操作风力涡轮机
阅读：0发布：2021-06-23
专利汇可以提供操作风力涡轮机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提出了一种用于操作 风 力 涡轮 机的方法，其包括以下步骤：‑获得撞击 风力 涡轮机 的大气的至少一个 湍流 特性（133），‑基于至少一个获得的湍流特性（133）确定至少一个风力涡轮机特定参数（134）；以及‑根据至少一个确定的涡轮机特定参数（134）来操作风力涡轮机。此外，提出了一种风力涡轮机和装置以及 计算机程序 产品和计算机可读介质，以用于执行所述方法。，下面是操作风力涡轮机专利的具体信息内容。
1.一种用于操作风力涡轮机的方法，包括以下步骤
-获得撞击所述风力涡轮机的大气的至少一个湍流特性（133）；
-基于所述至少一个获得的湍流特性（133）确定至少一个风力涡轮机特定参数（134）；
以及
-根据所述至少一个确定的涡轮机特定参数（134）来操作所述风力涡轮机。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
所述至少一个风力涡轮机特定参数（134）表示声发射。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤
-获得所述至少一个湍流特性（133）
-基于所述风力涡轮机的至少一个转子叶片的至少一个测量的转子叶片特性（132），并且-基于所述风力涡轮机的至少一个转子叶片的转子叶片特性与撞击所述风力涡轮机的大气的风力涡轮机特定流入特性之间的第一相关性（121）；
-确定所述至少一个风力涡轮机特定参数（134）
-基于所述至少一个获得的湍流特性（133），并且
-基于涡轮机特定湍流特性与涡轮机特定参数之间的第二相关性（122）。
4.根据权利要求3所述的方法，其中
所述至少一个转子叶片特性表示至少一个转子叶片的振动强度。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中
所述至少一个转子叶片的振动强度基于由以下装置所提供的至少一个测量信号获得-至少一个加速器传感器，和/或
-至少一个应变计传感器，和/或
-至少一个非定常压力传感器，
其分配至所述至少一个转子叶片。
6.根据权利要求5所述的方法，其中
所述至少一个测量信号在可限定的频率范围中被滤波。
7.根据权利要求6所述的方法，其中
确定所述至少一个经滤波的测量信号（131）的信号能量（132）。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中
所述第一相关性（121）表示所述信号能量（132）和量k0.5uin之间的比例其中
k表示湍流动能，
uin是局部平均叶片流入速度。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中
所述至少一个湍流特性表示：
-湍流强度，或
-湍流动能，或
-湍流耗散。
10.根据权利要求9和8所述的方法，其中
根据下式获得所述湍流强度的值：
其中
IT表示湍流强度，
uin是局部平均叶片流入速度，
k是湍流动能。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，
根据下式获得所述湍流动能
其中
A是由所述第一相关性限定的比例常数，
HFAC是所述信号能量（132），
uin是所述局部平均叶片流入速度。
12. 一种风力涡轮机，包括
处理单元，其被设置为
-获得撞击所述风力涡轮机的大气的至少一个湍流特性（133），
-基于所述至少一个获得的湍流特性（133）确定至少一个风力涡轮机特定参数（134）；
并且
-根据所述至少一个确定的涡轮机特定参数（134）来操作所述风力涡轮机。
13.一种包括和/或关联于处理器单元和/或硬布线电路和/或逻辑装置的装置，其被设置成使得根据前述权利要求1至11中的任一项所述的方法能够在其上执行。
