[發(fā)明專利]一種測量風力發(fā)電機葉片到塔筒的距離傳感裝置

有效

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• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN111980872B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周軍;宋維爾
• 申請（專利權(quán)）人: 南京牧鐳激光科技有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 劉暢

本發(fā)明公開了一種測量風力發(fā)電機葉片到塔筒的距離傳感裝置，包括主控模塊、單線測距模塊、供電接口和數(shù)據(jù)接口，主控進行單線測距模塊的控制以及專用算法的實現(xiàn)，單線測距模塊進行激光測距，每個模塊只進行一個光束的收發(fā)，單線測距模塊數(shù)量不小于3個。供電接口為整機提供供電，數(shù)據(jù)接口為凈空測量結(jié)果的數(shù)據(jù)輸出接口。相比于其他的凈空雷達或凈空監(jiān)測裝置，本發(fā)明具有多個測距光束，每個光束具有一定的角度關(guān)系，可進行獨立測量，利用多光束的優(yōu)勢，采用相關(guān)性檢測等方法，可高效地探測風機葉片距離并且減輕雨霧干擾、提取有效葉片數(shù)據(jù)、降低虛警率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測量領(lǐng)域，尤其是風力發(fā)電機組故障監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種測量風力發(fā)電機葉片到塔筒的距離傳感裝置。

背景技術(shù)

結(jié)合圖1，風力發(fā)電機組塔架凈空為機組葉片的葉尖與葉尖高度處塔筒壁的最近距離，隨著風力機技術(shù)的發(fā)展及能效要求的提高，風力機葉片越來越長、越來越柔，以及風力機在某些工況下存在掃塔的風險或已發(fā)生掃塔事故，發(fā)生掃塔后輕則更換葉片、重則導(dǎo)致整個機組報廢，將帶來巨大的經(jīng)濟財產(chǎn)損失。

凈空監(jiān)測雷達(以下簡稱凈空雷達)為一種實時監(jiān)測葉尖凈空距離的雷達，當監(jiān)測到葉片凈空值接近規(guī)定的最小凈空值時，風機機組主控可立即采取保護性措施，如減速、收槳等。凈空雷達在存量機組上應(yīng)用可起到預(yù)防掃塔、解除危險機組功率限制進而提高發(fā)電量的作用，在未來機組上應(yīng)用可起到降低葉片成本、降低機組設(shè)計壓力的作用。

另外由于風電機組多數(shù)應(yīng)用環(huán)境惡劣，頻繁經(jīng)受雨霧干擾，因此對凈空雷達的環(huán)境適應(yīng)性也提出了要求，凈空雷達需要同時解決準確性及數(shù)據(jù)有效性兩大問題。

目前已有的凈空雷達技術(shù)，可通過探測手段分為三大類，現(xiàn)按照此分類做一下簡述：

1.第一大類：視頻凈空測量或圖像凈空測量(以下簡稱視頻凈空裝置)作為凈空雷達。

此類嚴格來講不能稱為雷達，因此稱之為裝置。視頻凈空裝置采用視頻攝像頭從機艙向下拍攝葉片及塔筒，葉片運轉(zhuǎn)時采用圖像識別的方法識別葉尖及塔筒的圖像距離，通過一定的幾何關(guān)系計算，換算為凈空值。

此類裝置的缺點是：a.算法有效率問題：圖像識別算法的有效性是決定其有效性的重要因素，在烈日大光比、地面較多雜草或石塊干擾等情況下容易丟失真實葉尖邊緣，造成誤判；b.圖像模糊問題：通過攝像頭采集信息的技術(shù)原理限制是決定其有效性的根本因素，在大霧時葉片下半部分邊緣模糊造成測距值偏高，在夜晚光線極弱時攝像頭噪點增高而模糊、補光無法觸及幾十米遠的葉尖也造成測距值偏高，造成誤判；c.成本高：因需要圖像處理算法，需要借助高性能計算設(shè)備實現(xiàn)，因此成本高。

2.第二大類：毫米波雷達作為凈空雷達。此類根據(jù)安裝形式分為兩類：機艙安裝、塔筒安裝。其中塔筒安裝需要考慮偏航需求，需要在葉尖高度處的塔筒上安裝多個寬視場角雷達，實施難度極高、成本極高，不具參考意義，因此不再贅述。

機艙安裝毫米波雷達，通過在機艙尾部或上面向斜下方發(fā)射毫米波波束，通過檢測回波來測量葉片距離。機艙安裝可解決偏航的問題，毫米波雷達可解決雨霧干擾問題。

其缺點是：其先天特性決定了波束主瓣寬度大，傾斜測量時能量更加不集中，同時葉片材料對其回波不強，導(dǎo)致檢測概率低；同時其主瓣寬度大造成了距離測量精度差，無法精確得出凈空值。

3.第三大類：激光測距雷達作為凈空雷達。此類雷達也有兩種安裝方式：機艙安裝、塔筒安裝。如前文所述，塔筒上安裝多個激光測距雷達的方法不可取，不再贅述。

機艙安裝的激光測距雷達，依據(jù)凈空預(yù)警形式又分為兩大類：作為開關(guān)預(yù)警及測量凈空值預(yù)警。

其中作為開關(guān)預(yù)警指僅通過一個激光光束測量距離，無葉片時為地面距離，當有葉片掃過激光束時檢測到葉片距離，然后風機立即進入保護狀態(tài)，其缺點為雨霧適應(yīng)差，容易因霧氣的回光導(dǎo)致檢測到假的距離，導(dǎo)致虛警(錯誤地進行凈空小于安全距離的報警)。