CN110761957A - 风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备，所述标定方法包括：实时采集用于标定的数据，其中，用于标定的数据包括风力发电机组的叶片的桨距角、安装在所述风力发电机组的叶轮中的加速度传感器测量的加速度及安装在所述叶片的根部的光纤载荷传感器的波长；当风力发电机组满足标定条件时，保存当前采集的用于标定的数据；当保存的用于标定的数据的数据量满足标定要求时，根据保存的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定。本发明实时用于标定的数据，一旦满足条件即可根据采集的符合条件的数据进行标定，可以及时更新标定关系，准确性高，可以节约大量的人力物力。

Description

风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备。

背景技术

根据相关标准的要求，风力发电机组的叶根载荷是必须测试的载荷变量之一。准确地测量载荷数据是保证风力发电机组降载延寿的前提，在一些特殊的控制策略中，如独立变桨控制，载荷的精确测量更是关键。对光纤载荷传感器而言，其所测的原始信号为波长信号，要得到叶片的载荷变量，需要对光纤载荷传感器的相关参数进行标定。由于一些环境因素或人为因素(如长时间的潮湿环境或人员不小心踩踏等)，光纤载荷传感器的标定关系会发生一定的漂移，因此需要对光纤载荷传感器进行定期的标定。目前，该类传感器都是人工进行标定，非常地费时耗力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备，以解决现有的标定方法费时耗力的问题。

本发明的一方面提供一种风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法，包括：实时采集用于标定的数据，其中，用于标定的数据包括风力发电机组的叶片的桨距角、安装在所述风力发电机组的叶轮中的加速度传感器测量的加速度及安装在所述叶片的根部的光纤载荷传感器的波长；当风力发电机组满足标定条件时，保存当前采集的用于标定的数据；当保存的用于标定的数据的数据量满足标定要求时，根据保存的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定。

可选地，还包括：在保存当前采集的用于标定的数据的同时记录当前的采集时刻，其中，根据保存的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定的步骤包括：根据各个采集时刻的用于标定的数据以及待标定参数确定各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩；根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值；采用各个待标定参数的标定值对各个待标定参数进行标定。

可选地，根据各个采集时刻的用于标定的数据以及待标定参数确定各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩的步骤包括：根据各个采集时刻的桨距角以及各个采集时刻的加速度确定所述叶片在各个采集时刻的理论弯矩；根据各个采集时刻的所述光纤载荷传感器的波长以及波长与弯矩之间的对应函数确定所述叶片在各个采集时刻的实测弯矩，其中，所述对应函数中的待定参数为所述待标定参数，所述待标定参数包括所述光纤载荷传感器的初始波长以及刚度系数矩阵。

可选地，根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值的步骤包括：利用最小二乘法，根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值。

可选地，所述安装在叶片的根部的光纤载荷传感器包括4个光纤载荷传感器，其中，根据保存的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定的步骤包括：根据保存的用于标定的数据同时对所述4个光纤载荷传感器的待标定参数进行标定，其中，波长与弯矩之间的对应函数表示所述4个光纤载荷传感器的波长与弯矩之间的对应函数，所述待标定参数中的光纤载荷传感器的初始波长包括所述4个光纤载荷传感器中的各个光纤载荷传感器的初始波长，所述待标定参数中的刚度系数矩阵由所述4个光纤载荷传感器中的各个光纤载荷传感器的刚度系数矩阵组成。

可选地，所述标定条件为第一标定条件或第二标定条件，其中，第一标定条件和第二标定条件都包括以下条件：风力发电机组处于停机且未偏航状态、当前风速小于预定风速、当前环境温度高于预定温度，其中，第一标定条件还包括：叶轮处于旋转状态、所述叶片处于不变桨状态、叶尖转速小于预定速度以及所述桨距角在预定角度范围内，第二标定条件还包括：所述叶片处于变桨状态且所述叶轮处于叶轮的旋转速度小于预定旋转速度。

可选地，当保存的用于标定的数据的数据量满足标定要求时，根据保存的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定的步骤包括：当保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据的数据量满足与第一标定条件对应的标定要求时，根据保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定，其中，保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据指示在风力发电机组满足第一标定条件时保存的用于标定的数据；或者，当保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据的数据量满足与第二标定条件对应的标定要求时，根据保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定，其中，保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据指示在风力发电机组满足第二标定条件时保存的用于标定的数据。

可选地，所述与第一标定条件对应的标定要求指示保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据包括在叶轮旋转预定圈数的过程中采集的用于标定的数据；和/或，所述与第二标定条件对应的标定要求指示保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据包括在叶片进行预定次数的开桨-收桨-开桨的过程中采集的用于标定的数据。

可选地，还包括：在根据保存的与第一标定条件和第二标定条件之一对应的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定后，根据保存的与另一标定条件对应的用于标定的数据对已标定的标定参数进行校核，其中，当校核误差大于预定误差时，重新对所述待标定参数进行标定。

