本發(fā)明涉及一種用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的偏轉(zhuǎn)的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

在風(fēng)力渦輪機(jī)的操作期間，相當(dāng)大的力作用在風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片上，使葉片彎曲和偏轉(zhuǎn)。這種偏轉(zhuǎn)可能是如此的極端，以致風(fēng)力渦輪機(jī)葉片尖部撞擊風(fēng)力渦輪機(jī)的塔架，從而導(dǎo)致對(duì)葉片的損壞或者甚至風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的完全失效。

為了降低塔架撞擊的風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)力渦輪機(jī)制造商已經(jīng)在風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)造中采用了不同的技術(shù)。在一些情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)使用具有從風(fēng)力渦輪機(jī)塔架伸出離開的尖部末端的預(yù)彎曲葉片，從而增加尖部到塔架的間隙。附加地或替代地，風(fēng)力渦輪機(jī)制造商將風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)為具有增加的傾斜角和/或距風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的塔架的距離。這種解決方案在成本和結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)方面存在額外的復(fù)雜性。

另一個(gè)選擇是精確地監(jiān)測風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的尖部末端的定位，并相應(yīng)地控制風(fēng)力渦輪機(jī)。例如，如果檢測到葉片的尖部定位朝向塔架被偏轉(zhuǎn)到存在塔架撞擊的危險(xiǎn)的程度，則可以控制風(fēng)力渦輪機(jī)以使風(fēng)力渦輪機(jī)葉片俯仰（pitch），以移動(dòng)葉片的尖部末端遠(yuǎn)離塔架。在極端情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)可以完全停止以防止塔架撞擊。

這種位置監(jiān)測通常使用三角測量（triangulation）或三邊測量（trilateration）系統(tǒng)來執(zhí)行，這可能需要從兩個(gè)到三個(gè)分離的定位監(jiān)測風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的尖部末端，隨后計(jì)算尖部末端定位。在歐洲專利申請(qǐng)公開EP 1706638中描述了這種系統(tǒng)的示例。然而，這種系統(tǒng)的挑戰(zhàn)之一是確保監(jiān)測系統(tǒng)的連續(xù)、可靠和準(zhǔn)確的操作。

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有改進(jìn)的可靠性和準(zhǔn)確性的替代的葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，提供了一種計(jì)算具有葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的葉片偏轉(zhuǎn)輪廓（blade deflection profile）的方法，所述方法包括以下步驟：

提供具有已知模態(tài)輪廓（modal profile）的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片；

測量朝向（toward）風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的根部末端的至少一個(gè)根部定位與朝向風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的尖部末端的至少一個(gè)尖部定位之間的距離；以及

基于所測量的所述根部定位與所述尖部定位之間的距離和所述已知模態(tài)輪廓來計(jì)算葉片偏轉(zhuǎn)輪廓。

通過利用葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)中的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的已知模態(tài)輪廓，可以提高偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。使用葉片上的已知位置之間的單個(gè)距離測量，可以基于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的預(yù)測模態(tài)形狀（mode shape）來計(jì)算精確的葉片偏轉(zhuǎn)輪廓。因此，可以提高偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，因?yàn)槠淇梢詢H使用單個(gè)距離測量來操作。

優(yōu)選地，所述葉片偏轉(zhuǎn)輪廓用作風(fēng)力渦輪機(jī)安全系統(tǒng)的輸入，其中所述葉片偏轉(zhuǎn)輪廓用于計(jì)算所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的偏轉(zhuǎn)是否超過塔架撞擊的安全閾值，和/或計(jì)算風(fēng)渦輪葉片何時(shí)處于超過風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)安全極限的風(fēng)險(xiǎn)。

