专利名称：风力发电站、风力发电站的控制装置和用于操作风力发电站的方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电站、一种用于该风力发电站的控制装置以及用于操作该风力发电站的方法，所述风力发电站包括塔架、具有至少一个转动叶片的转子、传感器装置和分析装置，所述转动叶片相对于转子轴线具有基本上径向距离，并相对于基本上水平的转动轴线被转动地支承在所述塔顶的某个部位上，最好在设备吊舱上，所述设备吊舱被转动支撑在基本上沿重力方向延伸的转动轴线上，所述传感器装置与转子相关，根据作用在转子上的机械载荷，产生传感器信号，所述分析装置具体是一种数据处理装置，用于接收所述传感器信号。
特别是对在近海处的风力发电站，如果复杂的反馈系统失效，风险更大，因此风力发电站不能操作或在任意长时间内采用低能量产生特性操作，由于仅仅几天的停机时间，这种风力发电站在一年中所能获得的赢利就丧失殆尽。在DE 3009922A1专利文献中，提议使用应变仪检测转动叶片上的载荷。然而这些应变仪甚至不能获得所需要的108应力循环的寿命。这篇专利文献也提出必须将加速器和风传感器安装在转动叶片的外部区域，但是这些区域难以接近并且容易受闪电损坏，需要巨大的努力，以便获得所希望的20年的寿命。
此外使用光纤的测量方法，也就是Fibre Bragg Grating技术是本领域公知的。在这种方法中，内部布拉格传感器元件沿单独一条光纤分布，该光纤沿长度方向被连接到转动叶片上或也可以被叠置插入在转动叶片上。该技术一方面要求传感器多余，另一方面近似检测转动叶片的整体变化也就是转动叶片的下垂。由于复杂的测定电路被完全容置在能够被轻易访问的转子中心体部位或设备吊舱内，该系统对闪电不敏感并容易维修。然而当光纤损坏时，整个系统失效。此外在目前，应用该技术需要高昂的投资。
德国专利文献DE198 47 982C2介绍了一种简单的用于检测振动的装置，其用于定量检测转动叶片在转子转动平面内的气动弹性振动。然而这种设备严重地受下述事实的影响，也就是该设备仅定性地检测振动，不能满足更高的定量检测载荷的要求。
根据本发明第一个方面，通过对公知的风力发电站进行改进，可以实现上述目的，其特征在于，转子上至少一个最好是每个转动叶片与至少两个成对安装的传感器元件相关，测定装置被设计用于在与转动叶片相关的传感器元件产生的传感器信号的基础上，确定表示至少一个转动叶片机械载荷的测定信号。
本发明基于这样的理解，也就是在现代风力发电站中，作用在转动叶片根部上的载荷是由空气动力引起的弯曲力矩(基本上垂直于转子平面，冲击力矩)、由转动叶片的自重引起的基本上在转子平面内的弯曲力矩(转动力矩)，由自重导致的法向力、离心力(根据转子的转速)以及由转子的动态导致的力和力矩的叠加，如果希望不产生振动，所述由转子的动态导致的力和力矩非常重要。必须获得一种准确地校正叶片的反馈系统，以便补偿取决于转子位置和转速的正向力，在现在的风力发电站中，在传感器信号以及利用冗余度改善传感器的可靠性时，这种力占所希望测量信号大小的10％。由于风力发电站可以在很大温度范围内(也就是-15℃～+50℃)被操作，对传感器的温度进行补偿是非常重要的。利用所推荐的在每个转动叶片上成对布置至少两个传感器元件可以满足这些要求。
在本发明的最佳实施例中，提供一种接收测定信号的控制装置，根据测定信号，风力发电站的至少一个操作参数例如叶片节距、转速和/或偏航角可以被所述控制装置调整，通过叶片节距(螺旋角)的改变和或通过使用气动帮助，可以实现叶片的扭曲。
