CN107327375A - 风机叶片参数确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种风机叶片参数确定方法及装置。用于在风力发电机组运行过程中检测风机叶片参数，所述方法包括：检测风机叶片的结构参数；根据预设的各结构参数与风机叶片的长度和/或气动参数的对应关系，获取与检测得到的所述结构参数相匹配的风机叶片的长度和/或气动参数。通过本发明的风机叶片参数确定方法及装置，实现了在风力发电机组运行状态下准确、自动地获得风机叶片的相关参数，从而为风力发电机组的控制系统提供数据基础，提升了控制效果，同时降低了控制系统的维护成本。

Description

风机叶片参数确定方法及装置

技术领域

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种风机叶片参数确定方法及装置。

背景技术

风机叶片是风力发电机组最为关键的零部件之一，直接影响着整个风力发电机组的性能。目前，风力发电机组主要分定桨距和变桨距两种。以变桨距风力发电机组为例，其风机叶片(根部)通过变桨轴承与轮毂相连，每个风机叶片都有各自独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个减速机齿轮与变桨轴承内齿啮合联动，以实现风机叶片变桨功能。例如，实时调整风机叶片的桨距角使风机的主轴转速，始终控制在设定风速范围内的一个理想恒定转速；通过控制风机叶片变桨来控制风轮的转速，进而控制风力发电机组的输出功率等等。

此外，不同的风机叶片的参数(如升力系数、风能利用系数等)均不同。不同长度的叶片吸收风能的能力也不同。而这些因素对风力发电机组运行性能(尤其是输出功率、转速恒定等方面)的影响，主要是通过控制系统的控制策略来完成的。通常，风机叶片的铭牌上会有叶片厂家标注的一些叶片参数如重量、转动惯量、质心位置、长度等。通常，以程序的方式将上述风机叶片的参数录入控制系统，其控制策略会以此为依据进行风力发电机组的控制。

然而，上述方式具有以下不足之处：一是铭牌上的叶片参数仅反映叶片的静态特性，与安装于轮毂上所反映出的参数存在一定的偏差。具体地，由于连接螺栓的拉力，其所受重力已不是叶片的自重。再者，由于变桨轴承传动机构的支撑力和摩擦力使得转动惯量也已不是叶片自身的静态转动惯量。若仍以铭牌上的叶片参数进行控制势必会影响控制效果；二是当叶片出现损坏等原因更换叶片时，或者同一风电场内风力发电机组使用不同厂家叶片的情况，为保证风力发电机组运行更稳定、发电量更高、载荷更小，如变桨系统、主控系统等的控制软件也要随之改变，从而造成较高的维护成本。

发明内容

本发明实施例的目的在于，提供一种风机叶片参数确定方法及装置，以实现在风力发电机组运行状态下准确、自动地获得风机叶片的相关参数，从而为风力发电机组的控制系统提供数据基础，提升控制效果，同时降低控制系统的维护成本。

为实现上述发明目的，本发明的实施例提供了一种风机叶片参数确定方法，用于在风力发电机组运行过程中检测风机叶片参数，所述方法包括：检测风机叶片的结构参数；所述结构参数包括以下至少一个：质量、转动惯量和质心半径；根据预设的各结构参数与风机叶片的长度和/或气动参数的对应关系，获取与检测得到的所述结构参数相匹配的风机叶片的长度和/或气动参数，所述气动参数包括以下至少一个：叶片曲率、叶片倾角、叶片间距、叶片厚度、叶片数目、叶片冲角、叶端间隙和叶片宽度。

本发明的实施例还提供了一种风机叶片参数确定装置，所述装置包括：参数检测模块，用于检测风机叶片的结构参数；所述结构参数包括以下至少一个：质量、转动惯量和质心半径；参数获取模块，用于根据预设的各结构参数与风机叶片的长度和/或气动参数的对应关系，获取与检测得到的所述结构参数相匹配的风机叶片的长度和/或气动参数，所述气动参数包括以下至少一个：叶片曲率、叶片倾角、叶片间距、叶片厚度、叶片数目、叶片冲角、叶端间隙和叶片宽度。

本发明实施例提供的风机叶片参数确定方法及装置，在风力发电机组运行过程中检测风机叶片的结构参数，进一步根据预设的各结构参数与风机叶片的长度和/或气动参数的对应关系，获得与该结构参数匹配的风机叶片的长度和/或气动参数。实现了在风力发电机组运行状态下准确、自动地获得风机叶片的相关参数，从而为风力发电机组的控制系统提供数据基础，进而提升了控制效果，并且有效降低了控制系统的维护成本。

