CN113454335A - 修正桨距角 - Google Patents

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CN113454335A CN201980092264.5A CN201980092264A CN113454335A CN 113454335 A CN113454335 A CN 113454335A CN 201980092264 A CN201980092264 A CN 201980092264A CN 113454335 A CN113454335 A CN 113454335A
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Abstract

提供了一种修正风力涡轮机的叶片的桨距角偏差的方法。提供了在风力涡轮机以第一运行模式运行时测量的第一叶片负载测量结果，并将其用于确定校准参数。提供了在风力涡轮机以第二运行模式运行时测量的第二叶片负载测量结果，并且应用校准参数来确定经校准的叶片负载测量结果。涡轮机的至少一个叶片的桨距角偏差基于经校准的叶片负载测量结果之间的识别差异来估计，并且桨距角被调节以修正桨距角偏差。

Description

修正桨距角
技术领域
本发明涉及一种修正风力涡轮机的叶片的桨距角的方法。
背景技术
现代风力涡轮机通常采用可变桨距设计，其中涡轮机的每个叶片都可以变桨以改变其相对于来风的相应攻角。叶片的桨距调节机构通常在涡轮机的建造期间通过人工视察对准在它们的零桨距位置。这会导致叶片报告的桨距角与叶片的空气动力学真实桨距之间的差异。这种桨距角偏差会降低风力涡轮机的功率输出，并增加涡轮机经历的负载。
桨距偏差还会造成能够被检测到的转子不平衡。然而，转子不平衡也可能由其他因素引起，诸如由叶片之间的质量差异和叶片上的冰引起。因此，传统的控制系统不能识别或修正桨距偏差。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种修正风力涡轮机的叶片的桨距角偏差的方法，所述风力涡轮机包括多个叶片，所述方法包括：
为所述多个叶片中的每个叶片提供第一叶片负载测量结果，所述第一叶片负载测量结果在风力涡轮机以第一运行模式运行时进行测量；
确定校准参数以修正叶片的第一叶片负载测量结果之间的差异；
为每个叶片提供第二叶片负载测量结果，所述第二测量结果在风力涡轮机以第二运行模式运行时进行测量，其中，所述风力涡轮机在所述第一运行模式期间经历的风速比在所述第二运行模式期间低；
将所述校准参数应用于所述第二叶片负载测量结果以确定经校准的叶片负载测量结果；
识别叶片的经校准的叶片负载测量结果之间的差异；
估计造成识别差异的至少一个叶片的桨距角偏差；以及
改变叶片中的所述至少一个叶片的桨距角以修正所述桨距角偏差。
在该方法的一些实施例中，识别经校准的叶片负载测量结果之间的差异可以包括：确定目标叶片负载；以及识别所述至少一个叶片的经校准的叶片负载测量结果与所述目标叶片负载之间的差异。
估计所述桨距角偏差可以包括估计所述至少一个叶片的桨距角偏差，所述至少一个叶片造成该叶片的经校准的叶片负载测量结果与所述目标叶片负载之间的差异。
在一些实施例中，确定所述目标叶片负载可以包括确定经校准的叶片负载测量结果的平均值。
在这样的实施例中，可以为风力涡轮机的每个叶片估计桨距角偏差，并且可以调节叶片中的每一个的桨距角以修正相应的桨距角偏差。
在一些实施例中，确定所述目标叶片负载可以包括：将一个叶片识别为主叶片；以及将所述主叶片的经校准的叶片负载测量结果设置为目标叶片负载。
在一些实施例中，估计叶片的桨距角偏差可以包括：针对叶片的给定桨距角偏差，对叶片的预期叶片负载测量结果的差异进行建模；以及将建模差异与识别差异进行比较以估计所述至少一个叶片的桨距角偏差。
在一些实施例中，估计叶片的桨距角偏差还可以包括：根据建模差异与识别差异的比较来估计修正所述识别差异所需的桨距角调节的幅值和/或方向。
