CN118327904A - 风力涡轮构件在偏航期间的保护 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于在风力涡轮(10)的偏航期间保护风力涡轮(10)的一个或多个构件的方法(100，200)。本公开进一步涉及风力涡轮(10)。用于在风力涡轮(10)的偏航期间保护风力涡轮(10)的一个或多个构件的方法(100)包括监测(110)指示使风力涡轮转子(18)相对于盛行风向定位所需的偏航转矩的一个或多个参数，检测(120)指示偏航转矩的参数中一个或多个达到或超过预定阈值，以及响应于检测，减少(130)风力涡轮转子(18)中的负载不平衡。

Description

风力涡轮构件在偏航期间的保护

技术领域

本公开涉及用于在风力涡轮的偏航期间保护一个或多个风力涡轮构件的方法。本公开进一步涉及风力涡轮。

背景技术

现代风力涡轮通常用于将电供应到电网中。该类型的风力涡轮大体上包括塔架和布置在塔架上的转子。典型地包括毂和多个叶片的转子设定成在风对叶片的影响下旋转。所述旋转生成转矩，该转矩通常通过转子轴直接地(“直接驱动”或“无齿轮”)或通过使用变速箱来传送至发电机。以该方式，发电机产生可供应至电网的电。

风力涡轮毂可以可旋转地联接于机舱的前部。风力涡轮毂可连接于转子轴，并且转子轴接着可使用布置在机舱内侧的框架中的一个或多个转子轴轴承来可旋转地安装在机舱中。机舱是布置在风力涡轮塔架的顶部上的壳体，其可容纳并且保护变速箱(如果存在)和发电机(如果未放置在机舱外侧)，以及(取决于风力涡轮)另外的构件，诸如，功率变换器和辅助系统。

风力涡轮经常包括偏航系统，用于在操作期间将风力涡轮的转子沿盛行风向定向。当中断操作时，风力涡轮转子可远离盛行风向旋转。通常，当转子与风向对准时，偏航系统借助于制动器(例如，液压制动卡钳和/或偏航马达的电制动器)保持位置。这些制动器可由风力涡轮控制系统致动和停用。

在操作期间，风向可改变。当风力涡轮转子相对于风向未对准时，偏航系统使机舱围绕塔架的纵向轴线旋转以达到与风对准。可基于例如安装在机舱上的风向标来做出机舱和转子不再与盛行风向对准的确定。然而，基于测量负载和/或振荡的其它方法也是已知的。一般而言，如果盛行风向偏离转子和机舱定向超过预定阈值(例如，5°、7°、或10°或更多)达至少预定时间段，则可致动偏航系统。预定时间段可为1分钟、5分钟、10分钟或更长。可例如确定几秒到分钟的平均值(例如，3秒、10秒、1分钟或5分钟的平均值)，以计算盛行风速的方向。

偏航系统经常借助于偏航驱动器执行机舱的该旋转，该偏航驱动器包括多个马达，例如电动或液压马达，其带有合适的变速箱，用于驱动与附接于机舱或风力涡轮塔架的环形齿轮或齿圈啮合的齿轮(小齿轮)。因此，机舱可围绕塔架的纵向轴线沿风向或不在风向上旋转。风力涡轮塔架与机舱之间的可旋转连接件称为偏航轴承。偏航轴承可为滚子类型或滑动类型。

在偏航期间，风力涡轮构件中的一个或多个可处于增加的损坏或失效的风险下。例如，如果风向突然改变和/或如果风速太高或发生阵风，则一个或多个风力涡轮构件(诸如，风力涡轮叶片)可最终破裂并且因此需要更换。在偏航期间的消极条件期间，桨距驱动系统、偏航系统和机舱框架可特别地受到应力。在一些情况下，偏航期间的消极条件(诸如例如，上文提到的风向的突然改变)甚至可妨碍转子与风向的对准。

偏航可在本文中视为用于使可旋转地安装在塔架上的风力涡轮的部分相对于盛行风向定向的操纵。典型地，在操作期间，使风力涡轮的部分相对于盛行风向定向或定位意味着将风力涡轮转子的旋转轴线与盛行风向基本上对准。可在本文中忽视风力涡轮的旋转轴线的任何可能的竖直倾斜。能够相对于塔架旋转的风力涡轮的部分大体上包括风力涡轮转子，并且可包括机舱。

发明内容

在本公开的方面中，提供一种用于在风力涡轮的偏航期间保护风力涡轮的一个或多个构件的方法。方法包括监测指示使风力涡轮转子相对于盛行风向定位所需的偏航转矩的一个或多个参数，以及检测指示偏航转矩的参数中的一个或多个达到或超过预定阈值，以及响应于检测，减少风力涡轮转子中的负载不平衡。

根据该方面，例如当风力涡轮偏航时，可监测提供关于偏航转矩的直接或间接信息的一个或多个参数。当一个或多个参数达到或超过某一阈值时，减少风力涡轮转子中的负载不平衡。

因此，在当认为风力涡轮的风险太高时触发保护动作时，可减小在风力涡轮处于偏航程序时一个或多个风力涡轮构件的损坏、破裂或失效的风险。在一个或多个风力涡轮构件的完整性可由于在产生损坏之前减小关于风力涡轮的应力而被保持时，还可提高成功完成偏航操作的概率。另外，可延长一个或多个风力涡轮构件的使用寿命。