14.一种能够直接加载到数字计算机的存储器中的计算机程序产品，其包括用于执行根据权利要求1至11中的任一项所述的方法的步骤的软件代码部分。
15.一种计算机可读介质，其具有适于使计算机系统执行根据权利要求1至11中的任一项所述的方法的步骤的计算机可执行指令。
操作风力涡轮机
技术领域
背景技术
[0002] 与风力涡轮机相关的日益增长的关注是声发射，特别是也被称为噪声污染或噪声发射的噪声的发射。因此，由进入或流入的风引起的噪声、特别是由流入风湍流撞击风力涡轮机引起的噪声早已被怀疑是风力涡轮机噪声发射的实质贡献者。特别高水平的风湍流导致增加的声发射。为了补偿这一点，可减少风力涡轮机的高水平的湍流以便减少声发射。
[0003] 用于确定湍流特性（例如测量流入风的湍流水平（其还可被称为“湍流强度”））的一种可能性，是基于转杯风速计风速测量进行的。转杯风速计需要大约例如10分钟的平均时间来测量湍流强度，并且因此不适合于考虑湍流强度的精确涡轮机控制。
[0004] 根据一个可能的实施例，一个或多个风速计可安装在气象塔（“MET塔”）上，该气象塔可定位在朝向主导风向例如大约200m的位置。可使用不同类型的风速计，例如，位于塔上的各种高度处的转杯风速计/风向标组合。作为有利的实施例，可使用超声波风速计，其不包括运动部件并应用例如20Hz的采样率，使得它们特别适合于精确地分辨湍流特性。
发明内容
[0006] 因此，本发明目的是克服上述缺点，并且特别是提供一种用于操作风力涡轮机的改进的方法，尤其是通过在风力涡轮机的操作期间减少声发射。
[0008] 为了克服该问题，提供了一种用于操作风力涡轮机的方法，包括以下步骤-获得撞击风力涡轮机的大气的至少一个湍流特性，-基于至少一个获得的湍流特性确定至少一个风力涡轮机特定参数，以及
-根据至少一个确定的涡轮机特定参数来操作风力涡轮机。
-根据至少一个确定的涡轮机特定参数来操作风力涡轮机。
[0009] 所提出的解决方案聚焦于，基于撞击风力涡轮机的大气的至少一个获得的湍流特性来确定至少一个风力涡轮机特定参数，例如声发射或疲劳负载，从而相应地控制风力涡轮机的操作。通过准确且快速地评估湍流特性以及借助适当的操作控制适当地补偿，将提供对至少一个风力涡轮机特定参数的调节处理，从而提供将补偿湍流特性中的可能变化的自适应控制。
[0010] 在一个实施例中，至少一个风力涡轮机特定参数表示声发射。
[0011] 风力涡轮机特定参数可以是源自风力涡轮机的转子叶片的声发射。湍流特性可以是进入风（“流入湍流”）场的湍流水平（“湍流强度”），其中风场的湍流水平与来自叶片的声发射具有直接关系（“关系”或“相关性”）。通过确定流入湍流并且大体上理解声发射将如何与其（其可特定于单个机器，例如基于叶片设计或操作模式）成比例，可使用若干控制策略来降低噪声水平。
[0012] 在另一实施例中，所述方法可包括以下步骤：-获得至少一个湍流特性
-基于风力涡轮机的至少一个转子叶片的至少一个测量的转子叶片特性，并且-基于风力涡轮机的至少一个转子叶片的转子叶片特性与撞击风力涡轮机的大气的风力涡轮机特定流入特性之间的第一相关性，
-确定至少一个风力涡轮机特定参数，
-基于至少一个获得的湍流特性，并且
-基于涡轮机特定湍流特性与涡轮机特定参数之间的第二相关性。
-基于风力涡轮机的至少一个转子叶片的至少一个测量的转子叶片特性，并且-基于风力涡轮机的至少一个转子叶片的转子叶片特性与撞击风力涡轮机的大气的风力涡轮机特定流入特性之间的第一相关性，
-确定至少一个风力涡轮机特定参数，
-基于至少一个获得的湍流特性，并且
-基于涡轮机特定湍流特性与涡轮机特定参数之间的第二相关性。
[0013] 通过在叶片处直接实施测量，能够在几秒钟而不是几分钟内获得湍流特性。
[0014] 第一相关性可表示一种关系，例如叶片振动和大气的流入特性之间的比例，基于此，可获得湍流特性。为此，各种参数（例如，空气的密度、叶片的质量、叶片的升力系数等）可被吸收到单个比例常数中。例如借助使用风速测定法得到的湍流特性的直接测量结果与叶片振动的直接测量结果之间的相关性，该单个比例可容易地在风力涡轮机的设置期间（即，之前）通过实验确定。
