CN101482448B

CN101482448B - 确定和控制风力涡轮机的疲劳载荷的方法以及风力涡轮机

Info

Publication number: CN101482448B
Application number: CN2009100013975A
Authority: CN
Inventors: P·埃格达尔; H·斯蒂斯达尔
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2009-01-12
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2029-01-12
Also published as: EP2108830A3; CN101482448A; EP2108830A2; US20090180875A1; US8033788B2; EP2108830B1; DK2108830T3

Abstract

本发明涉及确定和控制风力涡轮机的疲劳载荷的方法以及风力涡轮机。该方法包括提供将获得的第一传感器的至少一个测量数值与获得的第二传感器的至少一个测量数值相关的转换函数，第一传感器的至少一个测量数值和第二传感器的至少一个测量数值通过使用定位有第一传感器和第二传感器的参考风力涡轮机来获得；获得第三传感器的至少一个测量数值，其中第三传感器定位在至少一个操作风力涡轮机处，并且其中第三传感器的类型和位置与参考风流涡轮机处的第一传感器相对应；通过使用所提供的转换函数计算与获得的第三传感器的至少一个测量数值相对应的至少一个转换函数数值；根据计算转换函数数值计算至少一个操作风力涡轮机的疲劳载荷。

Description

确定和控制风力涡轮机的疲劳载荷的方法以及风力涡轮机

技术领域

本发明涉及一种确定风力涡轮机的疲劳载荷的方法、控制风力涡轮机的方法、风力涡轮机及其参考风力涡轮机。

背景技术

为了在风力涡轮机制造过程中减小技术努力，希望的是减小风力涡轮机支承结构设计中的安全冗余度。

减小这种安全冗余度的限制通常由影响风力涡轮机的机械强度来限定。公知的方法因此是将风力涡轮机结构设计成在给定的一组环境条件下操作时刚好在其设计寿命内经受结构上的累计疲劳载荷。

风力涡轮机还经常在下面情况下操作，即疲劳载荷偶尔是如下的级别，如果载荷保持在该级别下，在其整个设计寿命中，会超过风力涡轮机结构的疲劳能力。为了满足这种情况，在现有技术中公知的是采用载荷监测传感器并且在高载荷或甚至过载荷的情况下关闭风力涡轮机。

但是，以所述方式关闭风力涡轮机造成不希望的无法使用时期，其中风力涡轮机不产生能量。另外，关闭过程本身增加了风力涡轮机的总体疲劳损坏。

欧洲专利申请公开EP 1674724描述一种方法，其中风力涡轮机的部件位置通过与风力涡轮机部件连接的一个或多个传感器相对于固定参考位置来确定。这里，疲劳载荷分析根据来自于一个或多个传感器的输出信号来进行。但是，对于这种方法来说，需要多个加速计，另外需要以特定几何图案定位，例如三个加速计以正交方式定向。另外，这里提出的解决方法需要通过双重积分而对加速计信号进行复杂数学处理，以便提供大致的位移图形。

避免所述解决方法的复杂计算的可选择的解决方法在US专利4297076中披露。该专利描述一种包括载荷测量装置(应变计)的风力涡轮机，载荷测量装置连接到风力涡轮机叶片上以便测量所述叶片上的弯曲力矩并且提供其代表的输出信号。另外，它提供调节装置，调节装置连接到所述载荷测量装置上以改变所述尖部的节距，以响应所述输出信号。

以类似方式，美国专利申请公开US2002/0047275A1提供的系统包括设置用于轮毂处的机械载荷的测量装置的转子轮毂。

但是，使用应变计来直接测量作用在风力涡轮机上的机械载荷具有的缺陷在于例如粘接或焊接的应变计的应变计需要专业人员来安装和维护，另外只具有相对短暂的技术寿命。

从现有技术中公知了多种可选择的方法：

在美国专利申请公开US2004/0151577A1中，风力涡轮机描述成包括连接成直接检测风力涡轮机的主轴凸缘与一个或多个预定位置偏移的一个或多个传感器。另外，产生与检测偏移相对应的信号，并且控制回路与传感器连接，以便接收信号，并且减小造成主轴凸缘偏移的载荷以响应该信号。但是，这种方法具有的缺陷在于轴偏移会由于多种因素造成，包括内部轴承间隙和柔性。另外，载荷和偏移之间的关系通常不是最佳的。

