用于风力涡轮机的叶片负载感测系统
阅读：459发布：2023-03-08
专利汇可以提供用于风力涡轮机的叶片负载感测系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于 风 力 涡轮 机的 传感器 系统包括： 叶片 负载传感器；被配置为提供关联叶片的 温度 测量值的叶片温度传感器；被配置为输出经温度校正的叶片负载值的负载计算模 块 ；以及与温度传感器 接口 连接的处理单元。该处理单元包括被配置为基于至少一个 风力 涡轮机 参数确定风力涡轮机叶片的估计温度的温度估计器；以及被配置为基于叶片温度测量值与估计叶片温度之间的比较来产生故障 信号 的比较器。本 发明 还提供了一种对应的方法。，下面是用于风力涡轮机的叶片负载感测系统专利的具体信息内容。
1.一种用于风力涡轮机的传感器系统，包括：
叶片负载传感器；
被配置为提供关联叶片的温度测量值的叶片温度传感器；
被配置为输出经温度校正的叶片负载值的负载计算模块；
与所述温度传感器接口连接的处理单元，并且所述处理单元包括：
被配置为基于至少一个风力涡轮机参数来确定所述风力涡轮机叶片的估计温度的温度估计器；以及
被配置为基于所述叶片温度测量值与所述估计叶片温度之间的比较来产生故障信号的比较器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述温度估计器将所述温度传感器附近的所述叶片的估计温度与所述至少一个风力涡轮机参数直接相关。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述温度估计器将所述温度传感器附近的所述叶片的估计温度与所述风力涡轮机的远离所述温度传感器的部件或区域的温度测量值相关。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述温度估计器将所述温度传感器附近的所述叶片的估计温度与周围环境的温度相关。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述温度估计器基于传递到所述叶片内部的净热能来对所述温度传感器附近的所述叶片的温度执行建模。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述比较器被配置为在所述叶片温度测量值与所述估计叶片温度之间的差异超过预定阈值的情况下产生故障信号。
7.根据权利要求1至5所述的系统，其中，所述比较器被配置为基于用于评估所述叶片温度测量值与所述估计叶片温度之间的差异的统计技术的输出来产生故障信号。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述叶片温度传感器形成叶片负载传感器封装的一部分。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述叶片温度传感器被并入到所述关联风力涡轮机叶片的根端中。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，包括多个叶片温度传感器，所述多个叶片温度传感器中的每个被配置为提供相应的叶片温度测量值。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述比较器被配置为将每个叶片温度测量值与相应的估计叶片温度相比较，并且其中，由所述比较器产生的相应故障信号基于这些比较。
12.根据权利要求10或11所述的系统，其中，所述比较器被配置为通过执行对叶片温度测量值的比较来将所述叶片温度传感器的其中之一作为有故障的进行隔离。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述处理单元被配置为在产生故障信号的情况下确定关于至少一个温度传感器的经校正的温度测量值。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述经校正的温度测量值基于由所述温度估计器确定的关联估计温度。
