專利名稱：確定和控制風力渦輪機的疲勞載荷的方法以及風力渦輪機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種確定風力渦輪機的疲勞載荷的方法、控制風力渦 輪機的方法、風力渦輪機及其參考風力渦輪機。
背景技術：
為了在風力渦輪機制造過程中減小技術努力，希望的是減小風力 渦輪機支承結構設計中的安全冗余度。
減小這種安全冗余度的限制通常由影響風力渦輪機的機械強度來 限定。公知的方法因此是將風力渦輪機結構設計成在給定的一組環(huán)境 條件下操作時剛好在其設計壽命內經受結構上的累計疲勞栽荷。
風力渦輪機還經常在下面情況下操作，即疲勞載荷偶爾是如下的 級別，如果栽荷保持在該級別下，在其整個設計壽命中，會超過風力 渦輪機結構的疲勞能力。為了滿足這種情況，在現有技術中公知的是 采用載荷監(jiān)測傳感器并且在高載荷或甚至過載荷的情況下關閉風力 渦輪機。
但是，以所述方式關閉風力渦輪機造成不希望的無法使用時期， 其中風力渦輪機不產生能量。另外，關閉過程本身增加了風力渦輪機 的總體疲勞損壞。
歐洲專利申請公開EP 1674724描述一種方法，其中風力渦輪機的 部件位置通過與風力渦輪機部件連接的一個或多個傳感器相對于固 定參考位置來確定。這里，疲勞載荷分析根據來自于一個或多個傳感 器的輸出信號來進行。但是，對于這種方法來說，需要多個加速計， 另外需要以特定幾何圖案定位，例如三個加速計以正交方式定向。另 外，這里提出的解決方法需要通過雙重積分而對加速計信號進行復雜 數學處理，以便提供大致的位移圖形。
避免所述解決方法的復雜計算的可選擇的解決方法在US專利 4297076中披露。該專利描述一種包括載荷測量裝置(應變計)的風 力渦輪機，栽荷測量裝置連接到風力渦輪機葉片上以便測量所述葉片 上的彎曲力矩并且提供其代表的輸出信號。另外，它提供調節(jié)裝置， 調節(jié)裝置連接到所述載荷測量裝置上以改變所述尖部的節(jié)距，以響應所述輸出信號。
以類似方式，美國專利申請公開US2002/0047275A1提供的系統包 括設置用于輪轂處的機械載荷的測量裝置的轉子輪轂。
但是，使用應變計來直接測量作用在風力渦輪機上的機械載荷具 有的缺陷在于例如粘接或焊接的應變計的應變計需要專業(yè)人員來安 裝和維護，另外只具有相對短暫的技術壽命。
從現有技術中公知了多種可選擇的方法
在美國專利申請公開US2004/0151577A1中，風力渦輪機描述成包 括連接成直接檢測風力渦輪機的主軸凸緣與一個或多個預定位置偏 移的一個或多個傳感器。另外，產生與檢測偏移相對應的信號，并且 控制回路與傳感器連接，以便接收信號，并且減小造成主軸凸緣偏移 的載荷以響應該信號。但是，這種方法具有的缺陷在于軸偏移會由于 多種因素造成，包括內部軸承間隙和柔性。另外，載荷和偏移之間的 關系通常不是最佳的。
美國專利US4339666描述一種用于風力渦輪機發(fā)電機的葉片節(jié)多巨 控制器，該控制器采用一種裝置，該裝置提供指示當前瞬時風速超過 當前平均風速的程度的紊流系數信號。另外還提供信號處理裝置來提 供作為紊流測量函數的載荷能力信號。但是，風速測量在例如輪轂高 度的某個點處進行，使得進行測量的點處不指示實際作用在轉子盤處
的風速。
