专利名称：用于转子的补偿系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及发电风轮机(power generating wind turbine)领域，该发电风轮机 包括具有一个或多个叶片(blade)的转子，每个叶片都带有用于调节绕其纵向轴线的俯仰 角(angle of pitch)的至文动器(actuator)。具体而言，本发明涉及一种补偿系统，其用于独立地修改(modify)由转子叶片控 制系统的中央控制器输出的转子叶片俯仰角信号。本发明也为转子找到了在流体(尤其是水)涡轮机——诸如船用涡轮机——领域 中的应用。
背景技术：
现在风轮机在许多国家都是一种常用的发电装置(means)，在欧洲和美国具有数 百亿瓦特的安装容量。自20世纪90年代后期以来，风轮机的额定功率(power rating)和 尺寸迅速增加到如今的约5MW和120m转子直径。风轮机产生的功率和转子的旋转速度都必 须被调整(regulate)以实现风轮机的可行运行，从而避免过度设计——因为风可提供的功 率随着风速的立方而增加，并且将转子的旋转速度保持在安全运行范围内。在较高的风速， 风轮机的调整是部分地或完全地通过如下方法实现的随着风速变化来调节叶片的俯仰角 从而保持所产生的功率或者转子的旋转速度恒定，或者用于一些其他紧密相关的目的。所述叶片一般被集总地(collectively)调节；即，对所有叶片进行相同的俯仰调 节。这样，就仅要考虑整个转子上的平均风速。对叶片的俯仰角的调节是由风轮机转子叶 片控制系统的中央控制器根据所产生的功率或转子的旋转速度恒量的测量值或者一些其 他紧密相关的测量值来确定的。致动器以中央控制器确定的量来调节叶片的俯仰角。当以上述方式调整风轮机时，除了重力载荷或叶片误校准载荷，只要与转子相互 作用的风场是均勻的，每个叶片上的载荷就将是相同的；即，关于穿过转子轮毂(hub)的轴 线对称，并且垂直于转子。然而，实际的风场是不均勻的。而是，风速随着高度而增大，在支 撑转子的塔(tower)前方减小，并且在叶片扫过的盘上扰动地变化。因此，特别是对于大的 风轮机，每个叶片上的载荷以及它代表的平均风速是不同的。转子上从而支撑结构上的这 种非对称载荷持续地变化，缩短了风轮机的服务寿命。为了消除该非对称载荷，每个叶片的俯仰角可以被分立地调节。这样，就要考虑叶 片上的平均风速。US 4，297，076公开了一种风轮机，其中仅叶片的尖端部分是俯仰可变的。每个 叶片上的弯矩(bending moment)被测量，并且所述尖端的俯仰角的轮转调节(cyclic adjustments)——其仅相位不同——是从弯矩的非对称性得出的。这种轮转俯仰调节导致 转子上的轮转非对称载荷的减小。US 6，361，275公开了一种风轮机，该风轮机包括用于调节每个转子叶片的俯仰的 调节设备(device)。使用应变仪(strain gauges)测量每个叶片上的载荷，并且/或者使 用安装于叶片的风速计(blade-mounted anemometers)测量每个叶片的风速。所有测量值都被传送至中央控制设备，中央控制设备确定减小载荷所需的对叶片俯仰角的个体调节。 然后，连接至各个叶片的致动器执行对俯仰角的调节。这种个体叶片俯仰调节导致转子上 的非对称载荷的减小。WO 2005/010358公开了一种风轮机，该风轮机包括类似于US6，361，275中的用于 调节每个叶片的俯仰的调节设备。使用接近传感器(proximity sensor)来测量距主轴休 止位置(rest position)的径向位移。所有测量值都被传送至中央控制设备，该中央控制 设备确定转子上的非对称载荷的量值(magnitude)和/或定向(orientation)，由此确定减 小载荷所需的对叶片俯仰角的个体调节。然后，连接至各个叶片的致动器执行对俯仰角的 调节。这种个体叶片俯仰调节导致转子上的非对称载荷的减小。WO 2007/104306公开了一种用于确定对US 6，361，275中公开的调节设备中的叶 片俯仰角的个体调节的方法。