附图说明

图1为本发明实施例一的风机叶片参数确定方法的流程示意图；

图2为本发明实施例二的风机叶片参数确定方法的流程示意图；

图3为本发明实施例二的风机叶片参数确定方法中第一检测状态的示例性示意图；

图4为本发明实施例变桨系统的结构示意图；为便于理解，还示例性给出了叶片及塔架等其他部件；

图5为本发明实施例二的风机叶片参数确定方法中测量风机叶片的直径的示意图；

图6为本发明实施例二的风机叶片参数确定方法中风机叶片横截面的结构示意图；

图7为本发明实施例三的风机叶片参数确定装置的结构示意图；

图8为本发明实施例三的风机叶片参数确定装置的另一结构示意图。

附图标记说明：

301、风机叶片；302、风机叶片；303、风机叶片；304、质量；305、垂直于风机叶片翼型方向的分质量；306、沿风机叶片翼型方向的分质量；401、变桨轴承；402、轮毂；403、减速机齿轮；404、方位角传感器；405、风机主轴；406、减速机；407、变桨电机；408、编码器；409、变桨控制器；410、刹车盘；411、刹车阀；412、主控制器；503、风机叶片的直径；504、第一挡块；505、接近开关；506、第二挡块；601、竖直平面；602、分质量305的第一分质量；603、分质量305的第二分质量；604、旋转轴线；605、质心位置；606、质心半径；710、参数检测模块；720、参数获取模块；7101、质量检测单元；7102、质心半径检测单元；7103、转动惯量检测单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例风机叶片参数确定方法及装置进行详细描述。

实施例一

图1为本发明实施例一的风机叶片参数确定方法的流程示意图，可在例如风力发电机组的变桨系统的变桨控制器中执行所述方法。用于在风力发电机组运行过程中检测风机叶片参数，如图1所示，风机叶片参数确定方法包括：

步骤110：检测风机叶片的结构参数。

这里，风机叶片的结构参数可包括以下至少一个：质量、转动惯量和质心半径，但不限于此。

步骤120：根据预设的各结构参数与风机叶片的长度和/或气动参数的对应关系，获取与检测得到的结构参数相匹配的风机叶片的长度和/或气动参数。

具体地，通过质量、转动惯量、质心半径的结构参数，与预存在变桨控制器中的叶片参数数据库进行对比，得到相符的叶片长度及气动参数。从而变桨控制器根据检测的结构参数以及获得的长度和气动参数自动进行参数调整。需要说明的是，由于风机叶片自重与风机叶片长度成正比关系，因此依据质量、转动惯量匹配出的参数，其风机叶片长度也相互对应。

其中，风机叶片的气动参数可包括以下至少一个：叶片曲率、叶片倾角、叶片间距、叶片厚度、叶片数目、叶片冲角、叶端间隙和叶片宽度，但不限于此。

本发明的风机叶片参数确定方法，在风力发电机组运行过程中检测风机叶片的结构参数，进一步根据预设的各结构参数与风机叶片的长度和/或气动参数的对应关系，获得与该结构参数匹配的风机叶片的长度和/或气动参数。实现了在风力发电机组运行状态下准确、自动地获得风机叶片的相关参数，从而为风力发电机组的控制系统提供数据基础，进而提升了控制效果，并且有效降低了控制系统的维护成本。

实施例二

图2为本发明实施例二的风机叶片参数确定方法的流程示意图，所述实施例可视为图1的又一种具体的实现方案。可在风力发电机组的变桨系统中执行该风机叶片参数确定方法。

其中，步骤210和步骤220可以为上述实施例一中步骤110的细化，具体如下：

步骤210：当各风机叶片处于第一检测状态时，获取方位角为第一角度的风机叶片的直径，并且根据风机叶片的直径计算得到风机叶片的质量。

需要说明的是，上述第一检测状态可包括：各风机叶片处于顺桨位置，并且任一风机叶片的方位角为预设的第一角度。这里，预设的第一角度可以是0度或者180度。举例来说，图3为本发明实施例二的风机叶片参数确定方法中第一检测状态的示例性示意图，参照图3，假设竖直向上为方位角的参考方向，那么风机叶片301的方位角为0度，风机叶片302的方位角为120度，风机叶片303的方位角为240度，并且风机叶片301、302和303的桨叶角均为90度。

