CN102459888A - 用于平衡风力涡轮机的方法 - Google Patents

用于平衡风力涡轮机的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102459888A
CN102459888A CN2010800336741A CN201080033674A CN102459888A CN 102459888 A CN102459888 A CN 102459888A CN 2010800336741 A CN2010800336741 A CN 2010800336741A CN 201080033674 A CN201080033674 A CN 201080033674A CN 102459888 A CN102459888 A CN 102459888A
Authority
CN
China
Prior art keywords
turbine
unbalance
yaw
pitch
turbine blade
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800336741A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102459888B (zh
Inventor
U·阿克塞尔松
M·比约克
C·哈格
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Wind Energy Norway AS
Original Assignee
GE Wind Energy Norway AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GE Wind Energy Norway AS filed Critical GE Wind Energy Norway AS
Publication of CN102459888A publication Critical patent/CN102459888A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102459888B publication Critical patent/CN102459888B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/30—Commissioning, e.g. inspection, testing or final adjustment before releasing for production
    • F03D13/35—Balancing static or dynamic imbalances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F03D17/009—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics characterised by the purpose
    • F03D17/015—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics characterised by the purpose for monitoring vibrations
    • F03D17/016—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics characterised by the purpose for monitoring vibrations indicative of rotor imbalance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F03D17/027—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics characterised by the component being monitored or tested
    • F03D17/029—Blade pitch or yaw drive systems, e.g. pitch or yaw angle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0298—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor to prevent, counteract or reduce vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/80—Diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/49318—Repairing or disassembling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/4932—Turbomachine making
    • Y10T29/49321—Assembling individual fluid flow interacting members, e.g., blades, vanes, buckets, on rotary support member
