本發(fā)明涉及一種控制風力渦輪機的方法，該風力渦輪機設置有將風力渦輪機葉片相互連接的預張緊的葉片連接線，以允許風力渦輪機葉片彼此之間相互支撐。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，對施加在葉片連接線上的預張緊力進行調(diào)節(jié)，以抵消風力渦輪機的轉(zhuǎn)子不平衡(轉(zhuǎn)子失衡)。

背景技術(shù)：

1、在風力渦輪機運行期間以及靜止期間，風力渦輪機的部件會受到各種負載。例如，風力渦輪機的風力渦輪機葉片會受到源自作用在風力渦輪機葉片上的重力的負載，源自風力渦輪機葉片上的風壓的負載，源自風向變化、湍流等的負載。

2、隨著風力渦輪機葉片尺寸的增大，風力渦輪機上的負載也隨之增加。為了處理這些增加的負載，用于制造風力渦輪機的材料量可能會增加。然而，這會增加風力渦輪機的重量和制造成本。

3、作為增加用于風力渦輪機(特別是用于風力渦輪機葉片)的材料量的替代，風力渦輪機可以設置有葉片連接線，即，將風力渦輪機葉片相互連接的線。這種葉片連接線使風力渦輪機葉片彼此之間相互支撐，也就是說，風力渦輪機葉片上的負載通過葉片連接線在風力渦輪機葉片之間"分享(分擔)"。葉片連接線可以是預張緊的。

4、在風力渦輪機中，可能會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡，即作用在風力渦輪機葉片上的力從一個風力渦輪機葉片到另一個風力渦輪機葉片不相同。這可能會導致風力渦輪機各部分上的不期望的不均勻負載，因此期望盡最大可能避免轉(zhuǎn)子不平衡。轉(zhuǎn)子不平衡可能源自各種原因，其中一些可視為靜態(tài)原因，一些可視為動態(tài)原因。靜態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡可能例如是由質(zhì)量或質(zhì)量分布從一個風力渦輪機葉片到另一個風力渦輪機葉片的變化，長度、彈性等從一根葉片連接線到另一根葉片連接線的變化，風力渦輪機葉片上結(jié)冰，風力渦輪機葉片結(jié)垢等造成的。動態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡可能例如是由空氣動力條件從一個風力渦輪機葉片到另一個風力渦輪機葉片的變化(如源自風切變、尾流效應等)造成的。

5、靜態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡可以例如通過手動執(zhí)行風力渦輪機葉片的維護和/或清潔，和/或向風力渦輪機葉片添加校準質(zhì)量塊來處理。

6、cn?102536683?b公開了一種用于增強大型風力渦輪機的葉片穩(wěn)定性的分區(qū)電纜裝置。該分區(qū)電纜裝置包括分區(qū)電纜系統(tǒng)和電纜張緊力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。電纜張緊力調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括自動控制器，該自動控制器通過控制線與分區(qū)張緊力螺桿調(diào)節(jié)器相連。在風力渦輪機運行期間會出現(xiàn)松弛的張緊力。在這種情況下，當張緊力傳感器感應到松弛的張緊力后，在前張緊力支承軸上旋轉(zhuǎn)分區(qū)張緊力螺桿調(diào)節(jié)器，以調(diào)節(jié)分區(qū)電纜系統(tǒng)的張緊力，從而允許葉片在旋轉(zhuǎn)表面上的張緊力達到合理的設定值。所有調(diào)節(jié)過程均可由安裝在風力渦輪機輪轂中的自動控制器控制并自動完成。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例的目的是提供一種控制風力渦輪機的方法，在這種方法中，以一種簡便且成本有效(經(jīng)濟)的方式處理轉(zhuǎn)子不平衡。

