检测桨距角调整故障

摘要

本发明公开了检测桨距角调整故障。所描述的方法用于检测风力涡轮机（100）的转子叶片（107）的转子叶片桨距角调整故障，所述方法包括：测量转子叶片桨距角速度（125）；基于实际转子速度（127），预测转子叶片桨距角速度（133）；如果第一指标被满足，则指示故障（137），其中，如果测得的转子叶片桨距角速度（125）和预测的转子叶片桨距角速度（133）之间的偏差超过速度阈值，则所述第一指标被满足。

权利要求

1.一种用于检测风力涡轮机（100）的转子叶片（107）的转子叶片桨距角调整故障的方法，所述方法包括：测量转子叶片桨距角速度（125）；

基于实际转子速度（127），预测转子叶片桨距角速度（133）；

如果第一指标被满足，则指示故障（137），其中，如果测得的转子叶片桨距角速度（125）和预测的转子叶片桨距角速度（133）之间的偏差超过速度阈值，则所述第一指标被满足，其中，基于预测的转子叶片桨距角 来得出预测的转子叶片桨距角速度（133），所述预测的转子叶片桨距角  根据下式得出：其中，

是取决于滤波的转子叶片桨距角 的增益函数，

是基准转子速度和实际转子速度之间的偏差，

是比例增益，

是积分增益。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，测得的转子叶片桨距角速度（125）被作为在所述风力涡轮机（100）的至少两个转子叶片（107）中的平均转子叶片桨距角速度或最大的转子叶片桨距角速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，测得的转子叶片桨距角速度（125）被作为在所述风力涡轮机（100）的所有的转子叶片（107）中的平均转子叶片桨距角速度或最大的转子叶片桨距角速度。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，基于转子加速度（dΩ/dt）和/或相应转子叶片的转子叶片桨距角（θ），进一步预测转子叶片桨距角速度。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，预测所述转子叶片桨距角速度（133）包括：计算预测的转子叶片桨距角（θref）的导数。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述预测的转子叶片桨距角（θref）基于基准转子速度（Ωref）和实际转子速度（Ω）之间的偏差（δ）得出。

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述预测的转子叶片桨距角（θref）基于基准转子速度（Ωref）和实际转子速度（Ω）之间的瞬时和时间积分偏差（δ）得出。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，如果所述预测的转子叶片桨距角速度（133）大于最大控制器桨距角速度，则所述预测的转子叶片桨距角速度被重置为所述最大控制器桨距角速度，所述最大控制器桨距角速度是控制器能够改变桨距角的最大速度。

9.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，如果处于增大转子叶片桨距角的方向上的所述测得的转子叶片桨距角速度（125）大于最小转子叶片桨距角速度阈值，则不指示故障。

10.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，如果转子速度（Ω）小于最小转子速度阈值，则不指示故障。

11.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，如果所述第一指标和第二指标中的至少一个被满足，则指示故障，其中，如果转子速度大于最大转子速度阈值，则所述第二指标被满足。

12.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，如果所述第一指标、第二指标和第三指标中的至少一个被满足，则指示故障，其中，如果下式成立，则所述第三指标被满足：

转子速度＞桨距角失控可行速度

AND

（ABS（桨距角_A-桨距角_B）＞最大桨距角偏差）ORABS（桨距角_B-桨距角_C）＞最大桨距角偏差）ORABS（桨距角_A-桨距角_C）＞最大桨距角偏差）），其中，

桨距角失控可行速度是转子速度阈值

桨距角_A是第一转子叶片的转子桨距角

桨距角_B是第二转子叶片的转子桨距角

桨距角_C是第三转子叶片的转子桨距角，

所述第一、第二和第三转子叶片连接到风力涡轮机的轴，最大桨距角偏差是桨距角偏差阈值。

13.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，指示故障（137）进一步包括：启用保险系统（139）使得桨距角增大。

14.一种包含软件程序的计算系统，所述软件程序适于在所述计算系统上执行时实施根据权利要求1至13中的任一项所述的方法。

15.一种用于检测风力涡轮机（100）的转子叶片（107）的转子叶片桨距角调整故障的装置（123），所述装置包括：接收部段（129），其适于接收测得的转子叶片桨距角速度（125）并适于接收实际转子速度（127）；

