風(fēng)力渦輪機(jī)及評估其上葉片健康狀態(tài)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，尤其涉及一種評估其上葉片健康狀態(tài)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能作為一種清潔能源廣泛應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域。風(fēng)力渦輪機(jī)（WindTurbine)常用 于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。然而，風(fēng)力渦輪機(jī)通常在偏遠(yuǎn)地區(qū)、嚴(yán)峻的環(huán)境下運(yùn)行，尤其受到冰 凍、沙塵、大風(fēng)環(huán)境影響，風(fēng)力渦輪機(jī)易發(fā)生故障如葉片裂紋、葉片卡滯、葉片勞損、葉片覆 冰、過載等故障。因此，為延長風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行壽命，需對風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行定期檢修維護(hù) 以防止?jié)撛诠收系陌l(fā)生。然而，人工檢修一方面成本較高，一方面故障檢測可靠性不高。實(shí) 時(shí)監(jiān)測風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片參數(shù)信號(hào)并評估風(fēng)力渦輪機(jī)工作于故障狀態(tài)的概率以減少不必 要的定期維護(hù)可提高可靠性并降低維護(hù)成本。
[0003] 為評估風(fēng)力渦輪機(jī)的故障狀態(tài)，通常需要在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控多 種參數(shù)，如葉片槳葉角（bladepitch)、葉片撓度（bladedeflection)、葉片局部偏移角 (localbladeangle)、葉片彎矩（bendingmoment)、葉片轉(zhuǎn)速（bladerotatingspeed)、 偏航（yaw)、轉(zhuǎn)子速度（rotorspeed)、結(jié)構(gòu)振動(dòng)（structuralvibration)等，然后對這些參 數(shù)進(jìn)行分析以評估故障的發(fā)生。然而，由于風(fēng)力渦輪機(jī)的各個(gè)部分需要同時(shí)安裝不同類型 的傳感器，有時(shí)某一位置還需要同時(shí)安裝兩種或兩種以上類型的傳感器，會(huì)造成參數(shù)監(jiān)控 復(fù)雜、成本高等問題。如何利用最少的傳感器，分析盡量多的檢測參數(shù)以評估風(fēng)力渦輪機(jī)工 作于故障狀態(tài)的概率成為亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。
[0004] 所以，需要提供一種改進(jìn)的風(fēng)力渦輪機(jī)來解決上述技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 現(xiàn)在歸納本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面以便于本發(fā)明的基本理解，其中該歸納并不是 本發(fā)明的擴(kuò)展性縱覽，且并非旨在標(biāo)識(shí)本發(fā)明的某些要素，也并非旨在劃出其范圍。相反， 該歸納的主要目的是在下文呈現(xiàn)更詳細(xì)的描述之前用簡化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念。
[0006] 本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)，包括：
[0007] 微型慣性測量單元，安裝于每個(gè)葉片上，用于感應(yīng)對應(yīng)安裝位置處的多個(gè)檢測參 數(shù)信號(hào)；及
[0008] 監(jiān)控系統(tǒng)，用于監(jiān)控該多個(gè)葉片的運(yùn)行狀態(tài)，該監(jiān)控系統(tǒng)包括：
[0009] 信號(hào)處理單元，用于基于該微型慣性測量單元得到的多個(gè)檢測參數(shù)信號(hào)計(jì)算得到 處理參數(shù)信號(hào)；
[0010] 信號(hào)分析單元，用于對每個(gè)分析參數(shù)信號(hào)進(jìn)行分析以得到故障估計(jì)信號(hào)，其中，該 分析參數(shù)信號(hào)選自該多個(gè)檢測參數(shù)信號(hào)和該處理參數(shù)信號(hào)，每個(gè)故障估計(jì)信號(hào)用于估計(jì)對 應(yīng)的葉片是否工作于故障狀態(tài)；及
[0011] 故障評估單元，用于基于該多個(gè)故障估計(jì)信號(hào)評估對應(yīng)葉片是否發(fā)生故障或發(fā)生 故障的概率。
[0012] 本發(fā)明的再一方面在于提供一種評估風(fēng)力渦輪機(jī)葉片健康狀態(tài)的方法。該方法包 括：
[0013] 通過安裝于每個(gè)葉片上的微型慣性測量單元來感應(yīng)對應(yīng)安裝位置處的多個(gè)檢測 參數(shù)信號(hào)；
[0014] 基于該多個(gè)檢測參數(shù)信號(hào)計(jì)算得到處理參數(shù)信號(hào)；
[0015] 對每個(gè)分析參數(shù)信號(hào)進(jìn)行分析以得到故障估計(jì)信號(hào)，其中，該分析參數(shù)信號(hào)選自 該多個(gè)檢測參數(shù)信號(hào)和該處理參數(shù)信號(hào)，每個(gè)故障估計(jì)信號(hào)用于估計(jì)對應(yīng)的葉片是否工作 于故障狀態(tài)；及
[0016] 基于該多個(gè)故障估計(jì)信號(hào)評估對應(yīng)葉片是否發(fā)生故障或發(fā)生故障的概率。
[0017] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用微型慣性測量單元為監(jiān)控系統(tǒng)提供檢測參數(shù)信號(hào)， 微型慣性測量單元可同時(shí)檢測多種參數(shù)信號(hào)并通過計(jì)算得到多種處理參數(shù)信號(hào)，因此，通 過安裝較少數(shù)目的微型慣性測量單元可節(jié)約成本并降低參數(shù)信號(hào)檢測的復(fù)雜度。該檢測參 數(shù)信號(hào)和該處理參數(shù)信號(hào)均可用作分析參數(shù)信號(hào)，每個(gè)分析參數(shù)信號(hào)經(jīng)過分析可得到故障 估計(jì)信號(hào)以用于評估對應(yīng)的葉片是否發(fā)生故障或工作于故障狀態(tài)的概率。本發(fā)明采用的監(jiān) 控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且對多個(gè)分析參數(shù)信號(hào)進(jìn)行故障分析可提高故障狀態(tài)評估的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0018] 通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖 中：
[0019] 圖1為本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)的一個(gè)實(shí)施方式示意圖；
[0020] 圖2為如圖1所示風(fēng)力渦輪機(jī)上的一個(gè)葉片的示意圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)葉片故障監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式示意框圖；
[0022] 圖4為如圖2所示葉片的簡化等效懸臂梁模型示意圖；
[0023] 圖5為如圖3所示的信號(hào)分析單元的一個(gè)實(shí)施方式示意圖；
[0024] 圖6為對如圖2所示葉片實(shí)時(shí)測量的葉片局部偏移角和仿真得到的葉片局部偏移 角的幅頻特性曲線；
[0025] 圖7為如圖1所示3個(gè)葉片分別對應(yīng)的實(shí)時(shí)測量的葉片局部偏移角的幅頻特性曲 線.
