CN114787505A - 用于监测风力涡轮的转子叶片健康的系统和方法 - Google Patents

用于监测风力涡轮的转子叶片健康的系统和方法 Download PDF

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CN114787505A CN201980103065.XA CN201980103065A CN114787505A CN 114787505 A CN114787505 A CN 114787505A CN 201980103065 A CN201980103065 A CN 201980103065A CN 114787505 A CN114787505 A CN 114787505A
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方飙
郝立伟
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Abstract

一种用于监测风力涡轮的至少一个转子叶片的方法包括经由控制器实现用于监测所述至少一个转子叶片的叶片损坏的控制方案。该控制方案包括监测风力涡轮的变桨系统的至少一个电气条件。该方法还包括将变桨系统的(多个)电气条件转换到频域中。此外，该方法包括确定与转子叶片的固有频率相关的频率分量周围的频域的一个或多个峰值。此外，该方法包括确定频域的一个或多个峰值和与转子叶片的固有频率相关的频率分量之间的频率偏差。照此，在预定频率范围之外的频率偏差指示转子叶片异常。因此，该方法包括当频率偏差在预定频率范围之外时实现控制动作。

Description

用于监测风力涡轮的转子叶片健康的系统和方法
技术领域
本公开大体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及用于例如使用变桨马达电流监测风力涡轮的转子叶片健康的系统和方法。
背景技术
风电被认为是目前可用的最清洁、最环保的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、任选的齿轮箱、机舱和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捕获动能，并且通过旋转能来传递动能以转动轴，该轴将转子叶片联接到齿轮箱，或者如果不使用齿轮箱，则直接联接到发电机。发电机然后将机械能转换成电能，该电能可被部署到公用电网。
在风力涡轮的操作期间，其部件经受各种负载。如果负载超过设计阈值，则部件就有损坏和/或失效的风险。例如，转子叶片损坏和/或失效在风力涡轮中是一种常见的情况，其非常昂贵，并且可能导致大量的停机时间。此外，叶片损坏也可导致塔架的损坏或破坏，从而导致甚至更多的成本和停机时间。
目前市场上使用的技术专注于叶片检查，诸如图像捕捉和无人机检查来检测叶片损坏。然而，这样的方法不能用来检测隐藏的叶片裂纹。用于检测叶片损坏的另一些方法可包括光纤感测或成对天线，但这样的系统非常昂贵。
因此，用于以最小硬件成本监测风力涡轮的转子叶片健康的改进的系统和方法将在本领域中受到欢迎，以便提供关于叶片状况的早期警报。因此，维修和维护过程可大大改进，并且停机时间和相关损失可最小化。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践获知。
在一个方面，本公开涉及一种用于监测风力涡轮的至少一个转子叶片的方法。该方法包括经由控制器实现用于监测所述至少一个转子叶片的叶片损坏的控制方案。该控制方案包括监测风力涡轮的变桨系统的至少一个电气条件。该方法还包括将变桨系统的(多个)电气条件转换到频域中。此外，该方法包括确定与转子叶片的固有频率相关的频率分量周围的频域的一个或多个峰值。此外，该方法包括确定频域的一个或多个峰值和与转子叶片的固有频率相关的频率分量之间的频率偏差。照此，在预定频率范围之外的频率偏差指示转子叶片异常。因此，该方法包括当频率偏差在预定频率范围之外时实现控制动作。
在另一方面，本公开涉及一种风力涡轮。该风力涡轮包括塔架、安装在塔架的顶部上的机舱、具有可旋转毂和与变桨系统通信地联接的至少一个转子叶片的转子、以及配置成执行用于控制风力涡轮的多个操作的控制器。例如，该多个操作可包括实现用于监测所述至少一个转子叶片的叶片损坏的控制方案。该控制方案包括：监测变桨系统的至少一个电气条件；将变桨系统的(多个)电气条件转换到频域中；确定与转子叶片的固有频率相关的频率分量周围的频域的一个或多个峰值；确定频域的一个或多个峰值和与转子叶片的固有频率相关的频率分量之间的频率偏差，其中在预定频率范围之外的频率偏差指示转子叶片异常；以及当频率偏差在预定频率范围之外时实现控制动作。应当理解，风力涡轮还可包括如本文中描述的特征和/或实施例中的任何一个或其组合。
