專利名稱：用于動(dòng)力應(yīng)用的涉及風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大致涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，并且更特別地涉及用于動(dòng) 力應(yīng)用的牽涉風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在這點(diǎn)上，風(fēng)力渦輪機(jī)包括支撐結(jié)構(gòu)或塔架，通過(guò)基座把該支撐
結(jié)構(gòu)或塔架緊固到地面或其它表面上并且該支撐結(jié)構(gòu)或塔架支撐尺
寸大且重量大的各種部件，比如渦輪轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)和殼體(或"機(jī)艙")。
在操作期間，風(fēng)力和塔架與被支撐部件的重量與搖動(dòng)運(yùn)動(dòng)(或振蕩)的
組合S1起在塔架基座上的彎曲力或扭矩負(fù)載，為了安全和適當(dāng)?shù)剞?br> 風(fēng)力渦輪機(jī)，監(jiān)測(cè)該彎曲力或扭矩負(fù)載以避免使基座過(guò)載。例如，如
果探測(cè)到塔架基座的扭矩負(fù)載到達(dá)最大限度，那么通過(guò)調(diào)節(jié)一個(gè)或多 個(gè)操作特征能夠修改或關(guān)閉風(fēng)力渦輪機(jī)的操作。然而，例如，通過(guò)使
用許多應(yīng)變計(jì)和其它裝置來(lái)監(jiān)測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)并且估計(jì)扭矩負(fù)載，所以
確定塔架基座的扭矩負(fù)載會(huì)是復(fù)雜的。因此，希望的是能夠有一種較
不復(fù)雜的方法來(lái)確定塔架基座的扭矩負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容
在示范性實(shí)施例中，用于動(dòng)力應(yīng)用的涉及風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的系統(tǒng) 和方法包括用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載的系統(tǒng)，該系統(tǒng) 包括控制器，該控制器構(gòu)造成根據(jù)風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的風(fēng)力乘以風(fēng)力 渦輪機(jī)的有效高度的計(jì)算結(jié)果來(lái)確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù) 載，并且生成表示該扭矩負(fù)載的控制信號(hào)。
另 一個(gè)示范性實(shí)施例包括用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩 負(fù)載的方法，該方法包括才艮據(jù)作用在風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的風(fēng)力乘以風(fēng)
4力渦輪機(jī)的有效高度的計(jì)算結(jié)果來(lái)確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩 負(fù)載，并且生成表示該扭矩負(fù)載的控制信號(hào)。


當(dāng)參考附圖閱讀下列詳細(xì)描述時(shí)，這些的和其它的特4正、方面和 優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中遍及附圖用相同的符號(hào)表示相同的零件，
其中
圖l是示范性風(fēng)力渦輪機(jī)的示意圖，根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例 圖解了用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載的示范性參數(shù)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例圖解了圖1的風(fēng)力渦輪機(jī)示意 圖的模型表示的示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例圖解了用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔 架基座的扭矩負(fù)載的示范性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例圖解了用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔 架基座的扭矩負(fù)載的示范性方法的流程圖。
零件列表
100風(fēng)力渦輪機(jī)
102基座
103地面或其它表面 104塔架 106機(jī)艙
108渦輪轉(zhuǎn)子("轉(zhuǎn)子";)
109葉片
200風(fēng)力渦輪機(jī)的模型表示("模型") 202基座 204彈簧 206質(zhì)量
300用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載的系統(tǒng)302控制器