美国专利US4339666描述一种用于风力涡轮机发电机的叶片节距控制器，该控制器采用一种装置，该装置提供指示当前瞬时风速超过当前平均风速的程度的紊流系数信号。另外还提供信号处理装置来提供作为紊流测量函数的载荷能力信号。但是，风速测量在例如轮毂高度的某个点处进行，使得进行测量的点处不指示实际作用在转子盘处的风速。

所述专利中提出的系统可与UK专利申请GB2067247A的系统相结合，UK专利申请GB2067247A描述一种方法，其中在叶片表面处测量瞬时风速，并且此方法用来减小载荷。但是这种方法不能考虑累计的疲劳数据，并且与在考虑“未使用”疲劳能力时会需要的情况相比，在风力涡轮机的寿命期间进行更多的载荷规定。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种确定风力涡轮机疲劳载荷的方法，该方法减小了所需的传感器数量，同时增加传感器系统的牢固性，并且同时与现有技术的所述系统相比，减小了计算复杂性。

此目的通过权利要求1、9、13或14任一项的主题来实现。

如权利要求1所述的本发明提供一种确定至少一个操作风力涡轮机的疲劳载荷的方法，包括如下步骤：

-提供将获得的第一传感器的至少一个测量数值与获得的第二传感器的至少一个测量数值相关的转换函数，第一传感器的至少一个测量数值和第二传感器的至少一个测量数值通过使用定位有第一传感器和第二传感器的参考风力涡轮机来获得；

-获得第三传感器的至少一个测量数值，其中第三传感器定位在至少一个操作风力涡轮机处，并且其中第三传感器的类型和位置与参考风流涡轮机处的第一传感器相对应；

-通过使用所提供的转换函数计算与获得的第三传感器的至少一个测量数值相对应的至少一个转换函数数值；

-根据计算转换函数数值计算至少一个操作风力涡轮机的疲劳载荷。

在本发明的方法中，转换函数使得获得的第一传感器的测量数值与获得的第二传感器的测量数值正确相关。因此可以将来自于第一传感器或等同传感器的进一步测量数值供应到转换函数，并且获得与第二传感器处测量的测量数值相对应的函数数值。因此一旦函数建立，可以在转换函数以及来自于第一或等同传感器的实际测量数值的帮助下，计算或者至少估计与第二传感器相对应的数值，而不是在第二组传感器处实际进行测量。

通过使用来自于定位有所述第一传感器和所述第二传感器的参考风力涡轮机的转换函数以及进行转换函数的计算，本发明来利用这种技术效果。这种参考风力涡轮机不需要是操作风力涡轮机的风场的一部分。实际上，它可以远离操作风力涡轮机，并且甚至不需要与操作风力涡轮机同时存在。

与参考风力涡轮机不同，操作风力涡轮机只包括比参考风力涡轮机少的减小数量的传感器，即只有其数量、类型和位置与参考风力涡轮机的第一传感器或第一组传感器相对应的第三传感器或第三组传感器。操作风力涡轮机处的测量数值因此通过所述第三传感器或第三组传感器获得。因此整个传感器设备的技术成本和复杂性集中于一个或小数量的参考风力涡轮机，而相对大量的操作风力涡轮机得益于减小数量和复杂性的传感器。

根据第三传感器或第三组传感器获得的测量数值，通过计算由转换函数输出的转换函数数值，该数值会从另外的第二组传感器(在操作风力涡轮机中省略)得到。在第一和第三传感器例如是加速计并且第二传感器例如是应变计传感器的情况下，由第一或第三传感器相应地得出的加速数值的转换函数数值是代表应变的数值。在这种情况下，转换函数提供代表风力涡轮机的关键部件的疲劳载荷的应变和一个或多个加速计处的振动程度之间的关系。因此，疲劳载荷、疲劳损坏和其它性能可根据加速测量得出。这种转换函数可通过部件上的结构载荷的同时测量以及参考风力涡轮机处的振动程度事先建立。在建立之后，转换函数可以连续计算相关部件上的疲劳载荷以及由其造成的累计疲劳损坏。转换函数作为总统振动程度的函数提供这种结果，而不需要使用特别是专用的附加加速计的应变计或者其它高成本传感器子系统在该部件处进行专用测量。

