[發明專利]一種風能或潮流能發電機組俯仰與偏航力矩的在線間接測量系統及方法

有效

• 申請號: 202210194300.2
• 申請日: 2022-03-01
• 公開（公告）號: CN114458516B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 顧亞京;李海濤;劉宏偉;林勇剛;李偉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F03B11/00
• 分類號: F03B11/00;F03D17/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種風能或潮流能發電機組俯仰與偏航力矩的在線間接測量系統及方法。包括來流流速測量模塊、發電機轉速測量模塊、槳距角測量模塊和計算機；來流流速測量模塊測量葉輪中心處流速；發電機轉速測量模塊測量發電機轉速；槳距角測量模塊測量各葉片的槳距角；計算機接收流速、轉速和槳距角信號，通過在線計算得到發電機組的俯仰力矩和偏航力矩，并將測量和計算數據實時顯示和存儲。本發明實現發電機組可靠的俯仰與偏航力矩在線測量，為機組實時運行狀態監測以及機組主動載荷控制提供關鍵數據，提高整機運行的安全性和可靠性，并為機組優化設計過程提供可靠數據參考，降低機組設計成本；測量系統及方法的實現難度小、成本低、可靠性高。

技術領域

本發明屬于新能源發電裝備領域，具體涉及一種風能或潮流能發電機組俯仰與偏航力矩的在線間接測量系統及方法。

背景技術

作為新興的可再生能源裝備，風能發電裝備已經實現了大規模應用，潮流能發電裝備已經完成了從原理驗證到工業化樣機的發展階段。目前，裝備運行可靠性和成本成為風能、潮流能發電行業發展的瓶頸問題。其中，機組俯仰力矩和偏航力矩等非對稱載荷的在線測量技術是一項關鍵技術。

非對稱載荷在線測量的準確性會影響機組實時運行狀態監測以及機組主動載荷控制，關系到整機運行的安全性和可靠性；同時，非對稱載荷測量的準確性也會間接影響機組設計過程中的安全裕量問題，從而影響設計和運維成本。

對于風能或潮流能發電裝備，現有技術多采用直接測量方法，例如安裝應變片或光纖光柵傳感器等，進行載荷測量。例如，中國專利《一種海上風電機組載荷測試裝置及方法》，公開號CN113250915A，其特征在于，將多個應變片傳感器分別布置在風電機組的葉根、葉中、主軸、塔筒等位置，各應變片傳感器通過數據采集器與工控機相連接，工控機獲取各傳感器的應力統計平均值，計算得到不同位置處載荷；中國專利《一種基于FBG的風機葉片載荷測量方法及應用》，公開號CN112665766A，其特征在于，在風電機組的每個葉片上設置對應的光纖光柵傳感器組，測量傳感器組輸出波長變化值，通過計算得到葉片實時載荷。此類直接測量方法存在以下缺點：在機組的旋轉部件如葉片、主軸等位置安裝傳感器，安裝、供電、電纜走線、信號傳輸等的實現難度大；被測部件的高剛度影響傳感器的準確性。對于潮流能發電裝備，由于水下環境的復雜性，其非對稱載荷的直接測量面臨更大的難題，且水流和泥沙沖擊會使傳感器壽命降低。

本發明提出一種基于間接測量的系統及方法進行風能或潮流能發電機組俯仰與偏航力矩在線測量，降低實施難度，提高測量的可靠性和可推廣性。

發明內容

為了解決背景技術中的問題，本發明提供了一種能對風能或潮流能發電機組俯仰力矩與偏航力矩進行在線間接測量、可靠性高、成本低的系統。該測量系統的測量方法能夠實時獲取風能或潮流能發電機組的俯仰力矩與偏航力矩，實現難度小。

本發明采用的技術方案如下：

一、一種風能或潮流能發電機組俯仰與偏航力矩的在線間接測量系統

包括來流流速測量模塊、發電機轉速測量模塊、槳距角測量模塊和計算機；來流流速測量模塊用于測量發電機組葉輪中心處的流速，發電機轉速測量模塊用于測量發電機組的發電機轉速，槳距角測量模塊用于測量發電機組各葉片的槳距角；來流流速測量模塊、發電機轉速測量模塊和槳距角測量模塊均通過通信線纜與計算機實現串口通信連接，分別將流速信號、轉速信號和槳距角信號傳輸至計算機。

所述計算機根據接收到的流速信號、轉速信號和槳距角信號在線計算風能或潮流能發電機組的俯仰力矩和偏航力矩，并將流速信號、轉速信號、槳距角信號、俯仰力矩和偏航力矩進行實時顯示和存儲。

對于風能發電機組：所述來流流速測量模塊采用測風儀，固定于發電機組機艙外的頂部；所述發電機轉速測量模塊安裝于發電機組機艙內的齒輪箱高速軸處；所述槳距角測量模塊布置于發電機組葉輪輪轂內部的變槳裝置處。