304塔頂加速度傳感器 306風(fēng)速傳感器或估計(jì)器 308轉(zhuǎn)子速度傳感器或估計(jì)器 310轉(zhuǎn)子葉片俯仰傳感器 312操作控制 314轉(zhuǎn)子偏航控制 316轉(zhuǎn)子葉片俯仰控制 318其它控制
具體實(shí)施例方式
在下列詳細(xì)描述中，為了提供對(duì)各個(gè)實(shí)施例的透徹理解將闡明許 多特定細(xì)節(jié)。然而，在沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)的情況下也可以實(shí)行實(shí)施例。 在其它實(shí)例中，沒(méi)有詳細(xì)描述已充分^^知的方法、流程和部件。
進(jìn)一步，可以把各個(gè)操作描述為多個(gè)離散步驟，以有助于理解本 發(fā)明實(shí)施例的方式執(zhí)行該多個(gè)離散步驟。然而，不應(yīng)該把描述順序解 釋成暗示這些操作必須以它們出現(xiàn)的順序來(lái)執(zhí)行，或者暗示它們甚至 是依賴于順序的。而且，對(duì)短語(yǔ)"在實(shí)施例中"的反復(fù)使用并不是必須 指代相同的實(shí)施例，盡管它可以指代相同的實(shí)施例。最后，如在本申 請(qǐng)中所使用的術(shù)語(yǔ)"包括"、"包含""具有"等等意在是同義的，除非另 有指示。
監(jiān)測(cè)在風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座上的扭矩負(fù)載并且修改和/或關(guān)閉風(fēng) 力渦輪機(jī)的操作以減小這些扭矩負(fù)載來(lái)避免過(guò)載狀態(tài)并且確保安全 和適當(dāng)?shù)夭僮黠L(fēng)力渦輪機(jī)。能夠使用所監(jiān)測(cè)的風(fēng)力渦輪機(jī)的操作特 征，比如風(fēng)速、水平加速度和渦輪轉(zhuǎn)子速度以及葉片俯仰來(lái)確定這種 風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載。
圖1是示范性風(fēng)力渦輪機(jī)100的示意圖，根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí) 施例圖解了用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載的示范性參數(shù)。示范性風(fēng)力渦輪機(jī)100包括被緊固到地面或其它表面103上的基座 102。把塔架104連接到基座102上并且由基座102來(lái)支撐塔架104。 把殼體或機(jī)搶106連接到塔架104上并且由塔架104來(lái)支撐殼體或機(jī) 艙106。機(jī)搶106包含和/或關(guān)牢(secure)風(fēng)力渦輪機(jī)100的一個(gè)或多個(gè) 部件，比如渦輪轉(zhuǎn)子("轉(zhuǎn)子")108和發(fā)電機(jī)(未圖示)。
在圖1中圖解了用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載的示范 性參數(shù)。圖解了風(fēng)力渦輪機(jī)100的塔架104的基座102的扭矩負(fù)載 My(TB)(也就是說(shuō)，"風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載")。例如，該扭 矩負(fù)載My(TB)可以是抵著風(fēng)力渦輪機(jī)100的風(fēng)力和塔架104、機(jī)艙 106、轉(zhuǎn)子108與其它部件(未圖示)的重量與運(yùn)動(dòng)(例如，振蕩運(yùn)動(dòng))的 組合的結(jié)果，因此該扭矩負(fù)載My(TB)可以是例如縱向扭矩負(fù)載。也 圖解了在風(fēng)力渦輪機(jī)100的轉(zhuǎn)子108上的風(fēng)力(或風(fēng)推力)FzRO，例如， 能夠基于在轉(zhuǎn)子108的軸上的壓縮力來(lái)測(cè)量該風(fēng)力。例如，基于相對(duì) 于機(jī)艙106的風(fēng)速、轉(zhuǎn)子108的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子108的一個(gè)或多個(gè)葉 片109的俯仰角，例如根據(jù)等式FzR0=Cd.0.5pv2.A能夠可選地計(jì)算和 /或估計(jì)風(fēng)力FzRO，其中Cd是基于轉(zhuǎn)子速度和葉片俯仰角的轉(zhuǎn)子風(fēng)力 系數(shù)，p是空氣密度，v是風(fēng)速，而A是轉(zhuǎn)子面積。而且，還圖解了 機(jī)艙106的水平位置X(例如，相對(duì)于把機(jī)艙106連到塔架104上的前 后位置)和風(fēng)力渦輪機(jī)100的相對(duì)于轉(zhuǎn)子108的"輪轂高度"H(例如，基 于被連接到轉(zhuǎn)子108的中心上的輪轂)。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，根據(jù)下列等式EQ1能夠1吏用前述示 范性參數(shù)來(lái)描述風(fēng)力渦輪機(jī)100的塔架基座102的扭矩負(fù)載My(TB):
M少,-c/.i^脅c》a+c3 啦"