因此，本发明的方法可以将操作风力涡轮机处使用的传感器(第三组传感器)减小到最小数量，并且减小传感器的复杂性。因此，更加容易通过备用仪器建立冗余度，以确保监测系统总是可操作的。同样，采用这种形式的转换函数，通过马上接收转换函数数值，而不进一步高级数据分析，疲劳载荷可以根据转换函数数值来计算。在例如下面描述的更加详细的实施例或详细实例中，可以进行另外的信号处理。由于转换函数数值可以相当直接的方式根据建立的转换函数计算，减小了计算复杂性。

本发明可以如从属于权利要求1的权利要求提供或者在详细实施例中给出那样来体现。

在该方法的实施例中，计算疲劳载荷可进一步取决于获得的第三传感器的至少一个测量数值。由此，不仅计算转换函数数值用于疲劳载荷计算，而且所获得的实际测量数值用于操作风力涡轮机处的该组传感器。

如上所述，第二传感器或第二组传感器可包括应变计。作为选择或者同时，第一传感器或第一组传感器以及第三传感器或第三组传感器可包括加速计。在多个实施例中，这些加速计可以是简单的单轴或双轴加速计。

该方法的实施例的特征还在于计算疲劳载荷包括计算的至少一个转换函数数值的信号处理步骤和/或获得第三传感器的至少一个测量数值的信号处理步骤。通过另外的信号处理，可以增加通过本发明方法提供的结果的特殊性。例如，可进行信号处理来包括过滤，以选择特定频率。为此，疲劳载荷可特别针对风力涡轮机的一个或多个部件来计算。

以类似方式，该方法的这些实施例还可包括在其信号处理过程中进行频率分析的步骤，以便确定一个频率下的振动能含量数值是风力涡轮机(第一风力涡轮机、操作风力涡轮机)的特定部件的特征。

该方法还可进一步体现为它还包括根据计算的疲劳载荷计算累计疲劳载荷和/或累计疲劳损坏的步骤。因此，可以计算迄今为止风力涡轮机或其部件之一出现的总体疲劳载荷或损坏。

用于疲劳载荷的计算数值并且特别是计算的累计疲劳载荷和/或累计疲劳损坏可有利地用来控制风力涡轮机操作。因此，按照权利要求9，至少一个操作风力涡轮机的疲劳载荷控制方法取决于按照本发明的方法确定的至少一个疲劳载荷数值。特别是，疲劳载荷控制方法可包括根据计算的疲劳载荷来计算累计疲劳载荷和/或累计疲劳损坏的步骤，并且根据计算的累计疲劳载荷和/或累计的疲劳损坏来限制风力涡轮机操作。

虽然控制风力涡轮机的这种方法以减小传感器设备和计算的技术努力数量而共享了可靠疲劳载荷计算的有利的技术效果，它还可以相对于风力涡轮机出现或已经出现的疲劳载荷来控制风力涡轮机的行为。通过使用这种风力涡轮机控制方法，可以进一步减小风力涡轮机结构元件设计中的安全冗余度，同时继续满足所需的安全性能。

按照权利要求9的本发明可以如从属于权利要求9的权利要求提供或者在详细实施例中给出那样来体现。

控制风力涡轮机的方法的实施例的特征在于它包括按照如下的公式计算时刻T处的疲劳比F_T的步骤：

F_{T} = \frac{D_{T} \cdot L_{0}}{D_{0} \cdot L_{T}}

其中D_T是T处的累计疲劳损坏，L₀是设计寿命参数，D₀是设计疲劳损坏参数以及L_T是T处的操作时间。

在此实施例中，累计疲劳损坏D_T、设计寿命L₀、设计疲劳损坏D₀以及操作时间L_T各自是反映整体风力涡轮机的性能或者可反映风力涡轮机的单个或成组部件的总体数值。

那么风力涡轮机控制方法的实施例可在疲劳比F_T超过数值1的同时限制风力涡轮机操作。如果给定时刻处的疲劳比小于或等于1，风力涡轮机操作可以继续，而没有限制。但是，如果疲劳比超过1，风力涡轮机操作将被限制，直到疲劳比再次等于或小于1。

