[發明專利]一種風力發電機組葉片凈空監測系統及方法

有效

• 申請號: 202011493904.4
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112628075B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 楊世錫;羅勇水;何俊
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;F03D17/00;G01S17/08;F16M11/04;F16M11/10;F16M11/20;F16M11/22;F16M11/42
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種風力發電機組葉片凈空監測系統及方法。在本發明中，電動滑車與風機主控相連，可以根據風機主控提供的偏航信號使電動滑車隨機組偏航一起運動，由此通過凈空測距儀用于捕獲葉片葉尖實時數據，將信息發送到主控迭代計算出葉片經過塔筒時的預測凈空距離。因為凈空測距儀與葉片之間的距離較近，無盲區，受雨、霧、沙塵、大風等惡劣天氣影響較小，所以測量得到的凈空距離的可靠性比較高。相比較安裝在機艙上，凈空測距儀安裝在電動滑車上隨機組偏航一起運動，不受偏航的限制，可以實時精準測量凈空值。同時葉片塔筒凈空控制方法有多種執行模式，既能保證機組安全運行，又能避免頻繁停機對機組的機械結構帶來不良的影響，保證發電量。

技術領域

本發明涉及風電機組技術領域，特別涉及一種風力發電機組葉片凈空監測系統及方法。

背景技術

葉片凈空是指風電機組風輪轉動時葉片掃過塔筒時，葉尖部位距離塔筒的最小幾何距離。葉片迎風受力旋轉所形成的旋轉曲面形狀往往會隨風力載荷的變化而變化。隨著機主容量的增大，特別是在低風速地區為了捕獲更多的風能，高塔筒、長葉片成為低風速風電機組的標配。隨葉片長度的增加，葉片的剛度隨之減小，葉片在運行中將會產生更大的變形量，為了避免葉片與塔筒間的運動干涉，保證風電機組組的安全運行，需要有效的在線監測手段實時監測葉片與塔筒之間的凈空距離。

目前尚無有效可靠的風電機組葉片塔筒凈空監測方法，有的廠家將圖像捕捉裝置安裝在機艙前面進行凈空距離測量，該種通過對圖像進行分析從而得出距離的方法，無法實時計算出凈空測量值而且需要圖像有較高的清晰度，抗干擾能力差，對測量設備的要求較高；有的廠家采用在風電機組機艙頂部安裝激光測距設備來監測葉片凈空，但實際監測效果差，不能有效監測葉片的凈空距離，同時激光測距設備還會受到雨、霧、沙塵、霧霾、低溫等極端天氣環境的影響，使有效測量距離減小，從而使得監測功能失效；還有的廠家采用在機艙尾部安裝毫米波雷達進行凈空距離測量，該種方法通過向外發射電磁波，當遇到目標物之后電磁波將會反射，進入雷達的接收天線。雷達將接收到的信號與發射信號處理得到目標在雷達極坐標系下距離、速度、角度等信息。毫米波雷達雖有非接觸、全天候、全天時的特點，但是毫米波雷達受安裝條件和風機運行影響較大。

發明內容

本發明的目的在于克服其他技術方案在雨霧沙塵大風等惡劣天氣下天氣適應性較差，有效測量距離短，且風輪高速旋轉下凈空監測精度不高，無法提前測量葉片凈空距離的問題，提出了一種風力發電機組葉片凈空實時監測系統。本發明通過將測距儀安裝在電動滑車上，跟隨機組偏航一起運動，測距儀提前獲取葉片葉尖方位角和距離，迭代計算葉片經過塔筒時葉片凈空距離，根據凈空距離機組提前執行變槳，防止葉片打塔現象發生，以解決上述背景技術中提出的問題。

本發明為了解決上述技術問題提出如下的技術方案：

一種風力發電機組葉片凈空監測系統，其包括設置在塔筒外的凈空測距裝置和凈空控制系統；

所述的凈空測距裝置包括凈空測距儀、測距儀支架、電動滑車、滑軌、和塔筒抱箍；所述塔筒抱箍環繞抱緊在塔筒上，圓環形的滑軌通過若干支撐桿水平固定在塔筒抱箍上，所述凈空測距儀通過測距儀支架安裝在電動滑車的車架上，且凈空測距儀能轉動以調整測距的水平轉動角和俯仰角；所述電動滑車中帶有由電機驅動的滑輪，滑輪與滑軌構成滑動配合，使凈空測距儀能夠在電機驅動下由電動滑車帶動繞塔筒環向360°轉動；

所述的凈空控制系統用于控制凈空測距儀與風機機艙同步偏航運動，獲取凈空測距儀實時捕獲的下一個即將經過塔筒的葉片葉尖方位角和距離，提前計算出葉片經過塔筒時的凈空距離，并根據凈空距離機組提前執行變槳，防止葉片打塔現象發生。

作為優選，所述的凈空測距裝置還包括電纜吊掛，塔外電纜通過電纜吊掛懸掛在滑軌下方，塔內電纜通過解纜裝置解纜。

作為優選，所述的電動滑車的控制模塊與風機主控相連，控制模塊獲取風機主控提供的偏航信號后，控制電動滑車始終隨機組偏航一起同步運動。