2、本發(fā)明提供了一種控制風力渦輪機的方法，該風力渦輪機包括塔架、安裝在塔架上的機艙、可旋轉(zhuǎn)地安裝在機艙上的輪轂以及三個或更多風力渦輪機葉片，每個風力渦輪機葉片在通過變槳機構(gòu)與輪轂相連的根端和頂端之間延伸，風力渦輪機還包括：葉片連接線，每根葉片連接線在一個風力渦輪機葉片上的連接點和相鄰風力渦輪機葉片上的連接點之間延伸；以及預張緊線，每根預張緊線與其中一根葉片連接線和預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)連接，該方法包括以下步驟：

3、-測量風力渦輪機的至少一個參數(shù)，

4、-根據(jù)測量的至少一個參數(shù)推導出風力渦輪機的轉(zhuǎn)子不平衡的估計值，以及

5、-基于估計的轉(zhuǎn)子不平衡控制預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)，以抵消轉(zhuǎn)子不平衡。

6、因此，根據(jù)本發(fā)明的方法是一種控制風力渦輪機的方法。風力渦輪機是一種變槳控制的風力渦輪機，即包括如下風力渦輪機葉片的風力渦輪機，這些風力渦輪機葉片能夠圍繞基本縱向的變槳軸線旋轉(zhuǎn)，以便在風力渦輪機運行期間調(diào)節(jié)風力渦輪機葉片與來風之間的攻角。

7、風力渦輪機包括塔架和安裝在塔架上的機艙。風力渦輪機還包括可旋轉(zhuǎn)地安裝在機艙上的輪轂和三個或更多風力渦輪機葉片。每個風力渦輪機葉片在根端和頂端之間延伸，根端通過變槳機構(gòu)與輪轂相連。因此，風力渦輪機葉片與輪轂一起相對于機艙旋轉(zhuǎn)，而風力渦輪機葉片的頂端則指向遠離輪轂的方向。由于風力渦輪機葉片通過變槳機構(gòu)與輪轂相連，因此每個風力渦輪機葉片都能相對于輪轂旋轉(zhuǎn)，即進行變槳移動。輪轂和風力渦輪機葉片構(gòu)成了風力渦輪機的轉(zhuǎn)子。

8、機艙通常通過偏航系統(tǒng)安裝在塔架上，從而允許機艙相對于塔架旋轉(zhuǎn)，以便根據(jù)風的方向適當?shù)卮_定轉(zhuǎn)子的取向。

9、風力渦輪機還包括葉片連接線。每根葉片連接線在一個風力渦輪機葉片上的連接點和相鄰風力渦輪機葉片上的連接點之間延伸。因此，每根葉片連接線將兩個相鄰的風力渦輪機葉片相互連接。

10、風力渦輪機還包括預張緊線。每根預張緊線都與其中一根葉片連接線和預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)相連。因此，預張緊線將葉片連接線拉向預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)，由此，預張緊線為葉片連接線提供預張緊力。此外，可以通過適當操作或操縱預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)來調(diào)節(jié)預張緊線為葉片連接線提供的預張緊力。

11、預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)可以布置在輪轂中、輪轂處或輪轂附近。作為替代方案，預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)可以布置在一個或多個風力渦輪機葉片的葉片根部中，或布置在風力渦輪機葉片位于根端與連接點之間的部分中。

12、在本上下文中，術(shù)語"線(wire)"應被廣義解釋為包括任何合適種類的張緊元件，諸如金屬線或繩、纖維繩、復合拉擠材料、金屬棒等。

13、葉片連接線的剛度可以不同于預張緊線的剛度，或者葉片連接線和預張緊線的剛度可以相同。

14、例如，預張緊線可以在與風力渦輪機葉片上的連接點中的每一個相距一定距離的位置與葉片連接線相連，例如，與各連接點的距離基本相等，即沿葉片連接線在風力渦輪機葉片之間的大約一半位置(中間位置)處。

15、預張緊的葉片連接線使風力渦輪機葉片彼此之間相互支撐，也就是說，通過預張緊的葉片連接線，風力渦輪機葉片上的負載，特別是沿邊負載和揮舞(拍打)負載，在風力渦輪機葉片之間"分享(分擔)"。這樣，風力渦輪機葉片在運行期間以及在靜止或空轉(zhuǎn)期間的負載就可以在無需較高的材料厚度以及由此導致的增加的重量和較高的制造成本的情況下得到處理。

