风力涡轮机叶片桨距系统的基于频率含量的监测技术方案

提供了用于监测风力涡轮机(10)的系统、方法、以及计算机程序产品。该系统接收指示正施加至风力涡轮机(10)的叶片(20)的桨距力的信号(426)。对该信号(426)进行采样，以生成包括多个桨距力样本的离散时域信号(426)。使用采样窗口(326)来选择样本以供分析，该采样窗口排除了在被确定为对获得良好数据有害的运行条件下获得的样本。对所选择的样本进行处理，以生成信号(426)的谱密度(150)，并且对谱密度(150)的频率含量进行分析，以确定风力涡轮机(10)的一个或更多个组件的状况。如果该分析指示风力涡轮机(10)的组件需要引起注意，则系统生成警报。生成警报。生成警报。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风力涡轮机叶片桨距系统的基于频率含量的监测

技术介绍

[0001]本专利技术总体上涉及监测风力涡轮机(wind turbine)，并且特别地，涉及用于基于由叶片桨距(pitch)驱动系统生成的信号的谱密度来确定风力涡轮机的状况的方法、系统、以及计算机程序产品。
[0002]风力涡轮机主要因其低碳足迹以及对传统发电方法对环境的影响的关注而成为日益增长的电力来源。然而，为了加速用风力涡轮机替换依赖化石燃料的工厂设备，并且仍保持与其它形式的可再生能源的竞争，重要的是继续降低利用风力涡轮机供电的成本。风力涡轮机的一个成本来源是维护涡轮机。维护必须足够频繁，以防止因组件失效而造成的电力中断，但由于派遣机组人员执行检查的成本而不应不必要地频繁。风力涡轮机的维护因许多因素(诸如许多风电场的偏远性质、在执行维护时中断电力生产的必要性、以及涡轮机通常位于高塔顶部并由此难以达到的事实)而特别昂贵。
[0003]监测风力涡轮机的运行的一种方式是将振动传感器放置在易于磨损的组件上或附近。然后，通过分析由传感器接收的振动来确定是否存在磨损或失效组件的振动特性，从而确定维护的需要。然而，由于需要附加传感器，这些类型的系统增加了风力涡轮机的成本和复杂性，这些传感器本身也成为潜在的失效点。另外，风力涡轮机中的噪声源可能难以隔离，这通常导致问题的误诊和不必要的维护。特别地，运行条件通常影响振动数据，由此使得难以分离在风力涡轮机中的不同位置产生的噪声。
[0004]因此，需要改进的系统、方法以及计算机程序产品，其使得能够检测风力涡轮机中的振动并且基于所检测到的振动诊断组件状况。

