CN106662078A - 用于确定风力涡轮机叶片的偏转的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于计算风力涡轮机叶片偏转的方法。该方法使用已知叶片模态轮廓来计算叶片偏转，使得对叶片激励模态的先验知识能够与简单的距离测量一起用来确定叶片偏转形状。计算的叶片偏转然后用作输入以便例如在被偏转的叶片很可能导致塔架撞击的情况下，控制风力涡轮机操作。

Description

用于确定风力涡轮机叶片的偏转的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定风力涡轮机叶片的偏转的系统和方法。
背景技术
在风力涡轮机的操作期间，相当大的力作用在风力涡轮机的叶片上，使叶片弯曲和偏转。这种偏转可能是如此的极端，以致风力涡轮机叶片尖部撞击风力涡轮机的塔架，从而导致对叶片的损坏或者甚至风力涡轮机结构的完全失效。
为了降低塔架撞击的风险，风力涡轮机制造商已经在风力涡轮机构造中采用了不同的技术。在一些情况下，风力涡轮机使用具有从风力涡轮机塔架伸出离开的尖部末端的预弯曲叶片，从而增加尖部到塔架的间隙。附加地或替代地，风力涡轮机制造商将风力涡轮机设计为具有增加的倾斜角和/或距风力涡轮机转子的塔架的距离。这种解决方案在成本和结构挑战方面存在额外的复杂性。
另一个选择是精确地监测风力涡轮机叶片的尖部末端的定位，并相应地控制风力涡轮机。例如，如果检测到叶片的尖部定位朝向塔架被偏转到存在塔架撞击的危险的程度，则可以控制风力涡轮机以使风力涡轮机叶片俯仰（pitch），以移动叶片的尖部末端远离塔架。在极端情况下，风力涡轮机可以完全停止以防止塔架撞击。
这种位置监测通常使用三角测量（triangulation）或三边测量（trilateration）系统来执行，这可能需要从两个到三个分离的定位监测风力涡轮机叶片的尖部末端，随后计算尖部末端定位。在欧洲专利申请公开EP 1706638中描述了这种系统的示例。然而，这种系统的挑战之一是确保监测系统的连续、可靠和准确的操作。
本发明的一个目的是提供一种具有改进的可靠性和准确性的替代的叶片偏转监测系统。
发明内容
因此，提供了一种计算具有叶片偏转监测系统的风力涡轮机叶片的叶片偏转轮廓（blade deflection profile）的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有已知模态轮廓（modal profile）的风力涡轮机叶片；
测量朝向（toward）风力涡轮机叶片的根部末端的至少一个根部定位与朝向风力涡轮机叶片的尖部末端的至少一个尖部定位之间的距离；以及
基于所测量的所述根部定位与所述尖部定位之间的距离和所述已知模态轮廓来计算叶片偏转轮廓。
通过利用叶片偏转监测系统中的风力涡轮机叶片的已知模态轮廓，可以提高偏转监测系统的准确性。使用叶片上的已知位置之间的单个距离测量，可以基于风力涡轮机叶片的预测模态形状（mode shape）来计算精确的叶片偏转轮廓。因此，可以提高偏转监测系统的准确性，因为其可以仅使用单个距离测量来操作。
优选地，所述叶片偏转轮廓用作风力涡轮机安全系统的输入，其中所述叶片偏转轮廓用于计算所述风力涡轮机叶片的偏转是否超过塔架撞击的安全阈值，和/或计算风涡轮叶片何时处于超过风力涡轮机设计安全极限的风险。
确定叶片偏转轮廓使得能够计算叶片尖部末端的定位。因此，可以估计叶片尖部是否将被朝向风力涡轮机塔架偏转，并且判断这样的偏转是否超过叶片尖部撞击风力涡轮机塔架的安全范围。应当理解，该方法还可以包括基于所述风力涡轮机叶片的偏转是否超过塔架撞击的安全阈值的所述计算生成控制信号的步骤。这样的控制信号可以用作风力涡轮机控制系统的输入，其可以可操作以基于所述计算来调整风力涡轮机性能，例如，以调节风力涡轮机叶片的俯仰角从而减小塔架撞击的风险，或停止涡轮机运行以防止塔架撞击。