计算部段（131），其适于基于所述实际转子速度预测转子叶片桨距角速度（133），并且如果所述测得的转子叶片桨距角速度（125）和所述预测的转子叶片桨距角速度（133）之间的偏差超过速度阈值，则所述计算部段（131）适于确定第一指标被满足；以及输出部段（135），如果所述第一指标被满足，则所述输出部段（135）适于指示故障（137），其中，基于预测的转子叶片桨距角  来得出预测的转子叶片桨距角速度（133），所述预测的转子叶片桨距角  根据下式得出：其中，

是取决于滤波的转子叶片桨距角 的增益函数，

是基准转子速度和实际转子速度之间的偏差，

是比例增益，

是积分增益。

说明书

检测桨距角调整故障

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于检测风力涡轮机的转子叶片的转子叶片桨距角（pitch angle）调整故障的方法和装置。

背景技术

[0002] 风力涡轮机包括风力涡轮机塔架，机舱安装在风力涡轮机塔架顶部上，其中，支撑在轴承中的轴可以在机舱内旋转。风力涡轮机轴具有连接到其的一个或多个风力涡轮机叶片且驱动发电机。转子叶片可以绕其纵向轴线转动或旋转或调整以调整转子叶片桨距角，所述转子叶片桨距角是在转子叶片的弦线（cord line）和转子平面之间的角，所述转子平面是垂直于由转子叶片驱动的轴的轴线的平面。例如，当转子叶片桨距角为零时，转子叶片可被调整以传输冲击在转子叶片上的最大量的风能，以便产生最大量的电功率。相反，当所述转子叶片桨距角为90°时，冲击风（假定在平行于转子轴线的方向上冲击）将不会驱动转子叶片从而风力涡轮机不会产生任何能量。

[0003] 在风力涡轮机运行期间，取决于期望的功率输出（特别是包括有效功率和/或无效功率）及其它方面的要求，可能需要根据转子的旋转速度调整桨距角。由此，变桨伺服系统可涉及用于调整所述转子叶片桨距角。然而，变桨伺服系统可能会出现故障且不正确地调整转子叶片桨距角。在这样的故障情况下，有可能存在风力涡轮机部件损坏的风险。

[0004] 通常地，如果检测到变桨伺服系统故障，则保险系统被启用并可以安全方式停止涡轮机。在常规的风力涡轮机中，当转子速度达到或超过速度限制时，保险系统可以启用。然而，值得注意的是，以常规方式检测变桨伺服系统故障并不是在所有情况下都可靠，涉及遗漏变桨伺服系统故障的风险并由此涉及风力涡轮机部件损坏的风险。

[0005] 需要一种比常规方法和装置更可靠并且可以减少风力涡轮机部件损坏的用于检测转子叶片桨距角调整故障的方法和系统。

发明内容

[0006] 该需求可以通过根据本发明的用于检测风力涡轮机的转子叶片的转子叶片桨距角调整故障的方法和装置来满足。本发明的有益的实施例通过有利实施方式描述。

[0007] 根据本发明实施例，提供了一种用于检测风力涡轮机的转子叶片的转子叶片桨距角调整故障的方法，所述方法包括：测量转子叶片桨距角速度；基于实际转子速度并且特别是还根据转子加速度，预测转子叶片桨距角速度；如果第一指标被满足，则指示故障，其中，如果测得的转子叶片桨距角速度和预测的转子叶片桨距角速度之间的偏差超过速度阈值，则所述第一指标被满足。

[0008] 由此，当实际转子叶片桨距角速度从预期转子叶片桨距角速度偏离时，所述检测方法可用于检测。实际转子叶片桨距角速度和预期或期望的转子叶片桨距角速度之间的偏差的原因可能是变桨伺服系统故障，所述变桨伺服系统通过控制器和/或液压桨距角调整系统可以负责设置或调整转子叶片桨距角。变桨伺服系统故障可涉及变桨伺服系统的一个或多个控制器的故障和/或变桨伺服系统的一些机械部分或一些液压部分的故障。例如，液压管路或管道可能被损坏使得在液压系统中的压力可能小于预期压力，从而妨碍甚至阻止通过液压系统以适当的方式调整所述转子叶片桨距角。