16、風力渦輪機可以是逆風向(上風向)風力渦輪機。在這種情況下，風力渦輪機的轉(zhuǎn)子面向來風，因此風力渦輪機葉片上的源自風的揮舞負載會將風力渦輪機葉片推向輪轂和塔架。

17、作為替代方案，風力渦輪機可以是順風向(下風向)風力渦輪機。在這種情況下，風力渦輪機的轉(zhuǎn)子與來風的風向相反，因此風力渦輪機葉片上的源自風的揮舞負載會將風力渦輪機葉片推離輪轂和塔架。

18、在根據(jù)本發(fā)明的方法中，首先測量風力渦輪機的至少一個參數(shù)。測量的參數(shù)可能與風力渦輪機上的負載，特別是與構(gòu)成轉(zhuǎn)子一部分的風力渦輪機部件(諸如風力渦輪機葉片、輪轂等)有關(guān)的負載，和/或塔架、傳動系統(tǒng)等上的負載、偏轉(zhuǎn)、振動等有關(guān)。

19、接下來，根據(jù)測量的至少一個參數(shù)推導出風力渦輪機的轉(zhuǎn)子不平衡的估計值。在本上下文中，術(shù)語"轉(zhuǎn)子不平衡"應解釋為是指如下場景：其中作用在風力渦輪機葉片上的力從一個風力渦輪機葉片到另一個風力渦輪機葉片不相同，從而導致轉(zhuǎn)子上的負載不均勻，進而導致受轉(zhuǎn)子影響的風力渦輪機部件(諸如風力渦輪機葉片、輪轂、傳動系統(tǒng)、塔架等)上的負載不均勻。如上所述，轉(zhuǎn)子不平衡可能源自靜態(tài)原因，諸如風力渦輪機葉片的質(zhì)量和/或質(zhì)量分布的差異，和/或源自動態(tài)原因，諸如風切變、尾流效應(如部分尾流、湍流、陣風等形式)。

20、靜態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡可稱為"0p不平衡"，因為它們不作為風力渦輪機葉片和轉(zhuǎn)子的方位角位置的函數(shù)而周期性變化。同樣，動態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡可稱為"1p不平衡"，因為它們以風力渦輪機葉片和轉(zhuǎn)子完成每次完整旋轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn)一整圈)的一個循環(huán)的方式作為風力渦輪機葉片和轉(zhuǎn)子的方位角位置的函數(shù)而周期性變化。

21、由于轉(zhuǎn)子不平衡的估計值是根據(jù)風力渦輪機的測量的至少一個參數(shù)推導出的，因此估計的轉(zhuǎn)子不平衡反映了實際正在發(fā)生的和經(jīng)歷過的轉(zhuǎn)子上的負載不平衡。

22、最后，基于估計的轉(zhuǎn)子不平衡控制預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)，以抵消轉(zhuǎn)子不平衡。

23、通過控制預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)，預張緊線對葉片連接線施加的預張緊力得到調(diào)節(jié)。風力渦輪機葉片之間的相互支撐也因此得到調(diào)節(jié)。更具體地說，每根預張緊線決定了施加在與之相連的葉片連接線上的預張緊力，從而決定了由該葉片連接線相互連接的兩個風力渦輪機葉片之間的相互支撐。因此，如果估計的轉(zhuǎn)子不平衡顯示，轉(zhuǎn)子中包括兩個相鄰風力渦輪機葉片的部分中的負載高于轉(zhuǎn)子其他部分的負載，則可以調(diào)節(jié)與葉片連接線(其將這兩個風力渦輪機葉片相互連接)相連的預張緊線，方式是使施加在該葉片連接線上的預張緊力能夠處理額外的負載，從而抵消轉(zhuǎn)子不平衡。

