本发明专利技术涉及用于风力涡轮发电机的状态监测系统及其操作方法。具体而言，一种风力涡轮发电机状态监测系统（２００）包括多个转子轴角速度传感器（２０６／２０８）。该系统还包括联接到该多个转子轴速度传感器上的至少一个处理器（２１６）。该至少一个处理器经编程用以确定转子轴的角位移、角速度和角加速度中的至少一个的、在该多个转子轴角速度传感器中的各个之间的差异。该至少一个处理器的输出包括风力涡轮发电机偏航定向信号（３３６）和风力涡轮发电机叶片桨距定向信号（３３６）中的至少一个。
【技术实现步骤摘要】
文中所述的主题主要涉及风力涡轮发电机，且更具体地涉及用于促进操作风力涡 轮发电机的方法和状态监测系统。
技术介绍
至少一些已知的风力涡轮发电机包括具有多个叶片的转子。转子常常是联接到外 壳或机舱上的，该外壳或机舱定位在基座如桁架塔架或管状塔架的顶上。至少一些已知的 公用级风力涡轮机(即，设计成用以向公用电网提供电力的风力涡轮机)具有带有预定形 状和尺寸的转子叶片。转子叶片将机械风能转换成所引起的叶片升力，该叶片升力进一步 引起机械旋转转矩，而该旋转转矩经由包括转子轴的传动系驱动一个或多个发电机，随后 发电。发电机常常但非总是经由齿轮箱旋转地联接到转子轴上。齿轮箱逐步提高用于发电 机的转子轴的固有的低旋转速度，用以有效地将旋转机械能转变成馈送到公用电网中的电 能。还存在无齿轮的直接驱动式风力涡轮发电机。在操作此类已知的风力涡轮发电机期间，转子可能经历质量不平衡，从而在转子 和其它传动系构件上引起负载增加。而且，转子相对于风的位置可在转子和其它传动系构 件上引起负载增加。
技术实现思路
一个方面，提供了一种用于操作风力涡轮发电机的方法。该方法包括生成多个转 子轴角位移值、多个转子轴角速度信号以及多个转子轴角加速度信号中的至少一个。该方 法还包括确定转子轴内的扭转力矩。该方法进一步包括调节作为所确定的扭转力矩的函数 的风力涡轮发电机偏航定向和叶片桨距定向中的至少一个。另一方面，提供了一种风力涡轮发电机状态监测系统。该系统包括多个转子轴角 速度传感器。该系统还包括联接到该多个转子轴速度传感器上的至少一个处理器。该至少 一个处理器经编程用以确定关于转子轴的角位移、角速度和角加速度中的至少一个的、在 该多个转子轴角速度传感器中的各个之间的差异。该至少一个处理器的输出包括风力涡轮 发电机偏航定向信号和风力涡轮发电机叶片桨距定向信号中的至少一个。又一方面，提供了一种风力涡轮发电机。该风力涡轮发电机包括转子轴和状态监 测系统。状态监测系统包括多个转子轴角速度传感器。该系统还包括联接到该多个转子轴 速度传感器上的至少一个处理器。该至少一个处理器经编程用以确定有关转子轴的角位 移、角速度和角加速度中的至少一个的、在该多个转子轴角速度传感器的各个之间的差异。 该至少一个处理器的输出包括风力涡轮发电机偏航定向信号和风力涡轮发电机叶片桨距 定向信号中的至少一个。附图说明图1是示例性风力涡轮发电机的示意图；图2是可结合图1中所示的风力涡轮发电机使用的机舱的截面示意图； 图3是可结合图1中所示的风力涡轮发电机使用的示例性状态监测系统的示意图4是图3中所示的状态监测系统的一部分的示意图5是可结合图3中所示的状态监测系统使用的状态监测和控制策略的示意图； 图6是可结合图5中所示的状态监测和控制策略使用的备选状态监测系统的一部 示意图；以及图7是操作图1中所示的风力涡轮发电机的示例性方法的流程图。零件清单100风力涡轮发电机102塔架104塔架支承表面106机舱108转子110桨毂112叶片114旋转轴线116偏航轴线118桨距轴线120叶片根部部分122负载转移区域124风125叶片末梢部分126叶片表面区130桨距驱动机构131桨距驱动马达132发电机134转子轴136齿轮箱138高速轴140联接件142齿轮箱支承件144发电机支承件145传动系146偏航驱动机构148气象杆150控制面板152前支承轴承154后支承轴承200状态监测系统202第一有齿轮(或带有齿的 204第二有齿轮206第一传感器208第二传感器210第一管道212第二管道214齿216处理器218线性加速度传感器220第三管道D有齿轮之间的距离300状态监测和控制策略302检测功能块304输入信号306线性加速度信号308角速度和角加速度信号310角速度信号311轮传感器公差补偿功能块312角加速度信号313经补偿的角速度信号314微分功能块316数字信号318预处理功能块320参数输入功能块322过滤和平滑信号324数字静态转矩信号326性能标准确定功能块328重量特性功能块330模式选择信号332磨损和能量产生信号334优化功能块336装置定位信号350状态监测系统352有齿轮356第一传感器358第二传感器360第一管道362第二管道364齿DS圆周距离Dl内径D2外径400示例性方法402旋转多个有齿轮.· ·404对每个求导...406比较至少一个...408生成多个...410确定在...之间的差异412确定转子轴的扭转变形414确定转子轴内的扭转力矩416促进发电...418促进降低...420调节至少一个...