检测桨距角调整故障的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于检测风力涡轮机的转子叶片的转子叶片桨距角（pitch angle)调整故障的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 风力涡轮机包括风力涡轮机塔架，机舱安装在风力涡轮机塔架顶部上，其中，支撑 在轴承中的轴可以在机舱内旋转。风力涡轮机轴具有连接到其的一个或多个风力涡轮机叶 片且驱动发电机。转子叶片可以绕其纵向轴线转动或旋转或调整以调整转子叶片桨距角， 所述转子叶片桨距角是在转子叶片的弦线（cordline)和转子平面之间的角，所述转子平 面是垂直于由转子叶片驱动的轴的轴线的平面。例如，当转子叶片桨距角为零时，转子叶片 可被调整以传输冲击在转子叶片上的最大量的风能，以便产生最大量的电功率。相反，当所 述转子叶片桨距角为90°时，冲击风(假定在平行于转子轴线的方向上冲击)将不会驱动转 子叶片从而风力涡轮机不会产生任何能量。
[0003] 在风力涡轮机运行期间，取决于期望的功率输出（特别是包括有效功率和/或无 效功率）及其它方面的要求，可能需要根据转子的旋转速度调整桨距角。由此，变桨伺服系 统可涉及用于调整所述转子叶片桨距角。然而，变桨伺服系统可能会出现故障且不正确地 调整转子叶片桨距角。在这样的故障情况下，有可能存在风力涡轮机部件损坏的风险。
[0004] 通常地，如果检测到变桨伺服系统故障，则保险系统被启用并可以安全方式停止 涡轮机。在常规的风力涡轮机中，当转子速度达到或超过速度限制时，保险系统可以启用。 然而，值得注意的是，以常规方式检测变桨伺服系统故障并不是在所有情况下都可靠，涉及 遗漏变桨伺服系统故障的风险并由此涉及风力涡轮机部件损坏的风险。
[0005] 需要一种比常规方法和装置更可靠并且可以减少风力涡轮机部件损坏的用于检 测转子叶片桨距角调整故障的方法和系统。
【发明内容】
[0006] 该需求可以通过根据独立权利要求的主题来满足。本发明的有益的实施例通过从 属权利要求描述。
[0007] 根据本发明实施例，提供了一种用于检测风力涡轮机的转子叶片的转子叶片桨距 角调整故障的方法，所述方法包括：测量转子叶片桨距角速度；基于实际转子速度并且特 别是还根据转子加速度，预测转子叶片桨距角速度；如果第一指标被满足，则指示故障，其 中，如果测得的转子叶片桨距角速度和预测的转子叶片桨距角速度之间的偏差超过速度阈 值，则所述第一指标被满足。
[0008] 由此，当实际转子叶片桨距角速度从预期转子叶片桨距角速度偏离时，所述检测 方法可用于检测。实际转子叶片桨距角速度和预期或期望的转子叶片桨距角速度之间的偏 差的原因可能是变桨伺服系统故障，所述变桨伺服系统通过控制器和/或液压桨距角调整 系统可以负责设置或调整转子叶片桨距角。变桨伺服系统故障可涉及变桨伺服系统的一个 或多个控制器的故障和/或变桨伺服系统的一些机械部分或一些液压部分的故障。例如， 液压管路或管道可能被损坏使得在液压系统中的压力可能小于预期压力，从而妨碍甚至阻 止通过液压系统以适当的方式调整所述转子叶片桨距角。
[0009] 所述方法可特别地应用在连接到风力涡轮机转子的所有转子叶片。由此，所有的 预测的和/或测量的参量，例如转子叶片桨距角、转子叶片桨距角速度都可以和所有转子 叶片平均值或所有转子叶片上的最大值相关。然而，所述检测方法还可以应用于单个转子 叶片。所述方法可以在属于风力涡轮机控制器的控制器部段中实施。
[0010] 特别地，所述方法可以是(至少部分地）在软件中实施，且风力涡轮机控制器或风 力涡轮机控制器部分的计算部段或处理部分可执行所述方法。
[0011] 转子叶片桨距角速度可以是所述转子叶片桨距角随时间变化的速率(或速度)。根 据本发明实施例，转子叶片桨距角可被随时间测量(例如以连续方式或被采样)，且转子叶 片桨距角速度可以通过获取测得的转子叶片桨距角的导数（以模拟方式或数字方式）来得 出。转子叶片桨距角可如使用液压系统和/或编码器来测量。在风力涡轮机运行期间，所 述转子叶片桨距角速度(和/或转子叶片桨距角）可被连续地测量或连续地采样。