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/49327—Axial blower or fan
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/51—Plural diverse manufacturing apparatus including means for metal shaping or assembling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于平衡风力涡轮机的方法。该方法包括以下步骤：a)测量取决于软偏航系统5的至少一个偏航马达52在一段时间期间的马达工作负荷的至少一个属性；b)基于步骤a)的测量结果来计算失衡；c)基于步骤b)的计算结果来确定至少一个涡轮叶片41的桨距偏移角；以及d)根据步骤c)的桨距偏移角来改变该至少一个涡轮叶片的桨距，以减小失衡。本发明还涉及一种用于平衡风力涡轮机的系统。

Description

用于平衡风力涡轮机的方法
发明背景
本发明涉及一种用于平衡风力涡轮机的方法，该方法包括步骤a)测量取决于软偏航系统的至少一个偏航马达在一段时间期间的马达工作负荷的至少一个属性。本发明还涉及一种用于平衡涡轮的系统。
背景技术
当使用具有不止一个涡轮叶片的风力涡轮机来产生电能时，非常重要的是叶片在形状、重量和桨距方面是类似的，因为任何差异都将在运行期间引起应力和载荷，这取决于涡轮的当前角位置。
涡轮叶片的制造和安装因此是敏感的操作。但是，重要的是能够在已经安装好叶片之后修正涡轮的平衡，以便实现风力机的良好运行，而不对结构造成不必要的应力或载荷。
US2009/0035136(Pierce等人)提出了用以解决这个问题的尝试，其中，检测了载荷、加速度或位移，并且对涡轮叶片中的一个或多个增加桨距偏移角，以便试图减小失衡。但是，为了使用描述的方法，需要若干个传感器，而且难以实现对失衡的高精度的控制。构件还需要高水平的维护，并且它们的性能的水平往往随时间而降低，从而在风力机的寿命的后期期间导致增大的困难。
因此显然存在对一种消除风力涡轮机中的失衡的较高效的方法的需要。
发明内容
本发明的目标在于消除或至少最大程度地减小上面描述的问题。通过一种用于平衡风力机的涡轮的方法来实现这个目标，该方法包括测量取决于软偏航系统的至少一个偏航马达在一段时间期间的马达工作负荷的至少一个属性的步骤，以及其中，该方法进一步包括以下步骤：基于步骤a)的测量结果来计算失衡；基于步骤b)的计算结果来确定至少一个涡轮叶片的桨距偏移角；以及根据步骤c)的桨距偏移角来改变该至少一个涡轮叶片的桨距，以减小失衡。
从而，可检测、分析和最大程度地减小失衡，以便实现风力机的较高效和可靠的运行，而同时减小由于失衡的原因而对风力机的结构引起的损害的风险。
根据本发明的一方面，属性是偏航马达扭矩。从而，可识别和分析对抗由于涡轮的失衡而在风力机上引起的力所需的扭矩，因而使得能够详细分析失衡本身。
根据本发明的另一方面，方法还包括测量涡轮在该一段时间期间的角位置的步骤，以及将步骤e)的测量结果连同步骤a)的测量结果用于步骤b)的计算。
从而，可使用角位置(例如呈方位角的形式)来标识失衡的相位，以便确定可改变哪个涡轮叶片桨距偏移，以减小失衡。
根据本发明的另一方面，步骤b)包括计算下者中的至少一个：失衡的1)幅度或2)相位。从而，可确定失衡的幅度以及从而确定失衡的严重性，或备选地确定可导致失衡的涡轮的区段。通过确定这些因素中的一个或多个，可更加彻底地分析和以更高效的方式最大程度地减小失衡。
根据本发明的又一方面，可重复步骤a)-d)，直到计算失衡的幅度小于该至少一个偏航马达的最大偏航扭矩的10％，优选地小于5％，更优选地小于2％。从而，可减小失衡，直到它们小得不足以妨碍风力机的正常运行为止，以便使偏航马达能够以高效的方式对抗任何外力。
根据本发明的另一方面，如果计算失衡的幅度高于预定值(该值为最大偏航扭矩的20％，优选地15％，更优选地10％)，则可启动警告过程。从而，大得足以妨碍偏航马达的正常运行的失衡可导致有警告过程，该警告过程将改变风力机的运行或提醒维护人员注意，或两者兼有。因而可基本减小对风力机的损害的危险。
根据本发明的另一方面，可针对涡轮叶片的至少一个共同桨距值确定涡轮的平衡状态。从而，可确定一个或许多不同的共同桨距值的最佳桨距偏移，以便在共同桨距值改变之后促进平衡运行。对于位于其中已经预先确定了平衡的这样的位置之间的共同桨距值，通过使用这样的相邻的位置的平衡数据可计算初步平衡，例如通过插值法，以及通过在改变共同桨距值之后将这样的最佳或初步平衡用作起始点，可基本促进在给定时间实现适当的平衡所需的平衡过程。
附图说明
现在将参照附图来更加详细地描述本发明的各方面和实施例，其中：
图1显示了包括根据本发明的一个优选实施例的平衡系统的风力机的透视图，
图2a显示了在一段时间内的偏航马达扭矩的一个实例，
图2b显示了在与图2a中相同的一段时间期间的涡轮角位置，
图3显示了在桨距偏移角的三个不同的组合处的平衡点簇的图示，以及
图4显示了叶片桨距偏移对涡轮的平衡点的影响的图示。
具体实施方式