在US 6，361，275中，每个叶片上的载荷都被测量，减小载荷 所需的调节被确定然后施行。所述载荷被集总、存储，从而确定载荷分布函数。多个周期性 函数被从该分布确定，然后被用来确定对叶片俯仰角的调节。对非对称风轮机叶片载荷问题的上述现有技术解决方案是受限的或难调的，并且 是针对特定风轮机专门设计的。在US 4，297，076中，仅减小了轮转非对称转子载荷。在US 6，361,275中，减小了轮转和非轮转非对称转子载荷，但是需要对风轮机的全动态分析，这 依赖于风轮机的许多属性和物理参数以及复杂的控制设备。WO 2005/010358与US 6，361，275的区别仅在于所进行的测量。在WO 2007/104306中，仅减小了非轮转的非对称转子载荷中由有限的一组正弦波(sinusoid) 组成的那部分。所述正弦波的频率是标称轮转转子频率的整数倍，并且除了相移(Phase shift)之外，对每个叶片进行的调节是相同的。当转子具有三个叶片时，相移是120度和 240 度。现有技术的一个共同特征是，所有载荷测量值都被传送至中央控制设备。转子叶 片上的力矩载荷被坐标变换到由倾斜(tilt)和偏航(yaw)限定的坐标系中，在这种已变 换的坐标系中确定减小转子上的非对称载荷所需的调节，然后反转(inverse)已变换的坐 标，以确定对每个叶片的俯仰的调节。对于三个叶片的风轮机，该程序(procedure)非常类 似于用来从电机(electrical machine)动态模型三相表示(!^presentation)得出其d_q 表示的Parks变换。在W02007/104306中，坐标变换T和反转坐标变换T1在图7中被清晰 地示出。在WO 2005/010358中，对距主轴休止位置的径向位移的测量回避了将载荷坐标变 换到由倾斜和偏航限定的坐标系中的需要。然而，仍需要使用反转坐标变换或某些其他手 段来确定对每个叶片的俯仰的调节。坐标变换或反转坐标变换的使用或者等价手段的使用 明确指示——尽管没有它们也无别样指示用于调节每个转子叶片的俯仰的调节设备是中 央控制设备。本发明的目的在于，提供另外的方案以解决减小非对称转子载荷的问题，所述方 案比现有技术的方案更加简单，且更易于对现有设施(installation)进行改进。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种补偿系统，其用于独立地修改由多叶片转子 的转子叶片控制系统的中央控制器输出的转子叶片俯仰角信号，所述补偿系统包括
第一感测装置，其用于测量单个转子叶片上的载荷；以及叶片控制装置，其用于从转子叶片控制系统的中央控制器接收对所有转子叶片共同的转子叶片俯仰角 信号；以及基于所述转子叶片上的载荷以及所接收的转子叶片俯仰角信号，输出经补偿的转 子叶片俯仰角信号，以用于抵消因入射到所述转子叶片上的风场的不均勻性造成的叶片载荷。根据本发明的第二方面，提供了一种风轮机，其包括多个根据该第一方面的补偿 系统以及具有多个叶片的转子，每个补偿系统与该转子的相应叶片关联；适于从中央控制器接收旨在对多个转子叶片进行集总俯仰控制的对所有叶片共 同的转子叶片俯仰角信号；并且适于输出相应的经补偿的转子叶片俯仰角信号，以用于其相应转子叶片的独立俯 仰控制。根据本发明的第三方面，提供了一种用于独立地修改由多叶片转子的转子叶片控 制系统的中央控制器输出的转子叶片俯仰角信号的方法，其包括以下步骤测量单个转子叶片上的载荷；从转子叶片控制系统的中央控制器接收对所有叶片共同的转子叶片俯仰角信号； 以及基于所述转子叶片上的载荷以及所接收的转子叶片俯仰角信号，输出经补偿的转 子叶片俯仰角信号，以用于抵消因入射到所述转子叶片上的风场的不均勻性造成的叶片载荷。典型的风轮机设施或类似物包括具有若干叶片的转子，每个叶片带有用于绕其纵 向轴线调节叶片角度的致动器。该设施包括转子叶片控制系统，其具有中央控制器，以用于 通过向每个致动器输出集总转子叶片俯仰角信号来集总地控制每个叶片的俯仰。