本发明的另一方面提供一种风力发电机组的光纤载荷传感器的标定设备，包括：采集单元，被配置为实时采集用于标定的数据，其中，用于标定的数据包括风力发电机组的叶片的桨距角、安装在所述风力发电机组的叶轮中的加速度传感器测量的加速度及安装在所述叶片的根部的光纤载荷传感器的波长；保存单元，被配置为当风力发电机组满足标定条件时，保存当前采集的用于标定的数据；标定单元，被配置为当保存的用于标定的数据的数据量满足标定要求时，根据保存的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定。

可选地，还包括：记录单元，被配置为在保存单元保存当前采集的用于标定的数据的同时记录当前的采集时刻，其中，标定单元包括：确定子单元，被配置为根据各个采集时刻的用于标定的数据以及待标定参数确定各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩；拟合子单元，被配置为根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值；标定子单元，配配置为采用各个待标定参数的标定值对各个待标定参数进行标定。

可选地，确定子单元，被配置为根据各个采集时刻的桨距角以及各个采集时刻的加速度确定所述叶片在各个采集时刻的理论弯矩；以及根据各个采集时刻的所述光纤载荷传感器的波长以及波长与弯矩之间的对应函数确定所述叶片在各个采集时刻的实测弯矩，其中，所述对应函数中的待定参数为所述待标定参数，所述待标定参数包括所述光纤载荷传感器的初始波长以及刚度系数矩阵。

可选地，拟合子单元被配置为利用最小二乘法，根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值。

可选地，所述安装在叶片的根部的光纤载荷传感器包括4个光纤载荷传感器，其中，标定单元被配置为根据保存的用于标定的数据同时对所述4个光纤载荷传感器的待标定参数进行标定，其中，波长与弯矩之间的对应函数表示所述4个光纤载荷传感器的波长与弯矩之间的对应函数，所述待标定参数中的光纤载荷传感器的初始波长包括所述4个光纤载荷传感器中的各个光纤载荷传感器的初始波长，所述待标定参数中的刚度系数矩阵由所述4个光纤载荷传感器中的各个光纤载荷传感器的刚度系数矩阵组成。

可选地，所述标定条件为第一标定条件或第二标记条件，其中，第一标定条件和第二标定条件都包括以下条件：风力发电机组处于停机且未偏航状态、当前风速小于预定风速、当前环境温度高于预定温度，其中，第一标定条件还包括：叶轮处于旋转状态、所述叶片处于不变桨状态、叶尖转速小于预定速度以及所述桨距角在预定角度范围内，第二标定条件还包括：所述叶片处于变桨状态且所述叶轮处于叶轮的旋转速度小于预定旋转速度。

可选地，标定单元被配置为：当保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据的数据量满足与第一标定条件对应的标定要求时，根据保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定，其中，保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据指示在风力发电机组满足第一标定条件时保存的用于标定的数据；或者，当保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据的数据量满足与第二标定条件对应的标定要求时，根据保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定，其中，保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据指示在风力发电机组满足第二标定条件时保存的用于标定的数据。

可选地，所述与第一标定条件对应的标定要求指示保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据包括在叶轮旋转预定圈数的过程中采集的用于标定的数据；和/或，所述与第二标定条件对应的标定要求指示保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据包括在叶片进行预定次数的开桨-收桨-开桨的过程中采集的用于标定的数据。

可选地，还包括：校核单元，被配置为在根据保存的与第一标定条件和第二标定条件之一对应的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定后，根据保存的与另一标定条件对应的用于标定的数据对已标定的标定参数进行校核，其中，当校核误差大于预定误差时，标定单元重新对所述待标定参数进行标定。

本发明的另一方面提供一种风力发电机组的光纤载荷传感器的标定系统，其特征在于，所述系统包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，执行如上所述的标定方法。

本发明的另一方面提供一种其中存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被执行时实现如上所述的标定方法。

根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备，实时采集叶片的桨距角和安装在叶轮中的加速度传感器测量的加速度以及光纤载荷传感器的波长，一旦满足条件即可根据采集的符合条件的数据进行标定，可以及时更新标定关系，也可避免因没有及时发现标定关系的偏移带来的标定误差，准确性高，可以节约大量的人力物力。

此外，根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备，根据风况以及机组的运行状态选取适合用于自动标定的数据，待数据量足够时启动自动标定程序进行数据处理，无需特意对机组进行停机等操作，不会占用机组正常运行时间，一般来说，适合标定的状态是机组待机状态，此时不发电，不会影响机组的发电量，因此，在用该方法标定时，无需人员前往现场采集数据，无需人员对数据进行处理，无需占用机组正常发电时间，无需对机组进行额外的干预。

此外，根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备，可以多次采集数据整合后进行标定，即可以充分地利用可用数据，尤其是零碎的时间段的数据，而现有的标定方法要求一次性将可用的数据都进行采集，这就意味着需要较长的时间，对于一些风速变化较快的风电场，要保证长时间内风速都适合标定，实施起来比较困难。

此外，根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备，无需安装方位角传感器，直接利用加速度传感器来测量不同方位角不同桨距角下的重力矩分量，可以允许叶片在缓慢旋转的同时进行变桨，这样少了许多限制，可以大大降低自动标定的实施难度。而现有的标定方法中，对叶根传感器进行标定时，要么保持叶轮不转对叶片进行变桨，要么保持桨距角在某个固定的值，然后让叶片缓慢旋转，也就是说，一般要求叶片变桨时叶轮需锁定，或者叶轮旋转时叶片不能变桨，本方法没有该要求，可以较好地用于自动标定。并且通过一个加速度传感器来实时测量叶根在叶片挥舞方向和叶片摆振方向上重力的分量，一次性将叶轮方位角、叶片锥角和倾角的影响都考虑在内，只需额外考虑桨距角的影响，这样可以无需安装方位角传感器。