[0009] 所述方法可特别地应用在连接到风力涡轮机转子的所有转子叶片。由此，所有的预测的和/或测量的参量，例如转子叶片桨距角、转子叶片桨距角速度都可以和所有转子叶片平均值或所有转子叶片上的最大值相关。然而，所述检测方法还可以应用于单个转子叶片。所述方法可以在属于风力涡轮机控制器的控制器部段中实施。

[0010] 特别地，所述方法可以是（至少部分地）在软件中实施，且风力涡轮机控制器或风力涡轮机控制器部分的计算部段或处理部分可执行所述方法。

[0011] 转子叶片桨距角速度可以是所述转子叶片桨距角随时间变化的速率（或速度）。根据本发明实施例，转子叶片桨距角可被随时间测量（例如以连续方式或被采样），且转子叶片桨距角速度可以通过获取测得的转子叶片桨距角的导数（以模拟方式或数字方式）来得出。转子叶片桨距角可如使用液压系统和/或编码器来测量。在风力涡轮机运行期间，所述转子叶片桨距角速度（和/或转子叶片桨距角）可被连续地测量或连续地采样。

[0012] 至少基于实际转子速度（即转子叶片或多个转子叶片相连接的轴的旋转速度）预测的转子叶片桨距角速度可以对应于或可等于基准转子叶片桨距角的导数。基准转子叶片桨距角可以是所述转子叶片预期设置且取决于转子速度的桨距角。当风力涡轮机在正常条件下运行而变桨伺服系统没有发生故障时，基准叶片桨距角从而是在转子叶片处期望被调整的转子叶片桨距角。预测所述转子叶片桨距角速度可能涉及计算和逻辑运算和/或算术运算。

[0013] 所述故障可如通过输出控制信号和/或输出信息给用户来指示。输出信号或输出信息可涉及输出电和/或光信号。故障也可以通过启用保险系统来指示。由此，特别是指示故障可包括将控制信号输出到保险系统。

[0014] 桨距角速度和/或桨距角通常可由控制器调整以保持所述转子的给定旋转速度。如果控制器的知识（形式，参数等）包括在保险系统中，如果控制器响应（测得的桨距速度或桨距角）对于转子速度的测量值被合理提供，则其可被评估。如果测得的桨距角速度或测得的桨距角偏离在给定的阈值之上，则可指示故障状态且可启用保险系统。

[0015] 本发明可应用于在正常运行条件下任何控制桨距角的控制器（特别是计算基准桨距角）。特别地，所述控制器可以是比例-积分控制器（PI控制器），所述比例-积分控制器根据转子轴的旋转速度控制桨距角。在另一个实施例中，不同于PI控制器的控制器也可被使用。取决于转子轴的旋转速度，这样的控制桨距角的控制器可输出基准桨距角。

[0016] 所述检测方法可具有更少的假阳性（false positive）且可比常规方法快。例如，当实际转子叶片桨距角从预期的转子叶片桨距角偏离且实际转子叶片桨距角速度也从预期的（或预测的）叶片桨距角速度偏离时，其可马上或立即被检测。与此相反，在转子轴的旋转速度偏离或超过旋转速度限值可能在转子叶片桨距角和转子叶片桨距角速度已经从它们各自期望的或预期的或预测的值偏离（时间间隔大于0秒）之后一段时间发生。由此，控制方法可以更快的方式检测到变桨伺服系统故障。此外，所述方法可在软件中大量地实施且可不需要对硬件较大地重新布置或扩展。此外，所述方法所需要的输入值可在常规的风力涡轮机中得到或测量。

[0017] 根据本发明实施例，测得的转子叶片桨距角速度被作为在所述风力涡轮机的至少两个，特别是所有的转子叶片中的平均转子叶片桨距角速度或最大的转子叶片桨距角速度。