遍及本公开，预定阈值可理解为指示偏航转矩的对应参数的阈值，该阈值提前设定(例如，在风力涡轮第一次开始操作之前，并且在任何情况下，在执行偏航程序之前)。在未达到或超过预定阈值时，例如，在指示偏航转矩的参数的测量或计算值低于阈值时，风力涡轮可继续以正常或标准参数设置操作。达到或超过预定阈值(例如，当指示偏航转矩的参数的测量或计算值达到或超过阈值时)，触发保护动作(即，减少风力涡轮转子中的负载不平衡)。

在本公开的又一个方面中，提供一种风力涡轮。风力涡轮包括塔架、可旋转地安装在塔架的顶部上的机舱以及包括多个风力涡轮叶片的风力涡轮转子。风力涡轮还包括偏航系统，并且风力涡轮构造成执行根据本文中描述的实例中的任何的方法。例如，风力涡轮构造成使机舱相对于塔架旋转，以使风力涡轮转子的旋转轴线与盛行风向基本上对准，并且在使机舱旋转时，监测指示使风力涡轮转子的旋转轴线与盛行风向基本上对准所需的偏航转矩的一个或多个参数。风力涡轮进一步构造成检测指示偏航转矩的参数中的一个或多个达到或超过预定阈值，并且响应于检测，减少风力涡轮转子中的负载不平衡。

在本公开的再一个方面中，提供一种用于操作风力涡轮的方法。方法包括在风力涡轮偏航时，监测一个或多个偏航驱动器。方法进一步包括检测偏航驱动器中的一个或多个达到预定负载极限。方法进一步包括减少偏航驱动器中的一个或多个上的负载。

技术方案1.一种用于在风力涡轮的偏航期间保护所述风力涡轮的一个或多个构件的方法，所述方法包括：

监测指示使风力涡轮转子相对于盛行风向定位所需的偏航转矩的一个或多个参数；

检测指示所述偏航转矩的所述参数中的一个或多个达到或超过预定阈值；以及

响应于所述检测，减少所述风力涡轮转子中的负载不平衡。

技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其中，监测指示偏航转矩的所述参数包括监测一个或多个偏航驱动器。

技术方案3.根据技术方案2所述的方法，其中，监测一个或多个偏航驱动器包括监测一个或多个偏航马达。

技术方案4.根据技术方案3所述的方法，其中，监测一个或多个偏航马达包括监测所述偏航马达中的一个或多个的转矩。

技术方案5.根据前述技术方案中任一项所述的方法，其中，监测指示偏航转矩的所述参数包括监测一个或多个桨距驱动系统。

技术方案6.根据技术方案5所述的方法，其中，监测一个或多个桨距驱动系统包括监测一个或多个桨距驱动马达。

技术方案7.根据技术方案6所述的方法，其中，监测一个或多个桨距驱动马达包括监测所述桨距驱动马达中的一个或多个的电流。

技术方案8.根据前述技术方案中任一项所述的方法，其中，监测指示偏航转矩的所述参数包括监测所述风力涡轮的主轴中的偏航转矩。

技术方案9.根据前述技术方案中任一项所述的方法，其中，减少所述风力涡轮转子中的负载不平衡包括减少所述风力涡轮的功率输出。

技术方案10.根据技术方案9所述的方法，其中，减少功率输出包括使一个或多个风力涡轮叶片变桨。

技术方案11.根据技术方案9或技术方案10所述的方法，其中，所述功率输出保持在功率阈值以下直到偏航结束。

技术方案12.根据技术方案9至技术方案11中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括在所述偏航结束之后增加功率输出。

技术方案13.根据前述技术方案中任一项所述的方法，其中，减少所述风力涡轮转子中的负载不平衡包括减少所述风力涡轮转子上的推力。

技术方案14.根据前述技术方案中任一项所述的方法，其中，监测指示偏航转矩的所述参数包括在所述偏航之前监测。

技术方案15.一种风力涡轮，其包括塔架、可旋转地安装在所述塔架的顶部上的机舱、包括多个风力涡轮叶片的风力涡轮转子和偏航系统，所述风力涡轮构造成：

使所述机舱相对于所述塔架旋转，以使所述风力涡轮转子的旋转轴线与盛行风向基本上对准；

在使所述机舱旋转时，监测指示使所述风力涡轮转子的所述旋转轴线与所述盛行风向基本上对准所需的偏航转矩的一个或多个参数；

检测指示偏航转矩的所述参数中的一个或多个达到或超过预定阈值；以及

如果指示偏航转矩的所述参数中的一个或多个达到或超过所述预定阈值，则减少所述风力涡轮转子中的负载不平衡。

附图说明

图1示出风力涡轮的一个实例的透视图；

图2示出图1的风力涡轮的机舱的一个实例的简化内部视图；

图3示意性地示出风力涡轮的俯视图；

图4显示用于在风力涡轮的偏航期间保护风力涡轮的一个或多个构件的方法的流程图；以及

图5显示用于操作风力涡轮的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参照实施例，其一个或多个实例在附图中示出。每个实例仅经由阐释，而不作为限制来提供。事实上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本公开中做出各种改型和变型。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，意图是本公开覆盖如归入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。