按照权利要求13的本发明提供一种用于本发明方法的参考风力涡轮机，包括第一传感器、第二传感器和连接到第一和第二传感器上的处理单元，其特征在于处理单元构造成：

-获得第一传感器的至少一个测量数值以及第二传感器的至少一个测量数值；

-计算将获得的第一传感器的至少一个测量数值与获得的第二传感器的至少一个测量数值相关的转换函数；

-提供转换函数以便将来使用。

因此，提供一种参考风力涡轮机，该参考风力涡轮机用于上面给出的方法，并且形成相对于该方法描述的技术效果。特别是，按照权利要求13的参考风力涡轮机能够形成可用于操作风力涡轮机的转换函数。参考风力涡轮机最好共享操作风力涡轮机的机械性能和结构特征，并且包括计算转换函数所需的第一传感器或第一组传感器以及第二传感器或第二组传感器。参考风力涡轮机的处理单元还可构造成执行本发明方法及其所适用实施例的任何步骤。换言之，参考风力涡轮机可同时是操作风力涡轮机。它可以是包括多个操作风力涡轮机以及操作参考风力涡轮机的风场的一部分。

按照权利要求14的本发明提供一种执行确定疲劳载荷的本发明方法或者疲劳载荷控制的本发明方法的风力涡轮机。风力涡轮机包括传感器和处理单元，其中：

-处理单元包括将至少一个输入测量数值与至少一个应变数值相关的转换函数，转换函数通过使用参考风力涡轮机来获得；

-处理单元构造成获得传感器的至少一个测量数值，其中传感器位于风力涡轮机处，并且其中传感器和传感器在风力涡轮机处的位置与第一传感器在参考风力涡轮机处的位置匹配；

-处理单元还构造成计算与获得的传感器的至少一个测量数值相对应的至少一个转换函数数值；

-处理单元还构造成根据计算的转换函数数值计算疲劳载荷。

由其可以获得转换函数的参考风力涡轮机特别可以是本发明的参考风力涡轮机，即具有构造成计算转换函数的处理单元的参考风力涡轮机。但是，也可以通过使用参考风力涡轮机获得测量数值以及另外根据参考风力涡轮机获得的测量数值计算转换函数。

因此，提供一种操作风力涡轮机，操作风力涡轮机适用于通过疲劳载荷计算的方法以及疲劳载荷控制方法来操作，操作风力涡轮机适当地执行各自方法步骤以便在操作风力涡轮机处实施。

对于风力涡轮机处的传感器的类型和位置来说，由于传感器或多个传感器以及转换函数是匹配的，提供正确反映各自机械载荷和应变性能的函数数值的适当计算。通常，对于数量、类型以及风力涡轮机处的位置来说，操作风力涡轮机的一个或多个传感器的位置最好与参考风力涡轮机的(第一)成组传感器相同。

按照权利要求14的本发明可如从属于权利要求14的权利要求提供或者在详细实施例中给出那样来体现。特别是，处理单元还包括根据本发明的疲劳载荷控制方法进行疲劳载荷控制的控制器。控制器可构造成根据计算的累计疲劳载荷和/或累计疲劳损坏限制风力涡轮机操作。

处理单元、控制模块及其部件可构造成通过适当编程执行该方法及其实施例的任何步骤，以及功能性硬件和软件部件的任何组合。

附图说明

下面参考下面附图，更加详细地描述本发明，附图中：

图1是侧视图和前视图的参考风力涡轮机的示意图；

图2是侧视图和前视图的操作风力涡轮机的示意图；

图3是包括疲劳载荷计算的方法和风力涡轮机控制器的实施例的示意图；以及

图4是用于图2的操作风力涡轮机的处理单元/控制模块的示意图。

具体实施方式

图1表示参考风力涡轮机的实施例的示意图。参考风力涡轮机1在图1的左侧以侧视图并且在图1的右侧以前视图表示。参考风力涡轮机1包括转子12、机舱14、处理单元18以及风力涡轮机塔16。

转子12在转子12的中心或转子转动轴线处经由转子轮毂(未示出)连接到机舱14上。机舱14安装在风力涡轮机16的顶部上。

在当前实施例中，处理单元18位于机舱处，并且连接到多个传感器和/或风力涡轮机的其它装置上，如下面更加详细描述那样。处理单元18还可位于风力涡轮机的其它部件内或者位于可以经由连通线与风力涡轮机连接的分离处理装置内。

