[发明专利]风力涡轮机及评估其上叶片健康状态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机，尤其涉及一种评估其上叶片健康状态的方法。

背景技术

风能作为一种清洁能源广泛应用于发电领域。风力涡轮机（Wind Turbine）常用于将风能转换为电能。然而，风力涡轮机通常在偏远地区、严峻的环境下运行，尤其受到冰冻、沙尘、大风环境影响，风力涡轮机易发生故障如叶片裂纹、叶片卡滞、叶片劳损、叶片覆冰、过载等故障。因此，为延长风力涡轮机的运行寿命，需对风力涡轮机进行定期检修维护以防止潜在故障的发生。然而，人工检修一方面成本较高，一方面故障检测可靠性不高。实时监测风力涡轮机的叶片参数信号并评估风力涡轮机工作于故障状态的概率以减少不必要的定期维护可提高可靠性并降低维护成本。

为评估风力涡轮机的故障状态，通常需要在风力涡轮机运转过程中实时监控多种参数，如叶片桨叶角（blade pitch）、叶片挠度（blade deflection）、叶片局部偏移角（local blade angle）、叶片弯矩（bending moment）、叶片转速（blade rotating speed）、偏航（yaw）、转子速度（rotor speed）、结构振动（structural vibration）等，然后对这些参数进行分析以评估故障的发生。然而，由于风力涡轮机的各个部分需要同时安装不同类型的传感器，有时某一位置还需要同时安装两种或两种以上类型的传感器，会造成参数监控复杂、成本高等问题。如何利用最少的传感器，分析尽量多的检测参数以评估风力涡轮机工作于故障状态的概率成为亟待解决的关键技术问题。

所以，需要提供一种改进的风力涡轮机来解决上述技术问题。

发明内容

现在归纳本发明的一个或多个方面以便于本发明的基本理解，其中该归纳并不是本发明的扩展性纵览，且并非旨在标识本发明的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明的一些概念。

本发明的一个方面在于提供一种风力涡轮机，包括：

微型惯性测量单元，安装于每个叶片上，用于感应对应安装位置处的多个检测参数信号；及

监控系统，用于监控该多个叶片的运行状态，该监控系统包括：

信号处理单元，用于基于该微型惯性测量单元得到的多个检测参数信号计算得到处理参数信号；

信号分析单元，用于对每个分析参数信号进行分析以得到故障估计信号，其中，该分析参数信号选自该多个检测参数信号和该处理参数信号，每个故障估计信号用于估计对应的叶片是否工作于故障状态；及

故障评估单元，用于基于该多个故障估计信号评估对应叶片是否发生故障或发生故障的概率。

本发明的再一方面在于提供一种评估风力涡轮机叶片健康状态的方法。该方法包括：

通过安装于每个叶片上的微型惯性测量单元来感应对应安装位置处的多个检测参数信号；

基于该多个检测参数信号计算得到处理参数信号；

对每个分析参数信号进行分析以得到故障估计信号，其中，该分析参数信号选自该多个检测参数信号和该处理参数信号，每个故障估计信号用于估计对应的叶片是否工作于故障状态；及

基于该多个故障估计信号评估对应叶片是否发生故障或发生故障的概率。

相较于现有技术，本发明采用微型惯性测量单元为监控系统提供检测参数信号，微型惯性测量单元可同时检测多种参数信号并通过计算得到多种处理参数信号，因此，通过安装较少数目的微型惯性测量单元可节约成本并降低参数信号检测的复杂度。该检测参数信号和该处理参数信号均可用作分析参数信号，每个分析参数信号经过分析可得到故障估计信号以用于评估对应的叶片是否发生故障或工作于故障状态的概率。本发明采用的监控系统结构简单，且对多个分析参数信号进行故障分析可提高故障状态评估的准确性。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为本发明风力涡轮机的一个实施方式示意图；

图2为如图1所示风力涡轮机上的一个叶片的示意图；

图3为本发明风力涡轮机叶片故障监控系统的一个实施方式示意框图；

图4为如图2所示叶片的简化等效悬臂梁模型示意图；

图5为如图3所示的信号分析单元的一个实施方式示意图；

图6为对如图2所示叶片实时测量的叶片局部偏移角和仿真得到的叶片局部偏移角的幅频特性曲线；