检测和控制回转振荡的风力涡轮机方法技术

本发明专利技术涉及一种用于检测和控制风力涡轮机的叶片的回转振荡的方法。回转振荡的检测基于指示叶片振荡的测量信号，以及基于回转振荡频率将测量信号从测量框架旋转变换到至少一个目标框架。旋转变换包括相对于转子旋转方向的向后旋转变换方向或向前旋转变换方向。该控制基于从旋转变换后的测量信号获得的振荡分量，其中该振荡分量指示在向后旋转方向和/或向前旋转方向上的回转振荡。向前旋转方向上的回转振荡。向前旋转方向上的回转振荡。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】检测和控制回转振荡的风力涡轮机方法


[0001]本专利技术涉及检测风力涡轮机中的振荡，特别是涉及检测风力涡轮机的叶片中的回转振荡以及基于这种振荡控制风力涡轮机。

技术介绍

[0002]风力涡轮机的叶片可能会被激发而以回转模式振荡。用于检测回转模式的现有方法可能是不足够的，例如不能足够快地检测到振荡，然后调用控制动作来减少振荡。已知的是通过FFT方法来检测振荡。然而，这样的方法可能太慢，以致于不能在振荡增加到不可接受的振幅之前开始控制动作。因此，需要改进用于检测叶片振荡的方法。
[0003]出于不同的目的(像是减少边缘方向的载荷、风力涡轮机叶片和其他风力涡轮机部件的生产成本)，减少用于制造风力涡轮机叶片的材料量将是有益的。但是，减少材料量可能会导致叶片刚度降低。降低的叶片刚度可能会促进叶片的回转振荡的生成。因此，还需要用于检测叶片振荡的改进方法，以实现用于叶片制造的材料量的减少。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是改进对风力涡轮机中的叶片振荡的检测。本专利技术的另一目的是改进风力涡轮机的控制方法，特别是提高风力涡轮机的寿命和/或生产能力的控制方法。本专利技术的又一目的是使得能够以降低的材料消耗来进行风力涡轮机叶片的叶片制造。
[0005]在本专利技术的第一方面，提供了一种用于控制风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括具有两个或更多个叶片的转子，所述方法包括：
[0006]-获得指示至少一个叶片的叶片振荡的测量信号，其中所述测量信号在所述风力涡轮机的测量框架(frame)中获得，
[0007]-基于所述至少一个叶片的关注频率，将所述测量信号或其衍生信号从所述测量框架旋转变换到至少一个目标框架，以获得旋转变换后的信号，其中所述至少一个目标框架相对于所述转子的旋转频率以所述关注频率旋转，并且其中所述旋转变换包括相对于转子旋转方向的向后旋转变换方向或向前旋转变换方向，
[0008]-基于所述旋转变换后的信号，获得所述叶片振荡作用在相对于所述转子旋转方向的向后旋转方向或向前旋转方向上的至少一个叶片振荡分量，以及
[0009]-基于所述叶片振荡分量来控制所述风力涡轮机。
[0010]从测量框架到目标框架的旋转变换基于关注频率(例如叶片的预期振荡频率)。因此，关注频率被用于确定不同时刻的角度，使得测量结果(例如叶片力)可以被变换到以与叶片振荡相同的频率旋转的目标框架。在目标框架中，可以将变换后的信号处理为可用于控制风力涡轮机的信号分量。
[0011]有利地，该方法并不基于计算上需要的FFT方法，而是基于旋转变换和滤波，从而可以非常快速地检测到可能的叶片振荡。
[0012]此外，该方法使得能够检测到叶片振荡在向前旋转方向或向后旋转方向或可能地
在这两个方向上的特定旋转方向。
[0013]基于叶片振荡分量控制风力涡轮机可以是可选功能，因为所述至少一个叶片振荡分量本身可以用于控制风力涡轮机以外的其他目的(例如用于累积的叶片疲劳评估)。
[0014]该方法可以用于不同的关注频率，使得可以获得针对不同频率的叶片振荡分量。
[0015]根据一个实施例，所述至少一个叶片振荡分量包括所述叶片振荡作用在向前的转子旋转方向上的向前叶片振荡分量。根据另一个实施例，所述至少一个叶片振荡分量包括所述叶片振荡作用在向后的转子旋转方向上的向后振荡分量。有利地，该方法可以用于确定针对向后方向或向前方向的叶片振荡分量。显然，该方法还可用于确定针对向后方向和向前方向的叶片振荡分量。取决于风力涡轮机的当前运行状况，该方法可以用于检测针对振荡方向的振荡分量，该振荡分量可以是鉴于风力涡轮机的运行状况的最相关的振荡分量。例如，如果风力涡轮机的旋转速度具有特定值，则可能存在转子旋转的3P频率可能会激发向后回转振荡共振的风险。因此，该方法可以集中于检测可能由3P频率激发的在向后方向上以及处于关注频率的叶片振荡。
[0016]根据一个实施例，该方法包括：对所述旋转变换后的信号进行滤波以获得所述至少一个叶片振荡分量。由于处于关注频率的叶片振荡被变换为低频频谱，因此叶片振荡分量可以有利地通过简单的滤波(例如低通滤波)来获得。
[0017]根据一个实施例，该方法包括：在对所述测量信号进行旋转变换之前，基于所述关注频率对所述测量信号进行带通滤波。可以基于关注频率对测量信号进行初始滤波，以便可以去除无关或干扰频率。该初始滤波可以有利地实现对旋转变换后的信号的更简单的滤波。
