CN111963385A - 风力发电机组叶片净空的监测装置及方法及风力发电机组 - Google Patents

风力发电机组叶片净空的监测装置及方法及风力发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种风力发电机组叶片净空的监测装置及方法及风力发电机组。该监测装置包括设置在每个叶片上的信号发射器、设置于机舱上的第一信号接收器和第二信号接收器、以及与第一信号接收器和第二信号接收器通讯连接的控制系统。信号发射器安装于叶片的叶尖顶端。风力发电机组具有净空安全距离平面，净空安全距离平面为位于叶尖与塔筒的净空安全距离位置处并与塔筒的轴线平行的平面，其中，第一信号接收器和第二信号接收器相对于净空安全距离平面对称设置。控制系统根据第一信号接收器和第二信号接收器接收信号发射器发射的信号的先后顺序来确定是否存在扫塔风险。从而能够简单、方便且有效地监测叶片与塔筒的净空，以防止扫塔。

Description

风力发电机组叶片净空的监测装置及方法及风力发电机组
技术领域
本发明实施例涉及风电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组叶片净空的监测装置及方法及风力发电机组。
背景技术
随着煤炭、石油等能源的逐渐枯竭，人类越来越重视可再生能源的利用。风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到世界各国的重视。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。风力发电是指利用风力发电机组把风的动能转换为电能。
风力发电机组在运行过程中，由于叶片受损、传感器故障、控制系统故障或者遭遇极端风况等情况的发生，可能会出现整机振动失稳，叶尖与塔筒的净空距离会急剧降低，最终导致叶片与塔筒相碰，造成叶片或塔筒断裂，该现象被称之为扫塔。
当前，叶片净空的监测方法主要有以下几种方式：根据发射的电磁波或机械波与被探测物体碰撞后的反射波来计算叶尖姿态和净空距离，或者通过图像识别来检测变形叶尖的方位，再通过繁琐的数据后处理或算法来得到净空距离。
然而，风力发电机组叶片受不确定载荷作用，变形后叶尖的方向姿态不定，可能是挥舞、摆动或者扭转。通过以上技术方法探测叶尖方位再进行数据加工处理，过程繁琐复杂，效果也不好。
另外，将探测设备安装在塔筒上，安装和维护均不方便。而且，有些激光设备的测量效果容易受灰尘、雾霾等环境影响。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种风力发电机组叶片净空的监测装置及方法及风力发电机组，能够简单、方便且有效地监测叶片与塔筒的净空，以防止扫塔。
本发明实施例的一个方面提供一种风力发电机组叶片净空的监测装置。所述监测装置包括设置在风力发电机组的每个叶片上的信号发射器、设置于所述风力发电机组的机舱上的第一信号接收器和第二信号接收器、以及与所述第一信号接收器和所述第二信号接收器通讯连接的控制系统。所述信号发射器安装于所述叶片的叶尖顶端。所述风力发电机组具有净空安全距离平面，所述净空安全距离平面为位于叶尖与塔筒的净空安全距离位置处并与所述塔筒的轴线平行的平面，其中，所述第一信号接收器和所述第二信号接收器相对于所述净空安全距离平面对称设置。所述控制系统根据所述第一信号接收器和所述第二信号接收器接收所述信号发射器发射的信号的先后顺序来确定是否存在扫塔风险。
本发明实施例的另一个方面还提供一种风力发电机组叶片净空的监测方法。所述监测方法包括：在风力发电机组的叶片从上方接近塔筒的预定角度范围时由信号发射器发射信号，其中，所述信号发射器安装于所述风力发电机组的每个叶片的叶尖顶端；由安装于所述风力发电机组的机舱上的第一信号接收器和第二信号接收器分别接收所述信号发射器发射的信号，其中，所述第一信号接收器和所述第二信号接收器相对于所述风力发电机组的净空安全距离平面对称设置，所述净空安全距离平面为位于叶尖与塔筒的净空安全距离位置处并与所述塔筒的轴线平行的平面；以及根据所述第一信号接收器和所述第二信号接收器接收所述信号发射器发射的信号的先后顺序来确定是否存在扫塔风险。