確定葉片偏轉(zhuǎn)輪廓使得能夠計(jì)算葉片尖部末端的定位。因此，可以估計(jì)葉片尖部是否將被朝向風(fēng)力渦輪機(jī)塔架偏轉(zhuǎn)，并且判斷這樣的偏轉(zhuǎn)是否超過葉片尖部撞擊風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的安全范圍。應(yīng)當(dāng)理解，該方法還可以包括基于所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的偏轉(zhuǎn)是否超過塔架撞擊的安全閾值的所述計(jì)算生成控制信號(hào)的步驟。這樣的控制信號(hào)可以用作風(fēng)力渦輪機(jī)控制系統(tǒng)的輸入，其可以可操作以基于所述計(jì)算來調(diào)整風(fēng)力渦輪機(jī)性能，例如，以調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的俯仰角從而減小塔架撞擊的風(fēng)險(xiǎn)，或停止渦輪機(jī)運(yùn)行以防止塔架撞擊。

在附加的或替代的方面，由于風(fēng)力渦輪機(jī)通常被設(shè)計(jì)成滿足用于渦輪機(jī)操作的特定的認(rèn)證安全極限，所以重要的是，渦輪機(jī)的運(yùn)行不超過這種安全極限。因此，本發(fā)明的偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)可以被布置為渦輪機(jī)控制器的輸入，以調(diào)節(jié)渦輪機(jī)運(yùn)行，使得不超過這種安全極限。例如，對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)的剛度減小的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)，本發(fā)明的葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)可以布置成確保渦輪機(jī)在渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)負(fù)載極限內(nèi)運(yùn)行。

在另一方面，該方法包括以下步驟：在所述至少一個(gè)根部定位與所述至少一個(gè)尖部定位之間提供無線通信鏈路（link），優(yōu)選地是無線射頻（radio）通信鏈路。

雖然可以采用使用光學(xué)成像鏈路的系統(tǒng)，例如激光監(jiān)測系統(tǒng)，但優(yōu)選地使用射頻通信鏈路來執(zhí)行距離測量，例如使用飛行時(shí)間（time-of-flight）信號(hào)計(jì)算來確定距離測量。優(yōu)選地，使用允許低功率、高準(zhǔn)確性測量的超寬帶（UWB）射頻系統(tǒng)來執(zhí)行無線射頻通信鏈路。

優(yōu)選地，該方法包括提供第一根部定位和第二根部定位和/或第一尖部定位和第二尖部定位的步驟，其中計(jì)算葉片偏轉(zhuǎn)輪廓的所述步驟基于在具有最佳信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)質(zhì)量和/或（RF）視線（line-of-sight）的特定根部定位與尖部定位組合之間測量的距離。

在葉片旋轉(zhuǎn)期間，葉片可能在不同方向上彎曲，導(dǎo)致根部末端和尖部末端之間的無線通信鏈路的中斷或破壞。通過提供多個(gè)可能的通信鏈路，因此可以在具有最佳信號(hào)質(zhì)量和/或信號(hào)強(qiáng)度的根部定位與尖部定位之間執(zhí)行距離測量，這可以導(dǎo)致更精確的距離測量。

在另一方面，該方法包括校準(zhǔn)葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的步驟，其中所述校準(zhǔn)包括在所述第一根部定位和第二根部定位與所述至少一個(gè)尖部定位之間執(zhí)行三角測量或三邊測量操作。

由于操作漂移（operational drift），在操作期間能夠重新校準(zhǔn)葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)可能是有用的。這種重新校準(zhǔn)可以通過使用多個(gè)定位元件的相對(duì)高準(zhǔn)確性的三角測量或三邊測量來執(zhí)行。根部定位可以被布置為向系統(tǒng)提供相對(duì)于葉片彎曲的一定程度的冗余。例如，第一根部定位可以朝向風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣布置，而第二根部定位可以朝向風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的后緣布置。

在優(yōu)選的方面，該方法包括提供至少第一尖部定位和第二尖部定位，其中第一尖部定位被布置成靠近風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的尖部末端，并且第二尖部定位被定位在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的第二模態(tài)形狀的節(jié)點(diǎn)處。

優(yōu)選地，該方法包括以下步驟：

測量從所述至少一個(gè)根部定位到所述第一尖部定位的第一距離；

測量從所述至少一個(gè)根部定位到所述第二尖部定位的第二距離；以及

基于所述第一距離和所述第二距離以及所述已知模態(tài)輪廓來計(jì)算葉片偏轉(zhuǎn)輪廓。

將第二尖部定位的位置設(shè)在葉片的第二模態(tài)形狀的節(jié)點(diǎn)處允許葉片的第一模態(tài)和第二模態(tài)彼此解耦。因?yàn)榭梢詫⒌诙B(tài)形狀的效果與第一模態(tài)形狀隔離，因此可以提高葉片偏轉(zhuǎn)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

