風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置及其方法，其包括：將槳葉的變形率變換為力矩的步驟；基于槳葉的設(shè)計信息和力矩的統(tǒng)計信息生成基準(zhǔn)值的步驟；將力矩與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較來判斷上述槳葉的狀態(tài)的步驟。根據(jù)本發(fā)明，基于槳葉設(shè)計信息和力矩統(tǒng)計信息生成基準(zhǔn)值來作為對槳葉狀態(tài)判斷的基準(zhǔn)，形成對力矩統(tǒng)計信息的學(xué)習(xí)，因此能夠提高對槳葉狀態(tài)判斷的可靠性，從而能夠?qū)~進(jìn)行高效管理及維護。
【專利說明】風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力機槳葉(Wind turbine blades)狀態(tài)監(jiān)控裝置及其方法,更具體而言，涉及一種根據(jù)槳葉設(shè)計信息和力矩(Moment)統(tǒng)計信息來生成基準(zhǔn)值作為對槳葉狀態(tài)判斷的基準(zhǔn)，從而能夠確保對槳葉狀態(tài)判斷的可靠性的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般來說，風(fēng)力發(fā)電是利用空氣流動所具備的動能空氣力學(xué)特性使?jié){翼旋轉(zhuǎn)來變換為機械能，并利用該機械能使發(fā)電機旋轉(zhuǎn)而得到電能的系統(tǒng)。
[0003]這種風(fēng)力發(fā)電，根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸相對地面的方向，分為水平型和垂直型，包括:由槳葉(Blade)和槳轂(Hub)構(gòu)成的風(fēng)輪；加快旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動發(fā)電機的增速機(Gear box),生產(chǎn)電的發(fā)電機(Generator),適當(dāng)調(diào)節(jié)各構(gòu)成要素的動作溫度的冷暖氣系統(tǒng)(Cooling/HeatingSystem),以及控制輸出的電力控制系統(tǒng)(Power Converter System)等。
[0004]其中，槳葉在發(fā)生破損時停止時間變長，更換費用較大，尤其是在海上風(fēng)力發(fā)電中，由于鹽份或灰塵等，槳葉上頻繁發(fā)生污染，所以需要實時監(jiān)控槳葉的狀態(tài)。
[0005]因此，在槳葉上設(shè)置傳感器來監(jiān)控槳葉狀態(tài)，但是與其他發(fā)電不同，就風(fēng)力發(fā)電而言，由于瞬間反復(fù)正常狀態(tài)(Stationary States)和非正常狀態(tài)(Non-StationaryStates)，因此其特性上存在無法進(jìn)行高效且對正確狀態(tài)監(jiān)控的局限性。
[0006]此外，關(guān)于海上風(fēng)力發(fā)電，根據(jù)天氣氣候的變化，能夠接近槳葉的情況也有限，因此無法對槳葉進(jìn)行高效管理和維護，隨之產(chǎn)生在槳葉受損時不能即刻應(yīng)對的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]所要解決的技術(shù)課題
[0008]本發(fā)明是為了解決上述問題而做出的，其目的在于，提供一種通過確保對槳葉狀態(tài)判斷的可靠性來高效管理和維護槳葉的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置及其方法。
[0009]技術(shù)方案
[0010]本發(fā)明的一方面的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控方法的特征在于，包括:將槳葉的變形率變換為力矩的步驟；基于上述槳葉的設(shè)計信息和上述力矩的統(tǒng)計信息生成基準(zhǔn)值的步驟；將上述力矩與上述基準(zhǔn)值進(jìn)行比較來判斷上述槳葉的狀態(tài)的步驟。
[0011]本發(fā)明的特征在于，上述力矩是基于上述槳葉的材料性能值及形狀特性值來變換的。
[0012]本發(fā)明的特征在于，生成上述基準(zhǔn)值的步驟包括:基于上述槳葉的設(shè)計信息來計算第一基準(zhǔn)值的步驟；基于上述力矩的統(tǒng)計信息來計算第二基準(zhǔn)值的步驟；結(jié)合上述第一基準(zhǔn)值和上述第二基準(zhǔn)值生成上述基準(zhǔn)值的步驟。