此外，根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备，可对标定结果进行自动校核，如果用变桨的数据进行标定，即可以用自由旋转的数据进行校核，反之，如果用叶轮旋转的数据进行标定，即可用变桨的数据进行校核，可保证标定结果的准确性。

将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明的实施而得知。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明的实施例的叶片锥角和叶片倾角；

图2是示出根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法的流程图；

图3是示出根据本发明的实施例的标定步骤的流程图；

图4是示出根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定设备的框图；

图5是示出根据本发明的实施例的标定单元的框图。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的实施例。

以下将参照图1描述本发明涉及的一些术语。

载荷是指使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素，在本发明中特指风力发电机组的叶根的弯矩，包括叶片挥舞方向和叶片摆振方向两个方向的弯矩。

叶片挥舞方向是指垂直于弦线的方向；叶片摆振方向是指平行于弦线的方向。

桨距角是指叶片弦线与旋转平面的夹角，风力发电机组正常运行时桨距角一般在0°附近，停机时桨距角一般在87°附近。

叶轮方位角是指一号叶片的方位角，在本发明的实施例中，叶轮方位角也用来指其他叶片的方位角，而不是特指一号叶片。在定义方位角时，竖直向上为0°，按照顺时针的方向旋转。

图1示出根据本发明的实施例的叶片锥角cone angle和叶片倾角tilt angle。

图2是示出根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法的流程图。图2所示的标定可用于自动标定风力发电机组的每个叶片的光纤载荷传感器，可针对每个叶片分别执行图2所示的标定方法。

参照图2，步骤S201，实时采集用于标定的数据。

用于标定的数据包括风力发电机组的叶片的桨距角、安装在风力发电机组的叶轮中的加速度传感器测量的加速度及安装在叶片的根部的光纤载荷传感器的波长。

加速度传感器测量的加速度可反映叶轮方位角、叶片锥角和叶轮倾角对叶片的弯矩的影响。

在实时采集用于标定的数据后，可将采集的数据进行缓存。

在步骤S202，判断风力发电机组是否满足标定条件。

作为示例，标定是指建立输出信号量与待测物理量的关系。如果用y表示待测物理量，x表示输出信号量，则y和x之间存在以下关系：y＝F(x)，为了确定函数F，就必须已知x以及对应的y。在本发明所涉及的方法中，x是光纤载荷传感器所采集的波长信号，可以很容易就获得，y是通过理论计算得到的理论弯矩，必须在简单工况下才能计算，因此，标定条件要求风速尽量小(例如，低于5m/s)。

作为示例，可用于自动标定的风力发电机组的简单工况的状态有两种，一种是保持叶片在某个桨距角(例如40°至60°)不动，叶轮自由旋转；另一种是叶轮不旋转，叶片变桨。需要说明的是，在不对风力发电机组进行额外干预的情况下(比如不锁刹车)，很难保证叶片变桨的时候叶轮绝对静止，因此叶片变桨时，叶轮的旋转速度小于预定旋转速度时也可以算是满足自动标定的条件。本发明的实施例可以允许叶片变桨和叶轮旋转同时存在。

也就是说，上述的标定条件可以为第一标定条件或第二标记条件。

第一标定条件包括：叶轮处于旋转状态、叶片处于不变桨状态、叶尖转速小于预定速度(例如5m/s)以及桨距角在预定角度范围(例如40°至60°)内。

第二标定条件包括：叶片处于变桨状态且叶轮的旋转速度小于预定旋转速度。

第一标定条件和第二标定条件都还包括以下条件：风力发电机组处于停机且未偏航状态、当前风速小于预定风速(例如5m/s)、当前环境温度高于预定温度(例如0°，防止结冰)。

可从风力发电机组的控制器中获取用于判断风力发电机组是否满足上述标定条件的数据，例如，风速、桨距角、机组状态量等。

当风力发电机组不满足标定条件时，继续执行步骤S201。

当风力发电机组满足标定条件时，执行步骤S203，保存当前采集的用于标定的数据。

作为示例，可将当前采集的用于标定的数据保存至预定位置以方便后续步骤处理。

在步骤S204，判断保存的用于标定的数据的数据量是否满足标定要求。

当保存的用于标定的数据的数据量不满足标定要求时，返回执行步骤S201，继续采集用于标定的数据。

当保存的用于标定的数据的数据量满足标定要求，执行步骤S205，根据保存的用于标定的数据对光纤载荷传感器的待标定参数进行标定。

为了保证标定结果的准确性，需要用于标定的数量的数据量达到一定的要求，由于在满足不同的标定条件(第一标定条件或第二标定条件)下保存的数据可单独用于标定，因此，对于不同的标定条件，可设置与其对应的标定要求。