[0015] 第二相关性可表示涡轮机特定参数与湍流特性之间的关系，所述涡轮机特定参数可以是声发射，所述湍流特性基于第一相关性获得。类似于第一相关性，第二相关性可在风力涡轮机的操作开始之前通过实验确定。
[0016] 在又一实施例中，至少一个转子叶片特性表示至少一个转子叶片的振动强度。
[0017] 在下一实施例中，至少一个转子叶片的振动强度基于由以下装置所提供的至少一个测量信号获得-至少一个加速器传感器，和/或
-至少一个应变计传感器，和/或
-至少一个非定常压力传感器，
其分配到至少一个转子叶片。
-至少一个应变计传感器，和/或
-至少一个非定常压力传感器，
其分配到至少一个转子叶片。
[0018] 湍流特性可以由分配到至少一个转子叶片的传感器（例如，加速度计或应变计传感器）确定。叶片上（叶片根部处或整个叶片结构上）的所得的测量信号可用于确定流入湍流。作为示例，通过分析这些测量信号的时间历史，可确定叶片振动的加速度，从而给出湍流特性的表示，即撞击叶片的湍流结构。
[0019] 替代性地，可借助使用远程感测技术的对转子前方的风场的直接测量来确定湍流特性。可能的实施例是安装在机舱上的LIDAR（“激光检测和测量”）或SODAR（“声音/声波检测和测量”）或RADAR。
[0020] 根据至少一个确定的涡轮机特定参数操作风力涡轮机可取决于确定湍流特性的类型（加速度计感测，应变感测或远程感测）以及风力涡轮机用于控制操作的（多个）控制参数。因此，如果感测到湍流强度的增加，则可应用若干控制策略/技术来控制声发射。
[0021] 这可包括转子RPM（每分钟转数）、组合的节距、单个节距，随动或主动襟翼以及甚至偏航角。所有这些方法将例如具有相同的目标，以维持期望的声发射，其以至少一个声参数（诸如SPL（“声压级”））为特征，并且因此需要补偿增加的湍流诱发噪声水平。作为示例，将优化控制方案以便维持期望的声发射，而同时将从涡轮机输出的电功率最大化。
[0022] 还有一个实施例，至少一个测量信号在可限定的频率范围内被滤波。
[0023] 作为示例，至少一个测量信号（例如由加速度计提供）可被处理，例如通过变换到频域中并且通过在例如5Hz和12.5Hz之间应用滤波器。
[0024] 根据另一实施例，确定至少一个经滤波的测量信号的信号能量。
[0025] 基于经滤波的测量信号，可获得相应转子叶片的振动强度作为叶片特性的一个可能参数。
[0026] 用于振动强度的度量是“信号的积分能量”（“信号能量”）。 该量也可被称为“高频加速度计内容”（HFAC），并且可根据以下等式计算：其中
Saa是加速度计信号的功率谱密度，并且
f1和f2分别是感兴趣的频率范围的下限和上限。
Saa是加速度计信号的功率谱密度，并且
f1和f2分别是感兴趣的频率范围的下限和上限。
[0028] 根据另一实施例，至少一个湍流特性表示：-湍流强度，或
-湍流动能，或
-湍流耗散。
-湍流动能，或
-湍流耗散。
[0029] 在又一实施例中，根据下式获得湍流强度的值：其中
IT表示湍流强度，
uin是局部平均叶片流入速度，
k是湍流动能。
IT表示湍流强度，
uin是局部平均叶片流入速度，
k是湍流动能。
[0030] 根据下一实施例，根据下式获得湍流动能其中
A是由第一相关性限定的比例常数，
HFAC表示信号能量,
uin是局部平均叶片流入速度。
A是由第一相关性限定的比例常数，
HFAC表示信号能量,
uin是局部平均叶片流入速度。
[0031] 上述问题还借助一种风力涡轮机来解决，该风力涡轮机包括：处理单元，其被设置为
-获得撞击风力涡轮机的大气的至少一个湍流特性，
-基于至少一个获得的湍流特性确定至少一个风力涡轮机特定参数，并且
-根据至少一个确定的涡轮机特定参数来操作风力涡轮机。
-获得撞击风力涡轮机的大气的至少一个湍流特性，