15.根据权利要求13所述的系统，在从属于权利要求10至12中的任一项时，其中，所述经校正的温度测量值基于其它温度传感器中的至少一个温度传感器的温度测量值。
16.根据权利要求13至15所述的系统，其中，所述负载计算单元被配置为在产生故障信号的情况下基于经校正的温度测量值来确定经温度校正的负载值。
17.一种用于评估风力涡轮机的传感器系统的方法，所述方法包括：
确定风力涡轮机叶片的温度测量值；
基于至少一个风力涡轮机参数来确定所述风力涡轮机叶片的估计温度；
确定风力涡轮机叶片的经温度校正的负载测量值；以及
基于所述叶片温度测量值与所述估计叶片温度之间的比较来产生故障信号。
18.一种能够从通信网络下载和/或存储于机器可读介质上的计算机程序产品，包括用于实施方法权利要求17的程序代码指令。
19.一种机器可读介质，其上存储有根据权利要求18所述的计算机程序产品。
用于风力涡轮机的叶片负载感测系统
技术领域
背景技术
[0002] 由于空气动力、重力和惯性力的原因，风力涡轮机的叶片在工作期间会经受负载。过大的负载可能会损坏叶片以及风力涡轮机的其它部件(例如发电机传动系)，并且因此重要的是确保叶片经受的负载保持在可接受极限之内。为了监测这一负载，现代风力涡轮机通常设有叶片负载传感器系统。这样的系统一般包括每个叶片中提供的负载传感器，以测量该叶片经受的负载。负载传感器通常以应变仪的形式提供，并且更具体而言提供为光学应变仪，例如类似于EP1230531中描述的那种。
[0003] 由于所测量的物体(即，叶片)的热膨胀被应变仪检测为应变，或者由于传感器封装自身上的直接温度效应，所有的应变仪都对温度非常敏感。为了解决这个问题，已知有包括温度传感器的叶片负载传感器封装，从而可以使用来自温度传感器的数据针对温度效应补偿负载信号。
发明内容
[0005] 针对这一背景，本发明在第一方面中提供了一种用于风力涡轮机的传感器系统，包括：叶片负载传感器；被配置为提供关联叶片的温度测量值的叶片温度传感器；被配置为输出经温度校正的叶片负载值的负载计算模块；以及与温度传感器接口连接的处理单元。该处理单元包括被配置为基于至少一个风力涡轮机参数确定风力涡轮机叶片的估计温度的温度估计器；以及被配置为基于叶片温度测量值与估计叶片温度之间的比较来产生故障信号的比较器。
[0006] 本发明还扩展到并因此涵盖了一种用于评估风力涡轮机的传感器系统的方法，包括确定风力涡轮机叶片的温度测量值；基于至少一个风力涡轮机参数来确定风力涡轮机叶片的估计温度；确定风力涡轮机叶片的经温度校正的负载测量值；以及基于叶片温度测量值与估计叶片温度之间的比较来产生故障信号。
[0007] 有利地，本发明的实施例提供了判断传感器系统(尤其是风力涡轮机中的叶片负载传感器系统)中的传感器系统的温度测量值是否可以指示不精确读数的能力。这样能够诊断出温度传感器可能发生故障，在这种情况下，可以安排维护流程，但也可以意味着可以采取步骤以用具有更高置信因子的温度值替代。这样的“估计温度”可以是简单的基于模型的方案，其中估计温度被视为与另一风力涡轮机参数相同，例如如以下项中的一个或多个：环境空气温度；风力涡轮机的远离温度传感器的另一部件或区域的温度；来自相同叶片或实际上另一叶片内的另一温度传感器的温度读数；或还有来自另一风力涡轮机的温度读数。
[0008] 在其它实施例中，采用更复杂的建模方案，其中所述温度估计器基于传递到所述叶片内部的净热能对所述温度传感器附近叶片的温度建模。
[0009] 所述比较器可以被配置为在所述叶片温度测量值与所述估计叶片温度之间的差异超过预定阈值的情况下产生故障信号。在其它实施例中，所述比较器可以被配置为基于统计技术的输出来产生故障信号以评估所述叶片温度测量值与所述估计叶片温度之间的差异。