優(yōu)選地，該方法包括以下步驟：

測量風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的兩個(gè)已知定位之間的距離；

基于所述測量的距離計(jì)算葉片模態(tài)幅值（mode amplitude）；以及

使用所述計(jì)算的葉片模態(tài)幅值確定所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的被激勵(lì)后的葉片模態(tài)形狀。

被激勵(lì)后的葉片模態(tài)形狀可以用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的當(dāng)前形狀，并且優(yōu)選地可以用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的尖部末端的定位。

在一個(gè)方面，計(jì)算葉片模態(tài)幅值的所述步驟在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片在風(fēng)力渦輪機(jī)上運(yùn)行時(shí)連續(xù)地執(zhí)行。還將理解的是，該計(jì)算可以間隔地和/或在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片處于沿著葉片的旋轉(zhuǎn)路徑的特定位置處時(shí)執(zhí)行，例如，在葉片經(jīng)過風(fēng)力渦輪機(jī)塔架之前執(zhí)行。

優(yōu)選地，所述方法包括以下步驟：計(jì)算當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片被偏轉(zhuǎn)或激勵(lì)時(shí)所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的已知尖部定位的位置，其中所述方法包括以下步驟：

限定朝向所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的根部末端的根部定位；

限定朝向所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的尖部末端的尖部定位；以及

限定所述根部定位與所述尖部定位之間的中間定位，其中所述中間定位的位置設(shè)在如下的點(diǎn)處，其中，在葉片的激勵(lì)期間，所述尖部定位基本上沿著大約以所述中間定位為中心的假想圓移動(dòng)，

其中所述根部定位與所述中間定位之間的距離（根部-中間距離）是已知的，并且其中所述中間定位與所述尖部定位之間的距離（中間-尖部距離）是已知的，所述方法還包括以下步驟：

測量在所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的激勵(lì)期間所述根部定位與所述尖部定位之間的距離；以及

使用已知的根部-中間距離、已知的中間-尖部距離和測量的根部-尖部距離，基于三邊測量計(jì)算來計(jì)算在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的激勵(lì)期間所述尖部定位的位置。

應(yīng)當(dāng)理解，中間定位可以選擇為是在激勵(lì)期間尖部定位圍繞其移動(dòng)的假想圓的中心點(diǎn)的接近處。因此，中間-尖部距離被設(shè)定成近似為這種假想圓的半徑。通過計(jì)算葉片激勵(lì)或偏轉(zhuǎn)期間尖部定位的位置，可以計(jì)算或推算葉片尖部位置。

還將理解，可以針對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的兩個(gè)已知定位之間的所測量的距離的至少一些值預(yù)先計(jì)算葉片模態(tài)幅值、被激勵(lì)后的葉片模態(tài)形狀和/或葉片尖部定位，其中這些預(yù)先計(jì)算值可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備中并且在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的運(yùn)行期間可訪問，例如存儲(chǔ)在合適的查詢表中。

通過對(duì)至少一些測量的距離預(yù)先計(jì)算模態(tài)幅值、模態(tài)形狀和/或尖部定位，可以增加該方法的處理速度，導(dǎo)致系統(tǒng)的更大的響應(yīng)性。

還提供了一種控制風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，其中基于所述計(jì)算的葉片偏轉(zhuǎn)輪廓和/或基于由葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)生成的控制信號(hào)來控制風(fēng)力渦輪機(jī)。

風(fēng)力渦輪機(jī)的控制可以包括葉片俯仰角、渦輪機(jī)偏航角、發(fā)電機(jī)額定值的調(diào)節(jié)。在一個(gè)方面，可以控制渦輪機(jī)以執(zhí)行風(fēng)力渦輪機(jī)的緊急停機(jī)。