图1是风力涡轮10的实例的透视图。在实例中，风力涡轮10为横轴式风力涡轮。备选地，风力涡轮10可为竖轴式风力涡轮。在实例中，风力涡轮10包括从地面12上的支承系统14延伸的塔架15、安装在塔架15上的机舱16，以及联接于机舱16的转子18。转子18包括可旋转毂20，以及联接于毂20且从毂20向外延伸的至少一个转子叶片22。在实例中，转子18具有三个转子叶片22。在备选实施例中，转子18包括多于或少于三个转子叶片22。塔架15可由管状钢制作以在支承系统14与机舱16之间限定腔(图1中未显示)。在备选实施例中，塔架15是具有任何合适高度的任何合适类型的塔架。根据备选方案，塔架可为包括由混凝土制成的部分和管状钢部分的混合塔架。而且，塔架可为部分或完全的格构式塔架。

转子叶片22围绕毂20间隔，以便于使转子18旋转，以使得动能能够从风转换成可用的机械能，并且随后转换成电能。转子叶片22通过在多个负载传递区域26处将叶根区域24联接于毂20而匹配于毂20。负载传递区域26可具有毂负载传递区域和叶片负载传递区域(两者未在图1中示出)。对转子叶片22引起的负载经由负载传递区域26传递至毂20。

在实例中，转子叶片22可具有范围从约15米(m)至约90m或更大的长度。转子叶片22可具有使得风力涡轮10能够如本文中描述地起作用的任何合适的长度。例如，叶片长度的非限制性实例包括20m或更小、37m、48.7m、50.2m、52.2m或大于91m的长度。在风从风向28撞击转子叶片22时，转子1 8围绕转子轴线30旋转。在转子叶片22旋转并且经受离心力时，转子叶片22也经受各种力和力矩。就此而言，转子叶片22可从中性位置或非偏转位置偏转和/或旋转至偏转位置。

此外，转子叶片22的桨距角(即，确定转子叶片22相对于风向的定向的角度)可由桨距系统32改变，以通过调整至少一个转子叶片22关于风矢量的角位置来控制负载和由风力涡轮10输出的功率。示出转子叶片22的桨距轴线34。在风力涡轮10的操作期间，桨距系统32可特别地改变转子叶片22的桨距角，使得转子叶片(的部分)的迎角减小，这便于减小转速和/或便于转子18的失速。

在实例中，每个转子叶片22的叶片桨距由风力涡轮控制器36或由桨距控制系统80单独地控制。备选地，用于所有转子叶片22的叶片桨距可由所述控制系统同时地控制。

此外，在实例中，在风向28改变时，机舱16可围绕偏航轴线38旋转以使转子叶片22相对于风向28定位。

在实例中，风力涡轮控制器36示为定心在机舱1 6内，然而，风力涡轮控制器36可为遍及风力涡轮10的分布式系统，在支承系统14上，在风场内，并且/或者在远程控制中心处。风力涡轮控制器36可包括配置成执行本文中描述的方法和/或步骤中的一些的处理器40。此外，本文中描述的其它构件中的许多包括处理器。

如本文中使用的，用语“处理器”不限于本领域中称为计算机的集成电路，而是广泛地指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路，并且这些用语在本文中可互换地使用。应当理解，处理器和/或控制系统还可包括存储器、输入通道和/或输出通道。

控制系统36还可包括存储器，例如，一个或多个存储装置。存储器可包括(多个)存储器元件，其包括但不限于，计算机可读介质(例如，随机存储存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪速存储器)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其它合适的存储器元件。此类(多个)存储器装置可大体上配置成存储合适的计算机可读指令，当由(多个)处理器40实施时，该合适的计算机可读指令将控制器36配置成执行本文中公开的各个步骤或触发本文中公开的各个步骤的执行。存储器还可配置成存储例如来自测量和/或计算的数据。

图2是风力涡轮10的部分的放大截面视图。在实例中，风力涡轮10包括机舱16和可旋转地联接于机舱16的转子18。更具体地，转子1 8的毂20由主轴44、变速箱46、高速轴48和联接件50可旋转地联接于定位在机舱16内的电力发电机42。在实例中，主轴44至少部分地与机舱16的纵向轴线(未示出)同轴设置。主轴44的旋转驱动变速箱46，变速箱46随后通过将转子18和主轴44的相对慢的旋转移动转换成高速轴48的相对快的旋转移动来驱动高速轴48。后者借助于联接件50连接于发电机42用于生成电能。此外，变压器90和/或合适的电子器件、开关和/或逆变器可布置在机舱16中，以便将由发电机42生成的具有400V至1000V之间的电压的电能转化成具有中压(例如，10千伏-35千伏)的电能。所述电能经由功率线缆从机舱1 6传导到塔架15中。

变速箱46、发电机42和变压器90可由机舱16的主支承结构框架支承，该主支承结构框架可选地实施为主框架52。变速箱46可包括变速箱壳体，其由一个或多个转矩臂103连接于主框架52。在实例中，机舱16还包括主前支承轴承60和主后支承轴承62。此外，发电机42可由分离支承器件54安装于主框架52，特别地以便防止发电机42的振动引入到主框架52中并且由此引起噪声发射源。

