CN115989361A - 变桨轴承损坏的减少 - Google Patents

Abstract

描述一种确定风力涡轮机(150)的至少一个转子叶片(155)的变桨致动器(153)的变桨速度(v)的值(113)的方法，所述方法包括：提供指示所述转子叶片的支承力矩的值(M)的量(103)；基于所述量(103)和指示所述转子叶片(155)的所述支承力矩的参考值(M_ref)的参考量(109)确定变桨速度的所述值(113)，使得，如果所述量(103)指示所述转子叶片的支承力矩的所述值(M)低于所述转子叶片的所述支承力矩的所述参考值(M_ref)，则将变桨速度(v)的所述值(113)确定为高于所述变桨速度的参考值(v_ref)。

Description

变桨轴承损坏的减少

技术领域

本发明涉及一种确定风力涡轮机的至少一个转子叶片的变桨致动器的变桨速度的值的方法和装置。此外，本发明涉及一种控制变桨致动器的方法，涉及一种变桨致动系统，并且进一步涉及一种包括桨距调整系统的风力涡轮机。

背景技术

常规风力涡轮机的转子叶片可以围绕转子叶片的纵向轴线旋转以便调整所谓的桨距角。在用于产生电能的风力涡轮机的正常操作期间可能需要改变桨距角以便增加或减少如由转子叶片因冲击风所致的升力。为了促进对转子叶片进行变桨调节，转子叶片由变桨轴承可旋转地支撑。在对转子叶片进行变桨调节时，可能引起对变桨轴承的或多或少损坏，具体取决于转子叶片经受的力矩以及变桨行程或变桨速度，即，调整桨距角的速度(例如以每秒度数给出)。在所述技术领域中，变桨轴承损坏(PBD)指示在变桨轴承滚道上引起的损坏。从而，诸如圆柱体或球体的滚动元件在滚道表面上滚动。如果施加在滚动元件与滚道≥间的压力(由弯折力矩引起)相对高，则滚道和/或滚动元件可能受损。通常已知变桨轴承损坏是变桨行程(dθ)和叶片合力矩(M_res)的函数。

文献US 2020/0056586 Al公开一种用于风力涡轮机叶片变桨轴承上的负载减小的方法，其中一种方法包括朝向目标叶片桨距角对转子叶片进行变桨调节，其中变桨调节的方式取决于变桨轴承上的负载和/或转子的方位角位置。例如，变桨调节的速度可以根据变桨轴承上的负载设定。当支承力矩(bearing moment)相对高时，可以减小变桨行程，并且可以在支承力矩相对高的范围内停用变桨调节。根据所规定的函数，可以设定变桨速度倍增因子，即，比例因子，根据所述比例因子调适变桨旋转速度。

常规上，变桨轴承损坏的问题已经通过以下方式得以解决或处理

·降低最佳桨距角以减少变桨轴承损坏；

·降低速度-变桨控制器增益，

·或者增加变桨轴承的容量的能力。

所有这些解决方案都具有特定缺点。用于减少变桨轴承损坏的常规方法和装置可能在相对高的弯折力矩下增加变桨速度，这可能对变桨轴承造成潜在损坏。在其他常规方法中，实际桨距角与目标桨距角之间的偏差可能相对高，使得对风力涡轮机的控制劣化。

因此，可能需要一种确定风力涡轮机的至少一个转子叶片的变桨致动器的变桨速度的值的方法和对应装置，其中可以减少变桨轴承损坏，并且此外，叶片可以快速且可靠地设定在目标桨距角，从而改善风力涡轮机的可操作性。

发明内容

此需求可以由根据独立权利要求的主题满足。从属权利要求描述本发明的有利实施例。

根据本发明的实施例，提供一种确定风力涡轮机的至少一个转子叶片的变桨致动器的变桨速度的值的方法，所述方法包括：提供指示所述转子叶片的支承力矩的值的量；基于所述量和指示所述转子叶片的所述支承力矩的参考值的参考量确定变桨速度的值，使得，其中，如果所述量指示所述转子叶片的支承力矩的值低于所述转子叶片的所述支承力矩的参考值，则将变桨速度的值确定为高于变桨速度的参考值。

应理解的是，针对一种确定风力涡轮机的至少一个转子叶片的变桨致动器的变桨速度的值的方法公开的特征单独地或以任何组合也可以单独地或以任何组合适用于或提供用于根据本发明的实施例的用于确定变桨速度的值的装置，并且反之亦然。