技术实现思路

[0005]在本专利技术的实施方式中，提供了一种用于监测包括具有叶片的转子的风力涡轮机的运行的系统。该系统包括一个或更多个处理器以及被联接至所述一个或更多个处理器的存储器。该存储器包括程序代码，该程序代码在由所述一个或更多个处理器执行时，使该系统：接收指示正被施加至叶片的桨距力(pitch force)的时域信号；确定时域信号的第一谱密度；基于第一谱密度的频率含量，确定风力涡轮机的状况；以及响应于所述状况指示风力涡轮机存在问题，生成警报信号。
[0006]在本专利技术的一方面，时域信号指示控制叶片的桨距的桨距驱动装置(pitch drive)的液压致动器的室中的流体的压力。
[0007]在本专利技术的另一方面，程序代码使该系统通过以下项来确定第一谱密度：对时域信号进行采样，以生成离散时域信号；从该离散时域信号中选择处于采样窗口内的多个样本；以及将所述多个样本从时域变换到频域。
[0008]在本专利技术的另一方面，转子在具有多个扇区的转子平面中旋转，并且该采样窗口对应于当叶片处于所述多个扇区中的选定扇区中时的第一时段。
[0009]在本专利技术的另一方面，当叶片移动通过所述选定扇区时，该叶片经过水平位置。
[0010]在本专利技术的另一方面，所述多个样本被选择成，使得所述多个样本中的各个样本
皆对应于处于预定风速范围内的风速或者该风速的处于风速范围的预定变化率内的变化率。
[0011]在本专利技术的另一方面，所述样本被选择成，使得所述多个样本中的各个样本皆对应于处于预定桨距位置范围内的桨距位置或者该桨距位置的处于桨距位置范围的预定变化率内的变化率。
[0012]在本专利技术的另一方面，所述样本被选择成，使得所述多个样本中的各个样本皆对应于风力涡轮机的处于预定功率输出范围内的功率输出或者风力涡轮机的功率输出的处于功率输出范围的预定变化率内的变化率。
[0013]在本专利技术的另一方面，转子在具有所述多个扇区的转子平面中旋转，采样窗口是至少两个采样窗口之一，所述样本被选择成，使得所述多个样本中的各个样本皆处于所述至少两个采样窗口中的各个采样窗口中，并且所述至少两个采样窗口选自以下项：与当叶片处于所述多个扇区中的选定扇区中时的第一时段相对应的第一采样窗口；与处于预定风速范围内的风速或者该风速的处于风速范围的预定变化率内的变化率相对应的第二采样窗口；与处于预定桨距位置范围内的桨距位置或者该桨距位置的处于桨距位置范围的预定变化率内的变化率相对应的第三采样窗口；以及与风力涡轮机的处于预定功率输出范围内的功率输出或者风力涡轮机的功率输出的处于功率输出范围的预定变化率内的变化率相对应的第四采样窗口。
[0014]在本专利技术的另一方面，所述样本被选择成，使得所述多个样本中的各个样本皆对应于叶片上的处于预定载荷范围内的载荷。
[0015]在本专利技术的另一方面，该程序代码使该系统基于第一谱密度的频率含量通过以下来确定风力涡轮机的状况：比较第一谱密度与第二谱密度，该第二谱密度是在当已知风力涡轮机已经正常运行时的第二时段期间针对该风力涡轮机确定的。
[0016]在本专利技术的另一方面，该程序代码使该系统基于第一谱密度通过以下来确风力涡轮机的状况：限定覆盖第一谱密度的一部分的至少一个频率仓；确定第一谱密度的被所述至少一个频率仓覆盖的所述一部分的最大幅值、平均幅值以及最小幅值中的一个或更多个；将第一谱密度的所述一部分的最大幅值、平均幅值以及最小幅值中的所述一个或更多个与相应的警报阈值进行比较；以及如果最大幅值、平均幅值以及最小幅值中的所述一个或更多个超过其相应的警报阈值，则触发警报。
[0017]在本专利技术的另一方面，所述至少一个频率仓是多个频率仓中的一个频率仓，所述多个频率仓各自覆盖第一谱密度的不同部分，并且针对所述多个频率仓中的各个频率仓来执行确定步骤、比较步骤以及触发步骤。
[0018]在本专利技术的另一方面，该程序代码使该系统基于第一谱密度通过以下来确风力涡轮机的状况：限定具有与转子的旋转的谐波相对应的频率的至少一个工作点；确定所述至少一个工作点的最大幅值、平均幅值以及最小幅值中的一个或更多个；将所述至少一个工作点的最大幅值、平均幅值以及最小幅值中的所述一个或更多个与相应的警报阈值进行比较；以及如果所述至少一个工作点的最大幅值、平均幅值以及最小幅值中的所述一个或更多个超过警报阈值，则触发警报。
[0019]在本专利技术的另一方面，所述至少一个工作点是多个工作点中的一个工作点，所述多个工作点各自对应于转子的旋转的不同谐波，并且针对所述多个工作点中的各个工作点
来执行确定步骤、比较步骤以及触发步骤。
