CN111963381B - 风力发电机及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种风力发电机及其监测方法，风力发电机包括塔筒、机舱和风轮。风轮包括叶片，叶片的叶尖设有金属件。金属探测装置设于机舱或塔筒，金属探测装置用于产生磁场以探测金属件与塔筒的筒壁之间的距离并产生相应的探测信号。控制装置接收探测信号，在探测信号表示金属件与塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，控制叶片减速运行或停机。如此设置，利用磁场探测金属来监测叶尖和塔筒的筒壁之间的距离，来降低或避免叶片扫塔的风险，且该方法简单可靠。

Description

风力发电机及其监测方法

技术领域

本申请涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机及其监测方法。

背景技术

随着风力发电技术的发展，风力发电机的叶片越来越长，意味着叶片越来越柔软，在旋转过程中变形非常大，有可能打到塔筒带来危险，因此，有必要实时监控叶片与塔筒之间的距离。在实际运行时，风力发电机的叶片受不确定的载荷作用，变形后叶片的叶尖姿态不确定，可能是挥舞、摆动或扭转。在相关技术中，通过图像识别来检测变形的叶尖方位或姿态，然后通过繁琐的数据处理或算法来获取叶片与塔筒之间的距离，这种方式计算过程繁琐复杂，会因外部的环境因素而影响测量精度，使监测结果不准确，从而影响监测效果。

发明内容

本申请提供一种旨在简单可靠的风力发电机及其监测方法。

本申请实施例提供一种风力发电机，包括塔筒、机舱和风轮，所述风轮包括叶片，其中，所述风力发电机还包括：

金属件，设于所述叶片的叶尖；

金属探测装置，设于所述机舱或所述塔筒，所述金属探测装置用于产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号；

控制装置，电连接所述金属探测装置，所述控制装置用于接收所述探测信号，在所述探测信号表示所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，控制所述叶片减速运行或停机。

可选的，所述警戒距离包括第一警戒距离和第二警戒距离，所述第一警戒距离大于所述第二警戒距离，所述探测信号包括第一警戒信号和第二警戒信号；

所述金属探测装置用于在所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于所述第一警戒距离且大于所述第二警戒距离时产生所述第一警戒信号，在所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于所述第二警戒距离时产生所述第二警戒信号；

所述控制装置用于接收到所述第一警戒信号时，控制所述叶片减速运行；接收所述第二警戒信号，控制所述风力发电机停机。

可选的，所述金属探测装置包括第一金属探测装置和第二金属探测装置，所述第一金属探测装置和所述第二金属探测装置设于所述机舱，位于所述风轮和所述塔筒之间，所述第二金属探测装置相对于所述第一金属探测装置更靠近所述塔筒；

所述第一金属探测装置与所述塔筒的所述筒壁的参考位置之间的水平距离等于所述第一警戒距离，所述参考位置为所述金属件在水平方向投影在所述塔筒的所述筒壁的位置，所述第一金属探测装置用于产生竖直向所述塔筒的塔底方向辐射的第一磁场，以探测到所述金属件存在时产生所述第一警戒信号；

所述第二金属探测装置与所述塔筒的所述筒壁的所述参考位置之间的水平距离等于所述第二警戒距离，所述第二金属探测装置用于产生竖直向所述塔筒的塔底方向辐射的第二磁场，以在探测到所述金属件的存在时产生所述第二警戒信号。

可选的，所述金属探测装置设于所述塔筒的所述筒壁，用于产生自所述塔筒向所述金属件辐射的磁场，以产生所述第一警戒信号和所述第二警戒信号。

可选的，所述金属探测装置包括多个，多个所述金属探测装置分布于所述塔筒的所述筒壁的周向，多个所述金属探测装置用于产生自所述塔筒的径向向外辐射的所述磁场。

可选的，所述金属件为埋设于所述叶尖的接闪器。

本申请还提供一种风力发电机的监测方法，所述风力发电机包括：塔筒、机舱和风轮，所述风轮包括叶片，所述叶片的叶尖设有金属件，金属探测装置设于所述机舱或所述塔筒；所述监测方法包括：

通过所述金属探测装置产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号；

通过所述控制装置在所述探测信号表示所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，控制所述叶片减速运行或停机。

