CN114458546A - 用于确定和跟踪风力涡轮塔架的顶部枢轴点的方法和系统 - Google Patents

用于确定和跟踪风力涡轮塔架的顶部枢轴点的方法和系统 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于确定风力涡轮塔架的塔架顶部枢轴点(TPP)的地理性定位的系统和方法，所述风力涡轮塔架在其顶部处具有包括机头和转子的机舱。在所述机舱上的固定位置处构造全球导航卫星系统(GNSS)的至少一个流动站接收器。进行机舱的多次360度偏航挥扫且记录在机舱偏航挥扫期间由流动站接收器接收的地理定位信号。利用控制器将地理定位信号转换成圆形标绘图且确定圆形标绘图的半径，半径是流动站接收器和TPP之间的距离。基于流动站接收器的GNSS地理定位和半径，计算TPP的地理定位。

Description

用于确定和跟踪风力涡轮塔架的顶部枢轴点的方法和系统
技术领域
本主题大体上涉及风力涡轮塔架，并且更特别地，涉及一种确定风力涡轮塔架的枢轴点的方法。
背景技术
风能被认为是目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，并且，在此方面风力涡轮已得到越来越多的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理从风中捕获动能且通过旋转能传递动能，以转动轴，该轴将转子叶片联接到齿轮箱，或如果未使用齿轮箱，则直接联接到发电机。然后，发电机将机械能转换成可部署到公用电网的电能。
随着毂尺寸和高度伴随风力涡轮的尺寸和容量(capacity)一起持续增大，支撑毂的钢塔架成为越来越关键的部件。诸如塔架基座沉降、法兰部件松弛、塔架段或结构载荷的偏移、操作载荷、环境载荷和其他变体之类的条件都可影响塔架的完整性和使用期限。重要的是，随时间的推移监测和跟踪塔架上的反作用载荷以便管理/控制操作参数和维护实践以确保塔架的完整性和寿命。此外，塔架偏转的监测和跟踪是用于机械载荷和功率捕获的操作控制的有用工具。
在空载或闲置状态期间，塔架顶部表现为中性枢轴点，其是塔架顶部的无偏转位置，机舱(包括机头和转子)围绕该位置旋转。随时间的推移，影响上文提及的塔架的载荷和其他条件可导致该枢轴点以前后、左右(side-to-side)或扭转的方式偏转。枢轴点方面的长期变化(其可为永久性偏转)指示塔架结构和/或基础随时间推移发生变化。枢轴点方面的短期变化指示由转子和/或传动系载荷引起的塔架的振荡运动。
将为期望的是，准确地建立针对塔架顶部枢轴点的已知地理性参考位置并跟踪在该位置随时间推移的变化。该信息对于监测钢结构和塔架基础的完整性以及控制和管理结构和操作载荷(可能产生摇摆并缩短塔架和其他风力涡轮部件的使用期限)将是有用的。可利用塔架顶部枢轴点的偏转而应用建模方法来确定塔架顶部的前/后和左右偏转以及相关的反作用载荷。
本发明提供一种用于准确确定风力涡轮塔架的塔架顶部枢轴点的解决方案。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地被阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践习知。
在一个方面，本公开针对一种用于确定风力涡轮塔架的塔架顶部枢轴点(TPP)的地理性定位(“地理定位(geo-location)”)的方法，该塔架在其顶部处具有机舱。术语“机舱”在本文中用于包括机头、转子和机舱壳体的部件。该方法包括在机舱上的固定位置处构造全球导航卫星系统(GNSS)的至少一个流动站接收器的步骤。然后，进行机舱的多次360度偏航挥扫。记录在机舱的偏航挥扫期间由流动站接收器接收的地理性定位信号。经由可远程定位的控制器，地理性定位信号被转换成圆形标绘图表示。然后确定圆形标绘图的半径，该半径对应于流动站接收器和TPP之间的距离。然后，基于流动站接收器的GNSS地理定位和半径的长度，控制器计算TPP的地理定位。术语“地理定位”在本文中用于包括固定地理网格上的坐标，诸如全球网格的纬度和经度坐标。
