用于确定风力涡轮机转子的角位置的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于确定风力涡轮机转子的角位置的系统和方法，具体而言，本发明专利技术的某些实施例可包括用于确定风力涡轮机转子的角位置的系统和方法。根据本发明专利技术的一个示例实施例，用于确定风力涡轮机的角位置的方法可包括测量转子的切向加速度和径向加速度，测量转子的速度，至少部分地基于转子的速度随时间的变化而确定转子的旋转切向加速度，至少部分地基于转子的速度确定旋转径向加速度，至少部分地基于所确定的旋转切向加速度调整所测量的切向加速度，至少部分地基于确定的旋转径向加速度调整所确定的径向加速度，以及至少基于所调整的切向加速度和所调整的径向加速度确定转子的角位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及。
技术介绍
已知可使用风力涡轮机从风能收获电力。涡轮机叶片桨距的控制常用来产生最优 涡轮机负载条件，以便以最高的可能效率收获风能。涡轮机的运营商面临的一个问题是波 动且不均勻的风力条件可使得与涡轮机相关的部件(包括主轴、塔架以及转子叶片)疲劳 并损伤。跨越转子的非对称负载(例如，由于风切变、湍流以及偏航失调)可在转子的叶片 上产生不均勻的负载分布，这又可降低能量变换效率，或者甚至导致涡轮机部件的代价高 昂的损坏。因此有必要控制涡轮机叶片的桨距来保持各叶片上风力载荷处于安全的操作性 极限内，同时最大化风能转换。为了解决这些问题，需要用来基于涡轮机转子的角位置控制 涡轮机叶片桨距的系统和方法。已经提出了先前的系统来通过使用置于转子滑环的末端处的绝对编码器来确定 转子的相角。然而，如果转子塔架顶部是弯曲且移动的，则可能由于编码器和涡轮机转子之 间的参照系差异而引入测量误差。还提出了其它的系统，其中将三个一维加速计固定到转 子上，并围绕转子的旋转轴线置于等距角度处，以去除切向加速分量。然而，此类系统需要 用于三个加速计的附加安装、精确定位以及额外布线。依然需要。
技术实现思路
通过本专利技术的某些实施例可解决其中一些或全部上述需求。本专利技术的某些实施例 可包括。根据本专利技术的一个示例性实施例，提供了一种用于确定风力涡轮机的角位置的方 法。该方法可包括测量转子的切向加速度(At)和径向加速度(Ar)，测量转子的速度，至少 部分地基于转子速度随时间的变化而确定转子的旋转切向加速度(cAt)，至少部分地基于 转子速度确定旋转径向加速度(cAr)，至少部分地基于所确定的旋转切向加速度(cAt)调 整所测量的切向加速度(At)，至少部分地基于确定的旋转径向加速度(cAr)调整所测量的 径向加速度(Ar)，以及至少基于所调整的切向加速度(aAt)和所调整的径向加速度(aAr) 确定转子的角位置。根据另一个示范性实施例，可提供一种用于确定风力涡轮机转子的角位置的系 统。该系统可包括至少一个加速计、轴编码器以及一个或多个处理器，该至少一个加速计可 操作以测量在转子上的一个或多个测量位置处的切向加速度(At)和径向加速度(Ar)，该 轴编码器可操作以测量转子速度。该一个或多个处理器可操作以至少部分地基于转子速度 随时间的变化确定转子在一个或多个测量位置处的旋转切向加速度(cAt)，至少部分地基 于转子速度确定转子旋转径向加速度(cAr)，利用该确定的旋转切向加速度(cAt)调整测 量的切向加速度(At)，利用该确定的旋转径向加速度(cAr)调整测量的径向加速度(Ar)，4以及至少基于该调整的切向加速度(aAt)和该调整的径向加速度(aAr)确定转子的角位置。根据另一个示范性实施例，可提供一种风力涡轮机。该风力涡轮机可包括转子 (转子包括一个或多个叶片)、与该转子连通的至少一根轴、与该轴连通的轴编码器以及风 力涡轮机控制系统。该风力涡轮机控制系统可包括安装到转子上的至少一个加速计以及一 个或多个处理器。该至少一个加速计可操作以测量在转子上的一个或多个测量位置处的切 向加速度和径向加速度，且该轴编码器可操作以测量转子的速度。该一个或多个处理器可 操作以至少部分地基于转子速度随时间的变化确定转子在一个或多个测量位置处的旋转 切向加速度，至少部分地基于转子速度确定转子旋转径向加速度，利用该确定的旋转切向 加速度调整测量的切向加速度，利用该确定的旋转径向加速度调整测量的径向加速度，以 及至少基于该调整的切向加速度和该调整的径向加速度确定转子的角位置。本专利技术的其它实施例和方面在本文中进行了详细描述，并且被认为是要求保护的 专利技术的一部分。参考以下具体实施方式、附图以及所附的权利要求书，可以理解其它实施例 及方面。