[0018] 在风力涡轮机的至少两个转子叶片中取转子叶片桨距角速度的平均值或最大值甚至可以检测仅涉及转子叶片中的一个的故障，从而改进了所述方法（提高鲁棒性）且减少了风力涡轮机部件损坏的风险。例如，即使只有一个转子叶片受转子叶片桨距角调整故障或失效影响，风力涡轮机的所有转子叶片中的转子叶片桨距角速度的最大值也可对应受伺服系统故障影响的转子叶片的转子叶片桨距角速度。因此，仅一个或只有几个（但不是全部）的转子叶片受这样的伺服系统故障影响也可被检测到。所有转子叶片上的伺服故障也可被检测到。如果所有的叶片如停留在恒定的桨距角则无论是个别的还是平均的桨距角速度都可能偏离期望的桨距角速度且触发故障指示。

[0019] 计算速度作为多个（或全部）的叶片的平均速度的优点在于可减少噪声（来自角度测量导数）或允许某些个别的桨距控制（IPC），其中每个叶片可使额外的周期桨距角增加到用于PI控制器的共同桨距角信号。取平均值可移除在增加的IPC信号上的贡献，否则将以其它方式以意外的桨距角速度偏差被检测到。

[0020] 根据本发明实施例，基于相应转子叶片的转子加速度和/或转子叶片桨距角，可进一步预测转子叶片桨距角速度。

[0021] 根据本实施例，所述转子叶片桨距角速度可特别地基于预测的桨距角来得出，所述预测的桨距角可等于基准桨距角，所述基准桨距角在正常运行情况下计算得出且取决于旋转轴的旋转速度且还可以（通过增益函数）取决于转子叶片桨距角（或对其滤波的形式）。同时考虑到转子加速度（其可作为转子速度导数来得出）和/或转子叶片角度可以改进检测转子叶片桨距角调整故障的可靠性和准确性。

[0022] 根据本发明实施例，预测转子叶片桨距角速度包括：计算预测的转子叶片桨距角的导数。

[0023] 预测的转子叶片桨距角可对应于或者可等于可在控制叶片桨距角的常规控制器中得出的基准叶片桨距角。由此，所述方法可利用在常规系统中得到的参量的优点。导数可以通过获得转子叶片桨距角的两个连续样本值之间的差值且该差值除以两个采样值之间的时间来取得。替代地或另外地，所述导数可以其他方式确定，包括使用模拟电路。

[0024] 根据本发明实施例，基于在基准转子速度和实际转子速度之间的偏差，得出预测的转子叶片桨距角。

[0025] 特别地，基准转子速度也可称为可以是在正常运行下用于产生电能的预期转子速度的额定转子速度。特别是，当实际转子速度等于基准转子速度时，预测的转子叶片桨距角（等于基准转子叶片桨距角）可以是零。然而，当实际转子速度超过基准转子速度时，当实际转子速度和基准转子速度之间的差值增大时，预测的转子叶片桨距角（或基准转子叶片桨距角）可增加。从而，当实际转子速度超过基准转子速度时，冲击在调整到基准转子叶片桨距角的转子叶片上的风的驱动力可减少，从而具有减少转子轴旋转速度的效果。

[0026] 特别地，基准转子速度和实际转子速度之间的偏差可以作为一个误差项被输入到控制器，特别是PI控制器，其中，所述控制器具有由控制器参数所限定的比例项和积分项。此外，比例项和积分项的总和可以乘以增益调度函数（gain scheduling function），所述增益调度函数可取决于实际转子叶片桨距角，特别是转子叶片桨距角的滤波形式。

[0027] 根据本发明实施例，基于在基准转子速度和实际转子速度之间的瞬时和时间积分偏差（an instantaneous and a time integrated deviation），得出预测的转子叶片桨距角。

[0028] 由此，预测的转子叶片桨距角可特别地作为在基准转子速度和实际转子速度之间的瞬时偏差和时间积分偏差的总和来得出，其中，该总和可进一步乘以增益调度函数，所述增益调度函数取决于转子叶片桨距角或其滤波形式。从而简化了实施。

[0029] 根据本发明实施例，预测的转子叶片桨距角 根据下式得出：

[0030]

