检测风力涡轮机转叶系统叶片桨距角失衡的方法和装置的制作方法

专利名称：检测风力涡轮机转叶系统叶片桨距角失衡的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测风カ涡轮机的转叶系统(全称为转子叶片系统)的叶片桨距角失衡(或称不平衡)的方法和装置，其中转叶系统围绕转子旋转轴线旋转。特别地，本发明涉及用于检测风カ涡轮机的转叶系统的叶片桨距角失衡的方法和装置，其能够减少在风カ涡轮机塔顶、基架、主轴处和在转子叶片处的疲劳和不必要的负载。
背景技术：
风カ涡轮机可包括风カ涡轮机塔、安装在风カ涡轮机塔之上的吊舱，其中吊舱支撑安装有一个或更多转子叶片的转子旋转轴。进ー步地，为了根据瞬时风向对转子叶片进行定向，转子旋转轴线，即转子旋转轴可环绕或围绕偏航轴线转动，偏航轴线可为横向干，特别是垂直于转子旋转轴的转子旋转轴线，特别是沿着风カ涡轮机塔的纵向轴线延伸。特别地，容纳或支撑转子旋转轴的吊舱可相对于风力涡轮机塔围绕偏航轴线转动或旋转，以使转子叶片朝着风定向。 在传统的风カ涡轮机系统中，连接到转子旋转轴的一个或更多转子叶片的桨距角可使用某种零位标记设置。进ー步地，可通过不同的方法，例如安装叶片模板、使用光学方法等測量桨距角。然而，已观察到，在风カ涡轮机运行期间，风カ涡轮机旋转轴的空气动力学失衡造成风カ涡轮机顶部、基架、主旋转轴和转子叶片处的过度疲劳和极限负载。因此，可妨碍，特别地减少风カ涡轮机的可靠性和耐久性。可能需要用于检测风カ涡轮机的转叶系统的叶片桨距角失衡的方法和装置，其中包括在转叶系统中的转子叶片的叶片桨距角失衡可被检测，特别地在风カ涡轮机运行期间被检测。特别地，可能需要节省成本的、可靠的和不需昂贵的测量设备就能以简单的方式形成的用于检测叶片桨距角失衡的方法和装置。

发明内容
这种需求可通过根据各独立权利要求的主题满足。本发明的优选实施例通过各从属权利要求描述。根据本发明的一个实施例，提供了ー种用于检测(特别是用于识别叶片桨距角失衡，特别是用于确定叶片桨距角失衡的度数)风カ涡轮机的转叶系统(包括安装于转子旋转轴的两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多个转子叶片)的叶片桨距角失衡(特别是对于转叶系统所包括的至少两个转子叶片具有不同叶片桨距角的情形，其中叶片桨距角可限定相应转子叶片在转子叶片沿转子叶片的纵向轴线旋转时的旋转位置)的方法，转叶系统围绕转子旋转轴线旋转。因此，该方法包括使转子旋转轴线(特别地以及支撑转子旋转轴且围绕转子旋转轴线旋转的吊舱)围绕横向于特别地垂直于转子旋转轴线(从而使得，特别地，偏航轴线不平行于转子旋转轴线)的偏航轴线偏航(特别是转动或旋转或枢转)；获得(特别是获得电信号；特别是测量；特别是计算)表示因偏航(特别是为了实现转动转子旋转轴线，偏航需要运用カ和/或扭矩和/或功率，其中负载信号可为从其中可获得カ矩、力和/或实现转动需要的能量的任何信号)引起的负载(特别是功率或扭矩)的负载信号(例如电负载信号和/或光负载信号)；关于负载信号(其中负载信号可由多个不同频率分量组成，其中负载信号被特别地关于特殊的频率分量进行分析，特别是为了确定频率分量的存在、频率分量的量值和/或频率分量的相位)的频率分量(特别是预定的频率分量，特别是动态确定的频率分量)分析(特别是分析关于暂时的行为或关于转子方位角的负载信号，其中转子方位角描述转叶系统在围绕转子旋转轴线旋转时的角位置)负载信号(或特别是从负载信号引出的任何值)；并且基于分析的负载信号(特别是如果频率分量的量值和/或相位满足ー个或多个标准)检测叶片桨距角失衡。可在制造风カ涡轮机期间或之后、在风カ涡轮机维修期间、在监控风力涡轮机期间和/或在风カ涡轮机运行期间执行本方法。特别地，本方法可作为用于检测叶片桨距角失衡的实时的方法被执行，如将在下面进ー步详细地解释，基于本方法检测的叶片桨距角失衡可动态減少。