在实际应用中，图4为本发明实施例变桨系统的结构示意图，参照图4，三只风机叶片301、302和303(图中未示出)通过叶片自带螺栓安装于变桨轴承401上。变桨控制器409用于控制变桨电机407转动。变桨电机407安装于减速机406上，用于驱动减速机406转动。减速机齿轮403与变桨轴承401啮合，用于驱动变桨轴承401转动，变桨轴承401用于驱动三只风机叶片301、302和303转动。编码器408位于变桨电机407尾部，与变桨电机407旋转轴机械连接，且与变桨轴承401啮合。其中每个叶片分别对应一个减速机406、变桨电机407、变桨轴承401、变桨控制器409；方位角传感器404安装与风机主轴405侧，用于测量轮毂402的方位角。刹车盘410与风机主轴405连接；刹车阀411位于刹车盘410两侧，用于控制刹车盘410及风机主轴405的制动；主控制器412用于对风机及变桨系统进行开桨、关桨控制，并控制刹车阀411的松闸与抱闸。

在前述介绍了变桨系统的系统结构之后，可理解地，三只风机叶片的桨叶角处于大于85度的顺桨位置即可，以减少风能对检测结果的影响。具体来说，主控制器412控制变桨控制器409逐渐开桨，在风能的作用下使风机叶片转动，实时测量风机叶片的方位角和桨叶角，其中，方位角可通过变桨系统中的方位角传感器404测得，桨叶角可通过变桨系统中的编码器408测量得到。当任意一只风机叶片的方位角处于竖直位置(竖直向上或竖直向下)即0度或180度位置时，主控制器412控制刹车阀410刹车抱闸，并迅速控制风机叶片变桨，顺桨到90度位置。三只风机叶片的桨叶角均处于90度位置后，主控制器412以一定速度控制风机叶片变桨，在85～94度之间往返运动，从而处于上述第一检测状态，在该第一检测状态下，进行风机叶片的结构参数的检测处理。

前述步骤210中获取方位角为第一角度的风机叶片的直径的处理可包括：记录从感应部件感应到第一触发部件起始，一直到感应到第二触发部件为止的时间长度，感应部件安装在风机叶片的轮毂上，第一触发部件和第二触发部件安装在风力发电机组的变桨系统的变桨轴承上；获取第一触发部件和第二触发部件之间的设定弧长；根据设定弧长、时间长度和变桨系统的电机的角速度，计算得到风机叶片的直径。

具体地，图5为本发明实施例二的风机叶片参数确定方法中测量风机叶片的直径的示意图，参照图5，这里，前述感应部件可以是图4所示的接近开关505，接近开关505安装在风机叶片的轮毂402上，前述第一触发部件和第二触发部件可以是图5所示的第一挡块504和第二挡块506，第一挡块504和第二挡块506均安装在变桨轴承401上。在第一挡块504触发接近开关505时开始计时，第二挡块506触发接近开关505时停止计时，从而可记录开始计时到结束计时这一时间段内的时间长度。在变桨轴承的边缘上第一挡块504和第二挡块506之间的弧长是预先设定的，由此，依据下式(1)计算风机叶片的直径：

L＝360wt/πS………………………………………………………式(1)

其中，L为风机叶片的直径，w为变桨系统的电机的角速度，t为时间长度，S为弧长，π为圆周率系数。

需要说明的是，图5所示的风机叶片的直径503即是变桨轴承401的直径，也可以根据变桨轴承401的设计参数直接输入变桨控制器中。

图6为本发明实施例二的风机叶片参数确定方法中风机叶片横截面的结构示意图，结合参照图3和图6，质量304为风机叶片安装于轮毂上转动时的等效质量；分质量305为质量304垂直于叶片翼型方向的分质量；分质量306为质量304沿叶片翼型方向的分质量。其中，分质量305和分质量306均位于风机叶片301、风机叶片302和风机叶片303组成的竖直平面501内。

如图5所示，第一分质量602为分质量305在风机叶片302变桨时以旋转轴线604为圆心，质心半径606为半径的圆相切的分质量，第二分质量603为分质量305在风机叶片变桨时以旋转轴线604为圆心，质心半径606为半径的圆的半径延长线上的分质量。质心半径606为质心位置605与旋转轴线604之间的垂直距离。其中，第一分质量602的方向与第二分质量603的方向垂直，分质量305垂直于风机叶片侧翼表面，但不与旋转轴线604垂直，第一分质量602与旋转轴线604垂直。

