基于净空监测的叶片叶尖距的控制方法与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于净空监测的叶片叶尖距的控制方法。


背景技术：

2.风力发电机组叶尖与塔筒壁之间的最短距离直接反应叶片结构设计的刚度范围，为了叶片与整机一体化设计减重，可通过实时监测与控制叶尖与塔筒壁之间的距离实现整机减重降本的目的。行业已有的风力发电机组叶尖与塔筒壁距离的监测方法在实现实时测距的同时，还伴有计算量大、测量不准确、测量进度较慢、安装困难大以及可靠性难以保证等缺点。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种基于净空监测的叶片叶尖距的控制方法，实现实时监测叶尖至塔筒壁的净空距离；再根据测距仪监测数据，对叶尖至塔筒壁的距离分为正常、警示、极限三个级别，对不同距离级别设定相应控制程序，达到实时监测风力发电机组净空并控制叶尖距的目的。
4.本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种基于净空监测的叶片叶尖距的控制方法，包括如下步骤：
5.实时获取叶尖至塔筒外壁的水平距离；
6.测量机组叶片自然净空和极限净空，并根据自然净空和极限净空设定叶尖距的阈值；
7.将实时获取的叶尖至塔筒外壁的水平距离与阈值进行比较，并根据叶尖距与阈值的大小关系对叶片进行控制。
8.进一步，所述实时获取叶尖至塔筒外壁的水平距离，还包括在塔筒两侧分别设置测距仪，两个测距仪位于同一水平面，两个测距仪和塔筒轴线同线设置。
9.进一步，通过两台测距仪同时测量叶尖至两台测距仪的直线距离d、水平方向角度α和竖直方向角度β，通过风力发电机的控制系统记录测距仪的测量数据并以此计算叶尖至塔筒壁的水平距离其中r为塔筒外径。
10.进一步，所述测量机组叶片自然净空nc和极限净空lc，并根据自然净空和极限净空设定叶尖距的阈值，还包括根据叶片自然净空和极限净空对控制系统在中储存的叶尖数据做归一化处理。
11.进一步，所述阈值设置为l1＝lc+0.3
×
(nc
‑
lc)、l2＝lc+0.1
×
(nc
‑
lc)、l3＝lc。
12.进一步，所述将实时获取的叶尖至塔筒外壁的水平距离l与阈值进行比较，并根据叶尖距与阈值的大小关系对叶片进行控制，包括：
13.l≥l1，不对叶尖距进行控制；
14.l1>l≥l2，叶片净空预警，计算第一预设时间内测量的净空平均值，大于(l2+l1)/
2时，不做叶尖距控制；小于(l2+l1)/2时，调整叶片桨距角，保证叶尖距l≥l2；
15.l2>l≥l3，向机组中控输入信号，调整叶片桨距角，保证叶尖距l≥l2；
16.l≤l3，变桨电机控制叶片变桨角度为0
°
，处于收桨状态，机组停止运行。
17.由上述技术方案可知，本发明的有益效果：本发明提供一种基于净空监测的叶片叶尖距的控制方法，包括如下步骤：实时获取叶尖至塔筒外壁的水平距离；测量机组叶片自然净空和极限净空，并根据自然净空和极限净空设定叶尖距的阈值；将实时获取的叶尖至塔筒外壁的水平距离与阈值进行比较，并根据叶尖距与阈值的大小关系对叶片进行控制。实现实时监测叶尖至塔筒壁的净空距离；再根据测距仪监测数据，对叶尖至塔筒壁的距离分为正常、警示、极限三个级别，对不同距离级别设定相应控制程序，达到实时监测风力发电机组净空并控制叶尖距的目的。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
19.图1为本发明的流程示意图；
20.图2为本发明的测距仪的安装示意图；
21.图3为本发明的测距仪另一视角的安装示意图；
22.附图标记：
[0023]1‑
测距仪；2
‑
塔筒；3
‑
叶片。
具体实施方式