所述方法可以部分地以软件和/或硬件实现。所述方法可以例如由变桨致动器系统的模块或风力涡轮机控制器实施。

变桨速度可以表示调整桨距角的速度，如例如被确定为桨距角作为时间的函数的导数(或微商)。变桨速度可以例如被表示为每时间间隔的变桨行程(例如以度为单位测量)。

变桨致动器可以例如包括电动马达，其可以被配置成围绕纵向轴线转动转子叶片。变桨致动器可以作用在叶片的根部上。风力涡轮机可以例如包括总共三个转子叶片。所述方法的核心元素可以例如由算术/逻辑处理器实施。

确定指示支承或弯折力矩的值的量可以包括一个或多个测量值以及对测量结果的进一步处理。所述弯折或支承力矩可以指示转子叶片或变桨轴承经受的机械负载。所述弯折或支承力矩可能是由于重力和/或冲击风。所述弯折或支承力矩可以作用在变桨轴承上。因此，考虑弯折或支承力矩可以适当地实现保护变桨轴承免受损坏。

指示弯折或支承力矩的参考值的参考量还可以包括一个或多个测量值并处理所述测量结果。指示弯折或支承力矩的参考值的参考量可以在不同实施例中以不同方式体现。此外，指示弯折或支承力矩的值的量可以在根据本发明的不同实施例中以不同方式体现。

如果指示转子叶片的弯折或支承力矩的值的量低于转子叶片的弯折或支承力矩的参考值，则变桨轴承可能未被显著损坏，即使变桨速度被确定并且然后被设定成高于变桨速度的参考值也是如此。

如果弯折或支承力矩不高于弯折或支承力矩的参考值，则变桨速度的参考值可以例如对应于额定变桨速度、正常变桨速度或可以在变桨轴承的正常预期寿命期间应用的变桨速度。因此，如果转子叶片的弯折或支承力矩低于弯折或支承力矩的参考值，如果转子叶片以高于变桨速度的参考值的变桨速度进行变桨调节，则其可能不强加变桨轴承损坏的任何风险。当变桨速度被确定为高于变桨速度的参考速度时，实际桨距角与目标桨距角的潜在桨距偏移或偏差可以快速地减小。目标桨距角可能涉及或者可能是预期桨距角，如例如由例如风力涡轮机控制器的其他控制装备规定。

特别地，如果确定弯折或支承力矩低于转子叶片的弯折或支承力矩的参考值，则变桨速度可以从实际变桨速度开始增加到高于变桨速度的参考值。

所述方法可以输出变桨速度的所确定的值。此变桨速度可以以任何信号形式例如供应到机械地耦接到转子的变桨致动器。

当指示弯折或支承力矩的值的量不大于指示弯折或支承力矩的参考值的参考量时，变桨速度可以基于支承力矩波动低于平均水平的程度(即，基于实际支承力矩低于参考支承力矩的程度)增加。

可以例如由转子叶片的弯折力矩计算支承力矩。又可以基于如例如由靠近于转子叶片的根部区段布置或布置在转子叶片的根部区段处的一个或多个应变传感器获得的应变测量结果计算转子叶片的弯折力矩。可以由所述量导出例如弯折力矩和/或支承力矩。然而，在其他实施例中，转子叶片的方位角条件或位置也可以指示转子叶片的支承力矩的值。在上述实施例中，所述量可以不同于与转子叶片的方位角位置相关的量。

从而，实际桨距角可以被快速且可靠地设定成目标桨距角，同时可以降低变桨轴承损坏的风险。

根据本发明的实施例，基于与支承力矩的低值相关的参数(ΔM_low)确定变桨速度的值，其中与支承力矩的低值相关的所述参数(ΔM_low)指示在哪一支承力矩下，所述变桨速度的所述值应该是变桨速度的最大值。

在常规方法中可能尚未使用或引入与支承力矩的低值相关的参数。变桨速度的最大值可以例如根据所使用的致动器并且还根据对支承力矩的考虑来设定，所述支承力矩与变桨速度的最大值一起导致特定预期变桨轴承损坏。通过引入与支承力矩的低值相关的参数，可以简化实施方案。

根据本发明的实施例，在M＜＝M_ref-ΔM_low时，所述变桨速度的所述值被确定为所述变桨速度的最大值(v_max)，其中M是支承力矩的值，M_ref是支承力矩的参考值，ΔM_low是与支承力矩的低值相关的所述参数。

从参考支承力矩减少支承力矩的低值开始，变桨速度可以从变桨速度的最大值开始线性地减小(同时增加弯折或支承力矩)。如果达到支承力矩的参考值，则变桨速度的所述值可以达到变桨速度的参考值。对于仍然增加的支承力矩，可以进一步线性地减小变桨速度，以便在高支承力矩极限下达到变桨速度的最小值，如下文将解释的。