[0031] 其中，

[0032] 是取决于滤波的转子叶片桨距角 的增益函数，

[0033] 是基准转子速度和实际转子速度之间的偏差，

[0034] 是比例增益，

[0035] 是积分增益。

[0036] 比例增益和/或积分增益可以是常数因子，其可适于使得当所述实际转子速度等于基准转子速度时，桨距角或基准桨距角或预测的桨距角等于零。平衡桨距角可取决于风速且在如高风速下不能为零。如果基准速度匹配所测得的速度，则桨距速度可为零。

[0037] 常规的PI控制器可以使用，从而简化了所述方法。

[0038] 根据本发明实施例，如果所述预测的转子叶片桨距角速度大于最大控制器桨距角速度，则所述预测的转子叶片桨距角速度被重置为所述最大控制器桨距角速度，所述最大控制器桨距角速度是控制器能够改变桨距角的最大速度。

[0039] 由此，一个不切实际的预测转子叶片桨距角速度可替换为最大控制器桨距角速度以提高所述方法的可靠性。

[0040] 根据本发明实施例，如果处于增大转子叶片桨距角的方向上的所述测得的转子叶片桨距角速度大于最小转子叶片桨距角速度阈值，则不指示故障。

[0041] 从而，如果涡轮机控制器目前在转子减速或停止的过程中，可以确保所述检测方法不指示故障。在涡轮机控制器按期望表现的这种情况下，保险系统不会接管功能良好的涡轮机控制器的控制。

[0042] 如果风速连续增加，则桨距角在正常运行下可仅仅连续增加（正速度）。

[0043] 因此，如果涡轮机以一定的桨距角速度(最小桨距角速度)朝停止运行（pitch），则桨距角速度监测可被停用。

[0044] 根据本发明实施例，如果转子速度小于最小转子速度阈值，则不指示故障。由此，可以确保所述检测方法仅当涡轮机运行即转子速度大于最小转子速度阈值（如切出转子速度）时，才指示故障。取决于涡轮机类型，最小转子速度阈值（切出转子速度）可例如为大约2-6RPM。

[0045] 根据本发明实施例，如果所述第一指标和第二指标中的至少一个被满足，则指示故障，其中，如果转子速度大于最大转子速度阈值，则所述第二指标被满足。

[0046] 由此，例如如果所述第一指标和所述第二指标均被满足，则指示故障。在另一个实施例中，如果所述第一指标被满足但是第二指标不满足，则指示故障。在另一个实施例中，如果所述第一指标不满足而第二指标被满足，则指示故障。同时包括第二指标可以提高所述方法的可靠性。

[0047] 根据本发明实施例，如果所述第一指标、第二指标和第三指标中的至少一个被满足，则指示故障，

[0048] 其中，如果下式成立，则所述第三指标被满足：

[0049] 转子速度＞桨距角失控可行速度

[0050] AND

[0051] （ABS（桨距角_A-桨距角_B）＞最大桨距角偏差）OR

[0052] ABS（桨距角_B-桨距角_C）＞最大桨距角偏差）OR

[0053] ABS（桨距角_A-桨距角_C）＞最大桨距角偏差）），

[0054] 其中，

[0055] 桨距角失控可行速度（PitchRunAwayEnableSpeed）是转子速度阈值，例如切出转子速度。

[0056] 桨距角_A是第一转子叶片的转子桨距角

[0057] 桨距角_B是第二转子叶片的转子桨距角

[0058] 桨距角_C是第三转子叶片的转子桨距角，

[0059] 所述第一、第二和第三转子叶片连接到风力涡轮机的轴，

[0060] 最大桨距角偏差（MaxPitchDeviation）是桨距角偏差阈值。

[0061] 特别地，第一、第二和第三指标中的一个、两个或三个可能要求被满足以指示故障。桨距角失控可行速度（切出速度）可例如是2-6RPM，最大桨距角偏差可例如是2至10度。但是，这些值可以根据涡轮机类型等等变化。

