[發明專利]與確定風力渦輪機中的轉子失衡有關的改進

有效

• 申請號: 201580049468.2
• 申請日: 2015-08-12
• 公開（公告）號: CN107076114B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: M·布羅德斯加德;T·克呂格爾
• 申請（專利權）人: 維斯塔斯風力系統集團公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D7/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;王英

一種風力渦輪機，其包括：塔架、包括多個葉片的轉子、操作地耦合到轉子的發電機、以及包括主動衰減模塊的控制系統，該主動衰減模塊被配置為監測風力渦輪機的振蕩運動并且輸出用于衰減該振蕩運動的衰減需求信號。該控制系統被配置為執行轉子失衡確定過程，該過程包括：控制轉子的旋轉頻率，從而使其與塔架的固有頻率大體上一致；基于衰減需求信號來確定轉子失衡數據，并且對所述轉子失衡數據進行評估以確定轉子失衡狀態的出現；以及通過將槳距控制輸入施加到多個葉片中的一個或多個來對轉子失衡狀態進行校正，以便于降低轉子失衡的嚴重程度。本發明還可以被表示為一種方法。

技術領域

本發明涉及用于確定風力渦輪機的轉子中的失衡的技術、策略或者過程。

背景技術

由于用于增加來自可再生資源的能量生產的經濟和政治動機，風力渦輪機正被設計得越來越大。

隨著風力渦輪機的總體尺寸增大，風力渦輪機在操作中經受到的力也增大。塔架負載中的一個重要因素是由于轉子的運動而產生的力，該轉子被安裝到風力渦輪機的機艙。在理想情況下，轉子將是平衡的，以便于將由該激勵源所施加到塔架上的力最小化。然而，實際上，由于空氣動力失衡和質量失衡這兩個主要原因，轉子在塔架上產生周期性的力。當葉片的空氣動力特性受到影響時(例如當葉片中的一個或多個被不正確地安裝時、當一個葉片比其它的葉片更臟時、或者當葉片中的一個上的積冰更嚴重時)，可能發生空氣動力失衡。當通過轉子平面的氣流的湍流區域不均等地對葉片造成影響時，也可能發生空氣動力失衡。當葉片的質量受到影響時(例如如果在安裝時葉片的質量不同，或者由于葉片內部的水聚積)，可能發生質量失衡。

塔架將根據其固有頻率或“本征頻率”振蕩，該固有頻率或“本征頻率”主要由風力渦輪機的結構特征(例如，用于決定幾個因素的風力渦輪機的高度、直徑、制造材料、機艙質量)確定。典型地，風力渦輪機將被設計為使得塔架的本征頻率與轉子和相關聯的發電設備的操作的速度范圍在頻域中間隔開。然而，這種設計原理意味著難以檢測和量化轉子失衡對塔架的影響，結果是系統的重要部件(例如轉子軸承、發電設備等)受到可能對其使用壽命有不利影響的不平衡的力。

已經做出了一些努力來對風力渦輪機的轉子失衡進行診斷。在一項研究中，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”中所記錄的，采用了統計方法來對風力渦輪機的葉片之間的質量失衡進行診斷。具體而言，該方法在重要的時間段(被表現為三個月)內應用“學習階段”，在該時間段期間，系統對功率輸出和風速狀態進行監測以便于限定“無故障”轉子的功率特性。繼而進行進一步的測量以識別與“無故障”特性的任何偏離，以便于對轉子所存在問題進行識別。然后以機艙安裝的加速度計形式的儀器提供數據，對該數據進行分析以確定在轉子的葉片之間是否存在質量失衡。盡管這這種方案似乎提供了這樣的方法：提供對葉片失衡狀態進行診斷的可能性，但是由于需要學習階段來定性“無故障”轉子，并且由于該方法依賴于所安裝的轉子確實無故障的假設，所以實際上該方法是不切實際的。

針對這種背景，已經設計了本發明。

發明內容

在第一方面，本發明提供了一種風力渦輪機，該風力渦輪機包括：塔架、包括多個葉片的轉子、操作地耦合到轉子的發電機、以及包括主動衰減模塊的控制系統，該主動衰減模塊被配置為對風力渦輪機的振蕩運動進行監測并且輸出用于衰減振蕩運動的衰減需求信號。該控制系統被配置為執行轉子失衡確定過程，該過程包括：

控制轉子的旋轉頻率，從而使轉子的旋轉頻率與塔架的固有頻率大體上一致，

基于衰減需求信號來確定轉子失衡數據，并且對所述轉子失衡數據進行評估以確定轉子失衡狀態的出現，以及