[0013]本發(fā)明的特征在于，上述第一基準(zhǔn)值是在上述槳葉的設(shè)計載荷上結(jié)合模型參數(shù)來計算的。[0014]在本發(fā)明中，計算上述第二基準(zhǔn)值的步驟包括:基于上述力矩的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差來計算正常區(qū)間的長度的步驟；基于上述力矩的平均值及上述正常區(qū)間的長度來計算上述第二基準(zhǔn)值的步驟。
[0015]本發(fā)明的特征在于，在計算上述正常區(qū)間的長度的步驟中，上述力矩的平均值由累積計算前一時刻為止的平均值與當(dāng)前時刻的平均值所表示；上述標(biāo)準(zhǔn)偏差由累積計算前一時刻為止的標(biāo)準(zhǔn)偏差與當(dāng)前時刻的標(biāo)準(zhǔn)偏差所表示。
[0016]本發(fā)明的特征在于，計算上述第二基準(zhǔn)值的步驟包括:當(dāng)上述變形率是在上述槳葉的壓力面(Pressure Side)或吸入面(Suction Side)測定得到的數(shù)據(jù)時，比較風(fēng)力機的輸出和額定輸出的步驟；以及根據(jù)上述比較結(jié)果，將上述風(fēng)力機的輸出變化或上述槳葉的槳距角變化反映在上述力矩的統(tǒng)計信息中的步驟。
[0017]本發(fā)明的特征在于，當(dāng)上述風(fēng)力機的輸出在上述額定輸出以下時，將上述風(fēng)力機的輸出變化反映在上述力矩的統(tǒng)計信息上，當(dāng)上述風(fēng)力機的輸出大于上述額定輸出時，將上述槳葉的槳距角變化反映在上述力矩的統(tǒng)計信息上。
[0018]本發(fā)明的特征在于，上述基準(zhǔn)值包括:用于判斷上述槳葉的注意狀態(tài)的注意基準(zhǔn)值，用于判斷警告狀態(tài)的警告基準(zhǔn)值；以及用于判斷緊急狀態(tài)的緊急基準(zhǔn)值。
[0019]本發(fā)明的特征在于，還包括:當(dāng)上述槳葉的狀態(tài)為上述注意狀態(tài)、上述警告狀態(tài)及上述緊急狀態(tài)中的某一個狀態(tài)時，警報上述槳葉的狀態(tài)的步驟。
[0020]本發(fā)明的另一方面的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置，其特征在于，包括:力矩變換部，將風(fēng)力機槳葉的變形率變換為力矩；狀態(tài)判斷部，比較上述力矩和基準(zhǔn)值來判斷上述槳葉的狀態(tài)；基準(zhǔn)值生成部，基于上述槳葉的設(shè)計信息和上述力矩的統(tǒng)計信息生成上述基準(zhǔn)值。
[0021]本發(fā)明的特征在于，上述力矩變換部基于上述槳葉的材料性能值及形狀特性值，將上述變形率變換為上述力矩。
[0022]本發(fā)明的特征在于，上述基準(zhǔn)值生成部將基于上述槳葉的設(shè)計信息計算出的第一基準(zhǔn)值和基于上述力矩的統(tǒng)計信息計算出的第二基準(zhǔn)值結(jié)合起來，生成上述基準(zhǔn)值。
[0023]本發(fā)明的特征在于，上述基準(zhǔn)值生成部在上述槳葉的設(shè)計載荷上結(jié)合模型參數(shù)來計算上述第一基準(zhǔn)值。
[0024]本發(fā)明的特征在于，上述基準(zhǔn)值生成部基于上述力矩的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差來計算正常區(qū)間的長度，基于上述力矩的平均值及上述正常區(qū)間的長度來計算上述第二基準(zhǔn)值。
[0025]本發(fā)明的特征在于，當(dāng)上述變形率是在上述槳葉的壓力面(Pressure Side)或吸入面(Suction Side)測定得到的數(shù)據(jù)時，上述基準(zhǔn)值生成部將上述風(fēng)力機的輸出變化或上述槳葉的槳距角變化反映在上述力矩的統(tǒng)計信息上。
[0026]本發(fā)明的特征在于，當(dāng)風(fēng)力機的輸出在額定輸出以下時，將上述風(fēng)力機的輸出變化反映在上述力矩的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差上，當(dāng)上述風(fēng)力機的輸出大于上述額定輸出時，將上述槳葉的槳距角變化反映在上述力矩的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差上。
[0027]本發(fā)明的特征在于，上述基準(zhǔn)值包括:用于判斷上述槳葉的注意狀態(tài)的注意基準(zhǔn)值，以及用于判斷警告狀態(tài)的警告基準(zhǔn)值及用于判斷緊急狀態(tài)的緊急基準(zhǔn)值。
[0028]本發(fā)明的特征在于，當(dāng)上述力矩脫離了上述注意基準(zhǔn)值時，上述狀態(tài)判斷部將上述槳葉的狀態(tài)判斷為注意狀態(tài)，當(dāng)上述力矩脫離了上述警告基準(zhǔn)值時，上述狀態(tài)判斷部將上述槳葉的狀態(tài)判斷為警告狀態(tài)，當(dāng)上述力矩脫離了上述緊急基準(zhǔn)值時，上述狀態(tài)判斷部將上述槳葉的狀態(tài)判斷為緊急狀態(tài)。