還提供了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，其布置成執(zhí)行以上所述的任何方面。

還提供了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

至少一個(gè)尖部元件，其待被布置在朝向風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的尖部末端的定位處；

至少一個(gè)根部元件，其待被布置在朝向風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的根部末端的定位處；

距離測量系統(tǒng)，其布置成測量所述至少一個(gè)尖部元件與所述至少一個(gè)根部元件之間的距離；以及

控制器，其布置成接收風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的模態(tài)輪廓，所述控制器可操作以基于所測量的所述根部定位與所述尖部定位之間的距離和所述模態(tài)輪廓來計(jì)算葉片偏轉(zhuǎn)輪廓。

還提供了一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片控制器，其可操作以基于計(jì)算出的葉片偏轉(zhuǎn)輪廓和/或由葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)生成的控制信號(hào)來控制風(fēng)力渦輪機(jī)的操作。

還提供了一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括至少一個(gè)具有如上所述的葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)和/或如上所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片控制器的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖僅通過示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中：

圖1示出了一種風(fēng)力渦輪機(jī)；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意圖；

圖3示出了圖2的葉片的翼型輪廓的示意圖；

圖4示出了從上方和從側(cè)面觀察的圖2的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的用于確定葉片偏轉(zhuǎn)的方法的過程圖；

圖6示出了基于測量的距離和葉片模態(tài)輪廓計(jì)算葉片偏轉(zhuǎn)的方法；以及

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示例性葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的框圖。

應(yīng)當(dāng)理解，在附圖中，本發(fā)明的不同實(shí)施方式共同的元件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)所謂的“丹麥概念”的常規(guī)的現(xiàn)代迎風(fēng)式風(fēng)力渦輪機(jī)2，其具有塔架4、機(jī)身6和具有大致水平的轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括轂部8和從轂部8徑向延伸的三個(gè)葉片10，每個(gè)葉片10具有最靠近轂部的葉片根部16和最遠(yuǎn)離轂部8的葉片尖部14。轉(zhuǎn)子具有用R表示的半徑。

圖2示出了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的示意圖。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10具有傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的形狀，并且包括：最靠近轂部的根部區(qū)域30；最遠(yuǎn)離轂部的型面或翼面區(qū)域34；以及位于根部區(qū)域30與翼面區(qū)域34之間的過渡區(qū)域32。葉片10包括前緣18和后緣20，當(dāng)葉片安裝在轂部上時(shí)，前緣18面向葉片10的旋轉(zhuǎn)方向，并且后緣20面向前緣18的相反方向。

翼面區(qū)域34（也稱為型面區(qū)域）具有關(guān)于產(chǎn)生升力方面的理想或近乎理想的葉片形狀，而根部區(qū)域30由于結(jié)構(gòu)方面的考慮則具有大致圓形或橢圓形橫截面，其例如使得能夠?qū)⑷~片10更容易且安全地安裝至轂部。根部區(qū)域30的直徑（或弦）一般是沿著整個(gè)根部區(qū)域30恒定的。過渡區(qū)域32具有從根部區(qū)域30的圓形或橢圓形形狀40向翼面區(qū)域34的翼面輪廓50逐漸變化的過渡輪廓42。過渡區(qū)域32的弦長一般隨著距轂部的距離r增加而大致線性地增加。

翼面區(qū)域34具有翼面輪廓50，翼面輪廓50具有在葉片10的前緣18與后緣20之間延伸的弦。弦的寬度隨著距轂部的距離r增加而減小。

應(yīng)當(dāng)注意，葉片的不同區(qū)段的弦通常不位于共同的平面內(nèi)，因?yàn)槿~片可能扭轉(zhuǎn)和/或彎曲（即，預(yù)彎），從而提供具有相應(yīng)地扭轉(zhuǎn)和/或彎曲的線路的弦平面，這最常見的是為了補(bǔ)償葉片的局部速度取決于距轂部的半徑的情況。