-基于至少一个获得的湍流特性确定至少一个风力涡轮机特定参数，并且
-根据至少一个确定的涡轮机特定参数来操作风力涡轮机。
[0032] 上述问题还借助包括和/或关联于处理器单元和/或硬布线电路和/或逻辑装置的装置来解决，该装置被设置为使得本文描述的方法可在其上执行。
[0033] 所述处理单元可包括以下项中的至少一个：处理器、微控制器、硬布线电路、ASIC、FPGA、逻辑装置。
[0036] 在以下附图中示出和图示了本发明的实施例：图1以块图示出了所提出的解决方案的示例性实施例的示意性概述；
图2以抽象方式图示了叶片振动和湍流强度之间的相关性；
图3示出了一个图表，其将声压级SPL与借助叶片加速度测量的湍流强度的相关性可视化。
图2以抽象方式图示了叶片振动和湍流强度之间的相关性；
图3示出了一个图表，其将声压级SPL与借助叶片加速度测量的湍流强度的相关性可视化。
具体实施方式
[0037] 根据所提出的解决方案，将基于转子叶片特性（例如，至少一个相应转子叶片的振动强度）来确定湍流特性（例如撞击风力涡轮机的进入风的湍流强度）。基于叶片特性获得的这种类型的湍流强度也可被称为“等效湍流强度”。基于此，可获得涡轮机参数，例如在操作期间源自风力涡轮机的声发射，其中可以根据获得的声发射来控制风力涡轮机的操作。
[0038] 图1在块图100中示出了所提出的解决方案的示例性实施例的示意性概述。因此，块图将过程步骤的顺序可视化，所述过程步骤可逻辑地分成：聚焦于至少一个传感器信号的测量、滤波和处理的过程步骤（由框110突出显示）；和分配至涡轮机控制器功能的过程步骤（由框120突出显示）。
[0039] 根据所提出的方法，控制器功能120基于若干风力涡轮机特定相关性，其例如将在开始风力涡轮机的指定操作之前（即在风力涡轮机的设置期间）在相应的风力涡轮机中获得或限定和实现。作为示例，“实施”意味着根据存储在相应风力涡轮机的存储器中的一个或多个查找表来组织相关信息。
[0040] 因此，第一相关性121表示叶片特性与大气的流入特性的关系，大气的流入特性又特别地与例如撞击风力涡轮机的风或气流的湍流特性相关。湍流特性可以是感兴趣的湍流参数，例如湍流强度、湍流动能或湍流耗散率。
[0041] 此外，第二相关性122表示湍流特性与至少一个涡轮机特定涡轮机参数（例如，声发射）的关系。
[0042] 在该示例中，可在湍流强度和发射的声级之间建立第二相关性122，所述声级例如通过总的声压级（“SPL”）来量化。
[0043] 声压或声音压力是由声波引起的与环境（平均或平衡）大气压力的局部压力偏差。在空气中，能够使用传声器测量声压（参见例如https://en.wikipedia.org/wiki/Sound_pressure）。
[0044] 根据所提出的解决方案，第一和第二相关性121、122表示风力涡轮机特定“物理模型”（由框123指示），基于此控制信息被获得以用于相应的风力涡轮机的操作控制（由框124指示）。
[0045] 现在将在下文中参考并更详细地解释每个处理步骤：基于测量的叶片振动获得HFAC（“高频加速度计内容（high frequency accelerometer content）”）：
根据所提出的解决方案的示例性实施例，在第一步骤111期间，基于一个或多个加速器传感器（也称为加速度计）获得撞击风力涡轮机的大气的湍流特性，所述一个或多个加速器传感器位于风力涡轮机的一个或多个叶片中，以评估一个或多个转子叶片的“振动强度”，其中振动强度继而表示直接在转子平面中的湍流强度或湍流水平。
根据所提出的解决方案的示例性实施例，在第一步骤111期间，基于一个或多个加速器传感器（也称为加速度计）获得撞击风力涡轮机的大气的湍流特性，所述一个或多个加速器传感器位于风力涡轮机的一个或多个叶片中，以评估一个或多个转子叶片的“振动强度”，其中振动强度继而表示直接在转子平面中的湍流强度或湍流水平。