24、靜態(tài)或0p轉(zhuǎn)子不平衡例如可以通過在預張緊線之間施加的預張緊力中應用適當?shù)撵o態(tài)偏移來處理，以此方式解決轉(zhuǎn)子的靜態(tài)或永久不平衡。動態(tài)或1p轉(zhuǎn)子不平衡例如可以通過在每根預張緊線的施加預張緊力中引入正弦變化來處理，其中正弦變化的周期對應于風力渦輪機葉片和轉(zhuǎn)子的一次完整旋轉(zhuǎn)。

25、基于風力渦輪機的實際測量結(jié)果，通過適當控制預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)，從而調(diào)節(jié)預張緊線施加在葉片連接線上的預張緊力，來處理轉(zhuǎn)子不平衡，是一種簡便且成本有效的處理轉(zhuǎn)子不平衡的方法。此外，還能快速且準確地處理轉(zhuǎn)子不平衡。

26、根據(jù)本發(fā)明的方法可以在風力渦輪機的電力生產(chǎn)期間執(zhí)行，或者在風力渦輪機空轉(zhuǎn)或靜止期間執(zhí)行。

27、推導出轉(zhuǎn)子不平衡的估計值的步驟可以包括推導出靜態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡的估計值。

28、如上所述，在本上下文中，術(shù)語"靜態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡"應解釋為是指無論風力渦輪機是否運行都存在的轉(zhuǎn)子不平衡，即不是由動態(tài)效應(諸如作用在轉(zhuǎn)子上的風、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)等)引起的轉(zhuǎn)子不平衡。

29、例如，靜態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡可能是由風力渦輪機葉片的制造差異造成的。例如，這種制造差異可能與風力渦輪機葉片的質(zhì)量或質(zhì)量分布、風力渦輪機葉片的長度、風力渦輪機葉片的彈性、風力渦輪機葉片的葉片外部幾何形狀等有關(guān)。替代地或附加地，靜態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡可能是由風力渦輪機安裝后發(fā)生的原因造成的，諸如風力渦輪機葉片結(jié)垢、風力渦輪機葉片上結(jié)冰、風力渦輪機葉片或風力渦輪機其他部件磨損等。替代地或附加地，靜態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡可能是由風力渦輪機安裝過程中發(fā)生的原因造成的，諸如風力渦輪機葉片的錐角差異。最后，靜態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡可能是由葉片連接線和/或預張緊線造成的，例如，由于線剛度和/或長度的變化而造成的。如上所述，靜態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡可稱為"0p不平衡"。

30、因此，根據(jù)本實施例，施加到葉片連接線上的預張緊力得到調(diào)節(jié)，以便以簡便且成本有效的方式抵消一直存在的轉(zhuǎn)子不平衡。這降低了風力渦輪機部件(尤其是風力渦輪機葉片)制造過程和風力渦輪機安裝過程中對精度的要求。此外，無需在風力渦輪機葉片上添加校準質(zhì)量塊。這大大降低了風力渦輪機的制造和安裝成本，同時有效防止了由于永久性轉(zhuǎn)子不平衡造成的風力渦輪機過度磨損。

31、替代地或附加地，推導出轉(zhuǎn)子不平衡的估計值的步驟可以包括推導出動態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡的估計值。如上所述，在本上下文中，術(shù)語"動態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡"應解釋為是指由外部因素引起的，因此作為時間的函數(shù)發(fā)生變化的，并與當時的運行或環(huán)境條件相一致的轉(zhuǎn)子不平衡。例如，動態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡可能是由空氣動力條件從一個風力渦輪機葉片到另一個風力渦輪機葉片的變化引起的，如由于風切變、尾流效應、湍流、陣風條件等。如上所述，動態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡可以是1p不平衡的形式。