在又另一个方面，本公开涉及一种用于监测风力涡轮的转子叶片的方法。该方法包括经由风力涡轮的控制器监测风力涡轮的功率输出。当功率输出高于功率阈值时，该方法包括经由控制器实现用于监测转子叶片的叶片损坏的控制方案。该控制方案包括：监测风力涡轮的变桨系统的至少一个电气条件；将变桨系统的所述至少一个电气条件转换到频域中；经由控制器确定频域中的所述至少一个电气条件是否减小了与转子叶片的固有频率相关的频率分量周围的预定量，其中，所述至少一个电气条件减小了与转子叶片的固有频率相关的频率分量周围的预定量指示转子叶片异常；以及当所述至少一个电气条件在预定范围之外时实现控制动作。应当理解，该方法还可包括如本文中描述的特征和/或实施例的组合中的任何一个。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将被进一步支持和描述。并入并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并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内容，包括其最佳模式，在附图中：
图1图示根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2图示图1中所示风力涡轮的机舱的一个实施例的内部透视图；
图3图示图1中所示的风力涡轮的转子叶片中的一个的一个实施例的透视图；
图4图示根据本公开的三轴线变桨系统的一个实施例的框图；
图5图示根据本公开的在单独的桨距变桨操作期间针对三个转子叶片的DC偏移、1P变桨和2P变桨的桨距角(y轴)与时间(x轴)的关系的一个实施例的曲线图；
图6图示根据本公开的轴承组件的控制器的一个实施例的示意图；
图7A至图7B图示根据本公开的用于监测风力涡轮的转子叶片的方法的一个实施例的流程图；
图8图示根据本公开的频域中的变桨电流的一个实施例的曲线图；
图9图示根据本公开的模态频率(y轴)与增加的质量(x轴)的关系的一个实施例的曲线图；和
图10图示根据本公开的用于监测风力涡轮的转子叶片的方法的另一个实施例的流程图。
具体实施方式
现在将详细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的方式而不是限制本发明的方式被提供。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分被图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一另外的实施例。因此，意图是，本发明覆盖如归入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及其等同物。
对于许多风力涡轮，当对应的风力产生的功率超过阈值时，实现某些控制算法来减小在操作期间对转子叶片和塔架的张力。对于在这种操作下的风力涡轮，在不同的转子位置处以不同的桨距角命令每个轴线，包括1P变桨、2P变桨和DC偏移命令(参见图5)，以及一些其它常见的偏移术语。1P变桨指示每转一周叶片变桨一次，而2P变桨指示每转一周叶片变桨两次。根据安装在风力涡轮上的接近探针的实时测量来在线更新命令值。注意，尽管每个叶片可利用不同的控制命令单独变桨，但它们的AC命令分量(例如，1P和2P命令)仍然是平衡的，具有相同的幅度，但偏移了120度。此外，在这种控制算法期间，命令的DC和AC分量两者都可直接从变桨传动系统中的测量值中观察到，诸如变桨马达电流分量、变桨速度和针对每个轴线的桨距角。此外，在所有AC振荡中，1P和2P变桨振荡典型地是最重要的，因为这些分量是由控制器在外部命令的。
然而，当转子叶片在这样的控制算法下被控制时，可能存在另一个AC振荡，其可在传动系测量中检测到，其中一些与叶片固有/模态频率直接相关。基于物理学，叶片固有/模态频率的变化反映了叶片刚度或质量的变化。如果在转子叶片中的任何上存在积冰，则叶片等效质量也增加，并且固有/模态频率将下降。另一方面，如果在转子叶片中的任何上发生叶片结构损坏，则叶片刚度降低，并且固有/模态频率也将降低。因此，叶片固有频率的降低可用作为叶片异常的直接指标。附加的气象传感器也可用来在叶片结冰事件和叶片结构损坏之间进行区分。