在附加的或替代的方面，由于风力涡轮机通常被设计成满足用于涡轮机操作的特定的认证安全极限，所以重要的是，涡轮机的运行不超过这种安全极限。因此，本发明的偏转监测系统可以被布置为涡轮机控制器的输入，以调节涡轮机运行，使得不超过这种安全极限。例如，对于风力涡轮机的刚度减小的风力涡轮机设计，本发明的叶片偏转监测系统可以布置成确保涡轮机在涡轮机的设计负载极限内运行。
在另一方面，该方法包括以下步骤：在所述至少一个根部定位与所述至少一个尖部定位之间提供无线通信链路（link），优选地是无线射频（radio）通信链路。
虽然可以采用使用光学成像链路的系统，例如激光监测系统，但优选地使用射频通信链路来执行距离测量，例如使用飞行时间（time-of-flight）信号计算来确定距离测量。优选地，使用允许低功率、高准确性测量的超宽带（UWB）射频系统来执行无线射频通信链路。
优选地，该方法包括提供第一根部定位和第二根部定位和/或第一尖部定位和第二尖部定位的步骤，其中计算叶片偏转轮廓的所述步骤基于在具有最佳信号强度、信号质量和/或（RF）视线（line-of-sight）的特定根部定位与尖部定位组合之间测量的距离。
在叶片旋转期间，叶片可能在不同方向上弯曲，导致根部末端和尖部末端之间的无线通信链路的中断或破坏。通过提供多个可能的通信链路，因此可以在具有最佳信号质量和/或信号强度的根部定位与尖部定位之间执行距离测量，这可以导致更精确的距离测量。
在另一方面，该方法包括校准叶片偏转监测系统的步骤，其中所述校准包括在所述第一根部定位和第二根部定位与所述至少一个尖部定位之间执行三角测量或三边测量操作。
由于操作漂移（operational drift），在操作期间能够重新校准叶片偏转监测系统可能是有用的。这种重新校准可以通过使用多个定位元件的相对高准确性的三角测量或三边测量来执行。根部定位可以被布置为向系统提供相对于叶片弯曲的一定程度的冗余。例如，第一根部定位可以朝向风力涡轮机叶片的前缘布置，而第二根部定位可以朝向风力涡轮机叶片的后缘布置。
在优选的方面，该方法包括提供至少第一尖部定位和第二尖部定位，其中第一尖部定位被布置成靠近风力涡轮机叶片的尖部末端，并且第二尖部定位被定位在风力涡轮机叶片的第二模态形状的节点处。
优选地，该方法包括以下步骤：
测量从所述至少一个根部定位到所述第一尖部定位的第一距离；
测量从所述至少一个根部定位到所述第二尖部定位的第二距离；以及
基于所述第一距离和所述第二距离以及所述已知模态轮廓来计算叶片偏转轮廓。
将第二尖部定位的位置设在叶片的第二模态形状的节点处允许叶片的第一模态和第二模态彼此解耦。因为可以将第二模态形状的效果与第一模态形状隔离，因此可以提高叶片偏转计算的准确性。
优选地，该方法包括以下步骤：
测量风力涡轮机叶片上的两个已知定位之间的距离；
基于所述测量的距离计算叶片模态幅值（mode amplitude）；以及
使用所述计算的叶片模态幅值确定所述风力涡轮机叶片的被激励后的叶片模态形状。
被激励后的叶片模态形状可以用于确定风力涡轮机叶片的当前形状，并且优选地可以用于确定风力涡轮机叶片的尖部末端的定位。
在一个方面，计算叶片模态幅值的所述步骤在风力涡轮机叶片在风力涡轮机上运行时连续地执行。还将理解的是，该计算可以间隔地和/或在风力涡轮机叶片处于沿着叶片的旋转路径的特定位置处时执行，例如，在叶片经过风力涡轮机塔架之前执行。