由于风机叶片形状为不规则刚体，所以其转动惯量可认为由两部分组成，即风机叶片的质量在叶片转动时的转动惯量，以及附加的转动惯量，根据转动惯量的公式可得下式(2)和式(3)：

I₁＝mL²………………………………………………………………式(2)

I₂＝m₅₀₂R²……………………………………………………………式(3)

其中，I₁为风机叶片的质量在叶片转动时的转动惯量，I₂为附加的转动惯量，m为风机叶片的质量，L为风机叶片的直径，m₅₀₂为第一分质量602，R为风机叶片的质心半径。

从图3可看出，分质量305的大小等于质量304乘以sin a，假设竖直向上的位置为0度方位角，则面向轮毂通过方位角传感器测得风机叶片301的方位角为a1，风机叶片302的方位角为a2为(a1+120)并对360度求余，风机叶片303的方位角a3为(a1+240)并对360度求余。由于a1＝0度，所以a2＝120度，a3＝240度，因此，可计算得到分质量306与质量304之间的夹角a和a2互为补角，a＝60度。

继续参照图6，第一分质量602的大小等于分质量305乘以sinb，其中b为编码器测得的风机叶片的桨叶角，即风机叶片侧面与三只风机叶片301、302和303所组成的竖直平面601的夹角。假设桨叶角的初始值为90度，对于图3中风机叶片302，当风机叶片302位于竖直平面601的左半平面，且变桨方向为向0度方向变桨时，其附加转动惯量I₂对变桨起阻力作用；当风机叶片302位于竖直平面的右半平面，且变桨方向为向180度方向变桨时，其附加转动惯量I₂对变桨起助力作用；

对于图3中风机叶片303，当风机叶片303位于竖直平面601的左半平面，且变桨方向为向0度方向变桨时，其附加转动惯量I₂对变桨起助力作用；当风机叶片303位于竖直平面的右半平面，且变桨方向为向180度方向变桨时，其附加转动惯量I₂对变桨起阻力作用。

因此，可通过下式(4)得出风机叶片的附加转动惯量：

I₂＝R²m·sina·sinb·p(a-180)/|(a-180)|……………………………式(4)

其中，I₂为附加转动惯量，R为风机叶片的质心半径，m为风机叶片的质量，a为叶片重力方向与叶片翼型方向之间的夹角，b为风机叶片的桨叶角，p表示风机叶片变桨方向，当风机叶片向0度变桨时，p＝+1；当叶片向180度变桨时，p＝-1。

由(2)、(4)可得风机叶片在特定位置变桨时的转动惯量为下式(5)：

I₃＝mL²+R²m·sina·sinb·p(a-180)/|(a-180)|………………………式(5)

其中，I₃为在特定位置变桨时的转动惯量，m为风机叶片的质量，L为风机叶片的直径，R为风机叶片的质心半径，a为叶片重力方向与叶片翼型方向之间的夹角，b为风机叶片的桨叶角，p表示风机叶片变桨方向，当风机叶片向0度变桨时，p＝+1；当叶片向180度变桨时，p＝-1。

再由动能计算公式可得风机叶片转动时的动能为下式(6)：

E＝0.5I₃w²……………………………………………………………式(6)

其中，E为风机叶片转动时的动能，I₃为在特定位置变桨时的转动惯量，w为风机叶片转动的角速度。这里，角速度可由根据编码器测得的角度值计算得出。

进一步，可得电机的转动惯量为下式(7)：

I₀＝N/w1……………………………………………………………式(7)

其中，I₀为电机的转动惯量，N为电机的输出力矩，w1为电机的角速度。

在传动系统中，高速轴的动能等于低速轴的动能，即转动惯量比就是传动比的平方比。因此，变桨轴承上的动能可由下式(8)得到：

E₁＝0.5I₀[n1(n3/n2)]²·w²……………………………………………式(8)

其中，E₁为变桨轴承上的动能，I₀为电机的转动惯量，n1为变桨系统的减速机的减速比，n2为变桨系统的减速机的齿数，n3为变桨系统的变桨轴承的齿数，w为风机叶片转动的角速度。

根据能量守恒，联立式(5)、式(6)、式(7)、式(8)，即E＝E₁，可得下式(9)：

0.5[mL²+R²m·sina·sinb·p(a-180)/|(a-180)|]w²＝0.5(N/w1)[n1(n3/n2)]²·w²…式(9)