圖3示出了通過各種參數(shù)描繪的風(fēng)力渦輪機(jī)的典型葉片的翼面輪廓50的示意圖，這些參數(shù)一般用來限定翼面的幾何形狀。翼面輪廓50具有壓力側(cè)52和吸力側(cè)54，壓力側(cè)52和吸力側(cè)54在使用期間（即在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間）通常分別面向迎風(fēng)（或逆風(fēng)）側(cè)和背風(fēng)（或順風(fēng)）側(cè)。翼面輪廓50具有弦60，弦60具有在葉片的前緣56與后緣58之間延伸的弦長c。翼面輪廓50具有厚度t，厚度t限定為壓力側(cè)52與吸力側(cè)54之間的距離。翼面的厚度t沿著弦60變化。從對(duì)稱式輪廓的偏離由拱形線62表示，拱形線62是穿過翼面輪廓50的中位線。該中位線能夠通過繪制從前緣56到后緣58的內(nèi)接圓而得到。該中位線遵循這些內(nèi)接圓的中心，并且從弦60的偏離或距離稱為拱高f。也可以通過使用稱為上拱高（或吸力側(cè)拱高）和下拱高（或壓力側(cè)拱高）的參數(shù)來限定不對(duì)稱性，其中上拱高和下拱高分別限定為從弦60到吸力側(cè)54和到壓力側(cè)52的距離。

翼面輪廓通常通過下列參數(shù)來表征：弦長c、最大拱高f、最大拱高f的位置d_f、最大翼面厚度t（其為沿著中位拱形線62的內(nèi)接圓的最大直徑）、最大厚度t的位置d_t、以及鼻部半徑（未示出）。這些參數(shù)一般限定為與弦長c之比。因此，局部相對(duì)葉片厚度t/c給定為局部最大厚度t與局部弦長c之比。另外，最大壓力側(cè)拱高的位置d_p可以用作設(shè)計(jì)參數(shù)，當(dāng)然最大吸力側(cè)拱高的位置也可以用作設(shè)計(jì)參數(shù)。

圖4示出了葉片的一些其他幾何參數(shù)。葉片具有總?cè)~片長度L。如圖2所示，根部末端位于位置r = 0處，并且尖部末端位于r = L處。葉片的肩部40位于位置r = L_w處并且具有肩寬W，其中肩寬W等于肩部40處的弦長。根部的直徑限定為D。另外，葉片設(shè)置有預(yù)彎曲，預(yù)彎曲限定為Δy，其對(duì)應(yīng)于從葉片的俯仰軸線22的平面外偏轉(zhuǎn)。

風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10通常包括由纖維加強(qiáng)的聚合物制成的殼體，并且一般制造為沿著結(jié)合線28膠合在一起的壓力側(cè)或逆風(fēng)殼體部件24和吸力側(cè)或順風(fēng)殼體部件26，其中結(jié)合線28沿著葉片10的后緣20和前緣18延伸。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常由纖維加強(qiáng)塑料材料例如玻璃纖維和/或碳纖維制成，這些材料布置在模具中并且用樹脂固化以形成實(shí)心結(jié)構(gòu)。當(dāng)代的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常能夠超過30或40米長，具有數(shù)米長的葉片根部直徑。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常為了相對(duì)較長的壽命并且為了承受顯著的結(jié)構(gòu)載荷和動(dòng)態(tài)載荷而設(shè)計(jì)。

在國際專利申請(qǐng)公開WO14027032（其內(nèi)容通過引用并入本文）中，描述了一種葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，其中朝向風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的根部設(shè)置了至少一個(gè)無線通信設(shè)備，用于與朝向葉片尖部定位的至少一個(gè)無線通信設(shè)備進(jìn)行通信。這些無線通信設(shè)備優(yōu)選地形成超寬帶（UWB）通信網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)選地，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法使用這樣的配置來實(shí)現(xiàn)，但將理解的是，本發(fā)明可以等同地使用其他類型的葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測配置來實(shí)現(xiàn)，例如基于激光的距離測量、單獨(dú)的離散位置定位器設(shè)備等。

參照?qǐng)D5，示出了根據(jù)本發(fā)明的用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的偏轉(zhuǎn)的方法。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10和/或風(fēng)力渦輪機(jī)2可以設(shè)置有可操作以確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的偏轉(zhuǎn)的合適的控制器（未示出）。這樣的控制器可以被提供作為一般風(fēng)力渦輪機(jī)控制器的一部分，或者可以被提供作為獨(dú)立的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的一部分，該數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)可以被布置成向風(fēng)力渦輪機(jī)控制器提供輸入信號(hào)。

