[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

本發明公開了一種通過葉尖發射信號的風力發電機組凈空監測方法，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，實現高準確性、高可靠性和較低成本的凈空監測，從而保障風力發電機組安全高效運行。

技術領域

本發明涉及風力發電機組凈空監測的技術領域，尤其是指一種通過葉尖發射信號的風力發電機組凈空監測方法。

背景技術

隨著風力發電機組容量的增大，葉片的加長，新型葉片材料的應用，葉片凈空顯得越來越重要。若葉片凈空不足，則可能存在葉片與塔筒碰撞的風險，為了保證風力發電機組的安全運行，則需要實時監控葉片凈空。

為了避免葉片掃塔筒的情況發生，采用實時測量葉片掃過塔筒時距離塔筒的距離，再通過變槳來控制葉片的變槳角度以及風輪轉速，減少葉片所受的風載荷，使葉片凈空距離加大以滿足安全距離要求，葉片凈空距離是指葉片葉尖距離塔筒的距離。

目前凈空監測方案較少，總的來說可以分為以下幾種方案：

一、機艙安裝測距儀方案：通過在機艙頂部安裝測距儀測量機艙某點到葉片的距離，再通過幾何關系，采用數學方法推算出葉片距離塔筒的距離。該方案缺點在于，凈空值采用幾何數學方法推算，并未測量出真正凈空值，若存在安裝偏差或測距儀后期發生移動，則推算出的凈空值結果不準，存在風險性。且由于測距儀在機艙，距離葉尖較遠，距離越遠越容易受到干擾。

二、機艙安裝攝像頭方案：通過在機艙頂部安裝攝像頭，拍攝葉片到塔筒的視頻，利用機器學習等方法推算出葉片距離塔筒的凈空距離。此方法容易受到雨霧雪天氣對可見度影響的干擾，且機器學習等方式存在一定誤報性和技術不成熟性，同時視覺識別需要耗費大量計算資源，因此成本較高。

三、塔筒圓周方向安裝多個測距雷達方案：為了在風機各偏航角度下均實現凈空監測，在塔筒周圍安裝多個測距雷達，實現對塔筒360°范圍覆蓋監測，并通過計算各雷達的反射信號，獲得葉片凈空距離。該方法由于采用多個測距雷達，計算量大，導致其成本極其高昂，不利于推廣。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出了一種通過葉尖發射信號的風力發電機組凈空監測方法，通過葉尖主動發射紅外信號，機艙處安裝紅外攝像頭接受信號并計算出凈空距離的方式，實現高準確性、高可靠性和較低成本的凈空監測。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種通過葉尖發射信號的風力發電機組凈空監測方法，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；其具體情況如下：

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；