专利名称：现场校准风力涡轮机叶片的负载传感器的方法
技术领域：
本发明涉及一种现场校准水平轴线式风カ涡轮机的负载传感器的方法，该风カ涡轮机包括转子，转子包括桨毂和一定数目的风カ涡轮机叶片，叶片从桨毂沿径向延伸，桨毂连接到包括发电机的传动系上，发电机将转子的机械旋转运动转换成电能，其中所述ー定数目的叶片至少包括第一风カ涡轮机叶片，第一风カ涡轮机叶片设有定位在第一风カ涡轮机叶片的第一截面中的一定数目的第一负载传感器。新风カ涡轮机叶片越来越常设有用于控制目的和/或监 测的负载传感器。
背景技术：
来自于相同专利族的W008135789和EP2112375公开了ー种检测风カ涡轮机的叶片上的冰的形成的方法，其中叶片设有用于测量风カ涡轮机叶片的机械应变的纤维应变传感器。这些文献描述了可通过使用単独的校准程序来校准纤维应变传感器，其中定位桨距角以便叶片重量的最大分量分别作用在摆振方向传感器和沿边方向传感器上。然后，风カ涡轮机的转子以恒定的速度旋转，以便最大限度地减小空气动カ和离心力，且在风カ涡轮机的发电机上没有电负载。针对风力涡轮机转子的若干次回转，在叶片处于固定桨距位置的情况下执行校准程序。可使用锁定至风カ涡轮机的旋转频率的带通过滤器来从数据中提取出正弦信号。W008020239和W008020240描述了ー种制造带有设有光纤布拉格光栅传感器的一定数目的风カ涡轮机叶片的风力涡轮机的方法。W009056869描述了ー种监测风カ涡轮机叶片上的应变的方法，其中至少三个应变传感器在其横向平面中置于风カ涡轮机叶片的ー个结构部件中，其中将来自于应变传感器的应变信号解析为沿两个正交方向的应变测量結果。DE102006036157公开了ー种校准风カ涡轮机的传感器的方法。一旦发送起始信号，则在单独的过程中执行校准。通过将转子定位在制动位置而叶片处于水平位置且使叶片贯穿桨距循环来执行校准，此后分析来自于传感器的数据信号。作为备选，将叶片保持在固定桨距角处，同时针对转子的若干次旋转收集数据。为了获得可靠的测量结果，必须校准负载传感器。这可在エ厂中完成，但相对昂贵。如果出于ー些原因负载传感器需要在对涡轮机的ー些操作之后再校准，则拆卸叶片和将叶片运送至エ厂来进行校准将会非常昂贵，这对于离岸风カ涡轮机尤其明显。因此，就需要现场校准传感器的可能性，且优选地在叶片安装到风カ涡轮机上时进行，且更优选地在风カ涡轮机的正常操作期间进行。
发明内容
本发明的目的在于获得ー种新方法，该方法克服或改进了现有技术的至少ー个缺点，或该方法提供了有用的备选方案。根据本发明的第一方面，通过本方法达到目的，该方法包括以下步骤a)确定转子方位角山)确定第一风カ涡轮机叶片的桨距角；c)使用第一负载传感器测量所述第一风カ涡轮机叶片的第一截面中的负载；d)至少基于在步骤a)和步骤b)中确定的所述转子方位角和所述叶片的桨距角来计算理论负载；e)将步骤c)中测量的负载与步骤d)中计算出的理论负载相比较；以及f)基于步骤e)的比较来校准所述第一负载传感器，其中所述校准仅基于切断发电机时执行的測量，以及其中为各个样本重复地采样和计算步骤a)至步骤d)中收集的值。本原理的优点在于，有可能在叶片安装在涡轮机上吋，S卩，不需要从涡轮机拆下叶片，现场校准传感器。在涡轮机运转且连接到电网上时可执行校准。系统连续地记录相关数据(涡轮机操作状况和传感器测量結果)，且一段时间之后，系统收集到足够的数据而能够完成传感器的可靠校准。校准是全自动完成的。没有特别的校准程序，即，不需要人员交互或不需要对涡轮机执行特别的策略。所有数据都是在涡轮机正常操作期间收集的。