[0029]本發(fā)明的特征在于，還包括警報部，當(dāng)上述槳葉的狀態(tài)與上述注意狀態(tài)、上述警告狀態(tài)及上述緊急狀態(tài)中的某一個狀態(tài)對應(yīng)時，警報上述槳葉的狀態(tài)。
[0030]發(fā)明效果
[0031]根據(jù)本發(fā)明，基于槳葉設(shè)計信息和力矩統(tǒng)計信息生成基準(zhǔn)值來作為對槳葉狀態(tài)進(jìn)行判斷的基準(zhǔn)，所以能夠在正常狀態(tài)及非正常狀態(tài)下確保槳葉狀態(tài)判斷的可靠性。
[0032]此外，根據(jù)本發(fā)明，由于能夠形成對力矩統(tǒng)計信息的學(xué)習(xí)，所以力矩統(tǒng)計信息累積得越多，就能夠生成可靠性越高的基準(zhǔn)值，所以能夠提高對槳葉狀態(tài)判斷的可靠性。
[0033]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠提高對槳葉狀態(tài)判斷的可靠性，所以能夠?qū)~進(jìn)行高效管理及維護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是用于說明在本發(fā)明一實施例的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置中測定槳葉變形率的位置的圖。
[0035]圖2是示出本發(fā)明一實施例的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0036]圖3是示出本發(fā)明一實施例的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控方法中生成基準(zhǔn)值的動作的順序圖。
[0037]圖4是示出圖3生成的基準(zhǔn)值和力矩測定數(shù)據(jù)的示例圖。
[0038]圖5是示出本發(fā)明另一實施例的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控方法中生成基準(zhǔn)值的動作的順序圖。
[0039]圖6和圖7是示出圖5生成的基準(zhǔn)值和力矩測定數(shù)據(jù)的示例圖。
[0040]圖8是示出本發(fā)明一實施例的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控方法中判斷槳葉狀態(tài)的動作的順序圖。
【具體實施方式】
[0041]下面，參照附圖對本發(fā)明的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置及其方法進(jìn)行詳細(xì)說明。在此過程中，為了明確且便于說明，有可能夸張地示出了圖中線的厚度或構(gòu)成要素的大小等。此外，后述的術(shù)語是考慮到本發(fā)明中的功能來定義的，可根據(jù)使用者或運用者的意圖或慣例而不同。因此，對這些術(shù)語的定義應(yīng)是根據(jù)整個說明的內(nèi)容來做出的。
[0042]圖1是用于說明在本發(fā)明一實施例的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置中測定槳葉變形率的位置的圖。
[0043]如圖1所示，一般來說，在槳葉上測定變形率的地點可分為壓力面(PressureSide) 110、吸入面(Suction Side) 120、前緣(Leading Edge) 130 及后緣(TraillingEdge)140。
[0044]在此，壓力面110表示迎風(fēng)的槳葉前表面，吸入面120表示非迎風(fēng)的槳葉后表面。前緣130及后緣140分別相當(dāng)于各壓力面110和吸入面120的邊緣位置，也相當(dāng)于承受旋轉(zhuǎn)力矩的位置。
[0045]圖2是示出本發(fā)明一實施例的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0046]如圖2所示，本發(fā)明的一實施例的風(fēng)力機槳葉的狀態(tài)監(jiān)控裝置包括:光纖傳感部10，光波長測定部20，數(shù)據(jù)診斷處理部30，力矩變換部40，運行信息輸入部50，基準(zhǔn)值生成部60，狀態(tài)判斷部70，存儲部80及警報部90。
[0047]光纖傳感部10 包括多個 WDM(Wave Iength-Division Multiplexing:波分復(fù)用)光纖傳感器，各個光纖傳感器將由光源(未圖示)放射的激光反射為特定波長來傳送到光波長測定部20。
[0048]參照圖1，可在槳葉的壓力面110、吸入面120、前緣130及后緣140上分別間隔