其中，m为风机叶片的质量，L为风机叶片的直径，R为风机叶片的质心半径，a为叶片重力方向与叶片翼型方向之间的夹角，b为风机叶片的桨叶角，p表示风机叶片变桨方向，当风机叶片向0度变桨时，p＝+1；当叶片向180度变桨时，p＝-1，n1为变桨系统的减速机的减速比，n2为变桨系统的减速机的齿数，n3为变桨系统的变桨轴承的齿数，w为风机叶片转动的角速度，N为电机的输出力矩，w1为电机的角速度。

在第一检测状态下，也就是当风机叶片位于竖直位置时，例如图3中的风机叶片301。此时a＝0，即sin a＝0°，设在此位置时获取到的风力发电机组的变桨系统的电机输出扭矩为N1，且风机叶片的角速度与叶片轴承的角速度一致，则上式(9)可化简成下式(10)，从而计算风机叶片的质量：

其中，m为风机叶片的质量，N1为变桨系统的电机的扭矩，w1为变桨系统的电机的角速度，n1为变桨系统的减速机的减速比，n2为变桨系统的减速机的齿数，n3为变桨系统的变桨轴承的齿数，L为风机叶片的直径。

可见，在变桨系统的电机的扭矩、角速度、减速机的减速比等参数已知的情况下，根据风机叶片的直径可计算得到风机叶片的质量。

步骤220：当各风机叶片处于第一检测状态时，分别根据风机叶片的质量和直径，计算得到同一风力发电机组另外两个风机叶片对应的第一半径和第二半径，并且将第一半径和第二半径，以及第一半径和第二半径的平均值中的一个确定为风机叶片的质心半径；并且/或者，当各风机叶片处于第二检测状态时，根据质量和质心半径计算得到风机叶片的转动惯量。

具体地，首先，详细介绍风机叶片的质心半径的检测处理过程如下：在前述步骤210计算出风机叶片的质量后，可根据上式(9)推导不在竖直位置的风机叶片的能量公式，计算得出质心位置和旋转轴线之间的距离即质心半径。

当风机叶片位于非竖直位置时，例如图3中的叶片302。此时a＝60°，即sin a＝0.5，设在此位置时电机扭矩为N1，且风机叶片的角速度与叶片轴承的角速度一致，则上式(9)可化简成下式(11)，从而计算风机叶片的半径：

其中，R为第一半径或第二半径，m为风机叶片的质量，N1为变桨系统的电机的扭矩，w1为变桨系统的电机的角速度，n1为变桨系统的减速机的减速比，n2为变桨系统的减速机的齿数，n3为变桨系统的变桨轴承的齿数，L为风机叶片的直径，p为风机叶片变桨方向标示值，当风机叶片向0度变桨时，p＝+1；当叶片向180度变桨时，p＝-1，a为另外两个风机叶片中任一风机叶片的重力方向与其在叶片翼型方向之间的夹角。

可见，分别以处于非垂直位置的风机叶片302和303为参考，并根据前述步骤201得到的质量和直径，计算得到同一风力发电机组另外两个风机叶片对应第一半径和第二半径。由此，可直接将第一半径或者第二半径作为质心半径，再或者求取二者的平均值作为风机叶片的质心半径。

其次，详细介绍风机叶片的转动惯量的检测处理过程如下：当各风机叶片处于第二检测状态时，根据质量和质心半径计算得到风机叶片的转动惯量。

这里，第二检测状态可包括：各风机叶片处于顺桨位置，并且任一风机叶片的方位角为预设的第二角度。这里，预设的第二角度为90度。例如，图3所示的风机叶片在风能的作用下继续转动当风机叶片301转到水平位置时即是第二检测状态。需要强调的是，“第一”、“第二”仅是一种指代，用以区别不同的检测状态，而不作为对检测状态的具体限定。

在得到质量和质心半径之后，利用质量和质心半径，以及处于水平位置的风机叶片求得转动惯量。具体地，风机叶片处于水平位置时，a＝90°，sin a＝1，风机叶片的桨叶角为90度，即b＝90°，sin b＝1，则上式(5)可化简成下式(12)：

I＝mL²+R²m·sin90°·sin90°…………………………………………式(12)