然而， 大部分有用的数据将主要在涡轮机在低风速下空转和在涡轮机启动期间的情形中收集的。这些操作情形相对频繁地出现，所以在系统收集到足够的数据来完成校准之前仅是时间问题。当系统连续地再校准传感器时，有可能检测到校准值中的突然变化，这可指出抗弯刚度中的变化。这可掲示叶片的老化或可能的损坏。通过基于转子方位角和叶片的桨距角两者来计算各个样本的理论负载，就减轻了对保持两个參数中的一个參数固定的需求，且两个參数都可在样本之间变化。例如，相比于EP2112375和DE 102006036157，这意味着可连续地执行传感器的校准，且传感器的校准不必经历特别的校准过程。当风カ涡轮机状况在给定參数内时，可改为自动地收集校准样本。另外，由于将各个样本与単独地计算的理论负载相比较，故可更为精确地执行根据本发明的自动校准方法，其中可考虑若干參数。相反地，现有技术的校准方法则依靠可从间距循环或转子循环中提取正弦数据的简化状況。实际上，此种数据将很少是真正的正弦曲线。用语“切断”意思是发电机未连接到电网上，且因此不将转子旋转转换成电，S卩，主轴转矩大约为零。这进ー步暗示了也未触动紧急制动。根据有利的实施例，仅有在风カ涡轮机空转时和/或在涡轮机启动期间执行的测量才用于校准负载传感器。換言之，从校准过程中丢弃其余測量数据。根据另一有利的实施例，风カ涡轮机包括两个或三个风カ涡轮机叶片。可针对各个风カ涡轮机叶片执行校准过程。根据又一有利的实施例，重复地采样步骤a)至d)中和可选的步骤e)中确定的值，且其中在预定时间周期之后或在记录了预定数目的不同样本之后，或者是一定数目的不同样本超过最小阈值，执行步骤f)，通过取决于数据的分布和采样频率的函数来确定最小阈值。在一个实施例中，风カ涡轮机还包括用于使转子的旋转制动的制动器，且其中仅有未接合制动器时执行的測量才用于校准负载传感器。即，如果接合制动器，则从校准过程丢弃测量数据。在ー个有利的实施例中，第一截面包括至少两个负载传感器。因此，即使两个传感器未置于准确的弯曲轴线上，也有可能通过叠加来减除摆振方向的弯矩和沿边方向的弯矩。至少两个负载传感器可包括置于第一风カ涡轮机叶片的后缘附近的第一负载传感器，以及置于第一风カ涡轮机叶片的吸入侧或压力侧处的第一风カ涡轮机的前缘与后缘之间的第二负载传感器。这提供了有利的实施例，其中第一负载传感器和第二负载传感器分别置于叶片的第一主要弯曲轴线和第二主要弯曲轴线附近。根据另ー实施例，至少两个负载传感器中的ー个或两个置于叶片的主要弯曲轴线上。根据另ー实施例，第一风カ涡轮机叶片还设有定位在第一风カ涡轮机叶片的第二截面中的一定数目的第二负载传感器。为第一负载传感器的校准执行的相同校准步骤应当也为第二负载传感器的校准执行。第一风カ涡轮机可包括仅在I个至5个不同截面中，有利地仅在I个至4个不同截面中，且更有利地仅在I个至3个不同截面中的负载传感器。第一风カ涡轮机叶片甚至可包括仅在I个至2个不同截面中的负载传感器。因此，仅为少数负载传感器执行測量和校准，这总体上降低了系统的计算复杂性。根据ー个有利的实施例，步骤d)的计算基于来自于第一风カ涡轮机叶片的自身重量的重力和/或重力矩。可基于以下參数中的一个或多个通过坐标变换来有利地执行计算传动系的主轴承的傾斜度、转子方位角、第一叶片的桨距角和第一叶片的锥角。此外，可使用基于叶片坐标系与主要弯曲轴线之间的角的坐标变换。
