專利名稱：用于確定塔的偏轉(zhuǎn)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定尤其是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的塔的偏轉(zhuǎn)的方法和裝置，以及涉及偏轉(zhuǎn)的應(yīng)用，以便在偏轉(zhuǎn)方向上控制塔的載荷。
背景技術(shù)：
對(duì)于具有水平軸和至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)能設(shè)備，通過同步地調(diào)整葉片角來如此調(diào)節(jié)在額定風(fēng)速之上的轉(zhuǎn)速，使得通過改變迎角(Anstellwinkel)以這樣的方式改變氣動(dòng)升力以及從而改變傳動(dòng)力矩，使得設(shè)備在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能夠得以保持。通過轉(zhuǎn)子，設(shè)備遭受推力載荷，所述推力載荷導(dǎo)致塔頭偏轉(zhuǎn)。由于塔在偏轉(zhuǎn)的方向上僅具有小的衰減，如此設(shè)計(jì)設(shè)備轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)使得不激勵(lì)塔頭的振蕩是有利的。US 7，160，083 B2描述一種用于適配轉(zhuǎn)子葉片的位置的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，實(shí)現(xiàn)一種用于確定尤其是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的塔的偏轉(zhuǎn)的改進(jìn)方法和改進(jìn)裝置、關(guān)于偏轉(zhuǎn)的信息的應(yīng)用以及一種計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序?qū)嵤└鶕?jù)本發(fā)明的方法。該任務(wù)通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的用于確定塔的偏轉(zhuǎn)的方法、用于確定塔的偏轉(zhuǎn)的裝置、關(guān)于塔的所確定的偏轉(zhuǎn)的信息的應(yīng)用以及通過計(jì)算機(jī)程序得到解決。有利的擴(kuò)展方案從相應(yīng)的從屬權(quán)利要求和以下描述中得出。本發(fā)明基于以下知識(shí)借助于基于測(cè)量值的關(guān)于塔頭傾斜的信息以及關(guān)于塔的彎曲特性的已知模型，能夠確定塔頭的偏轉(zhuǎn)。根據(jù)一種實(shí)施方式，可以借助于加速度傳感器來測(cè)量塔頭相對(duì)于重力加速度的方向的角偏差。結(jié)合已知的用于塔的振蕩方程，可以由所測(cè)量的角推斷出該偏轉(zhuǎn)。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，可以有利地使用根據(jù)本發(fā)明的方式，以便確定塔頭的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)。關(guān)于偏轉(zhuǎn)的信息可以被用作用于調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、尤其是用于降低動(dòng)態(tài)過載的輸入信號(hào)。在此也可以直接將塔頭偏轉(zhuǎn)包括到該調(diào)節(jié)中。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一種用于確定尤其是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的塔的偏轉(zhuǎn)的方法，所述方法包括如下步驟基于所述塔的彎曲特性的模型以及取決于塔的區(qū)域的真實(shí)傾斜的真實(shí)傾斜值來確定塔的該區(qū)域的偏轉(zhuǎn)。相關(guān)于其來確定偏轉(zhuǎn)的塔的區(qū)域可以是塔的任意部分。例如該區(qū)域可以是塔的自由端部段，并且尤其是塔頭。該偏轉(zhuǎn)可以定義塔的區(qū)域相對(duì)于靜止位置的側(cè)向位移。因而， 偏轉(zhuǎn)的方向可以橫向于靜止時(shí)塔的縱軸。對(duì)于具有垂直取向的縱軸的塔，能夠存在水平偏轉(zhuǎn)?？梢杂稍谄D(zhuǎn)的方向上對(duì)塔產(chǎn)生影響的力引起該偏轉(zhuǎn)。