确定风力涡轮机塔架的摆动运动的频率制造技术

描述了一种确定风力涡轮机塔架的摆动运动的频率的方法（200），风力涡轮机塔架承载机舱和包括定子和转子的发电机，摆动运动引起机舱的横摇运动，该方法包括获得（210）指示相对于机舱的转子速度的第一信号，获得（220）指示相对于地面的转子速度的第二信号，基于第一信号确定（230）第一振幅谱（311），基于第二信号确定（240）第二振幅谱（312），基于第一振幅谱和第二振幅谱确定（250）差函数（414），以及将风力涡轮机塔架的摆动运动的频率确定（260）为对应于差函数中的峰（415）的频率（416）。此外，描述了一种用于确定风力涡轮机塔架的摆动运动的频率的装置、包括这种装置的风力涡轮机以及计算机程序。机程序。机程序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】确定风力涡轮机塔架的摆动运动的频率


[0001]本专利技术涉及风力涡轮机领域，特别涉及一种确定风力涡轮机塔架的摆动运动的频率的方法，该风力涡轮机塔架承载机舱和包括定子和转子的发电机，摆动运动导致机舱的横摇运动。本专利技术还涉及一种用于确定风力涡轮机塔架的摆动运动频率的装置、一种包括这种装置的风力涡轮机以及一种计算机程序。

技术介绍

[0002]风力涡轮机包括许多不同的结构部件，所有这些部件都具有它们在其处自然摆动的特定频率。这些被称为自然频率或频率模式。
[0003]当控制风力涡轮机时，知道这些频率会是非常有用的，例如以便（a）避免激发这些结构模式，例如从而导致结构上的过度负载，以及（b）主动阻尼已知会导致与负载或其他控制目标相关的问题的模式。
[0004]自然频率可以基于风力涡轮机结构的数学模型来估计。然而，这种估计遭受对近似值和作出假设的需要。此外，该估计不能考虑到一些条件和参数可能在风力涡轮机的寿命期间改变。例如，由于变化的环境条件（诸如极热或极冷），地下的组成可能改变，或者风力涡轮机结构元件的机械性质可能改变或变化。
[0005]因此，可需要一种以简单且精确的方式确定摆动风力涡轮机塔架运动的当前频率的方法。