根据另一有利的实施例，步骤d)的计算还基于来自于转子的旋转的惯性カ和/或惯性矩。此种附加因素给校准过程增加进ー步的精度。惯性カ可有利地基于离心力和/或科里奥利力和/或由转子加速度造成的力。此外，有可能将由风力涡轮机的偏航造成的惯性力加至计算中。这给校准过程增加甚至进一歩的精度。根据又ー实施例，步骤d)的计算还基于来自于转子的旋转和/或来自于冲击第一风カ涡轮机叶片的风的空气动カ和/或空气动カカ矩。此种カ趋于加速转子。另外，此种因素给该校准方法增加甚至进ー步的精度。此外，步骤d)的计算还可有利地基于第一风カ涡轮机叶片的总体性质和置于第一截面外侧的第一风カ涡轮机叶片的一部分的总体性质。因此，外侧部分包括置于第一截面与叶片末梢之间的叶片的部分。总体性质可基于以下參数中的ー个或多个质量、质量矩、惯性矩和惯性积。一旦计算出这些总体性质，则可线性地执行其余的计算，且其余的计算耗时很少，因为避免了经过所有叶片截面的迭代。该创新方法实现了实时计算而不需要过大的计算能力。这意味着可在各个样本之后立即处理測量结果，且校准可连续地(即，实时地)运行。在一个实施例中，步骤d)的校准还基于来自于传动系的摩擦损失。另外，此种考虑因素给校准过程增加甚至进一歩的精度。根据有利的实施例，将根据以下方案中的ー个或多个来过滤测量数据。例如，有可能从校准过程丢弃在转子的转子速度超过发电机接入速度时获得的測量数据，或者，在发电机接入和/或转子速度超过转子速度阈值吋，阈值可用于过滤数据，以避免由空气动カ造成的不确定性。因此，可忽略高于该阈值的转子速度下获得的測量結果。还可从校准过程丢弃在转子的转子减速度超过转子减速度阈值时获得的測量数据。此外，可从校准过程丢弃在转子的绝对转子速度低于最低转子速度阈值时获得的測量数据。另外，可从校准过程丢弃在第一风カ涡轮机叶片的桨距高于最大桨距阈值时获得的測量数据。此外，可从校准过程丢弃在第一风カ涡轮机叶片的桨距低于最小桨距阈值时获得的測量数据。很难构造出保留所有可靠数据且丢弃所有不可靠数据的完美过滤器。实际上，将总是存在ー些重叠。用前述过滤技术，可能丢弃ー些可靠数据，但更重要的是丢弃了所有不可靠的数据。然而，仍保留了足量的数据来执行可靠且准确的校准。例如，校准过程可基于例如通过最小二乗法的数据拟合，如曲线拟合或平面拟合。例如，可在包括前述力和/或力矩的三个空间分量的三维图中执行平面拟合。负载传感器可为任何适合的传感器，例如但不限于电阻应变计、压电应变计或纤维布拉格光栅或其它纤维传感器。通常从风カ涡轮机的操作状况中获知转子方位角、叶片桨距角和转子的转速。然而，原则上可以通过使用例如加速计或其它适合的測量装置来推导出这些參数。原则上，在发电机接入时校准传感器也是可行的，但这给计算增加复杂性，因为可能需要主轴转矩的准确测量。在此情形中，该方法仅包括步骤a)至f)。因 此，校准例如可仅基于在风速低于预定风速阈值和/或转子的转速低于预定转子速度阈值时获得的測量结果和/或任何前述实施例和过滤方法。然而，应当注意的是，如果转子速度相对较高，和/或桨距角相对较低(这一般是在发电机接入时的情況)，则叶片上的空气动カ可将不确定性的主要元素引入理论计算中。在特别的情形中，有可能使校准基于发电机在较低转子速度下接入且桨距角相对较高时的数据。然而，这是风カ涡轮机的不正常的操作状況。根据第二方面，本发明还提供了ー种风カ涡轮机，其包括转子，所述转子包括桨毂和一定数目的风カ涡轮机叶片，所述叶片从桨毂沿径向延伸，所述桨毂连接到包括发电机的传动系上，所述发电机将所述转子的机械旋转运动转换成电能，其中所述一定数目的叶片至少包括第一风カ涡轮机叶片，所述第一风涡轮机叶片设有一定数目的第一负载传感器，所述第一负载传感器至少包括定位在所述第一风カ涡轮机叶片的第一截面中的主负载传感器和副负载传感器。所述风カ涡轮机还设有用于校准第一负载传感器的校准系统，所述校准系统包括提取装置，其用于确定所述风カ涡轮机的操作參数且至少确定转子方位角和所述第一风カ涡轮机叶片的桨距角，优选地还确定所述转子的转子速度；记录装置，其连续地记录样本，所述样本包括从所述第一负载传感器获得的负载测量结果和所述风カ涡轮机的操作參数；用于基于所述样本计算理论负载的计算装置；用于比较所述理论负载和负载测量结果的比较装置；以及用于基于从所述比较装置获得的值来校准所述第一负载传感器的校准装置。所述风カ涡轮机可适于执行任何前述方法实施例。