优选地，所述方法包括以下步骤：计算当风力涡轮机叶片被偏转或激励时所述风力涡轮机叶片上的已知尖部定位的位置，其中所述方法包括以下步骤：
限定朝向所述风力涡轮机叶片的根部末端的根部定位；
限定朝向所述风力涡轮机叶片的尖部末端的尖部定位；以及
限定所述根部定位与所述尖部定位之间的中间定位，其中所述中间定位的位置设在如下的点处，其中，在叶片的激励期间，所述尖部定位基本上沿着大约以所述中间定位为中心的假想圆移动，
其中所述根部定位与所述中间定位之间的距离（根部-中间距离）是已知的，并且其中所述中间定位与所述尖部定位之间的距离（中间-尖部距离）是已知的，所述方法还包括以下步骤：
测量在所述风力涡轮机叶片的激励期间所述根部定位与所述尖部定位之间的距离；以及
使用已知的根部-中间距离、已知的中间-尖部距离和测量的根部-尖部距离，基于三边测量计算来计算在风力涡轮机叶片的激励期间所述尖部定位的位置。
应当理解，中间定位可以选择为是在激励期间尖部定位围绕其移动的假想圆的中心点的接近处。因此，中间-尖部距离被设定成近似为这种假想圆的半径。通过计算叶片激励或偏转期间尖部定位的位置，可以计算或推算叶片尖部位置。
还将理解，可以针对风力涡轮机叶片上的两个已知定位之间的所测量的距离的至少一些值预先计算叶片模态幅值、被激励后的叶片模态形状和/或叶片尖部定位，其中这些预先计算值可以存储在存储设备中并且在风力涡轮机叶片的运行期间可访问，例如存储在合适的查询表中。
通过对至少一些测量的距离预先计算模态幅值、模态形状和/或尖部定位，可以增加该方法的处理速度，导致系统的更大的响应性。
还提供了一种控制风力涡轮机的方法，其中基于所述计算的叶片偏转轮廓和/或基于由叶片偏转监测系统生成的控制信号来控制风力涡轮机。
风力涡轮机的控制可以包括叶片俯仰角、涡轮机偏航角、发电机额定值的调节。在一个方面，可以控制涡轮机以执行风力涡轮机的紧急停机。
还提供了一种用于风力涡轮机叶片的叶片偏转监测系统，其布置成执行以上所述的任何方面。
还提供了一种用于风力涡轮机叶片的叶片偏转监测系统，所述系统包括：
至少一个尖部元件，其待被布置在朝向风力涡轮机叶片的尖部末端的定位处；
至少一个根部元件，其待被布置在朝向风力涡轮机叶片的根部末端的定位处；
距离测量系统，其布置成测量所述至少一个尖部元件与所述至少一个根部元件之间的距离；以及
控制器，其布置成接收风力涡轮机叶片的模态轮廓，所述控制器可操作以基于所测量的所述根部定位与所述尖部定位之间的距离和所述模态轮廓来计算叶片偏转轮廓。
还提供了一种风力涡轮机叶片控制器，其可操作以基于计算出的叶片偏转轮廓和/或由叶片偏转监测系统生成的控制信号来控制风力涡轮机的操作。
还提供了一种风力涡轮机，其包括至少一个具有如上所述的叶片偏转监测系统和/或如上所述的风力涡轮机叶片控制器的风力涡轮机叶片。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的实施方式，其中：
图1示出了一种风力涡轮机；
图2示出了根据本发明的风力涡轮机叶片的示意图；
图3示出了图2的叶片的翼型轮廓的示意图；
图4示出了从上方和从侧面观察的图2的风力涡轮机叶片的示意图；
图5示出了根据本发明的用于确定叶片偏转的方法的过程图；
图6示出了基于测量的距离和叶片模态轮廓计算叶片偏转的方法；以及
图7示出了根据本发明的一个方面的用于风力涡轮机叶片的示例性叶片偏转监测系统的框图。
应当理解，在附图中，本发明的不同实施方式共同的元件设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据所谓的“丹麦概念”的常规的现代迎风式风力涡轮机2，其具有塔架4、机身6和具有大致水平的转子轴的转子。转子包括毂部8和从毂部8径向延伸的三个叶片10，每个叶片10具有最靠近毂部的叶片根部16和最远离毂部8的叶片尖部14。转子具有用R表示的半径。