第一组传感器31、32、33、34、35以及36安装在参考风力涡轮机1处。在当前实施例中，这些传感器是相对便宜、简单和耐用的加速计。传感器31、32、33各自定位在转子叶片的叶片中心处，并且测量两维(x y)的加速或振动。加速传感器34定位在机舱14的后部，并且测量三维(x y z)的加速。传感器35定位在机舱14的中心，并且传感器36定位在风力涡轮机塔16的中心。加速传感器35和36是两维传感器(x y)。最好是，加速传感器用来使得测量尺寸相互垂直。

此外，第二组传感器20、22、24和26定位在风力涡轮机转子和转子轮毂处。在当前实施例中，传感器20、22、24和26是测量作用在风力涡轮机上的机械载荷的应变计。但是，这些应变计需要专业人员安装和维护，并且相对于用于第一组传感器31-36的加速计具有相对有限的技术寿命。

处理单元18构造成从加速计31-36和应变计20-26获得测量数值，并且从这些测量数值(分别是加速和应变)计算转换函数。转换函数将加速计31-36测量的加速与应变计20-26测量的应变相关。转换函数可通过采用适当数学算法经由概算或内插来计算。

处理单元18还构造成提供计算的转换函数以便进一步使用。例如通过外部计算系统或者通过经由连通线(未示出)连接到参考风力涡轮机的处理单元上的操作风力涡轮机的处理和/或控制单元，可以从处理单元得到计算的转换函数。

图2表示操作风力涡轮机2的示意图。在图2的左侧，给出风力涡轮机2的侧视图，并且在右侧，给出前视图，如所示用于图1的参考风力涡轮机。

因此，风力涡轮机转子42、风力涡轮机机舱44以及风力涡轮机塔46与参考风力涡轮机1的转子叶片、机舱以及塔相对应。

特别是，对于参考风力涡轮机以及操作风力涡轮机来说，这些部件的结构和机械性能大致相同。因此，机械响应以及特别是操作风力涡轮机2的疲劳与参考风力涡轮机1相同。

操作风力涡轮机2包括一组传感器51-56。传感器51-56是相同的类型，并且在风力涡轮机2上定位在与参考风力涡轮机1处的第一组传感器31-36相同的位置处。因此，在当前实施例中，第三组传感器51-56的传感器是加速计。在操作风力涡轮机2的当前实施例中，没有提供与图1的参考风力涡轮机1的第二组传感器20-24相对应的应变计。

处理和控制单元48用来利用按照该方法的实施例在参考风力涡轮机中接收的转换函数，如随后描述那样。处理和控制单元48从传感器51-56获得加速和/或振动测量信号，并且将这些测量数值供应到转换函数。由此，处理和控制单元48计算应变数值，该应变数值是如果在参考风力涡轮机1具有应变计的情况下在应变计处测量到的。

根据因此获得的应变数值，处理和控制单元48计算疲劳载荷。特别是，疲劳载荷可在转换函数的帮助下直接从计算的应变数值得出。但是在当前实施例中，进行另外的信号处理，如相对于由处理和控制单元48进一步执行的方法步骤(下面描述)更加详细描述那样。

在当前实施例中，处理和控制单元48根据计算的疲劳载荷和进一步参数计算疲劳比，并且在所述疲劳比超过预定数值时限制风力涡轮机操作。

处理和控制单元48的细节将相对于图4的功能部件和下面的相关描述给出。

图3表示本发明的方法实施例的示意图。

在步骤100中，风力涡轮机2的处理和控制单元48获得转换函数，转换函数通过使用例如图1所示的参考风力涡轮机1的参考风力涡轮机处进行的测量来得出。

通过使用参考风力涡轮机处进行的测量提供的转换函数用于多个操作风力涡轮机2。例如，通过连通线连通，转换函数可从计算它的处理单元转移到操作风力涡轮机的处理和控制单元48，或者将转换函数手动转移到操作风力涡轮机2的处理和控制单元48。后面的情况可在新安装的操作风力涡轮机处或者在生产位置处实现。

在步骤120，操作风力涡轮机2或者每个操作风力涡轮机2的处理和控制单元48从其加速计51-56得到代表振荡的加速测量。

接着，在步骤130，操作风力涡轮机2的处理和控制单元48将这些振荡测量供应到转换函数，并因此计算应变数值，这是由于转换函数将类似于第三组传感器51-56测量的数值的加速数值与例如成组应变计测量的数值的应变数值相关，成组的应变计例如是参考风力涡轮机内的应变计。