照此，本公开涉及一种用于使用变桨马达电流监测叶片健康的系统和方法。更具体地，本公开观察变桨马达电流中的叶片固有/模态频率相关分量(例如，用于DC马达的电枢电流，以及用于AC马达的扭矩相关电流分量(例如，用于磁场定向受控AC马达的q轴电流)，或直接扭矩测量值)，以通过监测固有/模态频率偏差来提供叶片健康状况指数。因此，本公开提供了对风力涡轮叶片异常(例如，叶片结构损坏和/或叶片结冰事件)的早期检测。
现在参考附图，图1图示了风力涡轮10的一个实施例的侧视图。如图所示，风力涡轮10大体上包括从支撑表面14(例如，地面、混凝土垫或任何其它合适的支撑表面)延伸的塔架12。照此，应该理解，本文中描述的风力涡轮10可为陆上或海上风力涡轮。此外，风力涡轮10还可包括安装在塔架12上的机舱16和联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和至少一个转子叶片22，所述至少一个转子叶片22联接到毂20并从毂20向外延伸。例如，在图示实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18可包括多于或少于三个转子叶片22。每个转子叶片22可围绕毂20间隔开，以便于旋转转子18，从而使动能能够从风能转换成可用的机械能，并随后转换成电能。例如，毂20可能够旋转地联接到定位在机舱16内的发电机25(图2)，以允许产生电能。
现在参考图2，图示了图1中所示的风力涡轮10的机舱16的一个实施例的简化内部视图。如图所示，发电机25可设置在机舱16内并支撑在底板36的顶部上。一般来说，发电机25可联接到转子18，用于从由转子18生成的旋转能量产生电功率。例如，如图示实施例中所示，转子18可包括联接到毂20的转子轴26，用于与其一起旋转。转子轴26又可通过齿轮箱30能够旋转地联接到发电机25的发电机轴28。如通常理解的，响应于转子叶片22和毂20的旋转，转子轴26可向齿轮箱30提供低速、高扭矩输入。齿轮箱30然后可配置成将低速、高扭矩输入转换成高速、低扭矩输出，以驱动发电机轴28和因此发电机25。
风力涡轮10还可包括集中在机舱16内的涡轮控制器32。此外，如图所示，涡轮控制器32容纳在控制柜34内。此外，涡轮控制器32可通信地联接到风力涡轮10的任意数量的部件，以便控制这样的部件的操作和/或实现如本文中描述的各种校正动作。
参考图2和图4，典型的变桨系统70具有由变桨驱动机构38驱动的三个轴线单元，该变桨驱动机构38构造成使每个转子叶片22经由变桨轴承42围绕其相应的变桨轴线40旋转，从而允许相对于风的方向调整每个叶片22的取向。每个变桨驱动机构38包括变桨马达58，并由其自身的轴线控制器32调节，使得转子叶片22可在正常操作下单独地变桨。应当理解，变桨马达58可为直流(DC)马达或交流(AC)马达。因此，当对应的风力产生的功率超过阈值时，施加单独的桨距变桨控制以在操作期间减小转子叶片22和塔架12上的张力。对于在单独的桨距变桨控制操作下的风力涡轮，如图5中所示，在单独的桨距变桨操作期间，在不同的转子位置处以不同的桨距角命令每个轴线40，包括1P变桨、2P变桨和DC偏移命令，以及一些其它常见的偏移术语。1P变桨指示每转一周转子叶片22变桨一次，而2P变桨指示每转一周转子叶片22变桨两次。根据安装在风力涡轮10上的接近探针的实时测量来在线更新命令值。在某些实施例中，尽管每个转子叶片22利用不同的负载命令单独变桨，但它们的AC命令分量(例如，1P和2P命令)仍然是平衡的，具有相同的AC幅度，但偏移了120度。
类似地，风力涡轮10可包括通信地联接到涡轮控制器32的一个或多个偏航驱动机构44，其中每个偏航驱动机构44构造成改变机舱16相对于风的角度(例如，通过接合风力涡轮10的偏航轴承46)。
现在参考图3，根据本主题的方面，图示了图1和图2中所示的转子叶片22中的一个的透视图。如图所示，转子叶片22包括构造成用于将转子叶片22安装到毂20的叶片根部23和与叶片根部23相对设置的叶片尖端24。转子叶片22的主体27可在叶片根部23和叶片尖端24之间纵向地延伸，并且可大体上用作转子叶片22的外壳。如大体上理解的，主体27可限定空气动力学轮廓(例如，通过限定翼型件形横截面，诸如对称的或弧形的翼型件形横截面)，以使转子叶片22能够利用已知的空气动力学原理从风中捕获动能。因此，主体27可大体上包括在前缘33和后缘35之间延伸的压力侧29和吸力侧31。另外，转子叶片22可具有翼展37和翼弦39，翼展37限定了在叶片根部23和叶片尖端24之间的主体27的总长度，翼弦39限定了在前缘33和后缘35之间的主体27的总长度。如大体上理解的，随着主体27从叶片根部23延伸到叶片尖端24，翼弦39在相对于翼展37的长度方面可变化。