在本发明的第一优选实施例中，在载荷感兴趣的(interesting)方向上，将传感器元件安装在转动叶片上彼此相反的侧面上。在此情况下，传感器元件测量用于主要弯曲载荷的相反的信号(张力和压力)。在检测叶片反馈、周围环境温度的寄生影响(parasitis influences)和由重力和离心力引起的正向力时，如果分别检测传感器信号，通过加或减传感器信号，能够准确地量化感兴趣的(interesting)弯曲力矩。当在传感器元件上减去寄生影响并考虑设计特征之后，由于完美的镜像传感器信号可以被利用，利用测定装置最好是数据处理装置，传感器元件的适合操作可以被灵敏地检测。需要补充的是，当考虑传感器元件的温度特性以及转动叶片的设计特征时，通过附加的用于检测转子的温度、转速和位置的传感器元件并将相应的传感器信号传送到测定装置中，寄生影响可以被计算平衡。
如果在具有两个或三个转动叶片的普通风力发电站内的一个传感器元件失效，该失效情况在不到一秒的时间内就被测定装置检测到，并转换到冗余操作模式。由于单个转动叶片产生类似的相位偏移(在两个转动叶片时，偏移180°，在三个转动叶片时，偏移120°)的传感器信号，在其它转动叶片上的传感器元件的帮助下，和/或在上述附加的温度、转速和位置传感器的帮助下，可以很快地识别该失效传感器元件。当只有一个转动叶片时，也能够利用附加传感器元件进行所述检测。因此被失效传感器元件阻塞的传感器信号被忽略，通过对其它转动叶片的预定寄生影响的计算变换，通过测定温度、转速和位置传感器，其它传感器元件的寄生影响被计算补偿。因此在传感器元件失效期间，符合本发明的改进后风力发电站可以连续地操作直到利用远程监测通报维护小组更换失效的传感器元件为止，因此，在三叶片工站中，即使失效了三个传感器元件，用于每个叶片反馈系统的每个叶片的信号可以被获得，只要每个转动叶片上的所有传感器元件没有都被损坏就行。根据数量减少后的传感器元件所获得的信号质量，必须减少功率特性，以避免风力发电站的任何过载风险。当一个转动叶片上的所有传感器元件损坏后，可以计算其它转动叶片的载荷。然而由于增加的不确定性，增大了过载的风险。
在本发明的第二个实施例中，传感器元件最好被并排设置或沿一条基本上平行于转动叶片纵向轴线的直线被设置。传感器元件在空间上间隔开降低了一个转动叶片上所有传感器元件在外力、闪电或类似因素的作用下同时被损坏的风险。另一方面，被检测的传感器信号必须为它们的空间变化进行计算补偿。由于在这种同侧布置中，只能记录同种类型的信号，有关离心力或自重的信息不会被获得。此外，不能直接实现温度补偿。如果希望对温度、自重和离心力的影响进行计算补偿，用于检测温度、转速和转子位置的光学传感器元件是强制性的(mandatory)。同样当传感器元件失效时，仅仅附加传感器元件可以被访问，用于补偿寄生影响。
在本发明的范围内，可以想象的是，与由此实现的冗余度的巨大经济效益相比，倍增符合本发明改进后的风力发电站中测量信道的数量的缺点与风力发电站的数据采集系统的实际成本是不成比例的。
如上所述相对于冗余度，每个转动叶片上的两个传感器元件绝对是最少数量，很自然，传感器元件的数量可以被任意地增加，最好传感器元件沿转子半径成对地分布，但是将所述成对传感器元件设置在不同的转动叶片的半径上，由于由此可以获得有关载荷沿转动叶片长度方向分布的信息。如果每个传感器元件的半径位置彼此之间不大间距分隔(最大间距是叶片长度的10-20％)，载荷可以从一个半径位置被高精度地计算转换(分别内插或外插)到下一个半径位置。利用这种背景，也可以考虑非成对地布置传感器元件，但是彼此偏压地偏移，然而，分别增加了内插和外插方法的不确定性。
利用Fibre Bragg Grating技术获得推荐的将多个传感器元件沿整个转子半径分布的方案。
