绍
风力被认作是目前可用的最清洁、最环境友好的能源之一，且就此而言，风力涡轮得到越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔筒、发电机、变速箱、机舱和一个或多个转子叶片。机舱包括联接到变速箱和发电机的转子组件。转子组件和变速箱安装在位于机舱内的台板支承框架上。更确切地说，在许多风力涡轮中，变速箱经由一个或多个转矩臂或臂安装至台板。一个或多个转子叶片使用已知的翼型件原理获得风的动能。转子叶片传送呈旋转能的形式的动能，以便转动将转子叶片联接至变速箱(或如果未使用变速箱，则直接地联接至发电机)的轴。发电机然后将机械能转换成电能，电能可部署至公用电网。在转子叶片的生命周期期间，转子叶片可能经受引起叶片损坏的各种条件。例如，在风力涡轮操作期间，转子叶片可能由于各种操作和/或环境条件而过度地加载，且/或转子叶片可能由于制造缺陷而包括各种应力点。无论是什么引起损坏，局部应力集中都可能形成裂纹，裂纹会迅速蔓延，并最终导致叶片故障。在最坏的情况下，灾难性的叶片故障可能需要更换塔筒甚至整个风力涡轮。鉴于上述情况，本领域不断寻求用于检测和减轻转子叶片损坏的新的和改进的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将在以下描述中阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本专利技术学到。一方面，本公开涉及一种用于减轻风力涡轮的多个转子叶片中的转子叶片的损坏的方法。该方法包括经由控制器在至少一个方向上从多个转子叶片接收多个加速度信号。该方法还包括经由控制器对于多个加速度信号中的每个产生谱密度。此外，该方法包括经由控制器基于对于至少一个预定频率范围的多个加速度信号中的每个的谱密度来确定多个转子叶片中的每个的叶片能量。而且，该方法包括将叶片能量与彼此或预定损坏阈值中的至少一个进行比较。另外，该方法包括当一个或多个叶片能量彼此相差预定量或一个或多个叶片能量超过预定损坏阈值时执行控制动作。在一个实施例中，例如，多个加速度信号可由多个转子叶片的相应的变桨系统产生。在另一个实施例中，方向可包括重力方面的Z方向。在进一步的实施例中，该方法可包括基于风力涡轮的功率输出、转子叶片类型、风力涡轮类型和/或多个转子叶片中的一个或多个的角度来确定至少一个预定频率范围。这样，随着功率输出增加，预定损坏阈值增加。在另外的实施例中，确定多个转子叶片中的每个的叶片能量可包括对于至少一个预定频率范围确定多个加速度信号中的每个的谱密度的曲线下方的面积。更确切地说，在一个实施例中，预定频率范围可包括多个预定频率范围。例如，在此类实施例中，多个预定频率范围可包括从大约25赫兹(Hz)到大约30Hz的第一频率范围和从大约35Hz到大约40Hz的第二频率范围。在此类实施例中，对于多个预定频率范围的多个加速度信号中的每个确定谱密度的曲线下方的面积可包括对于多个预定频率范围的多个加速度信号中的每个的对数确定谱密度的曲线下方的面积。在又一个实施例中，该方法可包括：使用辛普森(Simpson)规则对于多个预定频率范围的多个加速度信号中的每个的对数确定谱密度的曲线下方的面积。在又一个实施例中，该方法可包括对于训练时间段针对预定频率范围的多个加速度信号中的每个确定谱密度的曲线下方的面积，以便将健康叶片阈值确定为多个转子叶片中的每个的基线。在某些实施例中，基于对于至少一个预定频率范围的多个加速度信号中的每个的谱密度确定多个转子叶片中的每个的叶片能量可包括对于至少一个预定频率范围的多个加速度信号中的每个确定谱密度的曲线下方的面积的最大值和最小值，并且确定多个加速度信号中的每个的最大值和最小值之间的差。在此类实施例中，将叶片能量与彼此或预定损坏阈值中的至少一个进行比较可包括将多个加速度信号中的每个的最大值和最小值之间的差中的每个与预定损坏阈值进行比较。在另一个实施例中，多个加速度信号中的每个的谱密度可对应于功率谱密度。因此，在某些实施例中，该方法可包括，确定多个加速度信号中的每个的功率谱密度还包括利用韦尔奇(Welch)方法。在特定实施例中，控制动作可包括例如产生警报或通知信号、关闭风力涡轮和/或使风力涡轮降额。另一方面，本公开涉及一种用于减轻风力涡轮的多个转子叶片中的转子叶片的损坏的系统。该系统包括变桨系统，该变桨系统通信地联接至多个转子叶片中的每个。每个变桨系统可产生多个加速度信号。该系统还包括控制器，该控制器包括至少一个处理器。