处理和控制单元48接着进行过滤来自于转换函数的计算数值的步骤140，以便选择特定的特性频率，并且因此监测操作风力涡轮机的特别关键的结构部件，并且同时抑止不希望的噪音，以改善操作质量。

在步骤150，处理和控制单元48确定振动能含量，以便更加准确地表示特定部件或整个风力涡轮机处产生的实际疲劳损坏。

因此，在步骤160通过处理单元48计算累计疲劳损坏。

由于在当前实施例中，操作风力涡轮机2用于不仅确定风力涡轮机的疲劳载荷或疲劳损坏，并且通过处理和控制单元48进行进一步的步骤，按照因此获得的结果来调整风力涡轮机性能。为了控制风力涡轮机的操作，当前实施例利用疲劳比。

用于给定部件或者部件总和的疲劳比如下计算，即部件产生的累计疲劳损坏乘以部件的设计寿命并除以部件在其设计寿命内允许的总计算疲劳损坏与部件的累计操作时间的乘积，如下面等式给出：

F_{T} = \frac{D_{T} \cdot L_{0}}{D_{0} \cdot L_{T}}

其中F_T是时刻T的疲劳比，D_T是部件在时间T处的累计疲劳损坏，L₀是部件的设计寿命，D₀是部件的设计疲劳损坏以及L_T是时间T处的操作时间。

在处理和控制单元48在步骤180计算疲劳比之前，它需要获得上面给出的相关参数。因此，处理单元从内部存储器得到部件设计寿命参数L₀以及从内部存储器得到设计疲劳损坏参数D₀(步骤未示出)，并且接着通过计算当前时间和部件安装日期之间的时间跨度或者通过专用部件计时模块得到特定部件的当前操作时间L_T。

在步骤190，处理和控制单元48确定当前时间或给定时刻的疲劳比低于或等于1，还是超过数值1。如果疲劳比超过数值1，风力涡轮机操作在步骤200通过将用于随后风力涡轮机控制机构的适当指令参数设置成启动或停止风力涡轮机、设置风力涡轮机的最大速度和/或设置风力涡轮机的最大功率来限制。

如果疲劳比低于或等于1，风力涡轮机可以正常操作。

除了图3给定的简化视图之外，一旦超过1的疲劳比再次达到数值1或者甚至降低到数值1以下，停止限制风力涡轮机的操作。为此，在疲劳比没有大于1的情况下在步骤190之后的另外步骤中，处理和控制单元48确定风力涡轮机的操作现在是否受到限制，并且如果是，中断限制。

图4给出操作风力涡轮机2的处理和控制单元48的功能性部件的更加详细的示意图。损坏评价部件60构造成获得操作风力涡轮机处的振荡测量，如相对于图3所示方法实施例的步骤120描述那样，并且还在步骤130计算转换函数数值、在步骤140过滤计算数值、在步骤150确定振动能含量、在步骤160计算累计疲劳损坏。数学逻辑部件62接着计算并处理用于计算疲劳比F_T的公式中限定的参数D_T、L₀、D₀以及L_T，以便计算F_T并将其提供给涡轮机控制子系统68。

为此，数学逻辑单元62从部件损坏评估装置60接收累计疲劳损坏、从寿命确定部件66接收当前时间的部件的操作时间以及从存储单元64接收部件设计损坏参数。

涡轮机控制子系统68进行检查，是否疲劳比超过数值1，并且设置所需的参数以便通过适当设置涡轮机启动或停止参数、涡轮机最大速度参数和/或涡轮机最大功率参数来实现风力涡轮机操作的限制。本领域的普通技术人员将理解到，这些参数将对于风力涡轮机控制机构进一步参数化，以便按照所需设置调节实际风力涡轮机控制。

以所述方式，当前的系统因此可以按照风力涡轮机在其操作时间期间内出现的疲劳载荷和疲劳损坏来调整涡轮机性能，并且因此减小风力涡轮机结构设计中的安全和稳定性冗余度。同时，当前系统可以减小这些性能调整所需的传感器的数量，并且与现有技术的系统相比，还减小所需传感器的技术复杂性以及计算复杂性。

