[发明专利]风力涡轮机的状态监测的方法和系统

说明书

技术领域

本说明书所公开的主题大体而言涉及用于风力涡轮机的状态监测的方法和系统，更具体地涉及用于在运行过程中监测风力涡轮机或其部件的行为的方法和系统。

背景技术

至少某些已知的风力涡轮机包括塔架和安装在塔架上的机舱。转子可旋转地安装到机舱，并且经由轴联接到发电机。多个叶片从转子延伸。叶片定向成使得经过叶片的风使转子转动并使轴旋转，从而驱动电动机发电。

风力涡轮机通常额定为运行20年或更长。风力涡轮机经常工作在恶劣环境中，例如在离岸风电场中、具有高温度循环并且在强烈波动的高风速下。这通常产生高载荷，高载荷会分别减少风力涡轮机和它们的组件的使用寿命。例如，布置在机舱内部的齿轮箱(作为风力涡轮机传动系统(drive train)的部件)以及传动系统的轴承由于风速和/风向快速改变引起的重载荷而只具有几年的使用寿命。

此外，风力涡轮机组件的期望使用寿命与在波动的外部状态下的实际使用寿命有偏差，在风力涡轮机和风电场分别的设计过程中通常只近似地知道该波动的外部状态。根据工业标准IEC 61400-1，风力涡轮机被设计和检验为可承受现场的外部状态。但是，这些状态是基于现场的短期测量或者基于气象站附近的长期测量，因此这些状态并不充分可靠。为安全起见，通常以相对短的定期间隔对风力涡轮机分别进行检查和维护。这通常增加风力涡轮机的维护成本和停机时间。此外，可能没有完全使用风力涡轮机组件使用寿命的可能余量。

可以使用基于在风力涡轮机运行期间检测传动系统问题的状态检测系统的变换器(transducer)。但是，这些系统可能非常复杂和/或只可检测传动系统组件运行过程中的损耗或磨损。

鉴于上述情况，期望一种风力涡轮机和检测风力涡轮机的状态的方法，其允许对风力涡轮机和/或风力涡轮机组件的载荷和剩余使用寿命进行灵敏可靠的评估。

发明内容

在一个方面，提供用于监测风力涡轮机的方法。该方法包括：限定风力涡轮机的至少一个子系统，并提供用于至少一个子系统的模拟模型。在风力涡轮机的正常运行期间，至少确定至少一个子系统的至少一个输入参数。使用至少一个输入参数作为模拟模型的输入来模拟至少一个子系统的行为。根据模拟的行为，判定至少一个子系统是否在给定规格(Specification)内运行。

进一步的，模拟所述行为包括确定所述至少一个子系统的期望载荷，并且判定所述至少一个子系统是否在给定规格内运行包括判定所述期望载荷是否超出所述至少一个子系统的设计载荷。

进一步的，所述方法还包括更新所述至少一个子系统的剩余使用寿命。

进一步的，所述模型包括所述至少一个子系统的传递函数，并且模拟所述行为包括使用所述传递函数对所述至少一个输入参数进行映射。

进一步的，确定所述至少一个输入参数包括测量所述风力涡轮机的外部状态。

进一步的，所述至少一个子系统包括有源组件，并且所述风力涡轮机还包括涡轮机控制器，所述涡轮机控制器构造成控制所述有源组件，并且确定所述至少一个输入参数包括通过所述涡轮机控制器来确定所述有源组件的设定点。

进一步的，所述方法还包括测量所述至少一个子系统的实际输出信号，并且模拟所述行为包括确定所述至少一个子系统的期望输出信号，并且判定所述至少一个子系统是否在给定规格内运行包括确定所述实际输出信号和所述期望输出信号之间的差值。

进一步的，所述风力涡轮机还包括涡轮机控制器，所述方法还包括：当所述至少一个子系统被判定为不在所述给定规格内运行时，发送信息、发出告警、改变所述涡轮机控制器的控制参数、和/或安排所述至少一个子系统的维护。

在另一方面，提供用于监测风力涡轮机的方法。该方法包括：限定风力涡轮机的至少一个子系统，并提供用于至少一个子系统的模拟模型。在风力涡轮机的正常运行期间，接收至少一个子系统的输入信号和实际输出信号。使用输入信号作为模拟模型的输入来确定至少一个子系统的期望输出信号。将实际输出信号与期望输出信号进行对比。根据对比，判定第一子系统是否在给定规格内运行。

进一步的，确定所述期望输出信号包括使用第一传递函数将所述输入信号映射到所述期望输出信号。

进一步的，所述方法还包括确定第二传递函数，以使得所述输入信号与所述期望输出信号基本匹配，并且将所述实际输出信号与所述期望输出信号进行对比包括在函数空间中确定所述第一传递函数和所述第二传递函数之间的距离。