[0020]在本专利技术的另一方面，该程序代码还使该系统：响应于第一谱密度包括具有高于共振阈值的幅值的频率分量，启用抑制与该频率分量相对应的共振的共振控制算法。
[0021]在本专利技术的另一实施方式中，提出了一种用于监测包括具有叶片的转子的风力涡轮机的运行的方法。所述方法包括以下步骤：接收指示正被施加至叶片的桨距力的时域信号；确定时域信号的第一谱密度；基于第一谱密度的频率含量，确定风力涡轮机的状况；以及响应于所述状况指示风力涡轮机存在问题，生成警报信号。
[0022]以上
技术实现思路
呈现了本专利技术的一些实施方式的简化概述，以提供对本文所讨论的本专利技术的某些方面的基本理解。该
技术实现思路
不旨在提供本专利技术的广泛综述，也不旨在标识任何关键或重要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于监测风力涡轮机(10)的运行的系统，所述风力涡轮机包括具有叶片(20)的转子(16)，所述系统包括：一个或更多个处理器(462)；以及存储器(464)，所述存储器联接至所述一个或更多个处理器(462)并且包括程序代码(476)，所述程序代码在由所述一个或更多个处理器(462)执行时，使所述系统：接收指示正被施加至所述叶片(20)的桨距力的时域信号(426)；确定所述时域信号(426)的第一谱密度(150)；基于所述第一谱密度(150)的频率含量，确定所述风力涡轮机(10)的状况；以及响应于所述状况指示所述风力涡轮机(10)存在问题，生成警报信号。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述时域信号(426)指示控制所述叶片(20)的桨距的桨距驱动装置的液压致动器(72)的室(90)中的流体的压力。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述程序代码(476)使所述系统通过以下来确定所述第一谱密度(150)：对所述时域信号(426)进行采样，以生成离散时域信号；从所述离散时域信号中选择处于采样窗口(S(t))内的多个样本；以及将所述多个样本从时域变换到频域。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述转子(16)在具有多个扇区(304
‑
307)的转子平面(300)中旋转，并且所述采样窗口(S(t))对应于当所述叶片(20)处于所述多个扇区(304
‑
307)中的选定扇区中时的第一时段。5.根据权利要求3至4中的任一项所述的系统，其中，所述多个样本被选择成使得所述多个样本中的各个样本皆对应于处于预定风速范围内的风速(V
w
)或者所述风速(V
w
)的处于风速范围的预定变化率内的变化率。6.根据权利要求3至5中的任一项所述的系统，其中，所述样本被选择成使得所述多个样本中的各个样本皆对应于处于预定桨距位置范围内的桨距位置(φ)或者所述桨距位置(φ)的处于桨距位置范围的预定变化率内的变化率。7.根据权利要求3至6中的任一项所述的系统，其中，所述样本被选择成使得所述多个样本中的各个样本皆对应于所述风力涡轮机(10)的处于预定功率输出范围内的功率输出(P
wt
)或者所述风力涡轮机(10)的所述功率输出(P
wt
)的处于功率输出范围的预定变化率内的变化率。8.根据权利要求3所述的系统，其中，所述转子(16)在具有多个扇区(304
‑
307)的转子平面(300)中旋转，所述采样窗口(S(t))是至少两个采样窗口(S(t))之一，所述样本被选择成使得所述多个样本中的各个样本皆处于所述至少两个采样窗口(S(t))中的各个采样窗口(S(t))中，并且所述至少两个采样窗口(S(t))选自以下项：与当所述叶片(20)处于所述多个扇区(304
‑
307)中的选定扇区中时的第一时段相对应的第一采样窗口(S
θ
(t))；与处于预定风速范围内的风速(V
w
)或者所述风速(V
w
)的处于风速范围的预定变化率内的变化率相对应的第二采样窗口(S
V
(t))；与处于预定桨距位置范围内的桨距位置(φ)或者所述桨距位置(φ)的处于桨距位置范围的预定变化率内的变化率相对应的第三采样窗口(S
φ
(t))；以及
与所述风力涡轮机(10)的处于预定功率输出范围内的功率输出(P
wt
)或者所述风力涡轮机(10)的所述功率输出(P
wt
)的处于功率输出范围的预定变化率内的变化率相对应的第四采样窗口(S
P
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：