图2示出了风力涡轮机叶片10的示意图。风力涡轮机叶片10具有传统的风力涡轮机叶片的形状，并且包括：最靠近毂部的根部区域30；最远离毂部的型面或翼面区域34；以及位于根部区域30与翼面区域34之间的过渡区域32。叶片10包括前缘18和后缘20，当叶片安装在毂部上时，前缘18面向叶片10的旋转方向，并且后缘20面向前缘18的相反方向。
翼面区域34（也称为型面区域）具有关于产生升力方面的理想或近乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构方面的考虑则具有大致圆形或椭圆形横截面，其例如使得能够将叶片10更容易且安全地安装至毂部。根部区域30的直径（或弦）一般是沿着整个根部区域30恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状40向翼面区域34的翼面轮廓50逐渐变化的过渡轮廓42。过渡区域32的弦长一般随着距毂部的距离r增加而大致线性地增加。
翼面区域34具有翼面轮廓50，翼面轮廓50具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂部的距离r增加而减小。
应当注意，叶片的不同区段的弦通常不位于共同的平面内，因为叶片可能扭转和/或弯曲（即，预弯），从而提供具有相应地扭转和/或弯曲的线路的弦平面，这最常见的是为了补偿叶片的局部速度取决于距毂部的半径的情况。
图3示出了通过各种参数描绘的风力涡轮机的典型叶片的翼面轮廓50的示意图，这些参数一般用来限定翼面的几何形状。翼面轮廓50具有压力侧52和吸力侧54，压力侧52和吸力侧54在使用期间（即在转子的旋转期间）通常分别面向迎风（或逆风）侧和背风（或顺风）侧。翼面轮廓50具有弦60，弦60具有在叶片的前缘56与后缘58之间延伸的弦长c。翼面轮廓50具有厚度t，厚度t限定为压力侧52与吸力侧54之间的距离。翼面的厚度t沿着弦60变化。从对称式轮廓的偏离由拱形线62表示，拱形线62是穿过翼面轮廓50的中位线。该中位线能够通过绘制从前缘56到后缘58的内接圆而得到。该中位线遵循这些内接圆的中心，并且从弦60的偏离或距离称为拱高f。也可以通过使用称为上拱高（或吸力侧拱高）和下拱高（或压力侧拱高）的参数来限定不对称性，其中上拱高和下拱高分别限定为从弦60到吸力侧54和到压力侧52的距离。
翼面轮廓通常通过下列参数来表征：弦长c、最大拱高f、最大拱高f的位置df、最大翼面厚度t（其为沿着中位拱形线62的内接圆的最大直径）、最大厚度t的位置dt、以及鼻部半径（未示出）。这些参数一般限定为与弦长c之比。因此，局部相对叶片厚度t/c给定为局部最大厚度t与局部弦长c之比。另外，最大压力侧拱高的位置dp可以用作设计参数，当然最大吸力侧拱高的位置也可以用作设计参数。
图4示出了叶片的一些其他几何参数。叶片具有总叶片长度L。如图2所示，根部末端位于位置r = 0处，并且尖部末端位于r = L处。叶片的肩部40位于位置r = Lw处并且具有肩宽W，其中肩宽W等于肩部40处的弦长。根部的直径限定为D。另外，叶片设置有预弯曲，预弯曲限定为Δy，其对应于从叶片的俯仰轴线22的平面外偏转。
风力涡轮机叶片10通常包括由纤维加强的聚合物制成的壳体，并且一般制造为沿着结合线28胶合在一起的压力侧或逆风壳体部件24和吸力侧或顺风壳体部件26，其中结合线28沿着叶片10的后缘20和前缘18延伸。风力涡轮机叶片通常由纤维加强塑料材料例如玻璃纤维和/或碳纤维制成，这些材料布置在模具中并且用树脂固化以形成实心结构。当代的风力涡轮机叶片通常能够超过30或40米长，具有数米长的叶片根部直径。风力涡轮机叶片通常为了相对较长的寿命并且为了承受显著的结构载荷和动态载荷而设计。