在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，可以通過風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子的推力載荷施加力的至少一個(gè)分量。塔的真實(shí)的傾斜或取向可以關(guān)于鉛垂線方向或者關(guān)于處于靜止的塔的縱軸來定義。當(dāng)塔靜止時(shí)，塔的該區(qū)域典型地沒有偏轉(zhuǎn)。在這種情況下，該區(qū)域的取向可以平行于塔的縱軸走向，并且因此該區(qū)域沒有傾斜。如果塔的該區(qū)域有偏轉(zhuǎn)，則該塔沿著其縱軸有彎曲，該彎曲導(dǎo)致該區(qū)域的傾斜。真實(shí)傾斜值可以基于當(dāng)前的測(cè)量值。真實(shí)傾斜值可以相應(yīng)于該區(qū)域的真實(shí)的傾斜或取向，或者真實(shí)傾斜值可以根據(jù)該區(qū)域的真實(shí)的傾斜或取向來確定。彎曲特性的模型可以基于仿真模型或者計(jì)算模型。該模型可以對(duì)塔的一個(gè)或多個(gè)固有模式建模。因此該模型可以對(duì)塔的至少一個(gè)固有振蕩對(duì)塔的該區(qū)域的影響建模。該模型可以描繪塔的一個(gè)或多個(gè)彎曲線。該模型也可以僅僅對(duì)于塔的該區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的值，所述一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的值通過一個(gè)或多個(gè)彎曲線來確定。例如，該模型可以包括塔的偏轉(zhuǎn)和取向的建模的值。模型的值可以根據(jù)歸一化規(guī)定來歸一化。根據(jù)一種實(shí)施方式，真實(shí)傾斜值可以基于該區(qū)域相對(duì)于鉛垂線方向的可測(cè)量的角偏差。該角偏差可以表征塔在該區(qū)域中的傾斜。該真實(shí)傾斜值可以相應(yīng)于角偏差或者通過角偏差來確定。例如，該真實(shí)傾斜值可以通過相應(yīng)于角偏差的角的正切來定義。該鉛垂線方向可以定義重力加速度的方向。參考鉛垂線方向是有利的，原因在于所述鉛垂線方向在該區(qū)域移動(dòng)時(shí)提供固定的參考方向。例如，在測(cè)定的步驟中，可以基于至少一個(gè)加速度傳感器的信息來測(cè)定真實(shí)傾斜值。所述至少一個(gè)加速度傳感器可以布置在塔的該區(qū)域中。真實(shí)傾斜值可以由所述至少一個(gè)加速度傳感器來測(cè)定和提供。備選地，所述至少一個(gè)加速度傳感器可以在接口處提供一個(gè)或多個(gè)測(cè)量值并且在測(cè)定的步驟中可以從所述一個(gè)或多個(gè)測(cè)量值測(cè)定真實(shí)傾斜值。借助所述至少一個(gè)加速度傳感器，可以確定重力加速度的沿著測(cè)量方向(例如塔的縱向)起作用的分量的變化。從該變化中又可以確定測(cè)量方向關(guān)于鉛垂線方向的變化。從測(cè)量方向的變化中，可以測(cè)定真實(shí)傾斜值?？梢圆捎脕碜詸C(jī)動(dòng)車領(lǐng)域的傳感器作為多軸加速度傳感器并且將其匹配于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備應(yīng)用，使得能夠在這里得到協(xié)同作用。根據(jù)一種實(shí)施方式，該模型可以關(guān)于塔的至少一個(gè)固有振蕩包括塔的該區(qū)域的歸一化的偏轉(zhuǎn)值和歸一化的傾斜值。所述歸一化的值可以事先確定并構(gòu)成用于確定真實(shí)偏轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。該區(qū)域的偏轉(zhuǎn)可以基于塔的至少一個(gè)振蕩方程的解值來確定。該解值可以基于彎曲特性的模型來確定。該至少一個(gè)振蕩方程可以描繪塔的基波、一次諧波和/或其他諧波。 對(duì)于每個(gè)振蕩方程，可以確定解值。例如，該偏轉(zhuǎn)可以從所述一個(gè)或多個(gè)解值中和所述一個(gè)或多個(gè)歸一化的偏轉(zhuǎn)值中確定。在此，可以給振蕩方程中的每一個(gè)分配該模型的歸一化的偏轉(zhuǎn)值以及歸一化的傾斜值。根據(jù)一種實(shí)施方式，該解值可以基于觀測(cè)器系統(tǒng)(BecAachtersystem)來測(cè)定?？梢詷?gòu)造該觀測(cè)器系統(tǒng)，以便利用真實(shí)傾斜值來調(diào)準(zhǔn)塔的該區(qū)域的基于彎曲特性的模型所測(cè)定的建模的傾斜值。該觀測(cè)器系統(tǒng)可以基于觀測(cè)器方程和測(cè)量方程。