例如，与第一标定条件对应的标定要求指示保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据包括在叶轮旋转预定圈数(例如5圈)的过程中采集的用于标定的数据。保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据指示在风力发电机组满足第一标定条件时保存的用于标定的数据。若某次符合第一标定条件的情况下叶轮未旋转5圈以上，则可以将这些用于标定的数据先行保存，待下次符合第一标定条件时再采集一些用于标定的数据，将它们一起用于自动标定。

例如，与第二标定条件对应的标定要求指示保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据包括在叶片进行预定次数(例如2次)的开桨-收桨-开桨的过程中采集的用于标定的数据。保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据指示在风力发电机组满足第二标定条件时保存的用于标定的数据。一般一次难以同时采集开桨和收桨的数据，因此需要将多次采集的用于标定的数据进行整合使用。

在步骤S205中，当保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据的数据量满足与第一标定条件对应的标定要求时，根据保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据对光纤载荷传感器的待标定参数进行标定。

或者，在步骤S205中，当保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据的数据量满足与第二标定条件对应的标定要求时，根据保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据对光纤载荷传感器的待标定参数进行标定。

优选地，为了保证自动标定过程中的数据的有效对应性，根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法还包括：在保存当前采集的用于标定的数据的同时记录当前的采集时刻。在后续的处理过程中，可根据各个数据的采集时刻来确定各个数据的对应性。

一般来说，安装在叶片的根部的光纤载荷传感器包括多个(例如3个或4个)光纤载荷传感器，叶片的弯矩需要多个光纤载荷传感器来共同测量，因此，用于测量同一个叶片的弯矩的多个光纤载荷传感器可同时进行标定。也就是说，在步骤S205，根据保存的用于标定的数据同时对用于测量同一个叶片的弯矩的多个光纤载荷传感器的待标定参数进行标定。

作为示例，步骤S205包括根据各个采集时刻的用于标定的数据以及待标定参数确定各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩；根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值；采用各个待标定参数的标定值对各个待标定参数进行标定。

可以理解，上述的理论弯矩是根据用于标定的数据确定的具体数值，实测弯矩由用于标定的数据以及待标定参数表示的算式来表示。

以下将参照图3来描述步骤S205的具体过程。

图3示出根据本发明的实施例的标定步骤的流程图。

在步骤S301，根据各个采集时刻的桨距角以及各个采集时刻的加速度确定叶片在各个采集时刻的理论弯矩。

一般来说，计算叶片的理论弯矩时，需要考虑叶轮方位角、桨距角、叶轮倾角和叶片锥角。在本发明的实施例中，叶轮方位角、叶片锥角和叶轮倾角的影响都已包含在加速度传感器测量的加速度中，因此只需另外再考虑桨距角的影响即可。

理论弯矩的计算式可如下式(1)所示。

其中，M表示弯矩，M_edge和M_flap分别表示叶片摆振方向的弯矩和叶片挥舞方向的弯矩，m表示叶片的质量，a表示加速度传感器测量的加速度，L表示叶片的重心到叶根的距离，θ表示桨距角。

本领域技术人员可以理解，理论弯矩的计算公式不限于式(1)，其他可根据桨距角和加速度来确定理论弯矩的计算式均可用于本发明。

在步骤S302，根据各个采集时刻的光纤载荷传感器的波长以及波长与弯矩之间的对应函数确定叶片在各个采集时刻的实测弯矩。

该对应函数可根据现有的波长与弯矩之间的物理关系来确定。该对应函数具有待定参数，对应函数中的待定参数为光纤载荷传感器的待标定参数，待标定参数包括光纤载荷传感器的初始波长以及刚度系数矩阵。

例如，该对应函数可如下式(2)所示。

N＝K×g×ε (2)

其中，N为实测弯矩，K为光纤载荷传感器的刚度系数矩阵，g为重力加速度，ε为光纤载荷传感器的应变。ε可通过将光纤载荷传感器的波长代入ε的计算公式中计算得到。ε的计算公式中包括了待标定参数中的初始波长(即光纤载荷传感器在应变为0时对应的波长)。ε的计算公式可由光纤载荷传感器的厂家给出。

在叶片的弯矩由4个光纤载荷传感器来共同测量的情况下，在波长与弯矩之间的对应函数表示4个光纤载荷传感器的波长与弯矩之间的对应函数，待标定参数中的光纤载荷传感器的初始波长包括4个光纤载荷传感器中的各个光纤载荷传感器的初始波长(例如，可以是由4个光纤载荷传感器的初始波长组成的矩阵)，待标定参数中的刚度系数矩阵是由4个光纤载荷传感器中的各个光纤载荷传感器的刚度系数矩阵组成的2×4的矩阵。

本领域技术人员可以理解，该对应函数不限于式(2)，其他可表示波长和弯矩之间关系的函数均可用于本发明。

由上文可知，这里的实测弯矩并不是确定的值，而是由光纤载荷传感器的刚度系数矩阵以及初始波长表示的算式。

在步骤S303，根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值。

可采用各种拟合方法来得到各个待标定参数的标定值。例如，采用线性回归法进行迭代计算得到各个待标定参数的标定值。例如，利用最小二乘法，根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值。也就是说，以各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩之间的误差平方和最小为条件，确定各个待标定参数的标定值。