可选的，所述警戒距离包括第一警戒距离和第二警戒距离，所述第一警戒距离大于所述第二警戒距离，所述探测信号包括第一警戒信号和第二警戒信号；

所述通过所述金属探测装置产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号，包括：

通过所述金属探测装置产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于所述第一警戒距离且大于所述第二警戒距离时，产生所述第一警戒信号；

通过所述金属探测装置产生磁场，探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于所述第二警戒距离时，产生所述第二警戒信号；

所述通过所述控制装置在所述探测信号表示所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，控制所述叶片减速运行或停机，包括：

通过所述控制装置在接收到所述第一警戒信号时，控制所述叶片减速运行；

通过所述控制装置在接收到所述第二警戒信号时，控制所述风力发电机停机。

可选的，所述金属探测装置包括第一金属探测装置和第二金属探测装置，所述第一金属探测装置和所述第二金属探测装置设于所述机舱，位于所述风轮和所述塔筒之间，所述第二金属探测装置相对于所述第一金属探测装置更靠近所述塔筒；

所述第一金属探测装置与所述塔筒的所述筒壁的参考位置之间的水平距离等于所述第一警戒距离，所述参考位置为所述金属件在水平方向投影在所述塔筒的所述筒壁的位置；

所述通过所述金属探测装置产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号，包括：

通过所述第一金属探测装置产生竖直向所述塔筒的塔底方向辐射的第一磁场，以探测到所述金属件存在时产生所述第一警戒信号；

所述第二金属探测装置与所述塔筒的所述筒壁的所述参考位置之间的水平距离等于所述第二警戒距离；

所述通过所述金属探测装置产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号，包括：

通过所述第二金属探测装置产生竖直向所述塔筒的塔底方向辐射的第二磁场，以在探测到所述金属件的存在时产生所述第二警戒信号。

可选的，所述金属探测装置设于所述塔筒的所述筒壁，所述通过所述金属探测装置产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号，包括：

通过所述金属探测装置产生自所述塔筒的径向向外辐射的磁场，以产生所述第一警戒信号和所述第二警戒信号。

可选的，所述金属探测装置包括多个，多个所述金属探测装置分布于所述塔筒的所述筒壁的周向。

可选的，所述金属件为埋设于所述叶尖的接闪器。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过金属探测装置产生磁场探测设置在叶片的叶尖的金属件与塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号，通过控制装置接收探测信号，在探测信号表示金属件与塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，控制叶片减速运行或停机，如此设置，利用磁场感测金属监测叶尖和塔筒的筒壁之间的距离，来降低或避免叶片扫塔的风险，且该方法简单可靠。

附图说明

图1所示为本申请的风力发电机的一个实施例的结构示意图；

图2所示为图1所示的风力发电机的监测方法的一个实施例的流程图；

图3所示为图2所示的风力发电机的监测方法的另一个实施例的步骤流程图；

图4所示为本申请的风力发电机的另一个实施例的结构示意图；

图5所示为图4所示的风力发电机的监测方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”包括两个，相当于至少两个。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

图1所示为本申请的风力发电机100的一个实施例的结构示意图。如图1所示，风力发电机100包括从支承表面延伸的塔筒101、安装在塔筒101上的机舱102，以及组装至机舱102的风轮103。风轮103包括可旋转的轮毂1030和至少一个叶片1031，叶片1031连接至轮毂1030且从轮毂1030向外延伸。在图1所示的实施例中，风轮103包括多个叶片1031，在图1中示出了一个叶片1031进行说明，其余叶片1031未示出。多个叶片1031可围绕轮毂1030隔开，以促进使风轮103旋转，以使风能能够换成可用的机械能，且随后转换成电能。在一些实施例中，机舱102内设置电机(未图示)，电机可连接到风轮103，以用于从由风轮103生成的机械能生成电功率。

在一些实施例中，机舱102内还设置控制装置104，控制装置104可通信地连接至风力发电机100的电气部件，以便控制此类部件的运行。在一些实施例中，控制装置104也可设置于风力发电机100的任何其他部件内，或在风力发电机100外的位置。在一些实施例中，控制装置104可以包括计算机或其他处理单元。在一些其他实施例中，控制装置104可以包括合适的计算机可读指令，计算机可读指令在执行时对控制装置104进行配置，以便执行各种不同功能，例如，接收、传输和/或执行风力发电机100的控制信号。在一些实施例中，控制装置104可以配置用于控制风力发电机100的各种运行模式(例如，起动或停机序列)和/或控制风力发电机100的各种部件。