图1显示了具有根据本发明的一个优选实施例的平衡系统9的风力机1，其中塔架2连结到机舱3上，机舱3容纳发电机7。发电机7包括具有轴71的发电机，可使轴71绕着轴线A沿着机舱3的长度旋转，并且在这个轴71上安装了具有毂42的涡轮4，又在毂42上安装了至少一个(优选地两个或三个)涡轮叶片41。当将机舱3调节成使得涡轮4面向大致来风的方向，风与涡轮叶片41的相互作用可使涡轮4旋转，以及导致发电机7产生电功率，以及将电功率输送到电网，或者将电功率存储在适当的存储机构(未示出)中。平衡系统9包括控制单元92和用于改变涡轮叶片41中的至少一个的桨距的变桨控制机构91。优选地，变桨控制机构91布置成单独改变叶片41中的每一个的桨距。控制单元92包括用于计算失衡的机构以及用于确定涡轮叶片41中的至少一个的桨距偏移角的机构，以便通过对涡轮叶片41中的至少一个增加这个桨距偏移来减小失衡。
本文使用的用语涡轮要理解为毂42，毂42包括至少一个叶片41，并且设计成绕着轴线旋转，以便在发电机7或用于使用因此产生的旋转能的其它适当的装置处产生电功率。旋转运动本身主要通过风的影响来实现。
为了调节涡轮4的方向，机舱3可绕着沿着塔架2的长度延伸(即如图1中指示从地面延伸且基本竖直向上延伸)的轴线B旋转。旋转通过偏航系统5实现，偏航系统置于塔架2和机舱3之间的连结部处，并且包括允许机舱3绕着轴线B有滑动式旋转运动的偏航轴承51。
滑动运动至少部分地通过至少一个(但优选2-6个)偏航马达52实现，偏航马达52安装在机舱3上，并且布置成以可控制滑动运动的方式与塔架2的偏航轴承51相互作用。该至少一个偏航马达52可沿顺时针或逆时针方向用扭矩M起作用，扭矩M小于或等于最大扭矩Mmax。平衡系统9进一步包括用于测量偏航马达52的至少一个属性的、呈偏航扭矩传感器的形式的机构，机构53安装在偏航系统的附近，并且布置成检测偏航马达52的至少一个特征，例如扭矩M。
在涡轮4的附近，角位置机构6布置成测量涡轮4在任何给定的时间的角位置，该角位置例如呈涡轮4的方位角的形式。在这个实施例中，当叶片中的第一个笔直指向下时，方位角设定成0°，但是也可针对涡轮叶片41的任何位置来选择这个值。通过跟踪方位角和检测偏航系统5用来以适于风力机1的运行的方式定位机舱3的马达扭矩M，可检测由于涡轮4的失衡而引起的任何干扰，如下面将参照图2-4详细描述的那样。也可按任何其它形式来测量角位置。
现在将参照图来更加详细地描述平衡系统的运行。
当风力机1的运行启动或在停止或者还在运行期间的一些时间之后恢复时，如果可能的话，分析涡轮4的平衡和执行修正，以便实现更加平衡的系统是有益的。可在线或离线执行这个分析。下面将两种方法描述成本发明的实施例，但是在权利要求的范围内应用其它分析方法也将是可行的。
对于离线分析，在一段时间期间(例如30秒-60秒)记录涡轮4的方位角在这个同一间隔期间，还记录软偏航系统5应用来将涡轮4保持在期望位置上的马达扭矩M。这个马达扭矩M的幅度将取决于风的强度和方向的变化，但是也取决于将使沿偏航方向的旋转力应用于涡轮4本身的涡轮4的失衡。如果涡轮叶片41中的一个或多个的任何属性(例如桨距、重量或弹性)例如与其它叶片41的属性不同，则这将引起这种力，并且还将导致涡轮加快或降低速度，这取决于各个单独的叶片41在任何给定时刻所处的位置。因此，通过同时记录方位角
Figure BPA00001498986600052
和应用的马达扭矩M，可执行这种失衡的分析。
可按多种不同的方式来测量偏航马达的属性，例如扭矩M。例如，可测量应用于偏航马达的电流，并且通过知道其它偏航马达属性，可得出关于在任何给定时间所应用的偏航马达扭矩M的可靠数据。也可对这个测量使用偏航马达52的动力，或取决于偏航马达52的工作负荷的任何其它属性。
图2a显示了随时间而变化的应用的偏航马达扭矩M的图示，而图2b显示了也随时间而变化的方位角通过结合这些图示和分析结果来去除任何非周期性(即不是每次都在涡轮4定位在同一方位角
Figure BPA00001498986600054
处时出现)的干扰，非线性曲线拟合可给出M＝A cos(ωt+θ)的形式的周期性的偏航扭矩M的表示，其中A给出偏航扭矩M的幅度，而θ给出相位。在这个等式中，θ指明涡轮的角速度，而t指明时间。
产生的幅度和相位可示出为例如图3中显示的图示中的平衡点，其中失衡的幅度所占最大偏航马达扭矩Mmax的百分比显示为距图示的中心的距离，而相位则沿周向方向显示。在该图示中，显示了包括许多这样的平衡点的簇71。各个点71’表示基于一段时间对马达扭矩M和方位角
Figure BPA00001498986600061
的记录的一个这种非线性曲线拟合。因而，在多次记录和分析之后，可产生簇71。
为了最大程度地减小检测失衡，可将桨距偏移增加到例如涡轮叶片41中的一个或多个。在图4中，显示了具有箭头81、82、83的图3的图示，箭头指示如果将桨距偏移分别增加到第一涡轮叶片、第二涡轮叶片或第三涡轮叶片41将会出现的计算平衡点的位置的改变的方向。当再次观察图3的簇71以及与箭头81、82、83显示的方向比较时，可看到增加到涡轮叶片41中的第一个的、导致的沿箭头81的方向的运动的桨距偏移对于减小在簇71中检测到的失衡将是有益的。
在已经将这种桨距偏移增加到指定为第一叶片的涡轮叶片41之后，可执行新的平衡分析，从而产生沿对应于图4的箭头81的且由图3中的箭头81’指示的方向布置的平衡点72’的新簇72。新簇72定位得更接近图示的中心，从而对应于较小的幅度A，以及从而对应于减小的失衡。
可作出另外的修正以便进一步最大程度地减小簇72显示的失衡，例如增加到指定为第二叶片的叶片41的增加的桨距偏移，以及导致沿图4的箭头82或图3的82’的方向形成新簇73。这个簇布置在图示中心的附近，从而指示非常小(如果有的话)的失衡。理想结果将是，其中幅度A接近0，从而指示涡轮叶片41相同地起作用，以及不存在失衡。因此实质上仅使用相位θ来检测调节哪个叶片的偏移，以便最大程度地降低幅度A。
