[發明專利]用于控制風力渦輪機以管理邊緣葉片振動的方法和系統

有效

• 申請號: 201880083820.8
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN111512043B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: T·H·巴赫曼;A·S·尼爾森
• 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
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王永建

一種用于控制風力渦輪機以避免邊緣振動的方法。所述方法包括以下步驟：確定所述風力渦輪機的轉子葉片的回轉模式頻率；基于所述回轉模式頻率確定回避區域，所述回避區域為轉子速度范圍；接收轉子速度設定點，以及：如果所述轉子速度設定點在所述轉子速度范圍內，則將轉子速度調整為所述轉子速度范圍之外的值，或者，如果所述轉子速度設定點在所述轉子速度范圍之外，則將所述轉子速度調整為與所述轉子速度設定點相對應的值。

技術領域

本發明的各方面涉及用于控制風力渦輪機的方法和系統，并且更具體地涉及識別和減輕風力渦輪機的葉片中的不可接受的振動。

背景技術

風力渦輪機被設計為在廣泛的風力條件下可靠且安全地運行。但是，盡管進行了精心的設計實踐，某些運行條件仍可能導致風力渦輪機部件(特別是葉片)的振蕩。這樣的振蕩可能損害風力渦輪機的可靠運行，并且如果振蕩的頻率與風力渦輪機部件的共振頻率一致，則尤其如此。

振蕩的一種來源是風力渦輪機在葉片邊緣方向上的振動。一定幅度的邊緣振動可能會導致葉片損壞，還會導致風力渦輪機的其他部件損壞。

已知用碳纖維加強和加固葉片，以改變葉片的結構頻率，從而避免在某些頻率下的共振邊緣振動。但是，這種方法大大增加了葉片制造的總成本。

本發明旨在解決上述問題中的至少一些。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了一種用于控制風力渦輪機以避免邊緣振動(edgewise vibration，擺振，即葉片在旋轉平面內的振動)的方法，所述方法包括以下步驟：確定所述風力渦輪機的轉子葉片的回轉模式(whirling mode)頻率；基于所述回轉模式頻率確定回避區域，所述回避區域為轉子速度范圍；以及接收轉子速度設定點，其中所述方法還包括以下步驟中的一個：如果所述轉子速度設定點在所述轉子速度范圍內，則將轉子速度調整為所述轉子速度范圍之外的值；或者，如果所述轉子速度設定點在所述轉子速度范圍之外，則將所述轉子速度調整為與所述轉子速度設定點相對應的值。因為所述轉子速度范圍與所述回避區域相對應，所以這意味著當所述轉子速度設定點在所述轉子速度范圍內時，避免了所述轉子速度落入所述回避區域內，從而避免了激發不希望的葉片邊緣振動。

優選地，控制和調整所述轉子速度的步驟還包括以下步驟：當所接收的轉子速度設定點在所述轉子速度范圍內時，將所述轉子速度維持在等于或低于與所述轉子速度范圍的下限閾值相對應的轉子速度的值；以及，如果所述轉子速度設定點等于或超過所述轉子速度范圍的上限閾值，則增大所述轉子速度；或者，當所述轉子速度設定點在所述轉子速度范圍內時，將所述轉子速度維持在等于或高于與所述轉子速度范圍的上限閾值相對應的轉子速度的值；以及，如果所述轉子速度設定點等于或低于所述轉子速度范圍的下限閾值，則減小所述轉子速度。所述轉子速度以不使機械和電氣系統經受潛在的損壞性高動態負載的、在實踐中可能的最快的速度通過所述轉子速度范圍增大或減小。

優選地，所確定的回轉模式頻率是前向回轉模式和后向回轉模式中的一種或多種。能夠獨立地以及同時地確定前向和后向回轉模式頻率是特別有利的，因為這提供了控制的靈活性并且允許根據風力條件來定制所述確定。

優選地，根據測量的轉子頻率和所述轉子葉片的預定邊緣振動頻率來確定所述回轉模式頻率。

優選地，所述方法還包括以下步驟：測量指示所述風力渦輪機的所述轉子葉片的移動的信號；確定所測量的信號在所確定的回轉模式頻率附近的頻譜；從所述頻譜中獲取中心頻率；以及，相對于所述中心頻率調整所確定的回轉模式頻率。該過程識別出轉子葉片的移動中的、可被認為引起葉片的邊緣振動的頻率成分，然后校準所確定的回轉模式頻率以確保其準確性。

優選地，所確定的回轉模式頻率被調整為等于所述中心頻率。

優選地，所述信號指示所述轉子葉片的邊緣振動。

優選地，所述信號是指示所述風力渦輪機的塔架頂部的移動的加速度信號。