在一些实施例中，改变叶片中的所述至少一个叶片的桨距角以修正所述桨距角偏差可以包括：递增地改变所述至少一个叶片的桨距角；以及重新估计所述至少一个叶片的桨距角偏差。
在一些实施例中，确定校准参数以修正叶片的第一叶片负载测量结果之间的差异包括：确定所述第一叶片负载测量结果的平均值；以及确定每个叶片的相应校准参数以修正该叶片的第一叶片负载测量结果与所述平均值之间的差异。
在一些实施例中，确定校准参数以修正叶片的第一叶片负载测量结果之间的差异可以包括：将叶片中的一个识别为主叶片；以及确定其他叶片中的每一个的相应校准参数以修正该叶片的第一叶片负载测量结果与所述主叶片的第一叶片负载测量结果之间的差异。
在一些实施例中，在第一运行模式期间，风力涡轮机可以空转运行；并且在第二运行模式期间，风力涡轮机可以部分负载或满负载运行。
在这样的实施例中，确定校准参数可以包括根据与相应测量结果相关联的叶片的旋转角对每个叶片的第一叶片负载测量结果的测量结果进行分箱(归类，binning)。旋转角是叶片在转子平面中相对于涡轮机叶片的预定零位置的位置。
在一些实施例中，识别叶片的经校准的叶片负载测量结果之间的差异可以包括：根据与每个测量结果相关联的风速对每个叶片的经校准的叶片负载测量结果进行分箱。
在一些这样的实施例中，识别叶片的经校准的叶片负载测量结果之间的差异还可以包括：确定风速与所述至少一个叶片的经校准的叶片负载测量结果和目标叶片负载之间的差异之间的关系。
在一些这样的实施例中，估计叶片的桨距角偏差可以包括：对风速与所述至少一个叶片的给定桨距角偏差的差异之间的关系进行建模；以及将建模的关系与确定的关系进行比较以估计所述至少一个叶片的桨距角偏差。
在一些实施例中，在第一运行模式期间，风力涡轮机可以部分负载运行；并且在第二运行模式期间，风力涡轮机可以满负载运行。
在一些这样的实施例中，确定校准参数可以包括：根据与相应测量结果相关联的风速对每个叶片的第一叶片负载测量结果的测量结果进行分箱。
在一些实施例中，识别叶片的经校准的叶片负载测量结果之间的差异可以包括：根据与每个测量结果相关联的桨距角对每个叶片的经校准的叶片负载测量结果进行分箱。
在这样的实施例中，识别叶片的经校准的叶片负载测量结果之间的差异还可以包括：确定桨距角与所述至少一个叶片的经校准的叶片负载测量结果和目标叶片负载之间的差异之间的关系。
在一些这样的实施例中，所述桨距角与所述差异之间的关系可以是作为桨距角的函数的叶片负载的变化率。
在一些实施例中，估计叶片的桨距角偏差可以包括：
对桨距角与所述至少一个叶片的给定桨距角偏差的差值之间的关系进行建模；以及
将建模的关系与确定的关系进行比较以估计所述至少一个叶片的桨距角偏差。
本发明的第二方面提供了一种风力涡轮机，其包括：
多个叶片，每个叶片与相应的叶片负载传感器相关联；和
桨距调节机构，其被配置为调节叶片中的每一个的桨距；以及
控制系统，其被配置为从所述叶片负载传感器接收叶片负载测量结果，以及控制所述桨距调节机构；
其中，所述控制系统被配置为执行第一方面的任何实施例的方法，以修正所述多个叶片中的至少一个的桨距角偏差。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的实施例，其中：
图1是风力涡轮机的示意图；
图2是风力涡轮机的控制系统的示意图；
图3示出了控制风力涡轮机以修正桨距角偏差的方法；
图4示出了能够使用图3所示的方法实现的能量生产的增加；
图5a-d示出了该方法的一个实施例的校准步骤；
图6a-d示出了该实施例的桨距修正步骤；
图7a-b示出了该方法的另一个实施例的校准步骤；以及
图8a-c示出了该另一个实施例的桨距修正步骤。
具体实施方式
