用于运行风力涡轮机的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于运行风力涡轮机的方法和系统。公开了用于运行风力涡轮机的方法、系统和计算机程序产品。为运行风力涡轮机，经由传感模块来感测一组运行数据点。一组运行数据点可以包括弯曲应力值。根据弯曲应力值，可以计算载荷情况指标值。此外，根据一组运行数据点，可以获得载荷阈值。如果载荷情况指标值超过载荷阈值，则改变风力涡轮机的至少一个运行参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及风力涡轮机，更具体地涉及用于保护风力涡轮机不受到极端载荷条件危害的系统和方法。
技术介绍
风力涡轮机通常包括一组两个或更多个涡轮机叶片、以及安装在塔架结构上的机舱。风力涡轮机构造成获取移动风的能量并将该能量转换成旋转的涡轮机叶片的动能。风力涡轮机还具有转矩传送机构，用于将来自旋转的涡轮机叶片的转矩传送到发电机。发电机将传送的转矩转换成电能。产生的电能通常被馈送至电网。电力电子转换器可以用于按照与电网可兼容的形式来馈送电力。发电机和控制系统可以安装在风力涡轮机的机舱中。可替换地，控制系统可以安装成远离机舱。控制系统的主要功能是控制风力涡轮机的运行 并对由此形成的发电进行优化。风力涡轮机依赖于风以实现它们的运行，并且在特定风速下运行最佳。低于阈值的风速会导致发电量非常低。高于阈值的风速会导致涡轮机叶片上的应力和载荷过大，结果会损坏涡轮机叶片。涡轮机叶片损坏不仅增加了发电的成本，而且还减少由风力涡轮机产生的功率的量。对涡轮机叶片造成的损坏会导致大量停工时间，并且会降低风力涡轮机的发电潜能。通常，在由于高风速弓I起的极端载荷条件期间，风力涡轮机会不运转。尽管这可防止涡轮机叶片损坏，但是这样的策略不能避免由风力涡轮机停工引起的停工时间。仍然需要不仅在极端载荷条件期间保护风力涡轮机，而且还维持发电的连续性的系统。
技术实现思路
根据实施例，提供运行风力涡轮机的方法。该方法包括感测风力涡轮机的一组运行数据点，一组运行数据点中的每个数据点至少包括转子轴的弯曲应力值。根据弯曲应力值，计算载荷情况指标值。该方法还包括根据一组运行数据点来估计载荷阈值。该方法还包括在载荷情况指标值超过载荷阈值时控制风力涡轮机，以使得风力涡轮机在安全模式下运行。根据另一实施例，提供用于运行风力涡轮机的系统。该系统包括传感器模块，传感器模块用于感测风力涡轮机的一组运行数据点，一组运行数据点中的每个数据点至少包括风力涡轮机的转子轴的弯曲应力值。根据转子轴的弯曲应力值，载荷情况估计器可以计算载荷情况指标值。该系统还包括载荷阈值估计器，载荷阈值估计器用于根据一组运行数据点来估计载荷阈值。该系统还可以包括保护模块，保护模块用于在载荷情况指标值超过载荷阈值时控制风力涡轮机，以使得风力涡轮机在安全模式下运行。根据另一实施例，提供非瞬时计算机可读介质，该非瞬时计算机可读介质用程序进行编码以使得基于处理器的系统能够执行计算机辅助风力涡轮机运行。该程序构造成指示基于处理器的系统感测风力涡轮机的一组运行数据点，一组运行数据点中的每个数据点至少包括转子轴的弯曲应力值。该程序还构造成指示基于处理器的系统根据转子轴的弯曲应力值来计算载荷情况指标值。此外，该程序可以指示基于处理器的系统根据一组运行数据点来估计载荷阈值，并且在载荷情况指标值超过载荷阈值时控制风力涡轮机，以使得风力涡轮机在安全模式下运行。所述程序构造成指示所述基于处理器的系统执行在固定时间窗中以预定时间间隔来测量所述风力涡轮机的所述一组运行数据点。所述程序还构造成指示所述基于处理器的系统执行如下步骤从所述弯曲应力值获得一组高通滤波的弯曲应力值；从所述弯曲应力值获得一组低通滤波的弯曲应力值；和通过计算所述一组高通滤波的弯曲应力值和所述低通滤波的弯曲应力值之间的差，来计算所述载荷情况指标值。所述程序构造成指示所述基于处理器的系统执行根据风速和偏航误差中的至少 一者来计算所述载荷阈值。根据另一实施例，公开了系统。该系统包括风力涡轮机，风力涡轮机包括多个涡轮机叶片、以及经由齿轮系和转子轴联接到多个涡轮机叶片的涡轮发电机。该系统还包括用于运行风力涡轮机的系统。通信联接到风力涡轮机的系统包括传感器模块，传感器模块用于感测风力涡轮机的一组运行数据点，其中一组运行数据点中的每个数据点至少包括风力涡轮机的转子轴的弯曲应力值。根据转子轴的弯曲应力值，载荷情况估计器可以计算载荷情况指标值。该系统还包括载荷阈值估计器，载荷阈值估计器用于根据一组运行数据点来估计载荷阈值。系统还可以包括保护模块，保护模块用于在载荷情况指标值超过载荷阈值时控制风力涡轮机，以使得风力涡轮机在安全模式下运行。一个或多个实施例提供技术优点，例如发电的连续性、保护不受由于高风速引起的过载状况的危害、和具体在过载状态期间使风力涡轮机在安全模式下运行的方法，从而防止对涡轮机叶片的损坏并保持发电的连续性。附图说明当参照附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本专利技术的这些以及其他特征、方面和优点，在全部附图中相似的标记表示相似的部件，其中图I示出根据一个实施例的示例性系统；图2示出根据一个实施例的用于运行风力涡轮机的示例性系统的框图；图3是示出弯曲应力值、低通滤波的弯曲应力值和高通滤波的弯曲应力值相对于时间的变化的绘制图；图4是示出载荷情况指标和载荷阈值相对于时间的变化的绘制图；以及图5是示出根据一个实施例的用于运行风力涡轮机的方法的流程图。具体实施例方式本专利技术描述的实施例包括用于保护风力涡轮机不受到极端载荷条件危害的系统、方法和计算机程序产品。