本发明在下文中參照附图所示的实施例进行详细阐述，在附图中
图I示出风カ涡轮机；
图2示出根据本发明的设有负载传感器的风カ涡轮机叶片；
图3示出根据本发明的在校准方法中使用的转子方位角；
图4示出根据本发明的在校准方法中使用的机舱坐标系；
图5示出根据本发明的在校准方法中使用的主轴承坐标系；
图6示出根据本发明的在校准方法中使用的叶片轴承坐标系；
图7示出根据本发明的在校准方法中使用的叶片坐标系和轮廓坐标系；
图8进ー步示出根据本发明的在校准方法中使用的风カ涡轮机叶片的总体性质；
图9示出来自于风カ涡轮机启动模拟的数据；
图10示出随时间变化的模拟的重力和惯性负载；图11示出基于根据本发明的校准方法的随时间变化的计算的重力和惯性负载；
图12示出计算的与模拟的重力和惯性负载之间的差异；
图13示出随时间变化的模拟的空气动カ负载；
图14示出基于根据本发明的校准方法的随时间变化的计算的空气动カ负载；
图15示出计算的与模拟的空气动カ负载之间的差异； 图16a-c示出在没有数据过滤的情况下的计算的负载对模拟的负载；以及 图17a-c示出在数据过滤之后的计算的负载对模拟的负载。
具体实施例方式I.介绍
新风カ涡轮机叶片越来越常设有用于控制目的和/或监测的负载传感器。为了获得可靠的测量结果，必须校准负载传感器。这可在エ厂中完成，但相对昂贵。如果出于ー些原因负载传感器需要在对涡轮机的ー些操作之后再校准，则拆卸叶片和将叶片运送至エ厂来进行校准将会非常昂贵。因此，就需要现场校准传感器的可能性，且优选地在叶片安装到涡轮机上时进行。该文献描述了ー种用于在涡轮机运转且连接到电网上时在现场全自动校准传感器的原理。描述了方法和思路，且提出了用于自动校准装置的软件中执行所需的方程式。图I示出根据所谓“丹麦原理”的常规现代逆风风カ涡轮机，其具有塔架4、机舱6和具有大致水平的转子轴的转子。转子包括桨毂8和从桨毂8沿径向延伸的三个叶片10，各个叶片10分别具有最接近桨毂的叶片根部16和最远离桨毂8的叶片末梢14。图2示出根据本发明的风カ涡轮机叶片10的第一实施例的示意图。风カ涡轮机叶片10具有常规风カ涡轮机叶片的形状，且包括最接近桨毂的根部区30、最远离桨毂的成型区或翼型区34、以及根部区30与翼型区34之间的过渡区32。叶片10包括在叶片安装到桨毂上时面对叶片10的旋转方向的前缘18、以及面对前缘18的相反方向的后缘20。翼型区34 (也称为成型区)具有相对于产生升力理想的或近乎理想的叶片形状，而根部区30由于结构考虑而具有大致圆形或椭圆形的截面，例如，这使得将叶片10安装至桨毂更容易和更安全。根部区30的直径(或翼弦)通常沿整个根部区30是恒定的。过渡区32具有从根部区30的圆形或椭圆形状40逐渐变成翼型区34的翼型轮廓的过渡轮廓。过渡区32的宽度通常随离桨毂的距离增大而大致线性地増大。翼型区34具有带翼弦的翼型轮廓，翼弦在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸。翼弦的宽度随离桨毂的距离增大而减小。