[0024]
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0025]
请参阅图1～3所示，本发明提供一种基于净空监测的叶片叶尖距的控制方法，包括如下步骤：
[0026]
实时获取叶尖至塔筒外壁的水平距离；
[0027]
具体的，在塔筒两侧分别设置测距仪，两个测距仪位于同一水平面，两个测距仪和塔筒轴线同线设置。进一步，通过两台测距仪同时测量叶尖至两台测距仪的直线距离d、水平方向角度α和竖直方向角度β，通过风力发电机的控制系统记录测距仪的测量数据并以此计算叶尖至塔筒壁的水平距离其中r为塔筒外径。
[0028]
测量机组叶片自然净空和极限净空，并根据自然净空和极限净空设定叶尖距的阈值；
[0029]
具体的，净空是指叶片叶尖至塔筒外壁的最短距离。自然净空指风电机组停止运行时，叶片不受风载，处于自然下垂状态，叶尖与塔筒外壁的距离，此时净空最大；极限净空指风电机组处于满发状态，叶片受风载最大，此时净空最小。然后根据叶片自然净空和极限
净空对控制系统在中储存的叶尖数据做归一化处理。
[0030]
通过设置叶尖距控制程序阈值，所述阈值设置为l1＝lc+0.3
×
(nc
‑
lc)、l2＝lc+0.1
×
(nc
‑
lc)、l3＝lc。
[0031]
叶尖距控制为风力发电机组叶片扫塔预警机制，以停机状态下叶片尖部至塔筒外壁的最短距离为叶尖的总行程，该行程为第1条所述自然净空nc。叶片叶尖至塔筒外壁的距离由雷达测距系统实时测量并反馈控制系统，针对极端天气下会出现的叶尖扫塔风险，对风力发电机组运行时叶尖至塔筒的距离制定三级预警机制，在测距系统和控制系统中设定对应的阈值(l1、l2、l3)及控制方案。
[0032]
然后通过该方案将实时获取的叶尖至塔筒外壁的水平距离与阈值进行比较，并根据叶尖距与阈值的大小关系对叶片进行控制。
[0033]
具体的，控制系统将叶尖距归一化值与方案阈值对比判断，启动对应叶尖距控制程序：
[0034]
l≥l1，不对叶尖距进行控制；
[0035]
l1>l≥l2，叶片净空预警，计算第一预设时间内测量的净空平均值，l大于(l2+l1)/2时，不做叶尖距控制；l小于(l2+l1)/2时，调整叶片桨距角，保证叶尖距l≥l2；
[0036]
l2>l≥l3，向机组中控输入信号，调整叶片桨距角，保证叶尖距l≥l2；
[0037]
l≤l3，变桨电机控制叶片变桨角度为0
°
，处于收桨状态，机组停止运行。
[0038]
本发明中一方面对叶片叶尖距实时监测系统；另一方面对叶尖距进行控制。叶片叶尖距实时监测系统包括风力发电机组(塔筒、机舱、风轮、叶片)、测距仪、测距仪支架、控制系统。机舱底部与塔筒顶部连接，机舱前面连接风轮，在风力发电机组前后方空地上分别固定一套测距仪支架并安装测距仪，使两台测距仪和风力发电机组在一条线上，并调整测距仪方向使其可以测量一定高度范围内的叶尖距离和测量角度；控制系统计算出叶尖与塔筒壁的距离，并对叶尖距的级别做出判别，最终执行对应的叶尖距控制方案。
[0039]
本发明公开了基于净空监测的叶片叶尖距的控制方法，两台测距仪反别处于风电机组前后方向空地上，保证风电机组360
°
偏航过程中对叶尖进行准确测距，控制系统程序对测量数据后处理得出叶尖与塔筒壁的实时最短距离(叶尖距)；对实时叶尖距的大小做分级处理，并制定对应的叶尖距控制方案，在保证风电机组安全运行的同时，还能保证机组最大发电量。本发明的测距系统及控制系统都安装简便，测距精确稳定，控制系统可根据实时叶尖距快速反应，实现实时测距与叶尖距控制，为后续风电叶片设计的减重降本也提供一定的空间。
[0040]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。