[0010] 在一个实施例中，该系统包括多个叶片温度传感器，所述多个叶片温度传感器中的每个被配置为提供相应的叶片温度测量值。在这种情况下，所述比较器可以被配置为将每个叶片温度测量值与相应的估计叶片温度比较，并且其中由所述比较器产生的相应故障信号基于这些比较。通过这种方式，所述比较器能够通过执行叶片温度测量值的比较将所述叶片温度传感器之一作为有故障的进行隔离。
[0011] 除了将故障隔离以至特定传感器或温度估计器自身之外，该处理单元可以被配置为在产生故障信号的情况下相对于至少一个温度传感器确定校正温度测量值，其可以基于由温度估计器确定的关联估计温度。相应地，可以基于这一校正的温度测量值来计算负载值。
[0012] 在其它方面，本发明还被表达为一种可从通信网络下载和/或存储于机器可读介质上的计算机程序产品，包括用于实施上述方法的程序代码指令；还被表达为其上存储有这样的计算机程序产品的机器可读介质。附图说明
[0013] 现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的一个或多个实施例，在附图中：
[0014] 图1是风力涡轮机的前视图；
[0015] 图2是根据本发明的实施例的叶片负载传感器系统；
[0016] 图3是更详细地示出系统的特征的方框图；以及
[0017] 图4是示出可以由图3的系统执行的方法的步骤的流程图。
具体实施方式
[0018] 参考图1，风力涡轮机10被示为包括安装于塔架14顶部的机舱12，其自身以通常方式被固定到地基16中。机舱12容纳风力涡轮机10的各种发电部件，并且支撑包括轮毂18和三个叶片20的转子。图1中所示的风力涡轮机设施是水平轴风力涡轮机(HAWT)设施，这是一种常见类型的系统，但存在本发明也适用的其它类型。如所周知的，作用于叶片20上的风流使转子旋转，转子驱动机舱12中容纳的发电设备。
[0019] 如上所述，在风力涡轮机10工作期间，由于空气动力、重力和惯性力的原因，叶片20经受负载。为了监测这些负载，根据本发明的实施例，风力涡轮机10设有叶片负载传感器系统，现在将参考图2描述其特征。
[0020] 应该指出的是，在这个阶段，附图是示意性的并出于清晰的目的被简化，并且避免不必要的细节使本发明的原理形式难以理解。当然，在实践中，风力涡轮机10会包括更多部件。本领域的技术人员将认识到，风力涡轮机的实际实施方式中可以存在额外的常规部件，因此暗示它们是存在的。
[0022] 叶片20包括位于叶片20的根端28附近的负载传感器封装30a。负载传感器封装30a包括负载传感器32a和温度传感器34a。温度传感器34a被配置为测量负载传感器32a附近的叶片20的温度，以允许使用来自温度传感器34a的数据针对温度效应补偿负载传感器输出信号。负载传感器封装30a可以接合到叶片20的内表面，或替代地，传感器封装30a可以嵌入在外壳24的结构内或接合到外表面。尽管在所示的实施例中，负载传感器32a和温度传感器34a是集成封装，但也设想，负载和温度传感器可以彼此物理地独立。
[0023] 负载传感器封装30a连接到数据总线36，使得连接到该数据总线36的任何子系统都可以采集负载传感器封装30a的输出信号。一个这样的子系统是处理单元38。处理单元38的功能是从数据总线36采集由负载传感器封装30a的温度传感器34a提供的温度测量信号，并输出经验证或校正的温度信号，或实际上输出负载信号。通过这样做，处理单元38可操作用于对传感器封装进行诊断，以便识别出一个或多个故障的温度传感器，并如将解释的那样采取行动以确保所得的温度传感器和/或负载传感器信号是精确的。处理单元38向数据总线36输出经验证或校正的温度信号和负载信号，使其可用于风力涡轮机10的任何连接的子系统。处理单元38可以替代地被配置为直接向任何相关子系统输出经验证或校正的温度信号和负载信号。
