專利名稱：用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
文中所述的主題主要涉及風(fēng)力渦輪發(fā)電機，且更具體地涉及用于促進操作風(fēng)力渦 輪發(fā)電機的方法和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
至少一些已知的風(fēng)力渦輪發(fā)電機包括具有多個葉片的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子常常是聯(lián)接到外 殼或機艙上的，該外殼或機艙定位在基座如桁架塔架或管狀塔架的頂上。至少一些已知的 公用級風(fēng)力渦輪機(即，設(shè)計成用以向公用電網(wǎng)提供電力的風(fēng)力渦輪機)具有帶有預(yù)定形 狀和尺寸的轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片將機械風(fēng)能轉(zhuǎn)換成所引起的葉片升力，該葉片升力進一步 引起機械旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，而該旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩經(jīng)由包括轉(zhuǎn)子軸的傳動系驅(qū)動一個或多個發(fā)電機，隨后 發(fā)電。發(fā)電機常常但非總是經(jīng)由齒輪箱旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸上。齒輪箱逐步提高用于發(fā)電 機的轉(zhuǎn)子軸的固有的低旋轉(zhuǎn)速度，用以有效地將旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)變成饋送到公用電網(wǎng)中的電 能。還存在無齒輪的直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪發(fā)電機。在操作此類已知的風(fēng)力渦輪發(fā)電機期間，轉(zhuǎn)子可能經(jīng)歷質(zhì)量不平衡，從而在轉(zhuǎn)子 和其它傳動系構(gòu)件上引起負載增加。而且，轉(zhuǎn)子相對于風(fēng)的位置可在轉(zhuǎn)子和其它傳動系構(gòu) 件上引起負載增加。

發(fā)明內(nèi)容
一個方面，提供了一種用于操作風(fēng)力渦輪發(fā)電機的方法。該方法包括生成多個轉(zhuǎn) 子軸角位移值、多個轉(zhuǎn)子軸角速度信號以及多個轉(zhuǎn)子軸角加速度信號中的至少一個。該方 法還包括確定轉(zhuǎn)子軸內(nèi)的扭轉(zhuǎn)力矩。該方法進一步包括調(diào)節(jié)作為所確定的扭轉(zhuǎn)力矩的函數(shù) 的風(fēng)力渦輪發(fā)電機偏航定向和葉片槳距定向中的至少一個。另一方面，提供了一種風(fēng)力渦輪發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括多個轉(zhuǎn)子軸角 速度傳感器。該系統(tǒng)還包括聯(lián)接到該多個轉(zhuǎn)子軸速度傳感器上的至少一個處理器。該至少 一個處理器經(jīng)編程用以確定關(guān)于轉(zhuǎn)子軸的角位移、角速度和角加速度中的至少一個的、在 該多個轉(zhuǎn)子軸角速度傳感器中的各個之間的差異。該至少一個處理器的輸出包括風(fēng)力渦輪 發(fā)電機偏航定向信號和風(fēng)力渦輪發(fā)電機葉片槳距定向信號中的至少一個。又一方面，提供了一種風(fēng)力渦輪發(fā)電機。該風(fēng)力渦輪發(fā)電機包括轉(zhuǎn)子軸和狀態(tài)監(jiān) 測系統(tǒng)。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括多個轉(zhuǎn)子軸角速度傳感器。該系統(tǒng)還包括聯(lián)接到該多個轉(zhuǎn)子軸 速度傳感器上的至少一個處理器。該至少一個處理器經(jīng)編程用以確定有關(guān)轉(zhuǎn)子軸的角位 移、角速度和角加速度中的至少一個的、在該多個轉(zhuǎn)子軸角速度傳感器的各個之間的差異。 該至少一個處理器的輸出包括風(fēng)力渦輪發(fā)電機偏航定向信號和風(fēng)力渦輪發(fā)電機葉片槳距 定向信號中的至少一個。


圖1是示例性風(fēng)力渦輪發(fā)電機的示意圖；圖2是可結(jié)合圖1中所示的風(fēng)力渦輪發(fā)電機使用的機艙的截面示意圖； 圖3是可結(jié)合圖1中所示的風(fēng)力渦輪發(fā)電機使用的示例性狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的示意
圖4是圖3中所示的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的一部分的示意圖5是可結(jié)合圖3中所示的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)使用的狀態(tài)監(jiān)測和控制策略的示意圖； 圖6是可結(jié)合圖5中所示的狀態(tài)監(jiān)測和控制策略使用的備選狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的一部 示意圖；以及
圖7是操作圖1中所示的風(fēng)力渦輪發(fā)電機的示例性方法的流程圖。零件清單
100風(fēng)力渦輪發(fā)電機
102塔架
104塔架支承表面
106機艙
108轉(zhuǎn)子
110槳轂
112葉片
114旋轉(zhuǎn)軸線
116偏航軸線
118槳距軸線
120葉片根部部分
122負載轉(zhuǎn)移區(qū)域
124風(fēng)
125葉片末梢部分
126葉片表面區(qū)
130槳距驅(qū)動機構(gòu)
131槳距驅(qū)動馬達
132發(fā)電機
134轉(zhuǎn)子軸
136齒輪箱
138高速軸
140聯(lián)接件
142齒輪箱支承件
144發(fā)電機支承件
145傳動系
146偏航驅(qū)動機構(gòu)
148氣象桿
150控制面板
152前支承軸承
154后支承軸承
200狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
202第一有齒輪(或帶有齒的
204第二有齒輪
206第一傳感器
208第二傳感器
210第一管道
212第二管道
214齒
216處理器
218線性加速度傳感器
220第三管道
D有齒輪之間的距離
300狀態(tài)監(jiān)測和控制策略
302檢測功能塊
304輸入信號
306線性加速度信號
308角速度和角加速度信號
310角速度信號
311輪傳感器公差補償功能塊
312角加速度信號
313經(jīng)補償?shù)慕撬俣刃盘?br> 314微分功能塊
316數(shù)字信號
318預(yù)處理功能塊
320參數(shù)輸入功能塊
322過濾和平滑信號
324數(shù)字靜態(tài)轉(zhuǎn)矩信號
326性能標(biāo)準(zhǔn)確定功能塊
328重量特性功能塊
330模式選擇信號
332磨損和能量產(chǎn)生信號
334優(yōu)化功能塊
336裝置定位信號
350狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
352有齒輪
356第一傳感器
358第二傳感器
360第一管道
362第二管道
364齒
DS圓周距離
Dl內(nèi)徑
D2外徑
400示例性方法
402旋轉(zhuǎn)多個有齒輪.· ·
404對每個求導(dǎo)...