本发明实施例的又一个方面还提供一种风力发电机组，其包括塔筒、安装在所述塔筒顶端的机舱、安装在所述机舱一端的轮毂以及安装于所述轮毂上的多个叶片。所述风力发电机组还包括如上所述的风力发电机组叶片净空的监测装置。
本发明实施例的风力发电机组叶片净空的监测装置可以有效地监测叶片与塔筒的净空，以防扫塔，而不受叶尖变形方位姿态的影响，无需进行后续大量繁琐的数据处理，安装维护容易，性能高效可靠，不易受环境影响。
并且，本发明实施例的风力发电机组叶片净空的监测装置结构设计简单，成本低廉，可大量推广。
附图说明
图1为本发明一个实施例的风力发电机组的侧面示意图；
图2为本发明一个实施例的风力发电机组运行过程中的正面示意图；
图3为本发明一个实施例的风力发电机组叶片净空的监测方法的流程图。
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例并不代表与本发明相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
在本发明实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。除非另作定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“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”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“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。在本发明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揭示了本发明一个实施例的风力发电机组100的侧面示意图。如图1所示，风力发电机组100包括塔筒101、安装在塔筒101顶端的机舱102、安装在机舱102一端的轮毂103以及安装于轮毂103上的多个叶片104。本发明实施例的风力发电机组100还包括风力发电机组叶片净空的监测装置200，用于对风力发电机组100的叶片净空进行监测。
本发明实施例的风力发电机组叶片净空的监测装置200包括信号发射器201、第一信号接收器202、第二信号接收器203及控制系统204。信号发射器201设置在风力发电机组100的每个叶片104上，并且，信号发射器201安装于叶片104的叶尖顶端。信号发射器201发射的信号例如可以包括但不限于电磁波、声波或其它信号波。信号发射器201的电源由电池或其他电源提供，例如，信号发射器201由太阳能电池供电，从而可以节省能源。
第一信号接收器202和第二信号接收器203设置于风力发电机组100的机舱102上。第一信号接收器202和第二信号接收器203例如可以通过焊接、粘接、螺接、铆接、卡合、磁力吸附等安装方式安装于机舱102上。风力发电机组100具有净空安全距离平面S，净空安全距离平面S为位于叶尖与塔筒101的净空安全距离位置处并与塔筒101的轴线L平行的平面，其中，第一信号接收器202和第二信号接收器203相对于净空安全距离平面S对称设置。
图2揭示了本发明一个实施例的风力发电机组100运行过程中的正面示意图。如图2所示，设置第一信号接收器202和第二信号接收器203的信号接收范围为叶片104从上方旋转接近塔筒101的预定角度范围β。在叶片104从上方旋转接近塔筒101的预定角度范围β时，第一信号接收器202和第二信号接收器203可以接收信号发射器201发射的信号。当叶片104从底部远离塔筒101继续向上旋转时，例如，当叶片104从图2所示的下方向图2所示的左侧向上旋转时，第一信号接收器202和第二信号接收器203将不再接收到信号。
叶片104从上方旋转接近塔筒101的预定角度范围β的具体数值可以根据风力发电机组100的型号来定。例如，在一个实施例中，叶片104从上方旋转接近塔筒101的预定角度范围β可以设定在50°-60°左右。
在一些实施例中，第一信号接收器202和第二信号接收器203安装于机舱102的底部。例如，第一信号接收器202和第二信号接收器203位于风力发电机组100的驱动链轴线在风力发电机组100的机舱102底面的投影线上。