本发明的补偿系统适于修改从中央控制器接收的转子叶片俯仰角信号，并独立地 向用于每个叶片的致动器输出经补偿的转子叶片俯仰角信号，以抵消因风场的不均勻性造 成的叶片上的载荷，从而有减小非对称转子载荷的益处。第一感测装置适于测量相应转子叶片上的载荷。基于因风场的不均勻性造成的 叶片上的载荷，该补偿系统适于输出经补偿的转子叶片俯仰信号，使得连接至它的致动器 并不是如在现有技术系统中那样根据从中央控制器接收的信号来调节叶片的俯仰，而是根 据从该补偿系统接收的经补偿的信号来调节叶片的俯仰。以这样的方式，根据中央控制器 要求的叶片控制来调节相应叶片的俯仰，但也抵消因风场的不均勻性造成的该叶片上的载 荷。因此，本发明的补偿系统是反作用(reactive)系统，且可以减小因风场的不均勻 性造成的非对称转子载荷，这大大延长了该设施的服务寿命。用于每个转子叶片俯仰角的个体补偿系统，除了借助于由中央控制器提供的共同 的集总转子叶片俯仰角信号之外，既不依赖于针对任何其他叶片的载荷测量值，又不依赖 于针对任何其他叶片的经补偿的转子叶片俯仰角。
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可以通过一个或多个应变仪或光纤传感器或任何等价物来测量叶片载荷。叶片控 制装置可以被实现为硬件；嵌入专用于该任务的数字平台中的软件，或者嵌入与致动器、 感测装置或中央控制器共享的数字平台中的软件；或任何等价物。该致动器可以是电动机 械的(electro-mechanical)或液压的，或任何等价物。叶片控制装置使用该载荷测量来确定对俯仰角的校正调节，以抵消因风场的不均 勻性造成的载荷。这种调节是持续进行的，或者以足够短从而不削弱该补偿系统的功能的 时间间隔进行。不必对转子叶片控制系统的中央控制器进行修改，因为由此输出的转子叶片俯仰 角信号仍被该补偿系统利用，并且中央控制器的性能不受影响。换言之，当安装了该补偿系 统时，中央控制器不需要被重调。因此，根据本发明的补偿系统的尤其有利之处在于，易于 对现有设施进行改进。在一些情况下，有可能将该补偿系统安装为连接在中央控制器和标 准致动器之间。在其他情况下，该补偿系统可以整体地设有改进的致动器，并直接地连接至 中央控制器。出于接口原因，该改进的致动器将需要具有与其取代的标准致动器相同的带 觅ο因此，该叶片控制装置不是专用设施，在一个优选实施方案中，它是针对具有恒定 旋转速度和无限坚硬的(infinitely stiff)支撑结构的转子而设计的；即，叶片附接至的 转子轮毂不存在头尾向(fore-and-aft)或横向的加速度。该叶片控制装置的设计取决于 在具有固定原点并以恒定旋转速度随转子旋转的参考系(referenceframe)中对该补偿系 统的动态分析。该设计不取决于该设施的其他方面。因此，该设计很大程度上被简化为仅 取决于叶片、致动器和感测装置的属性。正如实际中的通常情况一样，当转子的旋转速度不 恒定且支撑结构不是无限坚硬时，该参考系具有不固定的原点，并且以不恒定的旋转速度 随转子旋转；即，该参考系是非惯性的。为了补偿固定原点参考系和非惯性参考系之间的差异，根据该优选实施方案的补 偿系统包括用于测量转子叶片的加速度的第二感测装置。该叶片控制装置基于测得的载荷 和加速度，使用在参考系之间进行转换的标准方法，来确定转子叶片上的经修改的载荷，使 得经补偿的转子叶片俯仰角信号是基于经修改的叶片载荷的。这些对载荷的修改具有假想 力(fictitious force)的形式；例如，对应于叶片脱离平面(out-of-plane)弯矩的假想力
