專利名稱：用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)的靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)的靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的方法。
背景技術(shù)：
DE 202 21 562 Ul公開(kāi)了一種帶有塔擺動(dòng)監(jiān)測(cè)的風(fēng)力渦輪機(jī)。該風(fēng)力渦輪機(jī)配備有用于風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)的控制裝置以及用于檢測(cè)塔的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的裝置。該風(fēng)力渦輪機(jī)配備有用于檢測(cè)塔的擺動(dòng)的部件。如果發(fā)現(xiàn)塔的擺動(dòng)和/或塔的絕對(duì)偏斜超過(guò)預(yù)定的第一閾值，則改變所述控制系統(tǒng)以防止進(jìn)一步激勵(lì)塔擺動(dòng)。還公知的是借助于用于檢測(cè)塔擺動(dòng)的部件來(lái)測(cè)量塔的第一固有頻率。EP 2 103 915 Al公開(kāi)了一種用于確定第一塔固有頻率的方法。為此，借助于傅立葉變換評(píng)估所測(cè)量的加速度值，并且利用光譜向量確定塔的固有頻率。EP 2063 110 Al公開(kāi)了一種用于衰減風(fēng)力渦輪機(jī)的塔的擺動(dòng)的方法。為此，通過(guò)根據(jù)塔的擺動(dòng)改變?nèi)~片槳距角(blade pitch angle)改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。DE 10 2007 063 082 Al公開(kāi)了一種用于操作風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，其中根據(jù)塔的橫向擺動(dòng)來(lái)改變每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片槳距角，以衰減由外部風(fēng)力運(yùn)動(dòng)引起的塔的橫向擺動(dòng)。DE 28 23 525 Bl公開(kāi)了一種安裝風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，其中在安裝過(guò)程中通過(guò)拉索支撐塔，使得在裝配機(jī)艙的同時(shí)不會(huì)激勵(lì)塔的第一固有擺動(dòng)頻率。DE 197 39 164 B4公開(kāi)了一種具有轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中檢測(cè)施加在轉(zhuǎn)子上的實(shí)偏航和/或俯仰力矩，并通過(guò)調(diào)節(jié)葉片槳距角減小偏航和/或俯仰力矩。EP 1959 134 A2公開(kāi)了一種用于識(shí)別塔的橫向加速度的方法，該方法用于識(shí)別轉(zhuǎn)子葉片上的冰雪的不對(duì)稱積累。為此，將塔的橫向加速度與轉(zhuǎn)子葉片的頻率相比較。EP 1 643 122 A2公開(kāi)了一種用于衰減風(fēng)力渦輪機(jī)的擺動(dòng)的方法，其中根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和共振頻率來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。US 7, 400, 055 B2公開(kāi)了一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其中測(cè)量塔的橫向加速度并通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和葉片槳距角來(lái)衰減塔的橫向擺動(dòng)。US 6,891,280 Bl公開(kāi)了一種近海風(fēng)力渦輪機(jī)的操作方法，其中通過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)的開(kāi)環(huán)控制防止會(huì)導(dǎo)致激勵(lì)塔的臨界固有頻率的轉(zhuǎn)速。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)的靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的方法， 該方法使用盡可能簡(jiǎn)單的手段可靠地識(shí)別穩(wěn)定性中的故障和變化。根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征方法實(shí)現(xiàn)。有利的改進(jìn)形成了從屬權(quán)利要求的主題內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明的方法用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)的靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有塔、由所述塔支撐的機(jī)艙、以及轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子安裝在所述機(jī)艙中或所述機(jī)艙上并且