图1以示意性透视图示出了风力涡轮机100的示例。风力涡轮机100包括塔架102、在塔架顶点处的机舱103、以及操作性地联接到容纳在机舱103内的发电机的转子104。除发电机外，机舱还容纳有将风能转换为电能所需的各种各样的部件以及运行、控制和优化风力涡轮机100的性能所需的各种部件。风力涡轮机的转子104包括中央轮毂105和从中心轮毂105向外突出的多个叶片106。在示出的实施例中，转子104包括三个叶片106，但是该数量可以变化。此外，风力涡轮机包括控制系统。控制系统可放置在机舱内或分布在涡轮机内的多个位置处并通信连接。
风力涡轮机100可以被包括在属于风力发电厂(也被称为风电场或风电园区)的一批其他风力涡轮机中，该风力发电厂用作通过传输线与电网连接的电力生成厂。电网通常由通过传输线网络联接的发电站、传输电路和变电站网络组成，这些传输线将电力传输给呈终端用户和电力公用事业的其他客户形式的负载。
图2示意性地示出了控制系统200的实施例以及风力涡轮机的元件。风力涡轮机包括转子叶片106，其通过齿轮箱203机械连接到发电机202。在直接驱动系统和其他系统中，可以不存在齿轮箱203。发电机202生成的电力经由电转换器205注入到电网204中。发电机202和转换器205可以基于满量程转换器(FSC)架构或双馈感应发电机(DFIG)架构，但也可以使用其他类型。
控制系统200包括多个元件，所述多个元件包括至少一个具有处理器和内存的主控制器220，使得处理器能够基于存储在内存中的指令执行计算任务。一般而言，风力涡轮机控制器确保在运行中风力涡轮机生成所请求的功率输出水平。这是通过调节叶片106的桨距角和/或转换器205的功率提取来获得的。为此，控制系统包括：桨距系统，其包括使用桨距参考208的桨距控制器207；以及功率系统，其包括使用功率参考206的功率控制器209。风力涡轮机转子包括可以通过变桨机构来变桨的转子叶片。转子包括能够使转子叶片单独变桨的单独变桨系统，并且可以包括同时调节所有转子叶片的所有桨距角的公共变桨系统。控制系统或控制系统的元件可以放置在发电厂控制器(未示出)中，使得涡轮机可以基于外部提供的指令进行运行。
控制系统200还包括多个传感器230(为清楚起见，图2中仅表示了一个传感器)。传感器230测量每个叶片106上的负载。特别地，传感器230可以测量每个叶片106的根部弯矩。
当初始构造涡轮机100时，手动对准每个叶片106的桨距。这可能导致控制系统200为叶片106报告的桨距角与叶片的实际气动桨距之间的差异。控制系统200使用桨距来针对当前风力条件优化涡轮机100的性能。叶片106的实际桨距和报告的桨距之间的任何不匹配都可能导致涡轮机100次优地运行，从而减少能够从风中提取的能量的量。
图3示出了修正桨距角的偏差的方法300。方法300允许在涡轮机运行时自动修正桨距偏差。它不需要手动重新视察叶片的桨距位置，并且避免了与转子不平衡导致的桨距偏差检测相关联的问题。
在步骤301，提供了涡轮机100的每个叶片106的第一叶片负载测量结果。第一叶片负载测量结果是来自风力涡轮机以第一运行模式(诸如空转或部分负载区域)运行时的测量结果。第一叶片负载测量结果可以是最近测量的，或者可以从数据存储器提供。例如，在涡轮机100的初始启动时段期间，可以已经记录了第一叶片负载测量结果，并且将其存储以供以后使用。第一叶片负载测量结果可以是每个叶片106经历的根部弯矩的测量结果。
在步骤302，确定校准参数以修正叶片的第一叶片负载测量结果之间的差异。该步骤确保观察到的叶片负载差异不是由于不同的叶片负载传感器230本身造成的。例如，可以为与每个叶片106相关联的传感器230确定增益乘数和偏移值。校准参数可以使用第一测量结果的平均值(例如平均数或中值)来确定，或者通过针对预定的主叶片校准第一测量结果来确定。
在步骤303，为每个叶片提供第二叶片负载测量结果。第二测量结果在风力涡轮机以第二运行模式运行时进行测量。第二运行模式是风力涡轮机100的比第一运行模式更高风速的运行区域。例如，在第一运行模式是部分负载运行的情况下，第二运行模式可以是满负载运行。可以从数据存储器提供第二叶片负载测量结果。