406比較至少一個...
408生成多個...
410確定在...之間的差異
412確定轉(zhuǎn)子軸的扭轉(zhuǎn)變形
414確定轉(zhuǎn)子軸內(nèi)的扭轉(zhuǎn)力矩
416促進發(fā)電...
418促進降低...
420調(diào)節(jié)至少一個...
具體實施例方式文中所述的方法和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通過估算風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩而有助于風(fēng) 力渦輪發(fā)電機的操作。此種轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的估算提供了對于風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡和風(fēng) 力渦輪機轉(zhuǎn)子上增加的應(yīng)力的指示，該應(yīng)力可通過葉片槳距定向和/或風(fēng)力渦輪機偏航定 向的變化而減小。減小此類應(yīng)力有助于延長風(fēng)力渦輪機傳動系構(gòu)件的操作壽命預(yù)期。文中所述的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和方法的技術(shù)效果包括通過與風(fēng)力渦輪發(fā)電機相關(guān)聯(lián) 的自由轉(zhuǎn)矩確定而分離和分開交替轉(zhuǎn)矩(或振蕩轉(zhuǎn)矩)和恒定轉(zhuǎn)矩(或靜態(tài)轉(zhuǎn)矩)。更具 體而言，文中所述的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和方法的技術(shù)效果包括將自由轉(zhuǎn)矩確定有效地分離成兩 個部分即振蕩轉(zhuǎn)矩值和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩值，以及隨后估計靜態(tài)轉(zhuǎn)矩值。估計靜態(tài)轉(zhuǎn)矩值的又一技 術(shù)效果包括有助于確定風(fēng)力渦輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸內(nèi)的負載力矩，以及有助于將此類負載力 矩控制在預(yù)定參數(shù)內(nèi)。圖1是示例性風(fēng)力渦輪發(fā)電機100的示意圖。在示例性實施例中，風(fēng)力渦輪發(fā)電機 100是水平軸式風(fēng)力渦輪機。作為備選，風(fēng)力渦輪機100可以是垂直軸式風(fēng)力渦輪機。風(fēng)力 渦輪機100具有從支承表面104延伸的塔架102，該支承表面104通過或錨固螺栓或基礎(chǔ)安 裝件(二者均未示出)聯(lián)接到塔架102上。機艙106聯(lián)接到塔架102上，而轉(zhuǎn)子108聯(lián)接 到機艙106上。轉(zhuǎn)子108具有可旋轉(zhuǎn)的槳轂110和聯(lián)接到槳轂110上的多個轉(zhuǎn)子葉片112。 在示例性實施例中，轉(zhuǎn)子108具有三個轉(zhuǎn)子葉片112。作為備選，轉(zhuǎn)子108具有能使風(fēng)力渦 輪發(fā)電機100起到如文中所述的作用的任何數(shù)目的轉(zhuǎn)子葉片112。在示例性實施例中，塔 架102由在支承表面104和機艙106之間延伸的管狀鋼制成。作為備選，塔架102為能使 風(fēng)力渦輪發(fā)電機100起到如文中所述的作用的任何塔架，包括但不限于格構(gòu)式塔架。塔架 102為能使風(fēng)力渦輪發(fā)電機100起到如文中所述的作用的任何適合高度。轉(zhuǎn)子葉片112圍繞轉(zhuǎn)子槳轂110定位以有助于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子108，從而將來自風(fēng)124的 動能轉(zhuǎn)換成可用的機械能，以及隨后轉(zhuǎn)換成電能。轉(zhuǎn)子108和機艙106關(guān)于偏航軸線116圍繞塔架102旋轉(zhuǎn)，用以控制轉(zhuǎn)子葉片112相對于風(fēng)124向的投影(perspective)。轉(zhuǎn)子葉片 112通過將葉片根部部分120在多個負載轉(zhuǎn)移區(qū)域122處聯(lián)接到槳轂110上而與槳轂110 相配合。負載轉(zhuǎn)移區(qū)域122具有槳轂負載轉(zhuǎn)移區(qū)域和葉片負載轉(zhuǎn)移區(qū)域(兩者均未在圖1 中示出)。在轉(zhuǎn)子葉片112中所引起的負載經(jīng)由負載轉(zhuǎn)移區(qū)域122傳遞至槳轂110。各轉(zhuǎn) 子葉片112還包括葉片末梢部分125。在示例性實施例中，轉(zhuǎn)子葉片112具有范圍處在30米(m)(98英尺(ft))至 50m(164ft)之間的長度，然而這些參數(shù)并未對本公開內(nèi)容構(gòu)成限制。作為備選，轉(zhuǎn)子葉片 112可具有能使風(fēng)力渦輪發(fā)電機起到如文中所述的作用的任何長度。隨著風(fēng)124沖擊各個 轉(zhuǎn)子葉片112，在各個轉(zhuǎn)子葉片112上引起葉片升力(未示出)，并且隨著葉片末梢部分125 加速，引起轉(zhuǎn)子108圍繞旋轉(zhuǎn)軸線114旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子葉片112的槳距角(未示出)，也即確定各轉(zhuǎn)子葉片112相對于風(fēng)124向的投 影的角度，可通過槳距調(diào)整機構(gòu)(圖1中未示出)予以改變。具體而言，增大轉(zhuǎn)子葉片112 的槳距角會減小暴露在風(fēng)124中的葉片表面區(qū)126，而相反，減小轉(zhuǎn)子葉片112的槳距角會 增大暴露在風(fēng)124中的葉片表面區(qū)126。對于各轉(zhuǎn)子葉片112而言，轉(zhuǎn)子葉片112的槳距角 圍繞槳距軸線118調(diào)整。在示例性實施例中，轉(zhuǎn)子葉片112的槳距角單獨地受到控制。作 為備選，轉(zhuǎn)子葉片112的槳距可作為整體受到控制。圖2是示例性風(fēng)力渦輪機100的機艙106 (圖1中所示)的截面示意圖。風(fēng)力渦輪 機100的各種構(gòu)件收容在風(fēng)力渦輪機100的塔架102頂上的機艙106中。機艙106包括聯(lián) 接到一個轉(zhuǎn)子葉片112(圖1中所示)上的一個槳距驅(qū)動機構(gòu)130，其中，槳距驅(qū)動機構(gòu)130 沿著槳距軸線118調(diào)節(jié)相關(guān)轉(zhuǎn)子葉片112的槳距。圖2中僅示出了三個槳距驅(qū)動機構(gòu)130 中的一個。在示例性實施例中，各槳距驅(qū)動機構(gòu)130均包括至少一個槳距驅(qū)動馬達131。槳 距驅(qū)動馬達131為能使槳距驅(qū)動機構(gòu)130起到如文中所述的作用的由電力驅(qū)動的任何電動 馬達。作為備選，槳距驅(qū)動機構(gòu)130包括任何適合的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、布置和/或構(gòu)件，例如但不 限于液壓缸、彈簧和/或伺服機構(gòu)。