具体实施例方式文中所述的方法和状态监测系统通过估算风力涡轮机转子上的转矩而有助于风 力涡轮发电机的操作。此种转子转矩的估算提供了对于风力涡轮机转子的质量不平衡和风 力涡轮机转子上增加的应力的指示，该应力可通过叶片桨距定向和/或风力涡轮机偏航定 向的变化而减小。减小此类应力有助于延长风力涡轮机传动系构件的操作寿命预期。文中所述的状态监测系统和方法的技术效果包括通过与风力涡轮发电机相关联 的自由转矩确定而分离和分开交替转矩(或振荡转矩)和恒定转矩(或静态转矩)。更具 体而言，文中所述的状态监测系统和方法的技术效果包括将自由转矩确定有效地分离成两 个部分即振荡转矩值和静态转矩值，以及随后估计静态转矩值。估计静态转矩值的又一技 术效果包括有助于确定风力涡轮发电机的转子轴内的负载力矩，以及有助于将此类负载力 矩控制在预定参数内。图1是示例性风力涡轮发电机100的示意图。在示例性实施例中，风力涡轮发电机 100是水平轴式风力涡轮机。作为备选，风力涡轮机100可以是垂直轴式风力涡轮机。风力 涡轮机100具有从支承表面104延伸的塔架102，该支承表面104通过或锚固螺栓或基础安 装件(二者均未示出)联接到塔架102上。机舱106联接到塔架102上，而转子108联接 到机舱106上。转子108具有可旋转的桨毂110和联接到桨毂110上的多个转子叶片112。 在示例性实施例中，转子108具有三个转子叶片112。作为备选，转子108具有能使风力涡 轮发电机100起到如文中所述的作用的任何数目的转子叶片112。在示例性实施例中，塔 架102由在支承表面104和机舱106之间延伸的管状钢制成。作为备选，塔架102为能使 风力涡轮发电机100起到如文中所述的作用的任何塔架，包括但不限于格构式塔架。塔架 102为能使风力涡轮发电机100起到如文中所述的作用的任何适合高度。转子叶片112围绕转子桨毂110定位以有助于旋转转子108，从而将来自风124的 动能转换成可用的机械能，以及随后转换成电能。转子108和机舱106关于偏航轴线116围绕塔架102旋转，用以控制转子叶片112相对于风124向的投影(perspective)。转子叶片 112通过将叶片根部部分120在多个负载转移区域122处联接到桨毂110上而与桨毂110 相配合。负载转移区域122具有桨毂负载转移区域和叶片负载转移区域(两者均未在图1 中示出)。在转子叶片112中所引起的负载经由负载转移区域122传递至桨毂110。各转 子叶片112还包括叶片末梢部分125。在示例性实施例中，转子叶片112具本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种风力涡轮发电机状态监测系统（２００），包括：多个转子轴角速度传感器（２０６／２０８）；以及联接到所述多个转子轴速度传感器上的至少一个处理器（２１６），所述至少一个处理器经编程用以确定转子轴（１３４）的角位移、角速度和角加速度的至少一个中的、在所述多个转子轴角速度传感器中的各个之间的差异，所述至少一个处理器的输出包括风力涡轮发电机偏航定向信号（３３６）和风力涡轮发电机叶片桨距定向信号（３３６）中的至少一个。
【技术特征摘要】
US 2009-10-2 12/5728521.一种风力涡轮发电机状态监测系统000)，包括多个转子轴角速度传感器O06/208)；以及联接到所述多个转子轴速度传感器上的至少一个处理器016)，所述至少一个处理器 经编程用以确定转子轴(134)的角位移、角速度和角加速度的至少一个中的、在所述多个 转子轴角速度传感器中的各个之间的差异，所述至少一个处理器的输出包括风力涡轮发电 机偏航定向信号(336)和风力涡轮发电机叶片桨距定向信号(336)中的至少一个。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机状态监测系统000)，其特征在于，所述多个转子 轴角速度传感器(206/208)包括多个有齿轮传感器002/204)，所述多个有齿轮传感器中 的各个以预定的距离(D)联接到所述转子轴(134)上，各个有齿轮传感器均包括具有预定 大小的且在其之间具有预定间距的多个齿(214)。3.根据权利要求1所述的风力涡轮机状态监测系统000)，其特征在于，所述至少一个 处理器(216)经编程用以确定预定的操作模式。4.根据权利要求3所述的风力涡轮机状态监测系统000)，其特征在于，所述预定的操 作模式包括以下中的至少一种发电优先模式；以及构件磨损优先模式。5.根据权利要求4所述的风力涡轮机状态监测系统000)，其特征在于，所述发电优先 模式相比于降低风力涡轮发电机构件上的磨损而言有助于所述风力涡...
【专利技术属性】
技术研发人员：K施特格曼，J埃泽尔，HR费伦巴赫，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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