風力渦輪機及評估其上葉片健康狀態的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及風力渦輪機，尤其涉及一種評估其上葉片健康狀態的方法。
【背景技術】
[0002] 風能作為一種清潔能源廣泛應用于發電領域。風力渦輪機（WindTurbine)常用 于將風能轉換為電能。然而，風力渦輪機通常在偏遠地區、嚴峻的環境下運行，尤其受到冰 凍、沙塵、大風環境影響，風力渦輪機易發生故障如葉片裂紋、葉片卡滯、葉片勞損、葉片覆 冰、過載等故障。因此，為延長風力渦輪機的運行壽命，需對風力渦輪機進行定期檢修維護 以防止潛在故障的發生。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 時監測風力渦輪機的葉片參數信號并評估風力渦輪機工作于故障狀態的概率以減少不必 要的定期維護可提高可靠性并降低維護成本。
[0003] 為評估風力渦輪機的故障狀態，通常需要在風力渦輪機運轉過程中實時監控多 種參數，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)、葉片轉速（bladerotatingspeed)、 偏航（yaw)、轉子速度（rotorspeed)、結構振動（structuralvibration)等，然后對這些參 數進行分析以評估故障的發生。然而，由于風力渦輪機的各個部分需要同時安裝不同類型 的傳感器，有時某一位置還需要同時安裝兩種或兩種以上類型的傳感器，會造成參數監控 復雜、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以評估風力渦輪機工 作于故障狀態的概率成為亟待解決的關鍵技術問題。
[0004] 所以，需要提供一種改進的風力渦輪機來解決上述技術問題。

【發明內容】

[0005] 現在歸納本發明的一個或多個方面以便于本發明的基本理解，其中該歸納并不是 本發明的擴展性縱覽，且并非旨在標識本發明的某些要素，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更詳細的描述之前用簡化形式呈現本發明的一些概念。
[0006] 本發明的一個方面在于提供一種風力渦輪機，包括：
[0007] 微型慣性測量單元，安裝于每個葉片上，用于感應對應安裝位置處的多個檢測參 數信號；及
[0008] 監控系統，用于監控該多個葉片的運行狀態，該監控系統包括：
[0009] 信號處理單元，用于基于該微型慣性測量單元得到的多個檢測參數信號計算得到 處理參數信號；
[0010] 信號分析單元，用于對每個分析參數信號進行分析以得到故障估計信號，其中，該 分析參數信號選自該多個檢測參數信號和該處理參數信號，每個故障估計信號用于估計對 應的葉片是否工作于故障狀態；及
[0011] 故障評估單元，用于基于該多個故障估計信號評估對應葉片是否發生故障或發生 故障的概率。
[0012] 本發明的再一方面在于提供一種評估風力渦輪機葉片健康狀態的方法。該方法包 括：
[0013] 通過安裝于每個葉片上的微型慣性測量單元來感應對應安裝位置處的多個檢測 參數信號；
[0014] 基于該多個檢測參數信號計算得到處理參數信號；
[0015] 對每個分析參數信號進行分析以得到故障估計信號，其中，該分析參數信號選自 該多個檢測參數信號和該處理參數信號，每個故障估計信號用于估計對應的葉片是否工作 于故障狀態；及
[0016] 基于該多個故障估計信號評估對應葉片是否發生故障或發生故障的概率。
[0017] 相較于現有技術，本發明采用微型慣性測量單元為監控系統提供檢測參數信號， 微型慣性測量單元可同時檢測多種參數信號并通過計算得到多種處理參數信號，因此，通 過安裝較少數目的微型慣性測量單元可節約成本并降低參數信號檢測的復雜度。該檢測參 數信號和該處理參數信號均可用作分析參數信號，每個分析參數信號經過分析可得到故障 估計信號以用于評估對應的葉片是否發生故障或工作于故障狀態的概率。本發明采用的監 控系統結構簡單，且對多個分析參數信號進行故障分析可提高故障狀態評估的準確性。
【附圖說明】
[0018] 通過結合附圖對于本發明的實施方式進行描述，可以更好地理解本發明，在附圖 中：