可选地，主框架52构造成承载由转子18和机舱16的构件的重量以及由风和旋转负载引起的全部负载，并且还将这些负载引入到风力涡轮10的塔架15中。转子轴44、发电机42、变速箱46、高速轴48、联接件50和任何相关联的紧固、支承和/或装固装置(包括但不限于支承件52以及前支承轴承60和后支承轴承62)有时称为传动系64。

在一些实例中，风力涡轮可为没有变速箱46的直接驱动式风力涡轮。在直接驱动式风力涡轮中，发电机42以与转子18相同的转速操作。因此，它们大体上具有比在具有变速箱46的风力涡轮中使用的发电机大得多的直径，用于提供与具有变速箱的风力涡轮相似的量的功率。

机舱16还可包括偏航系统，其包括偏航轴承(在图2中不可见)，该偏航轴承具有构造成相对于彼此旋转的两个轴承构件。塔架15联接于轴承构件中的一个，并且机舱16的台板或支承框架52联接于另一个轴承构件。

偏航系统可包括环形齿轮31和偏航驱动机构56，偏航驱动机构56可用于使机舱16旋转，并且由此还使转子18围绕偏航轴线38旋转，以控制转子叶片22相对于风向28的视角。

偏航驱动机构56可包括多个偏航驱动器35，其具有马达33、变速箱37和小齿轮39，小齿轮39用于与环形齿轮31啮合，用于使轴承构件中的一个相对于另一个旋转。环形齿轮31可包括与小齿轮39的齿接合的多个齿。在图2的实例中，偏航驱动器35和环形齿轮31放置在塔架的外径之外。环形齿轮的齿向外定向，但是在其它实例中，环形齿轮和偏航驱动器可布置在塔的内侧。

在一些实例中，偏航驱动器中的一个可为“主驱动器”，而其它驱动器可为遵循主驱动器的指令或修改它们的操作以适应主驱动器的“从驱动器”。

涡轮控制器36可通信地耦合于风力涡轮10的偏航驱动机构56，用于控制和/或改变机舱16关于风向28的偏航方向。在风向28改变时，风力涡轮控制器36可配置成控制机舱16围绕偏航轴线38的偏航角，以使转子叶片22和因此转子18相对于风向28定位，由此控制作用在风力涡轮10上的负载。例如，涡轮控制器36可配置成经由偏航控制器或直接传动机构来将控制信号或命令传送至风力涡轮10的偏航驱动机构56，使得机舱16可经由偏航轴承围绕偏航轴线1 8旋转。

为了使机舱16相对于风向28适当地定位，机舱16还可包括至少一个气象测量系统，其可包括风向标和风速计。气象测量系统58可向风力涡轮控制器36提供信息，该信息可包括风向28和/或风速。

在实例中，桨距系统32至少部分地布置为毂20中的桨距组件66。桨距组件66包括一个或多个桨距驱动系统68和至少一个传感器70。每个桨距驱动系统68联接于相应的转子叶片22(在图1中示出)，用于沿桨距轴线34调节转子叶片22的桨距角。在图2中示出三个桨距驱动系统68中的仅一个。

在实例中，桨距组件66包括至少一个桨距轴承72，其联接于毂20和相应的转子叶片22(在图1中示出)，用于使相应的转子叶片22围绕桨距轴线34旋转。桨距驱动系统68包括桨距驱动马达74、桨距驱动变速箱76和桨距驱动小齿轮78。桨距驱动马达74联接于桨距驱动变速箱76，使得桨距驱动马达74向桨距驱动变速箱76施加机械力。桨距驱动变速箱76联接于桨距驱动小齿轮78，使得桨距驱动小齿轮78由桨距驱动变速箱76旋转。桨距轴承72联接于桨距驱动小齿轮78，使得桨距驱动小齿轮78的旋转引起桨距轴承72的旋转。

桨距驱动系统68联接于风力涡轮控制器36，用于在接收到来自风力涡轮控制器36的一个或多个信号时，调整转子叶片22的桨距角。在实例中，桨距驱动马达74是使得桨距组件66能够如本文中描述地起作用的、由电功率和/或液压系统驱动的任何合适的马达。备选地，桨距组件66可包括任何合适的结构、构造、布置和/或构件，诸如但不限于液压缸、弹簧和/或伺服机构。在某些实施例中，桨距驱动马达74由从毂20的转动惯量和/或向风力涡轮10的构件供应能量的储存能量源(未示出)提取的能量驱动。

桨距组件66还可包括一个或多个桨距控制系统80，用于在特定优先情形的情况下和/或在转子18超速期间，根据来自风力涡轮控制器36的控制信号控制桨距驱动系统68。在实例中，桨距组件66包括至少一个桨距控制系统80，其通信地耦合于相应桨距驱动系统68，用于独立于风力涡轮控制器36控制桨距驱动系统68。在实例中，桨距控制系统80联接于桨距驱动系统68和传感器70。在风力涡轮10的正常操作期间，风力涡轮控制器36可控制桨距驱动系统68以调整转子叶片22的桨距角。