32、推導出轉(zhuǎn)子不平衡的估計值的步驟可以包括將至少一個參數(shù)的測量結(jié)果通過低通濾波器。

33、根據(jù)本實施例，在估計轉(zhuǎn)子不平衡時，只考慮測量的至少一個參數(shù)的低頻變化。因此，確保了只檢測真正的轉(zhuǎn)子不平衡，而過濾掉與轉(zhuǎn)子不平衡無關(guān)的高頻變化。因此，確保了預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)的后續(xù)控制實際上是以抵消真正的轉(zhuǎn)子不平衡的方式進行的。

34、測量風力渦輪機的至少一個參數(shù)的步驟可以包括測量風力渦輪機葉片中的每一個的邊緣力矩。

35、在本上下文中，術(shù)語"邊緣力矩"應解釋為是指在風力渦輪機葉片的沿邊方向上(即，在基本上在風力渦輪機葉片的前緣和后緣之間延伸的方向上)測量的力矩。該方向通常完全或幾乎位于風力渦輪機的轉(zhuǎn)子平面中。

36、風力渦輪機葉片上的沿邊負載可能是非常有害的，而且它們可能難以通過已知的方法來處理。因此，本發(fā)明該實施例的優(yōu)點是，可以通過適當調(diào)節(jié)預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)來處理與風力渦輪機葉片的沿邊負載或力矩有關(guān)的轉(zhuǎn)子不平衡。

37、沿邊力矩例如可以是邊緣根部力矩(邊根力矩)，即在風力渦輪機葉片的根部處或附近測量的邊緣力矩。作為替代方案，邊緣力矩可以在風力渦輪機葉片的另一部分中測量，例如在葉片位于根端和連接點之間的部分中測量，例如在葉片長度或半徑的內(nèi)20％內(nèi)測量。

38、風力渦輪機葉片的邊緣力矩可以例如通過使用合適的應變傳感器(諸如一個或多個應變計或一個或多個光纖)測量風力渦輪機葉片處的應變來進行測量。

39、推導出風力渦輪機的轉(zhuǎn)子不平衡的估計值的步驟可以包括將每個風力渦輪機葉片的邊緣力矩與風力渦輪機葉片的平均邊緣力矩進行比較。

40、根據(jù)本實施例，風力渦輪機葉片的測量邊緣力矩的平均邊緣力矩例如以簡單或標準方式計算或推導出。例如，平均邊緣力矩可以在風力渦輪機運行期間，在轉(zhuǎn)子的數(shù)次旋轉(zhuǎn)過程中作為運行信號推導出。

41、然后將測量的各個風力渦輪機葉片的邊緣力矩與平均邊緣力矩進行比較。如果轉(zhuǎn)子是完全(完美)平衡的，那么風力渦輪機葉片的邊緣力矩應該是相同的，因此每個風力渦輪機葉片的邊緣力矩將等于平均邊緣力矩。另一方面，如果一個或多個測量的邊緣力矩偏離平均邊緣力矩，則表明存在轉(zhuǎn)子不平衡。因此，將測量的邊緣力矩與平均邊緣力矩進行比較，就能揭示是否存在轉(zhuǎn)子不平衡。此外，偏差的大小還能揭示轉(zhuǎn)子不平衡的明顯程度。最后，該比較可以顯示轉(zhuǎn)子的哪個部分受到了影響以及以何種方式受到影響，特別是哪些風力渦輪機葉片受到影響。

42、控制預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)的步驟可以包括以每個風力渦輪機葉片的邊緣力矩與風力渦輪機葉片的平均邊緣力矩之間的差異被減小的方式調(diào)節(jié)每根預張緊線施加的預張緊力。

43、如上所述，當轉(zhuǎn)子完全平衡時，預計風力渦輪機葉片的邊緣力矩彼此相同，并且與平均邊緣力矩相同。因此，以每根預張緊線施加的預張緊力得到調(diào)節(jié)，從而使得每個風力渦輪機葉片的邊緣力矩與平均邊緣力矩之間的差異被減小的方式控制預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)，將使葉片的邊緣力矩相互接近，從而減小轉(zhuǎn)子不平衡。

