[发明专利]用于风力涡轮机的诊断系统和方法

说明书

一种用于风力涡轮机偏航系统的诊断系统，包括：塔架运动传感器，其被构造成输出指示塔架振荡的信号，尤其但不限于侧向塔架振荡的信号；以及诊断模块，其被构造成：分析塔架运动传感器信号，以识别信号的与塔架振荡无关的频率内容；并且将识别出的频率内容与偏航系统的运行相关联，从而确定偏航系统需要维护。有利地，本发明提供了可以通过分析塔架的振荡运动来确定偏航系统的健康，该振荡运动由安装在例如塔架顶部处或机舱中的合适位置的塔架运动传感器测量。

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机控制系统的诊断系统，并且还涉及一种操作诊断系统的方法，用于验证指示风力涡轮机系统的侧向塔架振荡的运动传感器信号。

背景技术

风力涡轮机通常采用高细长结构的形式，包括安装在塔架顶部上的机舱，该机舱承载风力涡轮机的转子。与所有高细长结构一样，塔架倾向于在使用中摇摆。

塔架可以根据其固有频率(或“本征频率”)主要以侧向运动振荡，其固有频率主要取决于塔架的特征，诸如其高度、直径、制造材料、内部结构、扭转刚度、机舱质量等。大的振荡也可以由安装至风力涡轮机的机舱的转子的运动所产生的动态负载引起，转子通常设计成以通常被称为1P频率的预定的转速或角频率旋转。

大的侧向振荡在塔架上产生显著的应力，随着时间的推移，这会影响塔架的结构完整性。现代风力涡轮机系统利用塔架运动减振系统来抵消塔架的运动。这种塔架运动减振系统主动调节涡轮机的电力电子器件，以便控制发电机扭矩。它们还通过桨距控制系统采取行动以(单独地或共同地)控制叶片的桨距角。然而，塔架运动减振系统严重依赖于精确地测量振荡，通常，通过使用位于机舱中或塔架顶部处的塔架运动传感器来测量。

由于塔架运动减振系统以及其它风力涡轮机系统的有效性依赖于由塔架运动传感器提供的加速度信号的精度，因此确保系统能够确定是否可以依赖加速度信号是很重要的。正是在这种背景下设计了本发明。

发明内容

在此背景下，本发明提供了一种用于风力涡轮机偏航系统的诊断系统，包括：塔架运动传感器，其被构造成输出指示塔架振荡的信号，尤其是但不限于侧向塔架振荡的信号；以及诊断模块,其被构造成：分析塔架运动传感器信号，以识别信号的与塔架振荡无关的频率内容；以及将识别出的频率内容与偏航系统的运行相关联，从而确定偏航系统需要维护。

本发明还可以表示为一种验证指示风力涡轮机系统的塔架振荡的塔架运动传感器信号的方法，该方法包括：分析塔架运动传感器信号以识别与塔架振荡无关的频率内容；以及将识别出的频率内容与偏航系统的运行相关联，从而确定偏航系统需要润滑。

有利地，本发明实现了可以通过分析塔架的振荡运动来确定偏航系统的健康，该振荡运动例如由安装在塔架顶部处或机舱中的合适位置的塔架运动传感器测量。合适的是，塔架运动可以是由合适的加速度计或诸如陀螺仪或磁力计的其它传感器测量的侧向塔架运动。因此，在另一种意义上，可以认为该系统是被构造成识别偏航系统具有维护要求的诊断系统。

此外，诊断模块可以被构造成：识别频率内容的指示塔架振荡的第一部分和指示偏航系统的运行的第二部分；以及根据信号的第二部分的检测生成错误信号，其中频率内容的第二部分具有在运动传感器的灵敏度范围之外的频率。

可以使用各种技术来实现这一点。例如，诊断系统可以实施统计变化检测算法来分析塔架运动信号，其中分析塔架运动信号以检测其平均值相对于理想化平均值的变化。或者，诊断模块可以实施功率谱分析算法来分析塔架运动信号，以便识别指示偏航系统缺乏润滑因而需要维护的在一个或多个关注频率处的功率增加。