在另一些实施例中，第一信号接收器202和第二信号接收器203也可以安装于机舱102的侧面。从而，可以方便第一信号接收器202和第二信号接收器203的维护。
控制系统204与第一信号接收器202和第二信号接收器203通讯连接，控制系统204可以根据第一信号接收器202和第二信号接收器203接收信号发射器201发射的信号的先后顺序来确定是否存在扫塔风险。
参照图1所示，第一信号接收器202靠近叶片104，第二信号接收器203靠近塔筒101。当靠近叶片104的第一信号接收器202比靠近塔筒101的第二信号接收器203先接收到信号发射器201发射的信号，则说明信号发射器201至第一信号接收器202的距离d1小于信号发射器201至第二信号接收器203的距离d2，此时，控制系统204可以确定叶片104位于净空安全距离平面S之外，即叶片104比净空安全距离平面S更远离塔筒101，塔筒101安全。
当第一信号接收器202和第二信号接收器203同时或者第一信号接收器202比第二信号接收器203晚接收到信号发射器201发射的信号，则说明信号发射器201至第一信号接收器202的距离d1等于或者大于信号发射器201至第二信号接收器203的距离d2，此时，控制系统204可以确定叶片104位于净空安全距离平面S之上或之内，即叶片104位于净空安全距离平面S上或比净空安全距离平面S更靠近塔筒101，存在扫塔风险。
在一些实施例中，在确定存在扫塔风险时，控制系统204可以进一步控制风力发电机组100进行停机操作，以防止扫塔，叶片104停止转动。
本发明实施例的风力发电机组叶片净空的监测装置200可以有效地监测叶片104与塔筒101的净空，以防扫塔，而不受叶尖变形方位姿态的影响，无需进行后续大量繁琐的数据处理，安装维护容易，性能高效可靠，不易受环境影响。
并且，本发明实施例的风力发电机组叶片净空的监测装置200结构设计简单，成本低廉，可大量推广。
本发明实施例还提供了一种风力发电机组叶片净空的监测方法。图3揭示了本发明一个实施例的风力发电机组叶片净空的监测方法的流程图。如图3所示，本发明实施例的风力发电机组叶片净空的监测方法可以包括步骤S11至步骤S13。
在步骤S11中，在风力发电机组100的叶片104从上方接近塔筒101的预定角度范围β时由信号发射器201发射信号，其中，信号发射器201安装于风力发电机组100的每个叶片104的叶尖顶端。
在步骤S12中，由安装于风力发电机组100的机舱102上的第一信号接收器202和第二信号接收器203分别接收信号发射器201发射的信号，其中，第一信号接收器202和第二信号接收器203相对于风力发电机组100的净空安全距离平面S对称设置，净空安全距离平面S为位于叶尖与塔筒101的净空安全距离位置处并与塔筒101的轴线L平行的平面。
在步骤S13中，根据第一信号接收器202和第二信号接收器203接收信号发射器201发射的信号的先后顺序来确定是否存在扫塔风险。
第一信号接收器202靠近叶片104，第二信号接收器203靠近塔筒101。当第一信号接收器202比第二信号接收器203先接收到信号发射器201发射的信号，则确定叶片104位于净空安全距离平面S之外，塔筒101安全。当第一信号接收器202和第二信号接收器203同时或者第一信号接收器202比第二信号接收器203晚接收到信号发射器201发射的信号，则确定叶片104位于净空安全距离平面S之上或之内，存在扫塔风险。
在一些实施例中，本发明实施例的风力发电机组叶片净空的监测方法还可以包括步骤S14。在步骤S14中，在确定存在扫塔风险时，则控制风力发电机组100进行停机操作，以防止扫塔。
本发明实施例的风力发电机组叶片净空的监测方法具有与上面所述的风力发电机组叶片净空的监测装置200相类似的有益技术效果，故，在此不再赘述。
以上对本发明实施例所提供的风力发电机组叶片净空的监测装置及其方法及风力发电机组进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明实施例的风力发电机组叶片净空的监测装置及其方法及风力发电机组进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，并不用以限制本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也均应落入本发明所附权利要求书的保护范围内。

