技术特征：
1.一种风能或潮流能发电机组俯仰与偏航力矩的在线间接测量系统，其特征在于：包括来流流速测量模块(1)、发电机转速测量模块(2)、桨距角测量模块(3)和计算机(4)；来流流速测量模块(1)用于测量发电机组叶轮中心处的流速，发电机转速测量模块(2)用于测量发电机组的发电机转速，桨距角测量模块(3)用于测量发电机组各叶片的桨距角；来流流速测量模块(1)、发电机转速测量模块(2)和桨距角测量模块(3)均通过通信线缆(5)与计算机(4)实现串口通信连接，分别将流速信号、转速信号和桨距角信号传输至计算机(4)。2.根据权利要求1所述的一种风能或潮流能发电机组俯仰与偏航力矩的在线间接测量系统，其特征在于：所述计算机(4)根据接收到的流速信号、转速信号和桨距角信号在线计算风能或潮流能发电机组的俯仰力矩和偏航力矩，并将流速信号、转速信号、桨距角信号、俯仰力矩和偏航力矩进行实时显示和存储。3.根据权利要求1所述的一种风能或潮流能发电机组俯仰与偏航力矩的在线间接测量系统，其特征在于：对于风能发电机组：所述来流流速测量模块(1)采用测风仪，固定于发电机组机舱外的顶部；所述发电机转速测量模块(2)安装于发电机组机舱内；所述桨距角测量模块(3)布置于发电机组叶轮轮毂内部的变桨装置处。4.根据权利要求1所述的一种风能或潮流能发电机组俯仰与偏航力矩的在线间接测量系统，其特征在于：对于潮流能发电机组：所述来流流速测量模块(1)采用流速流向仪，布置于发电机组叶轮中心点沿潮流方向正前方的位置处；所述发电机转速测量模块(2)安装于发电机组机舱内；所述桨距角测量模块(3)布置于发电机组叶轮轮毂内部的变桨装置处。5.采用权利要求1～4任一所述系统的风能或潮流能发电机组俯仰与偏航力矩的在线间接测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)根据三维建模软件构建发电机组的叶片三维模型，通过三维仿真分析，得到叶片受力等效作用点的位置坐标，并计算叶片受力等效作用点与叶轮中心的距离；步骤2)来流流速测量模块(1)、发电机转速测量模块(2)、桨距角测量模块(3)分别将测量得到的流速信号、转速信号、桨距角信号传输至计算机(4)；步骤3)计算机(4)将接收到的流速信号、转速信号、桨距角信号进行滤波处理，去除噪声干扰；根据步骤1)中仿真得到的叶片受力等效作用点和叶轮中心的距离，以及滤波后得到的叶轮中心处流速、发电机转速和各叶片的桨距角数据，实时计算得到风能或潮流能发电机组的俯仰力矩和偏航力矩；步骤4)计算机(4)将步骤2)中实测得到的流速、发电机转速和各叶片的桨距角数据，以及步骤3)中计算得到的俯仰力矩和偏航力矩，通过监控界面进行实时显示，并全部存储。6.根据权利要求5所述的风能或潮流能发电机组俯仰与偏航力矩的在线间接测量方法，其特征在于：所述步骤3)具体为：3.1)对发电机转速ω进行积分运算，与各叶片初始方位角θ
i
'相加，得到各叶片的当前方位角θ
i
，其中i＝1,2,
…
,n，n为叶片总数，具体公式为：其中，t为时间。3.2)根据叶轮中心处流速v
s
、各叶片当前方位角θ
i
和叶片受力等效作用点与叶轮中心
的距离r
c
，基于流剪切公式计算每个叶片在受力等效作用点处的流速v
i
，具体为：其中，v
i
为受力等效作用点处的流速，z
h
为受力等效作用点距离地面或海床平面的高度，z
s
为叶轮中心距离地面或海床平面的高度，v
s
为叶轮中心的流速，α为剪切系数；3.3)根据发电机转速ω和叶轮中心处流速v
s
，计算得到叶尖速比λ，具体公式为：其中，r为叶尖与叶轮中心处的距离；根据叶尖速比λ和桨距角测量模块(3)测得的各叶片桨距角β
i
，通过叶素-动量理论计算得到叶轮推力系数c
t
；根据叶轮推力系数c
t
和叶轮中心处流速v
s
，计算叶轮推力t，具体计算公式为：式中，ρ为空气密度或海水密度，s为叶轮扫掠面积；3.4)计算每个叶片的非轴向力矩m
yi
，具体计算公式为：3.5)将所有叶片的非轴向力矩m
yi
沿俯仰方向和偏航方向分解并分别求和，得到叶轮的俯仰力矩m
tilt
和偏航力矩m
yaw
，具体计算公式为：7.根据权利要求5所述的风能或潮流能发电机组俯仰与偏航力矩的在线间接测量方法，其特征在于：所述步骤3.1)中，以叶轮轮毂为原点构建二维坐标系，其中，x轴和y轴均位于叶轮旋转平面上，x轴为叶轮旋转平面上的水平轴，y轴为叶轮旋转平面上的竖直轴；叶片的方位角为叶片相对于x轴的旋转角。
技术总结
本发明公开了一种风能或潮流能发电机组俯仰与偏航力矩的在线间接测量系统及方法。包括来流流速测量模块、发电机转速测量模块、桨距角测量模块和计算机；来流流速测量模块测量叶轮中心处流速；发电机转速测量模块测量发电机转速；桨距角测量模块测量各叶片的桨距角；计算机接收流速、转速和桨距角信号，通过在线计算得到发电机组的俯仰力矩和偏航力矩，并将测量和计算数据实时显示和存储。本发明实现发电机组可靠的俯仰与偏航力矩在线测量，为机组实时运行状态监测以及机组主动载荷控制提供关键数据，提高整机运行的安全性和可靠性，并为机组优化设计过程提供可靠数据参考，降低机组设计成本；测量系统及方法的实现难度小、成本低、可靠性高。可靠性高。可靠性高。
技术研发人员：顾亚京 李海涛 刘宏伟 林勇刚 李伟
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.03.01
技术公布日：2022/5/10