[發明專利]一種風力發電機組凈空測量裝置、方法以及風力發電機組

有效

• 申請號: 202110418043.1
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113137344B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 嚴博濤;張魯華;尋征軒;王張良;賈惠文;李燦;賈雙瑞
• 申請（專利權）人: 上海電氣風電集團股份有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;F03D7/02;F03D1/06;F03D9/25;F03D13/20
• 代理公司: 北京博思佳知識產權代理有限公司 11415
• 代理人: 吳梅英

本申請提供一種風力發電機組凈空測量裝置、方法以及風力發電機組，風力發電機組凈空測量裝置包括設于機艙的尾部的激光掃描儀和與激光掃描儀電連接的控制單元，激光掃描儀朝向葉片發射至少一個掃描周期的激光，至少一個掃描周期的激光形成至少一個掃描斜面，掃描斜面相對水平面傾斜向下，且掃描斜面垂直于第一平面，在葉片掃過塔筒的前一刻和/或葉片掃過塔筒的后一刻，至少部分激光投射在葉片的葉尖部；控制單元用于根據激光掃描儀檢測到的葉尖部至激光掃描儀的最小距離，基于三角關系轉化確定葉片的最小凈空距離。本申請解決了現有風力發電機組在運行過程中伴隨偏航和葉片旋轉面受風載變化導致凈空變化測量困難的問題。

技術領域

本申請涉及風力發電機組領域，尤其涉及一種風力發電機組凈空測量裝置、方法以及風力發電機組。

背景技術

風力發電機組的葉尖部與塔筒最小凈空距離是指輪轂轉動時，葉片掃過塔筒時，葉尖部距離塔筒的最小距離。葉片迎風受力旋轉所形成的旋轉曲面形狀會隨風力載荷的變化而變化，為了避免葉片因受風載荷過大而與塔筒形成運動干涉，造成掃塔現象，在風力發電機組設計時，會通過仿真計算模擬各種工況下的葉尖部與塔筒的最小凈空距離，得到最小凈空距離需大于安全距離，確保風力發電機組的運行安全。

由于風資源有限，隨著風力發電機組裝機容量日益增大，導致I到III類風能資源區域的優質風資源被大量開發成風力發電場，風力發電機組的風輪直徑也越來越大，以更好的適應低風速且耗電需求大的中原及沿海區域。這就需要設計更長的葉片，導致風力發電機組運行時葉片的最小凈空距離就不得不進行實時監測，避免出現葉片掃塔嚴重影響風力發電機組運行安全的情況發生。

葉尖部與塔筒動態最小凈空距離測量系統的設計目的是為了實時測量計算出各種風況下機組未長期斷電的葉尖部與塔筒的距離，通過將測量數據實時傳輸給風力發電機組的主控，主控根據測量數據處理計算出實時最小凈空距離，可進行相應邏輯處理判斷最小凈空距離是否達到極限值來觸發警告或報故障，讓風力發電機組及時安全停機，防止出現掃塔事故。

當前市場上的葉片最小凈空距離檢測方式主要為基于高速攝像頭或將多個激光掃描儀安裝在塔筒合適高度掃描計算葉片與塔筒最小凈空距離，攝像頭、多個激光掃描儀都是安裝在塔底或塔筒外壁上。前一種方法需要根據不同偏航方向不斷調整拍攝位置，并需要復雜數據后處理分析，且存在惡劣天氣和夜間無法正常測量的問題；后一種方法雖然能實時準確測量葉片的最小凈空距離，但由于風力發電機組會因風向360°變化跟著風向進行偏航對風，受偏航制約需要同時圍繞塔筒均勻分布安裝多臺激光掃描儀才能完整測量各方向葉片旋轉形成的曲面。

發明內容

本申請提供一種風力發電機組凈空測量裝置、方法以及風力發電機組。

具體地，本申請是通過如下技術方案實現的：

根據本申請實施例的第一方面，提供一種風力發電機組凈空測量裝置，用于測量風力發電機組的葉片最小凈空距離，所述風力發電機組包括塔筒、設于塔筒頂部的機艙和設于所述機艙前部的葉片，所述風力發電機組凈空測量裝置包括：

激光掃描儀，設于所述機艙的尾部；和

控制單元，與所述激光掃描儀電連接；

所述激光掃描儀朝向所述葉片發射至少一個掃描周期的激光，其中，至少一個所述掃描周期的激光形成至少一個掃描斜面，所述掃描斜面相對水平面傾斜向下，且所述掃描斜面垂直于第一平面，所述第一平面為所述塔筒的中軸線與所述機艙的水平中心線相交形成的第二平面，或所述第一平面平行于所述第二平面，在所述葉片掃過所述塔筒的前一刻和/或所述葉片掃過所述塔筒的后一刻，至少部分激光投射在所述葉片的葉尖部；

所述控制單元用于根據所述激光掃描儀檢測到的所述葉尖部至所述激光掃描儀的最小距離，基于三角關系轉化確定所述葉片的最小凈空距離。

可選地，所述激光掃描儀設于所述機艙尾部的正下方或側壁。