特别地，本方法可利用在传统风力涡轮机系统中可利用的值和/或信号，例如用于对偏航致动器进行致动的功率信号和转子方位角信号。特别地，为了关于风向正确地对准，风カ涡轮机可频繁地向左右偏航。在偏航移动期间(即，使转子旋转轴线围绕偏航轴线旋转)，用于驱动偏航致动器的功率，例如电机可为用于获得负载信号的有效的指示器。特别地，使用用于偏航致动器的功率可适于检测转子叶片桨距失衡，其表示安装在转子旋转轴的转子叶片的ー个或多个的桨距角需要校准。特别地，当应用本方法时，可确定ー个或多个叶片的静态桨距角校准错误。因此，可使用一个或多个偏航致动器的功率測量信号，例如电气和/或液压致动电机、转子方位角(例如通过加速计或编码器获得)和/或风速信号(例如通过使用风速计测量获得)。当叶片桨距角失衡，例如叶片桨距角校准错误通过分析存储的或连续获得的负载信号被检测时，对于那些具有校准错误的叶片，桨距角可被彻底地或连续地修正。负载信号的数据处理可以几种方式进行。根据ー个实施例，在偏航受影响的多个时间间隔(其特别地不是彼此邻近)期间，负载信号被存储。特别地，为了举ー些例子，偏航受到影响所在的时间间隔可跨度10到30秒。获得的负载信号可存储用于以后处理。特别地，偏航致动器信号、方位角信号和风速信号(和来自风カ涡轮机的其它信号或測量)的存储数据可通过因特网连接、调制解调器和/或任何ー种网络连接，例如像以太网或类似的连接容易取得。根据另ー个实施例，在风カ涡轮机运行期间(即在电能的产生和向电网供应电能期间)获得负载信号。特别地，可连续地执行检测叶片桨距角失衡，特别地在获得足够数量的负载信号的数据之后。无论如何，关于负载信号的数据可存储用于以后处理。特别地，可能需要在转叶系统的整个旋转(或甚至几个旋转)范围内，即在从0°到360°的转子方位角范围内获得负载信号。根据ー个实施例，分析负载信号包括确定频率分量的量值(或称大小)。特别地，频率分量的量值可表示这个频率分量的重要性，特别是与包括在负载信号中的其它的频率分量的ー个或多个重要性相比。特别地，该量值也可被称为频率分量的振幅。特别地，当将负载信号分解成一连串的或完整的多个频率分量时，多个频率分量中的每ー个可通过振幅和相位表示其特征。通过确定频率分量的振幅或量值，可容易地检测叶片桨距角失衡。因此，本方法可被简化并可被容易地执行。根据本发明的一个实施例，获得负载信号包括获得用于多个时间点的负载信号。特别地，可在由恒定时间间隔隔开的多个时间点采样负载信号。进ー步地，为了減少在负载信号中的错误，获得负载信号可包括对负载信号进行滤波、平均或处理。进ー步地，低通滤波或/和带通滤波可被应用到负载信号。因此，可改进用于检测叶片桨距角失衡的方法。特别地，对于多个时间点可获得负载信号，从而覆盖转叶系统的ー个或多个完整的旋转。根据本发明的一个实施例，用于检测叶片桨距角失衡的方法进ー步包括获得表示转叶系统的方位角(表示转叶系统的角位置，即转叶系统围绕转子旋转轴线旋转的量)的转子方位角信号，其中检测叶片桨距失衡进一歩基于转子方位角信号。特别地，在特定点及时获得的负载信号可与在同一点获得的转子方位角信号关联。特别地，可为已经获得负载信号的多个时间点获得转子方位角信号。进ー步地，在多个时间点获得的负载信号可与在相应的多个时间点获得的转子方位角信号关联。从而，可独立于转子方位信号获得负载信号。特别地，在特定点及时获得的每个负载信号可与在同一点及时获得的特定方位角关联。