根据实施例，例如包括电池和电容器的功率发电机84布置在毂20处或毂内，并且联接于传感器70、桨距控制系统80和桨距驱动系统68以向这些构件提供功率源。在实例中，功率发电机84在风力涡轮10的操作期间向桨距组件66提供持续的功率源。在备选实施例中，功率发电机84仅在风力涡轮10的电功率损失事件期间向桨距组件66提供功率。电功率损失事件可包括电网损失或下降、风力涡轮10的电气系统的故障和/或风力涡轮控制器36的失效。在电功率损失事件期间，功率发电机84操作以向桨距组件66提供电功率，使得桨距组件66可在电功率损失事件期间操作。

在实例中，桨距驱动系统68、传感器70、桨距控制系统80、线缆和功率发电机84均定位在由毂20的内表面88限定的腔86中。在备选实施例中，所述构件相对于毂20的外表面定位，并且可直接地或间接地联接于外表面。

图3示意性地表示风力涡轮10的俯视图。具体地，示出机舱16、主轴44、转子平面17和桨毂盖41。风力涡轮可为陆上风力涡轮以及海上风力涡轮。虚曲线示意性地表示当叶片在图3的平面中时由风力涡轮转子18的风力涡轮叶片22经历的负载分布。

在该说明性实例中，风来自图的右上侧，如由箭头28指示的。虚曲线示出由转子18经历的负载在该实例中不是平衡的：当叶片22横穿图的平面至主轴44左侧时(见曲线43)，相比于当其横穿图的平面至主轴44的右侧时(见曲线47)，叶片大体上经历较高的负载。在风力涡轮转子1 8与风向28不对准时，风不同地作用在转子1 8的两侧上，引起负载不平衡。

图3还示出可能的偏航方向45。例如，如果风来自图的右上侧，则在操作期间，风力涡轮10将尝试沿示出的方向45旋转，用于将桨毂盖41(以及因此转子毂的旋转轴线)与风向对准。在其它实例中，例如，如果风来自图的左上侧，则风力涡轮可沿相反方向旋转。

只要机舱16锁定就位，即，偏航制动器致动成将机舱保持在其定向上，则图3中示意性地示出的负载不平衡将大体上不成问题。当释放制动器时，偏航驱动器上的负载可增加。偏航引起围绕垂直于图3的平面的轴线的偏航转矩。在风力涡轮转子18不与风向28对准时，风可影响施加在转子18上的力，并且因此影响能够将机舱定向在期望方向上所需的偏航转矩。

在风力涡轮10的偏航操纵期间风向的突然改变，以及因此由风力涡轮转子1 8经历的负载分布的突然改变可引起一个或多个风力涡轮构件(例如，一个或多个风力涡轮叶片22)可被损坏或可甚至破裂。在一些实例中，以下中的一个或多个可特别地处于被损坏的增加风险：一个或多个桨距驱动系统68、偏航系统(特别是偏航驱动器)和机舱框架52。

在本公开中，指示偏航转矩的一个或多个参数用作风力涡轮在偏航时经受的负载水平的指标。这些参数中的一个或多个的较高值可指示风力涡轮经历高加载和应力水平，而较低值可指示风力涡轮经历较小负载和应力。

在本公开的方面中，提供用于在风力涡轮的偏航期间保护风力涡轮的一个或多个构件的方法100。在图4的流程图中示意性地示出方法100。方法包括在框110处监测指示偏航转矩的一个或多个参数。偏航转矩可视为使风力涡轮转子相对于盛行风向定向所需的转矩。偏航转矩可在偏航程序期间随着尤其风向和风速的变化而变化。

方法进一步包括在框120处检测指示偏航转矩的参数中的一个或多个达到或超过预定阈值。方法进一步包括在框130处并且响应于检测，减少风力涡轮转子1 8中的负载不平衡。

根据该方面，例如在风力涡轮偏航时，监测给出偏航转矩的指示的一个或多个参数。当达到或超过用于这些参数中的一个或多个的预定阈值时，减少转子负载不平衡。此类负载不平衡减少可有助于降低在偏航期间损坏一个或多个风力涡轮构件的风险，且便于成功的偏航程序。该方法可为成本有效的并且容易实施。

在一些实例中，监测可以以合适的预定时间间隔(例如每几秒或每几分钟，例如每3秒、5秒、10秒、30秒或每分钟或更长)执行。

可在一个或多个风力涡轮构件中监测指示偏航转矩的一个或多个参数。在一些实例中，可测量或计算偏航转矩。在这些或其它实例中，可测量或计算其它参数。

达到或超过对应的预定阈值可包括达到或超过阈值多于一次，例如，达到其或超过其多于一次，或者在某个最小时间段期间达到其或超过其。在一些实例中，达到或超过阈值可包括监测的参数的一组值的平均值在某个时间段期间达到或超过阈值。

在一些实例中，监测指示偏航转矩的一个或多个参数可包括监测一个或多个偏航驱动器35，可选地一个或多个偏航马达33。在偏航驱动器35直接参与使机舱偏航时，监测它们可以以简单方式提供关于由偏航引起的应力的相关且准确的信息。此外，由于已经存在合适的传感器(如电压/电流传感器和合适的编码器)，故可相对容易地监测偏航马达33。