^rmblzR+jClyR，其中mb是叶片的质量，1是叶片的质心距转子旋转轴的距离，％是转子 的旋转中心垂直于转子的线加速度，J是叶片绕转子旋转轴的惯量(inertia)，0#是叶片 绕其旋转中心的脱离平面角加速度。由风场的不均勻性造成的叶片上的载荷，从而对叶片俯仰角的调节，是部分地近 乎周期性的，即，强烈依赖于转子方位角(azimuth)并近乎随着叶片的每次旋转而重复。在 瞬时(instant)旋转中，这种近乎周期性的对俯仰角的调节类似于在先前旋转中进行的调 节。在一个优选实施方案中，该叶片控制装置从先前旋转中的调节来确定对俯仰角的调节 的近乎周期性的部分，从而更好地利用致动器能力。用于控制重复过程的标准方法可以适 于本文。该调节的非周期性部分仍由叶片控制装置从对叶片载荷的测量——优选地是对加 速度的测量——来确定。在本发明的一个优选实施方案中，测量了叶片脱离转子平面(out-of-rotor-plane)根弯矩(root bending moment)以及轮毂的头尾向加速度。该补偿 系统优选地调节叶片俯仰角，使得叶片根弯矩具有从由中央控制器确定的俯仰角得出的具 体值。当叶片根弯矩处于其参考值时，不对俯仰角进行调节。叶片根弯矩的相同的具体值 被用于转子中的所有叶片。因此，所有叶片都具有相同的根弯矩，并且除了在转子平面中之 外，转子载荷是平衡的。随着叶片扫过风场，风速的量值以及相对于叶片的迎角(angle ofattack)都发 生改变。因风场的不均勻性造成的载荷更加依赖于由风场的不均勻性而生的叶片平均风 速的迎角的变化，而非依赖于量值的变化。由该补偿系统进行的对叶片俯仰角的调节大 大减小了迎角的这些变化。因此，可以减小因风场的不均勻性造成的叶片上的所有载荷。 而且减小了由叶片未校准——即叶片没有确切地以意图俯仰附接至轮毂而是具有小误差 (error)——造成的转子上的非对称载荷。
现在将参考附图详细描述本发明的优选实施方案，其中图1示出了风轮机；图2示出了转子叶片，其包括根据本发明的补偿系统和致动器；图3示出了该补偿系统的第一优选实施方案；图4示出了该补偿系统的第二优选实施方案；以及图5示出了用于该补偿系统的叶片控制装置的准周期性(quasi-periodic)元件。
具体实施例方式图1示出了风轮机1。风轮机1由塔架2、被塔架2支撑的舱(nacelle) 3以及转子 6组成，转子6具有三个附接至轮毂4的叶片5。每个叶片5都通过轴承10径向地附接至轮 毂4，并且能够绕其纵向轴线7俯仰。转子6在接近竖直的平面内旋转。发电器(generator) (未示出)以及将其连接至轮毂4的传动系统(未示出)被封装在舱3内。转子叶片控制 系统的中央控制器19也被封装在舱3内。图2描绘了用于风轮机1的叶片5、致动器11和补偿系统12。叶片5由轴承10 支撑，并且通过致动器11绕其纵向轴线7俯仰。补偿系统12包括用于测量叶片根弯矩的 光纤——或其他合适的——传感器8 ；用于测量转子6的旋转中心的加速度的传感器9 ；以 及叶片控制装置13。补偿系统12被连接至致动器11和中央控制器19。叶片5的脱离转子平面根弯矩μ m，以及垂直于转子旋转平面的转子旋转中心的加 速度，是由传感器8和9进行的测量来确定的，并被传送至叶片控制装置13。图3描绘了叶片控制装置13的第一优选实施方案。其包括第一叶片控制装置元 件14、第二叶片控制装置元件15、第三叶片控制装置元件17、第四叶片控制装置元件18以 及加法(summing)元件16。在该第一实施方案中，根弯矩的波动(fluctuation)——其由 风场的非均勻性造成——被叶片控制装置13作为待抵消的干扰来处理。该波动包括若干 分量，而叶片控制装置13致力于抵消处于低频的最显著的分量；例如，那些以转子6的旋转 频率的一倍或两倍为中心的、具有随机改变的振幅和相位的分量。由光纤传感器8获得的叶片脱离转子平面根弯矩的测量值μ m，以及由传感器9获
8得的轮毂纵向加速度的测量值α m，被传送至第一叶片控制装置元件14。第一叶片控制装 置元件14修改μ m以补偿轮毂4的头尾向加速度；即，第一叶片控制装置元件14补偿叶片 旋转中心的不固定以及旋转速度的不恒定。经校正的叶片脱离转子平面根弯矩μ m。d被传送至第二叶片控制装置元件15，第 二叶片控制装置元件15确定抵消由风场的不均勻性造成的根弯矩的波动所需的对俯仰 角的调节0b。第二叶片控制装置元件15包括滤波器(未示出)，以为了抵消而选择ym。d 中的波动中的最显著的分量。本领域技术人员应理解，合适的滤波器是众所周知的。