在等式EQ1中，cl是風(fēng)力渦輪機(jī)100的有效高度，例如，取決 于例如在塔架基座102上方的高度(在該高度處風(fēng)力FzRO作用到和/ 或有效地施加在風(fēng)力渦輪機(jī)100上)，該有效高度近似轉(zhuǎn)子108的輪轂 高度H的85%到125%(例如，該高度H可以從基座102延伸到轉(zhuǎn)子 108的徑向中心)；c2("質(zhì)量/高度系數(shù)")是用風(fēng)力渦輪機(jī)100的頂部("塔架頂"，該"塔架頂"例如包括機(jī)搶106和轉(zhuǎn)子108)的質(zhì)量和塔架104 的一部分的質(zhì)量(例如，取決于例如塔架104的比如形狀的結(jié)構(gòu)特征， 該質(zhì)量近似塔架質(zhì)量的1%到30%)的總和乘以風(fēng)力渦輪才幾100的修正 有效高度(例如，取決于例如沿著塔架104高度的相似于塔架頂?shù)恼袷?的振蕩量，該有效高度近似輪轂高度H的80%到120%)的乘積；a是 塔架104的頂部的例如基于機(jī)尬106的水平加速度的水平加速度，它 可以是水平位置X的二階導(dǎo)數(shù)(也就是說(shuō)，義)，而c3是塔架基座102 的靜扭矩偏移(static torque offset),該靜扭矩偏移等于塔架基座102的
例如該靜扭矩負(fù)載基于才幾搶106和轉(zhuǎn)子108的重心的相對(duì)于塔架104 的水平位置。因?yàn)橛捎跈C(jī)搶106的左右運(yùn)動(dòng)可忽略(例如，4艮小的百分 比或更少)而引起的整個(gè)扭矩增加，所以塔架基座的扭矩負(fù)載My(TB) 是整個(gè)塔架基座的扭矩負(fù)載的基于機(jī)搶106的前后運(yùn)動(dòng)的估計(jì)并且針 對(duì)對(duì)應(yīng)的實(shí)際的(例如，所測(cè)量或所模擬的)整個(gè)塔架基座的扭矩負(fù)載 而言導(dǎo)致了可忽略的差值。根據(jù)一階線性等式EQ1，基于由風(fēng)力渦輪 機(jī)的一個(gè)或多個(gè)部件所監(jiān)測(cè)的參數(shù)，這為塔架基座的扭矩負(fù)載提供了 較不復(fù)雜的確定。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，能夠根據(jù)EQ1的簡(jiǎn)化替換來(lái)確定塔 架基座的扭矩負(fù)載My(TB),對(duì)許多應(yīng)用場(chǎng)合而言該簡(jiǎn)化替換可以提 供足夠的精確度。第一簡(jiǎn)化替換等式EQlA不包括靜扭矩偏移c3,如 下
聊卿'F遷+c2 啦"」 第二簡(jiǎn)化替換等式EQ1B進(jìn)一步不包括質(zhì)量/高度系數(shù)c2乘以水 平加速度a的乘積，如下
M少(T薩".尸遷 卿W 圖2是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例圖解了圖1的風(fēng)力渦輪機(jī)示意 圖的模型表示("模型")200的示意圖。例如，模型200可以是簡(jiǎn)化的彈 簧質(zhì)量模型。模型200包括與上述基座102相同或相似的基座202。模型200還包括彈簧204和質(zhì)量206，它們以塔架104、機(jī)艙106(例 如，包括發(fā)電機(jī)和包含在該機(jī)搶中的和/或緊固到該機(jī)艙上的其它部件) 和轉(zhuǎn)子108建模。圖2還圖解了彈簧基座的扭矩負(fù)載My(TB)，(它以塔 架基座的扭矩負(fù)載My(TB)建模)、外力Fext(它以風(fēng)力FzRO建模)、質(zhì) 量206的前后水平位置X，(它以機(jī)搶106的水平位置X建模)和質(zhì)量高 度H，(它以輪轂高度H建模)的參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，在 如下等式EQ2-EQ5中能夠使用這些參數(shù)來(lái)顯示EQ1、 EQ1A和EQ1B 從模型200的扭矩負(fù)載計(jì)算的關(guān)系或推導(dǎo)
W嫂,4〕 Mj卿'=//'-i^w 啦"
.' ^c/'Fz膨c》a+c3 啦5」 從EQ4到EQ5,增加c3以表示基于風(fēng)力渦輪機(jī)100的重量的靜 扭矩，并且用FzR0(它是總外力的前后部分)替換Fext(它是在質(zhì)量206 上的總外力)。根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，相對(duì)于風(fēng)力渦輪"機(jī)IOO在 上面描述了參數(shù)cl， c2， c3。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例圖解了用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔 架基座的扭矩負(fù)載的示范性系統(tǒng)300的結(jié)構(gòu)圖。示范性系統(tǒng)300包括 控制器302,根據(jù)上述等式EQ1， EQ1A和/或EQ1B把該控制器302 構(gòu)造成確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載My(TB)。因此，根據(jù)一 些實(shí)施例中的在風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的風(fēng)力(FzRO)乘以風(fēng)力渦輪機(jī)的有 效高度(cl)(例如，根據(jù)EQ1B)加上用在其它實(shí)施例中的風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī) 艙的水平加速度(a)乘以風(fēng)力渦輪機(jī)的質(zhì)量/高度系數(shù)(c2)(例如，根據(jù) EQ1A)加上在又一其它實(shí)施例中的塔架基座的靜扭矩偏移(c3)(例如， 根據(jù)EQ1)的計(jì)算結(jié)果，可以把控制器302構(gòu)造成確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架 基座的扭矩負(fù)載。還可以把控制器302構(gòu)造成生成表示該扭矩負(fù)載的 信號(hào)(例如，控制信號(hào))，例如，通過(guò)控制器302和/或風(fēng)力渦輪機(jī)的其它部件可以把該信號(hào)用于其它計(jì)算、動(dòng)作等等。在一些實(shí)施例中，基 于相對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)搶的風(fēng)速、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子的一個(gè)或多