此外，如图所示，转子叶片22还可包括多个T形螺栓或根部附接组件41，用于将叶片根部23联接到风力涡轮10的毂20。一般来说，每个根部附接组件41可包括安装在叶片根部23的一部分内的筒形螺母43和联接到筒形螺母43并从筒形螺母42延伸的根部螺栓45，以便从叶片根部23的根部端部47向外突出。通过从根部端部47向外突出，根部螺栓45可大体上用来将叶片根部23联接到毂20(例如，经由变桨轴承42中的一个)。
如图6中所示，控制器32可包括一个或多个处理器82和(多个)相关联的存储器设备84，该处理器82和存储器设备84配置成执行各种计算机实现的功能(例如，执行本文中公开的方法、步骤、计算等和存储相关数据)。另外，控制器32还可包括通信模块86，以便于控制器32和(多个)各种传感器76、78之间的通信。此外，通信模块86可包括传感器接口88(例如，一个或多个模数转换器)，以允许从(多个)传感器76、78传输的信号被转换成可由处理器82理解和处理的信号。应当意识到，(多个)传感器76、78可使用任何合适的手段可通信地联接到通信模块86。例如，如图6中所示、(多个)传感器76、78可经由有线连接联接到传感器接口88。然而，在其它实施例中，(多个)传感器76，78可经由无线连接联接到传感器接口88，诸如通过使用本领域中已知的任何合适的无线通信协议。照此，(多个)处理器82可配置成从(多个)传感器76、78接收一个或多个信号。此外，控制器32和(多个)传感器76、78也可为集成封装产品。
如本文中所用，术语“处理器”不仅指在本领域中被称为包含在计算机中的集成电路，还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路。(多个)处理器82还可配置成计算高级控制算法并传送各种以太网或基于串行的协议(Modbus、OPC、CAN等)以及经典模拟或数字信号。另外，(多个)存储器设备84大体上可包括(多个)存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪存存储器)、软盘、致密盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其它合适的存储器元件。(多个)这样的存储器设备84可大体上配置成存储合适的计算机可读指令，当由(多个)处理器82实现时，所述指令配置控制器32来执行本文中所述的各种功能。
在附加实施例中，本文中描述的(多个)传感器76、78可包括以下传感器中的任何一个或其组合：电传感器、气象传感器(诸如能够测量温度、湿度、空气压力、风速和风向、降水量和降水类型的传感器)、接近传感器、电感传感器、微型惯性测量单元(MIMU)、压力或负载传感器、加速度计、声波检测和测距(SODAR)传感器、光检测和测距(LIDAR)传感器、光学传感器或类似物。
现在参考图7A至图7B，图示了用于监测风力涡轮10的至少一个转子叶片22的方法100的一个实施例的流程图。在一些实施例中，控制器32配置成执行这样的操作。一般地，将在此参照图1至图6中图示的风力涡轮10和控制器32来描述方法100。然而，应当意识到，所公开的方法100可利用具有任何其它合适构造的风力涡轮来实现。此外，尽管为了说明和讨论的目的，图7A至图7B描绘了以特定顺序执行的步骤，但是本文中讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文中提供的公开内容，本领域技术人员将意识到，在不偏离本公开的范围的情况下，本文中公开的方法的各种步骤可以各种方式被省略、重新布置、组合和/或修改。
如在(102)处所示，方法100可包括数据采集步骤，其中控制器32收集各种电气条件。换句话说，控制器32配置成监测变桨系统70的至少一个电气条件。在实施例中，方法100可包括在线监测变桨系统70的(多个)电气条件。此外，在这样的实施例中，(多个)电气条件可包括变桨马达电流、变桨马达电压或变桨马达扭矩中的至少一个。更具体地，如在图示实施例中所示，变桨马达电流可包括用于DC马达的电枢电流(例如，Iarm,I(t)、Iarm,II(t)、Iarm,III(t))、用于AC马达的扭矩相关电流分量、或类似物或它们的组合。
如在(104)处所示，方法100还可包括监测风力涡轮10的至少一个操作参数。例如，在实施例中，(多个)操作参数可包括功率输出、风速、转子速度、发电机速度或发电机扭矩中的至少一个。照此，在实施例中，方法100可仅在(多个)操作参数超过操作阈值时实现叶片损坏控制方案108。换句话说，控制器32可仅在功率输出超过某个功率阈值时实现控制方案108(如在(106)处所示)。