在这些实例中的一些中，可监测一个或多个偏航马达33的转矩。例如，可监测风力涡轮的多个偏航马达或所有偏航马达33的转矩。在风力涡轮转子18与盛行风向28对准时，制动卡钳和偏航马达的制动器两者大体上用于保持此类对准。然而，在卡钳被释放之后，偏航马达必须提供使机舱旋转所需的转矩，并且同时耐受之前示出的负载不平衡。因此，偏航马达33可经受相对高的负载。在一些情况下，偏航马达33可在偏航操纵期间经过操作阈值。偏航驱动器可配置成在一方向上提供一定的偏航速度(例如，每分钟许多度)。在试图提供例如沿顺时针方向的此类偏航速度时，风力涡轮上的负载可实际上沿逆时针方向推动或强迫风力涡轮。这可对偏航驱动器或马达施加过大的应力，并且可能引起偏航驱动器本身以及风力涡轮的其它构件中的问题。例如，桨距系统可被消极地影响，并且桨距驱动系统68可被损坏。

还可发生的是，偏航马达33不能够耐受它们在偏航期间经受的负载，例如，力。因此，偏航马达中的一个或多个可以可能地失效和破裂。在一些情况下，偏航马达可不能够引起围绕偏航轴线38的足够旋转力。这还可潜在地引起其它风力涡轮构件中的问题。例如，由风施加在未对准的风力涡轮转子18的风力涡轮叶片22上的力可与由桨距系统施加的力相反。变桨可变得更加困难，并且桨距马达可经受较高负载。

因此，监测一个或多个偏航驱动器35(例如，一个或多个偏航马达33，例如，偏航马达中的一个或多个的转矩)可为检查偏航系统是否能够耐受偏航期间的负载和应力并且提供足够的驱动力的有效方式。在这些实例中的一些中，预定阈值可为对应偏航马达的标称转矩的80％或更多，例如90％或更多。如果偏航马达具有某一标称(即，最大)转矩值，则当达到或超过此类值的80％时触发转子负载不平衡的减少可有助于在产生损坏之前减少偏航马达的应力。因此，偏航马达以及可能的其它构件(诸如，桨距系统)的使用寿命可与让偏航马达过度受损相比延长。

在该实例和其它实例中，监测转矩可包括例如利用一个或多个转矩传感器来测量转矩。转矩传感器可使用应变计技术来测量转矩。在一些实例中，还可计算转矩值。在一些实例中，偏航马达的功率输出和偏航马达的旋转速度可用于计算偏航马达的转矩。在其它实例中，偏航马达的转矩可从(多个)马达电流导出。一般而言，可使用任何合适的测量或计算转矩(和大体上遍及本公开提到的量值)的方式。可选地，指示偏航负载的参数可被直接测量和/或计算或者以其它方式从测量导出。

可在一个或多个偏航驱动器35中执行一个或多个附加或备选测量。例如，可附加地或备选地测量偏航马达33中的一个或多个的电流和一个或多个偏航驱动器35的轴的弯曲和/或扭转中的一个或多个。电流表可例如用于测量电流水平。

作为监测一个或多个偏航驱动器35的备选方案或除监测一个或多个偏航驱动器35之外，可监测一个或多个桨距驱动系统68。例如，监测指示偏航转矩的参数可包括监测一个或多个桨距驱动马达74，例如，一个或多个桨距驱动马达74(例如，所有桨距马达)的电流。在风向28影响风力涡轮转子18经受的力，并且因此还影响偏航转矩时，监测桨距系统还可为收集与偏航转矩有关的信息的有效且容易的方式。在风力涡轮操作时(例如，在监测桨距系统32用于保持或改变至合适的桨距角时)，经常可监测桨距马达的电流。因此，使用桨距驱动马达74的电流来获得关于偏航转矩的信息可为容易、简单的，并且可不要求对一个或多个风力涡轮构件的物理改变。

相同或类似的优点可适用于风力涡轮经常跟踪的其它参数。例如，如果经常在风力涡轮操作期间监测偏航马达33的转矩，则使用该参数来获得关于偏航转矩的信息可为容易且方便的。在实例中，不需要附加的传感器或测量系统来实施本文中公开的方法中的任何。

在一些实例中，每个风力涡轮叶片22可独立于风力涡轮10的其它叶片22变桨。风可不同地影响每个风力涡轮叶片22，并且因此，可取决于监测每个桨距驱动系统68的结果来不同地控制每个叶片22。如果特定桨距驱动系统68的监测指示特定叶片22经受比其它叶片高的负载，则该叶片可与其它叶片不同地变桨，例如，更大地变桨。

一个或多个附加或备选测量可在一个或多个桨距驱动系统68中执行。例如，可附加地或备选地测量桨距驱动马达74中的一个或多个的转矩和一个或多个桨距驱动系统68的轴的弯曲和/或扭转中的一个或多个。

如上文阐释的，除监测指示偏航转矩的一个或多个参数之外或作为监测指示偏航转矩的一个或多个参数的备选方案，监测指示偏航转矩的一个或多个参数可包括监测例如风力涡轮10的主轴44中的偏航转矩。因此，监测主轴44的变形可给出关于偏航转矩的信息。一个或多个接近传感器，例如，多个感应传感器可布置在主轴44上用于监测其变形。