[0046] 作为示例，三轴加速度计位于每个转子叶片的例如30m翼展方向的测点处。测量信号（“传感器信号”），即加速度信号（由箭头130表示），表示沿着襟翼方向轴线的振动测量的结果，即垂直于转子叶片的弦线的加速度。可使用该测量信号130，因为预期到由于湍流引起的非定常升力显著高于非定常拖曳力，并且因此应该导致更强的振动信号，并且因此导致更明显的加速度信号130。该测量信号130的可能的采样率可以是25Hz。
[0047] 在下一步骤112期间，步骤111的所得测量信号130被处理，例如通过转换到频域中并且通过在例如5Hz和12.5Hz之间应用滤波器。
[0048] 所得的经滤波的测量信号131（也被称为“加速度计信号频谱的高频部分”）被传递到随后的处理步骤113，从而获得相应转子叶片的振动强度作为叶片特性的一个可能的参数。
[0049] 用于振动强度的度量是“信号的积分能量”131。该量可被称为“高频加速度计内容”（HFAC），并且可根据以下等式来计算： (1)
其中
Saa是加速度计信号的功率谱密度，并且
f1和f2分别是感兴趣的频率范围的下限和上限。
其中
Saa是加速度计信号的功率谱密度，并且
f1和f2分别是感兴趣的频率范围的下限和上限。
[0050] “高频加速度计内容”（HFAC）也可以被称为信号能量。
[0051] 对于以（m2/s4）/Hz为单位给出的Saa，HFAC则具有m/s2的单位，并且如果加速度信号130在f1和f2之间被带通滤波，则等效于加速度信号130的均方根。频率下限可选择为例如
5Hz，以便避免叶片的主谐振模式，并且上限可根据系统的奈奎斯特频率（即12.5Hz）来选择。
5Hz，以便避免叶片的主谐振模式，并且上限可根据系统的奈奎斯特频率（即12.5Hz）来选择。
[0052] 所得的HFAC（由箭头132指示）可以作为输入参数被转发到控制器功能120。
[0053] 在风力涡轮机的设置期间：使HFAC量与气流的涡轮机动能相关可使用尺度分析以便在风力涡轮机的操作开始之前使HFAC量与湍流特性相关—尺度分析的结果被实现为限定物理模型123的第一相关性121。
[0054] 因此，作为假设，叶片框架中的湍流波长由以下等式给出： (2)
其中
uin是局部平均叶片流入速度（即，由于风和转子的旋转运动而入射在叶片的每个翼展方向区段处的流入速度），并且
f是叶片表面处的湍流波动的频率。
其中
uin是局部平均叶片流入速度（即，由于风和转子的旋转运动而入射在叶片的每个翼展方向区段处的流入速度），并且
f是叶片表面处的湍流波动的频率。
[0055] 给定5Hz至12.5Hz的所述频率范围并且假定典型的叶片局部流入速度在大约50m/s和100m/s之间，引起这些振动的湍流波动将具有大约5m至20m的波长。这意味着湍流波长相对于叶片弦长来说非常大，并且准定常空气动力学分析应该是足够的。在该假设和线性空气动力学的假设下，叶片上的空气动力与局部动压F成比例： (2.1)
其中
u是局部叶片流入速度。
其中
u是局部叶片流入速度。
[0056] 局部叶片流入速度u可扩展成-局部平均叶片流入速度uin（平均项），和
-局部扰动叶片流入速度u'（扰动项），
其中：
u=uin+u'
并且基于(2.1)
(2.2)
比例的右手侧现在包括定常项uin2和非定常项2uinu'+u'2。定常项可假定为由来自叶片内部的定常反作用力平衡，并且不会对测量的振动有贡献（即，1/旋转信号远远低于5Hz）。
另外，假定平均流动分量uin远大于扰动分量u'，因此可以忽略项u'2。此外，预测相应转子叶片的振动加速度与叶片上的非定常空气动力成比例（即，忽略叶片刚度和振动系统中的阻尼效应），
从而得到期望的比例：
(2.3)
其中
a是叶片区段的襟翼方向加速度，
uin是局部平均叶片流入速度，
u'是局部扰动叶片流入速度。
-局部扰动叶片流入速度u'（扰动项），
其中：
u=uin+u'
并且基于(2.1)
(2.2)
比例的右手侧现在包括定常项uin2和非定常项2uinu'+u'2。定常项可假定为由来自叶片内部的定常反作用力平衡，并且不会对测量的振动有贡献（即，1/旋转信号远远低于5Hz）。