有时，可将桨距偏移同时增加到不止一个叶片41。在图3中显示的实例中，将桨距偏移增加到第一叶片和第二叶片41，因而使簇71到达簇73的位置而不到达的簇72位置将是可行的。照这样，可按时间高效且便利的方式执行最大程度地减小检测到的不平衡。
应当注意，将涡轮叶片41指定为第一、第二和第三是任意选择，以及可通过改变选定为方位角
Figure BPA00001498986600071
的位置来改变对应于涡轮且在图4中的图示的边缘的周围显示的角值。对于具有不同数量的涡轮叶片41的风力涡轮机4，箭头81、82、83显示的方向以及箭头的数量将是不同的，但是用于减小涡轮4中的失衡的基本原理本质上将是相同的。
也可通过在线方法来检测和修正失衡，其中可执行涡轮的全自动化平衡，而不需要人工监督。
根据一种用于在线分析平衡的方法，记录涡轮4的角速度，以便确定频率，并且将合适的滤波器应用于偏航马达扭矩M的记录，以便消除不取决于涡轮的失衡的大部分干扰。通过使用这个技术，可较容易地确定失衡的幅度(即量级)。
另一种在线方法包括使偏航马达扭矩M与方位角的余弦函数
Figure BPA00001498986600073
交叉相关，以及比较结果与多个预定相位(例如12个不同的相位)，以便确定哪个相位最对应于实际函数
Figure BPA00001498986600074
通过这个方法，可确定失衡的幅度以及所涉及的相位，并且允许迅速且简易地修正检测到的失衡。
可定期自动执行平衡过程，或者在可能怀疑涡轮4的平衡改变时人工执行平衡过程，或者两者兼有。例如，试运转或在诸如雷击或其它事故的损害事件之后，平衡过程可为必要的，以便实现风力机1的期望运行。还可行的是持续监测涡轮4的平衡，以及在检测到的失衡超过预定值时启动自动平衡过程。而且，如果检测到这种非常大的失衡，可设定响起自动警报，以及在这种时候中断风力机1的运行。也可在平衡过程失效(即如果通过使用该过程不可减小检测到的失衡，或者如果预计需要的单独的桨距变化超过了预定的最大值)的情况下执行这种中断。
重要的是注意，涡轮叶片41的平衡在不同的桨距角处可有所不同，并且因此当将共同桨距值增加到叶片41时，例如当风力机1设定成增加或减小涡轮4的角速度时，平衡将转移。因此可在每当共同桨距变化发生时执行平衡过程，但是为了避免对这个的需要，可在某一时刻执行平衡程序，例如在风力机1的试运转期间，以便找到在许多预定的共同桨距角处的期望平衡。例如，可在0°、5°、10°等的共同桨距处执行分析，并且可通过插值法来确定在这些角度之间的任何点处的平衡，例如，其中使用已知平衡点作为计算的起始点。
风力机1的软偏航系统5布置成持续应用所需的必要偏航马达扭矩M，以便具有涡轮4的机舱3努力朝向风力机1的运行在该处最佳的位置。偏航马达扭矩M可达到其最大值Mmax，并且沿顺时针方向和逆时针方向定向，以便沿这些方向中的任一个使机舱3偏航，这取决于那时的要求。如果马达扭矩Mmax不足以将机舱3保持在期望位置上，则机舱将随风温和地运动，直到偏航马达52使机舱3再次旋转向期望位置成为可能为止。
为了确定需要修正的失衡的水平，可比较失衡的幅度与可从偏航系统5给出的最大扭矩Mmax。例如，如果持续监测到失衡，则小于Mmax的5％的失衡例如对于启动平衡程序来说可认为是适当的水平。类似地，10％或更多的失衡对于指示失衡太大的警报信号来说可为适当的水平，因为当偏航系统5需要使用可用马达扭矩M的大部分来修正呈偏航方向的扭矩的形式的、由于涡轮4的失衡引起的定期干扰时，风力机1的运行会受到严重妨碍。
如果对涡轮4的平衡执行了持续监督，则可使用自动控制器来朝向期望的平衡持续执行迭代修正。共同桨距值或风力机1的周围的其它状况的任何改变可造成对改进平衡的需要。
平衡系统9的控制单元92还可包括警告机构，以在失衡大于预定值(例如最大偏航扭矩Mmax的20％，更优选地15％或甚至更优选地10％)时，启动警告序列或过程。响应于这种检测到的较大失衡，或者如果例如通过平衡系统不可减小检测到的失衡，则可中断或改变风力机的运行。也可产生警告信号，以便提醒维护人员注意风力机处的潜在问题。
如对本领域技术人员将容易显而易见的那样，本发明不应视为由上面描述的优选实施例限制，而是可在所附权利要求的范围内有所改变。例如，可按多种不同的方式来执行上面描述的计算和曲线拟合，并且风力机和平衡系统的构件可按不同的方式结合或设计以及安装在风力涡轮机上。
本发明的各方面和实施例由以下编号的条款限定：
1.一种用于平衡风力涡轮机的方法，所述方法包括以下步骤：
a)测量取决于软偏航系统(5)的至少一个偏航马达(52)在一段时间期间的马达工作负荷的至少一个属性，
b)基于步骤a)的测量结果来计算失衡，
c)基于步骤b)的计算结果来确定至少一个涡轮叶片(41)的桨距偏移角，以及
d)根据步骤c)的所述桨距偏移角来改变所述至少一个涡轮叶片的桨距，以减小所述失衡，以及
其特征在于，针对所述涡轮叶片的至少一个共同桨距值使用所述方法来确定所述涡轮的平衡状态。
2.根据条款1所述的方法，其特征在于，所述属性是偏航马达扭矩。
3.根据前述条款中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
e)测量所述涡轮在所述一段时间期间的角位置。
4.根据前述条款中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