根据本发明的实施例，如果所述量指示转子叶片的支承力矩的值高于所述转子叶片的所述支承力矩的参考值，则将所述变桨速度的所述值确定为低于变桨速度的参考值。

如果弯折或支承力矩高于支承力矩的参考值，则以过高变桨速度转动转子叶片可能引起实质性损坏，根据本发明的此实施例，可以避免此情况。特别地，如果支承力矩高于支承力矩的参考值，则对于增加支承力矩或对于减小支承力矩两者，可以确保变桨速度始终低于变桨速度的参考值。从而，可以有效地减少或者甚至避免变桨轴承的损坏。

根据本发明的实施例，如果所述量指示支承力矩的值随时间的减小，并且如果所述量指示转子叶片的支承力矩的值高于所述转子叶片的所述支承力矩的参考值，则将所述变桨速度的所述值确定为随时间增加(以便追赶上目标桨距角)、特别是从最小速度值开始，使得所述变桨速度的所述值低于变桨速度的参考值。

常规上，变桨速度可能已经在所述区域中增加太多，其中转子叶片的支承力矩的所述值高于支承力矩的参考值。从而，常规上，可能已经对变桨轴承强加高损坏。通过本发明的此实施例，可以避免对变桨轴承的此高损坏或高负载。然而，所述变桨速度的所述值随时间增加以随时间减小弯折力矩的值，以便确保快速符合所设定的目标桨距角。从而，变桨速度被保持在变桨速度的参考值以下，以便避免潜在的变桨轴承损坏。

根据本发明的实施例，如果所述量指示支承力矩的值随时间的增加，并且如果所述量指示转子叶片的支承力矩的值高于所述转子叶片的所述支承力矩的参考值，则将所述变桨速度的所述值确定为随时间减小，使得所述变桨速度的所述值低于变桨速度的参考值。在以上实施例中，变桨速度的增加可以与弯折力矩的值随时间的减小成比例。在其他实施例中，可以应用变桨速度的增加与弯折力矩的减小之间的不同关系。

对于所确定的增加的支承力矩，变桨速度随时间减小，以便避免变桨轴承的实质性损坏。变桨速度的减小可以与弯折力矩的值的增加成比例。

从而，可以提供高灵活性，并且一方面适当地用于减少变桨轴承损坏的目的，并且另一方面用于紧密地符合预期的目标桨距角。

根据本发明的实施例，对于支承力矩的值随时间的增加和/或减小，如果所述量指示转子叶片的支承力矩的值低于所述转子叶片的所述支承力矩的参考值，则将变桨速度的值确定为高于变桨速度的参考值。

当变桨速度被设定或确定为高于变桨速度的参考值时，桨距角可以快速达到目标桨距角。由于支承力矩低于支承力矩的参考值，因此变桨速度可以增加到变桨速度的参考值以上，而不涉及对变桨轴承的实质性损坏的风险。

根据本发明的实施例，变桨速度的值被确定为如具有负导数的曲线随支承力矩的值变化，特别是对于高于和/或低于支承力矩的参考值的支承力矩的值。

具有负导数的曲线可以是任何形状的曲线，也不同于线性曲线。具有负导数的曲线可以定义的支承力矩越高，则所确定的变桨速度的值越低。从而，提供简单的实施方案。所述曲线可以例如基于物理/数学模型(包括取决于变桨行程和支承力矩的变桨轴承的模型)的模拟来调适。

根据本发明的实施例，所述曲线是具有斜率的直线，其特别是被动态计算成使得对于M＝M_low，v＝v_max，并且对于M＝M_high，v＝v_min，其中M_low＝M_ref-ΔM_low，M_high＝M_ref+ΔM_high，M是支承力矩的值，v是变桨速度的值，v_max是变桨速度的最大值，v_min是变桨速度的最小值，M_ref是支承力矩的参考值，ΔM_low、ΔM_high是与支承力矩极限相关的预先确定的参数。

直线提供了简单的实施方案。直线的斜率可以例如通过仅定义坐标系中的两个点来定义，所述坐标系将支承力矩作为x轴，并且将变桨速度作为y轴。从而，如适用的并根据特定应用的需要，可以包括任何上文定义的量。例如，对于支承力矩的参考值，直线可以将变桨速度的值定义成变桨速度的参考值。对于支承力矩的参考值减少与低支承力矩相关的参数，变桨速度可以例如达到变桨速度的最大值。对于是支承力矩的参考值和与高支承力矩相关的参数的总和的支承力矩，变桨速度的值可以达到变桨速度的最小值。

根据本发明的实施例，转子叶片的支承力矩的参考值是预先确定的值或风力涡轮机的所有转子叶片的支承力矩的平均值；和/或其中变桨速度的参考值是变桨速度的预先确定的值或风力涡轮机的所有转子叶片的变桨速度的平均值。