其中，I为风机叶片的转动惯量，m为风机叶片的质量，L为风机叶片的直径，R为质心半径。

由于在变桨过程中w、w1均为恒定值，更方便计算。同时在检测过程中轮毂静止不动，检测结果不受轮毂转动惯量的影响。

步骤230：根据预设的各结构参数与风机叶片的长度和/或气动参数的对应关系，获取与检测得到的结构参数相匹配的风机叶片的长度和/或气动参数。

这里，步骤230和上述实施例一中的步骤120处理方式相同，具体可参见上述步骤120的内容，在此不再赘述。

进一步地，该风机叶片参数确定方法还可以包括：若变桨系统的电机输出的扭矩大于设定扭矩，则确定另外两风机叶片中至少一个风机叶片的螺栓发生松动。

例如，可选取图3所示的方位角为120°或240°的风机叶片进行扭矩判断。在实际应用中，当风力发电机组在停机过程中，当各风机叶片处于顺桨位置(桨叶角＞85度)，并且任一风机叶片处于竖直位置，变桨控制器开始检测电机输出的力矩，如果电机输出的力矩与预设的输出力矩(叶片螺栓未松动时的输出力矩)有偏差，则表明风机叶片的螺栓发生松动，进而可通知维护人员需要对风机叶片螺栓打力矩进行紧固。

输出力矩出现偏差原因就是当风机叶片螺栓有松动时，风机叶片和变桨轴承之间会产生一定的缝隙。在风机叶片的重力作用下，风机叶片加到变桨轴承上的压力会变大，变桨时电机一方面需要克服风机叶片的转动惯量，另一方面需要克服风机叶片由于螺栓松动而导致产生的惯量，从而导致变桨电机需要输出的力矩变大。

此外，还可将风机叶片的长度和/或气动参数发送给风力发电机组的主控系统。具体地，将检测的结构参数以及获得的长度和/或气动参数发送给风力发电机组的主控系统的主控制器，使得主控制器根据这些参数进行控制策略的调整和优化，可使得风力发电机组整体控制效果更好。

本发明的风机叶片参数确定方法，具有如下技术效果：

一方面，无需增加额外的检测设备，仅使用一个感应部件和两个触发部件检测出风机叶片的直径。进一步在不同的检测状态下，利用风机叶片的桨叶角、方位角、变桨系统的电机扭矩、变桨系统传动比等数据，从而获得能够准确反映风机叶片动态性能的质量、质心半径和转动惯量；

另一方面，实现了在风力发电机组停机过程中辅助检测风机叶片螺栓的力矩，从而检测出风机叶片的螺栓是否发生了松动，以便及时通知维护人员采取相应措施，保证了风力发电机组运行的稳定性和安全性。

实施例三

图7为本发明实施例三的风机叶片参数确定装置的结构示意图。可用于执行本发明实施例一的风机叶片参数确定方法步骤。

参照图7，该风机叶片参数确定装置包括参数检测模块710和参数获取模块720。

参数检测模块710用于检测风机叶片的结构参数。

参数获取模块720用于根据预设的各结构参数与风机叶片的长度和/或气动参数的对应关系，获取与检测得到的结构参数相匹配的风机叶片的长度和/或气动参数。

这里，风机叶片的结构参数可包括以下至少一个：质量、转动惯量和质心半径，但不限于此。风机叶片的气动参数可包括以下至少一个：叶片曲率、叶片倾角、叶片间距、叶片厚度、叶片数目、叶片冲角、叶端间隙和叶片宽度，但不限于此。

本发明的风机叶片参数确定装置，在风力发电机组运行过程中检测风机叶片的结构参数，进一步根据预设的各结构参数与风机叶片的长度和/或气动参数的对应关系，获得与该结构参数匹配的风机叶片的长度和/或气动参数。实现了在风力发电机组运行状态下准确、自动地获得风机叶片的相关参数，从而为风力发电机组的控制系统提供数据基础，进而提升了控制效果，并且有效降低了控制系统的维护成本。

在上述实施例的基础之上，图8为本发明实施例三的风机叶片参数确定装置的另一结构示意图，可用于执行本发明实施例二的风机叶片参数确定方法步骤。

参照图8，具体地，参数检测模块710可包括：

质量检测单元7101用于当各风机叶片处于第一检测状态时，获取方位角为预设的第一角度的风机叶片的直径，并且根据风机叶片的直径计算得到风机叶片的质量，其中，第一检测状态包括：各风机叶片处于顺桨位置，并且任一风机叶片的方位角为预设的第一角度。

质心半径检测单元7102用于当各风机叶片处于第一检测状态时，分别根据风机叶片的质量和直径，计算得到同一风力发电机组另外两个风机叶片对应的第一半径和第二半径，并且将第一半径和第二半径，以及第一半径和第二半径的平均值中的一个确定为风机叶片的质心半径。