在特定实施例中，流动站接收器在机舱顶上并在其后端处定位于距机舱的中心线轴线已知的(预定的)固定距离(“x”)处。在该实施例中，合理假设TPP的地理定位沿中心线轴线定位并且距离“x”、半径和TPP沿中心线轴线的距离“y”之间存在直角三角形关系。利用该信息，容易计算TPP相对于机舱的地理定位。
多次360度偏航挥扫可包括至少一次沿正方向的偏航挥扫和至少一次沿相反的负方向的偏航挥扫。可在两个方向上进行多次挥扫。期望地，偏航挥扫在低风速(低于将导致塔架由于风载荷引起的瞬时偏转的风速)条件期间进行。
在GNSS系统的特定实施例中，流动站接收器与固定基站接收器通信，其中通过基于已知实时动态(RTK)校正技术或其他校正技术将校正数据从固定基站传送到流动站接收器来减少流动站接收器地理定位信号中的固有位置误差。在该实施例中，流动站的地理定位基于其与固定基站接收器的相对位置来确定。
在备选的实施例中，可基于从(一个或多个)卫星直接提供给流动站的绝对全球纬度和经度位置来确定流动站的地理定位。
各种环境和结构载荷因素可引起塔架的临时或永久变形，并且可能期望在确定偏航挥扫的半径(并因此确定TPP的地理定位)时将这些变形考虑在内。例如，可应用塔架变形校正因子来针对由转子和机舱相对于塔架的竖直轴线的重量悬垂(weight overhang)导致的塔架变形进行校正。可应用另一塔架变形校正因子来针对由塔架的暴露侧和荫蔽侧之间的温差导致的热塔架变形进行校正。可应用再一塔架变形校正因子来针对由置于塔架或机舱上的瞬时载荷(诸如，风载荷)引起的塔架变形进行校正。可应用总塔架变形校正因子，该总塔架变形校正因子将重量悬垂变形、热变形和载荷变形均考虑在内。
在某个实施例中，可期望的是，使用构造在机舱上的两个或更多个流动站接收器。例如，多个流动站接收器可构造在同一侧或以任意方式围绕机舱的中心线轴线分布。在特定实施例中，两个流动站接收器被构造在机舱的相反侧处并且在距机舱的中心线轴线相同或不同距离(“x”)处，其中来自流动站接收器中的两个的地理定位信号用于生成圆形标绘图并确定偏航挥扫的半径。当针对每个流动站，距离“x”相同时，相应的标绘图应该基本相同。更小或更大的距离“x”将相应地产生更小或更大的半径标绘图。
多个流动站接收器的使用还能够实现机舱的方位航向(bearing heading)的确定，其可用于风力涡轮的偏航控制。例如，每个流动站接收器的地理定位由它们相应的地理定位信号确定。因此，连接两个流动站接收器的线限定相对于北的方位角线。该方位角线和机舱的中心线轴线之间的固定角度是已知的(例如，90度)，并且被加至方位角线或从方位角线中减去以给出中心线轴线(以及因此机舱)的方位航向。
多个流动站的使用还提供对系统的整体准确性检查。两个流动站的偏航挥扫之间的差异(超出可接受的误差界限)将指示一个或两个流动站中存在故障、一个或两个流动站移动等等。
方法的实施例可包括在固定时间段内多次确定TPP的地理定位并且确定在该时间段内TPP的总位移矢量。TPP随时间推移的位移可指示影响塔架变形的各种因素以及对塔架偏转测量结果的参考。由塔架变形造成的TPP变化可为基础沉降、地震运动、塔架壳/法兰松弛、初始结构失效以及其他因素的结果。可基于TPP的移动准确测量和报告由于由转子、机头和环境影响给予塔架的载荷引起的塔架的位移。可出于以下中的一个或多个的目的评估反映TPP随时间推移的位移矢量：确定塔架完整性、塔架使用期限预测(寿命)、载荷管理、塔架维护、或改变操作和维护程序以减少塔架变形。基于评估，该方法可包括实施针对风力涡轮的控制动作。
本发明还包括一种用于确定和跟踪风力涡轮塔架的塔架顶部枢轴点(TPP)的地理性定位的系统，所述塔架在其顶部处具有机舱(包括机头部件和转子)。该系统包括构造在机舱上的固定位置处的全球导航卫星系统(GNSS)的至少一个流动站接收器。控制器与流动站接收器通信并被构造成执行以下操作：记录在机舱的多次360度偏航挥扫期间由流动站接收器接收的地理定位信号；将地理定位信号转换成圆形标绘图并确定该圆形标绘图的半径，该半径为流动站接收器与TPP之间的距离；并基于流动站接收器的已知GNSS位置和半径，计算TPP的地理定位。