因此，如在(110)处所示，控制方案108可包括将变桨系统70的(多个)电气条件转换到频域中。例如，如图8中所示，图示了根据本公开的在频域中的变桨马达电流152的一个实施例的曲线图150。因此，如图所示，控制方案108可包括确定与(多个)转子叶片22的固有频率相关的频率分量周围的频域的一个或多个峰值154。如本文中所用，作为示例，与(多个)转子叶片22的固有频率相关的频率分量可直接包括转子叶片22的固有频率或包括由控制方案调制的(多个)转子叶片22的固有频率。此外，应当理解，(多个)转子叶片22的固有频率可能被温度和/或操作条件影响。
更具体地，如在(112)处所示，方法100可包括在给定叶片固有频率156(也如图7A中在(114)处所示，Fb,nat)周围搜索实际的局部峰值，该局部峰值可被调制了1P、2P等。因此，如在(116)处所示，控制方案108可包括获得针对搜索到的局部峰值的频率(例如，fpk,b,nat,I、fpk,b,nat,II、fpk,b,nat,III)。如在(118)处所示，控制方案108可包括确定频域的一个或多个局部峰值和与(多个)转子叶片22的固有频率相关的频率分量之间的频率偏差(即计算差值)。例如，如图所示，可使用下面的方程(1)-(3)为风力涡轮10的每个转子叶片22计算频率偏差：
Δ fpk,b,nat,I= fpk,b,nat,I- fb,nat 方程(1)
Δ fpk,b,nat,II= fpk,b,nat,II- fb,nat 方程(2)
Δ fpk,b,nat,III= fpk,b,nat,III- fb,nat 方程(3)
照此，在预定频率范围之外的频率偏差可指示转子叶片被损坏或(多个)转子叶片22上出现冰。此外，如在(115)处所示，方法100还可包括监测叶片固有频率相关偏差(例如，利用在选定的和聚集的操作点处的温度校正)。因此，仍然参考图7B，如在(120)处所示，方法100然后可包括确定与多个转子叶片22的频率偏差中的一个或多个是否大于频率阈值。如果不是，则方法100在(122)处结束，而不存在叶片固有频率偏差。相反，如果频率偏差中的一个或多个大于频率阈值，如在(124)处所示，则方法100继续确定哪个轴线具有最大的频率偏差。在某些实施例中，可监测温度和/或操作条件对(多个)转子叶片22的固有频率的影响，使得提取的频率偏差可由那些正常操作条件来补偿，以减少误报警。
如在(126)处所示，方法100还可包括测量在风力涡轮10处的至少一个环境参数。在这样的实施例中，例如，在风力涡轮10处的(多个)环境参数可包括例如温度、湿度、压力、风速、风向、降水量或它们的组合中的至少一个。针对该测量的原因是转子叶片22的固有频率中的变化反映了其叶片刚度或叶片质量中的变化。照此，当在转子叶片22上正出现冰积聚时，叶片质量增加，并且转子叶片22的固有频率也降低。例如，如图9中所示，图示了对于第一模态频率172、第二模态频率174、第三模态频率176和第四模态频率178来说根据本公开的固有/模态频率(y轴)与转子叶片22的增加质量(x轴)的关系的一个实施例的曲线图170。如在0公斤(kg)处所示，没有冰存在。然而，随着冰在转子叶片22上积聚，模态频率172、174、176、178中的每一个都降低。相反，当转子叶片22损坏时，叶片刚度降低，但转子叶片22的固有频率也降低。因此，控制器32可基于(多个)环境参数确定在(多个)转子叶片22上是否正在出现冰积聚。
返回参考图7B，如果存在冰积聚，则如在(128)和(132)处所示，方法100可包括当频率偏差在预定频率范围之外时实现控制动作。类似地，如在(130)和(132)处所示，如果叶片损坏(或在(多个)频率偏差中存在任何其它异常)，则方法100还可包括当频率偏差在预定频率范围之外时实现控制动作。在若干实施例中，控制动作可包括例如生成警报、调度维护动作、将转子叶片22中的一个或多个变桨、关闭转子叶片、将风力涡轮10降额、将风力涡轮10升额、将转子叶片22除冰(例如加热)、或更换转子叶片22中的一个或多个。
现在参考图10，图示了用于监测风力涡轮10的转子叶片22的方法200的一个实施例的流程图。在一些实施例中，控制器32配置成执行这样的操作。一般地，将在此参照图1至图6中图示的风力涡轮10和控制器32来描述方法200。然而，应当意识到，所公开的方法200可利用具有任何其它合适构造的风力涡轮来实现。此外，尽管为了说明和讨论的目的，图10描绘了以特定顺序执行的步骤，但是本文中讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文中提供的公开内容，本领域技术人员将意识到，在不偏离本公开的范围的情况下，本文中公开的方法的各种步骤可以各种方式被省略、重新布置、组合和/或修改。