因此，分析负载信号和检测叶片桨距角失衡可被简化。根据本发明的一个实施例，频率分量对应于转叶系统的旋转频率。特别地，转叶系统的旋转频率和从而频率分量的频率可随时间改变，例如由于改变风速而改变。例如，如果转叶系统的旋转频率为O. 25Hz，可关于具有O. 25Hz的频率的频率分量的量值和/或相位分析负载信号。对于根据实施例的检测方法，可忽略其它频率分量。根据本发明的一个实施例，所述分析进ー步包括确定另ー频率分量(具有的频率不同于所述频率分量的频率)的另ー量值，所述另ー频率分量对应于所述旋转频率乘以转叶系统所包括的转子叶片数。例如，频率分量的频率可为O. 75Hz，则频率分量的频率或转叶系统的旋转频率为O. 25Hz并且转子叶片数为三。特别地，转叶系统所包括的转子叶片数可 为两个、三个、四个、五个、六个、七个或更多个。根据实施例，关于频率分量和另ー频率分量分析负载信号，但是可忽略其它频率分量。因此，本方法可被简化和加速。根据实施例，用于检测叶片桨距角失衡的方法包括将所述量值和ー阈值相比较、和/或将所述另ー量值与另ー阈值相比较、和/或将所述量值与所述另ー量值之差与一差异阈值相比较、和/或将所述量值与所述另ー量值之比与一比率阈值相比较。特别地，该量值和另一量值的差异可通过从该量值减去另ー量值获得。特别地，该量值和另ー量值的比率可通过另ー量值除该量值获得。比较值和相应的阈值可简化本方法。根据本发明的实施例，如果所述量值超过所述阈值、和/或所述另ー量值降到所述另ー阈值之下、和/或所述量值与所述另ー量值之差超过所述差异阈值、和/或所述量值与所述另ー量值之比超过所述比率阈值，则所述叶片桨距失衡被检测到。根据其它实施例，其它标准可被应用于确定是否存在叶片桨距角失衡。根据实施例，所述检测进ー步基于引起转叶系统的旋转的风速(其例如可被测量)。因此，本方法可进ー步被改进。特别地，当对应于转叶系统旋转频率的频率分量的量值或振幅特别高吋，特别是高于ー阈值时，可表示确实存在叶片桨距角失衡。相反，当对应于转叶系统旋转频率的频率分量的量值或振幅相对较小吋，特别是小于另ー阈值时，可表示没有或仅有较小的叶片桨距角失衡。进一歩地，与所述频率分量的量值或振幅相比，所述另ー频率分量的量值或振幅越大，所述叶片桨距角就可能被平衡得越好。根据实施例，本方法包括在分析步骤中计算负载信号关于时间(就是在其中将负载信号描述为依赖于时间)的傅里叶变换(特别地使用快速傅里叶变换FFT)、和/或在多个转子方位角级(rotor azimuthal angle bins)(为给出一些示例性实施例,例如跨度为10°、20°、30°或45°角度范围的级)中，执行负载信号关于转子方位角的分级(binning)。特别地，当偏航仅在有限的角度范围被执行并且在有限的时间跨度，例如10秒到40秒之内被获得时，分级方法可适用，其中傅里叶变换的计算可能不以准确的方式执行。根据实施例，分析负载信号进ー步包括确定频率分量的转子方位角相位(特别地包括使正弦或余弦函数适于关于转子方位角描述的负载信号)，其中检测叶片桨距角失衡特别地进ー步包括基于所确定的转子方位角相位来识别转叶系统包括的至少ー个转子叶片，其中所述至少ー个转子叶片具有不同于转叶系统包括的至少ー个其它转子叶片的叶片桨距角。频率分量的转子方位角相位可表示拟合的正弦或余弦函数的位置。特别地，使用频率分量的转子方位角相位，可识别关于其它转子叶片的叶片桨距角具有最大叶片桨距角差异的转子叶片。进ー步地，基于频率分量和/或另ー频率分量的量值和/或相位，可确定或计算被识别的转子叶片的叶片桨距角相对于其它转子叶片的叶片桨距角的偏差的标记和/或量值。因此，減少叶片桨距角失衡可被简化。