觀測(cè)器方程可以基于塔的一個(gè)或多個(gè)振蕩方程以及基于包括所述一個(gè)或多個(gè)歸一化的偏轉(zhuǎn)值的方程。如果觀測(cè)器方程基于多個(gè)振蕩方程，則可以借助觀測(cè)器系統(tǒng)來重構(gòu)多個(gè)解值。該測(cè)量方程可以基于包括真實(shí)傾斜值和所述一個(gè)或多個(gè)歸一化的傾斜值的方程。如果真實(shí)傾斜值隨著時(shí)間發(fā)生改變，則可以向觀測(cè)器系統(tǒng)提供連續(xù)更新的真實(shí)傾斜值。作為觀測(cè)器系統(tǒng)，可以實(shí)施已知的方法，例如Luenberg觀測(cè)器或卡爾曼濾波器。根據(jù)一種實(shí)施方式，還可以基于關(guān)于塔的該區(qū)域在偏轉(zhuǎn)的方向上或者相反于偏轉(zhuǎn)的方向的加速度的信息確定該偏轉(zhuǎn)。該區(qū)域的加速度可以借助于一個(gè)或多個(gè)加速度傳感器來檢測(cè)?？梢允褂迷摷铀俣?，以便更精確地確定所述一個(gè)振蕩方程或多個(gè)振蕩方程的一個(gè)或多個(gè)解值。為此，觀測(cè)器系統(tǒng)可以具有其他測(cè)量方程，所述測(cè)量方程包括該區(qū)域的加速度。本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)一種用于確定尤其是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的塔的偏轉(zhuǎn)的裝置，具有以下特征確定裝置，其被構(gòu)造用于基于塔的彎曲特性的模型和取決于塔的區(qū)域的真實(shí)傾斜的真實(shí)傾斜值來確定塔的該區(qū)域的偏轉(zhuǎn)。該裝置可以被構(gòu)造用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟。該裝置可以布置在塔的區(qū)域中，或者通過接口與該區(qū)域相連接。當(dāng)前，裝置可以理解為電設(shè)備，所述電設(shè)備處理傳感器信號(hào)并且根據(jù)所述傳感器信號(hào)來輸出控制信號(hào)。該裝置可以具有接口，所述接口可以根據(jù)硬件和/或軟件來構(gòu)造。 對(duì)于根據(jù)硬件的構(gòu)造，接口可以例如是所謂的系統(tǒng)ASIC的一部分，其包含裝置的最不相同的功能。然而，也可能的是接口是特有的集成的電路，或者至少部分地由分立的構(gòu)件組成。 對(duì)于根據(jù)軟件的構(gòu)造，接口可以是例如除了其他軟件模塊之外存在于微控制器上的軟件模塊。本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)關(guān)于借助于根據(jù)本發(fā)明的方法或者根據(jù)本發(fā)明的裝置所確定的塔的偏轉(zhuǎn)的信息的應(yīng)用，以便在偏轉(zhuǎn)的方向上控制塔的載荷。尤其是，關(guān)于該偏轉(zhuǎn)的該信息可以用于衰減塔的振蕩。此外，可以使用該信息，以便控制轉(zhuǎn)子葉片的位置。具有程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品也是有利的，所述程序代碼可以存儲(chǔ)在例如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、硬盤存儲(chǔ)器或者光學(xué)存儲(chǔ)器的機(jī)器可讀載體上并且當(dāng)程序在相應(yīng)于計(jì)算機(jī)的設(shè)備上被實(shí)施時(shí)用于執(zhí)行根據(jù)上述實(shí)施方式之一的方法。


下文中根據(jù)附圖示例性地進(jìn)一步描述本發(fā)明。圖1示出風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的示意圖示； 圖2示出塔的示意圖示；