当支承力矩的参考值被确定为风力涡轮机的所有转子叶片的支承力矩的平均值时，提供动态参考支承力矩，其考虑所采用的转子叶片和变桨调节系统的特殊性。

在其他实施例中，可能有意义的是，定义支承力矩的预先确定的值，其可以根据变桨轴承的额定值设定，使得所述预先确定的值可以定义不应该被超过的支承力矩的值，以便避免轴承的损坏。

变桨速度的参考速度以及弯折或支承力矩的参考值可以以特定组合确定，因为两者都可能导致变桨轴承损坏。变桨速度的参考值也可以例如基于变桨致动器系统的能力确定。可以确定支承力矩的参考值与变桨速度的参考值的组合诸如以导致可接受或在预先确定的损坏范围或负载范围内的变桨轴承损坏。

例如，数个应变传感器可以安装在相应转子叶片的根部区段处。所述应变传感器可以以例如在100至1000次测量/每秒的采样率实施测量。应变可以例如根据转子叶片的转子的旋转速度变化。由于重力，在所考虑的转子叶片的向上摆动或向下摆动期间，应变可能特别相对高。例如，可以利用两个襟翼传感器和两个边缘传感器。那些传感器的测量结果可以由处理器接收并且可以被转换成转子叶片的相应弯折或支承力矩。此外，可以计算弯折量或平面外弯折。可以由原始传感器和/或其他参数导出作用在变桨轴承上的支承力矩。

转子叶片的方位角位置可以指示支承力矩，因为所述方位角位置还指示转子叶片何时处于向下摆动或最低位置。根据应用，可以组合应变值、弯折力矩值、支承力矩值和/或方位角位置以达到指示转子叶片的支承力矩的值的量。支承力矩可以作用在变桨轴承上。

根据本发明的实施例，提供一种控制变桨致动器的方法，所述方法包括：向所述变桨致动器供应指示目标桨距角的信号；实施根据前述实施例中的任一实施例的确定风力涡轮机的至少一个转子叶片的变桨致动器的变桨速度的值的方法；向所述变桨致动器供应指示所述变桨速度的所述所确定值的信号；以及通过所述变桨致动器基于所述目标桨距角以及所述变桨速度的所确定的值调整所述转子叶片桨距角。

从而，提供一种用于控制变桨致动器的经改善的方法。从而，可以减少变桨轴承损坏，并且可以在相对短时间内设定所期望的桨距角，从而提高风力涡轮机的可操作性。

根据本发明的实施例，提供一种用于确定风力涡轮机的至少一个转子叶片的变桨致动器的变桨速度的值的装置，所述装置包括：处理器，所述处理器适于：接收指示转子叶片的支承力矩的值的量；基于所述量和指示所述转子叶片的所述支承力矩的参考值的参考量确定变桨速度的值，使得，其中，如果指示转子叶片的支承力矩的值的所述量低于所述转子叶片的所述支承力矩的参考值，则将变桨速度的值确定为高于变桨速度的参考值。

此外，根据本发明的实施例，提供一种桨距调整系统，其包括：根据前述实施例的用于确定风力涡轮机的至少一个转子叶片的变桨致动器的变桨速度的值的装置；通信地耦接到所述装置的变桨致动器；特别是进一步包括至少一个适于确定指示所述转子叶片的所述支承力矩的所述值的所述量的传感器、特别是应变传感器。

最后，根据本发明的实施例，提供一种风力涡轮机，其包括：附接有多个转子叶片的涡轮机转子；以及根据前述实施例的桨距调整系统。

本发明的上文定义的方面和其他方面根据将在下文中描述的实施例的实例显而易见并参考所述实施例的实例进行解释。在下文中将参考实施例的实例更详细描述本发明，但是本发明并不限于所述实施例的实例。

附图说明

现在参考附图描述本发明的实施例。本发明并不限于所图示或所描述的实施例。

图1示意性地图示了根据本发明的实施例的风力涡轮机，其包括根据本发明的实施例的用于确定至少一个转子叶片的变桨致动器的变桨速度的值的装置；

图2示意性地图示了如可例如由图1中所图示的装置实施的根据本发明的实施例的确定变桨致动器的变桨速度的值的方法的方案；

图3图示了图示在根据本发明的实施例中采用的参数的曲线图；并且

图4示意性地图示了用于解释根据本发明的实施例的用于确定变桨速度的值的参数的曲线图。

具体实施方式

图1中所图示的风力涡轮机150包括用于确定风力涡轮机150的至少一个转子叶片155的变桨致动器153的变桨速度的值的装置100。转子叶片155机械地耦接到驱动风力涡轮机150的发电机159的转子157。装置100通信地耦接到每一风力涡轮机155的变桨致动器153中的每一者。变桨致动器153能够围绕纵向轴线159转动相应的转子叶片155。装置100向致动器153输出控制信号114，控制信号114可以指示变桨速度113的值。装置100从应变传感器105接收关于应变的测量值116。