如在(202)处所示，方法200可包括监测风力涡轮10的功率输出。当功率输出高于功率阈值时，如在(204)处所示，方法200包括实现用于监测(多个)转子叶片22的叶片损坏的控制方案206。如在(208)处所示，控制方案206可包括监测风力涡轮10的变桨系统70的至少一个电气条件(诸如本文中描述的电气条件中的任何)。如在(210)处所示，方法200可包括将变桨系统70的(多个)电气条件转换到频域中。如在(212)处所示，方法200可包括确定频域中的(多个)电气条件是否减小在与(多个)转子叶片22的固有频率相关的频率分量周围的预定量，其中，(多个)电气条件减小在与(多个)转子叶片22的固有频率相关的频率分量周围的预定量指示转子叶片异常，诸如叶片损坏或叶片结冰。如在(214)处所示，方法200可包括当(多个)电气条件在预定范围之外时实现控制动作。
本发明的另外的方面由以下条款的主题提供：
条款1. 一种用于监测风力涡轮的至少一个转子叶片的方法，所述方法包括：
经由控制器实现用于监测所述至少一个转子叶片的叶片损坏的控制方案，所述控制方案包括：
监测所述风力涡轮的变桨系统的至少一个电气条件；
将所述变桨系统的所述至少一个电气条件转换到频域中；
确定与所述转子叶片的固有频率相关的频率分量周围的所述频域的一个或多个峰值；
确定所述频域的所述一个或多个峰值和与所述转子叶片的所述固有频率相关的所述频率分量之间的频率偏差，其中，在预定频率范围之外的频率偏差指示转子叶片异常；和
当所述频率偏差在所述预定频率范围之外时，实现控制动作。
条款2. 根据条款1所述的方法，还包括监测所述风力涡轮的至少一个操作参数，并且仅在所述至少一个操作参数超过操作阈值时实现所述控制方案。
条款3. 根据条款2所述的方法，其中，所述至少一个操作参数包括功率输出、风速、转子速度、发电机速度或发电机扭矩中的至少一个。
条款4. 根据前述条款中的任一项所述的方法，其中，所述至少一个电气条件包括变桨马达电流、变桨马达电压或变桨马达扭矩中的至少一个。
条款5. 根据条款4所述的方法，其中，所述变桨马达电流包括用于DC马达的电枢电流或用于AC马达的扭矩相关电流分量中的一个或多个。
条款6. 根据前述条款中的任一项所述的方法，还包括测量在所述风力涡轮处的至少一个环境参数和基于所述至少一个环境参数确定在所述转子叶片上是否正在发生冰积累。
条款7. 根据条款6所述的方法，其中，在所述风力涡轮处的所述至少一个环境参数包括温度、湿度、压力、风速、风向、降水量或它们的组合中的至少一个。
条款8. 根据条款6所述的方法，其中，所述转子叶片的所述固有频率中的变化反映了所述转子叶片的叶片刚度或叶片质量中的变化，并且其中，当在所述转子叶片上正在发生冰积聚时，所述叶片质量增加，并且所述转子叶片的所述固有频率降低，并且其中，当所述转子叶片损坏时，所述叶片刚度降低，并且所述转子叶片的所述固有频率降低。
条款9. 根据前述条款中的任一项所述的方法，还包括在线监测所述风力涡轮的所述变桨系统的所述至少一个电气条件。
条款10. 根据前述条款中的任一项所述的方法，还包括：
对所述风力涡轮的多个转子叶片实现所述控制方案，以确定针对所述多个转子叶片中的每一个的频率偏差；和
当所述多个转子叶片的所述频率偏差中的一个或多个大于频率阈值时，实现所述控制动作。
条款11. 根据前述条款中的任一项所述的方法，其中，所述控制动作还包括生成警报、调度维护动作、将所述转子叶片变桨、关闭所述转子叶片、将所述风力涡轮降额、将所述风力涡轮升额、将所述转子叶片除冰或更换所述转子叶片。
条款12. 一种风力涡轮，包括：
塔架；
机舱，其安装在所述塔架顶部上；
转子，其包括可旋转毂和与变桨系统通信地联接的至少一个转子叶片；和
控制器，其配置成执行用于控制所述风力涡轮的多个操作，所述多个操作包括：
实现用于监测所述至少一个转子叶片的叶片损坏的控制方案，所述控制方案包括：
监测所述变桨系统的至少一个电气条件；
将所述变桨系统的所述至少一个电气条件转换到频域中；
确定与所述转子叶片的固有频率相关的频率分量周围的所述频域的一个或多个峰值；
确定所述频域的所述一个或多个峰值和与所述转子叶片的所述固有频率相关的所述频率分量之间的频率偏差，其中，在预定频率范围之外的频率偏差指示转子叶片异常；和
当所述频率偏差在所述预定频率范围之外时，实现控制动作。
条款13. 根据条款12所述的风力涡轮，其中，所述多个操作还包括监测所述风力涡轮的至少一个操作参数以及仅在所述至少一个操作参数超过操作阈值时实现所述控制方案，所述至少一个操作参数包括功率输出、风速、转子速度、发电机速度或发电机扭矩中的至少一个。