在步骤304，校准参数被应用于第二叶片负载测量结果以确定经校准的叶片负载测量结果。特别地，与叶片106相关联的传感器320的校准参数可以应用于该叶片的第二叶片负载测量结果。该步骤基本上从第二叶片负载测量结果中消除了由于传感器320本身造成的系统误差。叶片的经校准的叶片负载测量结果之间的任何其余差异都可能与桨距角差异有关。
在步骤305，识别叶片106的经校准的叶片负载测量结果之间的差异。特别地，识别经校准的叶片负载测量结果之间的差异可以包括：确定目标叶片负载；以及识别所述至少一个叶片的经校准的叶片负载测量结果与目标叶片负载之间的差异。目标叶片负载可以例如是经校准的叶片负载测量结果的平均数，或者可以是预定的主叶片经历的叶片负载。目标叶片负载可以作为风力涡轮机的运行条件的函数而变化，例如作为风速或旋转角的函数而变化。将该差异与目标叶片负载进行比较为评估叶片之间的差异提供了公共参考点。
在步骤306，估计造成识别差异的至少一个叶片106的桨距角偏差。在相对于目标叶片负载识别叶片负载的差异的实施例中，估计桨距角偏差可以特别地包括估计所述至少一个叶片的桨距角偏差，所述至少一个叶片造成该叶片的经校准的叶片负载测量结果与目标叶片负载之间的差异。
在步骤307，叶片106中的至少一个的桨距角被改变以修正桨距角偏差。
应注意，在其中确定校准参数的步骤301-302可以在与其余步骤303-307分开的时间执行。例如，校准步骤301-301可以在风力涡轮机100的初始调试时段期间执行。然后，桨距修正步骤303-307可以在一段时间后执行，例如在几个月或几年之后的时段执行。
因此，方法300基于叶片之间的差异修正桨距角偏差，而不是基于其绝对位置单独地修正每个叶片。这可能意味着通过该方法使单独完全对准的叶片稍微变得未对准。然而，已经认识到，通过修正观察到的叶片之间的差异，即使单独的叶片变得未对准，也可以增加涡轮机的总能量输出。
通过方法300可能实现的总能量生产的增加在图4中示出。图4示出了给定风力涡轮机类型100的典型年能量生产(AEP[MWh])作为(每个叶片的)桨距误差的函数。点401-403示出了涡轮机100的叶片106的初始桨距误差。如点401和403所示，叶片中的两个未对准(分别为-1°和0.3°)。点402表示的叶片初始是完全对准的。
在对图4中表示的叶片106执行的方法300的特定实施例中，每个叶片被调节以修正其经校准的叶片负载与平均的经校准的叶片负载(即目标叶片负载是平均叶片负载)之间的差异。平均值可以是经校准的叶片负载的中值或平均数。作为该修正的结果，每个叶片106(包括由点402表示的初始完全对准的叶片)的桨距都被调节。每个叶片的新桨距误差由图4中的点404表示。由此，可以看出三个叶片一起产生的总能量通过调节到平均值而增加。
在替代实施例中，代替将每个叶片修正到平均值，叶片106中的一个可以被识别为主叶片。然后将主叶片的经校准的叶片负载用作目标叶片负载。其余叶片106中的每一个的桨距被调节以消除那些叶片的经校准的叶片负载与主叶片的经校准的叶片负载之间的差异。例如，可以假设第一叶片106正确对准，并因此被识别为主叶片。然后，涡轮机100的其他叶片106被修正以匹配主叶片。这可以允许对涡轮机100的叶片106的桨距的快速初始校准。在初始对准主叶片时可以格外小心，以确保其他叶片被修正为匹配对准良好的叶片。
在方法300中，估计叶片的桨距角偏差的步骤306可以包括：针对叶片的给定桨距角偏差，对叶片的预期叶片负载测量结果的差异进行建模；以及将建模差异与识别差异进行比较以估计所述至少一个叶片的桨距角偏差。例如，可以针对以0.5°为增量或以1°为增量的桨距角偏差对预期的叶片负载差异进行建模。例如，可以针对-2°、-1°、0°、1°和2°的桨距角偏差对预期的叶片负载差异进行建模。然后，将建模差异与识别差异进行比较可以包括：选择最接近识别差异(或在行为上最接近识别差异)的建模差异；以及基于选定的建模差异的给定桨距角调节桨距角。
