[发明专利]用于运行风力涡轮机的方法和系统

说明书

技术领域

本发明大体涉及风力涡轮机，更具体地涉及用于保护风力涡轮机不受到极端载荷条件危害的系统和方法。

背景技术

风力涡轮机通常包括一组两个或更多个涡轮机叶片、以及安装在塔架结构上的机舱。风力涡轮机构造成获取移动风的能量并将该能量转换成旋转的涡轮机叶片的动能。风力涡轮机还具有转矩传送机构，用于将来自旋转的涡轮机叶片的转矩传送到发电机。发电机将传送的转矩转换成电能。产生的电能通常被馈送至电网。电力电子转换器可以用于按照与电网可兼容的形式来馈送电力。发电机和控制系统可以安装在风力涡轮机的机舱中。可替换地，控制系统可以安装成远离机舱。控制系统的主要功能是控制风力涡轮机的运行并对由此形成的发电进行优化。

风力涡轮机依赖于风以实现它们的运行，并且在特定风速下运行最佳。低于阈值的风速会导致发电量非常低。高于阈值的风速会导致涡轮机叶片上的应力和载荷过大，结果会损坏涡轮机叶片。涡轮机叶片损坏不仅增加了发电的成本，而且还减少由风力涡轮机产生的功率的量。对涡轮机叶片造成的损坏会导致大量停工时间，并且会降低风力涡轮机的发电潜能。

通常，在由于高风速引起的极端载荷条件期间，风力涡轮机会不运转。尽管这可防止涡轮机叶片损坏，但是这样的策略不能避免由风力涡轮机停工引起的停工时间。

仍然需要不仅在极端载荷条件期间保护风力涡轮机，而且还维持发电的连续性的系统。

发明内容

根据实施例，提供运行风力涡轮机的方法。该方法包括感测风力涡轮机的一组运行数据点，一组运行数据点中的每个数据点至少包括转子轴的弯曲应力值。根据弯曲应力值，计算载荷情况指标值。该方法还包括根据一组运行数据点来估计载荷阈值。该方法还包括在载荷情况指标值超过载荷阈值时控制风力涡轮机，以使得风力涡轮机在安全模式下运行。

根据另一实施例，提供用于运行风力涡轮机的系统。该系统包括传感器模块，传感器模块用于感测风力涡轮机的一组运行数据点，一组运行数据点中的每个数据点至少包括风力涡轮机的转子轴的弯曲应力值。根据转子轴的弯曲应力值，载荷情况估计器可以计算载荷情况指标值。该系统还包括载荷阈值估计器，载荷阈值估计器用于根据一组运行数据点来估计载荷阈值。该系统还可以包括保护模块，保护模块用于在载荷情况指标值超过载荷阈值时控制风力涡轮机，以使得风力涡轮机在安全模式下运行。

根据另一实施例，提供非瞬时计算机可读介质，该非瞬时计算机可读介质用程序进行编码以使得基于处理器的系统能够执行计算机辅助风力涡轮机运行。该程序构造成指示基于处理器的系统感测风力涡轮机的一组运行数据点，一组运行数据点中的每个数据点至少包括转子轴的弯曲应力值。该程序还构造成指示基于处理器的系统根据转子轴的弯曲应力值来计算载荷情况指标值。此外，该程序可以指示基于处理器的系统：根据一组运行数据点来估计载荷阈值，并且在载荷情况指标值超过载荷阈值时控制风力涡轮机，以使得风力涡轮机在安全模式下运行。所述程序构造成指示所述基于处理器的系统执行：在固定时间窗中以预定时间间隔来测量所述风力涡轮机的所述一组运行数据点。

所述程序还构造成指示所述基于处理器的系统执行如下步骤：

从所述弯曲应力值获得一组高通滤波的弯曲应力值；

从所述弯曲应力值获得一组低通滤波的弯曲应力值；和

通过计算所述一组高通滤波的弯曲应力值和所述低通滤波的弯曲应力值之间的差，来计算所述载荷情况指标值。

所述程序构造成指示所述基于处理器的系统执行：根据风速和偏航误差中的至少一者来计算所述载荷阈值。

根据另一实施例，公开了系统。该系统包括风力涡轮机，风力涡轮机包括多个涡轮机叶片、以及经由齿轮系和转子轴联接到多个涡轮机叶片的涡轮发电机。该系统还包括用于运行风力涡轮机的系统。通信联接到风力涡轮机的系统包括传感器模块，传感器模块用于感测风力涡轮机的一组运行数据点，其中一组运行数据点中的每个数据点至少包括风力涡轮机的转子轴的弯曲应力值。根据转子轴的弯曲应力值，载荷情况估计器可以计算载荷情况指标值。该系统还包括载荷阈值估计器，载荷阈值估计器用于根据一组运行数据点来估计载荷阈值。系统还可以包括保护模块，保护模块用于在载荷情况指标值超过载荷阈值时控制风力涡轮机，以使得风力涡轮机在安全模式下运行。

一个或多个实施例提供技术优点，例如发电的连续性、保护不受由于高风速引起的过载状况的危害、和具体在过载状态期间使风力涡轮机在安全模式下运行的方法，从而防止对涡轮机叶片的损坏并保持发电的连续性。

附图说明