附图说明 210(多个)网络接口212操作系统214数据216叶片桨距模块218转子位置模块220操作性加速计222操作性加速计224加速计信号226叶片桨距编码器a228叶片桨距编码器b228叶片桨距编码器c232叶片桨距编码器信号234轴编码器236轴编码器信号238(多个)叶片桨距马达240叶片桨距控制信号具体实施例方式下文将参考附图更完整地描述本专利技术的实施例，附图中显示了本专利技术的实施例。 然而，本专利技术可以许多不同的形式实施，且不应解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提 供这些实施例以便本公开将会透彻而完整，并且将向那些本领域技术人员完整地传递本发 明的范围。贯穿全文相似的数字指相似的元件。如贯穿本文所用，用语“示例性”限定为指 “示例”。本专利技术的某些实施例可使得能够确定风力涡轮机转子的角位置。本专利技术的某些 实施例可使得能够基于风力涡轮机转子的角位置确定转子叶片位置。根据某些示例性实 施例，风力涡轮机转子的角位置可通过在转子上的一个或多个位置处测量切向和径向加速 度，以及通过测量转子的速度来确定。根据某些实施例，可使用转子轴上位于传动装置之前 或之后的旋转编码器来测量转子角速度和加速度。转子速度和加速度测量值可用来调整或 否则补偿所测量的加速度测量值，以对可基于速度和加速度测量值的计算矢量分量提出撰 因子(factor out)，矢量分量包括向心加速度分量和角加速度分量。根据一个示例性实施 例，通过从测量的径向加速度矢量中减去计算的向心加速度分量，并通过从测量的切向分 量矢量中减去计算的角加速度分量，可确定重力矢量。根据某些示例性实施例，加速度测量 可使用一个或多个加速计来执行。根据某些示例性实施例，可使用单一的两轴线加速计来 测量切向加速度和径向加速度。现在将参考附图描述根据本专利技术的实施例的用于确定风力涡轮机转子的角位置 的各种系统和方法。图1图示了根据本专利技术的一个示例性实施例的风力涡轮机100的一部分。该风力 涡轮机可包括转子102和可悬吊在转子轮毂(未示出)中的一个或多个转子叶片104，106， 108。包括转子102和叶片104，106，108的风力涡轮机100可围绕轴线109旋转，且该旋转可引起某些加速度分量，这些分量可直接测量或基于测量值计算。根据本专利技术的示例性实施例，加速计118可在风力涡轮机叶片的联结点附近放置 或连接到风力涡轮机转子上，位于距转子轴线109的距离(R) 122处。根据一个示例性实施 例，加速计118可为可操作的以沿两条轴线测量加速度，此处轴线是正交的，即分开90度， 以便各种加速度矢量的分布可为可分离的。根据一个示例性实施例，风力涡轮机102可以旋转速度=ω而旋转，且此旋转速 度可用与轴或以与转子速度成比例的速度旋转的其它部件通信的编码器、转速计或类似的 装置测量。基于加速计距转子轴线109的半径122 (R)偏转位置，并基于旋转速度ω，可按 照G^R = CAr计算旋转径向加速度llO(cAr)。此外，基于旋转速度ω相对于时间的变化， 可按照R(dco/dt) = cAt计算旋转切向加速度120 (cAt)。根据本专利技术的一个示例性实施例，可利用加速计来测量转子的径向加速度 (Ar) 112和切向加速度(At) 114。重力矢量(Ag) 116总是存在，并且在转子102静止时其大 小可通过计算径向加速度(Ar) 112和切向加速度(At) 114分量的矢量和而校验(Ig本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定风力涡轮机转子（１０２）的角位置的方法，所述方法的特征在于：测量所述转子（１０２）的切向加速度（Ａｔ）（１１４）和径向加速度（Ａｒ）（１１２）；测量所述转子（１０２）的速度；至少部分地基于转子（１０２）的速度随时间的变化确定所述转子（１０２）的旋转切向加速度（ｃＡｔ）（１２０）；至少部分地基于所述转子（１０２）的速度确定旋转径向加速度（ｃＡｒ）（１１０）；至少部分地基于该确定的旋转切向加速度（ｃＡｔ）（１２０）调整该测量的切向加速度（Ａｔ）（１１４）；至少部分地基于该确定的旋转径向加速度（ｃＡｒ）（１１０）调整该测量的径向加速度（Ａｒ）（１１２）；至少基于该调整的切向加速度（ａＡｔ）和该调整的径向加速度（ａＡｒ）确定所述转子（１０２）的角位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JA米柳斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]