风力涡轮机150包括转子叶片155、转子157、变桨致动器153以及发电机159。风力涡轮机150可以进一步包括未详细图示的其他机械以及电子和电气装备。

在常规方法中，已经观察到，当变桨轴承力矩处于相对高的值时，变桨速度太高。本发明的实施例避免此不利行为。

用于确定风力涡轮机150的至少一个转子叶片的变桨致动器的变桨速度的值的图1中示意性地图示的装置100包括处理器101，处理器101适于接收指示转子叶片的弯折力矩的值的量，其中所述量用附图标记103标记。在当前实施例中，量103是或表示所考虑的转子叶片的瞬时支承力矩。所述瞬时支承力矩可以例如基于应变传感器105的测量值确定。并且使用计算模块107处理来自安装在叶片155处的应变传感器105的信号。模块107也可以被视为输入模块，其提供所考虑的转子叶片的瞬时支承力矩。

处理器101进一步适于从另一个输入模块111实现所考虑的转子叶片的支承力矩的参考值109。在图1中所图示的实施例中，支承力矩109的参考值等于风力涡轮机的所有转子叶片的支承力矩的平均值(或均值)。例如，每一转子叶片可以包括相应的应变传感器，所述应变传感器可以提供关于相应转子叶片的应变的测量信号。相应的输入模块107、111可以由应变值计算相应的转子叶片的弯折力矩，并由此计算支承力矩。此外，输入模块111可以对所有转子叶片的所有支承力矩实施平均以计算支承力矩的参考值109。

所述处理器适于基于支承力矩的量103和参考量109确定变桨速度的值(用附图标记113标记)。从而，变桨速度113的值被计算成使得，如果量103指示转子叶片的弯折力矩的值低于转子叶片的弯折力矩的参考值109，则将变桨速度的值113确定为高于变桨速度的参考值。

因此，处理器101包括减法元件(例如以软件和/或硬件实现)115，其确定量103与参考量109之间的差117。差117被供应到逻辑元件119，逻辑元件119检查差117是大于零还是不大于零。如果所述差大于零，则所述方法切换到通向第一运算模块123的分支121，第一运算模块123运算所考虑的转子叶片的变桨速度减小。为此，计算模块123接收与弯折力矩上限相关的参数125，在下文也被表示为ΔM_high。此外，计算模块123接收总变桨速度(collective pitch speed 127)127(来自模块126)，其可以例如是变桨速度的参考值。变桨速度的参考值127可以达到预先确定的变桨速度、正常变桨速度或例如所有转子叶片的变桨速度的平均值。与弯折力矩上限相关的参数125由例如存储块的块128提供。总变桨速度127或参考变桨速度127由模块126提供。

根据与支承力矩上限相关的参数125、变桨速度127的参考值以及块119中对差121的检查，针对差117大于零的所考虑的情况，计算模块123计算所考虑的转子叶片的变桨速度。

在其他情况下，如果差117不大于零，则所述方法切换到通向第二计算块131的分支129。计算块131进一步基于如由模块134提供的与支承力矩下限相关的参数133(在下文中也被表示为ΔM_low)运算所考虑的转子叶片的变桨速度增加。在现有技术方法中可能尚未利用参数133。基于差117以及与支承力矩下限相关的参数133，计算模块131最终计算变桨速度113的值。从而，还考虑总变桨速度或参考变桨速度127。

用于减少变桨轴承损坏的常规方法的问题包括在平均平面外力矩(mean out-of-plane moment)下调度大量变桨行程，但是低于瞬时的平面外力矩的平均平面外力矩意味着必须存在低于平均值的平面外力矩。这意味着，由于常规追赶行为(catchup behavior)，存在比所需高太多的损坏贡献。

平面外力矩可以与弯折力矩或支承力矩成比例。

本发明的实施例通过在平均平面外力矩以下、而非在平均水平下实施“追赶”来使用变桨轴承损坏。通过实施与平均平面外力矩与瞬时平面外力矩之间的差成比例的“追赶”，大部分变桨行程在最低轴承负载下实施，从而比常规应用更多地减少变桨轴承损坏。

当减慢变桨速度(通过向总参考添加桨距偏移)时，其应该基于平面外力矩。要追赶的变桨速度增加应该基于低于平均水平的平面外力矩，并且在此之前，叶片的单独变桨速度保持处于在(如闩锁)期间已经经历的最低速度或通过固定桨距偏移来维持距离，并且然后在平均水平以下按比例追赶。此比例可以由以下图2中指示的增益给出。