根据本发明的实施例，获得负载信号包括获得由致动偏航的偏航致动器所消耗的功率、和/或获得偏航的扭矩动量(a momentum of a torque)。因此,可不提供任何额外的设备而以简单的方式获得负载信号。根据实施例，提供一种用于减少风力涡轮机的转叶系统的叶片桨距角失衡的方法，其中转叶系统围绕转子旋转轴线旋转。因此，本方法包括根据如上所述的用于检测叶片桨距角失衡的系统的实施例检测叶片桨距角失衡和基于检测的叶片桨距角失衡改变包括在转叶系统中的至少ー个转子叶片的叶片桨距角，从而减少检测的叶片桨距角失衡。在安装、配置、维修和/或运行风カ涡轮机期间，可手工地或自动地执行改变叶片桨距角。通过分析负载信号的結果，特别是通过考虑频率分量和/或另ー频率分量的振幅和/或相位，可获得至少ー个转子叶片的叶片桨距角的ー种改变。进ー步地，可以迭代的方式执行改变叶片桨距角，其中在检测叶片桨距角失衡时，第一个补偿被应用于叶片桨距角，在其之后再次检测叶片桨距角失衡。于是，可应用第二个叶片桨距角补偿，可再次检测叶片桨距角失衡，直到不再检测到叶片桨距角失衡。进一歩地，可从包括负载信号的数据集和在检测叶片桨距角失衡时应用的叶片桨距角补偿的数据集的数据训练中获悉叶片桨距角改变的方向和/或量。用于减少叶片桨距角失衡的方法可增加风力涡轮机的预期寿命、耐久性和可靠性。进一步地，可提闻生广效率。应该理解的是，对于用于检测叶片桨距角失衡的方法或用于减少叶片桨距角失衡的方法所公开、描述、应用、采用的任何特征(単独或以任ー组合)也可应用(単独或以任ー 组合)于用于检测叶片桨距角失衡的装置，反之亦然。根据实施例，提供一种用于检测风力涡轮机的转叶系统的叶片桨距角失衡的装置，转叶系统围绕转子旋转轴线旋转，该装置包括用于获得表示负载的负载信号的输入端子，该负载是由使转子旋转轴线围绕横向于特别是垂直于转子旋转轴线的偏航轴线进行偏航而引起的；处理器，其被配置成用于关于负载信号的频率分量来分析负载信号，并且用于基于所分析的负载信号来检测叶片桨距角失衡。特别地，用于检测叶片桨距角失衡的装置可适于执行如上所述的用于检测叶片桨距角失衡的方法。特别地，在本方法中使用的负载信号和任何其它信号的数据处理可离线完成或可通过用于检测叶片桨距角失衡的装置，特别地风カ涡轮机的控制器或计算机直接完成。特别地，用于检测叶片桨距角失衡的方法可在计算机程序中实现，该计算机程序在风カ涡轮机的控制器中被执行。在使用必需的存储信号(偏航功率、转子方位角、风速)安装程序之后，程序可连续地运行或可以间隔，例如以风カ涡轮机的某ー启动周期运行。风カ涡轮机的控制器或计算机然后可在本地和/或向中心的涡轮机监控系统报告状态和/或警报。由于报告和/或警报，如果有必要的话维修技术人员然后可检查与风カ涡轮机维修相关的ー个 或多个转子叶片的桨距校准。在偏航运动期间(即转动转子旋转轴线)，当控制偏航致动器的控制器设法获得恒定偏航速度时，偏航致动器功率消耗可作为偏航负载的函数波动。特别地，功率消耗可用作表示因偏航引起的负载的负载信号。如果包括在风カ涡轮机的转叶系统中的所有转子叶片的桨距角被正确计算，偏航致动器信号(其可表示负载信号)将被3P含量(content)(当三个转子叶片连接到转子旋转轴时，表示与转叶系统的三倍旋转频率一致的进ー步频率分量)支配，然而桨距失衡将增加IP含量(表示与转叶系统的旋转频率一致的负载信号的频率分量的量值)。偏航负载的清晰表示可能需要一定量的风速。偏航致动器信号可根据在偏航顺序期间可比较的风速分割。存储选择的数据，直到采集到足够量的负载信号的数据。用于后处理的所需数据可包括偏航致动器信号(表示负载信号)、风速和转子平面的方位角(表示转子方位信号)。