而且，槳距驅(qū)動機構(gòu)130可通過任何適合的方式驅(qū)動， 例如但不限于液壓流體和/或機械動力(例如但不限于所引起的彈簧力和/或電磁力)。機艙106還包括轉(zhuǎn)子108，該轉(zhuǎn)子108經(jīng)由轉(zhuǎn)子軸134 (有時稱為或主軸或低速 軸)、齒輪箱136、高速軸138和聯(lián)接件140可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到定位在機艙106內(nèi)的發(fā)電機132 上。軸134的旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動齒輪箱136，齒輪箱136隨后可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動高速軸138。高 速軸138經(jīng)由聯(lián)接件140可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動發(fā)電機132，而高速軸138的旋轉(zhuǎn)有助于發(fā)電機132 發(fā)電。齒輪箱136和發(fā)電機132分別由支承件142和144支承。在示例性實施例中，齒輪 箱136利用雙路徑幾何形狀來驅(qū)動高速軸138。作為備選，轉(zhuǎn)子軸134經(jīng)由聯(lián)接件140直接 聯(lián)接到發(fā)電機132上。機艙106還包括偏航驅(qū)動機構(gòu)146，該偏航驅(qū)動機構(gòu)146可用于使機艙106和轉(zhuǎn)子 108關(guān)于偏航軸線116(圖1中所示)旋轉(zhuǎn)，以便控制轉(zhuǎn)子葉片112相對于風(fēng)124向的投影。 機艙106還包括至少一個氣象桿148，其中，桿148包括風(fēng)向標(biāo)和風(fēng)速計(兩者均未在圖2 中示出)。桿148將可包括風(fēng)向和/或風(fēng)速的信息提供給渦輪控制系統(tǒng)(未示出)。渦輪 控制系統(tǒng)的一部分安置在控制柜150內(nèi)。在示例性實施例中，機艙106還分別包括主(或 前)支承軸承152和后支承軸承154。支承軸承152和154有助于轉(zhuǎn)子軸134的徑向支承 和對準(zhǔn)。前支承軸承152在槳轂110附近定位在轉(zhuǎn)子軸134上。后支承軸承154在齒輪箱
8136和/或發(fā)電機132附近定位在轉(zhuǎn)子軸134上。作為備選，機艙106包括能使風(fēng)力渦輪機 100起到如文中所公開的作用的任何數(shù)目的支承軸承。槳轂110、轉(zhuǎn)子軸134、發(fā)電機132、齒輪箱136、高速軸138、聯(lián)接件140以及任何 相關(guān)的緊固、支承和/或固定裝置(包括但不限于支承件142和144以及支承軸承152和 154)稱為傳動系145。圖3是可結(jié)合風(fēng)力渦輪發(fā)電機100 (圖1中所示)使用的示例性狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200 的示意圖。在示例性實施例中，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200包括多個有齒輪，即第一有齒輪202和第 二有齒輪204。在示例性實施例中，第一有齒輪202大致類似于第二有齒輪204。第一有齒 輪202在前支承軸承152附近聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸134上，而第二有齒輪204在后支承軸承154 附近聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸134上，從而在輪202和204之間限定預(yù)定距離D。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200還 包括定位在第一有齒輪202的徑向外部的第一傳感器206和定位在第二有齒輪204的徑向 外部的第二傳感器208，其中，第一傳感器206大致類似于第二傳感器208。第一傳感器206 經(jīng)由第一管道210聯(lián)接到控制柜150上，而第二傳感器208經(jīng)由第二管道212聯(lián)接到控制 柜150上。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200還包括經(jīng)由第三管道220聯(lián)接到控制柜150上的至少一個線 性加速度傳感器218。在示例性實施例中，有齒輪202和204中的至少一個提供角速度輸入，如下文進一 步描述，而有齒輪202和204中的另一個則至少提供一定的冗余性。而且，采用兩個有齒輪 202和204有助于確定轉(zhuǎn)子軸134內(nèi)的負載力矩，如下文進一步描述。圖4是狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200的一部分的示意圖。第一有齒輪202包括多個齒214。 當(dāng)各個齒214運行通過傳感器206時，傳感器206產(chǎn)生經(jīng)由第一管道210通向控制柜150 的脈沖信號(未示出)。在示例性實施例中，第一有齒輪202和傳感器206協(xié)作以產(chǎn)生和傳 輸對于轉(zhuǎn)子軸134的高分辨率的角速度信號。在示例性實施例中，傳感器206是感應(yīng)傳感 器。作為備選，傳感器206包括但不限于能使?fàn)顟B(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200起到如文中所述的作用的 任何類型的傳感器，包括霍爾(Hall)傳感器和/或光傳感器。再次參看圖3，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200包括至少一個處理器216。如文中所用，用語“處 理器”不限于在本領(lǐng)域稱為計算機的集成電路，而是在廣泛意義上指代微型控制器、微型計 算機、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成電路以及其它的可編程電路，并且這些用語在文 中可互換地使用。在文中所述的實施例中，存儲器可包括但不限于計算機可讀介質(zhì)，例如隨 機存取存儲器(RAM)，以及計算機可讀非易失性介質(zhì)，例如閃速存儲器。作為備選，還可使用 軟盤、大容量只讀存儲器(⑶-ROM)、磁光盤(MOD)和/或數(shù)字多功能盤(DVD)。此外，在文 中所述的實施例中，附加的輸入通道可以是但不限于與操作人員界面相關(guān)的計算機外圍設(shè) 備，例如鼠標(biāo)和鍵盤。作為備選，還可使用其它的計算機外圍設(shè)備，這可包括例如但不限于 掃描儀。此外，在示例性實施例中，附加的輸出通道可包括但不限于操作人員界面監(jiān)控器。處理器216和如文中所述的其它處理器(未示出)處理從可包括而不限于傳感器 206和208的多個電氣電子裝置傳輸?shù)男畔?。RAM和存儲裝置(未示出)存儲和傳遞將由 處理器216執(zhí)行的信息和指令。在由處理器216執(zhí)行指令的期間，RAM和存儲裝置還可用 于存儲和提供臨時變量、靜態(tài)(即不變)信息和指令和/或其它中間信息給處理器216。所 執(zhí)行的指令包括但不限于常駐狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200控制命令。指令序列的執(zhí)行不限于硬件電 路和軟件指令的任何特定組合。