所述專利中提出的系統可與UK專利申請GB2067247A的系統相結 合，UK專利申請GB2067247A描述一種方法，其中在葉片表面處測量 瞬時風速，并且此方法用來減小載荷。但是這種方法不能考慮累計的 疲勞數據，并且與在考慮"未使用，，疲勞能力時會需要的情況相比， 在風力渦輪機的壽命期間進行更多的載荷規(guī)定。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明的目的在于提供一種確定風力渦輪機疲勞載荷的方 法，該方法減小了所需的傳感器數量，同時增加傳感器系統的牢固性， 并且同時與現有技術的所述系統相比，減小了計算復雜性。 此目的通過權利要求l、 9、 13或14任一項的主題來實現。 如權利要求1所述的本發(fā)明提供一種確定至少一個操作風力渦輪 機的疲勞載荷的方法，包括如下步驟-提供將獲得的第一傳感器的至少一個測量數值與獲得的第二傳 感器的至少一個測量數值相關的轉換函數，第一傳感器的至少一個測 量數值和第二傳感器的至少一個測量數值通過使用定位有第一傳感 器和第二傳感器的參考風力渦輪機來獲得；
-獲得第三傳感器的至少一個測量數值，其中第三傳感器定位在至 少一個操作風力渦輪機處，并且其中第三傳感器的類型和位置與參考
風流渦輪機處的第一傳感器相對應；
-通過使用所提供的轉換函數計算與獲得的第三傳感器的至少一
個測量數值相對應的至少一個轉換函數數值；
-根據計算轉換函數數值計算至少一個操作風力渦輪機的疲勞栽荷。
在本發(fā)明的方法中，轉換函數使得獲得的第一傳感器的測量數值 與獲得的第二傳感器的測量數值正確相關。因此可以將來自于第一傳 感器或等同傳感器的進一步測量數值供應到轉換函數，并且獲得與第 二傳感器處測量的測量數值相對應的函數數值。因此一旦函數建立， 可以在轉換函數以及來自于第一或等同傳感器的實際測量數值的幫 助下，計算或者至少估計與第二傳感器相對應的數值，而不是在第二 組傳感器處實際進行測量。
通過使用來自于定位有所述第一傳感器和所述第二傳感器的參考 風力渦輪機的轉換函數以及進行轉換函數的計算，本發(fā)明來利用這種 技術效果。這種參考風力渴輪機不需要是操作風力渦輪機的風場的一 部分。實際上，它可以遠離操作風力渦輪機，并且甚至不需要與操作 風力渦輪機同時存在。
與參考風力渦輪機不同，操作風力渦輪機只包括比參考風力渦輪 機少的減小數量的傳感器，即只有其數量、類型和位置與參考風力渦 輪機的第一傳感器或第一組傳感器相對應的第三傳感器或第三組傳 感器。操作風力渦輪機處的測量數值因此通過所述第三傳感器或第三 組傳感器獲得。因此整個傳感器設備的技術成本和復雜性集中于一個 或小數量的參考風力渦輪機，而相對大量的操作風力渦輪機得益于減 小數量和復雜性的傳感器。
根據第三傳感器或第三組傳感器獲得的測量數值，通過計算由轉 換函數輸出的轉換函數數值，該數值會從另外的第二組傳感器(在操