在国际专利申请公开WO14027032（其内容通过引用并入本文）中，描述了一种叶片偏转监测系统，其中朝向风力涡轮机叶片的根部设置了至少一个无线通信设备，用于与朝向叶片尖部定位的至少一个无线通信设备进行通信。这些无线通信设备优选地形成超宽带（UWB）通信网络。优选地，本发明的系统和方法使用这样的配置来实现，但将理解的是，本发明可以等同地使用其他类型的叶片偏转监测配置来实现，例如基于激光的距离测量、单独的离散位置定位器设备等。
参照图5，示出了根据本发明的用于确定风力涡轮机叶片的偏转的方法。风力涡轮机叶片10和/或风力涡轮机2可以设置有可操作以确定风力涡轮机叶片的偏转的合适的控制器（未示出）。这样的控制器可以被提供作为一般风力涡轮机控制器的一部分，或者可以被提供作为独立的数据监测系统的一部分，该数据监测系统可以被布置成向风力涡轮机控制器提供输入信号。
作为本发明的一部分，提供了这样的风力涡轮机叶片10，其中叶片的叶片模态轮廓是已知的，见步骤100。模态轮廓的知识可以在风力涡轮机叶片运送至风力涡轮机以及随后安装在风力涡轮机上之前，根据在风力涡轮机叶片的初始设计过程期间提供的信息和/或根据在初始测试阶段（例如，在风力涡轮机叶片的动态测试期间）执行的测量得到。模态轮廓可以包括一系列规则，这些规则确定对于一系列的激励等级的叶片形状和/或在偏转期间可能出现的一系列叶片形状。模态形状可以是风力涡轮机叶片的长度的函数。
具有风力涡轮机叶片的模态特性的知识使得能够在风力涡轮机的操作期间精确地绘制风力涡轮机叶片形状的轮廓。因此，当与现有技术的系统相比较时，这种叶片特性的先验知识使得能够基于减少数量的传感器输入来为风力涡轮机叶片计算偏转轮廓。
一旦提供了具有已知模态轮廓的风力涡轮机叶片10，就在步骤102中限定叶片10的根部末端16和尖部末端14处的一组定位。这些定位被确定为叶片10上的点，这些点能够用于提供关于风力涡轮机叶片10的当前叶片模态形状的信息。这些定位沿着风力涡轮机叶片10的长度以设定距离布置，使得这两个定位之间的距离的任何变化都是风力涡轮机叶片10的偏转的结果。
优选地，根部末端定位布置在风力涡轮机叶片10上的预期不受叶片偏转影响的点处，而尖部末端定位布置在风力涡轮机叶片上的预期发生最大叶片偏转的点处​​。优选地，尖部末端定位的位置设成紧邻叶片10的尖部末端14或在叶片10的尖部末端14处，而根部末端定位的位置设成紧邻叶片10的根部末端16或在叶片10的根部末端16处。在替代实施方式中，根部末端定位的位置可以设在风力涡轮机2的转子毂部8上，邻近风力涡轮机叶片10的根部末端16并且布置成与风力涡轮机叶片10共同旋转。
在风力涡轮机操作期间，该方法包括监测预定根部定位和尖部定位之间的距离的步骤，即步骤104。优选地，该监测包括使用无线射频通信链路测量距离，但是将理解，可以使用监测这些定位之间的距离的其他方法，例如基于光或激光的距离监测系统。可替代地，可以监测根部定位和尖部定位的位置，例如，使用GPS定位器或其他类似的位置监测设备，并且基于位置的变化确定这些定位之间的距离。进一步可替代地，可以在根部定位与尖部定位之间建立通信链路，其中通信链路的特性（诸如无线通信链路的信号相位和/或信号强度）的变化可以用作根部定位和尖部定位移动得更靠近在一起或者彼此远离的指示。
利用建立的预定根部定位与尖部定位之间的距离，可以计算风力涡轮机叶片10的偏转，见步骤106。