在一些实施例中，控制装置104可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。控制装置104可以是微处理器或者该控制装置104也可以是任何常规的处理器等，在此不再赘述。

在图1所示的实施例中，叶片1031的叶尖1032设有金属件105。在一些实施例中，金属件105可以是埋设于叶尖1032的接闪器。在另一些实施例中，金属件105也可以是埋设于叶尖1032的普通金属。在一些实施例中，风力发电机100包括金属探测装置106，设于机舱102或塔筒101，金属探测装置106可以是感应型的金属探测器。金属探测装置106用于产生磁场M1，图中示出磁场M1的磁力线，通过虚线标示，以供理解。金属探测装置106通过产生的磁场M1探测金属件105与塔筒101的筒壁之间的距离H0，并产生相应的探测信号。这里的距离H0可以理解为金属件105到塔筒101的筒壁的对应金属件105高度位置的距离，即金属件105到塔筒101的筒壁的水平距离。该距离等于或基本等于叶尖1032到塔筒101的筒壁的距离，从而通过探测金属件105与塔筒101的筒壁之间的距离来探测叶尖1032到塔筒101的筒壁的距离。风力发电机运行中叶尖1032至塔筒101的筒壁的距离会变化，因此在金属探测装置106检测的过程中，检测到叶尖1032的金属件105与塔筒101的筒壁之间的距离H0为动态距离，可以小于、大于或等于净空距离，其中，叶尖1032与塔筒101的筒壁之间的静态距离为净空距离，即叶片1031静止时叶尖1032与塔筒101的筒壁之间的距离。

金属探测装置106利用磁场感测金属，金属件105对磁场M1产生干涉，使金属探测装置106的磁场发生变化。在金属件105与塔筒101的筒壁之间的距离H0发生变化时，金属件105在磁场中的位置不同，该金属探测装置106的输出电压不同，从而产生相应的探测信号，这里的探测信号可以是电压信号。因此，在金属件105与塔筒101的筒壁之间的距离H0发生变化时，金属件105在所处的磁场M1的位置不同，对磁场的干涉不同，对应产生的电压信号的幅度不同。

控制装置104电连接金属探测装置106，控制装置104用于接收探测信号，在探测信号表示金属件105与塔筒101的筒壁之间的距离H0小于等于警戒距离H时，控制叶片1031减速运行或停机。控制装置104可以根据电压信号确定金属件105与塔筒101的筒壁之间的距离H0。在一些实施例中，探测金属件105与塔筒101的筒壁之间的距离H0小于等于警戒距离H时，控制叶片1031减速运行。此时金属件105距离塔筒101的筒壁比较近，以较低的速度运转可以降低或避免发生扫塔风险。在一些实施例中，金属件105与塔筒101的筒壁之间的距离H0小于等于警戒距离H时，控制装置104控制风力发电机100停机。此时控制风力发电机100停机，以免造成风力发电机100损坏，造成人员伤亡和经济损失。其中，警戒距离H小于净空距离。

在金属探测装置106探测的过程中，利用磁场感测金属来监测叶尖1032和塔筒101的筒壁之间的距离H0，以防止叶片1031的叶尖1032扫到塔筒101，降低或避免发生扫塔的安全隐患。并且金属探测装置106的检测过程与变形的叶尖1032姿态无关，无需繁琐的数据处理，通过控制装置104接收的探测信号进行判断，判断过程简单可靠，且不受外部的环境影响，监测结果准确，从而保证监测效果。

在图1所示的实施例中，金属探测装置106设于塔筒101的筒壁，用于产生自塔筒101向金属件105辐射的磁场M1。在一些实施例中，金属探测装置106设于叶尖1032投射于塔筒101的筒壁上的高度范围内，这里的高度范围可以是叶尖1032对应的0.5m-4.5m，设置这样的高度可以更准确的检测到叶尖1032和塔筒101的筒壁之间的距离。在一些实施例中，金属探测装置106包括多个，多个金属探测装置106分布于塔筒101的筒壁的周向，多个金属探测装置106用于产生自塔筒101的径向向外辐射的磁场M1。因为风轮103是随着机舱102绕塔筒101的中轴线A360度旋转，因此，在塔筒101的筒壁上设置多个金属探测装置106，可以在塔筒101的360度都产生自塔筒101的径向向外辐射的磁场，能全方位的监测到埋设于叶尖1032的金属件105，使得机舱102偏航至不同的角度时均可监测叶尖1032至塔筒101的筒壁的距离，提高安全性。