通过后处理或连续不断地，可通过如在下面描述的FFT方法或通过分级方法确定IP和3P含量。需要注意的是，本发明的实施例已參考不同的主题描述。特别地，一些实施例已參考方法类型权利要求进行描述，而其它实施例已參考设备类型权利要求进行描述。然而，本领域技术人员将根据以上和以下的描述获悉，除非另有说明，除了属于ー种类型主题的各特征的任一组合之外，另外，与不同主题有关的各特征之间的任ー组合，特别地方法类型权利要求的各特征和设备类型权利要求的各特征之间的任ー组合，被视为通过本申请而公开。本发明的以上限定的各方面和更多的各方面根据待在下文中描述的实施例的实例是明显的并參考实施例的实例进行解释。在下文中将參考实施例的实例更详细地对本发明进行描述，但本发明并不限于实施例的实例。现參照附图描述本发明的实施例。本发明不限于所描述的或所图示的实施例。


图I示出了在根据ー个实施例的用于检测叶片桨距角失衡的方法中考虑的曲线图；图2示出了在根据ー个实施例的用于检测叶片桨距角失衡的方法中考虑的曲线 图3示出了一幅曲线图，其显示了按照ー实施例的用于检测叶片桨距角失衡的方法获得的负载信号的频率分量；
图4示出了一幅曲线图，其显示了按照ー实施例的用于检测叶片桨距角失衡的方法获得的负载信号的频率分量；
图5示出了负载信号的一曲线图，负载信号依赖执行根据实施例的用于检测叶片桨距角失衡的方法时获得的转子方位角；以及
图6示出了负载信号的一曲线图，负载信号依赖执行根据实施例的用于检测叶片桨距角失衡的方法时获得的转子方位角。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。应注意，在不同附图中，类似或等同的元素被标以相同的附图标记，或仅在第一位数字上与相应附图标记不同。图I显示了来自具有三个带I度桨距失衡的转子叶片的2. 3丽(标称电カ输出功率)风カ涡轮机的測量结果(对于三个叶片，实际的桨距角分支分别是O. O度、O. 7度和I. O度；因此最大的差异I度=桨距失衡)。图I示出了涉及具有安装在旋转轴的三个转子叶片的风力涡轮机的上图、中图和下图，在它们的横坐标上以秒(s)(在图中时间轴线为mm: ss)显示时间t。上图在其纵坐标示出了偏航速度vy，其为转子旋转轴线围绕垂直于转子旋转轴线的垂直轴线的转动(旋转)速度。如根据图I的上图所见，在从开始点直到时间10分35秒的时间间隔内偏航速度为O。在从10分35秒到大约11分3秒的时间间隔101内偏航速度是大约-40，其表示特定的旋转速度和转子旋转轴线的转动方向。在这个时间间隔101期间，获得负载信号y，其被显示在图I的中图中，其中在纵坐标上表示偏航负载y。如根据图I的中图所见，偏航负载y波动，具有峰值103和谷值105。因此，峰值103和谷值105具有特定的周期Tl，其等于大约4秒。特别地，使转叶系统旋转ー个完全旋转的旋转周期也与时间周期Tl 一致。因而，图I的中图所示的偏航负载以大体上与转子旋转频率一致的频率波动。如图I的中图所示的偏航负载的这种模式表示存在着包括三个转子叶片的转叶系统的叶片桨距角失衡。图I的下图在其纵坐标上示出了有效风速W，其显示在时间间隔101期间风速没有显著变化，在时间间隔101期间获得中图所示的偏航负载数据。图2示出了在转子已被空气动力学地平衡至以使所有叶片上的桨距角相等之后相应的信号I。在已经基于图I的中图所示的偏航负载信号y到检测叶片桨距角失衡之后，包括在转叶系统中的ー个或更多转子叶片识别并且它们的叶片角度被调整。之后，如图2所示的进ー步的測量被执行。特别地，在偏航速度大于零的时间间隔201期间，转子旋转轴线围绕垂直轴线转动，如图2的上图所示。