作為本發(fā)明的一部分，提供了這樣的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10，其中葉片的葉片模態(tài)輪廓是已知的，見步驟100。模態(tài)輪廓的知識(shí)可以在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片運(yùn)送至風(fēng)力渦輪機(jī)以及隨后安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)上之前，根據(jù)在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的初始設(shè)計(jì)過程期間提供的信息和/或根據(jù)在初始測試階段（例如，在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的動(dòng)態(tài)測試期間）執(zhí)行的測量得到。模態(tài)輪廓可以包括一系列規(guī)則，這些規(guī)則確定對(duì)于一系列的激勵(lì)等級(jí)的葉片形狀和/或在偏轉(zhuǎn)期間可能出現(xiàn)的一系列葉片形狀。模態(tài)形狀可以是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的長度的函數(shù)。

具有風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的模態(tài)特性的知識(shí)使得能夠在風(fēng)力渦輪機(jī)的操作期間精確地繪制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片形狀的輪廓。因此，當(dāng)與現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相比較時(shí)，這種葉片特性的先驗(yàn)知識(shí)使得能夠基于減少數(shù)量的傳感器輸入來為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片計(jì)算偏轉(zhuǎn)輪廓。

一旦提供了具有已知模態(tài)輪廓的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10，就在步驟102中限定葉片10的根部末端16和尖部末端14處的一組定位。這些定位被確定為葉片10上的點(diǎn)，這些點(diǎn)能夠用于提供關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的當(dāng)前葉片模態(tài)形狀的信息。這些定位沿著風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的長度以設(shè)定距離布置，使得這兩個(gè)定位之間的距離的任何變化都是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的偏轉(zhuǎn)的結(jié)果。

優(yōu)選地，根部末端定位布置在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10上的預(yù)期不受葉片偏轉(zhuǎn)影響的點(diǎn)處，而尖部末端定位布置在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的預(yù)期發(fā)生最大葉片偏轉(zhuǎn)的點(diǎn)處??。優(yōu)選地，尖部末端定位的位置設(shè)成緊鄰葉片10的尖部末端14或在葉片10的尖部末端14處，而根部末端定位的位置設(shè)成緊鄰葉片10的根部末端16或在葉片10的根部末端16處。在替代實(shí)施方式中，根部末端定位的位置可以設(shè)在風(fēng)力渦輪機(jī)2的轉(zhuǎn)子轂部8上，鄰近風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的根部末端16并且布置成與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10共同旋轉(zhuǎn)。

在風(fēng)力渦輪機(jī)操作期間，該方法包括監(jiān)測預(yù)定根部定位和尖部定位之間的距離的步驟，即步驟104。優(yōu)選地，該監(jiān)測包括使用無線射頻通信鏈路測量距離，但是將理解，可以使用監(jiān)測這些定位之間的距離的其他方法，例如基于光或激光的距離監(jiān)測系統(tǒng)?？商娲?，可以監(jiān)測根部定位和尖部定位的位置，例如，使用GPS定位器或其他類似的位置監(jiān)測設(shè)備，并且基于位置的變化確定這些定位之間的距離。進(jìn)一步可替代地，可以在根部定位與尖部定位之間建立通信鏈路，其中通信鏈路的特性（諸如無線通信鏈路的信號(hào)相位和/或信號(hào)強(qiáng)度）的變化可以用作根部定位和尖部定位移動(dòng)得更靠近在一起或者彼此遠(yuǎn)離的指示。

利用建立的預(yù)定根部定位與尖部定位之間的距離，可以計(jì)算風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的偏轉(zhuǎn)，見步驟106。

隨著葉片10上的兩個(gè)已知點(diǎn)之間的距離被確定，測量的距離可以與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的已知模態(tài)輪廓結(jié)合使用，以確定尖部末端定位的位置，并且進(jìn)一步確定被偏轉(zhuǎn)后的葉片形狀。