在一些实施例中，警戒距离H包括第一警戒距离H1和第二警戒距离H2，第一警戒距离H1大于第二警戒距离H2。警戒距离H、第一警戒距离H1和第二警戒距离H2均可以理解为自塔筒101的筒壁向叶尖1032的方向的水平距离。在图1所示的实施例中，第一警戒距离H1可以是净空距离的30％，第二警戒距离H2可以是净空距离的5％。

在叶片1031受到不确定的载荷作用时，金属件105与塔筒101的筒壁之间的距离H0发生变化，埋设于叶尖1032的金属件105在靠近设于塔筒101的筒壁的金属探测装置106时，金属探测装置106输出电压信号的幅值会发生变化，从而产生不同的探测信号。在一些实施例中，探测信号包括第一警戒信号和第二警戒信号。第一警戒信号和第二警戒信号可以理解为电压信号，其第一警戒信号和第二警戒信号对应的电压信号的幅度不同。控制装置104可以根据电压信号的幅值确定金属件105与塔筒101的筒壁之间的距离H0。

在一些实施例中，在金属探测装置106检测到金属件105与塔筒101的筒壁之间的距离H0小于等于第一警戒距离H1且大于第二警戒距离H2时产生第一警戒信号，控制装置104在接收到第一警戒信号时，控制叶片1031减速运行。在一些实施例中，控制装置104可以将探测信号与第一电压阈值、第二电压阈值进行比对，在探测信号达到第一电压阈值且未达到第二电压阈值时，确定接收到的探测信号为第一警戒信号，此时控制叶片1031减速运行。控制装置104在接收到第一警戒信号时，说明金属件105距离塔筒101的筒壁比较近，从而说明叶尖1032离塔筒101的筒壁比较近，以较低的速度运转可以降低或避免发生扫塔风险，以免叶片1031高速运转下进一步靠近塔筒101时无法及时停机而造成扫塔。

在金属探测装置106检测到金属件105与塔筒的筒壁之间的距离H0小于等于第二警戒距离H2时产生第二警戒信号，控制装置104在接收到第二警戒信号时，控制风力发电机100停机。在一些实施例中，控制装置104可以将探测信号与第二电压阈值进行比对，在达到第二电压阈值时，确定接收到第二警戒信号，控制风力发电机100停机。控制装置104在接收到第二警戒信号时，说明金属件105距离塔筒101的筒壁很近，比接收到第一警戒信号时金属件105至塔筒101的筒壁的距离更近，说明叶尖1032离塔筒101的筒壁很近，扫塔的风险升高，此时控制风力发电机100停机，以免叶片扫塔，造成风力发电机100损坏，造成人员伤亡和经济损失。其中，第一电压阈值不等于第二电压阈值。

如此设置，在叶尖1032靠近塔筒101，与塔筒101之间的距离在第一警戒距离H1和第二警戒距离H2之间时，可以先采取减速运行，降低叶尖1032转速较高的情况下进一步靠近塔筒101而导致不能及时停机的风险。在叶尖1032远离塔筒101，与塔筒101之间的距离超过第一警戒距离H1时，可以恢复正常运行。金属探测装置106检测到金属件105与塔筒101的筒壁之间的距离H0小于等于第二警戒距离H2时，此时金属件105更靠近金属探测装置106，距离很近，叶片1031扫塔的风险很高，因此控制风力发电机100停机，以免造成风力发电机100损坏，造成人员伤亡和经济损失。

图2所示为图1所示的风力发电机100的监测方法的一个实施例的流程图。图1所示的实施例的风力发电机100可以实现图2所示的实施例的监测方法。在图2所示的实施例中，监测方法包括步骤S10-S11。其中，

步骤S10、通过金属探测装置产生磁场，以探测金属件与塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号。