该模型可以例如将涡轮机的运行条件与该叶片的预测叶片负载相关联。该模型可以包括查找表。例如，该模型可以是涡轮机100的推力系数(Ct)表，其将推力系数与桨距和叶尖速比相关联。叶尖速比是叶片尖部的切向速度与风速的比值。
在一些实施例中，估计叶片106的桨距角偏差的步骤306还可以包括：根据建模差异与识别差异的比较来估计修正识别差异所需的桨距角调节的幅值和/或方向。换句话说，没有必要提取桨距偏差的精确值。取而代之，所需修正的方向和/或幅值可以从建模差异中估计出来，然后可以基于该估计调节一个或多个叶片106的桨距。然后，可以重新执行方法300的修正步骤302-307，以测试调节是否减小了桨距角偏差。
为了最小化以降低功率生产的方式调节叶片的桨距的可能性，桨距角可以递增地调节，例如以0.5°和1°之间或0.2°和0.5°之间的步长进行调节。在递增调节之后，方法300的修正步骤302-306可以使用新的第二测量结果再次执行，以查看递增调节是改善还是恶化了叶片106的桨距角偏差。如果桨距角偏差已经减小，则步骤307可以再次执行，以通过进一步的增量来调节至少一个叶片的桨距角。如果桨距角偏差增加，则叶片的桨距可以被重新设置到它们的初始位置。这些方法步骤可以重复进行，直到叶片之间没有桨距偏差，或者直到估计的叶片负载偏差小于0.5°或小于0.2°。随着桨距角偏差逐步减小，所使用的增量的大小可以减小。替代地，增量可以被实现为估计的桨距角偏差的一个比例(或增益)。例如，该比例可以在0.3和0.8之间。叶片的经调节的桨距位置可以维持达试验时段，在此期间可以评估涡轮机100的能量输出。如果输出减少，则叶片的桨距位置可以被重新设置到它们的初始位置。
图5-8示出了方法300的具体实施方式。
图5和图6分别示出了方法300的特定实施例的校准步骤和修正步骤。在该实施例中，第一次测量是在涡轮机空转时(例如，风速低于4m/s)进行的。第二次测量是在涡轮机处于部分负载时(例如，风速在5到9m/s之间)进行的。
图5a示出了在空转运行期间当叶片在转子平面中旋转时每个叶片106经历的叶片负载，相对于测量时叶片在转子平面中的角位置(即，叶片的方位角位置)进行绘制。在空转时，叶片经历的负载主要是由于重力造成的。这会导致叶片负载出现周期性变化，如在图5a中可以看出。由于每个叶片具有大致相同的质量，因此每个叶片应经历大致相同的负载变化。测量的叶片负载之间的任何差异都可能是由于测量叶片负载的传感器230中的系统误差造成的。
为了确定测量的叶片负载之间的差异，对测量结果求平均值，并确定每个叶片的测量结果与平均值之间的差异。图5b示出了与图5a的叶片的平均值(在这种情况下为平均数)的差异。然后为每个叶片确定校准参数。特别地，为每个叶片x计算增益值Gx和偏移值Ox(其中x可以是图5a中指示的叶片A、叶片B或叶片C)，以基本上消除与该叶片的平均数的差异。
然后，叶片x的经校准的叶片负载测量结果BladeLoadxCalibrated可以根据由相应传感器230测量的原始叶片负载测量结果BladeLoadx使用下式进行计算：
Blade LoadxCalibrated＝Bla deLoadx×Gx+Ox
在该实施例中，该平均值被确定为转子平面中的角位置的函数。在替代示例中，可以确定平均的峰值-峰值叶片负载值，并且基于单个峰值-峰值负载与平均的峰值-峰值之间的差异产生校准参数。
为了说明校准参数的影响，图5c示出了在应用相应的校准参数时图5a的测量结果。图5d示出了这些经校准的测量结果与其平均数的差异。将图5d与图5b进行比较，很明显，校准参数大大减小了单独的叶片负载与所有转子角度上的平均叶片负载之间的差异。
确定了空转区域中每个叶片的校准参数后，该方法现在继续进行，使用来自部分负载区域的测量结果来修正桨距角偏差。
图6a示出了叶片106中的每一个经历的叶片负载，相对于进行相应测量时涡轮机100经历的风速进行绘制。校准参数已经应用于图6a中的测量结果。不同叶片经历的叶片负载之间的明显差异可能是由于桨距角偏差造成的。