在时间间隔201期间获得负载信号y，特别是偏航负载，其中偏航负载被示于图2的中图中。如图2的中图所示，偏航负载波动，其具有长度为T3的特定重复周期，长度T3为如根据图I的中图确定的重复周期Tl的三分之一。从而，在调整叶片桨距角之后，偏航负载以高达在叶片桨距角修正之前偏航负载波动所在频率的三倍的频率波动。进ー步地，具有重复周期Tl的频率分量在图2的中图中图示的偏航负载内具有减少的振幅。这表示叶片桨距角失衡和在图I中的情形相比已经被減少。比较图I和图2，观察到a)偏航信号y反映偏航カ矩里的IP和3Pカ矩，以及b)无需后加工即可容易地看见图I中的IP的信号含量。在测量之前和之后的FFT被分别显示在图3和图4中。 图3示出了一曲线图，其在其横坐标上显示以赫兹为单位的频率f，并且在其纵坐标上显示包括在图I的中图中图示的偏航负载y中的频率分量的振幅A。特别地，图3示出了频率分量频谱307，该频谱包括在图I的中图所示的偏航负载信号y中。频谱307包括在大约O. 25Hz处的峰值309和在大约O. 75Hz的频率处的较低的峰值311。峰值309的高度313表示具有重复周期Tl和具有频率Π的频率分量的振幅。频率Π与转叶系统的转子旋转频率一致。峰值311的高度315表示具有与频率f3 —致的重复周期T3的频率分量的振幅。特别地，频率f3为频率f I的三倍。由于与频率f I 一致的频率分量的高度313比与频率f3 —致的频率分量的振幅315高，因而叶片桨距角失衡被表示。 图4示出了图2的中图所示的偏航负载y的频谱407，即在叶片桨距角修正之后的频谱。频谱407包括与频率fl 一致的峰值409以及与频率f3 —致的高得多的峰值411。峰值409的较低高度413和/或峰值411的较高高度415表示叶片桨距角失衡和在图3中图示的情形相比被減少。从而，用于检测叶片桨距角失衡的方法和用于减少叶片桨距角失衡的方法的效率是明显的。清楚可见，IP (O. 25Hz)级别在图3中比在图4中明显大，其中存在桨距失衡，然而在桨距失衡被修正之后3P (O. 78Hz)级别是主要的并且IP级别几乎没有。在图5和6所示的曲线图中，横坐标描述了以度为単位的转子方位角Φ，并且纵坐标描述了分别在叶片桨距角失衡修正之前和之后的偏航负载信号y。ー种替代掉使用FFT的方法是用方位角分级偏航信号(并且在每个级之内平均)。图5在下面示出了带有I度桨距失衡的结果(在13m/s条件下的模拟数据)，图6示出了在桨距修正之后的相应分级曲线。这两条曲线非常容易地被分解用于IP含量和3P含量。IP含量非常明显地展现桨距失衡。图5和图6基于同样的风输入；唯一的区别是图5的涡轮机样式具有I度的桨距失衡。观察到修正桨距失衡(图6)使负载周期范围从大约1200 kNm减少到大约500 kNm。假设3. 5的沃勒指数，偏航结构部件消耗的使用期限被減少到大约14%。图5示出了图I的中图所示的偏航负载信号y，在分级之后横跨30°的转子方位角范围，其中方位角Φ被表示在横坐标上。特别地,在分级之后获得点521,通过点521拟合曲线。如从曲线523的形状可以认识到，具有360°周期的正弦函数可被拟合成曲线523。从而，在图I的中图中表示的偏航负载y的变化频率与方位角Φ的变化频率一致。图6示出了曲线图623，其是在叶片桨距失衡修正之后以及在将图2中图所示的偏航负载信号I以类似于获得图5曲线图所执行的方式分级之后获得的。如图6所示，负载信号y以120°的周期波动，表示负载信号y比在图5所示的曲线523变化快三倍。因而，在修正叶片桨距角失衡之后，图6所示的合成曲线623表示叶片桨距角失衡已经被減少。