7作風力渦輪機中省略)得到。在第一和第三傳感器例如是加速計并且 第二傳感器例如是應變計傳感器的情況下，由第一或第三傳感器相應 地得出的加速數值的轉換函數數值是代表應變的數值。在這種情況 下，轉換函數提供代表風力渦輪機的關鍵部件的疲勞載荷的應變和一 個或多個加速計處的振動程度之間的關系。因此，疲勞載荷、疲勞損 壞和其它性能可根據加速測量得出。這種轉換函數可通過部件上的結 構載荷的同時測量以及參考風力渦輪機處的振動程度事先建立。在建 立之后，轉換函數可以連續(xù)計算相關部件上的疲勞栽荷以及由其造成 的累計疲勞損壞。轉換函數作為總統振動程度的函數提供這種結果， 而不需要使用特別是專用的附加加速計的應變計或者其它高成本傳 感器子系統在該部件處進行專用測量。
因此，本發(fā)明的方法可以將操作風力渦輪機處使用的傳感器(第 三組傳感器)減小到最小數量，并且減小傳感器的復雜性。因此，更 加容易通過備用儀器建立冗余度，以確保監(jiān)測系統總是可操作的。同 樣，采用這種形式的轉換函數，通過馬上接收轉換函數數值，而不進 一步高級數據分析，疲勞載荷可以根據轉換函數數值來計算。在例如 下面描述的更加詳細的實施例或詳細實例中，可以進行另外的信號處 理。由于轉換函數數值可以相當直接的方式根據建立的轉換函數計 算，減小了計算復雜性。
本發(fā)明可以如從屬于權利要求1的權利要求提供或者在詳細實施 例中給出那樣來體現。
在該方法的實施例中，計算疲勞栽荷可進一步取決于獲得的第三 傳感器的至少一個測量數值。由此，不僅計算轉換函數數值用于疲勞 載荷計算，而且所獲得的實際測量數值用于操作風力渦輪機處的該組 傳感器。
如上所述，第二傳感器或第二組傳感器可包括應變計。作為選擇 或者同時，第一傳感器或第一組傳感器以及第三傳感器或第三組傳感 器可包括加速計。在多個實施例中，這些加速計可以是簡單的單軸或 雙軸加速計。
該方法的實施例的特征還在于計算疲勞栽荷包括計算的至少一個 轉換函數數值的信號處理步驟和/或獲得第三傳感器的至少一個測量 數值的信號處理步驟。通過另外的信號處理，可以增加通過本發(fā)明方法提供的結果的特殊性。例如，可進行信號處理來包括過濾，以選擇 特定頻率。為此，疲勞栽荷可特別針對風力渦輪機的一個或多個部件 來計算。
以類似方式，該方法的這些實施例還可包括在其信號處理過程中 進行頻率分析的步驟，以便確定一個頻率下的振動能含量數值是風力 渦輪機(第一風力渦輪機、操作風力渦輪機)的特定部件的特征。
該方法還可進一步體現為它還包括根據計算的疲勞載荷計算累計 疲勞載荷和/或累計疲勞損壞的步驟。因此，可以計算迄今為止風力 渦輪機或其部件之一出現的總體疲勞載荷或損壞。
用于疲勞載荷的計算數值并且特別是計算的累計疲勞載荷和/或 累計疲勞損壞可有利地用來控制風力渦輪機操作。因此，按照權利要
求9,至少一個操作風力渦輪機的疲勞載荷控制方法取決于按照本發(fā) 明的方法確定的至少一個疲勞載荷數值。特別是，疲勞栽荷控制方法 可包括根據計算的疲勞載荷來計算累計疲勞載荷和/或累計疲勞損壞 的步驟，并且根據計算的累計疲勞栽荷和/或累計的疲勞損壞來限制 風力渦輪機操作。
雖然控制風力渦輪機的這種方法以減小傳感器設備和計算的技術 努力數量而共享了可靠疲勞載荷計算的有利的技術效果，它還可以相
為。通過使用這種風力渦輪機控制方法，可以進一步減小風力渦輪機 結構元件設計中的安全冗余度，同時繼續(xù)滿足所需的安全性能。
按照權利要求9的本發(fā)明可以如從屬于權利要求9的權利要求提 供或者在詳細實施例中給出那樣來體現。
控制風力渦輪機的方法的實施例的特征在于它包括按照如下的公 式計算時刻T處的疲勞比FT的步驟
D0.