随着叶片10上的两个已知点之间的距离被确定，测量的距离可以与风力涡轮机叶片的已知模态轮廓结合使用，以确定尖部末端定位的位置，并且进一步确定被偏转后的叶片形状。
在本发明的一个方面中，由于根部末端定位在叶片偏转期间基本上不会移动，所以根部末端定位可以被视为固定点，一系列的已知叶片模态形状可以与其相比较，以查看哪个叶片模态形状满足固定的根部末端定位与被偏转后的尖部末端定位之间的测量距离。一旦确定了满足测量的距离的叶片模态形状，则可以计算叶片的偏转。
参照图6，示出了基于根部定位与尖部定位之间的距离计算偏转的方法的一个方面。在图6的方法中，使用简单的三角测量或三边测量计算发现偏转。
根部末端定位限定在70处，其可以包括设置在支撑件或支架上的测量或通信设备，并且定位成朝向叶片10的根部末端16。尖部末端定位定义在72处，其可以包括与根部末端设备通过链路连接的适当的测量或通信设备，尖部末端定位的位置设成朝向叶片10的尖部末端14。根据步骤104监测根部定位70和尖部定位72之间的距离D1。
中间定位74被限定在所述根部定位70和所述尖部定位72之间。中间定位74的位置设在如下的点处，其中，在叶片的激励期间，尖部定位72基本上沿着大致以中间定位74为中心的假想圆移动。中间定位74限定成其中根部定位70与中间定位74之间的距离（根部-中间距离D2）是已知的，并且其中中间定位74与尖部定位72之间的距离（中间-尖部距离D3）是已知的。
在叶片10的激励期间，尖部定位72可以定位在一系列可能的激励定位中的任何一个处，在图6中示出了一些可能的激励位置。然而，根部定位70和尖部定位72之间的测量距离D1允许使用已知的根部-中间距离D2、已知的中间-尖部距离D3和测量的根部-尖部距离D1基于三边测量计算来计算尖部定位72的实际位置。然后，尖部定位72的实际位置可用于确定风力涡轮机叶片10的偏转。
应当理解，在所监测的尖部定位的位置在叶片的尖部末端处的实施方式中，该定位提供了叶片尖部末端的当前被偏转后的位置的指示。
还应当理解，在被监测的尖部定位被定位在叶片的尖部末端区域中但与实际尖部末端间隔开的实施方式中，被监测的尖部定位指示风力涡轮机叶片的已知定位的被偏转后的位置。叶片的被激励后的模态形状的范围的知识使得能够确定实际尖部末端的定位，因为尖部末端可以从监测的尖部定位的被偏转后的位置推算得到。
在本发明的进一步改进中，可以测量从根部定位到第一定位和第二定位的距离，第一定位和第二定位的位置设成朝向叶片尖部15。在该实施方式中，第一尖部定位的位置设成靠近叶片的实际尖部末端，而第二尖部末端优选地被定位在风力涡轮机叶片10的第二模态形状的节点处。通过测量到第二模态的节点的距离，可以使第一叶片模态和第二叶片模态彼此解耦。因此，第二模态形状的效果可以与第一模态形状隔离，使得可以提高叶片偏转计算的准确性。
在步骤106中计算出的叶片偏转轮廓可以用作本发明的方法的输出。在本发明的另一方面，在步骤106中计算出的叶片偏转轮廓被用作步骤108的输入，在步骤108中可以基于叶片偏转轮廓来调节风力涡轮机的控制和操作。
在优选的方面，叶片偏转轮廓可以用于确定来自被偏转的风力涡轮机叶片10的塔架撞击的可能性。在塔架撞击很可能的情况下，或者在塔架撞击的可能性超过特定安全性范围阈值的情况下，可以调整涡轮机操作，例如，通过使风力涡轮机叶片10俯仰以使得叶片尖部14从塔架4移离和/或通过执行涡轮机的制动来进行。
在本发明的改进形式中，可以针对风力涡轮机叶片上的两个已知定位之间的测量距离的至少一些值预先计算诸如叶片模态幅值、被激励后的叶片模态形状和/或叶片尖部定位之类的信息。预先计算的值可以存储在合适的存储设备中，例如计算机可读存储介质（如查询表）中，该计算机可读存储介质可以是合适的控制器的一部分或与其通信地链路连接。然后，可以在风力涡轮机叶片的操作期间访问数据。通过对至少一些测量的距离预先计算模态幅值、模态形状和/或尖部定位，可以增加该方法的处理速度，导致系统的更大的响应性。