[0024] 此时，应当指出，图2中仅示出了单个叶片20，但在实践中，处理单元38将从其它叶片20上安装的其它负载传感器封装接收数据输入。因此，在图2中，其它负载传感器封装被标记为30b和30c，而没有其相应的叶片，并且也连接到数据总线36。其它负载传感器封装30b、30c当然包括关联的负载传感器32b、32c和温度传感器34b、34c。在下文中，将使用附图标记30参考负载传感器封装及其相应的温度传感器和负载传感器，而参考三个负载传感器封装的具体封装将使用特定附图标记30a、30b和30c。
[0025] 此时，应当提到的是，在图2中，单个处理单元38是所有负载传感器封装30共有的，但是替代地，可以为封装30中的每个提供专用处理单元。而且，尽管相对于每个叶片20仅示出了单个负载传感器封装30，但应当理解，根据应用，可以向每个叶片中构建超过一个负载传感器封装30。
[0026] 如上所述，处理单元38与负载传感器封装30接口连接，以便从温度传感器34接收原始温度测量信号，并被配置为执行验证或校正功能，使得从处理单元38输出的温度信号是可信的。通过这样做，处理单元38被布置为监测(即，接收与之相关的数据信号)一个或多个风力涡轮机参数。一个或多个风力涡轮机参数可以包括，但不限于：机舱温度和环境温度。出于此目的，风力涡轮机10设有向处理单元38提供数据信号的各种传感器。本领域技术人员将认识到，传感器可以视情况经由有线或无线连接向处理单元38提供信号。
[0027] 在图2中可以看出，机舱12包括内部温度传感器40以测量机舱12内部的温度。内部温度传感器40可以是机舱温度控制系统的部分，其将机舱12内部的温度维持在可接受工作极限之内，以防止机舱12内部的发电设备过热。
[0028] 机舱12还包括环境温度传感器42以测量风力涡轮机10附近的环境空气温度。在图2中，环境温度传感器42被示为安装到机舱的气象系统(或“接触拴柱(met mast)”)的部分，但环境温度传感器42可以被简单提供为安装于风力涡轮机10的任何适当部件上或从风力涡轮机10远程提供的温度感测封装。替代地，设想处理单元38可以从外部气象信息源接收关于环境空气温度的信息，该气象信息源可以例如经由常规无线连接而被访问。
[0029] 已经描述了叶片负载传感器系统的部件的一般布置，现在将参考图3描述本发明实施例的其它细节。
[0030] 如上所述，处理单元38的功能是向数据总线36上输出叶片负载信号，该信号精确度可接受，以用于由风力涡轮机其它子系统运行的各种应用。例如，可以运行用于减小叶片加载的应用，并且因此依赖于精确反映叶片实际负载的叶片负载信号。由于负载传感器封装30的温度可能影响输出负载信号，所以处理单元38可操作用于补偿负载传感器信号，以应对关联温度传感器所测量的主要温度。然而，温度传感器可能会发生故障或可能漂移，从而不能正确补偿负载传感器信号，这将意味着依赖于精确负载传感器信号的下游功能也将受到不利影响。因此，在本实施例中，处理单元38设有监测负载传感器封装的温度传感器的输出并起作用以诊断那些传感器中是否有任何传感器正输出故障误信号。如果发现温度传感器发生故障，则可以采取各种行动。例如，可以不考虑与故障温度传感器相关联的负载传感器读数，替代地，可以使用替代温度值来代替来自故障传感器的温度测量值。
[0031] 在概述中，处理单元38包括温度估计器或“温度估计模块”44、比较器46、温度输出模块48和负载计算模块49，在图3中它们被表示为功能块。尽管在图3中未具体示出，但应当理解，处理单元38还包括其上存储适当的软件的存储器区域和运行控制软件的执行环境。应该指出的是，在这个阶段，各功能块示出了处理单元38的特定功能，这样，它们可以在相同的处理环境中或在分布式处理架构上实现于硬件、软件或固件上。亦即，图3中所示的功能架构并非旨在将本发明限制为特定硬件或软件架构、平台或处理环境。本文论述的系统架构仅仅用作示例，以例示本发明的技术功能，并且可以由具有不同具体架构的系统实施本发明。