应当注意的是，叶片不同截面的翼弦一般不会处于公共平面内，因为叶片可能是扭曲的和/或弯曲的(即，预弯曲的)，因而给翼弦平面提供了对应的扭曲和/或弯曲路线，这是最普遍的情况，以便补偿取决于从桨毂的半径的叶片局部速度。根据本发明的风カ涡轮机叶片10设有置于叶片10的第一截面42中的第一负载传感器(第一摆振传感器)21和另ー负载传感器(第一边缘传感器)22，以及置于叶片的第二截面43中的第二摆振传感器23和第二边缘传感器24。用于校准过程的计算基于第15段中包含的和在图3至图7中示出的參数。图3示出带有包括三个风カ涡轮机叶片的转子的风カ涡轮机，风カ涡轮机叶片包括第一风カ涡轮机叶片10’。当叶片10’沿风カ涡轮机的塔架的纵轴线50指向下时，将第ー风カ涡轮机叶片10’的转子方位角V限定为O度。因此，转子方位角V设定为塔架的纵轴线50与第一叶片10’的纵轴线52之间的角。为了计算，第二和第三风カ涡轮机叶片的转子方位角分别从第一风カ涡轮机叶片10’的转子方位角V转移120度和-120度。图4至图6示出了示出根据本发明的在校准方法中使用的其它參数的风カ涡轮机的简化模型。该模型示出塔架的纵轴线50、风カ涡轮机的传动系的主轴承的纵轴线51、以及第ー风カ涡轮机叶片10’的纵轴线52。图4还示出在校准过程中使用的机舱坐标系，其中X轴线定向在风カ涡轮机的顺风方向上，z轴线定向为沿塔架的纵轴线50向下，而y轴线垂直于X轴线和z轴线。图5示出固定主轴承坐标系和旋转转子坐标系，其中在第一叶片10’指向下，转子方位角V等于O度的情况下绘出模型。X轴线定向在沿主轴承的纵轴线51的风カ涡轮机 的顺风方向上，y轴线定向在与机舱坐标系的I轴线相同的方向上，而z轴线垂直X轴线和y轴线。转子坐标系围绕X轴线旋转，且机舱坐标系的坐标可经由倾角r变换成固定主轴承坐标系和转子坐标系，倾角丁限定为主轴承的纵轴线51与水平面之间的角。图6示出叶片轴承坐标系和叶片坐标系，其中在第一叶片的桨距角β等于O度的情况下绘出模型。ζ轴线定向为沿第一风カ涡轮机叶片的纵轴线52向上，X轴线定向在与机舱坐标系的y轴线相同的方向上，而y轴线定向在垂直于X轴线和ζ轴线的顺风方向上，且因此还垂直于第一风カ涡轮机叶片的纵轴线52。叶片轴承坐标系绕转子坐标系旋转，且叶片坐标系基于叶片桨距〃相对于叶片轴承坐标系围绕ζ轴线旋转。经由第一风カ涡轮机叶片的桨距角β和限定为第一风カ涡轮机叶片的纵轴线52与垂直于主轴承的纵轴线51的平面之间的角的锥角r，可以将固定主轴承坐标系和旋转转子坐标系的坐标变换成叶片轴承坐标系和叶片坐标系。图7示出第一风カ涡轮机叶片的第一截面42的轮廓，且示出叶片坐标系28与轮廓坐标系29之间的关系。叶片轮廓包括在叶片轮廓的弹性中心27中彼此交叉的第一主要弯曲轴线25和第二主要弯曲轴线26。轮廓坐标系29具有其在弾性中心27中的原点，且x轴线和I轴线分别与第一主要弯曲轴线25和第二主要弯曲轴线26对准，而ζ轴线定向为垂直于X轴线和I轴线。经由角f可将叶片坐标系28变换成轮廓坐标系29，角f限定为叶片坐标系28与主要弯曲轴线25、26之间的角。看到的是，第一摆振传感器21置于第一主要弯曲轴线25附近的后缘处，而第一边缘传感器22置于第二主要弯曲轴线26附近的叶片轮廓的吸入侧处。2.原理的描述
