[发明专利]基于其实际操作使用累积负载直方图操作风力涡轮的系统

说明书

一种用于操作风力涡轮的方法包括在风力涡轮的操作期间确定关于风力涡轮的一个或多个构件的其一个或多个负载和行程度量或函数。该方法还包括在风力涡轮的操作期间使用一个或多个负载和行程度量来至少部分地生成关于一个或多个构件的累积负载数据的至少一个分布。此外，该方法包括将一个或多个构件的寿命模型应用于累积负载数据的至少一个分布，以确定迄今关于风力涡轮的一个或多个构件的实际损伤累积。而且，该方法包括基于损伤累积对风力涡轮实施校正动作。

技术领域

本公开内容大体上涉及风力涡轮，且更特别地涉及用于基于其实际操作使用累积负载直方图来操作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、最环境友好的能源中的一种，且风力涡轮在该方面得到增多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片是用于将风能转化为电能的主要元件。例如，叶片典型地具有翼型件的横截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片，在它的侧部之间产生压差。因此，从压力侧朝向吸力侧导向的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上生成扭矩，主转子轴连接到发电机以产生电力。

典型地，风力涡轮被设计成在预定或预期的操作寿命内以固定的标称功率输出操作。例如，典型的风力涡轮设计用于20年的寿命。然而，在许多情况下，该预期的总体操作寿命是有限的，或基于风力涡轮构件中的一个或多个的预期疲劳寿命。如本文中使用的风力涡轮的寿命消耗或操作用量(其可包括疲劳或极端负载、磨损和/或其它寿命参数)大体上是指已由先前的操作消耗或耗尽的风力涡轮或其构件的寿命。因此，对于常规的风力涡轮，大体上在风力涡轮的寿命内以预定的时间间隔调度各种预防性维护动作，以防止在不执行此类维护动作的情况下可发生的加速寿命消耗。

然而，此类维护动作的成本和相关联的停机时间是关于风力涡轮总体生命周期成本的重要驱动因素，且因此应被优化。另外，具有较高操作用量的风力涡轮可维护不足，且出现计划外低质量事件的风险更大。类似地，具有较低操作用量的风力涡轮可过度维护。

作为示例，风力涡轮构件(诸如转子叶片、塔架、变桨轴承、齿轮箱等)具有基于物理的寿命模型，该模型在设计和选址阶段期间使用，以确保构件可在预期的寿命操作中存活。此类模型使用特定于构件的输入参数和通过模拟操作的寿命确定的特定寿命负载直方图。照此，该模型被设计成捕获复杂和非线性的机制，这些负载通过该机制作用于构件的物理材料并损伤该材料。然后，该模型可输出在涡轮寿命期内预测的损伤或可靠性(失效概率)的度量。

然后，可将模型输出与阈值进行比较，以确定损伤输出对于按计划操作风力涡轮是否可接受。大体上，阈值考虑材料强度、可接受的风险和可能的减少因素，以应对在模拟和建模方面的不确定性。如果模型输出小于阈值，涡轮操作被视为安全和可接受的。利用此类模型，关于模型输出的可接受操作的阈值可转换成模型也产生的关于损伤的损伤阈值。

而且，模拟风力涡轮以确定特定应用的适用性。复杂的模拟涵盖在控制之下且在涡轮设计寿命预期的风条件下的整个风力涡轮的气动弹性力学行为。这些模拟直接产生创建由构件寿命模型使用的负载直方图所需的负载数据。

因此，用于操作风力涡轮的改进的系统和方法(例如实际操作数据)将在本领域中受到欢迎。因此，本公开内容涉及用于基于其实际操作而不是模拟数据使用累积负载直方图来操作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部分地阐述，或可从描述中清楚，或可通过实践本发明来学习。