处理器配置成执行多个操作，包括但不限于从变桨系统接收多个加速度信号，基于对于至少一个预定频率范围的多个加速度信号来确定多个转子叶片中的每个的叶片能量，将叶片能量与彼此或预定损坏阈值中的至少一个进行比较，以及当叶片能量中的一个或多个彼此相差预定量或叶片能量中的一个或多个超过预定损坏阈值时执行控制动作。技术方案1.一种用于减轻风力涡轮的多个转子叶片中的转子叶片的损坏的方法，所述方法包括：经由控制器在至少一个方向上从所述多个转子叶片接收多个加速度信号；经由所述控制器对于所述多个加速度信号中的每个产生谱密度；经由所述控制器基于对于至少一个预定频率范围的多个加速度信号中的每个的谱密度来确定所述多个转子叶片中的每个的叶片能量；将所述叶片能量与彼此或预定损坏阈值中的至少一个进行比较；以及当所述叶片能量中的一个或多个彼此相差预定量或所述叶片能量中的一个或多个超过所述预定损坏阈值时执行控制动作。技术方案2.根据任意前述技术方案所述的方法，其中，所述多个加速度信号由所述多个转子叶片的相应的变桨系统产生。技术方案3.根据任意前述技术方案所述的方法，其中，所述至少一个方向包括重力方面的Z方向。技术方案4.根据任意前述技术方案所述的方法，其中，所述方法还包括基于所述风力涡轮的功率输出、转子叶片类型、风力涡轮类型和/或所述多个转子叶片中的一个或多个的角度来确定所述至少一个预定频率范围，其中随着所述功率输出增加，所述预定损坏阈值增加。技术方案5.根据任意前述技术方案所述的方法，其中，确定所述多个转子叶片中的每个的叶片能量还包括对于所述至少一个预定频率范围的所述多个加速度信号中的每个确定所述谱密度的曲线下方的面积。技术方案6.根据任意前述技术方案所述的方法，其中，所述至少一个预定频率范围包括多个预定频率范围。技术方案7.根据任意前述技术方案所述的方法，其中，所述多个预定频率范围包括从大约25赫兹(Hz)到大约30Hz或从大约35Hz到大约40Hz。技术方案8.根据任意前述技术方案所述的方法，其中，对于所述多个预定频率范围的所述多个加速度信号中的每个确定所述谱密度的曲线下方的面积还包括对于所述多个预定频率范围的所述多个加速度信号中的每个的对数确定所述谱密度的曲线下方的面积。技术方案9.根据任意前述技术方案所述的方法，其中，所述方法还包括：使用辛普森规则对于所述多个预定频率范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于减轻风力涡轮的多个转子叶片中的转子叶片的损坏的方法，所述方法包括：/n经由控制器在至少一个方向上从所述多个转子叶片接收多个加速度信号；/n经由所述控制器对于所述多个加速度信号中的每个产生谱密度；/n经由所述控制器基于对于至少一个预定频率范围的多个加速度信号中的每个的谱密度来确定所述多个转子叶片中的每个的叶片能量；/n将所述叶片能量与彼此或预定损坏阈值中的至少一个进行比较；以及/n当所述叶片能量中的一个或多个彼此相差预定量或所述叶片能量中的一个或多个超过所述预定损坏阈值时执行控制动作。/n

【技术特征摘要】
20190412 US 16/3824161.一种用于减轻风力涡轮的多个转子叶片中的转子叶片的损坏的方法，所述方法包括：
经由控制器在至少一个方向上从所述多个转子叶片接收多个加速度信号；
经由所述控制器对于所述多个加速度信号中的每个产生谱密度；
经由所述控制器基于对于至少一个预定频率范围的多个加速度信号中的每个的谱密度来确定所述多个转子叶片中的每个的叶片能量；
将所述叶片能量与彼此或预定损坏阈值中的至少一个进行比较；以及
当所述叶片能量中的一个或多个彼此相差预定量或所述叶片能量中的一个或多个超过所述预定损坏阈值时执行控制动作。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个加速度信号由所述多个转子叶片的相应的变桨系统产生。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个方向包括重力方面的Z方向。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述风力涡轮的功率输出、转子叶片类型、风力涡轮类型和/或所述多个转子叶片中的一个或多个的角度来确定所述至少一个预定频率范围，其中随着所述功率输出增加，所述预定损坏阈值增加。

【专利技术属性】
技术研发人员：MJ里佐，JJ米霍克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US