转动惯量检测单元7103用于当各风机叶片处于第二检测状态时，根据质量和质心半径计算得到风机叶片的转动惯量，其中，第二检测状态包括：各风机叶片处于顺桨位置，并且任一风机叶片的方位角为预设的第二角度。

根据本发明示例性的实施例，质量检测单元7101可包括：

时间记录子单元(图中未示出)用于记录从感应部件感应到第一触发部件起始，一直到感应到第二触发部件为止的时间长度，感应部件安装在风机叶片的轮毂上，第一触发部件和第二触发部件安装在风力发电机组的变桨系统的变桨轴承上。

弧长获取子单元(图中未示出)与时间记录子单元连接，用于获取第一触发部件和第二触发部件之间的设定弧长；

叶片直径计算子单元(图中未示出)与弧长获取子单元连接，用于根据弧长、时间长度和变桨系统的电机的角速度，计算得到风机叶片的直径。

质量计算子单元(图中未示出)与叶片直径计算子单元连接，用于根据风机叶片的直径计算得到风机叶片的质量。

为了将检测出的叶片参数作为技术依据提供给主控系统，以进行控制策略的调整及优化，可使得风力发电机组整体控制效果更好。优选地，该风机叶片参数确定装置设置在变桨控制器中，且与风力发电机组的主控系统连接。

在实际应用中，该风机叶片参数确定装置也可作为一个独立的设备，与变桨控制器相连接，将获取的风机叶片的长度和/或气动参数发送给变桨控制器为其提供技术依据。

可选地，该风机叶片参数确定装置还包括：

螺栓松动确定模块(图中未示出)用于若变桨系统的电机输出的扭矩大于设定扭矩，则确定另外两风机叶片中至少一个风机叶片的螺栓发生松动。

本发明的风机叶片参数确定装置，与现有技术相比，还具有如下技术效果：

一是在不同的检测状态下，利用风机叶片的桨叶角、方位角、变桨系统的电机扭矩、变桨系统传动比等数据，从而获得能够准确反映风机叶片动态性能的质量、质心半径和转动惯量；

二是通过执行时间记录、弧长获取、叶片直径就按和质量计算的四个子单元，实现了准确、快速地检测出风机叶片的直径；；

三是实现了在风力发电机组停机过程中辅助检测风机叶片螺栓的力矩，从而检测出风机叶片的螺栓是否发生了松动，以便及时通知维护人员采取相应措施，保证了风力发电机组运行的稳定性和安全性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种风机叶片参数确定方法，其特征在于，用于在风力发电机组运行过程中检测风机叶片参数，所述方法包括：

检测风机叶片的结构参数；所述结构参数包括以下至少一个：质量、转动惯量和质心半径；

根据预设的各结构参数与风机叶片的长度和/或气动参数的对应关系，获取与检测得到的所述结构参数相匹配的风机叶片的长度和/或气动参数，所述气动参数包括以下至少一个：叶片曲率、叶片倾角、叶片间距、叶片厚度、叶片数目、叶片冲角、叶端间隙和叶片宽度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一检测状态包括：各风机叶片处于顺桨位置，并且任一风机叶片的方位角为预设的第一角度；第二检测状态包括：各风机叶片处于顺桨位置，并且任一风机叶片的方位角为预设的第二角度；

所述检测风机叶片的结构参数包括：

当各风机叶片处于所述第一检测状态时，获取方位角为所述第一角度的风机叶片的直径，并且根据所述风机叶片的直径计算得到所述风机叶片的质量；

当各风机叶片处于所述第一检测状态时，分别根据所述风机叶片的质量和直径，计算得到同一风力发电机组另外两个风机叶片对应的第一半径和第二半径，并且将所述第一半径和所述第二半径，以及第一半径和第二半径的平均值中的一个确定为所述风机叶片的质心半径；并且/或者，

当所述各风机叶片处于所述第二检测状态时，根据所述质量和所述质心半径计算得到所述风机叶片的转动惯量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取方位角为所述第一角度的风机叶片的直径包括：

记录从感应部件感应到第一触发部件起始，一直到感应到第二触发部件为止的时间长度，所述感应部件安装在所述风机叶片的轮毂上，所述第一触发部件和所述第二触发部件安装在所述风力发电机组的变桨系统的变桨轴承上；

获取所述第一触发部件和所述第二触发部件之间的设定弧长；

根据所述设定弧长、所述时间长度和所述变桨系统的电机的角速度，计算得到所述风机叶片的直径。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述根据所述风机叶片的直径计算得到所述风机叶片的质量包括：