在步骤S304，采用各个待标定参数的标定值对各个待标定参数进行标定。

在一个优选的实施例中，根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法还可包括校核步骤(图中未示出)。校核步骤包括：在根据保存的与第一标定条件和第二标定条件之一对应的用于标定的数据对光纤载荷传感器的待标定参数进行标定后，根据保存的与另一标定条件对应的用于标定的数据对已标定的标定参数进行校核。当校核误差大于预定误差时，重新对待标定参数进行标定。这样可以保证标定结果的准确性。

例如，在根据保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据对光纤载荷传感器的待标定参数进行标定后，根据保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据对已标定的标定参数进行校核。或者，在根据保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据对光纤载荷传感器的待标定参数进行标定后，根据保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据对已标定的标定参数进行校核。

图4是示出根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定设备的框图。

参照图4，根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定设备包括采集单元401、保存单元402和标定单元403。

采集单元401实时采集用于标定的数据。

用于标定的数据包括风力发电机组的叶片的桨距角、安装在风力发电机组的叶轮中的加速度传感器测量的加速度及安装在叶片的根部的光纤载荷传感器的波长。

加速度传感器测量的加速度中可反映叶轮方位角、叶片锥角和叶轮倾角对叶片的弯矩的影响。

在实时采集用于标定的数据后，可将采集的数据进行缓存。

保存单元402判断风力发电机组是否满足标定条件。

作为示例，标定是指建立输出信号量与待测物理量的关系。如果用y表示待测物理量，x表示输出信号量，则y和x之间存在以下关系：y＝F(x)，为了确定函数F，就必须已知x以及对应的y。在本发明所涉及的方法中，x是光纤载荷传感器所采集的波长信号，可以很容易就获得，y是通过理论计算得到的理论弯矩，必须在简单工况下才能计算，因此，标定条件要求风速尽量小(例如，低于5m/s)。

作为示例，可用于自动标定的风力发电机组的简单工况的状态有两种，一种是保持叶片在某个桨距角(例如40°至60°)不动，叶轮自由旋转；另一种是叶轮不旋转，叶片变桨。需要说明的是，在不对风力发电机组进行额外干预的情况下(比如不锁刹车)，很难保证叶片变桨的时候叶轮绝对静止，因此叶片变桨时，叶轮的旋转速度小于预定旋转速度时也可以算是满足自动标定的条件。本发明的实施例可以允许叶片变桨和叶轮旋转同时存在。

也就是说，上述的标定条件可以为第一标定条件或第二标记条件。

第一标定条件包括：叶轮处于旋转状态、叶片处于不变桨状态、叶尖转速小于预定速度(例如5m/s)以及桨距角在预定角度范围(例如40°至60°)内。

第二标定条件包括：叶片处于变桨状态且叶轮的旋转速度小于预定旋转速度。

第一标定条件和第二标定条件都还包括以下条件：风力发电机组处于停机且未偏航状态、当前风速小于预定风速(例如5m/s)、当前环境温度高于预定温度(例如0°，防止结冰)。

可从风力发电机组的控制器中获取用于判断风力发电机组是否满足上述标定条件的数据，例如，风速、桨距角、机组状态量等。

当风力发电机组不满足标定条件时，采集单元401继续实时采集用于标定的数据。

当风力发电机组满足标定条件时，保存单元402保存当前采集的用于标定的数据。

作为示例，保存单元402可将当前采集的用于标定的数据保存至预定位置以方便后续步骤处理。

标定单元403判断保存的用于标定的数据的数据量是否满足标定要求。

当保存的用于标定的数据的数据量不满足标定要求时，采集单元401继续实时采集用于标定的数据。

当保存的用于标定的数据的数据量满足标定要求，标定单元根据保存的用于标定的数据对光纤载荷传感器的待标定参数进行标定。

为了保证标定结果的准确性，需要用于标定的数量的数据量达到一定的要求，由于在满足不同的标定条件(第一标定条件或第二标定条件)下保存的数据可单独用于标定，因此，对于不同的标定条件，可设置与其对应的标定要求。

例如，与第一标定条件对应的标定要求指示保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据包括在叶轮旋转预定圈数(例如5圈)的过程中采集的用于标定的数据。保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据指示在风力发电机组满足第一标定条件时保存的用于标定的数据。若某次符合第一标定条件的情况下叶轮未旋转5圈以上，则可以将这些用于标定的数据先行保存，待下次符合第一标定条件时再采集一些用于标定的数据，将它们一起用于自动标定。

例如，与第二标定条件对应的标定要求指示保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据包括在叶片进行预定次数(例如2次)的开桨-收桨-开桨的过程中采集的用于标定的数据。保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据指示在风力发电机组满足第二标定条件时保存的用于标定的数据。一般一次难以同时采集开桨和收桨的数据，因此需要将多次采集的用于标定的数据进行整合使用。

当保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据的数据量满足与第一标定条件对应的标定要求时，标定单元403根据保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据对光纤载荷传感器的待标定参数进行标定。

或者，当保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据的数据量满足与第二标定条件对应的标定要求时，标定单元403根据保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据对光纤载荷传感器的待标定参数进行标定。