90°設(shè)置多個光纖傳感器。
[0049]光波長測定部20測定由光纖傳感部10反射的波長來生成多個測定數(shù)據(jù)，并將該測定數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)診斷處理部30。
[0050]此時，光波長測定部20能夠在每個測定周期均生成測定數(shù)據(jù)，可根據(jù)設(shè)計者的意圖和光纖傳感器及光波長測定部20的規(guī)格選擇多種測定周期。例如，光波長測定部20可每0.0Usec]生成(即，100[Hz])測定數(shù)據(jù)，并將該測定數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)診斷處理部30。
[0051]數(shù)據(jù)診斷處理部30檢查由光波長測定部20輸入的多個測定數(shù)據(jù)中是否存在錯誤數(shù)據(jù)，并將結(jié)束檢查的測定數(shù)據(jù)變換為物理數(shù)據(jù)(physical data)的變形率(strain),傳送至力矩變換部40。
[0052]力矩變換部40將由數(shù)據(jù)診斷處理部30輸入的變形率變換為等效力矩(equivalent moment)來傳送至狀態(tài)判斷部70。
[0053]此時，力矩 變換部40可根據(jù)下面的公式1，在變形率ε上結(jié)合槳葉的材料性能值E及形狀特性值Izz、y來計算力矩M。
[0054]公式I
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于，包括: 將槳葉的變形率變換為力矩的步驟； 基于上述槳葉的設(shè)計信息和上述力矩的統(tǒng)計信息生成基準(zhǔn)值的步驟； 將上述力矩與上述基準(zhǔn)值進(jìn)行比較來判斷上述槳葉的狀態(tài)的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于，上述力矩是基于上述槳葉的材料性能值及形狀特性值來變換的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于， 生成上述基準(zhǔn)值的步驟包括: 基于上述槳葉的設(shè)計信息來計算第一基準(zhǔn)值的步驟； 基于上述力矩的統(tǒng)計信息來計算第二基準(zhǔn)值的步驟； 結(jié)合上述第一基準(zhǔn)值和上述第二基準(zhǔn)值生成上述基準(zhǔn)值的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于，上述第一基準(zhǔn)值是在上述槳葉的設(shè)計載荷上結(jié)合模型參數(shù)來計算的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于， 計算上述第二基準(zhǔn)值的步驟包括: 基于上述力矩的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差來計算正常區(qū)間的長度的步驟； 基于上述力矩的平均值及上述正常區(qū)間的長度來計算上述第二基準(zhǔn)值的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于，在計算上述正常區(qū)間的長度的步驟中，上述力矩的平均值由累積計算前一時刻為止的平均值與當(dāng)前時刻的平均值所表示；上述標(biāo)準(zhǔn)偏差由累積計算前一時刻為止的標(biāo)準(zhǔn)偏差與當(dāng)前時刻的標(biāo)準(zhǔn)偏差所表不。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于， 計算上述第二基準(zhǔn)值的步驟包括: 當(dāng)上述變形率是在上述槳葉的壓力面或吸入面測定得到的數(shù)據(jù)時，比較風(fēng)力機的輸出和額定輸出的步驟；以及 根據(jù)上述比較結(jié)果，將上述風(fēng)力機的輸出變化或上述槳葉的槳距角變化反映在上述力矩的統(tǒng)計信息中的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于，當(dāng)上述風(fēng)力機的輸出在上述額定輸出以下時，將上述風(fēng)力機的輸出變化反映在上述力矩的統(tǒng)計信息上，當(dāng)上述風(fēng)力機的輸出大于上述額定輸出時，將上述槳葉的槳距角變化反映在上述力矩的統(tǒng)計信息上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機槳葉的狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于，上述基準(zhǔn)值包括:用于判斷上述槳葉的注意狀態(tài)的注意基準(zhǔn)值，用于判斷警告狀態(tài)的警告基準(zhǔn)值；以及用于判斷緊急狀態(tài)的緊急基準(zhǔn)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控方法，其特征在于，還包括:當(dāng)上述槳葉的狀態(tài)為上述注意狀態(tài)、上述警告狀態(tài)及上述緊急狀態(tài)中的某一個狀態(tài)時，警報上述槳葉的狀態(tài)的步驟。