图I中示出根据一个实施例的系统100。系统100包括风力涡轮机102。风力涡轮机102通常包括塔架104，在塔架104上安装一组涡轮机叶片106。涡轮机叶片106直接地或经由转矩传送机构(例如，齿轮系110)联接到发电机108 (在下文中称作涡轮发电机108)。涡轮机叶片106捕获流动风的动能，并将该动能转换成转子轴112的旋转运动，转子轴112联接到涡轮发电机108。涡轮发电机108从转子轴112接收动力，并将该动力转换成电能。产生的电能经由一系列电力电子转换器(未示出)而被馈送至供电网。在某些示例中，功率转换器可以辅助控制发电和运行风力涡轮机102。系统100还包括用于运行风力涡轮机102的系统114。系统114联接到风力涡轮机102。结合图2详细描述系统114。风力涡轮机可以受到来自持续强风和极度阵风的高风速。高风速会引起在涡轮机叶片106上的过大应力载荷，这会最终损坏涡轮机叶片106。在一个实施例中，本专利技术描述的系统114通过使风力涡轮机102在运行的“安全模式”中运行，来保护处于高载荷条件下的风力涡轮机102，该安全模式能够实现发电的连续运行。图2示出用于运行风力涡轮机102的示例性系统114的框图。参照图I和图2，系统114包括传感器模块204，传感器模块204用于感测与风力涡轮机102的运行相关联 的一个或多个参数。由传感器模块204感测的参数可以包括转子轴上的转矩、由风力涡轮机102产生的功率、风力涡轮机102的旋转速度、转子轴112的弯曲应力值、风向、风速、涡轮发电机108的输出电压和输出电流、涡轮机叶片106的桨距角、涡轮发电机108的旋转速度、风力涡轮机102的偏航等。应注意的是，传感器模块204可以感测一组运行数据点，其中数据点可以具有上述一个或多个参数的测量值。在一个实施例中，可以在一时间窗内以预定时间间隔获得一组运行数据点。根据一个示例，对于5秒的时间窗，可以每O. I秒获得数据点的组。应理解，可以根据设计标准和应用来建立数据点的数量、间隔时间和时间窗。一个实施例中的传感器模块204包括多个传感器，多个传感器用于测量与风力涡轮机102的运行相关联的一组运行数据点。在一个实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运行风力涡轮机的方法，所述方法包括：感测所述风力涡轮机的一组运行数据点，其中所述一组运行数据点中的至少一个数据点至少包括所述风力涡轮机的转子轴的弯曲应力值；根据所述弯曲应力值来计算载荷情况指标值；根据所述一组运行数据点来估计载荷阈值；和当所述载荷情况指标值超过所述载荷阈值时，控制所述风力涡轮机，以使得所述风力涡轮机在安全模式下运行。

【技术特征摘要】
2011.06.23 US 13/1673321.一种运行风力涡轮机的方法，所述方法包括 感测所述风力涡轮机的一组运行数据点，其中所述一组运行数据点中的至少一个数据点至少包括所述风力涡轮机的转子轴的弯曲应力值； 根据所述弯曲应力值来计算载荷情况指标值； 根据所述一组运行数据点来估计载荷阈值；和 当所述载荷情况指标值超过所述载荷阈值时，控制所述风力涡轮机，以使得所述风力涡轮机在安全模式下运行。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述一组运行数据点中的至少一个数据点包括所述转子轴的弯曲应力值、风速、偏航误差、由所述风力涡轮机产生的功率、所述风力涡轮机的旋转速度或者它们的组合。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括根据所述风速和所述偏航误差来计算所述载荷阈值。4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，计算所述载荷情况指标值包括 从所述弯曲应力值获得一组高通滤波的弯曲应力值； 从所述弯曲应力值获得一组低通滤波的弯曲应力值；和 计算所述一组高通滤波的弯曲应力值和所述低通滤波的弯曲应力值之间的差。5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过将所述载荷情况指标值减小到低于所述载荷阈值来使所述风力涡轮机在所述安全模式下运行。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过改变所述风力涡轮机的至少一个运行参数来减小所述载荷情况指标值，其中所述至少一个运行参数包括涡轮机叶片的桨距角、涡轮机的偏航、风力涡轮机发电机的旋转速度和所述转子轴的转矩。7.一种用于运行风力涡轮机的系统，所述系统包括 传感器模块，其用于感测所述风力涡轮机的一组运行数据点，其中，所述一组运行数据点中的至少一个数据点至少包括所述风力涡轮机的转子轴的弯曲应力值； 载荷情况估计器，其用于根据所述弯曲应力值来计算载荷情况指标值； 载荷阈值估计器，其用于根据所述一组运行数据点来估计载荷阈值；和保护模块，其用于在所述载荷情况指标值超过所述载荷阈值时控制所述风力涡轮机，以使得所述风力涡轮机在安全模式下运行。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述传感器模块包括用于感测所述一组运行数据点的多个传感器，所述一组运行数据点中的至少一个数据点包括所述转子轴的弯曲应力值、风速、偏航误差、由所述风力涡轮机...

【专利技术属性】
技术研发人员：MLG贝尔拉格，LC卡默，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：