[0026] 圖8為如圖1所示3個(gè)葉片分別對應(yīng)的處理得到的葉尖偏移的統(tǒng)計(jì)特性曲線；
[0027] 圖9為本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)葉片故障監(jiān)控系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方式示意框圖；以及
[0028] 圖10為本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)葉片健康狀態(tài)評估方法的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 以下將描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，需要指出的是，在這些實(shí)施方式的具體描述 過程中，為了進(jìn)行簡明扼要的描述，本說明書不可能對實(shí)際的實(shí)施方式的所有特征均作詳 盡的描述。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在任意一種實(shí)施方式的實(shí)際實(shí)施過程中，正如在任意一個(gè)工 程項(xiàng)目或者設(shè)計(jì)項(xiàng)目的過程中，為了實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商 業(yè)相關(guān)的限制，常常會(huì)做出各種各樣的具體決策，而這也會(huì)從一種實(shí)施方式到另一種實(shí)施 方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過程中所作出的努力可能是復(fù)雜 并且冗長的，然而對于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開 揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一些設(shè)計(jì)，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不 應(yīng)當(dāng)理解為本公開的內(nèi)容不充分。
[0030] 除非另作定義，權(quán)利要求書和說明書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā) 明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請說明書以及權(quán) 利要求書中使用的"第一"、"第二"以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而 只是用來區(qū)分不同的組成部分。"一個(gè)"或者"一"等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示 存在至少一個(gè)。"包括"或者"包含"等類似的詞語意指出現(xiàn)在"包括"或者"包含"前面的 元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在"包括"或者"包含"后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并 不排除其他元件或者物件。"連接"或者"相連"等類似的詞語并非限定于物理的或者機(jī)械 的連接，而是可以包括電氣的連接，不管是直接的還是間接的。
[0031]請參考圖1，為本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)10的一種實(shí)施方式示意圖。更具體地，該風(fēng)力渦 輪機(jī)10為水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)。該風(fēng)力渦輪機(jī)10包括一個(gè)塔架12及一個(gè)轉(zhuǎn)子14。該轉(zhuǎn)子 14包括若干葉片例如如圖1所示的三個(gè)葉片141、142、143。該三個(gè)葉片141、142、143安裝 在一個(gè)輪轂144上。工作時(shí)，該三個(gè)葉片141、142、143在風(fēng)能的推力下旋轉(zhuǎn)，然后產(chǎn)生傳動(dòng) 扭矩以轉(zhuǎn)動(dòng)與該轉(zhuǎn)子14連接的主軸(未示出），進(jìn)而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(未示出)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)發(fā)電。該 主軸和發(fā)電機(jī)等元件安裝在一個(gè)機(jī)艙16內(nèi)，該機(jī)艙16被旋轉(zhuǎn)的安裝在該塔架12上，該塔 架12與該機(jī)艙16之間具有一個(gè)偏航系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)該機(jī)艙16的方向，以便使葉片141、 142U43實(shí)時(shí)地處于最佳的風(fēng)向位置以獲得最大的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩。圖1僅是舉例給出了風(fēng)力渦 輪機(jī)10的主要組成部分，在其他實(shí)施方式中，該風(fēng)力渦輪機(jī)10也可為其他類型的風(fēng)力渦輪 機(jī)如垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0032] 請參照圖2,為該風(fēng)力渦輪機(jī)10上的一個(gè)葉片142的示意圖，其他葉片141、143也 具有相似的結(jié)構(gòu)，此處僅以一個(gè)為例進(jìn)行說明。在圖2的實(shí)施方式中，該葉片142的外表面 上安裝有一個(gè)微型慣性測量單兀（MicroInertialMeasurementUnit，MIMU)20,在其他實(shí) 施方式中，該微型慣性測量單元20也可安裝在該葉片142的內(nèi)表面或者嵌入在葉片142的 本體內(nèi)，并且該微型慣性測量單元20的數(shù)量也可為多個(gè)，可分別安裝在葉片的不同位置上 如葉片的尖部、