44、例如，預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)可以以這樣一種方式進行控制，即增加某些預張緊線提供的預張緊力，同時減小其他預張緊線提供的預張緊力。作為替代方案，預張緊線提供的預張緊力可以以這樣一種方式進行調(diào)節(jié)，即所有風力渦輪機葉片的邊緣力矩接近在其中一個風力渦輪機葉片上測量的最高或最低邊緣力矩。

45、預張緊力調(diào)節(jié)可以例如通過以下方式計算。在測量風力渦輪機葉片的沿邊力矩信號后，可以通過坐標變換將信號從各個葉片坐標系變換到與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的參考坐標系。然后可以在參考坐標系中處理信號的矢量振幅，并通過反坐標變換將處理后的信號變換回各個葉片坐標系，以獲得張緊力修正信號。這可能會產(chǎn)生正弦變化的預張緊力調(diào)節(jié)信號，其周期由轉(zhuǎn)子的方位角旋轉(zhuǎn)限定。

46、作為測量風力渦輪機葉片中的每一個的邊緣力矩的替代方案，測量風力渦輪機的至少一個參數(shù)的步驟可以包括測量每根預張緊線中的張緊力?？梢灾苯踊蜷g接測量預張緊線中的張緊力，例如通過測量液壓壓力或活塞行程。給定預張緊線的張緊力表明預張緊線對其所連接的葉片連接線的拉力大小或程度，從而提供了預張緊線當前對葉片連接線提供的預張緊力的測量值。如果預張緊線中的張緊力從一根預張緊線到另一根預張緊線而不同，這可能表明存在轉(zhuǎn)子不平衡。替代地，可以控制預張緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)來調(diào)節(jié)預張緊線，以提供不相同的預張緊力，但其中所提供的預張緊力之間的差異量抵消了靜態(tài)轉(zhuǎn)子不平衡(其例如源自風力渦輪機葉片的質(zhì)量和/或質(zhì)量分布的變化)。在這種情況下，如果預張緊線中的張緊力彼此不同的方式不同于這種固定差異，則可能表明存在進一步的轉(zhuǎn)子不平衡，例如由動態(tài)效應造成的轉(zhuǎn)子不平衡。

47、替代地或附加地，測量風力渦輪機的至少一個參數(shù)的步驟可以包括測量與轉(zhuǎn)子不平衡有關(guān)的另一個合適參數(shù)，諸如主軸傾斜力矩、偏航力矩、塔架或機艙加速度水平、傳動系統(tǒng)扭矩、功率信號、揮舞力矩信號等。

48、控制預張緊力機構(gòu)的步驟可以包括單獨調(diào)節(jié)相應預張緊線提供的預張緊力。根據(jù)該實施例，對每根預張緊線提供的預張緊力的調(diào)節(jié)與對其他每根預張緊線提供的預張緊力的調(diào)節(jié)是獨立的。因此，可以對所提供的預張緊力的調(diào)節(jié)進行精確設計，以抵消檢測到的轉(zhuǎn)子不平衡，如在需要增加風力渦輪機葉片的相互支撐的轉(zhuǎn)子部分中增加施加的預張緊力，和/或在需要減少風力渦輪機葉片的相互支撐的轉(zhuǎn)子部分中減小施加的預張緊力。

49、作為替代方案，可以以基本相同的方式控制可調(diào)節(jié)的預張緊力機構(gòu)，以調(diào)節(jié)相應預張緊線提供的預張緊力。

50、該方法還可以包括根據(jù)估計的轉(zhuǎn)子不平衡控制風力渦輪機葉片的槳距角的步驟。在這種情況下，通過調(diào)節(jié)風力渦輪機葉片的槳距角和調(diào)節(jié)預張緊線提供的預張緊力的組合來抵消轉(zhuǎn)子不平衡。與調(diào)節(jié)預張緊線提供的預張緊力相比，調(diào)節(jié)槳距角可以對檢測到的轉(zhuǎn)子不平衡提供更快的響應。