图2图示可以例如由图1中所图示的装置100实施的根据本发明的实施例的确定变桨速度的值的方法的示意图。

在模块201中，方法200提供输入信号，诸如所有风力涡轮机的瞬时状态。选择块203使得能够选择桨距损坏衰减(PDA)的类型。如果模块203未选择任何预先确定的类型的PDA，则块205提供输出信号。输出模块205可以例如将所有风力涡轮机的状态和桨距偏移输出为零。

如果在模块203中实现类型选择，则在方法块207中，检查传感器状态。此外，检查数个控制状态。特别地，可以设定最大变桨速度，并且可以设定(从例如存储元件读取)一些其他参数。模块207从块208接收输入参数。输入参数可以例如涉及重复比例、极限值或极限。在块211中，模块207输出输出信号，诸如PDA状态。

在方法块210中，将平均变桨轴承力矩计算为所有三个转子叶片的支承力矩的平均值。输出平均支承209作为支承力矩的参考值210。从而，输入模块214提供所考虑的转子叶片的弯折力矩的值的量。在所图示的实施例中，由模块214提供的输入信号涉及所有转子叶片的支承力矩，其也被提供到计算块210，以便计算那些支承力矩的平均值209(或参考值)。

方法块215接收支承力矩的参考值209以及所考虑的转子叶片的支承力矩203的值，计算这两个输入参数之间的差217。所述差也可以被视为所考虑的变桨轴承相对于变桨轴承的平均值的轴承波动。

多速率低通滤波器219从激活功能模块221接收PDA激活水平并从模块220接收关于滤波的输入参数，并且允许激活水平快速降低和缓慢增加(即，快速去激活，缓慢激活)。

变桨轴承波动217被提供或供应到计算块223，计算块223计算变桨速率极限，使用力矩波动、经滤波的激活水平和最大变桨速率极限计算每一叶片的变桨速率极限。因此，模块223从方法块225接收输入参数ΔM_high。此外，变桨速率极限计算块223从方法块227接收参数ΔM_low，如下文将参考图3和图4解释。

基于差217或变桨轴承波动217以及与弯折力矩极限或支承力矩极限相关的参数ΔM_high、ΔM_low，变桨速率极限计算模块223计算所有转子叶片的变桨速度的值213。

另一方法块229使用变桨速率极限和单独桨距位置与考虑来自模块230的最大桨距偏移的总变桨参考之间的差计算桨距偏移。从而，计算模块229接收关于最大桨距偏移的其他输入参数。

输出块231输出不同风力涡轮机的桨距偏移。在图2中所图示的方法方案200中，与低于平均力矩的支承力矩成比例地实施变桨速度的追赶。此比例由参数ΔM_low参数化，所述参数是低于在追赶速度为最大的情况下的平均力矩的力矩。

图1图示用于确定变桨速度的装置，还用于图示变桨速度或桨距角朝向总变桨位置的追赶。从而，基于高于平均值的力矩波动运算变桨速度减小。当所述波动达到平均水平时，变桨速度应该与总变桨速度相同，从而保持偏移恒定。然后，当轴承波动低于零时，基于支承力矩波动低于平均水平的程度运算变桨速度增加。由于变桨速度增加，因此可能追赶上总桨距角。

图3在将时间作为横坐标301并将叶片弯折力矩或叶片支承力矩作为纵坐标303的坐标系中图示第一曲线309，所述第一曲线309指示所有三个叶片的弯折力矩或支承力矩的平均值随时间的变化，从而表示参考弯折或支承力矩。可以动态地计算此曲线309。通过向平均曲线309添加参数ΔM_high来计算上部曲线307，因此所述参数与支承力矩上限相关。通过从平均曲线309中减去参数ΔM_low来获得下部曲线305，即，所述参数与支承力矩下限相关。

常规地，变桨行程被限制在上部线307以上。只要力矩下降到上限307以下，桨距角就可以用常规方法追赶上。根据本发明的实施例，在弯折力矩或支承力矩低于曲线305(即，低于平均支承力矩309减去参数ΔM_low(即，例如图2和图1中指示的参数))之前将不允许追赶。

图4在将支承力矩或弯折力矩M作为横坐标401并将变桨速度v作为纵坐标403的坐标系中图示变桨速度与支承力矩或弯折力矩M的相依性，其被绘示为表示变桨速度的值的曲线413。

应注意，指示变桨速度的值的信号113、指示表明支承力矩的量的信号103、指示表明参考支承力矩的量的信号109在不同图中用仅在第一个数字上不同的附图标记来标记。

因此，图4中所图示的曲线413可以表示如由装置100输出的变桨速度的值113，或者可以表示如由图2中所图示的变桨速率极限模块223输出的量213。

图4表示一个特定时刻。所述图可以随时间变化。值409指示表明参考支承力矩的参考量。参考射束也被称为M_ref。在M_ref的左侧，指示力矩值M_ref-ΔM_low，并且在参考力矩的右侧，指示量M_ref+ΔM_high。在纵坐标上，指示参考速度v_ref以及最大变桨速度v_max和最小变桨速度v_min。