在系统的特定实施例中，流动站接收器在机舱顶上并在其后端处定位于距机舱的中心线轴线已知的固定距离(“x”)处，其中控制器基于半径和距离“x”计算TPP沿中心线轴线的地理定位。
该系统可包括与流动站接收器通信的固定基站接收器，该固定基站被构造成通过基于已知的实时动态(RTK)校正技术向流动站接收器传送校正数据来减少流动站接收器定位信号中的固有位置误差。
备选地，流动站的地理定位可基于从(一个或多个)GNSS系统卫星直接提供给流动站的绝对全球纬度和经度位置来确定。
该系统还可包括构造在机舱上的两个或更多个流动站接收器，例如在机舱的相反侧处并在距机舱的中心线轴线相同距离处的两个流动站接收器，其中控制器使用来自两个流动站接收器的定位信号来生成圆形标绘图并确定半径。对于该实施例，控制器还可被构造成基于由两个流动站接收器的地理定位限定的方位角线和方位角线相对于机舱的中心线轴线的固定角度来计算机舱的航向。
在其他实施例中，控制器可被构造成执行上文关于各种方法实施例所讨论的步骤的任何组合。
技术方案1. 一种用于确定风力涡轮塔架的塔架顶部枢轴点(TPP)的地理性定位(“地理定位”)的方法，所述风力涡轮塔架在其顶部处具有包括机头和转子的机舱，所述方法包括：
在所述机舱上的固定位置处构造全球导航卫星系统(GNSS)的至少一个流动站接收器；
进行所述机舱的多次360度偏航挥扫且记录在所述偏航挥扫期间由所述流动站接收器接收的地理定位信号；
经由控制器将地理定位信号转换成圆形标绘图且确定所述圆形标绘图的半径，所述半径是所述流动站接收器和所述TPP之间的距离；以及
基于所述流动站接收器的GNSS地理定位和所述半径，经由所述控制器计算所述TPP的地理定位。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述流动站接收器在所述机舱的顶上并在其后端处定位于距所述机舱的中心线轴线预定的固定距离(“x”)处，其中所述TPP沿所述中心线轴线的地理定位基于所述半径和所述距离(“x”)来计算。
技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述多次360度偏航挥扫包括沿正方向的至少一次偏航挥扫和沿相反的负方向的至少一次偏航挥扫。
技术方案4. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述流动站接收器与固定基站接收器通信，所述固定基站接收器将校正数据传送到所述流动站接收器，其中相对于所述固定基站确定所述流动站的GNSS地理定位。
技术方案5. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述流动站的GNSS地理定位是直接提供给所述流动站的绝对全球纬度和经度位置。
技术方案6. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述机舱的所述多次360度偏航挥扫在低风速期间进行，以便使可导致所述塔架在所述偏航挥扫期间偏转的瞬时风载荷最小化。
技术方案7. 根据技术方案1所述的方法，其中，在确定所述TPP的地理定位之前，将塔架变形校正因子应用于来自所述偏航挥扫的半径。
技术方案8. 根据技术方案7所述的方法，其中，所述塔架变形校正因子针对由以下中的任一者或组合导致的塔架变形校正：所述机舱相对于所述塔架的竖直轴线的重量悬垂；由所述塔架的侧部之间的温差导致的热塔架变形；或由置于所述塔架或所述机舱上的瞬时载荷引起的塔架变形。
技术方案9. 根据技术方案1所述的方法，其中，多个所述流动站接收器构造在所述机舱上，来自所述流动站接收器的定位信号用于生成所述圆形标绘图并针对所述流动站接收器中的每个确定所述半径。
技术方案10. 根据技术方案9所述的方法，还包括基于由所述流动站接收器的地理定位限定的方位角线和所述方位角线相对于所述机舱的所述中心线轴线的固定角度来计算所述机舱的航向方位角。
技术方案11. 根据技术方案1所述的方法，还包括在固定时间段内多次确定所述TPP的地理定位并确定在所述时间段内所述TPP的总轨迹或位移矢量。