一般而言，一个或多个合适的轴传感器51可用于监测主轴44的变形。轴传感器51可例如包括一个或多个转矩传感器(例如，应变计或压力传感器)、光学传感器、加速度计、磁传感器和/或微惯性测量单元(MIMU)。轴传感器51可附加地或备选地配置成监测主轴44的旋转速度。

仍然在以上实例或其它实例中，监测指示偏航转矩的参数可包括监测由来风施加在风力涡轮转子18上的力。在这些实例中的一些中，一个或多个合适的传感器可布置在一个或多个风力涡轮叶片22上，用于测量或允许计算此类力。可使用先前提到的轴传感器中的一个或多个。在传感器将布置在风力涡轮叶片上时，它们可称为风力涡轮叶片传感器而不是轴传感器。

在一些实例中，风力涡轮转子18中的负载不平衡可通过减少风力涡轮10的功率输出来减少。减少功率输出可降低施加在转子18上的力，以及因此偏航转矩。在一些实例中，减少功率可包括使叶片22中的一个或多个(例如，所有叶片)(并且例如，沿顺桨位置的方向(没有实际到达此类顺桨位置)，即，远离风)变桨。使一个或多个风力涡轮叶片22变桨可为减少转子18的功率输出和负载不平衡的简单、快速且可靠的方式。

而且，在桨距驱动系统68可为如果风向突然改变则可在偏航期间具有高损坏风险的风力涡轮构件时，变桨可对于减小桨距驱动系统68和可能的叶片22(其可在过大的应力下破裂)的损坏风险而言为特别有用的。

在一些实例中，功率输出可保持低于功率阈值直到偏航结束。以该方式，可充分地减少功率，用于在其中损坏风险增加的整个时间段期间最小化损坏风险。与在引起风险峰值的事件(例如，风向突然改变或风吹得特别强)结束之后立即移除功率阈值相比，可实现较安全的偏航。

无论是否将功率输出保持在功率阈值以下直至偏航结束，功率输出可减少20％或更多，具体地30％或更多，以及更具体地40％或更多。该功率减少是相对于在检测到指示偏航转矩的参数达到或超过预定阈值之前的功率输出。例如，如果风力涡轮10生成X兆瓦，则功率可减少X兆瓦的35％。将功率输出减少30％与50％之间，以及更具体地30％与40％之间可在充分降低损坏风险而不过度减少功率输出之间提供合适的平衡。

在其它实例中，风力涡轮的功率输出可以以其它合适的方式减少。例如，风力涡轮转子18的旋转速度可附加地或备选地减小。在实例中，风力涡轮的功率输出可减少，同时保持风力涡轮转子的旋转速度基本上恒定。

一般而言，施加于风力涡轮发电机42的转矩和/或风力涡轮叶片22的桨距角可控制成降低风力涡轮10的功率输出。在一些实例中，发电机转矩可调整成减小风力涡轮转子18的旋转速度和功率输出。备选地或除此之外，风力涡轮叶片22可远离风变桨，即，它们变桨以便降低它们的迎角。在这些实例中的一些中，风力涡轮转子18的旋转速度也可减小。在其它实例中，例如通过减小施加于风力涡轮发电机42的转矩，风力涡轮转子18的旋转速度可基本上保持在先前水平(在开始减少功率输出之前)处。一个或多个发电机传感器53可配置成监测发电机42的旋转速度和施加于发电机的转矩中的至少一个。

方法可进一步包括在偏航结束之后(例如，紧接在偏航结束之后)增加功率输出。即，可恢复标准操作。因此，在偏航期间的高风险峰值结束之后，可实现根据盛行风况的最大功率产生。可获得最大化功率产生与最小化风险之间的良好平衡。

在一些实例中，减少风力涡轮转子中的负载不平衡可包括减小推力。例如，风力涡轮叶片22可远离风变桨，并且/或者施加于发电机42的转矩可降低。以该方式，功率输出可减少，并且负载不平衡也可减少。在一些实例中，推力极限可减小。

在这些或其它实例中，监测指示偏航转矩的一个或多个参数可包括监测推力，并且检测指示偏航转矩的参数中的一个或多个达到或超过预定阈值可包括检测推力达到或超过推力极限。推力极限可根据本领域中已知的技术来限定。在一些实例中，一个或多个轴传感器51可用于测量推力，或测量用于计算推力的参数。

在一些实例中，监测指示偏航转矩的参数可包括在偏航之前监测。在风力涡轮10的偏航之前监测可有助于已经在偏航开始之前识别指示在随后偏航期间增加的风险的某些条件或模式。因此，甚至在开始使风力涡轮偏航之前，可认识到风力涡轮的潜在风险，并且因此，可尽早采取适当的措施。监测可包括之前已经提到的实例中的一个或多个，例如，监测一个或多个偏航驱动器和/或监测一个或多个桨距驱动系统(例如，电流、转矩、设定点或其它)。监测可进一步包括监测与风相关的一个或多个参数，例如，风向、湍流、风转向和/或风速。