在本发明的另一方面中，叶片偏转监测系统可以布置成通过重新计算根部定位和尖部定位之间的距离来重新校准偏转监测系统。 这样的重新校准可以通过使用具有用于距离和/或位置的计算的适当设备（例如无线通信设备）的多个根部定位和/或尖部定位来执行。可以使用处在不同定位处的设备之间的合适的三角测量或三边测量计算来建立这些定位之间的距离的重新校准。在本发明的另一方面，当风力涡轮机叶片布置在最小偏转变化的位置时（例如当风力涡轮机叶片被布置成处于指向涡轮机的地平面的大致竖直方位），可以执行这样的校准。
图7示出了用于风力涡轮机叶片（例如图1的叶片14）的示例性叶片偏转监测系统60。叶片偏转监测系统60包括布置在朝向风力涡轮机叶片的尖部末端的定位处的至少一个尖部元件61以及布置在朝向风力涡轮机叶片的根部末端的定位处的至少一个根部元件62。叶片偏转监测系统60包括距离测量系统63，距离测量系统63布置成测量所述至少一个尖部元件与所述至少一个根部元件之间的距离。因此，根据一些方面，距离测量系统63包括被配置以测量所述至少一个尖部元件与所述至少一个根部元件之间的距离的测量模块63a。叶片偏转监测系统60包括布置成接收风力涡轮机叶片的模态轮廓的控制器64。根据一些方面，控制器64包括构造成接收风力涡轮机叶片的模态轮廓的接收器模块64a。控制器64可操作以基于所测量的所述根部定位与所述尖部定位之间的距离和所述模态轮廓来计算叶片偏转轮廓。因此，根据一些方面，控制器64包括计算器模块64b，计算器模块64b被配置以基于所测量的所述根部定位与所述尖部定位之间的距离和所述模态轮廓来计算叶片偏转轮廓。
基于已知的叶片模态轮廓的具有这种系统的叶片的使用和用于计算叶片偏转的方法使得能够更快、更高效、更精确地计算叶片偏转，这可以导致对涡轮机操作的改进的控制。
本发明不限于此处所描述的实施方式，并且可以在不偏离本发明的范围的情况下进行修改或改动。

Claims (14)

1.一种计算具有叶片偏转监测系统的风力涡轮机叶片的叶片偏转轮廓的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有已知模态轮廓的风力涡轮机叶片；
测量朝向所述风力涡轮机叶片的根部末端的至少一个根部定位与朝向所述风力涡轮机叶片的尖部末端的至少一个尖部定位之间的距离；以及
基于所测量的所述根部定位与所述尖部定位之间的距离和所述已知模态轮廓计算叶片偏转轮廓。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述叶片偏转轮廓用作风力涡轮机安全系统的输入，其中所述叶片偏转轮廓用于计算所述风力涡轮机叶片的偏转是否超过塔架撞击的安全阈值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：在所述至少一个根部定位与所述至少一个尖部定位之间提供无线通信链路，优选地是无线射频通信链路。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法包括提供第一根部定位和第二根部定位和/或第一尖部定位和第二尖部定位的步骤，其中计算叶片偏转轮廓的所述步骤基于在具有最佳信号强度、信号质量和/或（RF）视线的特定根部定位与尖部定位组合之间测量的距离。