其中Dt是T處的累計疲勞損壞，Lo是設計壽命參數，D。是設計疲 勞損壞參數以及U是T處的操作時間。
在此實施例中，累計疲勞損壞DT、設計壽命L。、設計疲勞損壞D。 以及操作時間LT各自是反映整體風力渦輪機的性能或者可反映風力渦輪機的單個或成組部件的總體數值。
那么風力渦輪機控制方法的實施例可在疲勞比FT超過數值1的同
時限制風力渦輪機操作。如果給定時刻處的疲勞比小于或等于1,風 力渦輪機操作可以繼續(xù)，而沒有限制。但是，如果疲勞比超過1，風 力渦輪機操作將被限制，直到疲勞比再次等于或小于1。
按照權利要求13的本發(fā)明提供一種用于本發(fā)明方法的參考風力渦 輪機，包括第一傳感器、第二傳感器和連接到第一和第二傳感器上的 處理單元，其特征在于處理單元構造成
-獲得第一傳感器的至少一個測量數值以及第二傳感器的至少一 個測量數值；
-計算將獲得的第一傳感器的至少一個測量數值與獲得的第二傳 感器的至少一個測量數值相關的轉換函數； -提供轉換函數以便將來使用。
因此，提供一種參考風力渦輪機，該參考風力渦輪機用于上面給 出的方法，并且形成相對于該方法描述的技術效果。特別是，按照權 利要求13的參考風力渦輪機能夠形成可用于操作風力渦輪機的轉換 函數。參考風力渦輪機最好共享操作風力渦輪機的機械性能和結構特 征，并且包括計算轉換函數所需的第一傳感器或第一組傳感器以及第 二傳感器或第二組傳感器。參考風力渦輪機的處理單元還可構造成執(zhí) 行本發(fā)明方法及其所適用實施例的任何步驟。換言之，參考風力渦輪 機可同時是操作風力渦輪機。它可以是包括多個操作風力渦輪機以及 操作參考風力渦輪機的風場的一部分。
按照權利要求14的本發(fā)明提供一種執(zhí)行確定疲勞載荷的本發(fā)明方 法或者疲勞載荷控制的本發(fā)明方法的風力渦輪機。風力渦輪機包括傳 感器和處理單元，其中
-處理單元包括將至少一個輸入測量數值與至少一個應變數值相 關的轉換函數，轉換函數通過使用參考風力渦輪機來獲得；
-處理單元構造成獲得傳感器的至少一個測量數值，其中傳感器位 于風力渦輪機處，并且其中傳感器和傳感器在風力渦輪機處的位置與
第一傳感器在參考風力渦輪機處的位置匹配；
-處理單元還構造成計算與獲得的傳感器的至少一個測量數值相
對應的至少一個轉換函數數值；-處理單元還構造成根據計算的轉換函數數值計算疲勞載荷。
由其可以獲得轉換函數的參考風力渦輪機特別可以是本發(fā)明的參 考風力渦輪機，即具有構造成計算轉換函數的處理單元的參考風力渦 輪機。但是，也可以通過使用參考風力渦輪機獲得測量數值以及另外 根據參考風力渦輪機獲得的測量數值計算轉換函數。
因此，提供一種操作風力渦輪機，操作風力渦輪機適用于通過疲 勞載荷計算的方法以及疲勞載荷控制方法來操作，操作風力渦輪機適 當地執(zhí)行各自方法步驟以便在操作風力渦輪機處實施。
對于風力渦輪機處的傳感器的類型和位置來說，由于傳感器或多 個傳感器以及轉換函數是匹配的，提供正確反映各自機械栽荷和應變 性能的函數數值的適當計算。通常，對于數量、類型以及風力渦輪機 處的位置來說，操作風力渦輪機的一個或多個傳感器的位置最好與參 考風力渦輪機的(第一)成組傳感器相同。
按照權利要求14的本發(fā)明可如從屬于權利要求14的權利要求提 供或者在詳細實施例中給出那樣來體現。特別是，處理單元還包括根 據本發(fā)明的疲勞載荷控制方法進行疲勞栽荷控制的控制器?？刂破骺?構造成根據計算的累計疲勞載荷和/或累計疲勞損壞限制風力渦輪機 操作。
處理單元、控制模塊及其部件可構造成通過適當編程執(zhí)行該方法 及其實施例的任何步驟，以及功能性硬件和軟件部件的任何組合。