总的来说，本发明提供一种用于确定风力涡轮机的疲劳载荷以及疲劳载荷控制的方法。该方法使用第一风力涡轮机和至少第二风力涡轮机。第一风力涡轮机是装备有应变计(或者其它载荷测量设备)和加速计的参考风力涡轮机。根据参考风力涡轮机处进行的载荷和加速的实时测量，通过正常的工程分析，建立载荷和加速之间的转换函数。通过使用这种转换函数，接着可以将加速“转换”成应变(即载荷)。转换函数接着置于第二风力涡轮机的控制器内，并且具有局部加速计的这种第二风力涡轮机受到控制，以便将载荷(使用转换函数从局部测量的加速得出)保持在预先选择的程度以下。该载荷不需要是瞬时载荷，还可以是平均载荷。

注意到除了转换函数的“继承本质”之外，第一风力涡轮机不是按照本发明的方法的所谓第二风力涡轮机的一部分。第二风力涡轮机可以是另外的范畴，并且第一风力涡轮机可以在第二风力涡轮机建造或开始运行时已经长时间使用(taken down)。

此外，对于本发明方法来说计算转换函数的控制器用于第一风力涡轮机不是先决条件。第一风力涡轮机可以只用来获得限定转换函数所需的测量数值。

Claims

1.一种确定至少一个操作风力涡轮机的疲劳载荷的方法，包括如下步骤：

-提供(110)将获得的第一传感器的至少一个测量数值与获得的第二传感器的至少一个测量数值相关的转换函数，第一传感器的至少一个测量数值和第二传感器的至少一个测量数值通过使用定位有第一传感器和第二传感器的参考风力涡轮机来获得；

-获得(120)第三传感器的至少一个测量数值，其中第三传感器定位在至少一个操作风力涡轮机处，并且其中第三传感器的类型和位置与参考风力涡轮机处的第一传感器相对应；

-通过使用所提供的转换函数，计算(130)与获得的第三传感器的至少一个测量数值相对应的至少一个转换函数数值；

-根据计算转换函数数值，计算(160)至少一个操作风力涡轮机的疲劳载荷。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算疲劳载荷进一步取决于获得的第三传感器的至少一个测量数值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二传感器包括应变计。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，第一传感器和第二传感器包括加速计。

5.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，计算疲劳载荷包括计算的至少一个转换函数数值的信号处理(140、150)的步骤和/或获得的第三传感器的至少一个测量数值的信号处理的步骤。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，信号处理包括过滤(140)，以选择特定频率。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，信号处理包括频率分析(150)的步骤，以便确定一个频率处的振动能含量是至少一个操作风力涡轮机的特定部件的性能。

8.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，还包括计算(160)累计疲劳载荷和/或基于计算的疲劳载荷的累计疲劳损坏的步骤。

9.一种根据如权利要求1-7任一项所述的方法确定至少一个疲劳载荷数值来进行至少一个操作风力涡轮机的疲劳载荷控制的方法。

10.如权利要求9所述的疲劳载荷控制的方法，其特征在于，风力涡轮机操作根据如权利要求8所述的方法计算的累计疲劳载荷和/或累计疲劳损坏来限制(200)。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，包括按照如下公式计算时刻T的疲劳比F_T的步骤：

F_{T} = \frac{D_{T} \cdot L_{0}}{D_{0} \cdot L_{T}}

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在F_T＞1时，限制风力涡轮机操作。

13.一种用于如权利要求1-8任一项所述方法的参考风力涡轮机(1)，包括第一传感器(20-26)、第二传感器(31-36)以及连接到第一和第二传感器上的处理单元(18)，其特征在于，处理单元构造成：

-提供转换函数以便将来使用。

14.一种用于如权利要求1-12任一项所述的方法的操作风力涡轮机(2)，包括第三传感器(51-56)和处理单元(48、60-68)，其中：

-处理单元构造成获得第三传感器的至少一个测量数值，其中第三传感器位于所述操作风力涡轮机处，并且其中第三传感器和第三传感器在操作风力涡轮机处的位置与第一传感器在参考风力涡轮机处的位置匹配；

-处理单元还构造成计算与获得的第三传感器的至少一个测量数值相对应的至少一个转换函数数值；

-处理单元还构造成根据计算的转换函数数值来计算疲劳载荷。

15.如权利要求14所述的风力涡轮机，其特征在于，处理单元还包括用于根据如权利要求9-12任一项所述的疲劳载荷控制方法进行疲劳载荷控制的控制器。