优选地，为了保证自动标定过程中的数据的有效对应性，根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定设备还可包括记录单元(图中未示出)。记录单元在保存单元402保存当前采集的用于标定的数据的同时记录当前的采集时刻。在后续的处理过程中，可根据各个数据的采集时刻来确定各个数据的对应性。

一般来说，安装在叶片的根部的光纤载荷传感器包括多个(例如3个或4个)光纤载荷传感器，叶片的弯矩需要多个光纤载荷传感器来共同测量，因此，用于测量同一个叶片的弯矩的多个光纤载荷传感器可同时进行标定。也就是说，标定单元403根据保存的用于标定的数据同时对用于测量同一个叶片的弯矩的多个光纤载荷传感器的待标定参数进行标定。

以下将参照图5来描述标定单元403的结构。

图5示出根据本发明的实施例的标定单元403的框图。

如图5所示，标定单元403包括理确定子单元501、拟合子单元502和标定子单元503。

作为示例，确定子单元501根据各个采集时刻的用于标定的数据以及待标定参数确定各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩。

可以理解，上述的理论弯矩是根据用于标定的数据确定的具体数值，实测弯矩由用于标定的数据以及待标定参数表示的算式来表示。

作为示例，确定子单元501根据各个采集时刻的桨距角以及各个采集时刻的加速度确定叶片在各个采集时刻的理论弯矩。

一般来说，计算叶片的理论弯矩时，需要考虑叶轮方位角、桨距角、叶轮倾角和叶片锥角。在本发明的实施例中，叶轮方位角、叶片锥角和叶轮倾角的影响都已包含在加速度传感器测量的加速度中，因此只需另外再考虑桨距角的影响即可。

理论弯矩的计算式可如上文所述的式(1)所示。

本领域技术人员可以理解，理论弯矩的计算公式不限于式(1)，其他可根据桨距角和加速度来确定理论弯矩的计算式均可用于本发明。

确定子单元501根据各个采集时刻的光纤载荷传感器的波长以及波长与弯矩之间的对应函数确定叶片在各个采集时刻的实测弯矩。

该对应函数可根据现有的波长与弯矩之间的物理关系来确定。该对应函数具有待定参数，对应函数中的待定参数为光纤载荷传感器的待标定参数，待标定参数包括光纤载荷传感器的初始波长以及刚度系数矩阵。

例如，该对应函数可如上文所述的式(2)所示。

在叶片的弯矩由4个光纤载荷传感器来共同测量的情况下，在波长与弯矩之间的对应函数表示4个光纤载荷传感器的波长与弯矩之间的对应函数，待标定参数中的光纤载荷传感器的初始波长包括4个光纤载荷传感器中的各个光纤载荷传感器的初始波长(例如，可以是由4个光纤载荷传感器的初始波长组成的矩阵)，待标定参数中的刚度系数矩阵是由4个光纤载荷传感器中的各个光纤载荷传感器的刚度系数矩阵组成的2×4的矩阵。

本领域技术人员可以理解，该对应函数不限于式(2)，其他可表示波长和弯矩之间关系的函数均可用于本发明。

由上文可知，这里的实测弯矩并不是确定的值，而是由光纤载荷传感器的刚度系数矩阵以及初始波长表示的算式。

拟合子单元502根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值。

可采用各种拟合方法来得到各个待标定参数的标定值。例如，采用线性回归法进行迭代计算得到各个待标定参数的标定值。例如，利用最小二乘法，根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值。也就是说，以各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩之间的误差平方和最小为条件，确定各个待标定参数的标定值。

标定子单元503采用各个待标定参数的标定值对各个待标定参数进行标定。

在一个优选的实施例中，根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定设备还可包括校核子单元(图中未示出)。校核子单元在根据保存的与第一标定条件和第二标定条件之一对应的用于标定的数据对光纤载荷传感器的待标定参数进行标定后，根据保存的与另一标定条件对应的用于标定的数据对已标定的标定参数进行校核。当校核误差大于预定误差时，标定单元403重新对待标定参数进行标定。这样可以保证标定结果的准确性。

根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备，实时采集叶片的桨距角和安装在叶轮中的加速度传感器测量的加速度以及光纤载荷传感器的波长，一旦满足条件即可根据采集的符合条件的数据进行标定，可以及时更新标定关系，也可避免因没有及时发现标定关系的偏移带来的标定误差，准确性高，可以节约大量的人力物力。

此外，根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备，根据风况以及机组的运行状态选取适合用于自动标定的数据，待数据量足够时启动自动标定程序进行数据处理，无需特意对机组进行停机等操作，不会占用机组正常运行时间，一般来说，适合标定的状态是机组待机状态，此时不发电，不会影响机组的发电量，因此，在用该方法标定时，无需人员前往现场采集数据，无需人员对数据进行处理，无需占用机组正常发电时间，无需对机组进行额外的干预。

此外，根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备，可以多次采集数据整合后进行标定，即可以充分地利用可用数据，尤其是零碎的时间段的数据，而现有的标定方法要求一次性将可用的数据都进行采集，这就意味着需要较长的时间，对于一些风速变化较快的风电场，要保证长时间内风速都适合标定，实施起来比较困难。