[0012] 至少基于实际转子速度（即转子叶片或多个转子叶片相连接的轴的旋转速度）预 测的转子叶片桨距角速度可以对应于或可等于基准转子叶片桨距角的导数。基准转子叶片 桨距角可以是所述转子叶片预期设置且取决于转子速度的桨距角。当风力涡轮机在正常条 件下运行而变桨伺服系统没有发生故障时，基准叶片桨距角从而是在转子叶片处期望被调 整的转子叶片桨距角。预测所述转子叶片桨距角速度可能涉及计算和逻辑运算和/或算术 运算。
[0013] 所述故障可如通过输出控制信号和/或输出信息给用户来指示。输出信号或输出 信息可涉及输出电和/或光信号。故障也可以通过启用保险系统来指示。由此，特别是指 示故障可包括将控制信号输出到保险系统。
[0014] 桨距角速度和/或桨距角通常可由控制器调整以保持所述转子的给定旋转速度。 如果控制器的知识(形式，参数等）包括在保险系统中，如果控制器响应(测得的桨距速度或 桨距角)对于转子速度的测量值被合理提供，则其可被评估。如果测得的桨距角速度或测得 的桨距角偏离在给定的阈值之上，则可指示故障状态且可启用保险系统。
[0015] 本发明可应用于在正常运行条件下任何控制桨距角的控制器(特别是计算基准桨 距角）。特别地，所述控制器可以是比例-积分控制器（PI控制器)，所述比例-积分控制器 根据转子轴的旋转速度控制桨距角。在另一个实施例中，不同于PI控制器的控制器也可被 使用。取决于转子轴的旋转速度，这样的控制桨距角的控制器可输出基准桨距角。
[0016] 所述检测方法可具有更少的假阳性（falsepositive)且可比常规方法快。例如， 当实际转子叶片桨距角从预期的转子叶片桨距角偏离且实际转子叶片桨距角速度也从预 期的(或预测的)叶片桨距角速度偏离时，其可马上或立即被检测。与此相反，在转子轴的旋 转速度偏离或超过旋转速度限值可能在转子叶片桨距角和转子叶片桨距角速度已经从它 们各自期望的或预期的或预测的值偏离（时间间隔大于〇秒）之后一段时间发生。由此，控 制方法可以更快的方式检测到变桨伺服系统故障。此外，所述方法可在软件中大量地实施 且可不需要对硬件较大地重新布置或扩展。此外，所述方法所需要的输入值可在常规的风 力涡轮机中得到或测量。
[0017] 根据本发明实施例，测得的转子叶片桨距角速度被作为在所述风力涡轮机的至少 两个，特别是所有的转子叶片中的平均转子叶片桨距角速度或最大的转子叶片桨距角速 度。
[0018] 在风力涡轮机的至少两个转子叶片中取转子叶片桨距角速度的平均值或最大值 甚至可以检测仅涉及转子叶片中的一个的故障，从而改进了所述方法(提高鲁棒性）且减少 了风力涡轮机部件损坏的风险。例如，即使只有一个转子叶片受转子叶片桨距角调整故障 或失效影响，风力涡轮机的所有转子叶片中的转子叶片桨距角速度的最大值也可对应受伺 服系统故障影响的转子叶片的转子叶片桨距角速度。因此，仅一个或只有几个(但不是全 部）的转子叶片受这样的伺服系统故障影响也可被检测到。所有转子叶片上的伺服故障也 可被检测到。如果所有的叶片如停留在恒定的桨距角则无论是个别的还是平均的桨距角速 度都可能偏离期望的桨距角速度且触发故障指示。
[0019] 计算速度作为多个(或全部）的叶片的平均速度的优点在于可减少噪声(来自角度 测量导数）或允许某些个别的桨距控制（IPC)，其中每个叶片可使额外的周期桨距角增加到 用于PI控制器的共同桨距角信号。取平均值可移除在增加的IPC信号上的贡献，否则将以 其它方式以意外的桨距角速度偏差被检测到。
[0020] 根据本发明实施例，基于相应转子叶片的转子加速度和/或转子叶片桨距角，可 进一步预测转子叶片桨距角速度。
[0021] 根据本实施例，所述转子叶片桨距角速度可特别地基于预测的桨距角来得出，所 述预测的桨距角可