条款14. 根据条款12至13所述的风力涡轮，其中，所述至少一个电气条件包括变桨马达电流、变桨马达电压或变桨马达扭矩中的至少一个，并且其中，所述变桨马达电流包括用于DC马达的电枢电流或用于AC马达的扭矩相关电流分量中的一个或多个。
条款15. 根据条款12至14所述的风力涡轮，还包括用于测量在所述风力涡轮处的至少一个环境参数的至少一个传感器，所述多个操作还包括基于所述至少一个环境参数确定在所述转子叶片上是否正在发生冰积累。
条款16. 根据条款15所述的风力涡轮，其中，在所述风力涡轮处的所述至少一个环境参数包括温度、湿度、压力、风速、风向、降水量或它们的组合中的至少一个。
条款17. 根据条款15所述的风力涡轮，其中，所述转子叶片的所述固有频率中的变化反映了所述转子叶片的叶片刚度或叶片质量中的变化，并且其中，当在所述转子叶片上正在发生冰积聚时，所述叶片质量增加，并且所述转子叶片的所述固有频率降低，并且其中，当所述转子叶片损坏时，所述叶片刚度降低，并且所述转子叶片的所述固有频率降低。
条款18. 根据条款12至17所述的风力涡轮，其中，所述多个操作还包括在线监测所述转子叶片的所述变桨风力涡轮的所述至少一个电气条件。
条款19. 根据条款12至18所述的风力涡轮，其中，所述控制动作还包括生成警报、调度维护动作、将所述转子叶片变桨、关闭所述转子叶片、将所述风力涡轮降额、将所述风力涡轮升额、将所述转子叶片除冰或更换所述转子叶片。
条款20. 一种用于监测风力涡轮的转子叶片的方法，所述方法包括：
经由所述风力涡轮的控制器监测所述风力涡轮的功率输出；
当所述功率输出高于功率阈值时，经由所述控制器实现用于监测所述转子叶片的叶片损坏的控制方案，所述控制方案包括：
监测所述风力涡轮的变桨系统的至少一个电气条件；
将所述变桨系统的所述至少一个电气条件转换到频域中；
经由所述控制器确定所述频域中的所述至少一个电气条件是否减小与所述转子叶片的固有频率相关的频率分量周围的预定量，其中，所述至少一个电气条件减小与所述转子叶片的所述固有频率相关的频率分量周围的所述预定量指示转子叶片异常；和
当所述至少一个电气条件在所述预定范围之外时，实现控制动作。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备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它示例。如果这些其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等效结构要素，则这些其它示例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于监测风力涡轮的至少一个转子叶片的方法，所述方法包括：
经由控制器实现用于监测所述至少一个转子叶片的叶片损坏的控制方案，所述控制方案包括：
监测所述风力涡轮的变桨系统的至少一个电气条件；
将所述变桨系统的所述至少一个电气条件转换到频域中；
确定与所述转子叶片的固有频率相关的频率分量周围的所述频域的一个或多个峰值；
确定所述频域的所述一个或多个峰值和与所述转子叶片的所述固有频率相关的所述频率分量之间的频率偏差，其中，在预定频率范围之外的频率偏差指示转子叶片异常；和
当所述频率偏差在所述预定频率范围之外时，实现控制动作。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括监测所述风力涡轮的至少一个操作参数，并且仅在所述至少一个操作参数超过操作阈值时实现所述控制方案。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个操作参数包括功率输出、风速、转子速度、发电机速度或发电机扭矩中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个电气条件包括变桨马达电流、变桨马达电压或变桨马达扭矩中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述变桨马达电流包括用于DC马达的电枢电流或用于AC马达的扭矩相关电流分量中的一个或多个。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括测量在所述风力涡轮处的至少一个环境参数和基于所述至少一个环境参数确定在所述转子叶片上是否正在发生冰积累。