在所述第一检测状态下，获取所述风力发电机组的变桨系统的电机输出的扭矩；

根据以下公式计算所述风机叶片的质量，

<mrow> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mi>w</mi> <mn>1</mn> <mo>)</mo> <mo>&amp;times;</mo> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>n</mi> <mn>1</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mn>3</mn> <mo>/</mo> <mi>n</mi> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msup> </mfrac> </mrow>

其中，m为所述风机叶片的质量，N1为所述变桨系统的电机的扭矩，w1为所述变桨系统的电机的角速度，n1为所述变桨系统的减速机的减速比，n2为所述变桨系统的减速机的齿数，n3为所述变桨系统的变桨轴承的齿数，L为所述风机叶片的直径。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述分别根据所述风机叶片的质量和直径，计算得到同一风力发电机组另外两个风机叶片对应的第一半径和第二半径包括：根据以下公式计算所述第一半径或所述第二半径，

其中，R为所述第一半径或所述第二半径，m为所述风机叶片的质量，N1为所述变桨系统的电机的扭矩，w1为所述变桨系统的电机的角速度，n1为所述变桨系统的减速机的减速比，n2为所述变桨系统的减速机的齿数，n3为所述变桨系统的变桨轴承的齿数，L为所述风机叶片的直径，p为风机叶片变桨方向标识值，当风机叶片向0度变桨时，p＝+1；当风机叶片向180度变桨时，p＝-1，a为所述另外两个风机叶片中任一风机叶片的重力方向与其在叶片翼型方向的夹角。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述质量和所述质心半径计算得到所述风机叶片的转动惯量包括：

根据以下公式计算所述风机叶片的转动惯量，

I＝mL²+R²m·sin90°·sin90°

其中，I为所述风机叶片的转动惯量，m为所述风机叶片的质量，L为所述风机叶片的直径，R为所述质心半径；并且/或者，

所述方法还包括：

若所述变桨系统的电机输出的扭矩大于设定扭矩，则确定所述另外两风机叶片中至少一个风机叶片的螺栓发生松动。

7.一种风机叶片参数确定装置，其特征在于，所述装置包括：

参数检测模块，用于检测风机叶片的结构参数；所述结构参数包括以下至少一个：质量、转动惯量和质心半径；

参数获取模块，用于根据预设的各结构参数与风机叶片的长度和/或气动参数的对应关系，获取与检测得到的所述结构参数相匹配的风机叶片的长度和/或气动参数，所述气动参数包括以下至少一个：叶片曲率、叶片倾角、叶片间距、叶片厚度、叶片数目、叶片冲角、叶端间隙和叶片宽度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述参数检测模块包括：

质量检测单元，用于当各风机叶片处于第一检测状态时，获取方位角为预设的第一角度的风机叶片的直径，并且根据所述风机叶片的直径计算得到所述风机叶片的质量，其中，所述第一检测状态包括：各风机叶片处于顺桨位置，并且任一风机叶片的方位角为所述第一角度；

质心半径检测单元，用于当各风机叶片处于所述第一检测状态时，分别根据所述风机叶片的质量和直径，计算得到同一风力发电机组另外两个风机叶片对应的第一半径和第二半径，并且将所述第一半径和所述第二半径，以及第一半径和第二半径的平均值中的一个确定为所述风机叶片的质心半径；并且/或者，

转动惯量检测单元，用于当所述各风机叶片处于第二检测状态时，根据所述质量和所述质心半径计算得到所述风机叶片的转动惯量，其中，所述第二检测状态包括：各风机叶片处于顺桨位置，并且任一风机叶片的方位角为预设的第二角度。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述质量检测单元包括：

时间记录子单元，用于记录从感应部件感应到第一触发部件起始，一直到感应到第二触发部件为止的时间长度，所述感应部件安装在所述风机叶片的轮毂上，所述第一触发部件和所述第二触发部件安装在所述风力发电机组的变桨系统的变桨轴承上；

弧长获取子单元，与所述时间记录子单元连接，用于获取所述第一触发部件和所述第二触发部件之间的设定弧长；

叶片直径计算子单元，与所述弧长获取子单元连接，用于根据所述设定弧长、所述时间长度和所述变桨系统的电机的角速度，计算得到所述风机叶片的直径；

质量计算子单元，与所述叶片直径计算子单元连接，用于根据所述风机叶片的直径计算得到所述风机叶片的质量。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置设置在变桨控制器中，且与所述风力发电机组的主控系统连接。