3具有轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片能夠被圍繞其縱向軸線調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明，提供了如下步驟在第一步驟中，使所述風(fēng)力渦輪機(jī)沿著至少一個(gè)方向擺動(dòng)。在隨后的第二步驟中， 檢測(cè)在所述風(fēng)力渦輪機(jī)中引起的擺動(dòng)的頻率。在第三步驟中，將所檢測(cè)到的頻率與預(yù)定頻率相比較。在第四步驟中，如果所檢測(cè)到的頻率與所述預(yù)定頻率相差大于一差值，則產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)。本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)，即改變風(fēng)力渦輪機(jī)的靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)的固有頻率發(fā)生變化。根據(jù)本發(fā)明的方法因此提供了在擺動(dòng)過(guò)程中測(cè)量風(fēng)力渦輪機(jī)的固有頻率以及將所測(cè)量到的頻率與預(yù)定頻率比較。這使得可以確定風(fēng)力渦輪機(jī)特別是其塔的穩(wěn)定性是否發(fā)生改變。風(fēng)力渦輪機(jī)的穩(wěn)定性發(fā)生變化必然導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)對(duì)引起的擺動(dòng)的反作用的頻率發(fā)生變化。與現(xiàn)有技術(shù)已知的方法不同(現(xiàn)有技術(shù)方法使用所測(cè)量的固有頻率用于風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng))，根據(jù)本發(fā)明的方法涉及所測(cè)量到的用于檢查風(fēng)力渦輪機(jī)的穩(wěn)定性的頻率和警報(bào)信號(hào)，該警報(bào)信號(hào)與風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)和由該控制系統(tǒng)預(yù)定的參數(shù)相獨(dú)立地顯示所述風(fēng)力渦輪機(jī)的穩(wěn)定性的正在產(chǎn)生的變化。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選改型中，調(diào)節(jié)至少一個(gè)轉(zhuǎn)子的葉片槳距角，因此改變作用在風(fēng)力渦輪機(jī)上的推力，并因此使塔擺動(dòng)。所述擺動(dòng)因此主要在相對(duì)于由轉(zhuǎn)子葉片覆蓋的區(qū)域呈直角的方向上發(fā)生。在根據(jù)本發(fā)明的方法中檢測(cè)并評(píng)估以這種方式引起的風(fēng)力渦輪機(jī)的擺動(dòng)的頻率。在一個(gè)優(yōu)選改型中，將所述葉片槳距角調(diào)節(jié)通過(guò)至少一個(gè)預(yù)定角度，例如45°，以便引起所述擺動(dòng)。所述轉(zhuǎn)子葉片優(yōu)選完全調(diào)節(jié)至其順漿位置。優(yōu)選地，不僅調(diào)節(jié)一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片槳距角，而且同時(shí)調(diào)節(jié)所有轉(zhuǎn)子葉片的葉片槳距角，以便以可重復(fù)產(chǎn)生的方式使風(fēng)力渦輪機(jī)擺動(dòng)。為了使風(fēng)力渦輪機(jī)與其塔一起充分地?cái)[動(dòng)，選擇用于改變?nèi)~片槳距角的預(yù)定葉片槳距調(diào)節(jié)率，該槳距調(diào)節(jié)率足夠高從而使所述塔以可以評(píng)估的幅度擺動(dòng)。布置在機(jī)艙中的加速度傳感器優(yōu)選用于檢測(cè)在風(fēng)力渦輪機(jī)中引起的擺動(dòng)的頻率。 由所述加速度傳感器檢測(cè)到的所述機(jī)艙的加速度值以本身公知方式轉(zhuǎn)換成擺動(dòng)頻率。在該處理過(guò)程中，可以對(duì)所檢測(cè)到的頻率提供低通濾波以抑制干擾影響。與所檢測(cè)到的頻率相比較的所述預(yù)定頻率優(yōu)選是第一塔固有頻率。風(fēng)力渦輪機(jī)的塔固有頻率根據(jù)理論計(jì)算非常精確地得知，由此預(yù)先計(jì)算的檢測(cè)到的頻率和塔固有頻率之間的差提供了風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)際穩(wěn)定性與期望穩(wěn)定性不同的指示。根據(jù)本發(fā)明的方法設(shè)置成，只有所檢測(cè)到的頻率與所述預(yù)定頻率之差大于預(yù)定差，才產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)。為此優(yōu)選設(shè)置第一差值，所檢測(cè)到的頻率比所述預(yù)定頻率大該第一差值；第二差值，所檢測(cè)到的頻率比所述預(yù)定頻率小該第二差值。在一個(gè)優(yōu)選改型中，如果所檢測(cè)到的頻率與預(yù)定激勵(lì)頻率(例如IP或3P激勵(lì)頻率)相差小于最小量，則同樣產(chǎn)生所述警報(bào)信號(hào)。例如由于不平衡而發(fā)生IP激勵(lì)。3P激勵(lì)表明由于不均勻風(fēng)速分布使得三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的運(yùn)動(dòng)對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的激勵(lì)，不均勻風(fēng)速分布例如可能由塔、灰塵、風(fēng)速的高度梯度以及傾斜入射流引起。為了確?？煽康卦u(píng)估所檢測(cè)到的頻率，還檢測(cè)引起的擺動(dòng)的幅度，并且僅在所述幅度大于預(yù)定最小值時(shí)才產(chǎn)生所述警報(bào)信號(hào)。在所述方法的該改型中，濾除了在塔擺動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有導(dǎo)致足夠大的幅度偏斜的那些擺動(dòng)。