另外，假定平均流动分量uin远大于扰动分量u'，因此可以忽略项u'2。此外，预测相应转子叶片的振动加速度与叶片上的非定常空气动力成比例（即，忽略叶片刚度和振动系统中的阻尼效应），
从而得到期望的比例：
(2.3)
其中
a是叶片区段的襟翼方向加速度，
uin是局部平均叶片流入速度，
u'是局部扰动叶片流入速度。
[0057] 转子叶片框架中的流动情况应当与在气象塔处得到的测量结果相关。假设在这些长度尺度上实现局部各向同性，根据Kolmogorov的假设（参见例如https://en.wikipedia.org/wiki/Turbulence#Kolmogorov.27s_theory_of_1941），可以得出，波动速度u'在统计上独立于叶片的取向。然后，通过其定义，湍流动能k与u'的均方成比例，即
(2.4)
其中u，v和w是三个速度矢量分量。应当注意，叶片区段的框架中的波动速度预期等于（在统计意义上）在固定框架中测量的值。 也就是说，转子的旋转运动影响“平均”局部流入速度，但是围绕平均值的波动与该运动无关。因此，在固定框架中测量的湍流动能k应该近似等于叶片框架中的量。取方程（2.3）的比例两边的均方根，得到以下方程的最终比例
(3)
其中
arms是经滤波的加速度信号131的均方根，
k表示气流的湍流动能，其现在由气象塔上的轮毂高度处的超声波风速计测量的值给出，并且
uin是局部平均叶片流入速度。
(2.4)
其中u，v和w是三个速度矢量分量。应当注意，叶片区段的框架中的波动速度预期等于（在统计意义上）在固定框架中测量的值。 也就是说，转子的旋转运动影响“平均”局部流入速度，但是围绕平均值的波动与该运动无关。因此，在固定框架中测量的湍流动能k应该近似等于叶片框架中的量。取方程（2.3）的比例两边的均方根，得到以下方程的最终比例
(3)
其中
arms是经滤波的加速度信号131的均方根，
k表示气流的湍流动能，其现在由气象塔上的轮毂高度处的超声波风速计测量的值给出，并且
uin是局部平均叶片流入速度。
[0058] 项uink0.5还可被称为撞击风力涡轮机的大气的“流入特性”。
[0059] 等式（3）的比例可通过实验验证。图2示例性地示出了HFAC与量uink0.5之间的关系/相关性，其中使用HFAC（即，如果加速度信号在5Hz和12.5Hz之间被带通滤波，则实际上是arms）代替arms。
[0060] 图2基于为简单起见使用的尺度关系以抽象方式示出了叶片振动和湍流强度之间的关系/相关性。也就是说，各种参数（例如，空气的密度、叶片的质量、叶片的升力系数等）已被吸收到单个比例常数（下文中称为“A”）中。借助使用风速测定法得到的湍流特性的直接测量结果和叶片振动的直接测量结果之间的相关性，该单个比例常数A可容易地在风力涡轮机的设置期间通过实验确定，如图2所示。比例常数A将是风力涡轮机特定的和位置相关的。与比例常数A的分析计算相比（这将是非常麻烦的，并且涉及沿着叶片的质量和升力分布，以及详细的湍流分布模型），可预期到通过实验确定比例常数A的过程远更简单并且可能更准确。
[0061] 图2的示例将高频加速度计内容（HFAC）相对于表示撞击风力涡轮机的大气的流入特性的量k0.5uin可视化。因此，湍流动能k可被测量，例如借助风力涡轮机的逆风向上的200m处的声波风速计，并且需要几分钟的风速数据来计算。能够使用少至几秒的数据来计算量HFAC。图2的每个数据点表示10分钟的平均值。
[0062] 确定表示湍流特性的湍流强度IT因此，反映在图2中的等式（3）的比例可改写成
其中
A表示将由实验确定的比例常数“A”（例如，A=172.4），并且
uin是到转子叶片的区段的局部平均叶片流入速度，其可基于叶片的转子速度和风速来计算。
其中
A表示将由实验确定的比例常数“A”（例如，A=172.4），并且
uin是到转子叶片的区段的局部平均叶片流入速度，其可基于叶片的转子速度和风速来计算。