[0032] 负载计算模块49负责基于来自相应叶片负载传感器32a-c的测量值和其从温度输出模块48接收的相应温度值针对风力涡轮机的每个叶片确定叶片负载值。然而，要注意的是，对从温度输出模块48接收的温度值进行验证，因为要确保它们是相应叶片内实际温度的可接受精确的指示。如现在将要解释的，温度估计模块44、比较器46和温度输出模块48一起提供了这项功能。
[0033] 温度估计模块44在图3中被示为从一个或多个传感器50接收数据输入信号。如图2中所示，这些数据输入信号可以对应于环境温度和机舱温度。
[0034] 温度估计模块44的功能是基于输入信号来输出(负载传感器封装30附近的)每个叶片20的估计温度。为了输出估计叶片温度，温度估计模块44实施叶片温度模型。通过这样做，温度估计模块44做出每个叶片的温度相同的假设。因此，以下描述提到的是单个估计叶片温度。
[0035] 比较器46从温度估计模块44接收数据输入信号，即估计的叶片温度，并从温度传感器34a-c接收所测量的叶片温度。注意，出于清晰目的，在图3中将温度数据示为来自传感器34a-c的直接输入，但也可以从数据总线36向比较器46输入同样的数据。比较器46的功能是识别是否有任何来自传感器34a-c的叶片温度信号无效，如果有，则至少部分地基于三个测量叶片温度信号和估计叶片温度的比较，产生故障信号。如下文将要更详细所述的，故障信号指示温度传感器34中相应一个或多个中何时发生故障。
[0036] 基于故障信号的指示，温度输出模块48的功能是为每个叶片20提供经验证或校正的温度信号。如将要更详细解释的，基于叶片温度传感器34的测量值和/或估计叶片温度，确定经验证或校正的叶片温度信号。因此，上文描述的叶片负载传感器系统允许针对风力涡轮机10的每个叶片20产生可信的叶片温度信号，此外还有叶片负载信号。
[0037] 现在将参考图4更详细地描述图3中所示的叶片负载传感器系统执行的功能。
[0038] 如图4中所示，在步骤100，由相关传感器50测量风力涡轮机参数，例如环境温度和机舱温度。在步骤102，如上所述，温度估计器44接收相关传感器输出并实施叶片温度模型。温度估计器44然后输出在步骤104估计的叶片温度。
[0039] 同时，在步骤106，由安装于叶片20上的温度传感器34测量叶片20的温度。
[0040] 在步骤108，比较器46从温度估计器44和叶片温度传感器34接收信号，并将每个叶片温度测量值与估计的叶片温度进行比较。在步骤110，比较器基于这些比较产生故障信号。
[0041] 根据本发明的不同实施例，比较器46可以被配置为执行各种过程以执行这一比较。现在将描述可以执行的比较过程的一些示例。
[0042] 在比较器46的简单实现中，基于估计叶片温度进行三次双向比较：针对每个测量的叶片温度进行一次。基于这些比较结果，如果传感器34测量的温度与估计叶片温度之间的差异超过预定阈值，比较器则判定温度传感器34已经发生故障。比较器然后相应产生故障信号，指出每个温度传感器34的二元故障状态。
[0043] 上述比较过程相对简单，并且有利地使比较器46的处理负担最小化。然而，设想在其它实施例中，可以对叶片温度传感器输出执行更复杂的分析。更具体地，如将要解释的，以下示例允许比较器46检测故障温度传感器的存在，并考虑到温度估计器可能出现故障，隔离故障的那个传感器。
[0044] 在该示例中，比较器46执行六次双向比较：如以上示例中那样，在每个叶片温度测量值与估计叶片温度之间进行一次；并且在每对叶片温度测量值之间进行一次。这些比较的每次都获得差异信号，指出两个比较温度信号之间的值的差异。比较器46分析这些信号以产生适当的故障信号。因此，如果温度传感器之一发生故障，其温度读数将与其它温度传感器的读数明显不同，并且也将与来自温度估计模块44的估计温度明显不同。替代地，如果温度估计模块44出现了故障，则来自温度传感器的温度测量值将在数值上接近，但预计将与估计温度明显不同。
[0045] 可以通过与预定阈值比较来分析差异信号，类似于上文结合前述示例所述的过程。替代地，可以采用适当的统计方法来提高系统灵敏度而不引起故障传感器的错误指示增大。在该示例中，根据递增/递减计数器或“漏桶”模型的原理分析差异信号，但其它方法(例如累积和(CUSUM)或广义似然比检验(GLRT))同样适用。这样的统计技术是现有技术公知的，因此不必进行详细解释。
[0046] 根据递增/递减计数器方法，将每个差异信号发送到计数器，计数器可以在递增或递减选择器输入的控制下按递增或递减方向改变状态。在差异信号的值高于预定阈值时，选择器输入被视为处于递增状态，并且计数器使其值递增。相反，在差异信号的值低于预定阈值时，选择器输入被视为处于递减状态，并且计数器使其值递增。典型地，计数器还具有最大值和最小值，递增状态和递减状态选择器输入在最大值和最小值处分别没有效果。因此，递增/递减计数器的值根据差异信号输入而增大或减小。在递增/递减计数器的值超过预定阈值时，计数器产生报警信号，其指示与该计数器相关联的比较结果导致显著差异。
[0047] 各预定阈值的适当值是基于传感器的特性和故障检测的所需灵敏度来确定的。这些值可以存储于处理单元的存储器区域中，以由比较器46访问，以便实施递增/递减计数器分析。
[0048] 比较器46然后基于所有递增/递减计数器的输出来产生故障信号。如果与涉及特定叶片温度传感器的全部三次比较相关联的计数器均产生报警信号，那么比较器46将判定该传感器发生故障，并将相应地产生故障信号。类似地，如果与涉及估计叶片温度的全部三次比较相关联的计数器产生报警信号，那么比较器将判定温度估计器发生故障。因为，比较器能够检测并隔离故障温度传感器，并相应地产生故障信号。
[0049] 返回到图4，在步骤112，温度输出模块48基于由比较器46产生的故障信号以及测量和估计的叶片温度，针对每个叶片20输出经验证或校正的温度信号。此外，设想可以向数据总线36输出经校正的温度值，在数据总线处它们可以由风力涡轮机的其它子系统视情况使用。如果故障信号指示特定传感器34正在正确工作，那么温度输出模块48简单地输出与温度传感器34测量的温度相同的对应叶片20的温度信号。因此，验证了传感器34的输出。这些可信的温度信号被输出到负载计算模块49，在此可以使用它们以为叶片20经受的负载确定经温度校正的值。
[0050] 如果故障信号指示该特定传感器34发生故障，那么温度输出模块48为对应叶片20提供经校正的温度信号。在本发明的实施例中，经校正的温度信号是估计叶片温度。在其它实施例中，经校正的温度可以是工作叶片温度传感器的平均值。
[0051] 无论提供哪个输出，都可以考虑负载计算模块49以接收温度的校正或验证值，以便针对风力涡轮机的每个叶片20计算经温度补偿的负载信号。在图4中，负载计算模块49在步骤114计算相应的负载值。负载计算模块49基于来自负载传感器32的原始负载信号和来自温度输出模块48的温度信号计算经温度补偿的负载信号的过程是本领域技术人员公知的技术，例如，基于传感器特性曲线，并且因此这里将不会描述。
[0052] 在以上实施例中，判断叶片温度传感器之一是否故障至少部分基于温度估计模块44的输出。在确定估计叶片温度时，温度估计模块44可以根据所需温度估计的精确度来实施各种形式的温度模型。现在将通过例示描述一些示例。
[0053] 根据本发明的一个实施例，温度估计模块44通过假设叶片温度等于风力涡轮机10附近的环境温度而将估计温度直接与环境温度相关。因此，温度估计模块44仅有一个数据输入信号，即来自环境温度传感器42的环境温度，使得温度估计模块44的输出与输入相同。在这样的实施例中，叶片负载传感器系统不必包括机舱温度传感器40。因此，可以提供一种简单且相对廉价的叶片负载传感器系统。
[0054] 在其它实施例中，设想可以使用其它风力涡轮机参数(即温度测量值)作为估计叶片温度。例如，可以将来自相同叶片内的其它温度传感器之一的温度测量值用作估计温度，或者实际上，给定公共的周围环境，基于叶片温度应当大致相同的理解，将来自风力涡轮机的其它叶片之一中安装的传感器的温度测量值作为估计温度。再者，可以将另一风力涡轮机的温度测量值用于估计温度。