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述方法包括校准叶片偏转监测系统的步骤，其中所述校准包括在所述第一根部定位和第二根部定位与所述至少一个尖部定位之间执行三角测量或三边测量操作。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括提供至少第一尖部定位和第二尖部定位，其中第一尖部定位被布置成靠近风力涡轮机叶片的尖部末端，并且第二尖部定位被定位在所述风力涡轮机叶片的第二模态形状的节点处。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
测量从所述至少一个根部定位到所述第一尖部定位的第一距离；
测量从所述至少一个根部定位到所述第二尖部定位的第二距离；以及
基于所述第一距离和所述第二距离以及所述已知模态轮廓计算叶片偏转轮廓。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
测量风力涡轮机叶片上的两个已知定位之间的距离；
基于所述测量的距离计算叶片模态幅值；以及
使用所述计算的叶片模态幅值确定所述风力涡轮机叶片的被激励后的叶片模态形状。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：计算当风力涡轮机叶片被偏转或激励时所述风力涡轮机叶片上的已知尖部定位的位置，其中所述方法包括以下步骤：
限定朝向所述风力涡轮机叶片的根部末端的根部定位；
限定朝向所述风力涡轮机叶片的尖部末端的尖部定位；以及
限定所述根部定位与所述尖部定位之间的中间定位，其中所述中间定位的位置设在如下的点，其中：在叶片的激励期间，所述尖部定位基本上沿着大约以所述中间定位为中心的假想圆移动，
其中所述根部定位与所述中间定位之间的距离（根部-中间距离）是已知的，并且其中所述中间定位与所述尖部定位之间的距离（中间-尖部距离）是已知的，所述方法还包括以下步骤：
测量在所述风力涡轮机叶片的激励期间所述根部定位与所述尖部定位之间的距离；以及
使用已知的根部-中间距离、已知的中间-尖部距离和测量的根部-尖部距离，基于三边测量计算来计算在所述风力涡轮机叶片的激励期间所述尖部定位的位置。
10.一种控制风力涡轮机的方法，包括基于根据权利要求1至9中任一项所述的方法计算的叶片偏转轮廓来控制所述风力涡轮机，优选地，其中所述控制的步骤包括叶片俯仰角的调节、涡轮机偏航角的调节、发电机额定或输出等级的调节以及执行所述风力涡轮机的紧急停机中的至少一项。
11.一种用于风力涡轮机叶片的叶片偏转监测系统，其布置成执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。
12.一种用于风力涡轮机叶片的叶片偏转监测系统，所述系统包括：
待被布置在朝向风力涡轮机叶片的尖部末端的定位处的至少一个尖部元件；
待被布置在朝向风力涡轮机叶片的根部末端的定位处的至少一个根部元件；
距离测量系统，所述距离测量系统布置成测量所述至少一个尖部元件与所述至少一个根部元件之间的距离；以及
控制器，所述控制器布置成接收风力涡轮机叶片的模态轮廓，所述控制器可操作以基于所测量的所述根部定位与所述尖部定位之间的距离和所述模态轮廓来计算叶片偏转轮廓。
13.一种风力涡轮机叶片控制器，其可操作以基于计算出的叶片偏转轮廓和/或由根据权利要求11或12所述的叶片偏转监测系统生成的控制信号来控制风力涡轮机的操作。
14.一种风力涡轮机，其包括至少一个具有根据权利要求11或12所述的叶片偏转监测系统和/或根据权利要求13所述的风力涡轮机叶片控制器的风力涡轮机叶片。
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