[发明专利]与确定风力涡轮机中的转子失衡有关的改进

说明书

一种风力涡轮机，其包括：塔架、包括多个叶片的转子、操作地耦合到转子的发电机、以及包括主动衰减模块的控制系统，该主动衰减模块被配置为监测风力涡轮机的振荡运动并且输出用于衰减该振荡运动的衰减需求信号。该控制系统被配置为执行转子失衡确定过程，该过程包括：控制转子的旋转频率，从而使其与塔架的固有频率大体上一致；基于衰减需求信号来确定转子失衡数据，并且对所述转子失衡数据进行评估以确定转子失衡状态的出现；以及通过将桨距控制输入施加到多个叶片中的一个或多个来对转子失衡状态进行校正，以便于降低转子失衡的严重程度。本发明还可以被表示为一种方法。

技术领域

本发明涉及用于确定风力涡轮机的转子中的失衡的技术、策略或者过程。

背景技术

由于用于增加来自可再生资源的能量生产的经济和政治动机，风力涡轮机正被设计得越来越大。

随着风力涡轮机的总体尺寸增大，风力涡轮机在操作中经受到的力也增大。塔架负载中的一个重要因素是由于转子的运动而产生的力，该转子被安装到风力涡轮机的机舱。在理想情况下，转子将是平衡的，以便于将由该激励源所施加到塔架上的力最小化。然而，实际上，由于空气动力失衡和质量失衡这两个主要原因，转子在塔架上产生周期性的力。当叶片的空气动力特性受到影响时(例如当叶片中的一个或多个被不正确地安装时、当一个叶片比其它的叶片更脏时、或者当叶片中的一个上的积冰更严重时)，可能发生空气动力失衡。当通过转子平面的气流的湍流区域不均等地对叶片造成影响时，也可能发生空气动力失衡。当叶片的质量受到影响时(例如如果在安装时叶片的质量不同，或者由于叶片内部的水聚积)，可能发生质量失衡。

塔架将根据其固有频率或“本征频率”振荡，该固有频率或“本征频率”主要由风力涡轮机的结构特征(例如，用于决定几个因素的风力涡轮机的高度、直径、制造材料、机舱质量)确定。典型地，风力涡轮机将被设计为使得塔架的本征频率与转子和相关联的发电设备的操作的速度范围在频域中间隔开。然而，这种设计原理意味着难以检测和量化转子失衡对塔架的影响，结果是系统的重要部件(例如转子轴承、发电设备等)受到可能对其使用寿命有不利影响的不平衡的力。

已经做出了一些努力来对风力涡轮机的转子失衡进行诊断。在一项研究中，如在“Caselitz，P.，Giebhardt，J.：Rotor Condition Monitoring for Improved OperationalSafety of Offshore Wind Energy Converters.ASME Journal of Solar EnergyEngineering 2005，127，p253-261”中所记录的，采用了统计方法来对风力涡轮机的叶片之间的质量失衡进行诊断。具体而言，该方法在重要的时间段(被表现为三个月)内应用“学习阶段”，在该时间段期间，系统对功率输出和风速状态进行监测以便于限定“无故障”转子的功率特性。继而进行进一步的测量以识别与“无故障”特性的任何偏离，以便于对转子所存在问题进行识别。然后以机舱安装的加速度计形式的仪器提供数据，对该数据进行分析以确定在转子的叶片之间是否存在质量失衡。尽管这这种方案似乎提供了这样的方法：提供对叶片失衡状态进行诊断的可能性，但是由于需要学习阶段来定性“无故障”转子，并且由于该方法依赖于所安装的转子确实无故障的假设，所以实际上该方法是不切实际的。

针对这种背景，已经设计了本发明。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括：塔架、包括多个叶片的转子、操作地耦合到转子的发电机、以及包括主动衰减模块的控制系统，该主动衰减模块被配置为对风力涡轮机的振荡运动进行监测并且输出用于衰减振荡运动的衰减需求信号。该控制系统被配置为执行转子失衡确定过程，该过程包括：

控制转子的旋转频率，从而使转子的旋转频率与塔架的固有频率大体上一致，

基于衰减需求信号来确定转子失衡数据，并且对所述转子失衡数据进行评估以确定转子失衡状态的出现，以及