f)将步骤e)的测量结果连同步骤a)的测量结果用于步骤b)的所述计算。
5.根据前述条款中的任一项所述的方法，其特征在于，步骤b)包括计算下者中的至少一个：所述失衡的1)幅度或2)相位。
6.根据前述条款中的任一项所述的方法，其特征在于，重复所述步骤a)-d)，直到计算失衡的幅度小于所述至少一个偏航马达的最大偏航扭矩的10％，优选地小于5％，更优选地小于2％。
7.根据前述条款中的任一项所述的方法，其特征在于，如果所述计算失衡的所述幅度高于预定值，则启动警告过程。
8.根据前述条款中的任一项所述的方法，其特征在于，所述预定值为所述最大偏航扭矩的20％，优选地15％，更优选地10％。
9.根据前述条款中的任一项所述的方法，其特征在于，通过将关于另一个平衡状态的数据用作计算的起始点来确定共同桨距值的平衡状态。
10.根据前述条款中的任一项所述的方法，其特征在于，在使用用于平衡所述涡轮的所述方法之前，将所述平衡状态用作起始位置。
11.一种用于平衡风力涡轮机的系统，所述系统包括：
具有至少两个涡轮叶片的涡轮，
用于改变所述涡轮叶片的桨距的变桨控制机构，
用于使所述涡轮逆风偏航的至少一个偏航马达，以及
用于确定所述涡轮叶片中的至少一个的桨距偏移角以通过使用所述变桨控制机构来减小失衡的机构，以及
其特征在于，所述系统进一步包括
用于测量取决于所述至少一个偏航马达的马达工作负荷的至少一个属性的机构，
用于基于所述至少一个属性的测量结果来计算失衡的机构，
平衡机构，其布置成针对所述涡轮叶片的至少一个共同桨距值确定所述涡轮的平衡状态。
12.根据前述条款中的任一项所述的系统，其特征在于，所述属性是偏航马达扭矩。
13.根据前述条款中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括
用于测量所述涡轮在一段时间期间的角位置的机构。
14.根据前述条款中的任一项所述的系统，其特征在于，用于计算失衡的所述机构布置成还使用来自用于测量角位置的所述机构的测量结果来计算所述失衡。
15.根据前述条款中的任一项所述的系统，其特征在于，用于计算失衡的所述机构布置成计算下者中的至少一个：所述失衡的1)幅度或2)相位。
16.根据前述条款中的任一项所述的系统，其特征在于，用于计算失衡的所述机构布置成如果所述失衡的所述幅度小于所述至少一个偏航马达的最大偏航扭矩的10％，优选地小于5％，更优选地小于2％，则阻止对所述至少一个涡轮叶片应用桨距偏移角。
17.根据前述条款中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括警告机构，所述警告机构布置成如果计算失衡的幅度高于预定值，则启动警告过程。
18.根据前述条款中的任一项所述的系统，其特征在于，所述预定值为所述最大偏航扭矩的20％，优选地15％，更优选地10％。
19.根据前述条款中的任一项所述的系统，其特征在于，所述平衡机构布置成通过将关于另一个平衡状态的数据用作计算的起始点来确定至少一个共同桨距值的平衡状态。
20.根据前述条款中的任一项所述的系统，其特征在于，所述平衡状态布置成在使用用于平衡所述涡轮的所述系统之前，用作至少两个涡轮叶片的共同桨距值的起始位置。

Claims (15)

1.一种用于平衡风力涡轮机的方法，所述方法包括以下步骤：
a)测量取决于软偏航系统(5)的至少一个偏航马达(52)在一段时间期间的马达工作负荷的至少一个属性，
b)基于步骤a)的测量结果来计算失衡，
c)基于步骤b)的计算结果确定至少一个涡轮叶片(41)的桨距偏移角，
d)根据步骤c)的所述桨距偏移角来改变所述至少一个涡轮叶片的桨距，以减小所述失衡，以及
e)针对所述涡轮叶片的至少一个共同桨距值使用所述方法来确定所述涡轮的平衡状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述属性是偏航马达扭矩。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤
f)测量所述涡轮在所述一段时间期间的角位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤
g)将步骤f)的测量结果连同步骤a)的测量结果用于步骤b)的所述计算。
5.根据前述权利要求中的任一项所述方法，其特征在于，步骤b)包括计算下者中的至少一个：所述失衡的1)幅度或2)相位。
6.根据前述权利要求中的任一项所述方法，其特征在于，重复所述步骤a)-d)，直到计算失衡的幅度小于所述至少一个偏航马达的最大偏航扭矩的10％，优选地小于5％，更优选地小于2％。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，如果所述计算失衡的所述幅度高于预定值，则启动警告过程。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定值为所述最大偏航扭矩的20％，优选地15％，更优选地10％。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，通过将关于另一个平衡状态的数据用作计算的起始点来确定共同桨距值的平衡状态。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在使用用于平衡所述涡轮的所述方法之前，将所述平衡状态用作起始位置。
11.一种用于平衡风力涡轮机(1)的系统(9)，所述系统包括：
具有至少两个涡轮叶片(41)的涡轮(1)，