为了抽出寄生效果，两列传感器元件最好被设置在转动叶片的两个相反的侧面上，由于该技术依靠温度，使用温度传感器元件是最佳选择。最好也使用Bragg Grating，从而不受外部载荷影响。附加的Bragg Grating可以被插入相应的管中。为了测量转动载荷，最好将光纤设置在翼梁凸缘上，以便测量冲击载荷，最好被设置在狭长的切口或端部上，以便测量转动载荷。为了在光纤损坏时利用传感器冗余也能获得冗余，同时不增加成本，在本发明最佳实施例中，传感器元件的列被简单地形成U形圈。当可能的光纤损坏时，可以从转动叶片或转子中心部通过一个符合本发明损坏位置的光纤端口开始访问传感器元件。仅在传感器元件内的光纤损坏时，该传感器元件变得无用，必须利用相邻的传感器元件将无法获得的传感器信号内插。
为了测量转动叶片上的冲击载荷，最好采用单独的U形圈将传感器元件设置在转动叶片上每个侧面上，由于与更困难的应用相比，在通常的制造工序中，附加光纤的成本可以忽略不计。由于一简单的光学Y接头足以维持信道数量，倍增的光纤数量不存在任何问题。为了测量转动载荷或在制造过程中，也就是将两个翼梁凸缘制造在一个元件上的制造过程，将两列传感器元件连接成一单独的圈可能是更好的，因此获得稍微低一些级别的冗余。
在本发明另一个优选实施例中，可以检测该系统可靠性，额外或另一种情况是，获得吊舱的俯仰力矩和偏转力矩，特别适合于被广泛使用的转子轴承设计，所谓的三点轴承，从而利用弹性齿轮悬架上的距离传感器，检测俯仰力矩和偏转力矩以及转子纽矩。如果需要这种情况下的冗余，需要6个距离传感器，4个在垂直方向，2个在水平方向，这些传感器必须对称地分布在齿轮悬架的两侧。否则仅3个传感器就足够了。
在具有6个传感器元件的实施例中，垂直传感器可以沿相同方向或相反方向被连接成全桥，从而在温度补偿条件下，可以高精度地检测纽矩和俯仰力矩。利用水平传感器采用半桥方式测量偏转力矩，但是也可以由于相反信号而被温度补偿。为了保障冗余，上述电路不能利用硬件实现，仅分别利用信号测定装置或数据处理装置的算法实现，由于在传感器元件失效时，仅在这种方式下，可以被转换到逻辑等效网络上。如果需要，温度补偿可以被计算地实现，也就是通过测定吊舱内部的温度信号，其通常适用于涡轮机控制或额外的温度传感器元件。
为了能够高精度地测量俯仰力矩和偏转力矩，事实证明适用于具有一转子的风力发电站，利用转子轴承，相对于转子轴线转动地支撑该转子，与该转子相连的转子轴穿过该转子轴承，所述转子轴承平行于转子轴线，传感器装置包括至少三个最好是至少四个最佳是五个或更多的传感器元件，这些传感器元件被设置在基本上垂直于转子轴线延伸的平面内，该平面位于与转动叶片的平面相反的转子轴承的侧面，由于在与转动叶片的平面相反的转子轴承侧面适用于更长的臂，用于检测俯仰力矩或偏转力矩，将传感器元件设置在垂直于转子轴线延伸的平面内显著地简化了对测量结果的测定。也就是说，测量结果不受转子轴轴向间隙的影响。
关于测量结果测定的简化以及降低用于检测失效传感器元件的测定复杂性，已经发现，如果将至少三个传感器元件设置在与转子轴线同心延伸的圆上，那么效果更好。在此情况下，如果仅将一个附加传感器元件设置在所述圆上，可以获得在检测俯仰力矩或偏转力矩时所希望的冗余。当四个、五个或更多的传感器元件被设置在与转子轴线同心延伸的圆上，可以任意增加冗余度，由于仅仅三个设置在三角形边上的传感器元件被用于检测俯仰力矩或偏转力矩，由于转子轴线已经被这种使用三个传感器元件的装置唯一地限定，与利用所述传感器元件形成的三角形的边垂直地相交。
当四个传感器元件被设置在与转子轴线同心延伸的圆上时，已经证明，由于测定计算结果的复杂性降低，将这四个传感器元件设置在矩形边上，最好是设置在正方形的四边上。当使用五个或六个传感器元件时，这些传感器元件最好被设置在相应多边形的边上。为了检测俯仰力矩或偏转力矩，被设置在与转子轴线垂直的平面内最好是被设置在与转子轴线同心延伸的圆上的的传感器元件可以被设置在与转子相连并与转子轴线同心延伸的转子轴上，和/或被设置在将转子轴与齿轮箱相连的夹具上，和/或风力发电站的其它运动元件上。当传感器元件被设置在与转子轴相连的齿轮箱上时，测量不受作用在齿轮箱上的外力也就是行星齿轮内的行星力的影响。然而当传感器元件被设置在转子轴或夹具上时，由转子轴的径向轴承间隙引起的影响是值得注意的。