個(gè)葉片的俯仰角，可以把控制器302進(jìn)一步構(gòu)造成計(jì)算和/或估計(jì)在風(fēng) 力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的風(fēng)力FzRO,其中可以經(jīng)由風(fēng)力渦輪機(jī)的一個(gè)或多個(gè) 部件來(lái)測(cè)量或估計(jì)這些參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)。
在該點(diǎn)上，控制器302可以與下列傳感器或估計(jì)器通信風(fēng)力渦 輪機(jī)的用于輸入風(fēng)速的風(fēng)速傳感器或估計(jì)器306(例如，風(fēng)速計(jì)、光雷 達(dá)(LIDAR)系統(tǒng)或聲雷達(dá)(SODAR)系統(tǒng))；風(fēng)力渦4侖機(jī)的用于輸入轉(zhuǎn)子 速度的轉(zhuǎn)子速度傳感器(例如，感知轉(zhuǎn)子速度)或估計(jì)器(例如，例如基 于發(fā)電機(jī)速度來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子速度)308;和風(fēng)力渦輪機(jī)的用于輸入轉(zhuǎn)子葉 片俯仰角的轉(zhuǎn)子葉片俯仰傳感器310?？刂破?02還可以與用于輸入 機(jī)艙的水平加速度的塔頂加速度傳感器304(例如，例如由于振動(dòng)、振 蕩等等，感知機(jī)艙的水平加速度的加速度計(jì))通信。在一些實(shí)施例中， 把控制器302進(jìn)一步構(gòu)造成確定(例如，基于表示扭矩負(fù)載的所生成的 信號(hào))塔架基座的扭矩負(fù)栽My(TB)是否已經(jīng)到達(dá)最大極限值(例如，預(yù) 定值)或閾值(例如，臨近或接近最大極限值)并且與確定扭矩負(fù)載 My(TB)已經(jīng)到達(dá)最大極限值或閾值響應(yīng)通過(guò)修改或停止風(fēng)力渦輪機(jī) 的操作來(lái)減小扭矩負(fù)載My(TB)。在這點(diǎn)上，控制器302還可以與風(fēng) 力渦輪機(jī)的一個(gè)或多個(gè)操作控制312通信，該操作控制312可以包括 轉(zhuǎn)子偏航(yaw)控制314、轉(zhuǎn)子葉片俯仰控制316和/或風(fēng)力渦輪機(jī)的其 它控制318?？刂破?02可以是任何裝置、部件等等，或者是它的組 合，因此能夠把該控制器302構(gòu)造成比如處理器、計(jì)算裝置、繼電保 護(hù)裝置等等。
在系統(tǒng)300的示范性操作中，控制器302根據(jù)上述等式EQ1， EQ1A和/或EQ1B確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載My(TB)。因 此，控制器302根據(jù)一些實(shí)施例中的在風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的風(fēng)力(FzRO) 乘以風(fēng)力渦輪機(jī)的有效高度(cl)(例如，根據(jù)EQ1B)加上用在其它實(shí)施 例中的風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙的水平加速度(a)乘以風(fēng)力渦輪機(jī)的質(zhì)量/高度系數(shù)(c2)(例如，根據(jù)EQ1A)加上在又一其它實(shí)施例中的塔架基座的靜 扭矩偏移(c3)(例如，根據(jù)EQ1)的計(jì)算結(jié)果來(lái)確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座 的扭矩負(fù)載My(TB)?？刂破?02還可以生成表示該扭矩負(fù)載的信號(hào)， 例如，通過(guò)控制器302和/或風(fēng)力渦輪機(jī)的其它部件可以把該信號(hào)用于 其它計(jì)算、動(dòng)作等等。在一些實(shí)施例中，基于相對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)搶 的風(fēng)速、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子的一個(gè)或多個(gè)葉片的俯仰角，控制器 302計(jì)算和/或估計(jì)在風(fēng)力渦輪機(jī)的渦輪轉(zhuǎn)子上的風(fēng)力FzRO,其中可以 如上所述地從傳感器304， 306， 308, 310的輸入來(lái)獲得這些參數(shù)。 