本文献中描述的现场自动校准原理的基础为带配备有纤维传感器系统(如纤维布拉格光栅传感器系统)的LM61. 5P2叶片的RE-power 5M涡轮机，纤维传感器系统由置于Z=-8.12 m处的两个传感器21、22 (如图2和图7中所示的一个摆振传感器和ー个边缘传感器)、以及在ζ = -23.12 m处的两个传感器23、24构成，每个叶片总共四个传感器。參看图6，应注意的是，由于ζ轴线指向远离末梢，故截面置于ζ的负值处。传感器21-24在它们所安装的位置处测量叶片中的应变。摆振传感器21、23和边缘传感器22、24不必准确地安装到主要弯曲轴线25、26上，但有可能通过叠加的原理，使用ー个叶片截面中的两个传感器测量结果的组合来计算摆振方向和沿边方向的弯矩。
本原理的优点在于，有可能在叶片安装在涡轮机上时，在现场校准传感器21-24。不需要从涡轮机拆下叶片。在涡轮机运转且连接到电网上时执行校准。系统连续地记录相关数据(涡轮机操作状况和传感器测量結果)，且一段时间之后，系统收集到足够的数据而能够完成传感器的可Φ校准。校准是全自动完成的。没有特别的校准程序，即，不需要人员交互或不需要对涡轮机做出特别的策略。所有数据都是在涡轮机的正常操作期间收集的。然而，大部分有用的数据将主要是在涡轮机在低风速下空转和在涡轮机启动期间的情形中收集的。这些操作情形相对频繁地出现，所以在系统收集到足够的数据来完成校准之前仅是时间问题。当系统连续地再校准传感器吋，有可能检测到校准值中的突然变化，这可指出抗弯刚度中的变化。这可掲示叶片的老化或可能的损坏。
3.方法
在下文中，描述了使得有可能使现场校准成为可能的简单构想。为了完成校准，在叶片受到已知的负载吋，就需要来自于传感器21-24的测量结果。负载在传感器位置处导致了叶片中的应变。如果负载是已知的，则有可能计算出理论应变水平。如果传感器測量结果未示出该值，则应当对应地校准传感器来示出正确的值。通过转子为非旋转的且定位在90°方位角处(即，叶片悬置在水平位置上)的情况，可将已知负载施加到叶片上。当叶片自身重量カ矩已知时，有可能计算出静应变水平。通过使叶片在0°和90°处变桨，就可分别在沿边方向和摆振方向的方向上施加自身重量负载，从而实现了两个传感器21至24的校准。为所有三个叶片重复该程序。上述构想需要涡轮机在校准期间做出特别的策略。为了将此避免，使用根据本发明的更为复杂的方法。不管方位角Ψ和桨距角〃，有可能使用一些坐标变换来计算叶片上的自身重量负载。如果涡轮机转子旋转和/或叶片变桨，则动カ(离心力和科里奥利力)作用在叶片上。如果旋转加速，则惯性力也作用在叶片上。理论上可计算所有这些力。该方法在本自动校准原理中使用。此外，如果存在一些风或旋转，则空气动カ将作用在叶片上。这些カ将趋于加速转子，且基于转子加速率，増加了简化的空气动カ模型以考虑到这一点。还增加了传动系中的摩擦损失的模型以得到更准确的結果。可通过将叶片分成若干截面，且逐级穿过所有叶片截面来总计负载而计算出负载。为各个时间样本完成这些迭代计算需要大量的计算能力。因此，发明出了较好的方法。代替总计叶片截面的负载，可使用整个叶片和叶片的一部分的ー些总体性质，例如质量、质量矩、力矩和惯性积等来计算负载，叶片的该部分为传感器的截面的外面或外側。一旦计算出这些总体性质，则可线性地执行其余的计算，且其余的计算耗时很少，因为避免了通过所有叶片截面的迭代。该创新方法实现了实时计算而不需要过大的计算能力。这意味着可在各个样本之后立即处理測量结果，且校准可连续地运行。由于ー些模型的不确定性和局限性，故不是所有样本都可用于校准，所以必须过滤收集到的数据。最后，当收集到足够的数据时，可在三维图中相对于测量的应变水平绘出理论上计算出的负载。结果应当为其中大多数数据点定位成接近平面的图。对于校准，函数描述了测量的应变水平至理论上计算的负载的映射。例如，使用最小二乗法找出最佳拟ロ O4.用于涡轮机和叶片数据的通用方程式