11.一種風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置，其特征在于，包括: 力矩變換部，將風(fēng)力機槳葉的變形率變換為力矩；狀態(tài)判斷部，比較上述力矩和基準(zhǔn)值來判斷上述槳葉的狀態(tài)； 基準(zhǔn)值生成部，基于上述槳葉的設(shè)計信息和上述力矩的統(tǒng)計信息生成上述基準(zhǔn)值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置，其特征在于，上述力矩變換部基于上述槳葉的材料性能值及形狀特性值，將上述變形率變換為上述力矩。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置，其特征在于，上述基準(zhǔn)值生成部將基于上述槳葉的設(shè)計信息計算出的第一基準(zhǔn)值和基于上述力矩的統(tǒng)計信息計算出的第二基準(zhǔn)值結(jié)合起來，生成上述基準(zhǔn)值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置，其特征在于，上述基準(zhǔn)值生成部在上述槳葉的設(shè)計載荷上結(jié)合模型參數(shù)來計算上述第一基準(zhǔn)值。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置，其特征在于，上述基準(zhǔn)值生成部基于上述力矩的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差來計算正常區(qū)間的長度，基于上述力矩的平均值及上述正常區(qū)間的長度來計算上述第二基準(zhǔn)值。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置，其特征在于，當(dāng)上述變形率是在上述槳葉的壓力面或吸入面測定得到的數(shù)據(jù)時，上述基準(zhǔn)值生成部將上述風(fēng)力機的輸出變化或上述槳葉的槳距角變化反映在上述 力矩的統(tǒng)計信息上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置，其特征在于，當(dāng)風(fēng)力機的輸出在額定輸出以下時，將上述風(fēng)力機的輸出變化反映在上述力矩的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差上，當(dāng)上述風(fēng)力機的輸出大于上述額定輸出時，將上述槳葉的槳距角變化反映在上述力矩的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差上。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置，其特征在于，上述基準(zhǔn)值包括:用于判斷上述槳葉的注意狀態(tài)的注意基準(zhǔn)值，以及用于判斷警告狀態(tài)的警告基準(zhǔn)值及用于判斷緊急狀態(tài)的緊急基準(zhǔn)值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置，其特征在于，當(dāng)上述力矩脫離了上述注意基準(zhǔn)值時，上述狀態(tài)判斷部將上述槳葉的狀態(tài)判斷為注意狀態(tài)，當(dāng)上述力矩脫離了上述警告基準(zhǔn)值時，上述狀態(tài)判斷部將上述槳葉的狀態(tài)判斷為警告狀態(tài)，當(dāng)上述力矩脫離了上述緊急基準(zhǔn)值時，上述狀態(tài)判斷部將上述槳葉的狀態(tài)判斷為緊急狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的風(fēng)力機槳葉狀態(tài)監(jiān)控裝置，其特征在于，還包括警報部，當(dāng)上述槳葉的狀態(tài)與上述注意狀態(tài)、上述警告狀態(tài)及上述緊急狀態(tài)中的某一個狀態(tài)對應(yīng)時，警報上述槳葉的狀態(tài)。
【文檔編號】F03D7/02GK103827480SQ201280042230
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月20日
【發(fā)明者】吳沂鏞, 李在慶, 樸埈永, 李準(zhǔn)信 申請人:韓國電力公社