第 二叶片控制装置元件15也包括带通滤波器(未示出)，该带通滤波器具有低频清除(low frequency wash-out)以避免超驰(override)由中央控制器19进行的对叶片5仰俯角的 集总调节β ，并且具有高频滚降(high frequency roll-off)以减轻高频噪声和寄生动 态特性(parasitic dynamics)的作用。通过第二叶片控制装置元件15的设计，即通过滤波器(未示出)的设计，叶片控 制装置13确保了补偿系统12的稳定性。第二叶片控制装置元件15的设计所依赖的动态 特性是叶片5、致动器11以及传感器8和9的动态特性。由于第一控制装置元件14对μ m 做出的修改，第二叶片控制装置元件15的设计不依赖于风轮机动态特性的任何其他方面。加法元件16将β b和经修改的集总调节β Mlm。d(在下文详细描述)相加，以确定 对俯仰角的总调节Pt——其被传送至第三叶片控制装置元件17。第三叶片控制装置元件 17针对叶片空气动力特性(aerodynamics)的非线性方面补偿β t，并且提供该补偿系统的 平滑切入和切出。经补偿的转子叶片俯仰角信号β dem被传送至致动器11。从中央控制器19获得的对俯仰角的集总调节β col被传送至第四叶片控制装置元 件18。补偿系统12在中央控制器19和致动器11之间引入额外的动态特性。第四叶片控 制装置元件18将中央控制器19和俯仰角之间的低频动态特性修改为与具有某特定带宽的 标准俯仰致动器的动态特性相同。然后中央控制器19不必被修改，并且其性能不受影响。 由第四叶片控制装置元件18修改的集总俯仰需求β。。lmed被传送至加法元件16。通过在叶 片控制装置中包括一元件以迎合(cater) β-的近乎周期性的部分，可以更好地利用致动 器能力。这种叶片控制装置周期性元件25 (在下文详细描述)将被定位在第二叶片控制装 置元件15和加法元件16之间，作用于i3b。图4描绘了叶片控制装置13'的第二优选实施方案。叶片控制装置13'由第一 叶片控制装置元件14、第五叶片控制装置元件23、第三叶片控制装置元件17、第六叶片控 制装置元件24以及比较器元件22组成。致动器11是俯仰致动器；即，致动器11使得叶片的实际俯仰角遵从所需求的俯仰 角。在该第二优选实施方案中，致动器11实质上被转化为力矩致动器(moment actuator)； 即，致动器11使得叶片5的实际根弯矩遵从所需求的根弯矩。叶片5的俯仰角被调节为在 力矩致动器的带宽内抵消由风场的不均勻性造成的根弯矩的波动。由光纤传感器8获得的叶片脱离转子平面根弯矩的测量值μ m，以及由传感器9 获得的轮毂4的加速度和头尾向加速度的测量值Cim，被传送至第一叶片控制装置元件14。 第一叶片控制装置元件14修改μ m以补偿轮毂4的头尾向加速度；即，第一叶片控制装置 元件14补偿叶片5的旋转中心的不固定以及旋转速度的不恒定。经修改的叶片脱离转子 平面根弯矩μ m。d被传送至比较器元件22。比较器元件22从所需求的根弯矩μ deffl中减去μ m。d，以确定根弯矩误差μ e，该根弯矩误差被传送至第五叶片控制装置元件23。第五叶片 控制装置元件23是用以将l·^驱至零的力矩致动器控制器。它通过要求叶片5俯仰至适 当的角度β m来这样做。第五叶片控制装置元件23由PI控制器(未示出)连同具有高频 滚降——其减轻高频噪声和寄生动态特性的作用——的滤波器(未示出)组成。通过第五叶片控制装置元件23的设计，即通过PI控制器和滤波器的设计，叶片控 制装置13'确保了改进的叶片致动系统12的稳定性。第五叶片控制元件23的设计也确定 了力矩致动器的带宽。第五叶片控制装置元件23的设计所依赖的动态特性是叶片5、致动 器11以及传感器8和9的动态特性。由于第一控制装置元件14对μω进行的修改，第五 叶片控制装置元件23的设计并不依赖于风轮机动态特性的任何其他方面。所需的俯仰角β m被传送至第三叶片控制装置元件17。第三叶片控制装置元件 17针对叶片空气动力特性的非线性方面补偿β m，并提供该改进的致动系统的平滑切入和 切出。经补偿的对俯仰角的调节β-被传送至致动器11。从中央控制器19获得的对俯仰角的集总调节β col被传送至第六叶片控制装置元 件24。