[发明专利]确定风力涡轮机塔架的谐振频率的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定风力涡轮机塔架的谐振频率的装置，该装 置包括被配置用以接收加速度测量值的处理单元，所述加速度测量 值代表了在平行于风力涡轮机的转子旋转轴的方向上和/或在垂直于 转子旋转轴和塔架轴的方向上风力涡轮机塔架的加速度，以及涉及 用于此的方法。

背景技术

在本领域已知的风力涡轮机系统中，作用于风力涡轮机转子的 风速的突然变化使其塔架前后和侧向摇摆。该风力涡轮机塔架的这 种通常圆状的振动已知明显地缩短该塔架的技术寿命，并且还在偏 航系统以及传动装置中产生显著的机械负荷。

这种振动在变速涡轮机的情况下可能更剧烈地增加，其中特定 的旋转速度可能造成匹配该塔架谐振频率的振动。

为了避免这种不利的效应，本领域的系统已经被制造得足够坚 固以便承受这些额外的力，并且风力涡轮机部件由于增加的磨损而 更频繁地被更换。但是，这种方法需要与结构努力和维护努力有关 的实际的额外技术努力(effort)。

为了减少这种额外努力，在US专利4,420,692中已建议连续地 获得塔架加速度测量信号并把该信号与转子叶片距控制信号相组 合。因此，通过适当地调整叶片角度控制来提供附加的气动阻尼。

为了在计算上确定塔架谐振频率，需要附加的计算资源，比如 大功率的处理器和存储器。因此，已知的系统是，在本地在该风力 涡轮机中，仅仅在转子旋转轴的方向上测量塔架的加速度，以及存 储并把这些加速度值传送到远程中央控制室，在该远程中央控制室 中谐振频率通过操作员来计算，并然后人工地被输入到涡轮机控制 系统中。在这种系统中，可以以相对低的成本和努力来提供必要的 计算资源。但是，在数据通信中存在附加的努力，并且为了正确地 运行，该系统依赖于工作通信线路。

发明内容

从而本发明的目标是提供用于确定风力涡轮机塔架的谐振频率 的装置和方法，其提供了精确的结果而同时降低所需要的计算和存 储容量的量。

该目标通过权利要求1或12中的任一项所述的主题而实现。

根据权利要求1的本发明提供一种用于确定风力涡轮机塔架的 谐振频率的装置，该装置包括被配置用以接收加速度测量值的处理 单元，所述加速度测量值代表了在平行于风力涡轮机的转子旋转轴 的方向上和/或在垂直于转子旋转轴和塔架轴两者的方向上风力涡轮 机塔架的加速度，其特征在于，所述装置包含被配置以存储一系列 加速度测量值的存储器，并且该处理单元包括：

-傅立叶变换模块，其被配置用以根据对加速度测量值系列的基 于卷积的快速傅立叶变换进行计算来计算频谱向量，以及

-谐振频率计算模块，其被配置用以根据所计算的频谱向量来计 算塔架谐振频率。

通过实施基于卷积的快速傅立叶变换(FFT(fast Fourier transform))，本发明能够获得给定分辨率的精确结果，而只需计算 较少的点或样本。因此，本发明提供改进的计算效率。

比如通过计算被再形成为卷积的离散傅立叶变换(DFT(discrete Fourier transform))而能够实现基于卷积对FFT的这种实施。

通过估计如此通过变换而获得的频谱向量，获得该塔架的谐振 频率。

因此本发明提供一种用于有效地确定风力涡轮机塔架的谐振频 率的解决方案。对于给定精度，计算努力和资源消耗被降低，或者 同时可以提高精度而不用额外的技术努力。

如本领域技术人员公认的，在该整个文件中，词语“平行 (parallel)”和“垂直(perpendicular)”应理解为包含与其实际精 确取向的一定量的偏差。比如，在实际的配置中，风力涡轮机的转 子轴可以相对于水平方向而朝上一小角度，以便当风压使转子叶片 朝塔架弯曲时防止转子叶片碰到风力涡轮机塔架。

该装置可以按照在引用权利要求1的任一从属权利要求中所述 的那样来实现。

在装置的实施例中，傅立叶变换模块能够被配置用以根据加速 度测量值系列的线性调频z变换(CZT(chirp z-transform))或线性 调频变换算法(CTA(chirp transform algorithm))来计算所述基于 卷积的快速傅立叶变换。