如从图4可以了解的，根据本发明的实施例计算或确定的表示变桨速度的值的曲线413是例如由点(M_ref-ΔM_low、v_max)和点(M_ref、v_ref)或例如点(M_ref+ΔM_high、v_min)定义的直线。如从图4可以看到的，在M_ref-ΔM_low下，变桨速度413最大，即v_max。同样，对于低于值M_ref-ΔM_low的弯折或支承力矩，速度可以保持在最大速度v_max。如从图4可以看到的，当支承力矩M高于参考值M_ref时，变桨速度413低于参考变桨速度v_ref，所述参考变桨速度也可以被标识为总变桨速度。

至少对于高于参考力矩M_ref的支承力矩，曲线413可以在相应支承力矩的减小或增加期间应用。因此，对于支承力矩的增加，曲线403将沿箭头414的方向斜向移动，而对于支承力矩随时间的减小，曲线413将沿箭头416的方向斜向移动。

因此，为根据方向416减小支承力矩，如果支承力矩M高于参考力矩M_ref，则变桨速度413将增加到参考变桨速度v_ref以下。相反地，在弯折力矩随时间增加的情况下(遵循图4中的方向414)，如果力矩M高于参考力矩M_ref，则将变桨速度确定为随时间减小，使得速度413低于参考速度v_ref。

在检测到支承力矩M低于参考力矩M_ref的情况下，将变桨速度413确定为高于参考变桨速度v_ref。

如从图4可以看到的，笔直曲线413具有负斜率。

图4中的曲线450表示根据现有技术的变桨速度，其针对大弯折力矩展现高的值，从而导致轴承损坏。

根据本发明的实施例，追赶行为的重要部分(为减少实际桨距角与目标桨距角之间的偏差)可以从刚好高于或处于支承力矩的平均水平移动到低于平均支承力矩。由于损坏与变桨轴承力矩相关，因此，在本发明的实施例中，可以显著减少变桨轴承损坏。这意味着，可以保持在支承能力内，从而可以减小轴承大小。此外，在本发明的实施例中可以显著减少轴承故障的风险。轴承故障常规上需要大量维护工作。

替代使用支承力矩值作为图1中的输入值103、109，替代地或另外，可用利用转子方位。弯折力矩或支承力矩可以在叶片指向上方时最高，并且在叶片指向下方时最低。确切形状或相依性可能取决于环境条件。可以使用叶片弯折力矩或叶片支承力矩的测量结果来找到具有最高和最低弯折力矩或支承力矩的转子方位。需要不断更新具有最高和最低支承力矩或弯折力矩的方位角以考虑环境条件的变化。一旦已知取决于弯折力矩或支承力矩的方位角(例如通过查找表或数学函数)，就可以基于此类似方式调度变桨活动，即，相应地设定变桨速度。

应注意，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且“一(a)”或“一(an)”并不排除多个。而且，可以组合关联不同实施例描述的元件。还应注意，权利要求中的附图标记不应解释为限制权利要求的范围。

Claims (14)

1.一种确定风力涡轮机(150)的至少一个转子叶片(155)的变桨致动器(153)的变桨速度(v)的值(113)的方法，所述方法包括：

提供指示所述转子叶片的支承力矩的值(M)的量(103)；

基于所述量(103)和指示所述转子叶片(155)的所述支承力矩的参考值(M_ref)的参考量(109)确定变桨速度的所述值(113)，使得，

其中，如果所述量(103)指示所述转子叶片的支承力矩的所述值(M)低于所述转子叶片的所述支承力矩的所述参考值(M_ref)，

则将变桨速度(v)的所述值(113)确定为高于所述变桨速度的参考值(v_ref)，

其中基于与支承力矩的下限值相关的参数(ΔM_low)确定变桨速度的所述值(113)，

其中与支承力矩的低值相关的所述参数(ΔM_low)指示在哪一支承力矩下，所述变桨速度的所述值应该是所述变桨速度的最大值(v_max)。

2.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中在M＜＝M_ref-ΔM_low时，所述变桨速度的所述值(113)被确定为所述变桨速度的所述最大值(v_max)，其中

M是所述支承力矩的所述值，

M_ref是所述支承力矩的所述参考值，

ΔM_low是与支承力矩的低值相关的所述参数。

3.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中，如果所述量(103)指示所述转子叶片的支承力矩的所述值(M)高于所述转子叶片的所述支承力矩的参考值(M_ref)，

则将所述变桨速度(v)的所述值(113)确定为低于所述变桨速度的所述参考值(v_ref)。

4.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中，如果所述量(103)指示支承力矩的所述值(M)随时间的减小(416)，并且如果所述量指示所述转子叶片的支承力矩的所述值(M)高于所述转子叶片的所述支承力矩的所述参考值(M_ref)，