第六叶片控制装置元件24将转换成等价的叶片根弯矩ydem。该补偿系统在中 央控制器19和致动器11之间引入额外的动态特性。第六叶片控制装置元件24也将中央 控制器19和俯仰角之间的动态特性修改为与具有某具体带宽的标准叶片致动器的动态特 性相同。然后中央控制器19不必被修改，并且其性能不受影响。经第六叶片控制装置元件 24修改的集总俯仰需求μ m被传送至比较器元件22。通过在叶片控制装置13'中包括一 元件以迎合β dem的近乎周期性的部分，可以更好地利用致动器能力。这种叶片控制装置周 期性元件25 (在下文详细描述)将被定位在第五叶片控制装置元件23和第三叶片控制装 置元件17之间，作用于βω。图5描绘了叶片控制装置周期元件25。它由第七叶片控制装置元件26和加法元 件27组成。方位角的测量值ea，和β i，被传送至第七叶片控制装置元件26。在第一优选 实施方案中，1是β b;在第二优选实施方案中，I是βω。使用来自先前周期中的Pi，第 七叶片控制装置元件26确定β。——对叶片的俯仰角的近乎周期性的调节。加法元件27 将1和β。相加以获得β。。在第一优选实施方案中，β。被传送至加法元件16;在第二优 选实施方案中，β。被传送至第三叶片控制装置元件17。尽管上述说明和附图表现了本发明的优选实施方案，但对于本领域技术人员应明 显的是，可以在其中进行各种更改和修改而不脱离由所附权利要求限定的本发明范围。例 如，应理解，可以从经微分的速度测量值得出加速度测量值。
权利要求
一种补偿系统(12)，其用于独立地修改由多叶片转子的转子叶片控制系统的中央控制器(19)输出的转子叶片俯仰角信号(βcol)，所述补偿系统(12)包括第一感测装置(8)，其用于测量单个转子叶片(5)上的载荷(μm)；以及叶片控制装置(13)，其用于从转子叶片控制系统的中央控制器(19)接收对所有转子叶片共同的转子叶片俯仰角信号(βcol)；以及基于所述转子叶片上的载荷以及所接收的转子叶片俯仰角信号，输出经补偿的转子叶片俯仰角信号(βdem)，以用于抵消因入射到所述转子叶片上的风场的不均匀性造成的叶片载荷。
2.根据权利要求1所述的补偿系统(12)，还包括第二感测装置(9)，其用于测量所述 转子叶片的加速度(a J，并且其中该叶片控制装置(13)还适于基于测得的载荷(Pm)和 加速度来确定所述转子叶片(5)上的经修改的载荷(μ m。d)，使得经补偿的转子叶片俯仰角 (β dJ是基于经修改的叶片载荷的，以补偿所述转子叶片的固定原点参考系和非惯性参考 系之间的差异。
3.根据权利要求2所述的补偿系统(12)，其中该叶片控制装置(13)适于，基于补偿 经修改的叶片载荷(ym。d)中的因风场的不均勻性造成的波动所需的对叶片俯仰角的调节 (β b)，以及从该中央控制器(19)接收的转子叶片俯仰角信号(β。J，来确定经补偿的转子 叶片俯仰角信号(β-)。
4.根据权利要求2所述的补偿系统(12)，其中该叶片控制装置(13)适于基于叶片载 荷误差(μ J来确定经补偿的转子叶片俯仰角信号(β-)，所述叶片载荷误差是该中央控 制器(19)需求的叶片载荷(ydM)——其是从所接收的转子叶片俯仰角信号(U确定 的——与所确定的经修改的叶片载荷(ym。d)之间的误差。
5.根据前述任一项权利要求所述的补偿系统(12)，其中该经补偿的转子叶片俯仰角 信号(β-)还基于对所述转子叶片(5)的空气动力特性的非线性方面的补偿。
6.根据前述任一项权利要求所述的补偿系统(12)，其中该经补偿的转子叶片俯仰角 信号(β-)还基于从所述转子叶片(5)的一个或多个先前旋转中得出的近乎周期性的俯 仰角调节。
7.根据前述任一项权利要求所述的补偿系统(12)，其中由该第一感测装置(8)测量的 载荷是所述转子叶片(5)的脱离转子平面根弯矩(μω)。