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述风力涡轮处的所述至少一个环境参数包括温度、湿度、压力、风速、风向、降水量或它们的组合中的至少一个。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述转子叶片的所述固有频率中的变化反映了所述转子叶片的叶片刚度或叶片质量中的变化，并且其中，当在所述转子叶片上正在发生冰积聚时，所述叶片质量增加，并且所述转子叶片的所述固有频率降低，并且其中，当所述转子叶片损坏时，所述叶片刚度降低，并且所述转子叶片的所述固有频率降低。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括在线监测所述风力涡轮的所述变桨系统的所述至少一个电气条件。
10. 根据权利要求1所述的方法，还包括：
对所述风力涡轮的多个转子叶片实现所述控制方案，以确定针对所述多个转子叶片中的每一个的频率偏差；和
当所述多个转子叶片的所述频率偏差中的一个或多个大于频率阈值时，实现所述控制动作。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制动作还包括生成警报、调度维护动作、将所述转子叶片变桨、关闭所述转子叶片、将所述风力涡轮降额、将所述风力涡轮升额、将所述转子叶片除冰或更换所述转子叶片。
12.一种风力涡轮，包括：
塔架；
机舱，其安装在所述塔架顶部上；
转子，其包括可旋转毂和与变桨系统通信地联接的至少一个转子叶片；和
控制器，其配置成执行用于控制所述风力涡轮的多个操作，所述多个操作包括：
实现用于监测所述至少一个转子叶片的叶片损坏的控制方案，所述控制方案包括：
监测所述变桨系统的至少一个电气条件；
将所述变桨系统的所述至少一个电气条件转换到频域中；
确定与所述转子叶片的固有频率相关的频率分量周围的所述频域的一个或多个峰值；
确定所述频域的所述一个或多个峰值和与所述转子叶片的所述固有频率相关的所述频率分量之间的频率偏差，其中，在预定频率范围之外的频率偏差指示转子叶片异常；和
当所述频率偏差在所述预定频率范围之外时，实现控制动作。
13.根据权利要求12所述的风力涡轮，其中，所述多个操作还包括监测所述风力涡轮的至少一个操作参数以及仅在所述至少一个操作参数超过操作阈值时实现所述控制方案，所述至少一个操作参数包括功率输出、风速、转子速度、发电机速度或发电机扭矩中的至少一个。
14.根据权利要求12所述的风力涡轮，其中，所述至少一个电气条件包括变桨马达电流、变桨马达电压或变桨马达扭矩中的至少一个，并且其中，所述变桨马达电流包括用于DC马达的电枢电流或用于AC马达的扭矩相关电流分量中的一个或多个。
15.根据权利要求12所述的风力涡轮，还包括用于测量在所述风力涡轮处的至少一个环境参数的至少一个传感器，所述多个操作还包括基于所述至少一个环境参数确定在所述转子叶片上是否正在发生冰积累。
16.根据权利要求15所述的风力涡轮，其中，在所述风力涡轮处的所述至少一个环境参数包括温度、湿度、压力、风速、风向、降水量或它们的组合中的至少一个。
17.根据权利要求15所述的风力涡轮，其中，所述转子叶片的所述固有频率中的变化反映了所述转子叶片的叶片刚度或叶片质量中的变化，并且其中，当在所述转子叶片上正在发生冰积聚时，所述叶片质量增加，并且所述转子叶片的所述固有频率降低，并且其中，当所述转子叶片损坏时，所述叶片刚度降低，并且所述转子叶片的所述固有频率降低。
18.根据权利要求12所述的风力涡轮，其中，所述多个操作还包括在线监测所述转子叶片的所述变桨风力涡轮的所述至少一个电气条件。
19.根据权利要求12所述的风力涡轮，其中，所述控制动作还包括生成警报、调度维护动作、将所述转子叶片变桨、关闭所述转子叶片、将所述风力涡轮降额、将所述风力涡轮升额、将所述转子叶片除冰或更换所述转子叶片。
20.一种用于监测风力涡轮的转子叶片的方法，所述方法包括：
经由所述风力涡轮的控制器监测所述风力涡轮的功率输出；
当所述功率输出高于功率阈值时，经由所述控制器实现用于监测所述转子叶片的叶片损坏的控制方案，所述控制方案包括：
监测所述风力涡轮的变桨系统的至少一个电气条件；
将所述变桨系统的所述至少一个电气条件转换到频域中；
经由所述控制器确定所述频域中的所述至少一个电气条件是否减小与所述转子叶片的固有频率相关的频率分量周围的预定量，其中，所述至少一个电气条件减小与所述转子叶片的所述固有频率相关的频率分量周围的所述预定量指示转子叶片异常；和
当所述至少一个电气条件在所述预定范围之外时，实现控制动作。
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