技术实现思路

[0006]这种需求可以通过根据独立权利要求的主题来满足。从属权利要求描述了本专利技术的有利实施例。
[0007]根据本专利技术的第一方面，提供了一种确定风力涡轮机塔架的摆动运动的频率的方法，风力涡轮机塔架承载机舱和包括定子和转子的发电机，摆动运动导致机舱的横摇运动。该方法包括（a）获得指示相对于机舱的转子速度的第一信号，（b）获得指示相对于地面的转子速度的第二信号，（c）基于第一信号确定第一振幅谱，（d）基于第二信号确定第二振幅谱，（e）基于第一振幅谱和第二振幅谱确定差函数，以及（f）将风力涡轮机塔架的摆动运动的频率确定为对应于差函数中的峰的频率。
[0008]本专利技术的这个方面基于这样的思想，即相对于机舱测量的转子速度将包含由机舱的横摇运动引起的叠加摆动，这种摆动将不会出现在相对于地面测量的转子速度中。因此，当基于两个转子速度测量值的振幅谱形成差函数时，叠加摆动的频率将在差函数中引起对应的峰。因此，给定摆动的频率可以被确定为差函数表现出峰的频率。
[0009]在本文中，术语“横摇运动”可以特别表示机舱在转子盘平面内的运动。换句话说，当机舱沿转子的旋转方向（即，与转子一起）横摇时，横摇运动将导致由第一信号表示的转子速度值减小。类似地，当机舱在与转子的旋转方向相反的方向上（即，逆着转子）横摇时，横摇运动将导致由第一信号表示的转子速度值的增加。
[0010]本专利技术能够基于两个转子速度测量值提供实际摆动频率的精确确定（基本上实时），即不依赖于数学模型和机械性质的假设/估计。有利的是，两个转子速度测量值（或至少用于导出测量值所需的数据）在典型的风力涡轮机中已经可用。因此，本专利技术可以容易地实施，而不需要额外的硬件。
[0011]根据本专利技术的实施例，风力涡轮机塔架的摆动运动是第二模式塔架摆动运动。
[0012]第二模式是导致机舱最强的横摇运动（与机舱的横向位移一起）的一种模式，并且因此其最容易（并且最重要）借助于本专利技术来检测。
[0013]根据本专利技术的另一实施例，差函数被确定为作为频率的函数的第一振幅谱和第二振幅谱之间的绝对差。
[0014]通过计算第一和第二振幅谱的对应值之间的绝对差值，差函数中峰的确定变得更简单。
[0015]根据本专利技术的另一实施例，该方法还包括在确定差函数之前对第一和第二振幅谱中的每一者应用平滑。
[0016]通过平滑振幅谱，可以显著减少来自测量误差和其他异常值的任何负面影响。
[0017]根据本专利技术的另一实施例，第一信号由布置在机舱内并适于测量转子速度的转子速度传感器获得。
[0018]换句话说，转子速度传感器是任何风力涡轮机用来向风力涡轮机控制系统提供输入的装置，风力涡轮机控制系统使用该输入作为反馈参数来将转子速度控制到期望值，例如通过调整转子叶片的桨距角、设定发电机扭矩、施加制动等。
[0019]根据本专利技术的另一实施例，转子速度传感器是适于检测转子的对应部分何时经过第一传感器的光学或磁性传感器。
[0020]换句话说，转子速度传感器通过感测光学或磁性性质的对应变化来检测转子圆周的某些区域或部分何时经过转子速度传感器。所述某些区域或部分沿着转子圆周等距离移位。
[0021]根据本专利技术的另一实施例，第二信号由布置在风力涡轮机的毂处的监测装置获得。
[0022]监测装置特别可以是安全系统的一部分，该安全系统监测风力涡轮机的各种操作参数，而不被包括在风力涡轮机的正常控制中。由监测装置收集的信息特别可用于检测操作期间的故障和失灵，以及调度风力涡轮机的维护。在一些情况下，监测装置可能不直接测量转子速度，而是取而代之地获得与转子运动相关的各种数据，这些数据允许容易地推导出转子速度。
[0023]根据本专利技术的另一实施例，监测装置包括至少一个惯性传感器。
[0024]所述至少一个惯性传感器对于获得相对于地面（即相对于地球重力场）的转子运动信息可能特别有用。
[0025]根据本专利技术的另一实施例，所述至少一个惯性传感器包括重力传感器和/或陀螺仪。
[0026]根据本专利技术的另一实施例，确定第一振幅谱和确定第二振幅谱包括分别对第一信号和第二信号应用滑动离散傅立叶变换。
[0027]这样，摆动频率总是基于最近的数据来确定，诸如对应于最后一秒、最后10秒、最
后一分钟或任何其他预定时间间隔的数据。
[0028]根据本专利技术的另一实施例，该方法还包括如果差函数的峰超过预定阈值，则将所确定的频率确认为风力涡轮机塔架的摆动运动的频率。
[0029]通过要求峰值超过预定阈值，可以确保谱之间的随机差异不会导致错误的频率确定。
[0030]根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于确定风力涡轮机塔架的摆动运动的频率的装置，该风力涡轮机塔架承载机舱和包括定子和转子的发电机，摆动运动导致机舱的横摇运动。所描述的装置包括：（a）接口，其配置成（aa）接收指示相对于机舱的转子速度的第一信号，以及（ab）接收指示相对于地面的转子速度的第二信号；以及（b）处理单元，其配置成（ba）基于第一信号确定第一振幅谱，（bb）基于第二信号确定第二振幅谱，（bc）基于第一振幅谱和第二振幅谱确定差函数，以及（bd）将风力涡轮机塔架的摆动运动的频率确定为对应于差函数中的峰的频率。
[0031]本专利技术的这一方面基本上基于与上述第一方面相同的思想。
[0032]根据本专利技术的第三方面，提供了一种包括根据第二方面的装置的风力涡轮机。
[0033]该风力涡轮机受益于上述结合第一和第二方面的优点。
[0034]根据本专利技术的第三方面，提供了一种包括计算机可执行指令的计算机程序，所述指令在由处理器执行时适于执行根据第一方面或其任何上述实施例的方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种确定风力涡轮机塔架的摆动运动的频率的方法（200），所述风力涡轮机塔架承载机舱和包括定子和转子的发电机，所述摆动运动引起所述机舱的横摇运动，所述方法包括获得（210）指示相对于所述机舱的转子速度的第一信号，获得（220）指示相对于地面的转子速度的第二信号，基于所述第一信号确定（230）第一振幅谱（311），基于所述第二信号确定（240）第二振幅谱（312），基于所述第一振幅谱和所述第二振幅谱确定（250）差函数（414），以及将所述风力涡轮机塔架的摆动运动的频率确定（260）为对应于所述差函数中的峰（415）的频率（416）。2.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述风力涡轮机塔架的摆动运动是第二模式塔架摆动运动。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述差函数被确定为作为频率的函数的所述第一振幅谱和所述第二振幅谱之间的绝对差。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在确定所述差函数之前，对所述第一和第二振幅谱中的每一者应用平滑。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一信号由布置在机舱内并适于测量所述转子速度的转子速度传感器获得。6.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述转子速度传感器是光学或磁性传感器，其适于检测转子的对应部分何时经过第一传感器。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二信号通过布置在所述风力涡轮机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：