8.根据前述任一项权利要求所述的补偿系统(12)，其中该第一感测装置是光纤传感 器⑶或应变仪。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的补偿系统(12)，其中由该第二感测装置(9)测 量的加速度是沿着垂直于所述转子叶片(5)的旋转平面的旋转轴(7)的轴向加速度(αω)。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的补偿系统(12)，其中该第二感测装置(9)是 加速度计。
11.一种风轮机(1)，其包括多个根据前述任一项权利要求所述的补偿系统(12， 12，......)，以及具有多个叶片(5)的转子(6)，每个补偿系统与该转子(6)的相应叶片(5)关联；适于从中央控制器(19)接收旨在对多个转子叶片进行集总俯仰控制的转子叶片俯仰角信号(βεο1)；并且适于输出相应的经补偿的转子叶片俯仰角信号(β ta)，以用于对其相应转子叶片(5) 的独立俯仰控制。
12.根据权利要求11所述的风轮机(1)，当从属于权利要求2至10中任一项时，其中 第一感测装置(8)被定位在每个转子叶片(5)的根部，且第二感测装置(9)被定位在转子 叶片的旋转中心。
13.根据权利要求11或12所述的风轮机(1)，还包括转子叶片控制系统，其具有用于 输出转子叶片俯仰角信号(βΜ )的中央控制器(19)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的风轮机(1)，其中每个叶片(5)被连接至相 应的致动器(11)，所述致动器(11)被连接至关联的相应补偿系统(12)，以基于经补偿的转 子叶片俯仰角信号(β-)来控制叶片的俯仰。
15.一种用于独立地修改由多叶片转子的转子叶片控制系统的中央控制器(19)输出 的转子叶片俯仰角信号(βΜ )的方法，其包括以下步骤测量单个转子叶片(5)上的载荷(μω)；从转子叶片控制系统的中央控制器(19)接收对所有叶片共同的转子叶片俯仰角信号 (β coi)；以及基于所述转子叶片上的载荷以及所接收的转子叶片俯仰角信号，输出经补偿的转子叶 片俯仰角信号(β ta)，以用于抵消因入射到所述转子叶片上的风场的不均勻性造成的叶片 载荷。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括以下步骤测量所述转子叶片的加速度(αω)；以及基于测得的载荷(μω)和加速度来确定所述转子叶片(5)上的经修改的载荷(ym。d)， 使得经补偿的转子叶片俯仰角(β-)是基于经修改的叶片载荷的，以补偿所述转子叶片的 固定原点参考系和非惯性参考系之间的差异。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括以下步骤基于补偿经修改的叶片载荷(ym。d)中的因风场的不均勻性造成的波动所需的对叶片 俯仰角的调节(β b)，以及从该中央控制器(19)接收的转子叶片俯仰角信号(βΜ )，来确定 经补偿的转子叶片俯仰角信号(β deffl)。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括以下步骤基于叶片载荷误差(μ J来确定经补偿的转子叶片俯仰角信号(β ta)，所述叶片载荷 误差是该中央控制器(19)需求的叶片载荷(ydM)——其是从所接收的转子叶片俯仰角信 号(βΜ )确定的——与所确定的经修改的叶片载荷(ym。d)之间的误差。
全文摘要
本发明的补偿系统适于修改从中央控制器接收的转子叶片俯仰角信号，并独立地向用于每个叶片的致动器输出经补偿的转子叶片俯仰角信号，以抵消由风场的不均匀性造成的叶片上的载荷，从而具有减小非对称转子载荷的益处。用于每个转子叶片俯仰角的个体补偿系统，除了借助于由中央控制器提供的公共的集总的转子叶片俯仰角信号之外，既不依赖于针对任何其他叶片的载荷测量值，又不依赖于针对任何其他叶片的经补偿的转子叶片俯仰角。因此，本发明的补偿系统是一种大大延长设备服务寿命的反作用系统。
文档编号F03D7/02GK101925741SQ200880125667
公开日2010年12月22日 申请日期2008年12月1日 优先权日2007年12月3日
发明者威廉·E·莱特黑德 申请人:凯尔文学院有限公司;威廉·E·莱特黑德