当转子通过转子轴与行星齿轮相连时，特别是与行星齿轮的主动齿轮架(planetentrager)相连时，如果至少三个最好是四个传感器元件被设置在行星齿轮区域内，可以上述阻止干扰。此时传感器元件可以被设置行星齿轮的环形齿轮的外边缘区域内。如果传感器元件被设置的与所述环形齿轮的前侧具有一定距离，导致环形齿轮变形的行星力的分布可以被检测，在检测行星力分布时不希望但作为俯仰力矩或偏转力矩的检测时的扰乱被考虑，当至少一个最好三个传感器元件被设置在与环形齿轮前侧相连的盖区域和/或扭矩支柱上，和/或被设置在环形齿轮附近区域内时，可以提高测量精度。在此情况下，由于连接元件的加固效果，环形齿轮变形不会干扰对俯仰力矩或偏转力矩的检测。
利用上述传感器元件的布置，在简单检测失效传感器元件时，可以利用多余传感器装置检测扭矩。如果传感器装置还包括至少一个最好是两个传感器元件，传感器元件最好被设置在同一个平面内，所述传感器元件检测相对于用于检测扭矩的转子轴线的动力传动链的转矩。利用至少两个传感器元件，通过与其它传感器元件进行比较，可以确定失效传感器元件。符合本发明任一个实施例的风力发电站的传感器装置也可以包括至少一个感应的、机械的、光学声学的(超声波)和/或磁阻传感器元件，通过结合不同类型的传感器，所希望的冗余度也可以被任意地增加。
在本发明这个实施例中，最好如果叶片信号特别是叶片根部信号以及用于检测齿轮悬架的俯仰和齿轮力矩(gear moments)是连接的。
在第一近似法中，俯仰和齿轮力矩以及作用在齿轮悬架上的扭矩是叶片根部上的弯曲力矩之和，在所设计特征的帮助下，其必须从转子中心传送到齿轮悬架上。如果在两种载荷方向(转子平面内和垂直于该平面的方向)测量转动叶片根部的弯曲力矩，利用现有技术提供所需要的算法。德国专利文献DE198 49365 8介绍了这些相互关系。在本发明的范围内，当转动叶片上所有传感器元件都失效时(由于闪电)，利用减法数学地计算不可用信息。相对于所需的冗余度，该过程具有巨大的优越性。
与相对于不同叶片角度通过设备内叶片的自重利用叶片调整可以被校正的叶片传感器元件相反，这种简单校正不适用于俯仰力矩和偏转力矩。因此在本发明的范围内提出，在操作期间通过故意引入能够量化的不平衡，实现校正。利用质量或空气动力特性的变化，可以实现上述不平衡。例如利用单叶片调整仅仅简单地调整单独一个转动叶片(根据风速和转子转速)的方法，通过修改软件，可以简单地实现转子的最大和最小转速的传感器信号。根据所需要的精度，可以对在不同叶片角度的三个叶片中的每个叶片先后按顺序地执行该方法。
提供一种物理上更简单的方法，然而要利用额外的设计实现该方法，也就是使用最好具有小直径的水罐，该水罐被设置在转子轴线上，在三叶片转子情况下，在其端部具有三个彼此间隔120度磁阀。通过连接管路，将水排放到被设置在每个转动叶片上的压载箱内。在操作期间，利用离心力也能够对压载箱进行灌水。在向压载箱排水之前，转子必须被停止在相应的位置上，从而利用重力使水流回，除了三个磁阀之外，不需要其它的运动元件。因此这种系统不仅能被用于对传感器进行校正，并且如果转子不平衡，通过微调(trimming)对转动叶片重新调整。在符合本发明的风力发电站内所使用的翼尾修整装置包括孔穴和阀装置，所述孔穴最好是沿转子轴线同一条直线延伸的转动对称孔穴，所述阀装置选择性地将被积存在孔穴内的流体排放到形成在转动叶片上的孔穴内。利用本发明的这种结构，液体和/或可浇注的(pourable)散装材料被用作所述流体，例如沙子、铅球(lead beads)等。