[0018]根据一个实施例，所述测量框架是与转子一起旋转的转子框架，或者所述测量框架是非旋转框架。有利地，测量信号可以从位于风力涡轮机的旋转部件中的传感器或从位于非旋转部件中的传感器(诸如位于机舱中的加速度、负载或应变传感器)获得。
[0019]根据一个实施例，关注频率是所述至少一个叶片的共振频率。由于叶片共振频率下的振荡可能是最关键的，因为它们可能被激发成大振幅，因此该方法可以有利地用于监测这种共振频率下的振荡的振幅。
[0020]根据一个实施例，该方法还包括：基于转子的角位置Φ将来自所述测量框架的测量信号旋转变换为非旋转框架中的测量信号。作为第一步，可以将从位于旋转部件中的传感器获得的测量信号旋转变换到非旋转框架。由于该变换，向前振荡分量和向后振荡分量在非旋转框架中被变换为不同的频率。
[0021]根据一个实施例，该方法还包括：基于根据所述关注频率和所述转子的旋转频率确定的所述叶片振荡频率在所述非旋转框架中的频率，对在所述非旋转框架中获得的测量信号或被变换到所述非旋转框架中的测量信号进行带通滤波。由于向前振荡分量和向后振荡分量在非旋转框架中被变换为不同的频率，因此可以根据它们在非旋转框架中的频率提取不同的向前振荡和向后振荡。
[0022]根据一个实施例，该方法还包括：将所述非旋转框架中的带通滤波后的测量信号从所述非旋转框架旋转变换到所述转子框架，以获得处于所述关注频率的叶片振荡的信号。通过将带通滤波后的测量信号旋转变换回转子框架，可以获得针对向后振荡和针对向前振荡的信号。这些信号中的一个或两个进一步被变换到以关注频率旋转的目标框架。
[0023]根据一个实施例，风力涡轮机的控制包括取决于所述叶片振荡分量来调节所述转子的旋转频率。有利地，由于叶片振荡可由于转子旋转而被激发，因此可以通过降低转子速度或者可能地通过增大转子速度来减小检测到的叶片振荡。
[0024]根据一个实施例，风力涡轮机的控制基于所述至少一个叶片振荡分量的振幅和/或相位。有利地，通过使用相位，可以控制风力涡轮机的叶片的桨距以抵消叶片振荡。
[0025]本专利技术的第二方面涉及一种用于控制风力涡轮机的控制系统，所述风力涡轮机包括具有两个或更多个叶片的转子，其中所述控制系统被布置为执行根据第一方面的方法的步骤。
[0026]本专利技术的第三方面涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括软件代码，所述软件代码在数据处理系统上被执行时适于控制风力涡轮机，所述计算机程序产品适于执行第一方面中任一项所述的方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制风力涡轮机(100)的方法，所述风力涡轮机(100)包括具有两个或更多个叶片(103)的转子(102)，所述方法包括：-获得指示至少一个叶片的叶片振荡的测量信号(201,202)，其中所述测量信号在所述风力涡轮机的测量框架中获得，-基于所述至少一个叶片的关注频率(fi)将所述测量信号(201,202)或其衍生信号从所述测量框架旋转变换(211)到至少一个目标框架，以获得旋转变换后的信号(203)，其中所述至少一个目标框架相对于所述转子的旋转频率(f_hub)以所述关注频率(fi)旋转，并且其中所述旋转变换包括相对于转子旋转方向的向后旋转变换方向或向前旋转变换方向，-基于所述旋转变换后的信号(203)，获得所述叶片振荡作用在相对于所述转子旋转方向的向后旋转方向或向前旋转方向上的至少一个叶片振荡分量(204)，以及-基于所述叶片振荡分量来控制所述风力涡轮机。2.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个叶片振荡分量(204)包括所述叶片振荡作用在向前的转子旋转方向上的向前叶片振荡分量(FW_amp,FW_phase)。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个叶片振荡分量(204)包括所述叶片振荡作用在向后的转子旋转方向上的向后振荡分量(BW_amp，BW_phase)。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括：对所述旋转变换后的信号(203)进行滤波以获得所述至少一个叶片振荡分量(204)。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括：在对所述测量信号进行旋转变换之前，基于所述关注频率(fi)对所述测量信号(201,202)进行带通滤波。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述测量框架是与所述转子一起旋转的转子框架，或者其中，所述测量框...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：