技术方案12. 根据技术方案11所述的方法，还包括出于以下中的一个或多个的目的评估所述总轨迹或位移矢量：确定塔架完整性、塔架使用期限预测、载荷管理、塔架维护、或改变操作和维护程序以减少塔架变形。
技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，还包括基于所述总轨迹或位移矢量的评估，实施针对所述风力涡轮的控制动作。
技术方案14. 一种用于确定和跟踪风力涡轮塔架的塔架顶部枢轴点(TPP)的地理性定位的系统，所述风力涡轮塔架在其顶部处具有包括机头和转子的机舱，所述系统包括：
构造在所述机舱上的固定位置处的全球导航卫星系统(GNSS)的至少一个流动站接收器；
与流动站接收器通信的控制器，所述控制器被构造成执行以下操作：
记录在所述机舱的多次360度偏航挥扫期间由所述流动站接收器接收的地理定位信号；
将所述地理定位信号转换成圆形标绘图并确定所述圆形标绘图的半径，所述半径对应于所述流动站接收器与所述TPP之间的距离；和
基于所述流动站接收器的GNSS地理定位和所述半径，计算所述TPP的地理定位。
技术方案15. 根据技术方案14所述的系统，其中，所述流动站接收器在所述机舱的顶上和在其后端处定位于距所述机舱的中心线轴线预定的固定距离(“x”)处，其中所述控制器基于所述半径和所述距离“x”计算所述TPP沿所述中心线轴线的地理定位。
技术方案16. 根据技术方案14所述的系统，还包括与所述流动站接收器通信的固定基站接收器，所述固定基站被构造成基于实时动态(RTK)校正技术向所述流动站接收器传送校正数据。
技术方案17. 根据技术方案14所述的系统，其中，所述控制器还被构造成基于以下中的一者或多者将塔架变形校正因子应用到来自所述偏航挥扫的半径：所述机舱相对于所述塔架的竖直轴线的重量悬垂；由所述塔架的侧部之间的温差导致的热塔架变形；以及由置于所述塔架或所述机舱上的瞬时载荷引起的塔架变形。
技术方案18. 根据技术方案14所述的系统，包括构造在所述机舱上的多个所述流动站接收器，所述控制器使用来自所述流动站接收器中的两个的定位信号生成所述圆形标绘图并针对所述流动站接收器中的每个确定所述半径。
技术方案19. 根据技术方案18所述的系统，其中，所述控制器还被构造成基于由所述流动站接收器的地理定位限定的方位角线和所述方位角线相对于所述机舱的所述中心线轴线的固定角度来计算所述机舱的航向方位角。
技术方案20. 根据技术方案14所述的系统，其中，所述控制器还被构造成评估所述TPP随时间推移的总轨迹或位移矢量且基于所述评估实施针对所述风力涡轮的一个或多个校正动作。
将参考以下描述和所附权利要求书进一步支持和描述本发明。并入在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的公开，包括其最佳模式，在附图中：
图1示出了构造有根据本发明的系统和方法的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2是构造有传感器以执行本发明的方法实施例的机舱的示意图；
图3是描绘根据本发明实施例的方法步骤的示意图；
图4是描绘根据本发明的实施例的另外的方法步骤的示意图；
图5是描绘根据本发明的实施例的又一些其他方法步骤的示意图；
图6是描述根据本发明实施例的更多方法步骤的示意图；和
图7是描绘根据本发明的实施例的又一些其他方法步骤的示意图。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中被图示。每个示例通过解释本发明而非限制本发明的方式被提供。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分而被图示或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生又一另外的实施例。因而，意图是，本发明涵盖如归入所附权利要求书的范围内的这样的修改和变型及其等同物。