[0062] 根据本发明实施例，指示故障进一步包括：启用保险系统使得桨距角增大。

[0063] 启用保险系统可通过从执行所述方法的控制器发送信号（电的和/或光学的）到所述保险系统来执行。保险系统可以是单独的且独立于任何控制器或任何软件的系统，并且可以影响机械设备以改变桨距角，特别是增加桨距角使得冲击风的驱动力减小。

[0064] 根据本发明实施例，提供了一种软件程序，其适于在计算系统（例如，计算机）上执行时实施根据上述一个或多个实施例所述的用于检测转子叶片桨距角调整故障的方法。

[0065] 应当理解的是，单独地或任意组合地公开、描述、使用或应用到一种用于检测转子叶片桨距角调整故障的方法的特征也可单独地或任意组合地应用于或提供有根据本发明实施例的用于检测转子叶片桨距角调整故障的装置，反之亦然。

[0066] 根据本发明实施例，提供了用于检测风力涡轮机的转子叶片的转子叶片桨距角调整故障的装置，所述装置包括：接收部段，其适于接收测得的转子叶片桨距角速度并适于接收实际转子速度；计算部段，其适于基于所述实际转子速度预测转子叶片桨距角速度，并且如果所述测得的转子叶片桨距角速度和所述预测的转子叶片桨距角速度之间的偏差超过速度阈值，则所述计算部段适于确定第一指标被满足；以及输出部段，如果所述第一指标被满足，则所述输出部段适于指示故障。

[0067] 所述装置可以是风力涡轮机控制器的一部分。所述装置可以包括处理器（特别是在计算部段内），所述处理器执行算术/逻辑运算。所述计算部段可以特别地包括读取器，所述读取器用于读取软件程序，所述软件程序带有实施用于检测转子叶片桨距角调整故障的方法的指令。所述软件程序可被读入到计算部段的存储器并可由计算部段执行。所述输出部段可适于发送控制信号到保险系统。根据具体实施例，所述装置还可包括至少测量所述转子叶片桨距角和/或转子叶片桨距角速度和/或转子速度的测量设备。

[0068] 要注意的是，本发明实施例参照不同的主题进行了描述。特别地，一些实施例已参照方法类型的技术方案进行了描述而其他实施例已参照装置类型技术方案进行了描述。然而，本领域技术人员将会从上述以及下面的描述中得知，除非另有说明，除了属于同一类型的主题的特征的任意组合外，与不同主题相关的特征之间（特别是方法类型技术方案的特征和装置类型技术方案特征之间）的任意组合也被认为由本文献公开了。

[0069] 上述限定的方面和本发明进一步的方面通过下文将要描述的实施例的示例而变得显而易见，并参照实施例的示例进行解释。本发明参照实施例的示例将在下文更详细地描述，但本发明不并不限于此。

附图说明

[0070] 图1示意性地示出了风力涡轮机的俯视图，根据本发明实施例，所述风力涡轮机包括检测转子叶片桨距角调整故障的装置；

[0071] 图2示意性示出了根据本发明的用于检测转子叶片桨距角调整故障的装置，所述装置适于实施根据本发明实施例的用于检测转子叶片桨距角调整故障的方法；和[0072] 图3示出了根据本发明替代实施例的用于检测转子叶片桨距角调整故障的装置的示意图。

具体实施方式

[0073] 在附图中的图示是示意性的形式。应该注意的是,在不同的附图中，相似或相同的元件设有相同的附图标记或带有仅在第一位数字不同于相应附图标记的附图标记。

[0074] 在图1的俯视图中所示的风力涡轮机100包括机舱101，其中，转子轴103被支撑在未示出的轴承中且可以在机舱101内旋转。毂部105连接到转子轴103，一个或多个转子叶片107附接到毂部105，其中仅一个转子叶片107在图1中示出。转子叶片107在垂直于转子轴
103的轴线111的旋转平面109中旋转。转子叶片107具有具体的横截面轮廓或翼型，该轮廓或翼型具有相对于弦线113面对风117的更薄侧115和引导远离风117的更厚侧119。转子叶片107可绕转子叶片107的纵向轴线121旋转，以便调整转子叶片桨距角 ，其是在旋转平面
109和弦线113之间的角度。