根据上文对符合本发明的不同实施例所进行的介绍可以清楚地看到，符合本发明的用于更新现有风力发电站的控制装置具有如下特征，其包括至少两个传感器元件以及一用于接收来自所述传感器元件的信号测定装置，根据所述传感器信号，操作所述测定装置并产生表示所述风力发电站至少一种基本的可变载荷的测定信号。
一种用于操作符合本发明一个实施例的风力发电站的方法具有如下特征，当某个传感器元件失效时，测定装置转换到冗余操作模式，通过将所获得的传感器信号进行比较，计算确定该失效的传感器元件，所述失效后的传感器元件的信号被操作控制忽略。温度、重力和/或离心力对剩余的至少一个传感器元件的寄生影响被控制系统计算补偿。此外在符合本发明一个方面的方法中，使用生成预定的气动不平衡和/或机械不平衡之后的传感器信号，对传感器元件进行校正，检测俯仰力矩和偏转力矩。为此目的，操作一个符合本发明一个实施例的风力发电站，从而将流体从相对于转子轴线沿同一条直线延伸的孔穴内通过阀装置排放到被形成在一个转动叶片上的一个或多个孔穴内。


图1显示了风力发电站的转动叶片；图2显示了本发明第一实施例的不同形式；图3显示了本发明第二实施例的不同形式；图4显示了本发明第三实施例的不同形式；图5详细显示了符合本发明一个实施例的风力发电站的传动，其具有被设置在齿轮悬架的弹性轴承上的传感器元件；图6是一个侧视图，显示了符合本发明一个实施例的风力发电站的具有行星齿轮的转子轴；
图7显示了符合本发明一个实施例的风力发电站的具有传感器并被设置在行星齿轮上的传感器装置；图8是一个符合本发明第四实施例的风力发电站的转子的轴向断面图。
在图2A～2C所示的本发明第一实施例的各种形式中，在每个转动叶片上设置两个传感器元件100。利用图2A所示的传感器元件100也就是被设置在转动叶片两个相反面上的传感器元件100组成的传感器装置，可以检测作用在转动叶片上的冲击载荷。
在图2B所示实施例中，由于传感器元件被设置在转动叶片的尖头和末梢部分，可以非常优异地检测作用在转动叶片上的转动载荷。
在图2C所示实施例中，传感器元件被直接并排设置在翼梁凸缘区域上。在图2D所示装置中，沿一条基本上平行于转动叶片纵向轴线的直线设置传感器元件100。传感器元件的空间分离降低了两个传感器元件同时被力、闪电或类似因素损坏的风险。
在图3A所示实施例中，传感器元件100被分别成对设置在转动叶片上，单对传感器元件被设置在转动叶片上不同曲率半径的位置上，从而可以获得载荷沿转动叶片长度方向分布的附加信息。
在图3B所示实施例中，传感器元件100并不成对设置，而是被彼此交错地设置，从而提高了传感器元件100抗同时被损坏的能力，但是增加了用于确定载荷沿转动叶片长度方向分布方法的内插法或外插法的不确定性。
在图4A所示实施例中，利用Fibre Grating技术实现的两链列110传感器元件被设置在转动叶片的两个相背侧面上。在图4B所示的对图4A所进行的变型中，传感器元件的列110在转动叶片的每个侧面上被设置成U形环(loop)。
在图4C和4D所示实施例中，两链列110传感器元件被连接成一个单回路，能够减少纤维长度，但是导致冗余度级别(level of redundancy)有一些降低。
图5显示传感器元件100在齿轮悬架(gear suspension)200上的弹性轴承上的分布。其中设置六个距离传感器120，四个距离传感器位于垂直方向，两个距离传感器位于水平方向，所述距离传感器对称分布在齿轮悬架200的两侧上。所述垂直传感器沿相同方向和相反方向被连接成全桥，采用温度补偿方式高精度检测扭矩(图5B)和偏转力矩(yaw moment)(图5C)。
