[发明专利]浆距故障检测系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机，尤其涉及一种检测其上叶片浆距故障的系统和方法。

背景技术

风力涡轮机包括浆距控制系统以调整叶片的浆距角，从而当风速改变时，风力涡轮机的转子的转速可保持在限定范围内。当在强风环境下或其他需要紧急制动的情况下，叶片的浆距角朝向90°位置转动。

然而，当该风力涡轮机系统控制器和该浆距控制系统之间发生通信错误或数据丢失时，叶片可能发生失控故障。在这种情况下，该浆距控制系统将无法控制该叶片，该叶片可能会快速朝向90°位置或0°位置转动。当所有的叶片都因失控故障而朝向0°位置转动时，叶片将承受很高的推力。结果将导致叶片根部扭矩和叶尖挠度增加。当其中一个叶片朝向0°位置转动时，除了叶片根部扭矩和叶尖挠度的增加，由于故障叶片和其他叶片的浆距角不平衡，轮毂上承受的负载不平衡将加剧。当其中一个叶片朝向90°位置转动时，轮毂上的负载不平衡也将加剧。如果失控故障持续时间过长，可能会导致叶片断裂等其他危害。

亟待需要一种快速并精确检测浆距故障的方法以提早对故障叶片和其他叶片采取适当的行动，从而防止叶尖撞击塔架。

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浆距故障检测系统，该系统包括：

至少一个叶片；

浆距指令发生器，用于生成至少一个浆距指令；

叶片浆距系统，用于根据该浆距指令调整该叶片的浆距角并输出代表该叶片实际浆距状态的实际响应；

模型存储单元，用于接收该浆距指令并基于叶片的非线性模型输出代表该叶片期望浆距状态的期望响应；以及

监测单元，用于将该实际响应与该期望响应之间的偏差与预设阈值进行比较并基于该比较结果判断该叶片的运行状态。

本发明的再一方面在于提供一种监测风力涡轮机叶片运行状态的方法，该方法包括：

生成至少一个浆距指令；

根据该浆距指令输出代表该叶片实际浆距状态的实际响应；

基于叶片的非线性模型并根据该浆距指令输出代表该叶片期望浆距状态的期望响应；

计算该实际响应与该期望响应之间的偏差；

将该偏差与预设阈值进行比较；以及

基于该比较结果判断该叶片的运行状态。

本发明的再一方面在于提供一种风力涡轮机，包括多个叶片及用于控制每个叶片浆距角的浆距控制系统，该浆距控制系统包括：

浆距指令发生器，用于生成至少一个浆距指令；

叶片浆距系统，用于根据该浆距指令调整该叶片的浆距角并输出代表该叶片实际浆距状态的实际响应；

模型存储单元，用于接收该浆距指令并基于叶片的非线性模型输出代表该叶片期望浆距状态的期望响应；以及

监测单元，用于将该实际响应与该期望响应之间的偏差与预设阈值进行比较并基于该比较结果判断该叶片的运行状态，当该偏差超过该预设阈值时并在预设时间段内保持增加趋势时，该叶片工作于该故障状态。

相较于现有技术，本发明基于叶片动力学模型，根据浆距指令生成期望响应并将期望响应与叶片的实际响应进行比较以得到偏差，然后再将偏差与预设阈值进行比较以判断叶片是否工作于故障状态。一方面，本发明采用非线性叶片动力学模型从而提高了期望响应的精度。另一方面，本发明采用的预设阈值根据仿真或实验得到的偏差点进行设置从而保证预设阈值更接近该偏差，当将偏差与该预设阈值进行比较时可减少故障检测时间。本发明采用的叶片浆距故障监测方法可提高故障检测的精度和速度。

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为应用于图1所示的该风力涡轮机的浆距控制系统的一种实施方式示意图；

图3为用于控制图1中的叶片的叶片浆距模块的一种实施方式框图；

图4为图2中监测单元的一种实施方式框图；

图5为图2中叶片的期望浆距响应曲线和实际浆距响应曲线的比对图；

图6为图5中该期望浆距响应曲线与该实际浆距响应曲线之间的偏差曲线和预设阈值曲线的比对图；