在一些实施例中，金属探测装置产生不间断的磁场，可以实现实时监测，耐候性好，不会受雨雪、雾霾、灰尘遮挡而影响测量精度。利用磁场感测金属，以探测叶尖的金属件与塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号。在一些实施例中，金属探测装置产生磁场探测金属件与塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，产生相应的第一警戒信号，该第一警戒信号可以表示金属件距离塔筒的筒壁比较近时产生的警戒信号。在一些实施例中，金属探测装置产生磁场探测金属件与塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，产生相应的第二警戒信号，该第二警戒信号可以表示金属件距离塔筒的筒壁很近时产生的警戒信号。

步骤S11、通过控制装置在探测信号表示金属件与塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，控制叶片减速运行或停机。

在一些实施例中，控制装置可以接收第一警戒信号，控制叶片减速运行，以较低的速度运转可以避免发生扫塔风险。在一些实施例中，控制装置可以接收第二警戒信号，控制风力发电机停机，以免造成风力发电机损坏，造成人员伤亡和经济损失。控制装置接收相应的探测信号，可以控制叶片或风力发电机执行相应的措施，以防止叶片发生扫塔事故。并且上述监测过程简单可靠，无需识别叶尖的姿态，更不需要繁琐的数据处理过程，不受外部的环境影响，使监测结果准确。

图3所示为图2所示的风力发电机100的监测方法的另一个实施例的步骤流程图。图1所示的实施例的风力发电机100可以实现图3所示的实施例的监测方法。在图3所示的实施例中，步骤S10包括步骤S101，步骤S11包括步骤S111。警戒距离包括第一警戒距离和第二警戒距离，第一警戒距离大于第二警戒距离，探测信号包括第一警戒信号和第二警戒信号。其中，

步骤S101、通过金属探测装置产生磁场，探测金属件与塔筒的筒壁之间的距离小于等于第一警戒距离且大于第二警戒距离时产生第一警戒信号；通过金属探测装置产生磁场，探测金属件与塔筒的筒壁之间的距离小于等于第二警戒距离时产生第二警戒信号。

在一些实施例中，金属探测装置设于塔筒的筒壁，产生自塔筒向金属件辐射的磁场，以探测金属件与塔筒的筒壁之间的距离，在金属探测装置探测到金属件靠近塔筒，且与塔筒的筒壁之间的距离小于等于第一警戒距离且大于第二警戒距离时产生第一警戒信号。金属探测装置检测到金属件再次靠近塔筒时，且探测到金属件与塔筒的筒壁之间的距离小于等于第二警戒距离时产生第二警戒信号。与相关技术相比，金属探测装置可以利用磁场来探测金属件与塔筒的筒壁之间的距离，无需识别叶尖的姿态，可以提高监测精度。

步骤S111、通过控制装置在接收到第一警戒信号时，控制叶片减速运行；通过控制装置在接收到第二警戒信号时，控制风力发电机停机。

在一些实施例中，控制装置在接收到第一警戒信号和第二警戒信号时，可以根据电压信号的幅度变化，作出相应的措施。在第一警戒信号达到第一电压阈值且未达到第二电压阈值时控制叶片减速运行。在第二警戒信号达到第二电压阈值时控制叶片减速运行。与相关技术相比，控制装置可以通过比对电压信号，输出比对结果。在此过程中，无需繁琐的数据处理，简单可靠。

图4所示为本申请的风力发电机200的另一个实施例的结构示意图。图4所示的实施例和图1所示的实施例相似，在图4所示的实施例中，金属探测装置206设于机舱202，且位于风轮203和塔筒201之间。在一些实施例中，金属探测装置206设于机舱202的下表面。在其他一些实施例中，金属探测装置206设于机舱202的侧壁。金属探测装置206产生竖直向塔筒201的塔底方向辐射的磁场，以探测金属件205。金属探测装置206探测到金属件205时，说明叶尖与塔筒201的筒壁之间的距离近，此时控制装置204控制叶片2031减速运行或停机，以降低或避免叶片扫塔风险。

在一些实施例中，金属探测装置206包括第一金属探测装置2061和第二金属探测装置2062。第一金属探测装置2061和第二金属探测装置2062利用磁场探测金属，以探测风轮203的叶片2031的金属件205是否进入磁场。在图4所示的实施例中，第一金属探测装置2061和第二金属探测装置2062设于机舱202的下表面，位于风轮203和塔筒201之间，第二金属探测装置2062相对于第一金属探测装置2061更靠近塔筒201。在其他一些实施例中，第一金属探测装置2061和第二金属探测装置2062设于机舱202的侧壁，且位于风轮203和塔筒201之间。