则将所述变桨速度(v)的所述值(113)确定为随时间增加、特别是从最小速度值(v_min)开始增加，使得所述变桨速度的所述值低于所述变桨速度的参考值(v_ref)。

5.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中，如果所述量(103)指示支承力矩的所述值(M)随时间的增加(414)，并且如果所述量(103)指示所述转子叶片的支承力矩的所述值(M)高于所述转子叶片的所述支承力矩的所述参考值(M_ref)，

则将所述变桨速度(v)的所述值(113)确定为随时间减小，使得所述变桨速度的所述值低于所述变桨速度的参考值(v_ref)。

6.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中对于所述支承力矩的所述值(M)随时间的增加和/或减小，如果所述量(103)指示所述转子叶片的支承力矩的所述值(M)低于所述转子叶片的所述支承力矩的所述参考值(M_ref)，则将变桨速度(v)的所述值(113)确定为高于所述变桨速度的所述参考值(v-ref)。

7.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中变桨速度(v)的所述值(413)被确定为如具有负导数的曲线(413)随支承力矩的所述值(M)变化，特别是对于高于和/或低于所述支承力矩的所述参考值(M_ref)的所述支承力矩的值。

8.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中所述曲线(413)是具有斜率的直线，其特别被动态计算成使得

对于M＝M_low，v＝v_max，并且

对于M＝M_high，v＝v_min

其中

M_low＝M_ref-ΔM_low，

M_high＝M_ref+ΔM_high，

M是所述支承力矩的所述值，

v是变桨速度的值，

v_max是所述变桨速度的最大值，

v_min是所述变桨速度的最小值，

M_ref是所述支承力矩的所述参考值，

ΔM_low、ΔM_high是与支承力矩极限相关的预先确定的参数。

9.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，

其中所述转子叶片的所述支承力矩的所述参考值(M_ref)是预先确定的值或所述风力涡轮机的所有转子叶片的支承力矩的平均值；和/或

其中所述变桨速度的所述参考值(v_ref)是所述变桨速度的预先确定的值或所述风力涡轮机的所有转子叶片的变桨速度的平均值。

10.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中所述量(113)指示支承力矩的值包括以下中的至少一者：

在所述转子叶片的至少一个位置处测量的所述转子叶片的应变的值；

特别是基于所述应变的所述值计算的弯折力矩的值；

特别是基于所述应变的所述值和/或所述弯折力矩计算的支承力矩的值；

所述转子叶片的方位角位置的值。

11.一种控制变桨致动器的方法，所述方法包括：

向所述变桨致动器(153)供应指示目标桨距角的信号；

实施根据前述权利要求中的任一权利要求所述的确定风力涡轮机(150)的至少一个转子叶片(155)的所述变桨致动器(153)的变桨速度(v)的值(113)的方法；

向所述变桨致动器(153)供应指示所述变桨速度的所确定的值的信号(113)；以及

通过所述变桨致动器基于所述目标桨距角和所述变桨速度的所述所确定的值调整所述转子叶片桨距角。

12.一种用于确定风力涡轮机(150)的至少一个转子叶片(155)的变桨致动器(153)的变桨速度(v)的值(113)的装置(100)，所述装置包括：

处理器(101)，所述处理器(101)适于：

接收指示所述转子叶片(155)的支承力矩的值(M)的量(103)；

基于所述量(113)和指示所述转子叶片的所述支承力矩的参考值(M_ref)的参考量(109)确定变桨速度(v)的所述值(113)，使得，

其中，如果所述量指示所述转子叶片的支承力矩的所述值(M)低于所述转子叶片的所述支承力矩的所述参考值(M_ref)，

则将变桨速度(v)的所述值(113)确定为高于所述变桨速度的参考值(v_ref)，

其中基于与支承力矩的下限值相关的参数(ΔM_low)确定变桨速度的所述值(113)，

其中与支承力矩的低值相关的所述参数(ΔM_low)指示在哪一支承力矩下，所述变桨速度的所述值应该是所述变桨速度的最大值(v_max)。

13.一种桨距调整系统(100、153)，其包括：

根据前述权利要求所述的用于确定风力涡轮机的至少一个转子叶片的变桨致动器的变桨速度的值的装置(100)；

通信地耦接到所述装置的变桨致动器(153)；

特别是进一步包括至少一个适于确定指示所述转子叶片的所述支承力矩的所述值的所述量的传感器、特别是应变传感器。

14.一种风力涡轮机(150)，其包括：

附接有多个转子叶片的涡轮机转子(157)；以及

根据前述权利要求所述的桨距调整系统(100、153)。

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