用于改变所述涡轮叶片的桨距的变桨控制机构(91)，
用于使所述涡轮逆风偏航的至少一个偏航马达(52)，以及
用于确定所述涡轮叶片中的至少一个的桨距偏移角(6)以通过使用所述变桨控制机构来减小失衡的机构，以及
其中，所述系统进一步包括
用于测量取决于所述至少一个偏航马达的马达工作负荷的至少一个属性的机构(92)，
用于基于所述至少一个属性的测量结果来计算失衡的机构，
平衡机构，其布置成针对所述涡轮叶片的至少一个共同桨距值确定所述涡轮的平衡状态。
12.根据权利要求11所述的系统(9)，其特征在于，所述属性是偏航马达扭矩。
13.根据权利要求11或12所述的系统(9)，其特征在于，所述系统还包括用于测量所述涡轮在一段时间期间的角位置的机构(6)。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，用于计算失衡的所述机构布置成还使用来自用于测量角位置的所述机构的测量结果来计算所述失衡。
15.根据权利要求11至14中的任一项所述的系统，其特征在于，用于计算失衡的所述机构布置成计算下者中的至少一个：所述失衡的1)幅度或2)相位。
CN201080033674.1A 2009-05-20 2010-05-13 用于平衡风力涡轮机的方法 Active CN102459888B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0950359-0 2009-05-20
SE0950359A SE534957C2 (sv) 2009-05-20 2009-05-20 Metod för att bestämma ett balanserat läge hos en vindturbin
PCT/EP2010/056634 WO2010133512A2 (en) 2009-05-20 2010-05-13 Method for balancing a wind turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102459888A true CN102459888A (zh) 2012-05-16
CN102459888B CN102459888B (zh) 2016-09-07

Family

ID=43126566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080033674.1A Active CN102459888B (zh) 2009-05-20 2010-05-13 用于平衡风力涡轮机的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8683688B2 (zh)
CN (1) CN102459888B (zh)
DE (1) DE112010002632T5 (zh)
GB (1) GB2482455B (zh)
SE (1) SE534957C2 (zh)
WO (1) WO2010133512A2 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111433453A (zh) * 2017-12-14 2020-07-17 西门子歌美飒可再生能源创新与技术有限公司 用于控制风力涡轮机的控制方法以及包括被配置用于施行所述控制方法的控制装置的风力涡轮机
CN113446158A (zh) * 2020-03-24 2021-09-28 纳博特斯克有限公司 转矩估计装置、转矩估计方法以及存储介质

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2497946A1 (en) * 2011-03-09 2012-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Method and arrangement for detecting a blade pitch angle misalignment of a rotor blade system of a wind turbine
DE102011077613A1 (de) * 2011-06-16 2012-12-20 AVAILON GmbH Windnachführungsanordnung und Verfahren zur Nachführung eines Rotors einer Windenergieanlage sowie Überwachungsvorrichtung hierfür
US20140123491A1 (en) * 2012-11-07 2014-05-08 Asia Vital Components Co., Ltd. Fan impeller balance calibrating method
WO2016169964A1 (en) * 2015-04-23 2016-10-27 Envision Energy (Denmark) Aps Method of correcting rotor imbalance and wind turbine thereof
CN107630793B (zh) * 2016-07-18 2018-11-20 北京金风科创风电设备有限公司 风机齿形带或变桨轴承疲劳状态的检测方法、装置及系统