大体上，本主题针对一种用于确定和跟踪风力涡轮塔架的顶部的枢轴点的地理性定位的方法和相关联的系统，其中枢轴点基本上是塔架顶部的中性无偏转位置，机舱(包括机头和转子)围绕该中性无偏转位置旋转。如本文所描述，塔架顶部枢轴点(TPP)的定位和偏转出于针对塔架的永久和瞬态变形进行分析和校正的目的而提供有价值的信息。
现在参考附图，图1图示构造有根据本公开的用于实践各种方法的系统58的风力涡轮10的一个实施例的透视图。如所显示的，风力涡轮10大体上包括：塔架12；机舱14，其安装于塔架12上；以及转子16，其联接到机舱14。转子16包括可旋转的毂18和至少一个转子叶片20，该至少一个转子叶片20联接到毂18并从毂18向外延伸。例如，在图示的实施例中，转子16包括三个转子叶片20。然而，在备选的实施例中，转子16可包括多于或少于三个转子叶片20。每个转子叶片20可围绕毂18间隔开以便于旋转转子16，从而使动能能够从风转换成可用的机械能，并且随后转换成电能。例如，毂18可旋转地联接到位于机舱14内的发电机以允许产生电能。
出于本公开的目的，术语“机舱”在本文中用于包括定位于机舱壳体内的机头部件(例如，传动系部件、发电机等)和毂18部件。
参考图1和图2，全球导航卫星系统(GNSS)的至少一个流动站接收器24安装在机舱14上的固定的预定位置处。流动站接收器24与控制器66直接或间接通信。在描绘的实施例中，流动站接收器24还与固定基站40通信，如下文更详细地描述的。控制器66可为与单个风力涡轮10相关联的局部控制器、与风电场内的多个风力涡轮10相关联的场级控制器、或例如定位于远程控制/监测设施中的远程控制器。控制器66被构造成执行各种过程，如下文更详细描述的，以用于确定风力涡轮塔架12的TPP 22的地理定位。
GNSS系统可利用任何可用的基于卫星的定位系统，诸如GPS、GLONASS、Galileo、NavIC和北斗(BeiDou)。在某些实施例中，GNSS系统还可以采用实时动态(RTK)技术来提高从GNSS系统导出的位置数据的精度。RTK技术对于本领域技术人员而言是已知的。大体上，卫星导航接收器(流动站接收器24)和卫星之间的距离可根据信号从卫星传播到接收器所花费的时间来计算。最终的距离测量结果的准确性取决于接收器准确处理来自卫星的信号的能力、以及另外的误差源，诸如未减轻的电离层和对流层延迟、多径、卫星时钟和星历误差等。
RTK技术使用卫星信号的载波作为其信号。RTK使用固定基站40和流动站24来向流动站接收器24传送校正数据以及减少流动站的位置误差。基站40转播它观察到的载波的相位，并且流动站24将其自身相位测量结果与从基站接收到的相位进行比较。这允许流动站接收器24以高准确度(典型地在毫米以内)计算其相对于基站40的相对位置。因此，流动站接收器24的地理定位的准确性基本上与基站40的计算位置的准确性相同。本质上，基站40定位于已知的勘测位置(基准位置)，并且流动站接收器24相对于基站40进行方位确定。
如所提及的，备选地，流动站的地理定位可基于从(一个或多个)GNSS卫星直接提供给流动站的绝对全球纬度和经度位置。
参考图2和图4，流动站接收器24可在机舱14顶上并在其后端处定位在距机舱的中心线轴线38预定的固定距离32(“x”)处。如图中所描绘的，流动站接收器24可安装成从机舱14的侧部向外延伸。出于基于流动站接收器24的GNSS地理定位来确定TPP 22的地理定位的目的，合理地假设TPP 22位于机舱14的中心线38上(或在距中心线38的可接受的界限内)。
参考图2至图4，各种方法实施例包括进行机舱14的多次360度偏航挥扫28并记录在偏航挥扫28期间由流动站接收器24接收的地理定位信号。如图3中所描绘的，多次360度偏航挥扫28可包括沿正方向的一次或多次偏航挥扫28和沿相反负方向的一次或多次偏航挥扫28。360度偏航挥扫应在低风速条件下进行。