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，由于根部末端定位在葉片偏轉(zhuǎn)期間基本上不會(huì)移動(dòng)，所以根部末端定位可以被視為固定點(diǎn)，一系列的已知葉片模態(tài)形狀可以與其相比較，以查看哪個(gè)葉片模態(tài)形狀滿足固定的根部末端定位與被偏轉(zhuǎn)后的尖部末端定位之間的測量距離。一旦確定了滿足測量的距離的葉片模態(tài)形狀，則可以計(jì)算葉片的偏轉(zhuǎn)。

參照?qǐng)D6，示出了基于根部定位與尖部定位之間的距離計(jì)算偏轉(zhuǎn)的方法的一個(gè)方面。在圖6的方法中，使用簡單的三角測量或三邊測量計(jì)算發(fā)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。

根部末端定位限定在70處，其可以包括設(shè)置在支撐件或支架上的測量或通信設(shè)備，并且定位成朝向葉片10的根部末端16。尖部末端定位定義在72處，其可以包括與根部末端設(shè)備通過鏈路連接的適當(dāng)?shù)臏y量或通信設(shè)備，尖部末端定位的位置設(shè)成朝向葉片10的尖部末端14。根據(jù)步驟104監(jiān)測根部定位70和尖部定位72之間的距離D1。

中間定位74被限定在所述根部定位70和所述尖部定位72之間。中間定位74的位置設(shè)在如下的點(diǎn)處，其中，在葉片的激勵(lì)期間，尖部定位72基本上沿著大致以中間定位74為中心的假想圓移動(dòng)。中間定位74限定成其中根部定位70與中間定位74之間的距離（根部-中間距離D2）是已知的，并且其中中間定位74與尖部定位72之間的距離（中間-尖部距離D3）是已知的。

在葉片10的激勵(lì)期間，尖部定位72可以定位在一系列可能的激勵(lì)定位中的任何一個(gè)處，在圖6中示出了一些可能的激勵(lì)位置。然而，根部定位70和尖部定位72之間的測量距離D1允許使用已知的根部-中間距離D2、已知的中間-尖部距離D3和測量的根部-尖部距離D1基于三邊測量計(jì)算來計(jì)算尖部定位72的實(shí)際位置。然后，尖部定位72的實(shí)際位置可用于確定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的偏轉(zhuǎn)。

應(yīng)當(dāng)理解，在所監(jiān)測的尖部定位的位置在葉片的尖部末端處的實(shí)施方式中，該定位提供了葉片尖部末端的當(dāng)前被偏轉(zhuǎn)后的位置的指示。

還應(yīng)當(dāng)理解，在被監(jiān)測的尖部定位被定位在葉片的尖部末端區(qū)域中但與實(shí)際尖部末端間隔開的實(shí)施方式中，被監(jiān)測的尖部定位指示風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的已知定位的被偏轉(zhuǎn)后的位置。葉片的被激勵(lì)后的模態(tài)形狀的范圍的知識(shí)使得能夠確定實(shí)際尖部末端的定位，因?yàn)榧獠磕┒丝梢詮谋O(jiān)測的尖部定位的被偏轉(zhuǎn)后的位置推算得到。

在本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)中，可以測量從根部定位到第一定位和第二定位的距離，第一定位和第二定位的位置設(shè)成朝向葉片尖部15。在該實(shí)施方式中，第一尖部定位的位置設(shè)成靠近葉片的實(shí)際尖部末端，而第二尖部末端優(yōu)選地被定位在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的第二模態(tài)形狀的節(jié)點(diǎn)處。通過測量到第二模態(tài)的節(jié)點(diǎn)的距離，可以使第一葉片模態(tài)和第二葉片模態(tài)彼此解耦。因此，第二模態(tài)形狀的效果可以與第一模態(tài)形狀隔離，使得可以提高葉片偏轉(zhuǎn)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

在步驟106中計(jì)算出的葉片偏轉(zhuǎn)輪廓可以用作本發(fā)明的方法的輸出。在本發(fā)明的另一方面，在步驟106中計(jì)算出的葉片偏轉(zhuǎn)輪廓被用作步驟108的輸入，在步驟108中可以基于葉片偏轉(zhuǎn)輪廓來調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)的控制和操作。

