[发明专利]用于控制风力涡轮机以管理缘向叶片振动的方法和系统

说明书

一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括至少一个转子叶片，以及容纳在风力涡轮机的机舱或塔架内的至少一个加速度计。该方法包括：确定风力涡轮机的涡动模式频率；测量指示风力涡轮机的机舱的移动的加速度信号；确定所测量的加速度信号在所确定的涡动模式频率附近的频谱；确定表示具有所确定的频谱的所测量的加速度信号的能量含量的特征值；和如果该特征值超出预定阈值，则执行至少一个控制动作。

技术领域

本发明的若干方面涉及一种用于控制风力涡轮机的方法和系统，且更具体而言，涉及一种用于识别和管理风力涡轮机的叶片中不可接受的振动的方法和系统。

背景技术

风力涡轮机被设计成用以在各种风力条件下可靠、安全地运行。然而，即使经过仔细的设计实践，但一些风力条件可能导致风力涡轮机的部件、尤其是叶片的振荡。此类振荡可能损害风力涡轮机的可靠运行，且在振荡与风力涡轮机的共振频率重合时尤其如此。由于共振振荡可导致风力涡轮机组件损坏，人们做出诸多努力来测量部件的潜在的危险性振动并缓解其影响。

当前尚未被充分了解、测量或管理的一个振动源是风力涡轮机的叶片在缘向方向(edgewise direction)上的振动。在某些频率下缘向振动可导致叶片的损坏，以及风力涡轮机的其它部件的损坏。

人们已使用整合在叶片中的传感器做出了一些对缘向振动进行量化的尝试。然而，需要大量传感器，这些传感器通常价格昂贵且必须小心地整合到叶片中以免阻碍其它部件，诸如闪电防护系统。另外，对于旧式风力涡轮机而言，加装传感器更为昂贵，且可能损坏叶片的结构。

本发明的目的是解决上述问题中的至少一些。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括至少一个转子叶片，以及容纳在风力涡轮机的机舱或塔架内的至少一个加速度计。该方法包括：确定风力涡轮机的涡动模式频率；测量指示风力涡轮机的机舱的移动的加速度信号；确定所测量的加速度信号在所确定的涡动模式频率附近的频谱；确定表示具有所确定的频谱的所测量的加速度信号的能量含量的特征值；和如果该特征值超出预定阈值则执行至少一个控制动作。该方法还可以包括确定另一个涡动模式频率，并关于该另一个涡动模式频率执行前述步骤。

本发明还包括一种用于风力涡轮机控制系统的控制器，该风力涡轮机控制系统包括容纳在风力涡轮机的机舱或塔架内的至少一个加速度计，以及至少一个转子叶片，其中该控制器包括处理器、存储器模块和输入/输出系统，且所述存储器包括一组程序代码指令，该组代码指令在由处理器执行时实施如上文所述的方法。本发明的若干方面还在于一种包括这种控制器的风力涡轮机，以及一种能够从通信网络下载和/或存储在机器可读介质上的计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于实施如上文所述的方法的程序代码指令。

有利的是，该方法提供了一种用于监测和管理缘向振动而无需安装在叶片上的加速度计的有效技术。这有利于风力涡轮机的安全运行。该方法仅使用单个塔架式安装或机舱式安装的加速度计，这可在新式和旧式涡轮机中轻松地实施。

涡动模式频率可根据转子叶片的所测量的转子频率和预定的缘向振动频率来确定。所确定的一个或多个涡动模式频率可以是前向涡动模式和后向涡动模式，这两者在某些风力条件下对风力涡轮机的安全运行都是有危害的。能够独立地以及同时地确定前向和后向涡动模式频率是尤其有利的，因为这提供了控制灵活性且允许根据风力条件来调整监测。

确定频谱可包括使用带通滤波器对所测量的加速度信号进行滤波，该带通滤波器具有等于所确定的一个或多个涡动模式频率中的一个的中心频率。通过利用带通滤波器对信号进行滤波，滤除一些运行振动和其它频率组成，保留尤其有利的振动谱，该振动谱主要由涡动模式频率的区域内的振动组成。因此，该过程“选出”塔架/机舱加速度中的可被视为由叶片的缘向振动造成的频率组成。

带通滤波器可具有介于0.1Hz与0.5Hz之间的带宽。该带宽尤其适用于移除噪音和运行振动。