为了准备将为各个时间样本完成的计算，首先必须完成ー些一般一劳永逸的计算。在下文中，将叶片认作是刚形本体，且将忽略涡轮机的弹性变形。还參看图8，通过方程式4. I计算从转子中心到第一传感器21、22所在的第一截面的径向距离。如果存在ー个以上带有传感器的截面(例如，每个叶片两个截面)，则必须単独地计算各个截面的距离。
权利要求
1.一种现场校准水平轴线式风力涡轮机的负载传感器的方法，所述风力涡轮机包括 转子，其包括桨毂和一定数目的风力涡轮机叶片，所述叶片从所述桨毂沿径向延伸，所述桨毂连接到包括发电机的传动系上，所述发电机将所述转子的机械旋转运动转换成电能，其中 所述一定数目的叶片至少包括第一风力涡轮机叶片，所述第一风力涡轮机叶片设有定位在所述第一风力涡轮机叶片的第一截面中的一定数目的第一负载传感器，以及其中 所述方法包括以下步骤 a)确定所述第一风力涡轮机叶片的转子方位角； b)确定所述第一风力涡轮机叶片的桨距角； c)使用所述第一负载传感器测量所述第一风力涡轮机叶片的第一截面中的负载； d)至少基于在步骤a)和步骤b)中确定的所述转子方位角和所述叶片的桨距角来计算理论负载； e)将步骤c)中测量的所述负载与步骤d)中计算出的所述理论负载相比较；以及 f)基于步骤e)的比较来校准所述第一负载传感器，其中 所述校准仅基于切断所述发电机时执行的测量，以及其中为各个样本重复地采样和计算步骤a)至步骤d)中收集的值。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，重复地采样步骤a)至步骤d)中和可选的步骤e)中确定的值，以及其中在预定时间周期之后或记录了预定数目的不同样本之后，或者是一定数目的不同样本超过最小阈值之后，执行步骤f)，通过取决于数据的分布和采样频率的函数来确定最小阈值。
3.根据权利要求I和2所述的方法，其中，所述风力涡轮机还包括用于使所述转子的旋转制动的制动器，以及其中仅有未接合所述制动器时执行的测量才用于校准所述负载传感器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一截面包括至少两个负载传感器，所述至少两个负载传感器包括第一负载传感器和第二负载传感器，有利的是所述第一负载传感器置于所述第一风力涡轮机叶片的后缘附近，以及所述第二负载传感器置于所述第一风力涡轮机叶片的吸入侧或压力侧处的所述第一风力涡轮机的前缘与所述后缘之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一风力涡轮机叶片还设有定位在所述第一风力涡轮机叶片的第二截面中的一定数目的第二负载传感器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤d)的所述计算基于来自于所述第一风力涡轮机叶片的自身重量的重力和/或重力矩。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤d)的所述计算还基于来自于所述转子的旋转的惯性力和/或惯性矩。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，步骤d)的所述计算还基于来自于所述转子的旋转和/或来自于冲击所述第一风力涡轮机叶片的风的空气动力和/或空气动力力矩。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤d)的所述计算还基于所述第一风力涡轮机叶片的总体性质和置于所述第一截面外侧处的所述第一风力涡轮机叶片的一部分的总体性质，其中所述总体性质基于以下参数中的一个或多个质量、质量矩、惯性矩和惯性积。