[发明专利]用于响应于叶片脱落事件而控制风力涡轮的系统和方法

说明书

提供了一种用于响应于叶片脱落事件而控制风力涡轮的系统和方法。因此，确定对于风力涡轮的所估计的响应特性。收集指示风力涡轮的构件对转子负荷的至少两个实际响应特性的传感器数据。实际响应特性与所估计的响应特性比较。两个或更多个实际响应特性符合或超过所估计的响应特性指示叶片脱落事件。响应于检测到叶片脱落事件，启动快速关闭控制逻辑，以使转子以超过转子的标称减速率的速率减速。

技术领域

本公开大体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及用于在叶片脱落事件的情况下控制风力涡轮的系统和方法。

背景技术

风力被认为是目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，并且，在这点上，风力涡轮已得到越来越多的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。机舱包括转子组件，转子组件联接到齿轮箱并且联接到发电机。转子组件和齿轮箱安装于位于机舱内的底板支承框架上。一个或多个转子叶片使用已知的翼型件原理来采集风的动能。转子叶片将动能以旋转能的形式传送，以便使将转子叶片联接到齿轮箱的轴转动或在未使用齿轮箱的情况下将转子叶片直接地联接到发电机的轴转动。然后，发电机使机械能转换成电能，并且，电能可以传送到容纳于塔架内的转换器和/或变压器并且随后部署到公用电网。现代的风力发电系统典型地采取风场的形式，该风场具有多个这样的风力涡轮发电机，这些风力涡轮发电机可操作成将功率供应到输电系统，从而将功率提供到电网。

在某些实例中，转子叶片的部分(或转子叶片以其整体)可以从风力涡轮分离。这样的叶片脱落事件可能引起转子变得不平衡，由此引起对风力涡轮的损坏或破坏。

由不平衡的转子造成的损坏可能在产生不平衡的状况之后随着风力涡轮的持续的操作而加重。对于现有的风力涡轮，控制器典型地在标称设计极限内使用风力涡轮操作的构件来使转子减速。然而，在某些实例中，这样的减速率可能不足以防止或减轻对风力涡轮的损坏。因此，在某些实例中，可以为理想的是，继叶片脱落事件之后，以加快的方式使转子减速。然而，转子的这样的快速减速可能是高成本的。因此，重要的是，排除错误警报的实例(即，仅在实际上已发生叶片脱落事件时使转子减速)。

因而，本领域不断寻求解决前面提到的问题的新且改进的系统和方法。照此，本公开涉及用于响应于叶片脱落事件而控制风力涡轮的系统和方法。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可以根据描述而为显然的，或可以通过实践本发明而了解。

在一个方面，本公开涉及一种用于响应于叶片脱落事件而控制风力涡轮的方法。风力涡轮可以包括转子，转子具有可旋转毂和安装到可旋转毂的多个转子叶片。该方法可以包括确定与多个不同的叶片脱落事件对应的对于风力涡轮的多个所估计的响应特性(response signature)。该方法还可以包括在风力涡轮的操作期间经由多个传感器来收集传感器数据。传感器数据可以指示风力涡轮的至少一个构件对实际转子负荷的响应。该方法可以包括在传感器数据内标识至少两个实际响应特性。另外，该方法可以包括确定至少两个实际响应特性是否等于或超过多个所估计的响应特性中的两个或更多个对应的所估计的响应特性，以便确定叶片脱落事件的存在性。响应于检测到叶片脱落事件，该方法可以包括利用控制器来启动快速关闭控制逻辑以保护风力涡轮。

在实施例中，多个响应特性可以包括载荷幅度、载荷的沿着变桨轴线的方向以及至少一个构件的加速度向量、第一激励频率、传感器通信损耗、与叶片脱落对应的声学特性、与叶片脱落对应的振动特性、对风力涡轮的转子轴或塔架造成影响的弯矩中的至少一个和/或它们的组合。

在额外的实施例中，至少一个构件的加速度向量可以包括转子响应于转子上的载荷的水平位移和竖直位移。

在实施例中，至少一个构件的加速度向量可以包括风力涡轮的机舱响应于风负荷的加速度。机舱加速度可以包括机舱的振荡方向、振荡频率以及振荡幅度。