此外，根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备，无需安装方位角传感器，直接利用加速度传感器来测量不同方位角不同桨距角下的重力矩分量，可以允许叶片在缓慢旋转的同时进行变桨，这样少了许多限制，可以大大降低自动标定的实施难度。而现有的标定方法中，对叶根传感器进行标定时，要么保持叶轮不转对叶片进行变桨，要么保持桨距角在某个固定的值，然后让叶片缓慢旋转，也就是说，一般要求叶片变桨时叶轮需锁定，或者叶轮旋转时叶片不能变桨，本方法没有该要求，可以较好地用于自动标定。并且通过一个加速度传感器来实时测量叶根在叶片挥舞方向和叶片摆振方向上重力的分量，一次性将叶轮方位角、叶片锥角和倾角的影响都考虑在内，只需额外考虑桨距角的影响，这样可以无需安装方位角传感器。

此外，根据本发明的实施例的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法和设备，可对标定结果进行自动校核，如果用变桨的数据进行标定，即可以用自由旋转的数据进行校核，反之，如果用叶轮旋转的数据进行标定，即可用变桨的数据进行校核，保证标定结果的准确性。

根据本发明的一个实施例，本发明还提供一种其中存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被执行时实现如上所述的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法。

根据本发明的一个实施例，本发明还提供一种风力发电机组的光纤载荷传感器的标定系统。所述系统包括：处理器和存储器。存储器存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，执行如上所述的风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法。

此外，应该理解，根据本发明示例性实施例的标定设备中的各个单元可被实现硬件组件和/或软件组件。本领域技术人员根据限定的各个单元所执行的处理，可以例如使用现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现各个单元。

此外，根据本发明示例性实施例的标定方法可以被实现为计算机可读记录介质中的计算机程序。本领域技术人员可以根据对上述方法的描述来实现所述计算机程序。当所述计算机程序在计算机中被执行时实现本发明的上述方法。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种风力发电机组的光纤载荷传感器的标定方法，其特征在于，包括：

实时采集用于标定的数据，其中，用于标定的数据包括风力发电机组的叶片的桨距角、安装在所述风力发电机组的叶轮中的加速度传感器测量的加速度及安装在所述叶片的根部的光纤载荷传感器的波长；

当风力发电机组满足标定条件时，保存当前采集的用于标定的数据；

当保存的用于标定的数据的数据量满足标定要求时，根据保存的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定。

2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，还包括：在保存当前采集的用于标定的数据的同时记录当前的采集时刻，

其中，根据保存的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定的步骤包括：

根据各个采集时刻的用于标定的数据以及待标定参数确定各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩；

根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值；

采用各个待标定参数的标定值对各个待标定参数进行标定。

3.根据权利要求2所述的标定方法，其特征在于，根据各个采集时刻的用于标定的数据以及待标定参数确定各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩的步骤包括：

根据各个采集时刻的桨距角以及各个采集时刻的加速度确定所述叶片在各个采集时刻的理论弯矩；

根据各个采集时刻的所述光纤载荷传感器的波长以及波长与弯矩之间的对应函数确定所述叶片在各个采集时刻的实测弯矩，其中，所述对应函数中的待定参数为所述待标定参数，所述待标定参数包括所述光纤载荷传感器的初始波长以及刚度系数矩阵。

4.根据权利要求2所述的标定方法，其特征在于，根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值的步骤包括：

利用最小二乘法，根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值。

5.根据权利要求3所述的标定方法，其特征在于，所述安装在叶片的根部的光纤载荷传感器包括4个光纤载荷传感器，

其中，根据保存的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定的步骤包括：根据保存的用于标定的数据同时对所述4个光纤载荷传感器的待标定参数进行标定，

其中，波长与弯矩之间的对应函数表示所述4个光纤载荷传感器的波长与弯矩之间的对应函数，所述待标定参数中的光纤载荷传感器的初始波长包括所述4个光纤载荷传感器中的各个光纤载荷传感器的初始波长，所述待标定参数中的刚度系数矩阵由所述4个光纤载荷传感器中的各个光纤载荷传感器的刚度系数矩阵组成。

6.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述标定条件为第一标定条件或第二标定条件，其中，第一标定条件和第二标定条件都包括以下条件：风力发电机组处于停机且未偏航状态、当前风速小于预定风速、当前环境温度高于预定温度，

其中，第一标定条件还包括：叶轮处于旋转状态、所述叶片处于不变桨状态、叶尖转速小于预定速度以及所述桨距角在预定角度范围内，

第二标定条件还包括：所述叶片处于变桨状态且所述叶轮处于叶轮的旋转速度小于预定旋转速度。

7.根据权利要求6所述的标定方法，其特征在于，当保存的用于标定的数据的数据量满足标定要求时，根据保存的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定的步骤包括：

当保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据的数据量满足与第一标定条件对应的标定要求时，根据保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定，其中，保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据指示在风力发电机组满足第一标定条件时保存的用于标定的数据；

或者，当保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据的数据量满足与第二标定条件对应的标定要求时，根据保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定，其中，保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据指示在风力发电机组满足第二标定条件时保存的用于标定的数据。