图6显示了穿过转子轴轴承320并与转子轴线310同轴地延伸的转子轴300。利用夹持组件(clamping set)330，将转子轴310连接到行星齿轮340上，利用弹性可延展元件470(看图7)，所述行星齿轮被弹性地支承在结构上。在图6所示实施例中，传感器装置包括4个被连接到转子轴300上的传感器元件350，这4个传感器元件被设置在一个与转子轴线310同轴的圆上，用于检测俯仰力矩和偏转力矩。传感器元件350被设置在正方形边缘上，利用这种结构，可以独立于转子轴300在转子轴轴承320内的轴向轴向间隙检测俯仰力矩和偏转力矩。通过将传感器元件350设置在一个与转子轴线310同轴的圆上，仅仅使用4个传感器元件350就能获得在检测俯仰力矩和偏转力矩时的冗余度同时促进检测损坏的传感器元件。与传感器元件350被设置在转子轴300上不同的另一种方案在图6所示实施例中被显示，除了将传感器元件350设置在一个与转子轴线310同轴的圆面上之外，该方案还包括将传感器元件352设置在夹具组件330或其它连接齿轮上。转子轴300被连接到具有固定环形齿轮的行星齿轮340的主动齿轮架(planetentrager)上。其中行星齿轮340的主驱动传动小齿轮被设置在太阳齿轮(sun wheel)上。
图7a示意性显示了可用在符合本发明实施例的风力发电站中的行星齿轮，图7b是一个示意性侧视图，显示了图7a所示的行星齿轮。具有两个横向臂420的扭矩支柱(torque support)400与行星齿轮340相联并被设置在环形齿轮的前侧。如图7a所示，用于检测俯仰力矩和偏转力矩的传感器元件可以被在一个与转子轴线同轴延伸并在扭矩支柱范围内的圆上。从而有可能在不受被容置在转子轴轴承320内的转子轴300干涉的情况下检测俯仰力矩和偏转力矩。此外通过将传感器元件450设置在扭矩支柱的区域内，可以在不受环形齿轮变形干涉情况下进行测量，作用在环形齿轮上的行星齿轮导致所述环形齿轮变形。如果进一步希望鉴别行星齿轮力的分布，可以额外设置传感器元件452并与被设置在扭矩支柱范围内的传感器元件450轴向间隔分布，也就是其外周位于环形齿轮的中心，除了检测俯仰力矩和偏转力矩，还检测环形齿轮的变形。此外图7所示风力发电站也可以包括被设置在臂420区域内的传感器元件，最好在所述弹性可延展元件470的上方，用于检测相对于转子轴线的传动转矩，其中传感器元件454被大致设置的与传感器元件450在同一个平面内。
在图8所示的轴向断面图中，用附图标记2表示转子轴，用附图标记1表示转动中心体1，用附图标记3表示转动叶片。被用作水罐的孔穴5被设置的与转子轴2的转子轴线4同轴，所述孔穴通过阀7与被设置在转动叶片3内的压载箱6相连，从而有选择地排放流体，也就是将液体和/或可浇注的(pourable)散装材料排放到压载箱6，从而获得所希望的风力发电站的平衡调整。
权利要求
1.一种风力发电站，其包括塔架、具有至少一个转动叶片的转子、传感器装置和分析装置，所述转动叶片相对于转子轴线具有基本上径向距离，并相对于基本上水平的转动轴线被转动地支承在所述塔顶的某个部位上，最好在设备吊舱上，所述设备吊舱被转动支撑在基本上沿重力方向延伸的转动轴线上，所述传感器装置与转子相关，根据作用在转子上的机械载荷，产生传感器信号，所述分析装置具体是一种数据处理装置，其特征在于至少两个最好是成对安装的传感器元件与至少一个或最好是转子的每个转动叶片相关，测定装置被设计成根据与该转动叶片相关的传感器元件所产生的传感器信号，确定表示至少一个转动叶片的机械载荷的测定信号。
2.一种根据权利要求1所述风力发电站，其特征在于操作所述测定装置，用于确定温度、离心和重力校正测定信号。
3.一种根据权利要求1或2所述风力发电站，其特征在于控制装置接收所述测定信号，并根据所述测定信号至少调整所述风力发电站的一个操作参数，例如转动叶片的迎角。
4.一种根据上述任一个权利要求所述风力发电站，其特征在于沿要被测量的载荷的方向，将传感器元件安装在转动叶片的相反侧面上。