控制器66将流动站接收器24的地理定位信号转换成圆形标绘图30并且确定圆形标绘图的半径“r”36。该半径36对应于从流动站接收器24到风力涡轮塔架12的TPP 22的距离。然后控制器66使用半径36的长度和流动站接收器24的地理定位来计算TPP 22的地理定位。例如，参考图4，已知流动站接收器24距机舱14的中心线轴线38的距离“x”32，并且假设TPP在中心线轴38上位于距“x”32的线距离“y”34处，使用针对直角三角形的关系：r2=x2+y2，容易求解“y”34的长度。在确定“x”和“y”的值的情况下，然后容易确定TPP 22相对于流动站接收器24的地理定位的精确地理定位。流动站接收器24的已知地理定位的纬度和经度变化(x和y)将给出TPP的地理定位。
参考图6，作用在塔架12上的某些因素可在塔架12中产生永久或瞬时变形，其可影响偏航挥扫28的半径36的初始确定的准确性。例如，机舱14的质心(包括机头部件和毂18)典型地不与机舱14的中心线45对齐，而是朝向毂18悬垂，从而在塔架12上产生永久力矩臂。当进行偏航挥扫28时，塔架可连续地朝毂18“倾斜”(由图6中的虚线箭头指示的)。如果不将该“倾斜”考虑在内，偏航挥扫29的半径36将减小“倾斜”的量。“倾斜”的程度可凭经验或通过机舱14和塔架12的建模来确定。可计算悬垂塔架变形校正因子44(td(悬垂))并将其应用于偏航挥扫28的半径36以给出经校正的半径36。
仍然参考图6，塔架12的侧部之间的温差可导致塔架12的热变形。与塔架的荫蔽侧相比，由塔架的一侧的太阳能加热造成的温差可导致加热侧的膨胀和塔架朝荫蔽侧的倾斜。热变形的程度可凭经验或通过建模确定，并用于计算热塔架变形校正因子46(td(热))，该热塔架变形校正因子46(td(热))被应用于偏航挥扫28的半径36以给出经校正的半径36。
仍然参考图6，由风导致的机舱14上的瞬时载荷也可导致塔架12的变形，导致塔架背离风向倾斜。风载荷变形的程度可凭经验或通过建模来确定，并用于计算风塔架变形校正因子50(td(风))，该风塔架变形校正因子50(td(风))被应用于偏航挥扫28的半径36以给出经校正的半径36。
所有变形校正因子44、46和50可组合成总变形因子42，该总变形因子42被应用于偏航挥扫28的半径36以给出经校正的半径36。
参考图7，本公开的系统和方法可包括在机舱14上构造两个或更多个流动站接收器24，例如在机舱14的相反侧处并且在距机舱14的中心线轴线38相同或不同距离“x”处构造两个流动站接收器24。来自两个流动站接收器24的地理定位信号可用于生成圆形标绘图30并确定偏航挥扫28的半径36(图3)。当对于每个流动站而言，距离“x”是相同的时，相应的标绘图30应该具有相同的半径36。更小或更大的距离“x”将相应地产生更小或更大半径的标绘图。不同半径的标绘图30可用于独立地确定TPP，这提供系统的准确检查。
图7的实施例还能够实现机舱14的航向方位角(heading bearing)56的计算。航向方位角56可由风力涡轮控制系统用于机舱的偏航控制。确定两个流动站接收器24的地理定位并且通过两个地理定位的线提供第一方位角线54。方位角线54和中心线轴线38之间的固定角度57(例如，90度角)被加至线54的方位角/从线54的方位角减去以提供中心线轴线38的方位角56，其对应于机舱14的航向。例如，在图7的左侧描绘中，第一方位角线54具有270度或090度的方位角且固定角度57为90度。对应于机舱航向的中心线轴线38的方位角因此是北(000°)(270度+90度或090度-90度)。右侧描绘是另一个图示，其中机舱的最终航向56以相同的方式确定为030°。
参考图5，本方法的实施例还可包括在固定时间段内多次如上文所描述的那样确定TPP的地理定位和确定在该时间段内的TPP的总位移轨迹，该总位移轨迹可通过矢量来表示。多个TPP的地理定位形成总位移轨迹，其可组合成针对监测时间段的总位移矢量60，总位移矢量60具有左右分量64和前后分量62。如上文所提及的，TPP随时间推移的位移可指示影响塔架变形的各种因素以及对塔架偏转测量结果的参考。由塔架变形引起的TPP变化可能是基础沉降、地震运动、塔架壳/法兰松弛、初始结构失效以及其他因素的结果。可基于TPP的移动准确测量和报告由于由转子、机头和环境影响给予塔架的载荷引起的塔架的位移。TPP的位移轨迹或总位移矢量60可用于评估/确定各种塔架特性，包括确定塔架完整性、塔架使用期限预测(寿命)、载荷管理、塔架维护、或改变操作和维护程序以减少塔架变形。基于这些特性中的任何一个或多个，该方法包括实施控制动作或程序以对抗对塔架或风力涡轮的整体操作的任何不利影响。