在示例性實施例中，至少一部分的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200 (包括但不限于處理器216) 定位在控制柜150內(nèi)。而且，處理器216經(jīng)由至少一個輸入/輸出(I/O)通道(未示出) 聯(lián)接到葉片槳距驅(qū)動馬達131和偏航驅(qū)動機構(gòu)146 ( 二者在圖2中示出)上，該輸入/輸 出(I/O)通道具有任何體系結(jié)構(gòu)，包括但不限于Cat 5/6線纜、雙扭線配線以及無線通信器 件。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200可包括分布式和/或集中式控制體系結(jié)構(gòu)，或它們的任何組合。圖5是可結(jié)合狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200(圖3中所示)使用的狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300 的示意圖。在示例性實施例中，狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300編程寫入在處理器216(圖1中所 示)中。作為備選，策略300編程寫入在能使?fàn)顟B(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200起到如文中所述的作用的 任何數(shù)目的處理器中。狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300的技術(shù)效果包括由自由轉(zhuǎn)矩確定分離和分開交替轉(zhuǎn)矩 (或振蕩轉(zhuǎn)矩)和恒定轉(zhuǎn)矩(或靜態(tài)轉(zhuǎn)矩)?！白杂赊D(zhuǎn)矩”是圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性 質(zhì)量力矩和所觀測的角加速度的乘積。文中公開的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量為轉(zhuǎn)子軸134?！罢袷庌D(zhuǎn)矩”為 與轉(zhuǎn)子軸134的振蕩旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)矩。振蕩轉(zhuǎn)矩用于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子軸134并在發(fā)電機132 (圖 2中所示)內(nèi)發(fā)電。振蕩轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)子軸134的角速度并包括正弦曲線形狀?！办o態(tài)轉(zhuǎn) 矩”包括但不限于轉(zhuǎn)子軸134內(nèi)的負載力矩。因此，更具體而言，狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300 的技術(shù)效果包括將自由轉(zhuǎn)矩確定有效地分離成兩個部分，也即振蕩轉(zhuǎn)矩值和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩值， 以及隨后估計靜態(tài)轉(zhuǎn)矩值。估計靜態(tài)轉(zhuǎn)矩值的又一技術(shù)效果包括有助于確定轉(zhuǎn)子軸134內(nèi) 的負載力矩，而且還有助于將負載力矩控制在預(yù)先確定的參數(shù)內(nèi)。狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300包括檢測功能塊302，該檢測功能塊302構(gòu)造成用以接收 多個經(jīng)傳輸?shù)妮斎胄盘?04。在示例性實施例中，輸入信號304包括但不限于如由線性加 速度傳感器218所感測和作為三個信號306(圖5中顯示為一個信號)進行傳輸?shù)霓D(zhuǎn)子軸 134(圖2、圖3和圖4中所示)的多個線性加速度信號306。各個線性加速度信號306表示 轉(zhuǎn)子軸134的作為進入三個空間維度中的各個的矢量的線性加速度值。在示例性實施例中，輸入信號304包括轉(zhuǎn)子軸134的多個角速度和角加速度信號 308。角速度和角加速度信號308包括如分別由各個有齒輪202和204(圖3中所示)與相 關(guān)傳感器206和208所檢測的轉(zhuǎn)子軸134的角速度信號310。在示例性實施例中，如文中 公開的那樣使用了如由有齒輪202和204所產(chǎn)生的兩個角速度信號310。如由有齒輪202 或204中的一個所產(chǎn)生的至少一個角速度信號310經(jīng)傳輸以便在系統(tǒng)200外部使用，并且 輪202和204 二者都提供了對于此類外部使用的冗余性。角速度信號310通過確定在速度傳感器206和208的兩個齒214之間的通過時間 (即At)的測量結(jié)果進行計算。此外，角速度即ω作為轉(zhuǎn)子軸134的角位置φ的函數(shù)近似 于給定的齒距即Δφ。這些變量的關(guān)系表示為等式ω(φ) = Δφ/At (等式 1)進一步而言，在示例性實施例中，角速度信號310傳輸至輪傳感器公差補償功能 塊311。功能塊311的技術(shù)效果包括從進一步處理中分開和去除轉(zhuǎn)矩確定誤差，從而最大限 度地減小通過風(fēng)力渦輪機100進行的誤差補償動作。此類誤差包括但不限于由有齒輪202 和204的超差(或超出公差，out-of-tolerance)狀態(tài)所引起的幾何誤差。此類超差狀態(tài) 包括但不限于齒214的大小不一致、鄰近齒214之間的間隔不一致、輪202和/或204在轉(zhuǎn) 子軸134上的滑移，以及輪202和/或204的塑性變形。有齒輪202和204為對于轉(zhuǎn)子軸134的角速度的主要來源。軸134的角速度為對于經(jīng)由角加速度確定的振蕩轉(zhuǎn)矩確定和自 由轉(zhuǎn)矩確定(二者如上文所討論)的重要輸入。因此，降低此類角速度誤差有助于將此類 負載力矩(如上文所討論)精確和有效地控制在預(yù)定的參數(shù)內(nèi)。功能塊311包括對轉(zhuǎn)子軸134的至少一個傅里葉變換算法和/或“理想”正弦曲線 速度模型(包括靜態(tài)和/或動態(tài)算法)的充分的程序設(shè)計。與有齒輪202和204相關(guān)的超 差狀態(tài)通過在狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300內(nèi)的進一步處理所確定并通過其去除。因此，功能 塊311傳輸經(jīng)補償?shù)慕撬俣刃盘?13。例如，轉(zhuǎn)子軸134的模型可通過利用轉(zhuǎn)子軸134收集 的數(shù)據(jù)測量結(jié)果所確定，該轉(zhuǎn)子軸以大致恒定的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)測量結(jié)果進行旋轉(zhuǎn)。