8.根据权利要求7所述的标定方法，其特征在于，所述与第一标定条件对应的标定要求指示保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据包括在叶轮旋转预定圈数的过程中采集的用于标定的数据；

和/或，所述与第二标定条件对应的标定要求指示保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据包括在叶片进行预定次数的开桨-收桨-开桨的过程中采集的用于标定的数据。

9.根据权利要求7所述的标定方法，还包括：

在根据保存的与第一标定条件和第二标定条件之一对应的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定后，根据保存的与另一标定条件对应的用于标定的数据对已标定的标定参数进行校核，

其中，当校核误差大于预定误差时，重新对所述待标定参数进行标定。

10.一种风力发电机组的光纤载荷传感器的标定设备，其特征在于，包括：

采集单元，被配置为实时采集用于标定的数据，其中，用于标定的数据包括风力发电机组的叶片的桨距角、安装在所述风力发电机组的叶轮中的加速度传感器测量的加速度及安装在所述叶片的根部的光纤载荷传感器的波长；

保存单元，被配置为当风力发电机组满足标定条件时，保存当前采集的用于标定的数据；

标定单元，被配置为当保存的用于标定的数据的数据量满足标定要求时，根据保存的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定。

11.根据权利要求10所述的标定设备，其特征在于，还包括：

记录单元，被配置为在保存单元保存当前采集的用于标定的数据的同时记录当前的采集时刻，

其中，标定单元包括：

确定子单元，被配置为根据各个采集时刻的用于标定的数据以及待标定参数确定各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩；

拟合子单元，被配置为根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值；

标定子单元，配配置为采用各个待标定参数的标定值对各个待标定参数进行标定。

12.根据权利要求11所述的标定设备，其特征在于，确定子单元，被配置为根据各个采集时刻的桨距角以及各个采集时刻的加速度确定所述叶片在各个采集时刻的理论弯矩；以及根据各个采集时刻的所述光纤载荷传感器的波长以及波长与弯矩之间的对应函数确定所述叶片在各个采集时刻的实测弯矩，其中，所述对应函数中的待定参数为所述待标定参数，所述待标定参数包括所述光纤载荷传感器的初始波长以及刚度系数矩阵。

13.根据权利要求11所述的标定设备，其特征在于，拟合子单元被配置为利用最小二乘法，根据各个采集时刻的理论弯矩以及各个采集时刻的实测弯矩拟合得到各个待标定参数的标定值。

14.根据权利要求12所述的标定设备，其特征在于，所述安装在叶片的根部的光纤载荷传感器包括4个光纤载荷传感器，

其中，标定单元被配置为根据保存的用于标定的数据同时对所述4个光纤载荷传感器的待标定参数进行标定，

其中，波长与弯矩之间的对应函数表示所述4个光纤载荷传感器的波长与弯矩之间的对应函数，所述待标定参数中的光纤载荷传感器的初始波长包括所述4个光纤载荷传感器中的各个光纤载荷传感器的初始波长，所述待标定参数中的刚度系数矩阵由所述4个光纤载荷传感器中的各个光纤载荷传感器的刚度系数矩阵组成。

15.根据权利要求10所述的标定设备，其特征在于，所述标定条件为第一标定条件或第二标记条件，其中，第一标定条件和第二标定条件都包括以下条件：风力发电机组处于停机且未偏航状态、当前风速小于预定风速、当前环境温度高于预定温度，

其中，第一标定条件还包括：叶轮处于旋转状态、所述叶片处于不变桨状态、叶尖转速小于预定速度以及所述桨距角在预定角度范围内，

第二标定条件还包括：所述叶片处于变桨状态且所述叶轮处于叶轮的旋转速度小于预定旋转速度。

16.根据权利要求15所述的标定设备，其特征在于，标定单元被配置为：

当保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据的数据量满足与第一标定条件对应的标定要求时，根据保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定，其中，保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据指示在风力发电机组满足第一标定条件时保存的用于标定的数据；

或者，当保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据的数据量满足与第二标定条件对应的标定要求时，根据保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定，其中，保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据指示在风力发电机组满足第二标定条件时保存的用于标定的数据。

17.根据权利要求16所述的标定设备，其特征在于，所述与第一标定条件对应的标定要求指示保存的与第一标定条件对应的用于标定的数据包括在叶轮旋转预定圈数的过程中采集的用于标定的数据；

和/或，所述与第二标定条件对应的标定要求指示保存的与第二标定条件对应的用于标定的数据包括在叶片进行预定次数的开桨-收桨-开桨的过程中采集的用于标定的数据。

18.根据权利要求16所述的标定设备，还包括：

校核单元，被配置为在根据保存的与第一标定条件和第二标定条件之一对应的用于标定的数据对所述光纤载荷传感器的待标定参数进行标定后，根据保存的与另一标定条件对应的用于标定的数据对已标定的标定参数进行校核，

其中，当校核误差大于预定误差时，标定单元重新对所述待标定参数进行标定。

19.一种风力发电机组的光纤载荷传感器的标定系统，其特征在于，所述系统包括：

处理器；

存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，执行权利要求1至9中的任一项所述的标定方法。

20.一种其中存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被执行时实现权利要求1至9中的任一项所述的标定方法。

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