在一些实施例中，第一金属探测装置2061与塔筒201的筒壁的参考位置L之间的水平距离等于第一警戒距离L1。第二金属探测装置2062与塔筒201的筒壁的参考位置L之间的水平距离等于第二警戒距离L2。参考位置L为金属件205在水平方向投影在塔筒201的筒壁的位置。在图4所示的实施例中，第一警戒距离L1可以是净空距离的30％，第二警戒距离L2可以是净空距离的5％。金属件205离塔筒201的筒壁的距离为金属件205至参考位置L的水平距离。

在一些实施例中，第一金属探测装置2061用于产生竖直向塔筒201的塔底方向辐射的第一磁场M2，以探测到金属件205存在时产生第一警戒信号。图4中的第一磁场M2通过虚线标示，以供理解。第一磁场M2的方向可以平行于塔筒201的中轴线A。第一磁场M2是在塔筒201和叶片2031的旋转平面之间的面内辐射。在一些实施例中，第一金属探测装置2061探测金属件205是否进入第一磁场M2，在金属件205进入第一磁场M2时，第一金属探测装置2061的磁场会发生变化，此时产生相应的第一警戒信号。此时，控制装置204在接收到第一警戒信号时，控制叶片2032减速运行。

在一些实施例中，第二金属探测装置2062用于产生竖直向塔筒201的塔底方向辐射的第二磁场M3，以在探测到金属件205的存在时产生第二警戒信号。第二磁场M3通过虚线标示，以供理解。第二磁场M3的方向可以平行于塔筒201的中轴线A。第二磁场M3是在塔筒201和叶片2031的旋转平面之间的面内辐射。在一些实施例中，第二金属探测装置2062探测金属件205是否进入第二磁场M3，在金属件205穿过第一磁场M2进入第二磁场M3时，第二金属探测装置2062的磁场会发生变化，此时产生相应的第二警戒信号。此时，控制装置204在接收到第二警戒信号，控制风力发电机200停机。

由于叶片2031受到不确定的载荷作用，金属件205在靠近塔筒201的筒壁时，先被第一金属探测装置2061探测到，而后进一步靠近时再被第二金属探测装置2062探测到。在第一金属探测装置2061探测到金属件205进入磁场M2时，因第一金属探测装置2061与塔筒201的筒壁的参考位置L之间的水平距离等于第一警戒距离L1，所以说明金属件205离塔筒201的筒壁的距离等于第一警戒距离L1，此时金属件205离塔筒201的筒壁之间的距离比较近，存在扫塔风险，控制装置204控制叶片2032减速运行，可以降低或避免扫塔的风险，提高安全性。

在第二金属探测装置2062探测到金属件205进入磁场M3时，因第二金属探测装置2062与塔筒201的筒壁的参考位置L之间的水平距离等于第二警戒距离L2，所述说明金属件205距离塔筒的距离等于第二警戒距离L2，此时金属件205离塔筒201的筒壁之间的距离很近，叶片1031扫塔的风险很高，因此控制风力发电机200停机，避免扫塔，保证安全性。如此设置，通过第一金属探测装置2061和第二金属探测装置2062分别探测金属件205是否存在，可以探测叶尖至塔筒201的筒壁的距离是否在第一警戒距离和第二警戒距离之间，或是否小于第二警戒距离。

与图1所示的实施例相比，图4所示的实施例通过第一金属探测装置2061和第二金属探测装置2062分别检测，第一金属探测装置2061和第二金属探测装置2062之间互不干扰，提高检测精度。

图5所示为图4所示的风力发电机200的监测方法的一个实施例的流程图。图4所示的实施例的风力发电机200可以实现图5所示的实施例的监测方法。在图5所示的实施例中，步骤S10包括步骤S201，步骤S11包括步骤S211。其中，

步骤S201、通过第一金属探测装置产生竖直向塔筒的塔底方向辐射的第一磁场，以探测到金属件存在时产生第一警戒信号；通过第二金属探测装置产生竖直向塔筒的塔底方向辐射的第二磁场，以在探测到金属件的存在时产生第二警戒信号。