特别地，在图5和6中，偏航致动器信号y被分成0-30、30-60、60-90、……、330-360度的方位级(azimuth bins),在此之后计算姆个级的平均。然后从单个的级平均里减去所有级的平均，从而排除偏差或DC含量。分级的偏航致动器信号I的振幅因而被确定为所有级的标准差的两倍的平方根。计算在分级的偏航致动器信号和基于估计的振幅、IP频率和相位补偿值的正弦之间的平方的和。对于0、90、180、270度的相位补偿值如此。四个总和然后被用于确定在转子平面的x、y方向的偏航カ矩。当确定偏航负载的x、y分量后，利用三角法确定偏航负载分量的相位和量值。通过这个结果，本发明的实施例已建立IP含量的量以及因此桨距失衡的示值。使用这种后处理方法，每个包含偏航致动器信号、风测量设备和方位角信号的涡轮机可被分到正确地或不正确地校准的桨距角的组里。根据偏航负载分量确定单个桨距角是不可能的，然而，可以确定一组新的桨距角以获得补偿或中和偏航负载分量并在转子平面重新建立桨距平衡。能够以类似的方式确定3P偏航负载的相位和量值，并且通过几种方法能优化如 上所述的正弦拟合，以改进估计。本发明的实施例使用已经可利用的存储数据能够自动地将涡轮机分类到具有和没有桨距失衡的组中并且因此减少桨距失衡的手工检查的成本。通过本发明的实施例，通过将ー个或多个叶片倾斜到检测的桨距失衡消失所在的桨距角位置，检测的桨距失衡可被直接修正。进ー步地，提供了替代性解决方案
-在检测风力涡轮机的桨距失衡之后，每个叶片的桨距角可被维修技术人员手工校准。-风速信号可用于挑选偏航周期，其中风速是可比较的且不太低，例如在10-12m/s之内或在8-10m/s之内(典型地风速在例如+2m/s或类似的间隔之内大于或等于5m/s)。由于偏航カ矩在低风速(由于偏航系统的摩擦和类似的原因，低风速不容易測量和补偿)时对于測量可能不是非常清晰和有用的事实，这可能是必须的。-偏航速度參考信号可用于分割，以便指出风カ涡轮机的偏航系统起作用所在的特定周期。替代性解决方案包括
检测算法可为FFT或方位角分级或其它类似的方法。偏航信号可从偏航执行器功率之外的其它来源获得。信号只是必须表示偏航カ矩。应该注意，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，表示英语不定冠词的用语“一”并不排除多个。此外，可以结合那些联系不同实施例描述的元件。还应该注意，权利要求中的附图标记不应被理解成限制权利要求的范围。
权利要求
1.一种用于检测风力涡轮机转叶系统的叶片桨距角失衡的方法，所述转叶系统围绕转子旋转轴线旋转，所述方法包括 使所述转子旋转轴线绕横向于特别是垂直于所述转子旋转轴线的偏航轴线偏航； 获得表示因所述偏航引起的负载的负载信号(y); 关于所述负载信号的频率分量(Π)分析所述负载信号；并且 基于所分析的负载信号来检测所述叶片桨距角失衡。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，分析所述负载信号包括确定所述频率分量(fl)的量值(313，413)。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中，获得所述负载信号(y)包括为多个时间点(101，105)获得所述负载信号。
4.根据权利要求3所述的方法，进ー步包括 获得表示所述转叶系统的方位角(Φ )的转子方位角信号，其中检测所述叶片桨距角失衡进ー步基于所述转子方位角信号。
5.根据权利要求4所述的方法，获得所述转子方位角信号包括为所述多个时间点(101,201)获得所述转子方位角信号。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述频率分量对应于所述转叶系统的旋转频率(H)。