在一些实例中，检测指示偏航转矩的参数达到或超过预定阈值发生在偏航之前。检测的参数中的一个或多个可为估计的参数。在本文中，估计的参数，例如，估计的所需偏航转矩可理解为在机器学习算法的帮助下基于数据历史计算的参数。利用合适的机器学习算法，监测的参数可用于估计随后的偏航是否可对风力涡轮造成增加的风险。可分析来自风力涡轮的过去数据和/或来自例如同一风力涡轮园区的其它风力涡轮的过去数据。以该方式，风力涡轮的过大风险可基于由机器学习算法识别的某些条件或模式来检测。在一些实例中，代替超过阈值的一个或多个特定参数，多个参数的组合可基于在机器学习过程之后限定的算法而被认识到。

在这些实例中的一些中，可估计使风力涡轮转子18相对于盛行风向定位所需的偏航转矩。例如，给定由风力涡轮经历的负载和风况，估计的所需偏航转矩可指示随后偏航的风险。例如，如果同一风力涡轮或另一风力涡轮先前处于(例如，经历的负载和/或风况的)相同或相似的情形，并且随后偏航失效或成问题，则机器学习算法可识别这一切，并且预计到可能的问题，可在风力涡轮偏航之前采取动作。这也可适用于任何合适的估计参数。

根据本公开的另一方面，提供风力涡轮10，其包括塔架1 5、可旋转地安装在塔架15的顶部上的机舱16、包括多个风力涡轮叶片22的风力涡轮转子18以及偏航系统。风力涡轮构造成执行如遍及本公开描述的方法100和200(见下面的方法200)。

例如，风力涡轮10构造成使机舱相对于塔架旋转，以使转子的旋转轴线与盛行风向基本上对准，以在使机舱旋转时监测指示偏航转矩的一个或多个参数，检测指示偏航转矩的参数中的一个或多个达到或超过预定阈值，并且响应于检测，减少风力涡轮转子18中的负载不平衡。

根据本公开的另一方面，提供用于在偏航期间操作风力涡轮的方法200。方法200在图5的流程图中示意性地示出。方法包括在框210处在风力涡轮10偏航时监测一个或多个偏航驱动器35。方法进一步包括在框220处检测偏航驱动器35中的一个或多个达到预定负载极限。方法进一步包括在框230处减少偏航驱动器中的一个或多个上的负载。

监测一个或多个偏航驱动器35可包括监测一个或多个偏航马达33。在其它实例中，可监测偏航驱动器的其它元件、其它件。

监测一个或多个偏航马达33(例如，所有偏航马达33)可包括监测一个或多个偏航马达33的转矩。在其它实例中，可附加地或备选地监测一个或多个偏航马达的其它量值。此类量值可例如为偏航马达中的(多个)电流。

减少一个或多个偏航驱动器上的负载可包括减少风力涡轮10的功率输出。在一些实例中，一个或多个风力涡轮叶片22可朝向顺桨位置(略微)变桨(而不实际到达顺桨位置)。在其它实例中，减少负载的其它方式和/或减少风力涡轮的功率输出的其它方式可为可能的。

风力涡轮的功率输出可保持减少，例如低于功率阈值，直到偏航结束。一旦偏航结束，风力涡轮的功率输出可增加。

方法200的细节和阐释可与方法100组合并且应用于方法100，并且反之亦然。

该书面的描述使用实例以公开教导(包括优选实施例)，并且还使本领域技术人员能够实践教导(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。可授予专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果此类其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则此类其它实例意图在权利要求的范围内。来自描述的各种实施例的方面以及各个此类方面的其它已知等同物可由本领域技术人员混合和相配，以构成根据本申请的原理的附加实施例和技术。如果与附图有关的附图标记放在权利要求的括号中，则它们仅用于试图增加权利要求的可理解性，并且不应解释为限制权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种用于在风力涡轮(10)的偏航期间保护所述风力涡轮(10)的一个或多个构件的方法(100)，所述方法包括：

监测(110)指示使风力涡轮转子相对于盛行风向定位所需的偏航转矩的一个或多个参数；

检测(120)指示所述偏航转矩的所述参数中的一个或多个达到或超过预定阈值；以及

响应于所述检测，减少(130)所述风力涡轮转子(18)中的负载不平衡。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，监测(110)指示偏航转矩的所述参数包括监测一个或多个偏航驱动器(35)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，监测一个或多个偏航驱动器(35)包括监测一个或多个偏航马达(33)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，监测一个或多个偏航马达(33)包括监测所述偏航马达(33)中的一个或多个的转矩。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，监测(110)指示偏航转矩的所述参数包括监测一个或多个桨距驱动系统(68)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，监测一个或多个桨距驱动系统(68)包括监测一个或多个桨距驱动马达(74)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，监测一个或多个桨距驱动马达(74)包括监测所述桨距驱动马达(74)中的一个或多个的电流。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，监测(110)指示偏航转矩的所述参数包括监测所述风力涡轮(10)的主轴(44)中的偏航转矩。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，减少(130)所述风力涡轮转子(18)中的负载不平衡包括减少所述风力涡轮(10)的功率输出。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，减少功率输出包括使一个或多个风力涡轮叶片(22)变桨。