[0063] 根据在图2中可视化的图表200，横坐标201表示量uink0.5，并且第一纵坐标202表示用于代替arms的HFAC（如果加速度信号130在5Hz和12.5Hz之间被带通滤波，则其实际上是arms）。
[0064] 平均局部流入速度uin被计算为加速度计的位置处的风矢量与旋转速度的矢量和的大小。将HFAC的值作为来自三个叶片的平均值。每个标出点210表示10分钟的数据段，并且所使用的整个数据组包含大约40小时的数据。数据通过由第二纵坐标203表示的平均风速U着色，以便示出该比例针对涡轮机操作条件的宽范围是成立的。
[0065] 然后可使用图表200中所示的线性拟合（由线220指示）来计算给定数据段的湍流动能k。应当注意，虽然湍流动能k的值由于包括湍流的大长度尺度而需要大约例如10分钟来计算，但是HFAC的值能够在大约例如若干秒的时段内计算，因为其特别地仅包括高于5Hz的频率。在随后的分析中，每个HFAC值被映射到来自该线性关系220的湍流动能k的值，该湍流动能k然后用于计算每个15秒数据段的湍流强度。所得的湍流强度的值也可被称为“等效湍流强度”，以便反映它不是正式计算的湍流强度值的事实。
[0066] 因此，在基于经滤波的叶片加速度信号131的均方根确定实际的HFAC量之后，并基于已知的比例常数A，并基于已知的局部平均叶片流入速度uin，涡轮机动能k的对应值能够根据下式获得湍流强度IT的对应值可相应地获得：
（等效）湍流强度IT的结果值（由箭头133指示）将用作基于相关性122的后续处理步骤的输入参数。
（等效）湍流强度IT的结果值（由箭头133指示）将用作基于相关性122的后续处理步骤的输入参数。
[0067] 在风力涡轮机的设置期间：使声压“SPL”量与湍流强度量相关：图3示出了图表300，其中横坐标301表示（等效）湍流强度IT，并且其中纵坐标302表示以dB（分贝）单位量化的声压级SPL。图表300将总SPL与借助叶片加速度测量的（等效）湍流强度TI的相关性122可视化。类似于关系121，在风力涡轮机的操作开始之前已经通过实验确定了关系122，并且已经相应地将其存储在风力涡轮机的存储器中。因此，每个数据点310表示15秒的测量结果。曲线320示出了数据点310的值分布的对数拟合。
[0068] 确定表示声发射的声压级“SPL”基于所确定的湍流强度值133并且基于在风力涡轮机的设置期间已经存储的相关性
122，可确定表示当前源自风力涡轮机的声发射的对应SPL值（由箭头134指示）。
122，可确定表示当前源自风力涡轮机的声发射的对应SPL值（由箭头134指示）。
[0069] 控制风力涡轮机操作由SPL值134表示的所确定的声发射将被用作控制风力涡轮机（124）的操作的输入参数，控制风力涡轮机（124）的操作是通过调节至少一个感兴趣的风力涡轮机参数来进行的，例如下列中的至少一个：
-叶片节距，
-转子扭矩，
-转子速度（RPM，每分钟转数）。
-叶片节距，
-转子扭矩，
-转子速度（RPM，每分钟转数）。
[0070] 应当注意，基于叶片振动（即振动强度）确定湍流强度133是推导大气的湍流特性的所提出的解决方案的一个示例性实施例。其他可能的实施例可以是-湍流动能的直接确定，和/或
-湍流耗散率的确定，和/或
-获得HFAC与声发射的相关性。
-湍流耗散率的确定，和/或
-获得HFAC与声发射的相关性。
[0071] 根据所提出的解决方案的又一替代实施例，可使用不同种类的传感器，例如可分配至一个或多个转子叶片的应变计传感器。因此，与叶片振动有关的叶片变形也可由应变计传感器检测。然后，随后的几乎相同的过程将产生非定常叶片应变（“叶片特性”）和湍流特性之间的比例，并且继而产生使用应变计测量湍流特性（如湍流强度）的方法。
[0072] 根据又一替代性实施例，叶片特性可基于至少一个转子叶片上的前缘附近的非定常压力来确定。因此，在叶片空气动力学边界层没有转变为湍流状态的情况下，转子叶片的前缘附近的压力波动是由于流入特性引起的并且因此是湍流特性。因此，基于在转子叶片上测量的压力特性确定湍流特性也将实现所提出的声发射的确定。