本发明的另外的方面由以下条款的主题提供：
条款1. 一种用于确定风力涡轮塔架的塔架顶部枢轴点(TPP)的地理定位(“地理定位”)的方法，风力涡轮塔架在其顶部处具有包括机头和转子的机舱，方法包括：
在机舱上的固定位置处构造全球导航卫星系统(GNSS)的至少一个流动站接收器；
进行机舱的多次360度偏航挥扫且记录在偏航挥扫期间由流动站接收器接收的地理定位信号；
经由控制器将地理定位信号转换成圆形标绘图且确定圆形标绘图的半径，半径是流动站接收器和TPP之间的距离；以及
基于流动站接收器的GNSS地理定位和半径，经由控制器计算TPP的地理定位。
条款2. 根据条款1的方法，其中，流动站接收器在机舱的顶上并在其后端处定位于距机舱的中心线轴线预定的固定距离(“x”)处，其中TPP沿中心线轴线的地理定位基于半径和距离(“x”)来计算。
条款3. 根据条款1的方法，其中，多次360度偏航挥扫包括沿正方向的至少一次偏航挥扫和沿相反的负方向的至少一次偏航挥扫。
条款4. 根据条款1的方法，其中，流动站接收器与固定基站接收器通信，固定基站接收器将校正数据传送到流动站接收器，其中相对于固定基站确定流动站的GNSS地理定位。
条款5. 根据条款1的方法，其中，流动站的GNSS地理定位是直接提供给流动站的绝对全球纬度和经度位置。
条款6. 根据条款1的方法，其中，机舱的多次360度偏航挥扫在低风速期间进行，以便使可导致塔架在偏航挥扫期间偏转的瞬时风载荷最小化。
条款7. 根据条款1的方法，其中，在确定TPP的地理定位之前，将塔架变形校正因子应用于来自偏航挥扫的半径。
条款8. 根据条款7的方法，其中，塔架变形校正因子针对由以下中的任一者或组合导致的塔架变形校正：机舱相对于塔架的竖直轴线的重量悬垂；由塔架的侧部之间的温差导致的热塔架变形；或由置于塔架或机舱上的瞬时载荷引起的塔架变形。
条款9. 根据条款1的方法，其中，多个流动站接收器构造在机舱上，来自多个流动站接收器的定位信号用于生成圆形标绘图并针对流动站接收器中的每个确定半径。
条款10. 根据条款9的方法，还包括基于由流动站接收器的地理定位限定的方位角线和方位角线相对于机舱的中心线轴线的固定角度来计算机舱的航向方位角。
条款11. 根据条款1的方法，还包括在固定时间段内多次确定TPP的地理定位并确定在时间段内TPP的总轨迹或位移矢量。
条款12. 根据条款11的方法，还包括出于以下中的一个或多个的目的评估总轨迹或位移矢量：确定塔架完整性、塔架使用期限预测、载荷管理、塔架维护、或改变操作和维护程序以减少塔架变形。
条款13. 根据条款12的方法，还包括基于总轨迹或位移矢量的评估，实施针对风力涡轮的控制动作。
条款14. 一种用于确定和跟踪风力涡轮塔架的塔架顶部枢轴点(TPP)的地理性定位的系统，风力涡轮塔架在其顶部处具有包括机头和转子的机舱，系统包括：
构造在机舱上的固定位置处的全球导航卫星系统(GNSS)的至少一个流动站接收器；
与流动站接收器通信的控制器，控制器被构造成执行以下操作：
记录在机舱的多次360度偏航挥扫期间由流动站接收器接收的地理定位信号；
将地理定位信号转换成圆形标绘图并确定圆形标绘图的半径，半径对应于流动站接收器与TPP之间的距离；和
基于流动站接收器的GNSS地理定位和半径，计算TPP的地理定位。
条款15. 根据条款14的系统，其中，流动站接收器在机舱的顶上和在其后端处定位于距机舱的中心线轴线预定的固定距离(“x”)处，其中控制器基于半径和距离“x”计算TPP沿中心线轴线的地理定位。
条款16. 根据条款14的系统，还包括与流动站接收器通信的固定基站接收器，固定基站被构造成基于实时动态(RTK)校正技术向流动站接收器传送校正数据。
条款17. 根据条款14的系统，其中，控制器还被构造成基于以下中的一者或多者将塔架变形校正因子应用到来自偏航挥扫的半径：机舱相对于塔架的竖直轴线的重量悬垂；由塔架的侧部之间的温差导致的热塔架变形；以及由置于塔架或机舱上的瞬时载荷引起的塔架变形。