此 類數(shù)據(jù)測量結(jié)果包括但不限于在各個輪202和204上的各個齒214分別旋轉(zhuǎn)經(jīng)過各個傳感 器206和208之間的時間周期的準(zhǔn)確估值(或估定，valuation)。時間估值存儲在處理器 216內(nèi)，以便比較在短暫的rpm狀態(tài)下轉(zhuǎn)子軸134的瞬時測量結(jié)果。在各個齒214之間的旋 轉(zhuǎn)的此類時間瞬時測量結(jié)果之間的補償確定得到促進。進一步而言，對歸因于包括但不限于風(fēng)切變的情形引起的轉(zhuǎn)子軸134的轉(zhuǎn)矩變化 (即作為高度的函數(shù)的風(fēng)向和大小的變化)進行估計。此類風(fēng)切變狀態(tài)引起轉(zhuǎn)矩變化，假定 對于圍繞槳距軸線118的各個葉片112(圖1和圖2中所示)的槳距角近似相等，則對于各 個葉片112(圖1和圖2中所示)而言轉(zhuǎn)子軸134每旋轉(zhuǎn)一個360°均具有一個周期的振 蕩。如果對于各個葉片112而言圍繞軸線118的槳距角彼此并不近似相等，則轉(zhuǎn)子軸134 每旋轉(zhuǎn)360° —次的附加周期性轉(zhuǎn)矩變化將是外差的，即結(jié)合周期性轉(zhuǎn)矩變化或如上文所 述的轉(zhuǎn)矩振蕩而在轉(zhuǎn)子軸134中引起附加的轉(zhuǎn)矩振蕩。用于確定各轉(zhuǎn)矩振蕩的比值的附加 因子包括但不限于轉(zhuǎn)子軸134的已知的同心度值和空氣動力不平衡值。因此，如應(yīng)用于角 加速度那樣的此類轉(zhuǎn)矩振蕩的測量結(jié)果有助于確定如文中所述的總體質(zhì)量不平衡確定。此 外，確定作為轉(zhuǎn)子軸134的振蕩的函數(shù)的角加速度的變化的此類方法可應(yīng)用于與采用類似 原理的此類質(zhì)量不平衡相關(guān)聯(lián)的線性加速度確定。在示例性實施例中，分析了兩種類型的不平衡，也即空氣動力不平衡和質(zhì)量不平 衡?？諝鈩恿Σ黄胶鈱τ谌缟衔乃龅膯为氜D(zhuǎn)子葉片118的槳距角不等的情況下由風(fēng)切變 引起。此類不等的槳距角引起在轉(zhuǎn)子葉片118上不等的作用力，該作用力隨著風(fēng)切變的風(fēng) 速梯度而變化。此類不等的作用力引起在轉(zhuǎn)子軸134旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)的轉(zhuǎn)矩波動。此類轉(zhuǎn)矩波 動引起往復(fù)的角速度波動，此類角速度波動如文中所述那樣測量。質(zhì)量不平衡由各個轉(zhuǎn)子葉片118中不等的質(zhì)量和/或質(zhì)量分布所引起。與空氣動 力不平衡相比，質(zhì)量不平衡不會在轉(zhuǎn)子軸134上引起不對稱的負載。確切而言，引起的反作 用力轉(zhuǎn)移到傳動系145(如圖2中所示)中。此類質(zhì)量不平衡可由三軸向線性加速度傳感 器218測得。由質(zhì)量不平衡引起的此類作用力的垂直分量由于在軸向方向上(也即垂直維 度)塔架102 (圖1和圖2中所示)的高剛度而可以忽略，使得加速度傳感器218可構(gòu)造成 用于剩下的兩個維度。用于空氣動力不平衡和質(zhì)量不平衡中的各個的指標(biāo)使用包括但不限 于傅里葉變換算法的多種算法進行確定。使用此類指標(biāo)有助于渦輪機控制和優(yōu)化。角速度和角加速度信號308還包括轉(zhuǎn)子軸134的角加速度信號312，其中，角加速 度信號312表示由微分功能塊314進行求導(dǎo)的經(jīng)補償?shù)慕撬俣刃盘?13。更具體而言，用于 作為轉(zhuǎn)子軸134角位置的函數(shù)的角速度的等式(1)(上文所示)，或ω(φ)經(jīng)求導(dǎo)用以確定作 為轉(zhuǎn)子軸134角位置的函數(shù)的角加速度，或α(φ)而形成如由以下等式所表示的關(guān)系
α(φ) = (dco/dcp) * (d(p/dt) ~ (Δω/Δφ) * (Δφ/Δ ) = (Δω/Δφ) * ω (等式 2)在示例性實施例中，檢測功能塊302執(zhí)行至少三個功能。功能塊302的第一功能 是數(shù)據(jù)獲取，其中，功能塊302接收信號304。輸入信號304為模擬信號。功能塊302的第 二功能是執(zhí)行作為輸入信號304的收集器。模擬輸入信號304經(jīng)收集而準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號。功能塊302的第三功能是模擬-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換。模擬信號304經(jīng)轉(zhuǎn)換而成數(shù)字信號 316，其中，數(shù)字信號316表示轉(zhuǎn)子軸134的在三個空間維度中的各個的線性加速度值以及 角速度和角加速度。狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300還包括與檢測功能塊302聯(lián)接的預(yù)處理功能塊318，其 中，預(yù)處理功能塊318接收由檢測功能塊302傳輸?shù)臄?shù)字信號316。狀態(tài)監(jiān)測和控制策略 300還包括與預(yù)處理功能塊318聯(lián)接的參數(shù)輸入功能塊320。參數(shù)輸入功能塊320產(chǎn)生多 個信號平滑和過濾信號322并將平滑和過濾信號322傳輸至預(yù)處理功能塊318。參數(shù)輸入 功能塊320存儲多個信號平均算法以及高通和低通信號過濾算法，這些算法在預(yù)處理功能 塊318內(nèi)用來減少潛在誤差，該誤差可通過短期瞬變、系統(tǒng)噪音、支承軸承152和154 ( 二者 在圖2和圖3中所示)的公隙和公差以及由傳感器206、208和/或218所產(chǎn)生的誤差信號 而引入到狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200中。預(yù)處理功能塊318包括充分的程序設(shè)計以確定如上文所述的轉(zhuǎn)子軸134的瞬時靜 態(tài)轉(zhuǎn)矩估值。在示例性實施例中，預(yù)處理功能塊318接收由檢測功能塊302傳輸?shù)臄?shù)字信 號316。而且，預(yù)處理功能塊318接收來自參數(shù)輸入功能塊320的過濾和平滑信號322。因 此，預(yù)處理功能塊318執(zhí)行對數(shù)字信號316的平滑和過濾操作。如上文所討論，數(shù)字信號316包括分別來自各個有齒輪202和204以及相關(guān)傳感 器206和208的旋轉(zhuǎn)或角速度信息。更具體而言，有齒輪202和傳感器206測量轉(zhuǎn)子軸134 的在前支承軸承152附近的角速度。此外，有齒輪204和傳感器208測量轉(zhuǎn)子軸134的在 后支承軸承154附近的角速度。轉(zhuǎn)子軸134假定為具有確定的材料性質(zhì)的充分剛性，這些 材料性質(zhì)包括作為已知的扭轉(zhuǎn)力矩的函數(shù)的已知的扭轉(zhuǎn)變形，其中，此類性質(zhì)編程寫入到 處理器216中。因此，在瞬時狀態(tài)下，也即當(dāng)測得的轉(zhuǎn)子軸134的角加速度為非零值時，在 轉(zhuǎn)子軸134內(nèi)引起的扭轉(zhuǎn)力矩有助于轉(zhuǎn)子軸134的小的、有限的扭轉(zhuǎn)變形。