[0075] 部分示出的风力涡轮机100进一步包括用于检测转子叶片桨距角调整故障的装置123。装置123接收输入信号125、127，输入信号125、127可以包括测得的转子叶片桨距角速度125，即转子叶片107的转子叶片桨距角 随时间变化的速度或速率。转子叶片桨距角速度125可例如使用编码器来测量，编码器基本上测量转子叶片桨距角 并形成该测得的转子叶片桨距角 的导数。装置123进一步接收实际的转子速度127。

[0076] 装置123在图2中示出了进一步的细节。用于检测转子叶片107（或连接到风力涡轮机毂部105的一个或多个其它转子叶片）的转子叶片桨距角调整故障的装置123包括接收部段129，其适于接收所测得的转子叶片桨距角速度125且还适合于接收作为绕其旋转轴线111旋转的转子103的旋转速度的实际转子速度127。进一步地，装置123包括计算部段131，其适于基于实际转子速度127预测转子叶片桨距角速度，并且如果测得的转子叶片桨距角速度125和预测的转子叶片桨距角速度133（在计算部段131内计算）之间的偏差超过速度阈值，则计算部段131确定第一指标被满足。此外，装置123包括输出部段135，如果第一指标被满足，则输出部段135适于指示故障（包括信号137）。

[0077] 信号137可以由此包括用于启用或控制保险系统139的控制信号，保险系统139则适于增加转子叶片桨距角 使得冲击风117引起的驱动力降低或者甚至消失。

[0078] 预测的转子叶片桨距角速度可源自预测的或基准转子叶片桨距角，如以下方程式所定义：

[0079]             （式1）

[0080] 其中，

[0081] 是取决于滤波的叶片桨距角 的增益函数

[0082] 是基准转子速度和实际转子速度之间的偏差

[0083] 是比例增益

[0084] 是积分增益。

[0085] 因此， ref是基准桨距角，Kp是比例增益，Ki=Kp/Ti为积分增益且δ=Ω-Ωref，其中Ω是转子103的转子速度且Ωref是作为风力涡轮机100的额定能量生产运行的转子速度的标称转子速度或基准转子速度或额定转子速度。从而进一步，G=G( )是基于桨距角 的增益调度函数。

[0086] 增益调度函数被定义为：

[0087] 如果

[0088]

[0089] 否则，如果

[0090]

[0091] 否则

[0092]

[0093] 其中

[0094]

[0095] 。

[0096] 所有参数 、 、 和 可以基于控制器的输入参数或基于参数研究调整。

[0097] 从基准转子叶片桨距角 ref，转子叶片桨距角速度可通过微分进行预测，如下所示并假设

[0098] ：

[0099]       （式2）。

[0100] 为了确保预测的桨距角速度不超过最大的控制器桨距角速度，可以进行检查[0101] 如果 ＞最大桨距角速度

[0102] 预测的桨距角速度=最大桨距角速度

[0103] 否则

[0104] 预测的桨距角速度= 。

[0105] 根据本发明实施例，检测方法包括桨距角失控监测器，其计算基于转子速度、加速度和桨距角位置通过上述方程式（式1）预测的桨距角速度并且比较该预测的桨距角速度和例如可基于所测量的位置，如使用液压系统或编码器实际测得的桨距角速度。

[0106] 从而，进行以下计算：

[0107] 桨距角速度误差=预测的桨距角速度－测得的桨距角速度。

[0108] 测得的桨距角速度可作为叶片的平均桨距角速度或图1所示的连接到风力涡轮机100的毂部105的叶片107之间的最大桨距角速度。如果桨距角速度误差变得比某个阈值大，则如图1所示保险系统139的保险系统可被启用。