US10975732B2 (en) 2019-04-04 2021-04-13 General Electric Company Rotor turning device for balancing a wind turbine rotor
EP4321751A1 (de) * 2022-08-09 2024-02-14 Wobben Properties GmbH Verfahren zum bestimmen einer blattfehlstellung eines rotorblattes eines rotors einer windenergieanlage

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007104306A1 (en) * 2006-03-16 2007-09-20 Vestas Wind Systems A/S A method and control system for reducing the fatigue loads in the components of a wind turbine subjected to asymmetrical loading of the rotor plane
CA2628383A1 (en) * 2007-04-04 2008-10-04 Siemens Aktiengesellschaft Method of reducing a structural unbalance in a wind turbine rotor and device for performing the method
US20090035136A1 (en) * 2006-06-19 2009-02-05 General Electric Company Methods and apparatus for balancing a rotor
EP2037119A1 (en) * 2007-09-12 2009-03-18 Siemens Aktiengesellschaft Controller for wind turbine yaw system reducing the loads acting on such a yaw system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5584655A (en) 1994-12-21 1996-12-17 The Wind Turbine Company Rotor device and control for wind turbine
DE102004051843B4 (de) * 2004-10-25 2006-09-28 Repower Systems Ag Windenergieanlage und Verfahren zur automatischen Korrektur von Windfahnenfehleinstellungen
AU2007303956B2 (en) 2006-10-02 2011-12-22 Clipper Windpower, Inc. Wind turbine with blade pitch control to compensate for wind shear and wind misalignment
US8240990B2 (en) 2007-12-06 2012-08-14 General Electric Company Apparatus and method for reducing asymmetric rotor loads in wind turbines during shutdown

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007104306A1 (en) * 2006-03-16 2007-09-20 Vestas Wind Systems A/S A method and control system for reducing the fatigue loads in the components of a wind turbine subjected to asymmetrical loading of the rotor plane
US20090035136A1 (en) * 2006-06-19 2009-02-05 General Electric Company Methods and apparatus for balancing a rotor
CA2628383A1 (en) * 2007-04-04 2008-10-04 Siemens Aktiengesellschaft Method of reducing a structural unbalance in a wind turbine rotor and device for performing the method
EP2037119A1 (en) * 2007-09-12 2009-03-18 Siemens Aktiengesellschaft Controller for wind turbine yaw system reducing the loads acting on such a yaw system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111433453A (zh) * 2017-12-14 2020-07-17 西门子歌美飒可再生能源创新与技术有限公司 用于控制风力涡轮机的控制方法以及包括被配置用于施行所述控制方法的控制装置的风力涡轮机