7.根据权利要求2到6其中之一所述的方法，其中，所述分析进ー步包括确定与所述旋转频率乘以所述转叶系统所包括的转子叶片数相对应的另ー频率分量(f3)的另ー量值(315,415)。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述检测包括将所述量值与ー阈值相比较、和/或将所述另ー量值和另一阈值相比较、和/或将所述量值与所述另ー量值之差与一差异阈值相比较、和/或将所述量值与所述另ー量值之比与一比率阈值相比较。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，如果所述量值超过所述阈值、和/或所述另ー量值降到所述另ー阈值之下、和/或所述量值与所述另ー量值之差超过所述差异阈值、和/或所述量值与所述另ー量值之比超过所述比率阈值，则所述叶片桨距失衡被检测到。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述检测进ー步基于引起所述转叶系统旋转的风速(VW)。
11.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述分析进ー步包括计算所述负载信号(y)关于时间(t)的傅里叶变换、和/或在多个转子方位角级中，执行所述负载信号(y)关于所述转子方位角(Φ )的分级。
12.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述分析进ー步包括确定所述频率分量(309，fl)的转子方位角相位， 其中检测所述叶片桨距角失衡特别地进ー步包括基于所确定的转子方位角相位来识别所述转叶系统包括的至少ー个转子叶片，其中所述至少ー个转子叶片具有不同于所述转叶系统包括的至少ー个其它转子叶片的叶片桨距角。
13.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，获得所述负载信号(y)包括获得由致动偏航的偏航致动器所消耗的功率、和/或获得所述偏航的扭矩动量。
14.一种用于减少风力涡轮机的转叶系统的叶片桨距角失衡的方法，所述转叶系统围绕转子旋转轴线旋转，所述方法包括 根据前述权利要求之一所述的方法检测所述叶片桨距角失衡；以及 基于所检测的叶片桨距角失衡改变所述转叶系统包括的至少ー个转子叶片的叶片桨距角，从而减少所检测的叶片桨距角失衡。
15.一种用于检测风力涡轮机的转叶系统的叶片桨距角失衡的装置，所述转叶系统围绕转子旋转轴线旋转，所述装置包括 用于获得表示负载的负载信号(y)的输入端子，所述负载是由使所述转子旋转轴线围绕横向于特别是垂直于所述转子旋转轴线的偏航轴线进行偏航而引起的； 处理器，其被配置成用干 关于所述负载信号(y)的频率分量(Π)来分析所述负载信号；以及 基于所分析的负载信号来检测所述叶片桨距角失衡。
全文摘要
本发明描述了用于检测风力涡轮机转叶系统叶片桨距角失衡的方法和装置，其中所述转叶系统围绕转子旋转轴线旋转，所述方法包括使所述转子旋转轴线围绕横向于，特别是垂直于所述转子旋转轴线的偏航轴线偏航；获得表示因所述偏航引起的负载的负载信号(y)；关于所述负载信号的频率分量(f1)分析所述负载信号；和基于所述分析的负载信号检测所述叶片桨距角失衡。
文档编号F03D7/04GK102678453SQ20121006098
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者I.弗里登达尔, J.里珀 申请人:西门子公司