[發明專利]一種通過葉尖發射信號的風力發電機組凈空監測方法

有效

• 申請號: 202011372402.6
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112539143B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 黎相昊;聶飛;茅庭毓;李玉志;黃成彥;黃麗玲
• 申請（專利權）人: 明陽智慧能源集團股份公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;G01C3/00;G01C3/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

1.一種通過葉尖發射信號的風力發電機組凈空監測方法，其特征在于，該方法是通過葉尖安裝的紅外線發射裝置，發射出特定紅外信號，并在風力發電機組的機艙處安裝特制的紅外攝像頭，所述紅外攝像頭能夠過濾無用信號并接收紅外線發射裝置發出的特定紅外信號，并對焦在葉尖掃過塔筒時高度所在的平面和在感光元件上成像記錄，通過已知的對焦平面距離和成像夾角，得出各像素點距離成像中心對應的實際距離，并通過幾何關系計算出葉尖距離塔筒壁的距離，既凈空距離，從而保障風力發電機組安全高效運行，具體如下：

首先，在葉尖處安裝紅外線發射裝置，用于持續向外界發射特定波長的紅外線，在機艙上安裝支架，用于將紅外攝像頭固定在指定的位置，所述支架的左、右側各安裝有一個紅外攝像頭，且位置參數已知，所述紅外攝像頭對焦在葉尖掃過塔筒時所在高度的平面，根據紅外攝像頭的鏡頭視角和該平面距離紅外攝像頭的垂直距離，劃分出各像素點距離中心的實際幾何距離，兩個紅外攝像頭圓形成像區域在塔筒前方區域有所重疊，能夠進行雙重校驗；

當凈空距離沒有進入紅外攝像頭視角范圍時，風力發電機組正常發電；

當葉尖進入其中一個紅外攝像頭視角范圍時，該紅外攝像頭開啟高速分析模式，即對進入塔筒前方的葉尖凈空距離進行計算；

當葉尖進入到兩個紅外攝像頭成像相交區域時，葉尖的紅外線發射裝置發射的紅外線被兩個紅外攝像頭接收并成像記錄，根據成像的位置，通過三角函數關系計算出葉尖所在位置，從而得出凈空值；

當葉尖離開兩個紅外攝像頭相交區域時，紅外攝像頭暫停高速分析模式，節省計算資源和降低功耗。

2.根據權利要求1所述的一種通過葉尖發射信號的風力發電機組凈空監測方法，其特征在于，凈空距離計算方法如下：

已知紅外攝像頭距離葉尖掃過塔筒時所在的高度平面距離為h和紅外攝像頭的鏡頭視角a，根據三角函數公式得在凈空高度平面位置的圓形區域直徑d＝tan(a/2)*h*2，并在考慮鏡頭畸變情況下，獲得圓形區域內任意一點到圓心中軸線對應的實際距離R，即徑向距離R；

當葉尖進入到一側紅外攝像頭時，準備開始計算凈空距離，但由于剛進入時葉尖未必在凈空高度平面，因此不進行凈空距離計算，而葉尖在紅外攝像頭中移動軌跡為一條弧線，只有在塔筒前方特定區域計算值才有意義；

對參數進行如下定義：從塔筒中心望向葉輪方向，左手側為左側紅外攝像頭，右手側為右側紅外攝像頭；

左側紅外攝像頭拍攝到的畫面的中心定義為直角坐標系原點，將風力發電機組前后方向定義為直角坐標系Y軸，將風力發電機組左右方向定義為直角坐標系X軸，將葉尖紅外信號在左側紅外攝像頭中拍攝的畫面所在點的位置與坐標系原點相連的直線線段長度定義為R1，該直線線段與坐標系X軸形成的銳角定義為a1；

右側紅外攝像頭拍攝到的畫面的中心定義為直角坐標系原點，將風力發電機組前后方向定義為直角坐標系Y軸，將風力發電機組左右方向定義為直角坐標系X軸，將葉尖紅外信號在右側紅外攝像頭中拍攝的畫面所在點的位置與坐標系原點相連的直線線段長度定義為R2，該直線線段與坐標系X軸形成的銳角定義為a2；

將兩個紅外攝像頭位置垂直投影在葉尖掃過塔筒時高度所在平面的兩點相連的線段，與葉尖掃過塔筒時高度所在的平面的塔筒外壁最短的直線距離定義為L；由于紅外攝像頭位置、塔筒尺寸和葉尖掃過塔筒時高度都是固定不變，因此L為固定常量；

當葉尖進入到塔筒前方特定區域時，兩個紅外攝像頭都監測到紅外線發射裝置發出的特定紅外信號，由于塔筒前方區域窄以及葉輪直徑大，因此認為葉尖掃過塔筒區域時，能夠根據紅外攝像頭測量和計算出的信號的徑向距離R和鏡頭視角a，得出對應的距離L1≈sin(a1)*R1≈sin(a2)*R2；同時采用兩個紅外攝像頭分別計算出的L1值提高計算結果的準確性和可靠性，計算出的L1后再加上已知的距離L便是凈空數值，通過該凈空數值，風力發電機組采用不同的控制策略，保證機組的發電量與安全；

當葉尖離開兩個紅外攝像頭相交視角區域時，則停止計算凈空數值。