在该实施例中，每个叶片的桨距基于平均叶片负载进行修正，如关于图4所讨论的那样。为此，每个经校准的叶片负载和平均叶片负载之间的差异作为风速的函数被确定。产生的差异如图6b所示。
然后，该方法继续进行，使用将运行参数与桨距和叶片负载相关联的模型来估计将导致每个经校准的叶片负载与平均值之间的差异的桨距角偏差。例如，可以使用推力系数表。
图6c示出了对于1°、0°和-1°的桨距误差，叶片106经历的作为风速的函数的估计叶片负载。还可以计算对于其他给定桨距误差值的叶片负载，但是为了清楚期间，没有在图6c中示出。例如，可以在-5°到5°或-2°到2°范围内针对0.5°增量或1°增量的桨距误差计算叶片负载。
图6d示出了图6c的估计叶片负载与没有桨距误差的叶片的建模叶片负载之间的差异。可以看出，不同的桨距误差产生的叶片负载作为风速的函数表现不同。特别地，作为风速的函数的差异的梯度对于+1°的桨距误差为正，对于-1°的桨距误差为负。1°和-1°的绝对差异值约为5％。
可以将建模差异与图6b中所示的经校准的测量结果的差异进行比较，以估计叶片的实际桨距误差。例如，可以比较差异的绝对值和差异的梯度。例如，图6b中的叶片中的两个具有大约5％的差异和正梯度。因此，可以估计这些叶片的桨距误差约为+1°。其余的叶片具有绝对值大约为10％的差异和负梯度。假设叶片负载和桨距误差之间大致呈线性关系，可以估计该叶片的桨距误差约为-2°。然后可以调节每个叶片的桨距以修正其相应的估计桨距误差。
在上面的示例中，桨距角是使用经校准的叶片负载与平均数之间的差异的绝对值；以及该差异相对于风速的梯度来具体估计的。然而，一般而言，识别经校准的叶片负载测量结果之间的差异的步骤305可以包括：确定风速与叶片的经校准的叶片负载测量结果和目标/平均叶片负载之间的差异之间的任何关系。估计叶片的桨距角偏差的步骤306可以包括：对风速与所述至少一个叶片的给定桨距角偏差的差异之间的关系进行建模；以及将建模的关系与确定的关系进行比较以估计所述至少一个叶片的桨距角偏差。该关系可以例如是近似关系，或者是分箱测量结果的最佳拟合线的斜率。该关系可以在测量的风速的子部分上确定。
为了提供叶片负载的准确值，每个叶片的测量可以重复多次。例如，可以在预定天数内(例如在3-5天之间)进行测量，或者只要涡轮机维持在这些测量所需的运行区域内就进行测量。第一/第二测量结果可以包括所有记录的测量结果，相对于转子位置/风速进行分箱；或者可以包括在特定转子位置/风速下叶片负载的平均值。
图5和图6所示的实施例使用空转时段来校准叶片负载测量结果。该方法在涡轮机100的初始启动期间、在停机之后重新启动涡轮机时或在存在非常低的风的时段时特别有用。然而，一些涡轮机(特别是海上涡轮机)可能仅非常罕见地在空转时段运行。图7和图8示出了方法300的替代实施例，其不需要涡轮机空转。
图7和图8分别示出了方法300的替代实施例的校准步骤和修正步骤。在该实施例中，第一次测量是在涡轮机处于部分负载时(例如，风速在5m/s和9m/s之间——当涡轮机100以固定桨距角运行时)进行的。第二次测量是在涡轮机处于满负载时(例如，风速高于12m/s——当涡轮机100以固定转子速度运行时)进行的。满负载是指涡轮机以其额定功率运行。部分负载是正在生成电力，但低于额定功率进行运行。最好不使用风速在9m/s和12m/s之间进行的测量，因为这是速度控制运行和桨距控制运行之间的过渡区域。
图7a示出了在部分负载运行期间测量的每个叶片106(在图中分别标记为叶片A、叶片B和叶片C)的叶片负载的第一测量结果。叶片负载作为测量时的风速的函数被分箱。如上文关于图5和图6所描述的那样，叶片负载可以在较长的时段内进行，并且所有测量结果都相对于风速进行分箱，或者针对特定风速值找到平均叶片负载。
类似于上文关于图5描述的过程，通过寻找消除每个叶片的第一测量结果与第一测量结果的平均数之间的差异的校准参数来校准测量结果。图7b示出了图7a的测量结果，其中应用了校准参数。可以看出，原始数据中叶片负载之间的差异已被校准参数消除。