5.一种根据上述任一个权利要求所述风力发电站，其特征在于所述测定装置从温度传感器和/或转速传感器和/或转子位置传感器中至少一个传感器接收额外的信号，进行操作，在所接收到信号的基础上，计算确定温度、离心力和重力的影响。
6.一种根据权利要求5所述风力发电站，其特征在于传感器元件被安装在转动叶片的同一个侧面上，最好直接邻近或沿一条基本上平行于转动叶片的纵轴延伸的直线分布，利用测定装置，在所接收到信号的基础上，计算地操作，用于补偿温度、转速和/或重力的影响。
7.一种根据上述任一个权利要求所述风力发电站，其特征在于至少一个传感器元件具有基于光纤的传感器，其中至少一条光纤被形成为U形圈。
8.一种根据权利要求7所述风力发电站，其特征在于利用光学Y连接器将所述光纤的两端连接到一条信道。
9.一种根据上述任一个权利要求所述风力发电站，其特征在于至少一个传感器元件具有进入所述转动叶片的杆以及用于检测所述杆位移的检测元件。
10.一种根据权利要求9所述风力发电站，其特征在于进入所述转动叶片的杆被两个在转动叶片内间隔分布的支撑装置支承，所述检测元件被容置在所述支撑装置的一个内。
11.一种根据上述任一个权利要求所述风力发电站，其特征在于采用下述方式设置检测元件，从而它们基本上检测转动叶片冲击方向也就是垂直于转动叶片平面的方向上的载荷。
12.一种符合上述任一个权利要求的风力发电站包括塔架；转子，所述转子具有至少一个转动叶片，所述转动叶片相对于转子轴线具有基本上径向距离，并相对于基本上水平的转动轴线被转动地支承在所述塔顶的某个部位上，最好在设备吊舱上，所述设备吊舱被转动支撑在基本上沿重力方向延伸的转动轴线上，传感器装置，用于产生表示至少一种风力发电站的可变载荷的传感器信号；至少一个测定装置，具体地说是一种数据处理装置，用于接收所述传感器信号，其特征在于传感器装置具有至少两个传感器元件，测定装置被设计用于监测传感器元件的操作，当至少一个传感器元件失效时，转换到冗余操作模式(redundant operation mode)。
13.一种根据权利要求12所述风力发电站，其特征在于在冗余操作模式下，利用所述测定装置从来自可操作传感器元件的信号中计算获得用于温度补偿和/或用于量化寄生效应的数据。
14.一种根据上述任一个权利要求所述风力发电站，其特征在于一种齿轮悬架被弹性地支撑在所述设备吊舱上，至少一个传感器元件被设置在所述齿轮悬架的弹性轴承上。
15.一种根据权利要求14所述风力发电站，其特征在于至少三个传感器元件被设置在所述齿轮悬架的弹性轴承上，其中至少一个传感器元件检测齿轮的水平位移，至少一个传感器元件在两侧检测齿轮悬架的垂直位移，对上述传感器元件所获得的传感器信号进行测定，从而所述测定装置能够根据所测量到的位移确定被施加到悬架上的俯仰力矩、偏转力矩和/或扭矩，所述输出信号可用于调整至少一种操作参数。
16.一种根据上述任一个权利要求所述风力发电站，其中转子相对于转子轴线被转子轴承转动地支撑，其特征在于传感器装置至少包括三个最好是四个最佳是五个或更多的传感器元件，这些传感器元件被设置在沿基本上垂直于转子轴线的方向延伸的平面内，并位于与转动叶片的平面相反的转子轴承的侧面上，所述传感器元件检测传动系统的横截面的位移，最好相对于传动的转子轴线圆形和同轴地分布。
17.一种根据权利要求16所述风力发电站，其特征在于传感器元件被大致设置在与转子轴线同轴延伸的圆面上。
18.一种根据权利要求16或17所述风力发电站，其特征在于四个传感器元件被设置在矩形边上，特别是正方形边上。
19.一种根据权利要求16～18之一所述风力发电站，其特征在于至少三个最好是四个传感器元件被设置在与转子相连并与转子轴线同轴延伸的转子轴上或在其它共同旋转元件上。