圖3示出塔的固有模式的圖示；以及圖4示出根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式在以下圖中，相同或相似的元件可以設(shè)有相同或相似的附圖標(biāo)記。此外，附圖的這些圖、其描述以及權(quán)利要求以組合的方式還包含很多特征。在此，技術(shù)人員清楚的是，這些特征也可以被單獨(dú)地考慮或者它們可以被聯(lián)合成此處未明確描述的其他組合。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的示意圖示。該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備具有塔100，該塔在端部區(qū)域中具有塔頭102。根據(jù)該實(shí)施例，在塔頭102處布置風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子104。因此，涉及具有水平軸以及至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)能設(shè)備。對(duì)塔100和轉(zhuǎn)子104產(chǎn)生影響的風(fēng)可以對(duì)塔100施加力，所述風(fēng)能夠引起塔頭102的偏轉(zhuǎn)。在圖1中示出了處于靜止位置的塔100。在塔頭102中布置加速度傳感器112、用于確定塔100的偏轉(zhuǎn)的裝置114以及控制裝置116。加速度傳感器112被構(gòu)造用于向裝置114提供真實(shí)傾斜值或者從其可以確定真實(shí)傾斜值的測(cè)量值。裝置114具有塔100的彎曲特性的模型。該模型可以包括各個(gè)模型值，這些模型值例如可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中。尤其是，該模型對(duì)于塔100的一個(gè)或多個(gè)固有模式可以具有塔頭102的偏轉(zhuǎn)和傾斜的歸一化的值。裝置114可以被構(gòu)造用于基于該模型和該真實(shí)傾斜值來確定塔頭102的偏轉(zhuǎn)。為此，可以在裝置114中實(shí)施觀測(cè)器系統(tǒng)，所述觀測(cè)器系統(tǒng)測(cè)定接近真實(shí)傾斜值的建模的傾斜值。如果對(duì)于預(yù)定的時(shí)間間隔建模的傾斜值相應(yīng)于真實(shí)傾斜值，則裝置114被構(gòu)造用于在使用一個(gè)或多個(gè)由觀測(cè)器系統(tǒng)設(shè)定的解值的情況下確定塔頭102的偏轉(zhuǎn)。裝置114被構(gòu)造用于向控制裝置116提供關(guān)于偏轉(zhuǎn)的信息。該控制裝置116被構(gòu)造用于使用關(guān)于偏轉(zhuǎn)的信息，以便例如衰減塔100的引起偏轉(zhuǎn)的振蕩。加速度傳感器112、裝置114和控制裝置116是被示例性地選擇的并且可以由合適的其他裝置來替代，以及也可以以不同的方式定位。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的塔100的示意圖示。塔100從基底220出發(fā)在垂直方向上(此處在ζ方向上)延伸。塔100具有高度 Zh ,塔頭102位于此高度上。通過箭頭表示的風(fēng)222引起推力S，該推力S在通過箭頭2 表示的方向上對(duì)塔100產(chǎn)生影響。推力S引起塔100的彎曲以及塔頭102在X方向上的偏轉(zhuǎn)。在塔頭102處，重力加速度g在示出的鉛垂線方向上、相反于ζ方向起作用。塔100在塔頭102的區(qū)域中具有相對(duì)于鉛垂線方向的傾斜，該傾斜通過角a來定義。如果塔100處于靜止，則重力加速度僅僅在ζ方向上具有分量。如果塔100偏轉(zhuǎn)，則重力加速度分為在ζ 方向上的分量以及在χ方向上的分量。從所述分量的關(guān)系，可以確定塔頭102的傾斜并從而確定角a。附加地，塔頭102還可以具有在y方向上的傾斜，該y方向與χ方向以及ζ方向正 交。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，為了確定塔頭偏轉(zhuǎn)，使用3軸加速度傳感器。該加速度傳感器可以檢測(cè)X、y以及Z方向上的加速度。首先，加速度傳感器可以測(cè)定重力加速度的方向。為此，傳感器測(cè)定相對(duì)于重力加速度的兩個(gè)角，這些角通過塔頭的水平偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。在圖2中，僅僅示出了關(guān)于χ方向的角 a。另一個(gè)角定義塔100在y方向上相對(duì)于鉛垂線方向的傾斜。從測(cè)定的角中，現(xiàn)在能夠在使用塔100的彎曲特性的內(nèi)部模型的情況下確定塔100的絕對(duì)偏轉(zhuǎn)a。通過測(cè)量該角，該方法在靜力學(xué)上是精確的，也即所測(cè)定的偏轉(zhuǎn)不遭受時(shí)間漂移， 正如這在純粹測(cè)量塔頭在X方向上或者在y方向上的軸向加速度時(shí)情況一樣。不過，如下文所述，可選地將軸向加速度用作測(cè)量參量改進(jìn)用于重構(gòu)塔頭偏轉(zhuǎn)的觀測(cè)器的動(dòng)態(tài)精度。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的塔的固有模式的圖示。所示出的是三個(gè)固有模式fi、f2、f3。根據(jù)該實(shí)施例，如此歸一化(normieren)所述固有模式，使得在所有固有模式的情況下塔的最大偏轉(zhuǎn)分別為lm。適用的是如果例如僅僅激勵(lì)第二固有模式f2并且以