此類扭轉(zhuǎn)變形 顯示為有齒輪202和204彼此之間的小的、測得的角位移和相關(guān)的角速度信號310。此類角 位移成比例于角速度信號310之間的差異，這些角速度信號310由有齒輪202和204連同 有齒輪202和204之間的預(yù)定距離D (圖3中所示)一起傳輸。而且，此類角位移正比于與 扭轉(zhuǎn)力矩成正比的相關(guān)扭轉(zhuǎn)變形，其中，此類力矩正比于轉(zhuǎn)子軸134內(nèi)的瞬時靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。預(yù) 處理功能塊318包括充分的程序設(shè)計(包括但不限于至少一個傅里葉變換算法)，用以確定 如上文所述的轉(zhuǎn)子軸134的瞬時靜態(tài)轉(zhuǎn)矩估值。因此，預(yù)處理功能塊318產(chǎn)生數(shù)字靜態(tài)轉(zhuǎn) 矩信號324。狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300還包括與預(yù)處理功能塊318聯(lián)接的性能標(biāo)準(zhǔn)確定功能塊 326。狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300還包括重量特性功能塊328，該功能塊328包括充分的程序 設(shè)計用以或自動地或在手動方向上從兩個可能模式(即，“最大限度地降低構(gòu)件磨損模式” 和“最大限度地增大發(fā)電模式”)確定出操作狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300的模式。“最大限度 地降低構(gòu)件磨損模式”有助于減小傳動系145的構(gòu)件上的磨損而優(yōu)先于增加發(fā)電機132的 發(fā)電?！白畲笙薅鹊卦龃蟀l(fā)電模式”有助于增加發(fā)電機132的發(fā)電而優(yōu)先于減小傳動系145
12的構(gòu)件上的磨損。例如，在風(fēng)力渦輪機100初始持續(xù)增加(ramp-up)發(fā)電的期間，通常選擇 “最大限度地增大發(fā)電模式”。因此，重量特性功能塊328傳輸離散的模式選擇信號330至 性能標(biāo)準(zhǔn)確定功能塊326。性能標(biāo)準(zhǔn)確定功能塊326包括充分的程序設(shè)計，用以接收來自預(yù)處理功能塊318 的數(shù)字靜態(tài)轉(zhuǎn)矩信號324和來自重量特性功能塊328的離散的模式選擇信號330以及確定 磨損和能量產(chǎn)生(包括但不限于發(fā)電參數(shù))的特定性能標(biāo)準(zhǔn)。性能標(biāo)準(zhǔn)確定功能塊326產(chǎn) 生磨損和能量產(chǎn)生信號332。狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300還包括聯(lián)接成與性能標(biāo)準(zhǔn)確定功能塊326連通(或通 信)的優(yōu)化功能塊334。優(yōu)化功能塊334包括充分的程序設(shè)計，用以接收磨損和能量產(chǎn)生信 號332以及產(chǎn)生多個裝置定位信號336。信號336包括葉片槳距角確定和方位角確定。信 號336傳輸至適當(dāng)?shù)臉囹?qū)動馬達131和偏航驅(qū)動機構(gòu)146，其中，信號336具有與如上文 所述的選定操作模式一致的值。在操作風(fēng)力渦輪發(fā)電機100(圖1和圖2中所示)和相關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200(圖 3、圖4和圖5中所示)(包括狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300)中，風(fēng)124(圖1中所示)沖擊各 個轉(zhuǎn)子葉片112(圖1中所示)，從而在槳轂110(圖1和圖2中所示)上引起轉(zhuǎn)移至傳動 系145(圖2中所示)的旋轉(zhuǎn)起動力，其中，轉(zhuǎn)子軸134旋轉(zhuǎn)而發(fā)電機132 ( 二者在圖2中所 示)發(fā)電。轉(zhuǎn)子軸134的旋轉(zhuǎn)引起在各個有齒輪202和204( 二者在圖3、圖4和圖5中所 示)方面的旋轉(zhuǎn)，從而生成角速度信號310。角速度信號310由輪傳感器公差補償功能塊 311予以補償用以產(chǎn)生經(jīng)補償?shù)慕撬俣刃盘?13。經(jīng)補償?shù)慕撬俣刃盘?13的至少一部分 經(jīng)由微分功能塊314求導(dǎo)而產(chǎn)生角加速度信號312。補償?shù)慕撬俣刃盘?13和角加速度信 號312作為輸入信號304傳輸至檢測功能塊302，其中，模擬輸入信號304經(jīng)轉(zhuǎn)換而成數(shù)字 信號316。數(shù)字信號316傳輸至預(yù)處理功能塊318，其中，數(shù)字信號316有助于生成數(shù)字靜 態(tài)轉(zhuǎn)矩信號324。數(shù)字靜態(tài)轉(zhuǎn)矩信號324大體表示在轉(zhuǎn)子軸134內(nèi)引起的扭轉(zhuǎn)力矩。此外，在操作風(fēng)力渦輪發(fā)電機100和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200 (包括狀態(tài)監(jiān)測和控制策略 300)中，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩信號324傳輸至性能標(biāo)準(zhǔn)確定功能塊326，在其中選定兩個可能操作模式 中的一個。性能標(biāo)準(zhǔn)確定功能塊326產(chǎn)生磨損和能量產(chǎn)生信號332，該信號332包括與選 定的操作模式相關(guān)聯(lián)的控制信號。磨損和能量產(chǎn)生信號332傳輸至產(chǎn)生多個裝置定位信號 336的優(yōu)化功能塊334。裝置定位信號336包括葉片槳距角確定和方位角確定。裝置定位 信號336傳輸至適當(dāng)?shù)臉囹?qū)動馬達131和偏航驅(qū)動機構(gòu)146。裝置定位信號336具有與 如上文所述的選定操作模式一致的值。在風(fēng)力渦輪機100初始逐漸增加發(fā)電的期間，通常在狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200的狀態(tài)監(jiān) 測和控制策略300內(nèi)選擇“最大限度地增大發(fā)電模式”。因此，裝置定位信號336傳輸至適 當(dāng)?shù)臉囹?qū)動馬達131和偏航驅(qū)動機構(gòu)146以有助于風(fēng)力渦輪機100獲得所希望的發(fā)電。 在此類啟動期間，最大限度地減小構(gòu)件磨損與最大限度地增加發(fā)電相比優(yōu)先級較低。對于風(fēng)力渦輪發(fā)電機100例如以額定容量或近似以額定容量發(fā)電而言，最大限度 地減小構(gòu)件磨損的優(yōu)先級可能高于最大限度地增加發(fā)電。如果發(fā)生包括但不限于在一個或 多個轉(zhuǎn)子葉片112上結(jié)冰和/或包括傾斜流分量的風(fēng)124的意外環(huán)境狀態(tài)，通常在狀態(tài)監(jiān) 測系統(tǒng)200的狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300內(nèi)選擇“最大限度地降低構(gòu)件磨損模式”。