下面參考下面附圖，更加詳細地描述本發(fā)明，附圖中 圖l是側視圖和前視圖的參考風力渦輪機的示意圖2是側視圖和前視圖的操作風力渦輪機的示意圖3是包括疲勞載荷計算的方法和風力渦輪機控制器的實施例的 示意圖；以及
圖4是用于圖2的操作風力渦輪機的處理單元/控制模塊的示意圖。
具體實施例方式
圖1表示參考風力渦輪機的實施例的示意圖。參考風力渦輪機1 在圖1的左側以側視圖并且在圖1的右側以前視圖表示。參考風力渦 輪機1包括轉子12、機艙14、處理單元18以及風力渦輪機塔16。轉子12在轉子l2的中心或轉子轉動軸線處經由轉子輪轂(未示 出)連接到機艙14上。機艙14安裝在風力渦輪機16的頂部上。
在當前實施例中，處理單元18位于機艙處，并且連接到多個傳感 器和/或風力渦輪機的其它裝置上，如下面更加詳細描述那樣。處理 單元18還可位于風力渦輪機的其它部件內或者位于可以經由連通線 與風力渦輪機連接的分離處理裝置內。
第一組傳感器31、 32、 33、 34、 35以及36安裝在參考風力渦輪 機1處。在當前實施例中，這些傳感器是相對便宜、簡單和耐用的加 速計。傳感器31、 32、 33各自定位在轉子葉片的葉片中心處，并且 測量兩維(x y)的加速或振動。加速傳感器34定位在機搶14的后 部，并且測量三維(x y z)的加速。傳感器35定位在機艙"的中 心，并且傳感器36定位在風力渦輪機塔16的中心。加速傳感器35 和36是兩維傳感器(x y)。最好是，加速傳感器用來使得測量尺寸 相互垂直。
此外，第二組傳感器20、 22、 24和26定位在風力渦輪機轉子和 轉子輪轂處。在當前實施例中，傳感器20、 22、 24和26是測量作用 在風力渦輪機上的機械載荷的應變計。但是，這些應變計需要專業(yè)人 員安裝和維護，并且相對于用于第一組傳感器31-36的加速計具有相 對有限的技術壽命。
處理單元18構造成從加速計31-36和應變計20-26獲得測量數 值，并且從這些測量數值(分別是加速和應變)計算轉換函數。轉換 函數將加速計31-36測量的加速與應變計20-26測量的應變相關。轉 換函數可通過采用適當數學算法經由概算或內插來計算。
處理單元18還構造成提供計算的轉換函數以便進一步使用。例如 通過外部計算系統或者通過經由連通線(未示出)連接到參考風力渦 輪機的處理單元上的操作風力渦輪機的處理和/或控制單元，可以從 處理單元得到計算的轉換函數。
圖2表示操作風力渦輪機2的示意圖。在圖2的左側，給出風力 渦輪機2的側視圖，并且在右側，給出前視圖，如所示用于圖l的參 考風力渦輪機。
因此，風力渦輪機轉子42、風力渦輪機機艙44以及風力渦輪機塔 46與參考風力渦輪機1的轉子葉片、機艙以及塔相對應。特別是，對于參考風力渦輪機以及操作風力渦輪機來說，這些部 件的結構和機械性能大致相同。因此，機械響應以及特別是操作風力
渦輪機2的疲勞與參考風力渦輪機l相同。
操作風力渦輪機2包括一組傳感器51-56。傳感器51-56是相同的 類型，并且在風力渦輪機2上定位在與參考風力渦輪機1處的第一組 傳感器31-36相同的位置處。因此，在當前實施例中，第三組傳感器 51-56的傳感器是加速計。在操作風力渦輪機2的當前實施例中，沒 有提供與圖1的參考風力渦輪機l的第二組傳感器20-24相對應的應 變計。
處理和控制單元48用來利用按照該方法的實施例在參考風力渦輪 機中接收的轉換函數，如隨后描述那樣。處理和控制單元48從傳感 器51-56獲得加速和/或振動測量信號，并且將這些測量數值供應到 轉換函數。由此，處理和控制單元48計算應變數值，該應變數值是 如果在參考風力渦輪機1具有應變計的情況下在應變計處測量到的。