Claims (12)

1.一种风力发电机组叶片净空的监测装置，其特征在于：其包括：
设置在风力发电机组的每个叶片上的信号发射器，所述信号发射器安装于所述叶片的叶尖顶端；
设置于所述风力发电机组的机舱上的第一信号接收器和第二信号接收器，所述风力发电机组具有净空安全距离平面，所述净空安全距离平面为位于叶尖与塔筒的净空安全距离位置处并与所述塔筒的轴线平行的平面，其中，所述第一信号接收器和所述第二信号接收器相对于所述净空安全距离平面对称设置；以及
控制系统，与所述第一信号接收器和所述第二信号接收器通讯连接，所述控制系统根据所述第一信号接收器和所述第二信号接收器接收所述信号发射器发射的信号的先后顺序来确定是否存在扫塔风险。
2.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述第一信号接收器靠近所述叶片，所述第二信号接收器靠近所述塔筒，当所述第一信号接收器比所述第二信号接收器先接收到所述信号发射器发射的信号，则所述控制系统确定所述叶片位于所述净空安全距离平面之外，所述塔筒安全；当所述第一信号接收器和所述第二信号接收器同时或者所述第一信号接收器比所述第二信号接收器晚接收到所述信号发射器发射的信号，则所述控制系统确定所述叶片位于所述净空安全距离平面之上或之内，存在扫塔风险。
3.如权利要求2所述的监测装置，其特征在于：所述控制系统在确定存在扫塔风险时控制所述风力发电机组进行停机操作。
4.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述第一信号接收器和所述第二信号接收器安装于所述机舱的底部。
5.如权利要求4所述的监测装置，其特征在于：所述第一信号接收器和所述第二信号接收器位于所述风力发电机组的驱动链轴线在所述风力发电机组的机舱底面的投影线上。
6.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述第一信号接收器和所述第二信号接收器安装于所述机舱的侧面。
7.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述第一信号接收器和所述第二信号接收器的信号接收范围为所述叶片从上方旋转接近所述塔筒的预定角度范围。
8.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述信号发射器由太阳能电池供电。
9.一种风力发电机组叶片净空的监测方法，其特征在于：其包括：
在风力发电机组的叶片从上方接近塔筒的预定角度范围时由信号发射器发射信号，其中，所述信号发射器安装于所述风力发电机组的每个叶片的叶尖顶端；
由安装于所述风力发电机组的机舱上的第一信号接收器和第二信号接收器分别接收所述信号发射器发射的信号，其中，所述第一信号接收器和所述第二信号接收器相对于所述风力发电机组的净空安全距离平面对称设置，所述净空安全距离平面为位于叶尖与塔筒的净空安全距离位置处并与所述塔筒的轴线平行的平面；以及
根据所述第一信号接收器和所述第二信号接收器接收所述信号发射器发射的信号的先后顺序来确定是否存在扫塔风险。
10.如权利要求9所述的监测方法，其特征在于：所述第一信号接收器靠近所述叶片，所述第二信号接收器靠近所述塔筒，当所述第一信号接收器比所述第二信号接收器先接收到所述信号发射器发射的信号，则确定所述叶片位于所述净空安全距离平面之外，所述塔筒安全；当所述第一信号接收器和所述第二信号接收器同时或者所述第一信号接收器比所述第二信号接收器晚接收到所述信号发射器发射的信号，则确定所述叶片位于所述净空安全距离平面之上或之内，存在扫塔风险。
11.如权利要求10所述的监测方法，其特征在于：还包括：
在确定存在扫塔风险时控制所述风力发电机组进行停机操作。
12.一种风力发电机组，其包括塔筒、安装在所述塔筒顶端的机舱、安装在所述机舱一端的轮毂以及安装于所述轮毂上的多个叶片，其特征在于：其还包括如权利要求1至8中任一项所述的风力发电机组叶片净空的监测装置。
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