權(quán)利要求
1.用于確定尤其是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的塔(100)的偏轉(zhuǎn)的方法，所述方法包括如下步驟基于所述塔的彎曲特性的模型以及取決于所述塔的區(qū)域(102)的真實(shí)傾斜(a)的真實(shí)傾斜值來確定所述塔(100)的所述區(qū)域(102)的偏轉(zhuǎn)(a)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述真實(shí)傾斜值基于所述區(qū)域(102)相對(duì)于鉛垂線方向的可測(cè)量的角偏差。
3.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，具有步驟基于至少一個(gè)加速度傳感器 (112)的信息來測(cè)定所述真實(shí)傾斜值。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述模型關(guān)于所述塔的至少一個(gè)固有振蕩包括所述塔(100)的所述區(qū)域(10 的歸一化的偏轉(zhuǎn)值和歸一化的傾斜值。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，基于所述塔(100)的至少一個(gè)振蕩方程的解值確定所述區(qū)域(102)的所述偏轉(zhuǎn)(a)以及基于所述彎曲特性的模型確定所述解值。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述解值基于觀測(cè)器系統(tǒng)被測(cè)定，所述觀測(cè)器系統(tǒng)被構(gòu)造用于利用所述真實(shí)傾斜值調(diào)準(zhǔn)所述塔(100)的所述區(qū)域(102)的基于所述彎曲特性的模型所測(cè)定的建模的傾斜值。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述偏轉(zhuǎn)(a)的確定還基于關(guān)于所述塔(100)的所述區(qū)域(10 在所述偏轉(zhuǎn)的方向上或者相反于所述偏轉(zhuǎn)的方向的加速度的信息進(jìn)行。
8.用于確定尤其是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的塔(100)的偏轉(zhuǎn)的裝置(114)，具有以下特征確定裝置，所述確定裝置被構(gòu)造用于基于所述塔的彎曲特性的模型以及取決于所述塔的區(qū)域(10 的真實(shí)傾斜(a)的真實(shí)傾斜值來確定所述塔(100)的所述區(qū)域(102)的偏轉(zhuǎn) (a)。
9.關(guān)于借助如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法或如權(quán)利要求8所述的裝置確定的所述塔(100)的偏轉(zhuǎn)(a)的信息的應(yīng)用，以便在所述偏轉(zhuǎn)方向上控制所述塔的載荷。
10.計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，具有當(dāng)在裝置上實(shí)施程序時(shí)用于執(zhí)行如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法的程序代碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定尤其是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的塔(100)的偏轉(zhuǎn)的方法，包括步驟基于所述塔(100)的彎曲特性的模型以及取決于所述塔(100)的區(qū)域(102)的真實(shí)傾斜(a)的真實(shí)傾斜值來確定所述塔(100)的所述區(qū)域(102)的偏轉(zhuǎn)(a)。
文檔編號(hào)G01C9/00GK102288159SQ20111013661
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者布希塔拉 B., 黑斯 F., 福斯 M. 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司