將在如下文字中參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中圖Ia示出了槳距角的調(diào)節(jié)的時(shí)間曲線圖；圖Ib示出了塔的擺動(dòng)的時(shí)間曲線圖；圖2示出了用于評(píng)估所檢測(cè)到的加速度信號(hào)的流程圖；以及圖3示出了風(fēng)力渦輪機(jī)的示意性側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式圖Ia和Ib示出了在風(fēng)力渦輪機(jī)中產(chǎn)生的擺動(dòng)，在每個(gè)圖中都是隨著時(shí)間t的變化而繪制出的曲線形式。圖Ia示出了隨著時(shí)間變化的葉片槳距角10的調(diào)節(jié)。通過(guò)從大約 0°的小的葉片槳距角快速調(diào)節(jié)至大約90°的葉片槳距角使風(fēng)力渦輪機(jī)在Z方向上擺動(dòng)。 在這種情況下，該Z方向是與被轉(zhuǎn)子葉片覆蓋的平面呈直角的方向。該擺動(dòng)利用加速度傳感器進(jìn)行記錄，該擺動(dòng)的加速度值在圖Ib中示出為曲線12。該擺動(dòng)導(dǎo)致與正弦擺動(dòng)類似且根據(jù)時(shí)間t繪制的擺動(dòng)。為了獲得有效頻率值，對(duì)信號(hào)12進(jìn)行低通濾波。這確保了加速度信號(hào)12中的高頻波動(dòng)被抑制。該處理還確保所檢測(cè)到的加速度值12的幅值足夠高以允許進(jìn)行評(píng)估。為此，可以限定用于幅值的大小的最小值必須被超過(guò)。為了排除故障，還可以提供用于幅值的大小的最大值也不能被超過(guò)。圖2示出了在根據(jù)本發(fā)明的方法中用于啟動(dòng)警報(bào)信號(hào)的程序。該方法在步驟14 處開(kāi)始。在步驟15，風(fēng)力渦輪機(jī)的塔發(fā)生擺動(dòng)。在步驟16中檢測(cè)減速度信號(hào)，并且在另一步驟18中對(duì)該信號(hào)低通濾波。在隨后的決定框圖20中，檢查經(jīng)過(guò)濾波的加速度信號(hào)以確定能否對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行評(píng)估。這里，執(zhí)行檢查是為了確定最大幅度是否已經(jīng)超過(guò)預(yù)定的第一閾值。在幅度的最大值已經(jīng)超過(guò)該閾值的情況下，接著進(jìn)行檢查以確定該幅度的最小值是否已經(jīng)降到較低閾值以下。如果兩個(gè)條件都得到滿足，則所述值符合要求，從而可以在步驟22中進(jìn)一步被處理。否則，在步驟15中使風(fēng)力渦輪機(jī)的塔進(jìn)行另一擺動(dòng)。在步驟22中，將所檢測(cè)到的加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成所檢測(cè)到的頻率fm。在該處理中，所述頻率以本身公知的方式被確定為所檢測(cè)到的信號(hào)的周期長(zhǎng)度的倒數(shù)。在該改型中，無(wú)需對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換和復(fù)雜的傅立葉分析。在隨后的步驟M中進(jìn)行檢查以確定所檢測(cè)到的頻率4是否小于預(yù)定最大頻率，以及所檢測(cè)到的頻率fm是否大于預(yù)定最小頻率。這可以將所檢測(cè)到的明顯不是基于塔的固有擺動(dòng)的頻率從進(jìn)一步的處理中排除。如果所檢測(cè)到的值fm符合要求，則在步驟30中決定是否應(yīng)該在步驟32中存儲(chǔ)所述值。該決定依賴于在步驟觀中的手動(dòng)輸入或適當(dāng)預(yù)設(shè)定值。然后，在步驟34中，將當(dāng)前頻率值&和f,ef之間的差的大小與預(yù)定差值Δ f進(jìn)行比較。用于4和4#的值在步驟沈中輸入，或已經(jīng)存儲(chǔ)好。 如果頻率值&和￡&彼此相差多于預(yù)定差值Δ f，則在步驟36中觸發(fā)警報(bào)。否則，在步驟 36中不觸發(fā)警報(bào)，并且結(jié)束程序處理。舉例來(lái)說(shuō)，如果塔的第一塔固有頻率是f = 0. 3Hz, 則可以將預(yù)定差值Δ f例如設(shè)置為第一塔固有頻率的+/-0.5%，也就是說(shuō)Af= 15mHz。在這種情況下，根據(jù)轉(zhuǎn)速除以60得到IP激勵(lì)的頻率，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)速通常以轉(zhuǎn)/分提供，而頻率通常振/秒提供。特別在風(fēng)力強(qiáng)度不均勻情況下，發(fā)生的3P激勵(lì)是IP激勵(lì)的三倍。在步驟34，可以額外將所檢測(cè)到的頻率fm與IP和3P激勵(lì)的頻率相比較，這樣以便如果實(shí)際的塔固有頻率與IP或3P激勵(lì)頻率相差小于預(yù)定量，則產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)。