CN111433453B (zh) * 2017-12-14 2022-07-26 西门子歌美飒可再生能源创新与技术有限公司 用于控制风力涡轮机的控制方法以及包括被配置用于施行所述控制方法的控制装置的风力涡轮机
CN113446158A (zh) * 2020-03-24 2021-09-28 纳博特斯克有限公司 转矩估计装置、转矩估计方法以及存储介质
CN113446158B (zh) * 2020-03-24 2024-05-28 纳博特斯克有限公司 转矩估计装置、转矩估计方法以及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010133512A3 (en) 2011-06-16
GB201119671D0 (en) 2011-12-28
GB2482455A (en) 2012-02-01
WO2010133512A2 (en) 2010-11-25
SE0950359A1 (sv) 2010-11-21
GB2482455B (en) 2015-08-12
CN102459888B (zh) 2016-09-07
SE534957C2 (sv) 2012-02-28
DE112010002632T5 (de) 2012-06-14
US20120180314A1 (en) 2012-07-19
US8683688B2 (en) 2014-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102459888A (zh) 用于平衡风力涡轮机的方法
US9784241B2 (en) System and method for controlling a wind turbine
EP2469083B1 (en) Offshore wind turbine and method of operating same
US8177505B2 (en) Method for measuring a rotational position of a rotor blade of a wind turbine and measuring device
EP2896827B1 (en) Pitch angle measuring system for wind turbine
EP2531722B1 (en) A method for in situ calibrating load sensors of a wind turbine blade and a wind turbine
EP3511567B1 (en) State monitoring device, system and method for wind power generating device
EP3497326B1 (en) Determining a wind turbine tower inclination angle
US9316207B2 (en) Fault detection device for wind power generator and means of judgment thereof
EP2678556B1 (en) A safety system for a wind turbine
CN102678453A (zh) 检测风力涡轮机转叶系统叶片桨距角失衡的方法和装置
CN103206342A (zh) 桨叶载荷传感器的标定
EP2998812B1 (en) Measurement processing system for condition monitoring of a wind turbine
US20170335829A1 (en) Method of Identifying a Wind Distribution Pattern Over the Rotor Plane and a Wind Turbine Thereof
EP3642481B1 (en) A method for determining wind turbine blade edgewise load recurrence
EP3473846A1 (en) Wind power generator system and method and program for controlling the same
EP2532885B1 (en) Wind turbine comprising an electric generator
CN111075646A (zh) 一种风力发电机超速安全控制装置
US10167848B2 (en) Method and system for monitoring an individual blade adjustment of a wind turbine
EP4211350B1 (en) Repositioning a floating offshore wind turbine
CN116771614A (zh) 一种确定风机叶片姿态的方法、装置和设备
EP3237753B1 (en) A method of operating a wind turbine

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant