[發明專利]用于風機單葉片安裝的主動反饋控制方法和裝置

有效

• 申請號: 201810870024.0
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN109139389B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 任政儒;蔣致禹;施偉;由際昆;寧德志
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;F03D13/10;F03D80/00
• 代理公司: 21200 大連理工大學專利中心
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于海洋工程技術領域，用于風機單葉片安裝的主動反饋控制方法和裝置，包括采集系統、監測系統、計算系統和執行系統。本發明適用于大型海上風機的安裝。對于單葉片安裝這種方法本身，風機結構總運輸時間較短。在應用本發明的方法以后，裝配過程得到極大程度的加快，從而降低裝配時間和操作等時。因此，本方法有利于整體降低風機安裝時長，降低風機總成本，從而有利于降低風能上網電價，增加風電競爭力，促進清潔能源的推廣使用。

技術領域

本發明屬于海洋工程技術領域，特別涉及的是一種用于風機單葉片安裝的主動反饋控制方法和裝置。

背景技術

對于體積日漸增大的海上風機，單葉片安裝作為一種風機葉片安裝方法，具有其突出的特點。首先，甲板利用率更高，安裝船單次可以運送更多的風機組件，從而降低平均運輸時長。其次，該安裝方法對起重裝置要求低，更廣泛的安裝船可以用來實現此安裝。然而其需要分步安裝各個葉片，故總體安裝時長增加，操作等時受到天氣限制。通常安裝方案為，在天氣條件允許時，起吊葉片到風機輪轂高度，利用纜繩來被動限制葉片運動范圍，從而提高裝配成功率。通常安裝平均風速為8-12m/s。當一段時間內，葉片根部的運動滿足必要的條件，則進行裝配；若葉片根部運動過大，則等待合適天氣情況使得葉片運動降低；若等待超過一定時長后，葉片根部運動依然過大，則放下葉片，待天氣條件滿足后重復以上步驟。此方法很大程度上受天氣限制(平均風速)，反而使安裝成本增加。因此，如果能采用一種有效的控制方法，加快葉片的安裝過程，提高安裝成功率，可很大程度上減小海上風機的安裝成本。

發明內容

本發明的目的：不同于以往的被動減搖方案，本發明利用纜繩上的力的主動控制系統，來補償風力作用于葉片上的載荷，從而可以在同等風速下極大的降低葉片根部晃動，實現安裝成功率的大幅提高。當風速及湍流風超過傳統的安裝范圍時，本方法依然可以實現安裝操作的順利進行。因此，本方法擴展了單葉片安裝操作對于環境的限制、提高風機安裝效率、降低安裝成本、推動風電作為清潔能源的適用范圍。

本發明的技術方案：

用于風機單葉片安裝的主動反饋控制裝置，包括采集系統、監測系統、計算系統和執行系統；

采集系統和監測系統部署于當前設備(吊車、葉片、纜繩、輪轂)上，提取當前設備的數據信息；計算系統根據采集系統和監測系統提取到的數據信息，采用主動控制方法，確定吊車、葉片的運行軌跡，從而由執行系統完成最終的葉片吊裝操作；

所述的采集系統包括位移傳感器、風速和風向傳感器和葉片姿態傳感器；位移傳感器用于測量葉片重心處和葉片根部中心點14的實時位移，其為衛星定位系統如GPS，或為動作捕捉裝置；風速和風向傳感器為一個以上，固定于機艙1、吊車8、安裝船、待安裝葉片11或吊具上；風速和風向傳感器可以為風杯式、螺旋槳式、熱線式、超聲波式、激光多普勒式的風速計；葉片姿態傳感器采用慣性導航模塊或動作捕捉裝置，用于測量葉片姿態；

所述的監測系統主要由輪轂運動監測模塊、葉片運動監測模塊、吊車運動監測模塊、纜繩張力監測模塊和環境監測模塊組成；輪轂運動監測模塊由安裝在輪轂2上的若干定位模塊及若干捷聯式慣導系統組成；葉片運動監測模塊由安裝在葉片11和吊具上的若干定位模塊及若干捷聯式慣導系統組成；吊車運動監測模塊由安裝在吊車8頂端的定位模塊及捷聯式慣導系統組成；纜繩張力監測模塊由安裝在具有主動張力控制的纜繩12上的若干張力傳感器組成；環境監測模塊由安裝在操作室、吊車8、吊具、風機樁基礎6上的若干風力計組成；

輪轂運動監測模塊、葉片運動監測模塊和吊車運動監測模塊均經過傳感器融合和濾波器共同作用，提供平滑的、無延遲的、實時對應位置的運動位移和速度信息；