因此，產(chǎn) 生了隨轉(zhuǎn)子軸134內(nèi)的估算扭轉(zhuǎn)力矩和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩而變化的裝置定位信號336，并且裝置定位信號336傳輸至適當(dāng)?shù)臉囹?qū)動馬達131和偏航驅(qū)動機構(gòu)146，以有助于風(fēng)力渦輪機100 在轉(zhuǎn)子軸134上的加載保持在所希望的參數(shù)內(nèi)。圖6是可結(jié)合狀態(tài)監(jiān)測和控制策略300(圖5中所示)使用的備選狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng) 350的一部分的示意圖。除開以下所述，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)350類似于狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)200(圖3 和圖4中所示)。類似于有齒輪202(圖3和圖4中所示)的有齒輪352聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸134 上并包括多個齒364。轉(zhuǎn)子軸134為限定內(nèi)徑D1和外徑D2的中空軸。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)350還 包括定位在有齒輪352徑向外部的第一傳感器356。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)350還包括定位在有齒 輪352的徑向外部且在周向上鄰近第一傳感器356的第二傳感器358。在一個實施例中， 第一傳感器356大致類似于第二傳感器358。傳感器356和358定位在圓周距離Ds內(nèi)。第 一傳感器356經(jīng)由第一管道360聯(lián)接到控制柜150 (圖2和圖3中所示)上，而第二傳感器 358經(jīng)由第二管道362聯(lián)接到控制柜150上。隨著各個齒364分別運行通過傳感器356和358，第一傳感器356和第二傳感器 358均產(chǎn)生分別經(jīng)由第一管道360和第二管道362通向控制柜150的脈沖信號(未示出)。 在該備選實施例中，有齒輪352和傳感器356和358相協(xié)作以產(chǎn)生和傳輸與轉(zhuǎn)子軸134的 旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的高分辨率的角速度信號。在該備選實施例中，傳感器356和358為但不限于 能使?fàn)顟B(tài)監(jiān)測系統(tǒng)350起到如文中所述的作用的任何旋轉(zhuǎn)編碼器。第一傳感器356和第二傳感器358相協(xié)作用以確定扭轉(zhuǎn)角度φ，該扭轉(zhuǎn)角度φ隨后 用來確定如由以下等式表示的轉(zhuǎn)矩M M = π * [(D24 - Di4) * G] * (φ - φ0)/(32 * Ds)(等式 3)其中，G表示轉(zhuǎn)子軸134的材料的切變模量，而φο表示在無負載狀態(tài)下所確定的零 扭轉(zhuǎn)角度。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)350有助于確定φ與φο的顯著偏差的根本成因，這些成因包括但不 限于對一個或多個轉(zhuǎn)子葉片118的破壞和/或過多的槳距調(diào)整。而且，沿著具有包括但不 限于槳轂110、齒輪箱136和發(fā)電機132 (全在圖2中所示)的構(gòu)件的傳動系145 (圖2中所 示)定位多個重復(fù)(iteration)的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)350有助于監(jiān)測從槳轂110至發(fā)電機132 的能量轉(zhuǎn)移過程以及傳動系145的此類構(gòu)件的操作。圖7是操作風(fēng)力渦輪發(fā)電機100(圖1中所示)的示例性方法400的流程圖。方 法400包括旋轉(zhuǎn)402聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸134上的多個有齒輪202和204，從而生成多個轉(zhuǎn)子軸 角速度信號313。方法400還包括對各個轉(zhuǎn)子軸角速度信號313求導(dǎo)404，從而生成轉(zhuǎn)子軸 角加速度信號312。方法400還包括相互比較406多個轉(zhuǎn)子軸角速度信號313以及相互比 較多個角加速度信號312。方法400還包括基于轉(zhuǎn)子軸角速度比較和/或上述進行的角加 速度而生成408多個轉(zhuǎn)子軸角位移值。方法400還包括確定410多個轉(zhuǎn)子軸角位移值之間 的差異。方法400還包括確定412作為在多個轉(zhuǎn)子軸角位移值之間的差異的函數(shù)的轉(zhuǎn)子軸 134的扭轉(zhuǎn)變形。方法400還包括確定414在轉(zhuǎn)子軸134內(nèi)的作為轉(zhuǎn)子軸134的扭轉(zhuǎn)變形 的函數(shù)的扭轉(zhuǎn)力矩。方法400還包括通過選擇發(fā)電優(yōu)先模式而促進416發(fā)電，從而相比于降低風(fēng)力渦 輪發(fā)電機構(gòu)件上的磨損而有助于風(fēng)力渦輪發(fā)電機100發(fā)電。作為備選，方法400還包括通 過選擇構(gòu)件磨損優(yōu)先模式而促進418降低風(fēng)力渦輪發(fā)電機構(gòu)件的磨損，從而相比于風(fēng)力渦 輪發(fā)電機100發(fā)電而有助于降低風(fēng)力渦輪發(fā)電機構(gòu)件上的磨損。方法400還包括調(diào)節(jié)420 風(fēng)力渦輪發(fā)電機100的作為所確定的扭轉(zhuǎn)力矩的函數(shù)的偏航定向和/或葉片槳距定向。
上述方法和文中所述的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通過估算風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩而有助 于操作風(fēng)力渦輪發(fā)電機。此類轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩估算提供了對風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子上增加的應(yīng)力的指 示，該應(yīng)力可通過葉片槳距定向和/或風(fēng)力渦輪機偏航定向的改變而減少。降低此類應(yīng)力 有助于延長風(fēng)力渦輪機傳動系構(gòu)件的操作壽命預(yù)期。上文詳細描述了操作風(fēng)力渦輪發(fā)電機的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和方法的示例性實施例。