根據因此獲得的應變數值，處理和控制單元48計算疲勞載荷。特 別是，疲勞栽荷可在轉換函數的幫助下直接從計算的應變數值得出。 但是在當前實施例中，進行另外的信號處理，如相對于由處理和控制 單元48進一步執(zhí)行的方法步驟(下面描述)更加詳細描述那樣。
在當前實施例中，處理和控制單元48根據計算的疲勞栽荷和進一 步參數計算疲勞比，并且在所述疲勞比超過預定數值時限制風力渦輪 機操作。
處理和控制單元48的細節(jié)將相對于圖4的功能部件和下面的相關
描述給出。
圖3表示本發(fā)明的方法實施例的示意圖。
在步驟100中，風力渦輪機2的處理和控制單元48獲得轉換函數， 轉換函數通過使用例如圖l所示的參考風力渦輪機l的參考風力渦輪 機處進行的測量來得出。
通過使用參考風力渦輪機處進行的測量提供的轉換函數用于多個 操作風力渦輪機2。例如，通過連通線連通，轉換函數可從計算它的 處理單元轉移到操作風力渦輪機的處理和控制單元48，或者將轉換函 數手動轉移到操作風力渦輪機2的處理和控制單元48。后面的情況可 在新安裝的操作風力渦輪機處或者在生產位置處實現。在步驟120，操作風力渦輪機2或者每個操作風力渦輪機2的處理 和控制單元48從其加速計51-56得到代表振蕩的加速測量。
接著，在步驟130，操作風力渦輪機2的處理和控制單元48將這 些振蕩測量供應到轉換函數，并因此計算應變數值，這是由于轉換函 數將類似于第三組傳感器51-56測量的數值的加速數值與例如成組應 變計測量的數值的應變數值相關，成組的應變計例如是參考風力渦輪 才凡內的應變i十。
處理和控制單元48接著進行過濾來自于轉換函數的計算數值的步 驟140，以便選擇特定的特性頻率，并且因此監(jiān)測操作風力渦輪機的 特別關鍵的結構部件，并且同時抑止不希望的噪音，以改善操作質量。
在步驟150，處理和控制單元48確定振動能含量，以便更加準確
地表示特定部件或整個風力渦輪機處產生的實際疲勞損壞。 因此，在步驟160通過處理單元48計算累計疲勞損壞。 由于在當前實施例中，操作風力渦輪機2用于不僅確定風力渦輪
機的疲勞載荷或疲勞損壞，并且通過處理和控制單元48進行進一步
的步驟，按照因此獲得的結果來調整風力渦輪機性能。為了控制風力
渦輪機的操作，當前實施例利用疲勞比。
用于給定部件或者部件總和的疲勞比如下計算，即部件產生的累
總計算疲勞損壞與部件的累計操作時間的乘積，如下面等式給出
Dt厶
Z)。' ￡r
其中FT是時刻T的疲勞比，DT是部件在時間T處的累計疲勞損壞， L。是部件的設計壽命，D。是部件的設計疲勞損壞以及LT是時間T處的 操作時間。
在處理和控制單元48在步驟180計算疲勞比之前，它需要獲得上 面給出的相關參數。因此，處理單元從內部存儲器得到部件設計壽命 參數L。以及從內部存儲器得到設計疲勞損壞參數D。(步驟未示出)， 并且接著通過計算當前時間和部件安裝日期之間的時間跨度或者通 過專用部件計時模塊得到特定部件的當前操作時間LT。
在步驟190，處理和控制單元48確定當前時間或給定時刻的疲勞比低于或等于l，還是超過數值l。如果疲勞比超過數值l，風力渦輪
機操作在步驟200通過將用于隨后風力渦輪機控制機構的適當指令參 數設置成啟動或停止風力渦輪機、設置風力渦輪機的最大速度和/或 設置風力渦輪機的最大功率來限制。
如果疲勞比低于或等于l，風力渦輪機可以正常操作。 除了圖3給定的簡化視圖之外， 一旦超過1的疲勞比再次達到數 值1或者甚至降低到數值1以下，停止限制風力渦輪機的操作。為此， 在疲勞比沒有大于1的情況下在步驟190之后的另外步驟中，處理和 控制單元48確定風力渦輪機的操作現在是否受到限制，并且如果是， 中斷限制。