在優(yōu)選的方面，葉片偏轉(zhuǎn)輪廓可以用于確定來自被偏轉(zhuǎn)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的塔架撞擊的可能性。在塔架撞擊很可能的情況下，或者在塔架撞擊的可能性超過特定安全性范圍閾值的情況下，可以調(diào)整渦輪機(jī)操作，例如，通過使風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10俯仰以使得葉片尖部14從塔架4移離和/或通過執(zhí)行渦輪機(jī)的制動(dòng)來進(jìn)行。

在本發(fā)明的改進(jìn)形式中，可以針對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的兩個(gè)已知定位之間的測量距離的至少一些值預(yù)先計(jì)算諸如葉片模態(tài)幅值、被激勵(lì)后的葉片模態(tài)形狀和/或葉片尖部定位之類的信息。預(yù)先計(jì)算的值可以存儲(chǔ)在合適的存儲(chǔ)設(shè)備中，例如計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)（如查詢表）中，該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是合適的控制器的一部分或與其通信地鏈路連接。然后，可以在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的操作期間訪問數(shù)據(jù)。通過對(duì)至少一些測量的距離預(yù)先計(jì)算模態(tài)幅值、模態(tài)形狀和/或尖部定位，可以增加該方法的處理速度，導(dǎo)致系統(tǒng)的更大的響應(yīng)性。

在本發(fā)明的另一方面中，葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)可以布置成通過重新計(jì)算根部定位和尖部定位之間的距離來重新校準(zhǔn)偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)。 這樣的重新校準(zhǔn)可以通過使用具有用于距離和/或位置的計(jì)算的適當(dāng)設(shè)備（例如無線通信設(shè)備）的多個(gè)根部定位和/或尖部定位來執(zhí)行。可以使用處在不同定位處的設(shè)備之間的合適的三角測量或三邊測量計(jì)算來建立這些定位之間的距離的重新校準(zhǔn)。在本發(fā)明的另一方面，當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片布置在最小偏轉(zhuǎn)變化的位置時(shí)（例如當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片被布置成處于指向渦輪機(jī)的地平面的大致豎直方位），可以執(zhí)行這樣的校準(zhǔn)。

圖7示出了用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片（例如圖1的葉片14）的示例性葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)60。葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)60包括布置在朝向風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的尖部末端的定位處的至少一個(gè)尖部元件61以及布置在朝向風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的根部末端的定位處的至少一個(gè)根部元件62。葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)60包括距離測量系統(tǒng)63，距離測量系統(tǒng)63布置成測量所述至少一個(gè)尖部元件與所述至少一個(gè)根部元件之間的距離。因此，根據(jù)一些方面，距離測量系統(tǒng)63包括被配置以測量所述至少一個(gè)尖部元件與所述至少一個(gè)根部元件之間的距離的測量模塊63a。葉片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)60包括布置成接收風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的模態(tài)輪廓的控制器64。根據(jù)一些方面，控制器64包括構(gòu)造成接收風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的模態(tài)輪廓的接收器模塊64a。控制器64可操作以基于所測量的所述根部定位與所述尖部定位之間的距離和所述模態(tài)輪廓來計(jì)算葉片偏轉(zhuǎn)輪廓。因此，根據(jù)一些方面，控制器64包括計(jì)算器模塊64b，計(jì)算器模塊64b被配置以基于所測量的所述根部定位與所述尖部定位之間的距離和所述模態(tài)輪廓來計(jì)算葉片偏轉(zhuǎn)輪廓。

基于已知的葉片模態(tài)輪廓的具有這種系統(tǒng)的葉片的使用和用于計(jì)算葉片偏轉(zhuǎn)的方法使得能夠更快、更高效、更精確地計(jì)算葉片偏轉(zhuǎn)，這可以導(dǎo)致對(duì)渦輪機(jī)操作的改進(jìn)的控制。

本發(fā)明不限于此處所描述的實(shí)施方式，并且可以在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行修改或改動(dòng)。