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤d)的所述计算还基于来自于所述传动系的摩擦损失。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从所述校准过程丢弃在所述转子的转子速度超过发电机接入速度时获得的测量数据，和/或从所述校准过程丢弃所述转子的绝对转子速度低于最低转子速度阈值时获得的测量数据。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从所述校准过程丢弃在所述转子的转子减速度超过转子减速度阈值时获得的测量数据。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从所述校准过程丢弃在所述第一风力涡轮机叶片的桨距高于最大桨距阈值时获得的测量数据，和/或从所述校准过程丢弃在所述第一风力涡轮机叶片的桨距低于最小桨距阈值时获得的测量数据。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述校准过程基于例如通过最小二乘法的数据拟合，如曲线拟合或平面拟合。
15.一种风力润轮机,包括 转子，其包括桨毂和一定数目的风力涡轮机叶片，所述叶片从所述桨毂沿径向延伸，所述桨毂连接到包括发电机的传动系上，所述发电机将所述转子的机械旋转运动转换成电能，其中 所述一定数目的叶片至少包括设有一定数目的第一负载传感器的第一风力涡轮机叶片，所述第一负载传感器至少包括定位在所述第一风力涡轮机叶片的第一截面中的主负载传感器和副负载传感器，其特征在于，所述风力涡轮机还设有用于校准所述第一负载传感器的校准系统，所述校准系统包括 提取装置，其用于确定所述风力涡轮机的操作参数且至少确定转子方位角和所述第一风力涡轮机叶片的桨距角，优选地还确定所述转子的转子速度； 记录装置，其连续地记录包括从所述第一负载传感器获得的负载测量结果的样本，以及所述风力涡轮机的操作参数； 计算装置，其用于基于所述样本来计算各个样本的理论负载； 比较装置，其用于比较所述理论负载和负载测量结果；以及 校准装置，其用于基于从所述比较装置获得的值来校准所述第一负载传感器。
全文摘要
描述了一种现场校准水平轴线式风力涡轮机的负载传感器的方法。风力涡轮机包括转子，转子包括桨毂和一定数目的风力涡轮机叶片，叶片从桨毂沿径向延伸，桨毂连接到包括发电机的传动系上，发电机将转子的机械旋转运动转换成电能，其中所述一定数目的叶片至少包括设有一定数目的第一负载传感器的第一风力涡轮机叶片，第一负载传感器定位在第一风力涡轮机叶片的第一截面中。该方法包括以下步骤a)确定第一风力涡轮机叶片的转子方位角；b)确定第一风力涡轮机叶片的桨距角；c)使用第一负载传感器测量第一风力涡轮机叶片的第一截面中的负载；d)至少基于在步骤a)和步骤b)中确定的转子方位角和叶片的桨距角来计算理论负载；e)将步骤c)中测量的负载与步骤d)中计算出的理论负载相比较；以及f)基于步骤e)的比较来校准第一负载传感器，其中校准仅基于切断发电机时执行的测量。
文档编号F03D7/02GK102713263SQ201180008008
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月31日 优先权日2010年2月1日
发明者M.O.斯洛特 申请人:Lm 玻璃纤维制品有限公司