控制器302還確定塔架基座的扭矩負(fù)載My(TB)是否已經(jīng)到達(dá)最大極 限值或閾值(例如，對(duì)控制器302而言已經(jīng)預(yù)置該最大極限值或閾值) 并且與確定扭矩負(fù)載My(TB)已經(jīng)到達(dá)最大極限值或閾值響應(yīng)通過(guò)經(jīng) 由 一個(gè)或多個(gè)操作控制312來(lái)修改或停止風(fēng)力渦輪機(jī)的操作以減小扭 矩負(fù)載My(TB)。例如，通過(guò)引起經(jīng)由轉(zhuǎn)子偏航控制314來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)位置和/或經(jīng)由其它控制318(例如，控制發(fā)電機(jī)的動(dòng)力設(shè)置)來(lái) 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，控制器302可以修改或停止風(fēng)力渦輪機(jī)的操作， 該調(diào)節(jié)減小基座的扭矩負(fù)載My(TB)。作為另一個(gè)實(shí)例，通過(guò)引起經(jīng) 由轉(zhuǎn)子葉片俯仰控制316來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的一個(gè)或多個(gè)葉片的俯仰角，控 制器302可以修改或停止風(fēng)力渦輪機(jī)的操作，該調(diào)節(jié)減小基座的扭矩 負(fù)載My(TB)。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，系統(tǒng)300的前述示范性才喿作還能夠 描述用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載的方法。在該點(diǎn)上，圖 4是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的圖解了用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基 座的扭矩負(fù)載的示范性方法400的流程圖。示范性方法400包括方塊 402，其中根據(jù)上述等式EQl, EQ1A和/或EQ1B來(lái)確定風(fēng)力渦輪機(jī) 塔架基座的扭矩負(fù)載My(TB)，也可以把該方塊402描述成根據(jù)一些 實(shí)施例中的在風(fēng)力渦輪-機(jī)轉(zhuǎn)子上的風(fēng)力(FzRO)乘以風(fēng)力渦輪^幾的有效 高度(cl)(例如，根據(jù)EQ1B)加上用在其它實(shí)施例中的風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)搶 的水平加速度(a)乘以風(fēng)力渦輪機(jī)的質(zhì)量/高度系數(shù)(c2)(例如，根據(jù)EQ1A)加上在又一其它實(shí)施例中的塔架基座的靜扭矩偏移(c3)(例如， 根據(jù)EQ1 )的計(jì)算結(jié)果來(lái)確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載。還可以 相對(duì)于方塊402生成表示扭矩負(fù)載的信號(hào)(例如，控制信號(hào))。根據(jù)上 述系統(tǒng)300的示范性操作能夠進(jìn)一步執(zhí)行在方塊402中的確定風(fēng)力渦 輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載My(TB)。例如，在一些實(shí)施例中，基于相 對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙的風(fēng)速、風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子的一 個(gè)或多個(gè)葉片的俯仰角，能夠計(jì)算和/或估計(jì)用于根據(jù)等式EQ1 ， EQ1A 或EQ1B來(lái)確定扭矩負(fù)載My(TB)的風(fēng)力FzRO。
示范性方法400還包括方塊404，其中(例如，基于表示扭矩負(fù)載 的所生成的信號(hào))它確定塔架基座的扭矩負(fù)載My(TB)是否已經(jīng)到達(dá)最 大極限值或閾值，例如，該最大極限值或閾值可以是預(yù)定值。示范性 方法400進(jìn)一步包括方塊406，其中響應(yīng)于扭矩負(fù)載My(TB)已經(jīng)到達(dá) 最大極限值或閾值的確定而通過(guò)修改或停止風(fēng)力渦輪機(jī)的操作來(lái)減 小扭矩負(fù)載My(TB)。根據(jù)上述系統(tǒng)300的示范性操作還能夠進(jìn)一步 執(zhí)行這種減小。例如，通過(guò)引起減小基座的扭矩負(fù)載My(TB)的在轉(zhuǎn) 子的旋轉(zhuǎn)位置和/或轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度中的調(diào)節(jié)，可以修改或停止風(fēng)力渦 輪機(jī)的操作。作為另一個(gè)實(shí)例，通過(guò)引起減小基座的扭矩負(fù)載My(TB) 的在轉(zhuǎn)子的 一個(gè)或多個(gè)葉片的俯仰角中的調(diào)節(jié)，可以修改或停止風(fēng)力 渦輪機(jī)的操作。