确定了校准参数后，该方法继续进行，基于在第二运行模式(即满负载运行)中观察到的叶片负载差异来修正桨距误差。
图8a示出了在第二运行模式中每个叶片106的叶片负载测量结果，其中已经应用了校准参数。在满负载运行中，桨距控制用于维持涡轮机100的功率输出。因此，每个叶片106的叶片负载被绘制为进行测量时该叶片的桨距角的函数。在替代实施例中，叶片负载可以替代地作为风速的函数被分箱，但是使用桨距代替风速可以提供更准确的结果。
由于图8a中所示的测量结果已经过校准，因此每个叶片的负载之间的差异很可能是由桨距误差引起的。图8b示出了每个叶片的经校准的叶片负载与平均叶片负载之间的作为桨距角的函数的差异。在这种情况下，该差异是单独的叶片负载与每个叶片的平均叶片负载的比值。
如前所述，每个叶片的桨距误差可以通过将观察到的与平均值的差异与建模差异进行比较来估计。特别地，叶片负载可以使用推力系数Ct表来建模，该推力系数Ct表将桨距角和叶尖速比与叶片负载相关联。这种模型用于确定桨距误差给定值的叶片负载。从Ct表确定的推力系数本身可以在该方法中用作估计叶片负载的代理。替代地，估计叶片负载可以从推力系数导出。导出叶片负载可以提供更准确的结果。
图8c示出了+1°和-1°的桨距误差的Ct比值(即特定桨距误差值的建模推力系数除以零桨距误差的叶片的建模推力系数)。也可以针对其他桨距误差值确定建模的Ct比值，但为了清楚起见并未在图8b中示出。例如，叶片负载/Ct值可以在-3°到3°或-2°到2°的范围内以0.5°的增量或1°的增量的桨距误差进行计算。在该示例中，如上所述，Ct被用作估计的叶片负载的代理，但在其他示例中，叶片负载可以从Ct值导出，并且使用建模叶片负载比值代替Ct比值。
每个叶片的桨距偏差是通过将测量差异(即图8b中所示的那些)与建模的叶片负载/Ct比值进行比较来确定的。识别与叶片的测量差异最匹配的建模叶片负载比值，并且将产生该建模比值的桨距误差视为该叶片的桨距误差。特别地，可以将作为桨距角的函数的建模比值的梯度与测量差异的梯度进行比较。替代地，可以确定作为桨距角的函数的建模比值的梯度，如图8c所示。然后，可以假设梯度的幅值与桨距误差成线性比例。通过将测量差异的梯度的幅值与建模梯度的幅值进行比较，可以确定桨距误差的值。桨距误差的方向(即+或-)可以从梯度的方向确定。例如，如果测量梯度是建模梯度的0.7倍，则可以假定桨距误差为建模桨距误差值的0.7倍。
一旦识别了桨距误差，就调节每个叶片106的桨距以修正其相应的桨距误差。如上所述，叶片的桨距可以递增地调节，从而可以在进一步调节叶片的桨距之前评估新桨距安排中的涡轮机的性能。
虽然本发明已经参考一个或多个优选实施例进行了描述，但应当理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变或修改。

Claims (15)

1.一种修正风力涡轮机的叶片的桨距角偏差的方法，所述风力涡轮机包括多个叶片，所述方法包括：
为所述多个叶片中的每个叶片提供第一叶片负载测量结果，所述第一叶片负载测量结果在风力涡轮机以第一运行模式运行时进行测量；
确定校准参数以修正叶片的第一叶片负载测量结果之间的差异；
为每个叶片提供第二叶片负载测量结果，所述第二测量结果在风力涡轮机以第二运行模式运行时进行测量，其中，风力涡轮机在所述第一运行模式期间经历的风速比在所述第二运行模式期间低；
将所述校准参数应用于所述第二叶片负载测量结果以确定经校准的叶片负载测量结果；
识别叶片的经校准的叶片负载测量结果之间的差异；
估计造成识别差异的至少一个叶片的桨距角偏差；以及
改变叶片中的所述至少一个叶片的桨距角以修正所述桨距角偏差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
识别经校准的叶片负载测量结果之间的差异包括：
确定目标叶片负载；以及