圖4給出操作風力渦輪機2的處理和控制單元48的功能性部件的 更加詳細的示意圖。損壞評價部件60構造成獲得操作風力渦輪機處 的振蕩測量，如相對于圖3所示方法實施例的步驟120描述那樣，并 且還在步驟130計算轉換函數數值、在步驟140過濾計算數值、在步 驟150確定振動能含量、在步驟160計算累計疲勞損壞。數學邏輯部 件62接著計算并處理用于計算疲勞比ft的公式中限定的參數dt、 L。、 D。以及Lt，以便計算ft并將其提供給渦輪機控制子系統68。
為此，數學邏輯單元62從部件損壞評估裝置60接收累計疲勞損 壞、從壽命確定部件66接收當前時間的部件的操作時間以及從存儲 單元64接收部件設計損壞參數。
渦輪機控制子系統68進行檢查，是否疲勞比超過數值l，并且設 置所需的參數以便通過適當設置渦輪機啟動或停止參數、渦輪機最大 速度參數和/或渦輪機最大功率參數來實現風力渦輪機操作的限制。 本領域的普通技術人員將理解到，這些參數將對于風力渦輪機控制機 構進一 步參數化，以便按照所需設置調節(jié)實際風力渦輪機控制。
以所述方式，當前的系統因此可以按照風力渦輪機在其操作時間 期間內出現的疲勞載荷和疲勞損壞來調整渦輪機性能，并且因此減小 風力渦輪機結構設計中的安全和穩(wěn)定性冗余度。同時，當前系統可以 減小這些性能調整所需的傳感器的數量，并且與現有技術的系統相 比，還減小所需傳感器的技術復雜性以及計算復雜性。
總的來說，本發(fā)明提供一種用于確定風力渦輪機的疲勞載荷以及 疲勞載荷控制的方法。該方法使用第一風力渦輪機和至少第二風力渦輪機。第一風力渦輪機是裝備有應變計(或者其它栽荷測量設備)和 加速計的參考風力渦輪機。根據參考風力渦輪機處進行的載荷和加速 的實時測量，通過正常的工程分析，建立載荷和加速之間的轉換函數。 通過使用這種轉換函數，接著可以將加速"轉換，，成應變(即栽荷)。 轉換函數接著置于第二風力渦輪機的控制器內，并且具有局部加速計 的這種第二風力渦輪機受到控制，以便將載荷(使用轉換函數從局部 測量的加速得出)保持在預先選擇的程度以下。該載荷不需要是瞬時 載荷，還可以是平均載荷。
注意到除了轉換函數的"繼承本質，，之外，第一風力渦輪機不是 按照本發(fā)明的方法的所謂第二風力渦輪機的 一部分。第二風力渦輪機 可以是另外的范疇，并且第一風力渦輪機可以在第二風力渦輪機建造
或開始運行時已經長時間使用(taken down )。
此外，對于本發(fā)明方法來說計算轉換函數的控制器用于第一風力 渦輪機不是先決條件。第一風力渦輪機可以只用來獲得限定轉換函數 所需的測量數值。
1權利要求
1. 一種確定至少一個操作風力渦輪機的疲勞載荷的方法，包括如下步驟-提供(110)將獲得的第一傳感器的至少一個測量數值與獲得的第二傳感器的至少一個測量數值相關的轉換函數，第一傳感器的至少一個測量數值和第二傳感器的至少一個測量數值通過使用定位有第一傳感器和第二傳感器的參考風力渦輪機來獲得；-獲得(120)第三傳感器的至少一個測量數值，其中第三傳感器定位在至少一個操作風力渦輪機處，并且其中第三傳感器的類型和位置與參考風流渦輪機處的第一傳感器相對應；-通過使用所提供的轉換函數，計算(130)與獲得的第三傳感器的至少一個測量數值相對應的至少一個轉換函數數值；-根據計算轉換函數數值，計算(160)至少一個操作風力渦輪機的疲勞載荷。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，計算疲勞載荷進一步 取決于獲得的第三傳感器的至少一個測量數值。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，第二傳感器包括應變計。
4. 如權利要求l-3任一項所述的方法，其特征在于，第一傳感器和第二傳感器包括加速計。
5. 如權利要求l-4任一項所述的方法，其特征在于，計算疲勞載 荷包括計算的至少一個轉換函數數值的信號處理("0、 150)的步驟 和/或獲得的笫三傳感器的至少一個測量數值的信號處理的步驟。
6. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，信號處理包括過濾 (140)，以選擇特定頻率。
7. 如權利要求5或6所述的方法，其特征在于，信號處理包括頻 率分析(150)的步驟，以便確定一個頻率處的振動能含量是至少一 個操作風力渦輪機的特定部件的性能。
8. 如權利要求l-7任一項所述的方法，其特征在于，還包括計算 (160)累計疲勞栽荷和/或基于計算的疲勞載荷的累計疲勞損壞的步驟。
9. 一種4艮據如權利要求l-7任一項所述的方法確定至少一個疲勞載荷數值來進行至少一個操作風力渦輪機的疲勞栽荷控制的方法。
10. 如權利要求9所述的疲勞載荷控制的方法，其特征在于，風 力渦輪機操作根據如權利要求8所述的方法計算的累計疲勞載荷和/ 或累計疲勞損壞來限制(200 )。
11. 如權利要求IO所述的方法，其特征在于，包括按照如下公式 計算時刻T的疲勞比Ft的歩驟其中Dt是T處的累計疲勞損壞，L。是設計壽命參數，D。是設計疲 勞損壞參數以及U是T處的操作時間。
12. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，在FT〉1時，限制風力渦輪機操作。
13. —種用于如權利要求1-8任一項所述方法的參考風力渦輪機(1) ，包括第一傳感器(20-26 )、第二傳感器(31-36)以及連接到 第一和第二傳感器上的處理單元(l8),其特征在于，處理單元構造 成-獲得第一傳感器的至少一個測量數值以及第二傳感器的至少一 個測量數值；-計算將獲得的笫一傳感器的至少一個測量數值與獲得的笫二傳 感器的至少一個測量數值相關的轉換函數； -提供轉換函數以便將來使用。
14. 一種執(zhí)行如權利要求1-12任一項所述的方法的風力渦輪機(2) ，包括傳感器(51-56)和處理單元(48、 60-68 ),其中 -處理單元包括將至少 一個輸入測量數值與至少 一個應變數值相關的轉換函數，轉換函數通過使用參考風力渦輪機來獲得；-處理單元構造成獲得傳感器的至少一個測量數值，其中傳感器位于風力渦輪機處，并且其中傳感器和傳感器在風力渦輪機處的位置與第一傳感器在參考風力渦輪機處的位置匹配；-處理單元還構造成計算與獲得的傳感器的至少一個測量數值相對應的至少一個轉換函數數值；-處理單元還構造成根據計算的轉換函數數值來計算疲勞載荷。
15.如權利要求14所述的風力渦輪機，其特征在于，處理單元還 包括用于根據如權利要求9-12任一項所述的疲勞載荷控制方法進行 疲勞栽荷控制的控制器。
全文摘要
本發(fā)明涉及確定和控制風力渦輪機的疲勞載荷的方法以及風力渦輪機。該方法包括提供將獲得的第一傳感器的至少一個測量數值與獲得的第二傳感器的至少一個測量數值相關的轉換函數，第一傳感器的至少一個測量數值和第二傳感器的至少一個測量數值通過使用定位有第一傳感器和第二傳感器的參考風力渦輪機來獲得；獲得第三傳感器的至少一個測量數值，其中第三傳感器定位在至少一個操作風力渦輪機處，并且其中第三傳感器的類型和位置與參考風流渦輪機處的第一傳感器相對應；通過使用所提供的轉換函數計算與獲得的第三傳感器的至少一個測量數值相對應的至少一個轉換函數數值；根據計算轉換函數數值計算至少一個操作風力渦輪機的疲勞載荷。
文檔編號G01M15/00GK101482448SQ20091000139
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月12日 優(yōu)先權日2008年1月10日
發(fā)明者H·斯蒂斯達爾, P·埃格達爾 申請人:西門子公司