20.一种根据权利要求16～19之一所述风力发电站，其特征在于通过转子轴，转子被连接到行星齿轮上，最好是行星齿轮的主动齿轮架上，至少四个传感器元件被设置在行星齿轮区域中。
21.一种根据权利要求20所述风力发电站，其特征在于至少三个传感器元件被设置在行星齿轮的环形齿轮的外周边上。
22.一种根据权利要求21所述风力发电站，其特征在于至少一个传感器元件最好是三个传感器元件在所述环形齿轮的前侧轴向间隔设置。
23.一种根据权利要求21或22所述风力发电站，其特征在于至少一个传感器元件最好是三个传感器元件被设置在被连接到所述环形齿轮前侧和/或扭矩支柱和/或环形齿轮附近区域的外壳盖区域中。
24.一种根据上述任一个权利要求所述风力发电站，其特征在于传感器装置包括至少两个传感器元件，用于检测扭矩，这些传感器元件最好在转子轴线方向上彼此间隔分布。
25.一种根据上述任一个权利要求所述风力发电站，其特征在于传感器装置包括至少一个电感、机械、光学、声学和/或磁阻传感器元件，用于检测部件的位移。
26.一种根据上述任一个权利要求所述风力发电站，其特征在于控制装置是可操作的，用于产生一气动不平衡和/或机械不平衡，用于对传感器元件进行校正，用于检测俯仰力矩或偏转力矩。
27.一种根据上述任一个权利要求所述风力发电站，其具有可围绕转子轴线转动的转子，所述转子具有至少一个转动叶片，其特征在于一孔穴，该孔穴最好转动对称并与转子轴线在同一直线上延伸，一阀装置，用于选择地将积聚在所述孔穴内的流体排放到被形成在转动叶片上的孔穴内。
28.一种用于上述任一个权利要求所述风力发电站的控制装置，所述风力发电站包括具有至少两个传感器元件的传感器装置以及一测定装置，操作所述测定装置接收来自所述传感器元件的信号并根据所述信号产生表示所述风力发电站至少一种基本的可变载荷的测定信号。
29.一种根据权利要求28所述的控制装置，其特征在于使用所述测定信号通过调整风力发电站的参数，对风力发电站进行控制。
30.一种用于操作权利要求1～27中任一个权利要求所述风力发电站的方法，其特征在于当某个传感器元件失效时，测定装置转换到冗余操作模式，通过将所获得的传感器信号进行比较，计算确定该失效后的传感器元件，所述失效后的传感器元件的信号被操作控制忽略。
31.一种根据权利要求30所述方法，其特征在于温度、重力和/或离心力对剩余的至少一个可操作传感器元件的寄生影响(parasitic influences)被控制系统计算补偿。
32.一种根据权利要求30或31所述的操作风力发电站的方法，其特征在于使用用于检测俯仰力矩和偏转力矩的传感器信号对传感器元件进行校正，产生预定的气动不平衡和/或机械不平衡之后，获得上述传感器信号。
33.一种根据权利要求30或32之一所述的操作风力发电站的方法，其特征在于被积存在相对于转子轴线沿同一条直线延伸的孔穴内的流体波排放到被形成在一个转动叶片上的至少一个孔穴内。
全文摘要
本发明涉及一种风力发电站，其包括塔架、具有至少一个转动叶片的转子、传感器装置和分析装置，所述转动叶片相对于转子轴线具有基本上径向距离，并相对于基本上水平的转动轴线被转动地支承在所述塔顶的某个部位上，最好在设备吊舱上，所述设备吊舱被转动支撑在基本上沿重力方向延伸的转动轴线上，所述传感器装置与转子相关，根据作用在转子上的机械载荷，产生传感器信号，所述分析装置具体是一种数据处理装置，其中，至少两个最好是成对安装的传感器元件与至少一个或最好是转子的每个转动叶片相关，测定装置被设计成根据与该转动叶片相关的传感器元件所产生的传感器信号，确定表示至少一个转动叶片的机械载荷的测定信号。
文档编号G01L5/00GK1461882SQ03140758
公开日2003年12月17日 申请日期2003年5月2日 优先权日2002年5月2日
发明者R·维特坎普 申请人:通用电气公司