相對(duì)于各種元件、部件等等，比如用于示范性用途的控制器302、 傳感器304， 306, 308， 310和操作控制312(該操作控制312包括控 制314， 316， 318)圖解了并且描述了用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的 扭矩負(fù)載的示范性系統(tǒng)300。然而，應(yīng)該理解的是，這些元件的提供 相同特征、功能等等的其它變型、組合或集成可以包括在本發(fā)明的實(shí) 施例的范圍中。例如，可以把控制器302的功能結(jié)合到風(fēng)力渦輪機(jī)的 另一個(gè)控制器和/或操作控制312中。按照本文中的描述將能認(rèn)識(shí)到其 它的可能性。而且，相對(duì)于圖1和圖2的示范性示意圖應(yīng)該理解的是，
12據(jù)一些實(shí)施例所描繪的方向。例如，風(fēng)力RzRO可以從與在一些實(shí)施 例中所描繪的方向相反(例如，后到前)的方向作用在轉(zhuǎn)子108上。同 樣在這點(diǎn)上，按照本文中的描述將能認(rèn)識(shí)到其它的可能性。
能夠在石更件、軟件或二者的組合中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示范性實(shí)施例。 在軟件中所實(shí)現(xiàn)的那些實(shí)施例可以例如包括固件、常駐軟件、微碼等 等。也可以把本發(fā)明的示范性實(shí)施例實(shí)現(xiàn)成計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，從提供 程序代碼的計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)能夠進(jìn)入該計(jì)算機(jī)程 序產(chǎn)品，該程序代碼用于計(jì)算機(jī)或其它指令執(zhí)行系統(tǒng)或者與計(jì)算機(jī)或 其它指令執(zhí)行系統(tǒng)相關(guān)。在這點(diǎn)上，計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀介 質(zhì)能夠是任何設(shè)備，該設(shè)備能夠包含、存儲(chǔ)、通信、傳播或運(yùn)輸用于 與指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置相關(guān)的程序。
應(yīng)該理解的是，在本文中所描繪的流程圖是實(shí)例。在本發(fā)明的實(shí) 施例的范圍中，對(duì)本文中所描述的這些圖表或方塊(或操作)而言可 以有許多變型。例如，可以以不同的順序執(zhí)行方塊，或者可以增加、
刪除或^^改方塊。
本書面描述使用實(shí)例來(lái)公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得 能夠?qū)嵭斜景l(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所結(jié) 合的方法。由權(quán)利要求來(lái)限定本發(fā)明的授權(quán)范圍，并且本發(fā)明的授權(quán) 范圍可以包括其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例具有不與權(quán)利要求的文字 語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括不與權(quán)利要求的文字語(yǔ)言有 本質(zhì)差異的等價(jià)結(jié)構(gòu)元件，那么這些其它實(shí)例意在落入權(quán)利要求的范 圍中。
權(quán)利要求
1.一種用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載的系統(tǒng)(300)，所述系統(tǒng)(300)包括控制器(302)，所述控制器(302)構(gòu)造成根據(jù)用所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的轉(zhuǎn)子(108)上的風(fēng)力乘以所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的有效高度的計(jì)算結(jié)果來(lái)確定風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的塔架(104)的基座(102)的扭矩負(fù)載，其中所述有效高度是從所述基座(102)算起的高度，而風(fēng)力在該有效高度處作用到所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)上；并且生成表示所述扭矩負(fù)載的控制信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述計(jì)算結(jié) 果進(jìn)一步包括加上用所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的機(jī)艙(106)的水平加速度 乘以質(zhì)量/高度系數(shù)的乘積，其中所述質(zhì)量/高度系數(shù)包括用所述機(jī)艙 (106)的質(zhì)量加上所述轉(zhuǎn)子(108)的質(zhì)量加上所述塔架(104)的質(zhì)量的5% 到25%的總和乘以所述風(fēng)力渦輪機(jī)的有效高度的乘積。