条款18. 根据条款14的系统，包括构造在机舱上(例如在机舱的的相反侧处并在距机舱的中心线轴线相同或不同距离处)的多个流动站接收器，控制器使用来自多个流动站接收器的定位信号生成圆形标绘图并针对流动站接收器中的每个确定半径。
条款19. 根据条款18的系统，其中，控制器还被构造成基于由流动站接收器的地理定位限定的方位角线和方位角线相对于机舱的中心线轴线的固定角度来计算机舱的航向方位角。
条款20. 根据条款14的系统，其中，控制器还被构造成评估TPP随时间推移的总位移轨迹或矢量且基于评估实施针对风力涡轮的一个或多个校正动作。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构要素，则这样的其他示例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于确定风力涡轮塔架的塔架顶部枢轴点(TPP)的地理性定位(“地理定位”)的方法，所述风力涡轮塔架在其顶部处具有包括机头和转子的机舱，所述方法包括：
在所述机舱上的固定位置处构造全球导航卫星系统(GNSS)的至少一个流动站接收器；
进行所述机舱的多次360度偏航挥扫且记录在所述偏航挥扫期间由所述流动站接收器接收的地理定位信号；
经由控制器将地理定位信号转换成圆形标绘图且确定所述圆形标绘图的半径，所述半径是所述流动站接收器和所述TPP之间的距离；以及
基于所述流动站接收器的GNSS地理定位和所述半径，经由所述控制器计算所述TPP的地理定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流动站接收器在所述机舱的顶上并在其后端处定位于距所述机舱的中心线轴线预定的固定距离(“x”)处，其中所述TPP沿所述中心线轴线的地理定位基于所述半径和所述距离(“x”)来计算。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多次360度偏航挥扫包括沿正方向的至少一次偏航挥扫和沿相反的负方向的至少一次偏航挥扫。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流动站接收器与固定基站接收器通信，所述固定基站接收器将校正数据传送到所述流动站接收器，其中相对于所述固定基站确定所述流动站的GNSS地理定位。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流动站的GNSS地理定位是直接提供给所述流动站的绝对全球纬度和经度位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机舱的所述多次360度偏航挥扫在低风速期间进行，以便使可导致所述塔架在所述偏航挥扫期间偏转的瞬时风载荷最小化。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在确定所述TPP的地理定位之前，将塔架变形校正因子应用于来自所述偏航挥扫的半径。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述塔架变形校正因子针对由以下中的任一者或组合导致的塔架变形校正：所述机舱相对于所述塔架的竖直轴线的重量悬垂；由所述塔架的侧部之间的温差导致的热塔架变形；或由置于所述塔架或所述机舱上的瞬时载荷引起的塔架变形。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，多个所述流动站接收器构造在所述机舱上，来自所述流动站接收器的定位信号用于生成所述圆形标绘图并针对所述流动站接收器中的每个确定所述半径。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括基于由所述流动站接收器的地理定位限定的方位角线和所述方位角线相对于所述机舱的所述中心线轴线的固定角度来计算所述机舱的航向方位角。
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