[发明专利]用于控制风力涡轮机以管理边缘叶片振动的方法和系统

说明书

一种用于控制风力涡轮机以避免边缘振动的方法。所述方法包括以下步骤：确定所述风力涡轮机的转子叶片的回转模式频率；基于所述回转模式频率确定回避区域，所述回避区域为转子速度范围；接收转子速度设定点，以及：如果所述转子速度设定点在所述转子速度范围内，则将转子速度调整为所述转子速度范围之外的值，或者，如果所述转子速度设定点在所述转子速度范围之外，则将所述转子速度调整为与所述转子速度设定点相对应的值。

技术领域

本发明的各方面涉及用于控制风力涡轮机的方法和系统，并且更具体地涉及识别和减轻风力涡轮机的叶片中的不可接受的振动。

背景技术

风力涡轮机被设计为在广泛的风力条件下可靠且安全地运行。但是，尽管进行了精心的设计实践，某些运行条件仍可能导致风力涡轮机部件(特别是叶片)的振荡。这样的振荡可能损害风力涡轮机的可靠运行，并且如果振荡的频率与风力涡轮机部件的共振频率一致，则尤其如此。

振荡的一种来源是风力涡轮机在叶片边缘方向上的振动。一定幅度的边缘振动可能会导致叶片损坏，还会导致风力涡轮机的其他部件损坏。

已知用碳纤维加强和加固叶片，以改变叶片的结构频率，从而避免在某些频率下的共振边缘振动。但是，这种方法大大增加了叶片制造的总成本。

本发明旨在解决上述问题中的至少一些。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制风力涡轮机以避免边缘振动(edgewise vibration，摆振，即叶片在旋转平面内的振动)的方法，所述方法包括以下步骤：确定所述风力涡轮机的转子叶片的回转模式(whirling mode)频率；基于所述回转模式频率确定回避区域，所述回避区域为转子速度范围；以及接收转子速度设定点，其中所述方法还包括以下步骤中的一个：如果所述转子速度设定点在所述转子速度范围内，则将转子速度调整为所述转子速度范围之外的值；或者，如果所述转子速度设定点在所述转子速度范围之外，则将所述转子速度调整为与所述转子速度设定点相对应的值。因为所述转子速度范围与所述回避区域相对应，所以这意味着当所述转子速度设定点在所述转子速度范围内时，避免了所述转子速度落入所述回避区域内，从而避免了激发不希望的叶片边缘振动。

优选地，控制和调整所述转子速度的步骤还包括以下步骤：当所接收的转子速度设定点在所述转子速度范围内时，将所述转子速度维持在等于或低于与所述转子速度范围的下限阈值相对应的转子速度的值；以及，如果所述转子速度设定点等于或超过所述转子速度范围的上限阈值，则增大所述转子速度；或者，当所述转子速度设定点在所述转子速度范围内时，将所述转子速度维持在等于或高于与所述转子速度范围的上限阈值相对应的转子速度的值；以及，如果所述转子速度设定点等于或低于所述转子速度范围的下限阈值，则减小所述转子速度。所述转子速度以不使机械和电气系统经受潜在的损坏性高动态负载的、在实践中可能的最快的速度通过所述转子速度范围增大或减小。

优选地，所确定的回转模式频率是前向回转模式和后向回转模式中的一种或多种。能够独立地以及同时地确定前向和后向回转模式频率是特别有利的，因为这提供了控制的灵活性并且允许根据风力条件来定制所述确定。

优选地，根据测量的转子频率和所述转子叶片的预定边缘振动频率来确定所述回转模式频率。

优选地，所述方法还包括以下步骤：测量指示所述风力涡轮机的所述转子叶片的移动的信号；确定所测量的信号在所确定的回转模式频率附近的频谱；从所述频谱中获取中心频率；以及，相对于所述中心频率调整所确定的回转模式频率。该过程识别出转子叶片的移动中的、可被认为引起叶片的边缘振动的频率成分，然后校准所确定的回转模式频率以确保其准确性。

优选地，所确定的回转模式频率被调整为等于所述中心频率。

优选地，所述信号指示所述转子叶片的边缘振动。

优选地，所述信号是指示所述风力涡轮机的塔架顶部的移动的加速度信号。