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，從所述風(fēng)力 渦輪機(jī)(100)的加速度計(jì)(304)把所述機(jī)搶(106)的水平加速度輸入到所 述控制器(302)中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述計(jì)算結(jié) 果進(jìn)一步包括加上所述基座(102)的靜扭矩偏移，當(dāng)在所述轉(zhuǎn)子(108) 上沒(méi)有風(fēng)力作用并且所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述靜扭矩偏 移等于所述基座(102)的扭矩負(fù)載。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述靜扭矩 偏移基于所述機(jī)艙(106)和所述轉(zhuǎn)子(108)的重心的相對(duì)于所述塔架 (104)的水平位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述風(fēng)力渦 輪機(jī)(100)的有效高度是所述轉(zhuǎn)子(108)的輪轂高度的90%到120%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(300),其特征在于，所述控制器(302)構(gòu)造成基于所述轉(zhuǎn)子(108)的軸上的壓縮力來(lái)測(cè)量所述轉(zhuǎn)子(108)上的風(fēng) 力；或基于相對(duì)于所述機(jī)艙(106)的風(fēng)速、所述轉(zhuǎn)子(108)的旋轉(zhuǎn)速度和所 述轉(zhuǎn)子(108)的葉片(109)的俯仰角來(lái)計(jì)算在所述轉(zhuǎn)子(108)上的風(fēng)力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于， 從所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的包括風(fēng)速計(jì)、光雷達(dá)(LIDAR)系統(tǒng)或聲雷達(dá)(SODAR)系統(tǒng)的風(fēng)速傳感器或估計(jì)器(306)把風(fēng)速輸入到所述控 制器(302)中；從所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的轉(zhuǎn)子速度傳感器或估計(jì)器(308)把所述 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度輸入到所述控制器(302)中；和從所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的俯仰角傳感器(310)把所述轉(zhuǎn)子(108)的 所述葉片(109)的俯仰角輸入到所述控制器(302)中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(300),其特征在于，所述控制器 (302)進(jìn)一步構(gòu)造成基于所述控制信號(hào)確定所述基座(102)的扭矩負(fù)載 是否已經(jīng)到達(dá)最大極限值或閾值，并且響應(yīng)于所述扭矩負(fù)載已經(jīng)到達(dá) 所述最大極限值或所述閾值的確定而通過(guò)修改或停止所述風(fēng)力渦輪 機(jī)(100)的操作來(lái)減小所述基座(102)的扭矩負(fù)載。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述控制器 (302)構(gòu)造成通過(guò)下列步驟來(lái)修改或停止所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的操作引起減小所述基座(102)的扭矩負(fù)載的、在所述轉(zhuǎn)子(108)的旋轉(zhuǎn)位 置中的調(diào)節(jié)；引起減小所述基座(102)的扭矩負(fù)載的、在所述轉(zhuǎn)子(108)的旋轉(zhuǎn)速 度中的調(diào)節(jié)；或引起減小所述基座(102)的扭矩負(fù)載的、在所述轉(zhuǎn)子(108)的葉片 (109)的俯仰角中的調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載的系統(tǒng)(300)包括控制器(302)，把該控制器(302)構(gòu)造成根據(jù)風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的轉(zhuǎn)子(108)上的風(fēng)力乘以風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的有效高度的計(jì)算結(jié)果來(lái)確定風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的塔架(104)的基座(102)的扭矩負(fù)載，并且生成表示該扭矩負(fù)載的控制信號(hào)。一種用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)塔架基座的扭矩負(fù)載的方法包括根據(jù)前述計(jì)算結(jié)果來(lái)確定風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的塔架(104)的基座(102)的扭矩負(fù)載并且生成表示該扭矩負(fù)載的控制信號(hào)。
文檔編號(hào)F03D7/04GK101566136SQ20091013707
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者C·S·梅亨達(dá)爾, L·C·凱默, 師瑞杰 申請(qǐng)人:通用電氣公司