[0073] 转子或转子轮毂的控制将取决于确定方法（加速度计感测，应变感测或远程感测）和涡轮机用于调节其操作的（多个）控制参数。作为示例，风力涡轮机具有若干当前和可能未来的技术，当确定了增加的湍流强度时能够应用这些技术来控制声发射。这些包括转子RPM、组合的节距、单个的节距、随动或主动的襟翼以及甚至偏航角。所有这些方法将具有相同的基本目标，以维持期望的声发射，其以至少一个声参数（诸如SPL）为特征，并且因此需要补偿湍流诱发噪声的增加水平。理想地，控制方案将被优化，以便保持期望的声发射，同时将从涡轮机输出的电功率最大化。
[0074] 基本的控制水平是降低转子RPM，并且继而降低叶片速度，这将直接减少由湍流产生的噪声。第二控制方案是当感测到湍流强度的增加时使转子倾斜（较小的迎角）。这也可通过慢速作用的襟翼或使涡轮机偏航而以较慢的尺度应用，以减小叶片上的失速裕度并确保转子声发射的噪声达标。更复杂的控制方法是使用测量信号（或远程感测）的时间历史来确定在叶片到叶片基础上的最佳叶片操作（节距角或襟翼角）。由于风速的波动将具有一些梯度，所以使用先前的叶片数据（振动、应变等）来控制下一叶片的操作。这将是连续的循环，因为每个接连的叶片将用于控制随后的叶片。
[0075] 如果利用远程感测技术，则可在进入风撞击转子之前进行进入风场的采样。通过知道期望什么样的风，转子可预期风并且可在撞击其的特定风的最佳条件下操作。为此，将需要利用连续的前馈控制系统，使得叶片前方的风场会被涡轮机监测和知晓，以便对涡轮机操作进行适当的调节。
[0076] 主动襟翼也将在操作中带来更多灵活性，因为其可单独地且彼此独立地沿整个转子调节操作（不同于要调节整个叶片的叶片节距）。这意味着局部湍流变化可沿着叶片的整个翼展被处理，而不仅仅是在集合体的基础上。
[0077] 通过准确且快速地评估湍流特性并适当地补偿，能够保证达到更高湍流强度的声发射（如噪声水平），并且提供具有自适应控制的能力，所述自适应控制将补偿这些变化的湍流强度。所提出的解决方案使用在5Hz以上的频率下的叶片中的测量的振动能量，以用于评估湍流特性。根据示例性实施例，可使用在30m翼展方向的测点处的安装在叶片上的襟翼方向加速度计。如已经关于图2所解释的，高频加速度计内容（HFAC）与平均10分钟的湍流强度良好相关。则益处在于，该振动能量能够在短得多的时间段（大约几秒）内测量，使得其更有助于用作控制系统测量结果。
[0078] 加速度计测量结果能够用于以几秒钟而不是几分钟来评估湍流特性。此外，测量直接在叶片上进行，该叶片被流入条件的变化最显著地影响并且是主要的湍流噪声发生体。由于这个原因以及传感器稳健性，安装在叶片上的加速度计为接收能够用于控制策略的实时反馈提供了良好的解决方案。
[0079] 上述的量HFAC基于仅高于例如5Hz的加速度计信号频谱内容。这意味着该量能够在少至例如0.2秒内计算。然而，更长的计算时间可能有益于稳健性的目的，其中具体要求尚待确定。通过监测HFAC的变化，涡轮机控制器能够适应成或多或少地积极作用于其节距设置和速率中。
[0080] 提出的解决方案提供了在保持声达标的同时使涡轮机能量性能最大化的能力。这带来对于涡轮机所有者更好的投资收益率（ROR），以及在涡轮机所有者、涡轮机四邻和提供者或风力涡轮机技术人员之间的更好的关系。
[0081] 作为优点，可扩展在风力涡轮机设备上提供的合同条款和保证，这带来相应的风力涡轮机供应商在全球市场中的更好的竞争地位。
[0083] 为了清楚起见，应当理解，贯穿本申请的“一”或“一个”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其它步骤或元件。
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