[0109] 如果桨距角速度误差＞最大桨距角速度误差（第一指标），

[0110] 启用保险系统。

[0111] 为了确保桨距角失控监测器不被触发，如果风力涡轮机目前处于减慢或转子停止的过程中，则执行下面的检查：

[0112] 如果测得的桨距角速度≥最小桨距角速度

[0113] 桨距角速度误差 = -1。

[0114] 即，如果涡轮机以一定的桨距角速度（最小桨距角速度）朝停止运行，则桨距角速度监测器停用。

[0115] 为了确保桨距角速度监测器只在涡轮机运行时启用，可执行以下转子速度的检查：

[0116] 如果转子速度<最小转子速度

[0117] 桨距角速度误差 = -1。

[0118] 关于桨距角速度误差的上述指标也可以被称作第一指标。

[0119] 此外，所述第一指标之外，第二指标可以被定义并且可以在用于检测故障的方法内监测：

[0120] 转子速度＞超速限值（第二指标）。

[0121] 如果转子速度在阈值之上，则保险系统可以被启用。

[0122] 此外，根据桨距角位置偏差监测器（第三指标），另外的第三指标可以评估如下：

[0123] 转子速度＞桨距角失控可行速度

[0124] AND

[0125] （ABS（桨距角_A-桨距角_B）＞最大桨距角偏差）OR

[0126] ABS（桨距角_B-桨距角_C）＞最大桨距角偏差）OR

[0127] ABS（桨距角_A-桨距角_C）＞最大桨距角偏差））

[0128] 其中，

[0129] 桨距角失控可行速度是转子速度阈值

[0130] 桨距角_A是第一转子叶片的转子桨距角

[0131] 桨距角_B是第二转子叶片的转子桨距角

[0132] 桨距角_C是第三转子叶片的转子桨距角，

[0133] 所述第一、第二和第三转子叶片被连接到风力涡轮机的轴，

[0134] 最大桨距角偏差是桨距角偏差阈值。

[0135] 如果转子速度在阈值之上且叶片桨距角之间的偏差超过阈值，则保险系统可以被启用。

[0136] 和常规方法相比，可由图1和2所示的装置123实施的检测方法可以更具鲁棒性，可提供保险系统的更早检测和更少假阳性的启用。

[0137] 装置123可进一步包括程序读取器141，其可适于读取程序代码（已编译或未编译的），代码包括指令，这些指令在由装置123执行时引起执行或执行根据上述本发明实施例的检测方法。

[0138] 图3示出了根据本发明替代实施例的用于检测转子叶片桨距角调整故障的装置的示意图。

[0139] 装置323包括速度传感器343，其感测转子103的旋转速度。测量信号345发送到速度传感器诊断器347且同样发送到监测矩阵349。块351由旋转速度测量值345计算出转子103的旋转速度的加速度353。转子速度的加速度同样输入到监测矩阵349内。失效保险桨距角传感器355感测或检测转子叶片桨距角 并且输出转子叶片桨距角357到桨距角信号诊断器359且同样输出到块361，块361由桨距角357，特别是由桨距角357的时间动因（time cause）来计算转子叶片桨距角速度363。

[0140] 从而，监测矩阵349可以在下列条件下指示故障365：

[0141] 速度监测：

[0142] 转子速度<转子速度_1

[0143] 桨距角失控：

[0144] （

[0145] 转子速度＞转子速度_2 AND

[0146] 转子加速度＞转子加速度_1 AND

[0147] 活塞速度<活塞速度_1

[0148] ）

[0149] OR ABS（活塞速度）＞活塞速度_2。

[0150] 故障信号被发送到接触器367，其然后将控制信号传送到紧急桨距角函数369。

[0151] 基于平衡传输线路（RS485硬件）上的脉冲信号，根据本发明实施例的诊断监测作为接口监测活塞速度并且可以失效保险方式完成。在开始和停止脉冲之间的长度给定活塞的位置。如果在周期时间内接收太多或太少的脉冲，则传感器将被视为故障。

[0152] 通过检测相关转子速度和转子加速度情况的故障状况或桨距动作（而不是转子超速检测）可以更早地且在转子速度达到临界限值之前作出反应。从而，控制器故障情况不会给设计带来驱动负载，且因此可以节约材料成本。控制方法的另一个优点可以在于，控制故障模式可以精确检测。和根据本发明该实施例的方法相比，其他检测方法，例如作为速度函数的加速度可能无法区别桨距失控和电网压降（grid drop）状况。

[0153] 应当指出的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤，且“一”或“一个”不排除多个。同样地，与不同实施例相关联地描述的元件可以组合。还应当指出的是，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。