识别所述至少一个叶片的经校准的叶片负载测量结果与所述目标叶片负载之间的差异；并且
估计所述桨距角偏差包括估计所述至少一个叶片的桨距角偏差，所述至少一个叶片造成该叶片的经校准的叶片负载测量结果与所述目标叶片负载之间的差异。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述目标叶片负载包括确定经校准的叶片负载测量结果的平均值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，为风力涡轮机的每个叶片估计桨距角偏差，并且其中调节叶片中的每一个的桨距角以修正相应的桨距角偏差。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述目标叶片负载包括：
将一个叶片识别为主叶片；以及
将所述主叶片的经校准的叶片负载测量结果设置为所述目标叶片负载。
6.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，估计叶片的桨距角偏差包括：
针对叶片的给定桨距角偏差，对叶片的预期叶片负载测量结果的差异进行建模；以及
将建模差异与识别差异进行比较以估计所述至少一个叶片的桨距角偏差。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，估计叶片的桨距角偏差还包括：
根据建模差异与识别差异的比较来估计修正所述识别差异所需的桨距角调节的幅值和/或方向。
8.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，改变叶片中的所述至少一个叶片的桨距角以修正所述桨距角偏差包括：
递增地改变所述至少一个叶片的桨距角；以及
重新估计所述至少一个叶片的桨距角偏差。
9.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中：
在所述第一运行模式期间，风力涡轮机空转运行；并且
在所述第二运行模式期间，风力涡轮机部分负载或满负载运行。
10.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，确定所述校准参数包括：根据与相应测量结果相关联的叶片的旋转角对每个叶片的第一叶片负载测量结果的测量结果进行分箱。
11.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，识别叶片的经校准的叶片负载测量结果之间的差异包括：根据与每个测量结果相关联的风速对每个叶片的经校准的叶片负载测量结果进行分箱。
12.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中：
在所述第一运行模式期间，风力涡轮机部分负载运行；并且
在所述第二运行模式期间，风力涡轮机满负载运行。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，确定所述校准参数包括：根据与相应的测量结果相关联的风速对每个叶片的第一叶片负载测量结果的测量结果进行分箱。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中，识别叶片的经校准的叶片负载测量结果之间的差异包括：根据与每个测量结果相关联的桨距角对每个叶片的经校准的叶片负载测量结果进行分箱。
15.一种风力涡轮机，其包括：
多个叶片，每个叶片与相应的叶片负载传感器相关联；和
桨距调节机构，其被配置为调节叶片中的每一个的桨距；以及
控制系统，其被配置为从所述叶片负载传感器接收叶片负载测量结果，以及控制所述桨距调节机构；
其中，所述控制系统被配置为执行任一项前述权利要求所述的方法，以修正所述多个叶片中的至少一个的桨距角偏差。
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