[0019] 圖1為本發明風力渦輪機的一個實施方式示意圖；
[0020] 圖2為如圖1所示風力渦輪機上的一個葉片的示意圖；
[0021] 圖3為本發明風力渦輪機葉片故障監控系統的一個實施方式示意框圖；
[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所示的信號分析單元的一個實施方式示意圖；
[0024] 圖6為對如圖2所示葉片實時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個葉片分別對應的實時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個葉片分別對應的處理得到的葉尖偏移的統計特性曲線；
[0027] 圖9為本發明風力渦輪機葉片故障監控系統的另一個實施方式示意框圖；以及
[0028] 圖10為本發明風力渦輪機葉片健康狀態評估方法的一個實施方式的流程圖。
【具體實施方式】
[0029] 以下將描述本發明的【具體實施方式】，需要指出的是，在這些實施方式的具體描述 過程中，為了進行簡明扼要的描述，本說明書不可能對實際的實施方式的所有特征均作詳 盡的描述。應當可以理解的是，在任意一種實施方式的實際實施過程中，正如在任意一個工 程項目或者設計項目的過程中，為了實現開發者的具體目標，為了滿足系統相關的或者商 業相關的限制，常常會做出各種各樣的具體決策，而這也會從一種實施方式到另一種實施 方式之間發生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發過程中所作出的努力可能是復雜 并且冗長的，然而對于與本發明公開的內容相關的本領域的普通技術人員而言，在本公開 揭露的技術內容的基礎上進行的一些設計，制造或者生產等變更只是常規的技術手段，不 應當理解為本公開的內容不充分。
[0030] 除非另作定義，權利要求書和說明書中使用的技術術語或者科學術語應當為本發 明所屬技術領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發明專利申請說明書以及權 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、數量或者重要性，而 只是用來區分不同的組成部分。"一個"或者"一"等類似詞語并不表示數量限制，而是表示 存在至少一個。"包括"或者"包含"等類似的詞語意指出現在"包括"或者"包含"前面的 元件或者物件涵蓋出現在"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，為本發明風力渦輪機10的一種實施方式示意圖。更具體地，該風力渦 輪機10為水平軸風力渦輪機。該風力渦輪機10包括一個塔架12及一個轉子14。該轉子 14包括若干葉片例如如圖1所示的三個葉片141、142、143。該三個葉片141、142、143安裝 在一個輪轂144上。工作時，該三個葉片141、142、143在風能的推力下旋轉，然后產生傳動 扭矩以轉動與該轉子14連接的主軸(未示出），進而驅動發電機(未示出)進行旋轉發電。該 主軸和發電機等元件安裝在一個機艙16內，該機艙16被旋轉的安裝在該塔架12上，該塔 架12與該機艙16之間具有一個偏航系統，可實時調節該機艙16的方向，以便使葉片141、 142U43實時地處于最佳的風向位置以獲得最大的轉動扭矩。圖1僅是舉例給出了風力渦 輪機10的主要組成部分，在其他實施方式中，該風力渦輪機10也可為其他類型的風力渦輪 機如垂直軸風力渦輪機。
[0032] 請參照圖2,為該風力渦輪機10上的一個葉片142的示意圖，其他葉片141、143也 具有相似的結構，此處僅以一個為例進行說明。在圖2的實施方式中，該葉片142的外表面 上安裝有一個微型慣性測量單兀（MicroInertialMeasurementUnit，MIMU)20,在其他實 施方式中，該微型慣性測量單元20也可安裝在該葉片142的內表面或者嵌入在葉片142的 本體內，并且該微型慣性測量單元20的數量也可為多個，可分別安裝在葉片的不同位置上 如葉片的尖部、