[0055] 测试表明，这种相对简单的叶片温度模型在实践中给出了良好结果，并且所得的估计叶片温度紧密匹配叶片20的实际温度。然而，对于叶片温度传感器的精确度更为重要的环境而言，设想温度估计模块44会实施更复杂的叶片温度模型以给出叶片20的温度的更精确估计。下文以举例的方式描述一个这样的模型。由于假设估计的叶片温度对于风力涡轮机10的每个叶片20都是相同的，以下描述将指代一个叶片20；然而，应当认识到，该描述同样适用于其它叶片20。
[0056] 本文描述的模型估计叶片20的中空内部26中的温度。对于负载传感器封装30接合到叶片20的内表面的实施例而言，这给出了负载传感器封装30附近的叶片20的温度的良好估计。然而，这个模型还适用于在叶片20中的其它地方提供负载传感器封装30的实施例，因为叶片20的腔体26和外壳24处于良好热接触，并且因此共享类似温度。
[0057] 在该实施例中，基于传递到叶片腔体26的净热量构造叶片温度模型。如果确定了净热量传递，则可以根据特定热关系来计算叶片20的温度：
[0058] Q净＝cm(Tb-Ti)
[0060] 为了确定传递到叶片腔体26的热量，必须考虑热量如何往返于叶片20传递。在这种模型中，假设叶片20仅与周围环境和机舱12热接触。通常，热量从机舱12通过叶片20的根部28附近叶片隔板中的孔传递到叶片20，并从叶片20经由叶片外壳24的材料传递到周围。
[0061] 牛顿冷却定律允许确定往返于叶片20传递的热量的量。牛顿冷却定律指出：
[0062]
[0063] 其中：Q为从第一主体传递到第二主体的热量；h为热传递系数；A为热传递表面积；T1和T2分别为第一和第二主体的温度。
[0064] 利用这一关系，并随时间整合，由下式给出传递到叶片腔体26的热量：
[0065]
[0066] 其中：hn和hb分别为机舱12与叶片20之间以及叶片20与周围之间的热传递系数；An为叶片20通往轮毂18的根端28处孔的组合面积；Ab为叶片20的翼形轮廓22的表面积；并且Tn、Tb和Ta分别为机舱、叶片和环境温度。
[0067] 将以上等式与具体热关系组合并包括时间演进因素，本领域技术人员将认识到，由下式给出叶片腔体26的温度：
[0068]
[0069] 因此，提供了一种叶片温度模型，其将负载传感器封装30附近的叶片20的温度与(环境温度传感器42测量的)环境温度和(机舱温度传感器40测量的)机舱温度相关。
[0070] 温度估计模块44可以通过执行一种或多种算法以计算针对估计叶片温度的值来实施以上模型。可以在处理单元38的存储器区域中存储相关常数的值。替代地，可以提前针对一定范围的环境和机舱温度计算估计叶片温度并存储于处理单元38的存储器区域中作为将环境和机舱温度的值相关到估计叶片温度的值的数据集，即查找表。温度估计模块44然后可以查询该查找表以基于在该时刻测量的环境和机舱温度来确定估计的叶片温度。
[0071] 应当理解，在其它实施例中，温度估计模块可以实施其它叶片温度模型。如果适合风力涡轮机10的配置和所需的温度估计精确度，这些模型可以包括影响叶片20温度的任何其它因素的效应。例如，根据本发明实施例的叶片传感器系统可以安装于包括防冰冻系统的叶片中，如图2中虚线框所示并利用附图标记200指出。防冰冻系统200通过在需要时使热空气在叶片腔体26周围循环而防止叶片外壳24表面上结冰。设想该温度模块将实施考虑防冰冻系统200对传递到叶片腔体26的热量影响的叶片温度模型。为此，防冰冻系统200可以包括状态指示器，其向处理单元38提供信号，指示防冰冻系统200向叶片腔体26传递的热量。
[0072] 还设想在本发明的其它实施例中，完全或部分根据经验构造该叶片温度模型。可以从工作的风力涡轮机就地获取或从实验室或车间进行的受控试验获取必要的试验数据。
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