在圖2中，在步驟32中存儲(chǔ)預(yù)定頻率f,ef，例如預(yù)先計(jì)算的塔固有頻率。另選地，還可以在步驟32中存儲(chǔ)最近測(cè)量的塔固有頻率中的一個(gè)頻率或這些塔固有頻率的平均值， 這樣以便與最近檢測(cè)到的頻率fm相比較。圖3從一側(cè)示出了風(fēng)力渦輪機(jī)的示意圖。該風(fēng)力渦輪機(jī)具有塔40，該塔40在其上端裝配有機(jī)艙42。塔40的下部錨固在地基(未示出)上，該地基可以是錨固在陸地或近海上的地基。轉(zhuǎn)子與其轉(zhuǎn)子葉片一起安裝在機(jī)艙42上。轉(zhuǎn)子44具有三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，在該側(cè)視圖中可以看到其中兩個(gè)。由葉片槳距角的快速調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的擺動(dòng)導(dǎo)致機(jī)艙42沿著雙箭頭46相對(duì)于被轉(zhuǎn)子葉片覆蓋的平面基本呈直角地運(yùn)動(dòng)。擺動(dòng)方向46可能具有疊加在其上的進(jìn)一步的相對(duì)于小的振幅，由于該振幅，機(jī)艙的運(yùn)動(dòng)并非必須是沿著雙箭頭46的方向的一維擺動(dòng)，而是可能還具有相對(duì)較小的橫向幅度的橫向擺動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)的靜態(tài)和/動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的方法，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有塔、由所述塔支撐的機(jī)艙、以及轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子安裝在所述機(jī)艙中或所述機(jī)艙上，并且具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片能夠被圍繞其縱向軸線調(diào)節(jié)，其特征在于具有以下方法步驟使所述風(fēng)力渦輪機(jī)沿著至少一個(gè)方向擺動(dòng)； 檢測(cè)被激勵(lì)出的擺動(dòng)的頻率(fm)； 將所檢測(cè)到的頻率與預(yù)定頻率(fref)相比較；以及如果所檢測(cè)到的頻率與所述預(yù)定頻率相差大于一差值(△ f)，則產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，具有如下方法步驟 通過(guò)調(diào)節(jié)至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片槳距角使所述塔擺動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將所述葉片槳距角調(diào)節(jié)通過(guò)至少一個(gè)預(yù)定角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，將所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片調(diào)節(jié)至順漿位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4所述的方法，其特征在于，以預(yù)定的葉片槳距調(diào)節(jié)率調(diào)整所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，該葉片槳距調(diào)節(jié)率被選擇為足夠高以使所述塔擺動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)評(píng)估來(lái)自布置在所述機(jī)艙中的加速度傳感器的傳感器信號(hào)來(lái)檢測(cè)所激勵(lì)出的擺動(dòng)的頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)所檢測(cè)到的頻率低通濾波。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將第一塔固有頻率作為所述預(yù)定頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，如果所檢測(cè)到的頻率比所述預(yù)定頻率大超過(guò)第一差值，或者所檢測(cè)到的頻率比所述預(yù)定頻率小超過(guò)第二差值，則產(chǎn)生所述警報(bào)信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，如果所檢測(cè)到的頻率與預(yù)定激勵(lì)頻率相差小于最小量，則產(chǎn)生所述警報(bào)信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，檢測(cè)所激勵(lì)出的擺動(dòng)的幅度，并且僅僅在所述幅度大于預(yù)定最小值時(shí)才產(chǎn)生所述警報(bào)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力渦輪機(jī)的靜態(tài)和/動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的方法，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有塔、由所述塔支撐的機(jī)艙、以及轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子安裝在所述機(jī)艙中或所述機(jī)艙上，并且具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片能夠被圍繞其縱向軸線調(diào)節(jié)，該方法的特征在于如下方法步驟使所述風(fēng)力渦輪機(jī)沿著至少一個(gè)方向擺動(dòng)；檢測(cè)激勵(lì)出的擺動(dòng)的頻率(fm)；將所檢測(cè)到的頻率與預(yù)定頻率(fref)相比較；以及如果所檢測(cè)到的頻率與所述預(yù)定頻率相差大于一差值(Δf)，則產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)。
文檔編號(hào)F03D7/02GK102486158SQ201110398758
公開(kāi)日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月4日
發(fā)明者D·德羅塞爾, U·哈姆斯 申請(qǐng)人:德國(guó)恩德能源有限公司