步骤S211、通过控制装置在接收到第一警戒信号时，控制叶片减速运行；通过控制装置在接收到第二警戒信号时，控制风力发电机停机。

在一些实施例中，第一金属探测装置和第二探测装置设于机舱，位于风轮和塔筒之间，第二金属探测装置相对于第一金属探测装置更靠近塔筒。第一金属探测装置探测金属件是否进入第一磁场，并探测到金属件进入第一磁场时，第一金属探测装置的磁场会发生变化，此时产生相应的第一警戒信号，控制装置接收第一警戒信号，表示第一警戒信号的电压幅值达到第一电压阈值，需要采取控制叶片减速运行的措施，避免发生扫塔风险。

在一些实施例中，第二金属探测装置探测金属件是否进入第二磁场，并探测到金属件进入第二磁场时，第二金属探测装置的磁场会发生变化，此时产生相应的第二警戒信号，控制装置接收第二警戒信号，表示第二警戒信号的电压幅值达到第二电压阈值，需要采取控制风力发电机停机，来降低叶片扫塔风险。

通过第一金属探测装置和第二金属探测装置可以利用磁场来探测金属件与塔筒的筒壁之间的距离，无需识别叶尖的姿态，可以提高监测精度。并且，通过控制装置比对电压信号，输出比对结果，来执行相应的措施。在此过程中，无需繁琐的数据处理，简单可靠。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种风力发电机，包括塔筒、机舱和风轮，所述风轮包括叶片，其特征在于，所述风力发电机还包括：

金属件，设于所述叶片的叶尖；

金属探测装置，设于所述塔筒，所述金属探测装置用于产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号；

控制装置，电连接所述金属探测装置，所述控制装置用于接收所述探测信号，在所述探测信号表示所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，控制所述叶片减速运行或停机；其中，

所述警戒距离包括第一警戒距离和第二警戒距离，所述第一警戒距离大于所述第二警戒距离，所述探测信号包括第一警戒信号和第二警戒信号；

所述金属探测装置用于在所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于所述第一警戒距离且大于所述第二警戒距离时产生所述第一警戒信号，在所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于所述第二警戒距离时产生所述第二警戒信号；

所述控制装置用于接收到所述第一警戒信号时，控制所述叶片减速运行；接收到所述第二警戒信号时，控制所述风力发电机停机；

所述金属件为埋设于所述叶尖的接闪器。

2.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述金属探测装置设于所述塔筒的所述筒壁，用于产生自所述塔筒向所述金属件辐射的磁场，以产生所述第一警戒信号和所述第二警戒信号。

3.根据权利要求1或2所述的风力发电机，其特征在于，所述金属探测装置包括多个，多个所述金属探测装置分布于所述塔筒的所述筒壁的周向，多个所述金属探测装置用于产生自所述塔筒的径向向外辐射的所述磁场。

4.一种风力发电机，包括塔筒、机舱和风轮，所述风轮包括叶片，其特征在于，所述风力发电机还包括：

金属件，设于所述叶片的叶尖；

金属探测装置，设于所述机舱，所述金属探测装置用于产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号；

控制装置，电连接所述金属探测装置，所述控制装置用于接收所述探测信号，在所述探测信号表示所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，控制所述叶片减速运行或停机；其中，

所述警戒距离包括第一警戒距离和第二警戒距离，所述第一警戒距离大于所述第二警戒距离，所述探测信号包括第一警戒信号和第二警戒信号；

所述金属探测装置用于在所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于所述第一警戒距离且大于所述第二警戒距离时产生所述第一警戒信号，在所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于所述第二警戒距离时产生所述第二警戒信号；

所述控制装置用于接收到所述第一警戒信号时，控制所述叶片减速运行；接收到所述第二警戒信号时，控制所述风力发电机停机；

所述金属探测装置包括第一金属探测装置和第二金属探测装置，所述第一金属探测装置和所述第二金属探测装置设于所述机舱，位于所述风轮和所述塔筒之间，所述第二金属探测装置相对于所述第一金属探测装置更靠近所述塔筒；

所述第一金属探测装置与所述塔筒的所述筒壁的参考位置之间的水平距离等于所述第一警戒距离，所述参考位置为所述金属件在水平方向投影在所述塔筒的所述筒壁的位置，所述第一金属探测装置用于产生竖直向所述塔筒的塔底方向辐射的第一磁场，以探测到所述金属件存在时产生所述第一警戒信号；