該 方法和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)不限于文中所述的特定實施例，而是狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)件和/或方法 的步驟可與文中所述的其它構(gòu)件和/或步驟單獨地和分開地使用。例如，該方法還可與其 它風(fēng)力渦輪發(fā)電機相結(jié)合地使用，并且不限于僅與如文中所述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機一起實 施。確切而言，示例性實施例可結(jié)合許多其它風(fēng)力渦輪發(fā)電機應(yīng)用一起予以執(zhí)行和利用。本書面描述使用了包括最佳模式的示例公開了本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作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。本發(fā) 明可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員想到的其它示例。 如果此類其它示例具有與權(quán)利要求的文字語言并無不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果此類其它示 例包括與權(quán)利要求的文字語言并無實質(zhì)差異的同等結(jié)構(gòu)元件，則認為它們處在權(quán)利要求的 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)000)，包括多個轉(zhuǎn)子軸角速度傳感器O06/208)；以及聯(lián)接到所述多個轉(zhuǎn)子軸速度傳感器上的至少一個處理器016)，所述至少一個處理器 經(jīng)編程用以確定轉(zhuǎn)子軸(134)的角位移、角速度和角加速度的至少一個中的、在所述多個 轉(zhuǎn)子軸角速度傳感器中的各個之間的差異，所述至少一個處理器的輸出包括風(fēng)力渦輪發(fā)電 機偏航定向信號(336)和風(fēng)力渦輪發(fā)電機葉片槳距定向信號(336)中的至少一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)000)，其特征在于，所述多個轉(zhuǎn)子 軸角速度傳感器(206/208)包括多個有齒輪傳感器002/204)，所述多個有齒輪傳感器中 的各個以預(yù)定的距離(D)聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子軸(134)上，各個有齒輪傳感器均包括具有預(yù)定 大小的且在其之間具有預(yù)定間距的多個齒(214)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)000)，其特征在于，所述至少一個 處理器(216)經(jīng)編程用以確定預(yù)定的操作模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)000)，其特征在于，所述預(yù)定的操 作模式包括以下中的至少一種發(fā)電優(yōu)先模式；以及構(gòu)件磨損優(yōu)先模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力渦輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)000)，其特征在于，所述發(fā)電優(yōu)先 模式相比于降低風(fēng)力渦輪發(fā)電機構(gòu)件上的磨損而言有助于所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(100)發(fā)電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力渦輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)000)，其特征在于，所述構(gòu)件磨損 優(yōu)先模式相比于所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(100)的發(fā)電而言有助于降低風(fēng)力渦輪發(fā)電機構(gòu)件 上的磨損。
7.一種風(fēng)力渦輪發(fā)電機(100)，包括轉(zhuǎn)子軸(134)；以及狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)000)，其包括聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子軸上的多個轉(zhuǎn)子軸角速度傳感器O06/208)；以及聯(lián)接到所述多個轉(zhuǎn)子軸速度傳感器上的至少一個處理器016)，所述至少一個處理器 經(jīng)編程用以確定所述轉(zhuǎn)子軸的角位移、角速度和角加速度中的至少一個的、在所述多個轉(zhuǎn) 子軸角速度傳感器中的各個之間的差異，所述至少一個處理器的輸出包括風(fēng)力渦輪發(fā)電機 偏航定向信號(336)和風(fēng)力渦輪發(fā)電機葉片槳距定向信號(336)中的至少一個。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(100)，其特征在于，所述多個轉(zhuǎn)子軸角速度 傳感器(206/208)包括多個有齒輪傳感器002/204)，所述多個有齒輪傳感器中的各個以 預(yù)定距離(D)聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子軸(134)上，各個有齒輪傳感器均包括具有預(yù)定大小的且在 其之間具有預(yù)定間距的多個齒014)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(100)，其特征在于，所述至少一個處理器 (216)經(jīng)編程用以確定預(yù)定的操作模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(100)，其特征在于，所述預(yù)定的操作模式 包括以下中的至少一種發(fā)電優(yōu)先模式；以及構(gòu)件磨損優(yōu)先模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及其操作方法。具體而言，一種風(fēng)力渦輪發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(200)包括多個轉(zhuǎn)子軸角速度傳感器(206/208)。該系統(tǒng)還包括聯(lián)接到該多個轉(zhuǎn)子軸速度傳感器上的至少一個處理器(216)。該至少一個處理器經(jīng)編程用以確定轉(zhuǎn)子軸的角位移、角速度和角加速度中的至少一個的、在該多個轉(zhuǎn)子軸角速度傳感器中的各個之間的差異。該至少一個處理器的輸出包括風(fēng)力渦輪發(fā)電機偏航定向信號(336)和風(fēng)力渦輪發(fā)電機葉片槳距定向信號(336)中的至少一個。
文檔編號F03D9/00GK102032112SQ20101050834
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月2日
發(fā)明者H·R·費倫巴赫, J·埃澤爾, K·施特格曼 申請人:通用電氣公司