所述第二金属探测装置与所述塔筒的所述筒壁的所述参考位置之间的水平距离等于所述第二警戒距离，所述第二金属探测装置用于产生竖直向所述塔筒的塔底方向辐射的第二磁场，以在探测到所述金属件的存在时产生所述第二警戒信号；

所述金属件为埋设于所述叶尖的接闪器。

5.一种风力发电机的监测方法，所述风力发电机包括：塔筒、机舱和风轮，所述风轮包括叶片，其特征在于，所述叶片的叶尖设有金属件，所述金属件为埋设于所述叶尖的接闪器，金属探测装置设于所述塔筒；所述监测方法包括：

通过所述金属探测装置产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号；

通过控制装置在所述探测信号表示所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，控制所述叶片减速运行或停机；其中，

所述警戒距离包括第一警戒距离和第二警戒距离，所述第一警戒距离大于所述第二警戒距离，所述探测信号包括第一警戒信号和第二警戒信号；

所述通过所述金属探测装置产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号，包括：

通过所述金属探测装置产生磁场，探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于所述第一警戒距离且大于所述第二警戒距离时，产生所述第一警戒信号；

通过所述金属探测装置产生磁场，探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于所述第二警戒距离时，产生所述第二警戒信号；

所述通过所述控制装置在所述探测信号表示所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，控制所述叶片减速运行或停机，包括：

通过所述控制装置在接收到所述第一警戒信号时，控制所述叶片减速运行；

通过所述控制装置在接收到所述第二警戒信号时，控制所述风力发电机停机。

6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，所述金属探测装置设于所述塔筒的所述筒壁，所述通过所述金属探测装置产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号，包括：

通过所述金属探测装置产生自所述塔筒的径向向外辐射的磁场，以产生所述第一警戒信号和所述第二警戒信号。

7.根据权利要求5或6所述的监测方法，其特征在于，所述金属探测装置包括多个，多个所述金属探测装置分布于所述塔筒的所述筒壁的周向。

8.一种风力发电机的监测方法，所述风力发电机包括：塔筒、机舱和风轮，所述风轮包括叶片，其特征在于，所述叶片的叶尖设有金属件，所述金属件为埋设于所述叶尖的接闪器，金属探测装置设于所述机舱；所述监测方法包括：

通过所述金属探测装置产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号；

通过控制装置在所述探测信号表示所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，控制所述叶片减速运行或停机；其中，

所述警戒距离包括第一警戒距离和第二警戒距离，所述第一警戒距离大于所述第二警戒距离，所述探测信号包括第一警戒信号和第二警戒信号；

所述通过所述金属探测装置产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号，包括：

通过所述金属探测装置产生磁场，探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于所述第一警戒距离且大于所述第二警戒距离时，产生所述第一警戒信号；

通过所述金属探测装置产生磁场，探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于所述第二警戒距离时，产生所述第二警戒信号；

所述通过所述控制装置在所述探测信号表示所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离小于等于警戒距离时，控制所述叶片减速运行或停机，包括：

通过所述控制装置在接收到所述第一警戒信号时，控制所述叶片减速运行；

通过所述控制装置在接收到所述第二警戒信号时，控制所述风力发电机停机；

所述金属探测装置设置于机舱，产生竖直向塔筒的塔底方向辐射的磁场，所述金属探测装置包括第一金属探测装置和第二金属探测装置，所述第一金属探测装置和所述第二金属探测装置设于所述机舱，位于所述风轮和所述塔筒之间，所述第二金属探测装置相对于所述第一金属探测装置更靠近所述塔筒；

所述第一金属探测装置与所述塔筒的所述筒壁的参考位置之间的水平距离等于所述第一警戒距离，所述参考位置为所述金属件在水平方向投影在所述塔筒的所述筒壁的位置；

所述通过所述金属探测装置产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号，包括：

通过所述第一金属探测装置产生竖直向所述塔筒的塔底方向辐射的第一磁场，以探测到所述金属件存在时产生所述第一警戒信号；

所述第二金属探测装置与所述塔筒的所述筒壁的所述参考位置之间的水平距离等于所述第二警戒距离；

所述通过所述金属探测装置产生磁场，以探测所述金属件与所述塔筒的筒壁之间的距离，并产生相应的探测信号，包括：

通过所述第二金属探测装置产生竖直向所述塔筒的塔底方向辐射的第二磁场，以在探测到所述金属件的存在时产生所述第二警戒信号。

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