CN112502911A - 一种实时预测叶片通过塔筒时扫塔风险的方法 - Google Patents

一种实时预测叶片通过塔筒时扫塔风险的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112502911A
CN112502911A CN202011378635.7A CN202011378635A CN112502911A CN 112502911 A CN112502911 A CN 112502911A CN 202011378635 A CN202011378635 A CN 202011378635A CN 112502911 A CN112502911 A CN 112502911A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tower
coordinate system
target point
millimeter wave
wave radar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011378635.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112502911B (zh
Inventor
兰杰
郑大周
王其君
姚森
彭先伟
李颖
林淑
尹景勋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongfang Electric Wind Power Co Ltd
Original Assignee
Dongfang Electric Wind Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongfang Electric Wind Power Co Ltd filed Critical Dongfang Electric Wind Power Co Ltd
Priority to CN202011378635.7A priority Critical patent/CN112502911B/zh
Publication of CN112502911A publication Critical patent/CN112502911A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112502911B publication Critical patent/CN112502911B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30—Wind power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种实时预测叶片通过塔筒时扫塔风险的方法，通过在风电机组机舱尾部的预设位置安装毫米波雷达，采集可靠的测量信息，建立风机塔筒净空模型；利用毫米波雷达对叶片经过风轮旋转平面内指定区域整体进行检测进而获得叶片经过风轮旋转平面内指定区域时的目标点空间位置和变形速度信息，计算每个目标点处的净空值和每个目标点通过塔筒时的变形量，并评估叶片扫塔风险，依据风险等级做出不同控制动作。本发明能够提前一定时间预知叶片通过塔筒时的扫塔风险，同时监测多个目标点的净空值和通过塔筒时的变形量，提高系统的可靠性和安全性。

Description

一种实时预测叶片通过塔筒时扫塔风险的方法
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其是涉及一种实时预测叶片通过塔筒时扫塔风险的方法。
背景技术
在风电技术领域中，塔筒净空是指叶片表面距塔筒表面的最小距离。在机组运行过程中，风速的增加会使叶尖部分向塔筒表面靠近，严重时可导致叶片扫塔，直接造成经济损失。基于塔筒净空的实时测量值与阈值判断的结果，一方面可避免叶片扫塔事故发生，提高风电机组的安全性；另一方面对叶片减重具有指导意义，可减少风电机组的制造和维护成本。
目前，现有测量风电机组塔筒净空值的测量方法可按测量工具分为三类。
第一类是基于安装在塔筒靠近叶尖高度处雷达探头的测量方法。这种方法的不足之处在于，叶片旋转平面会随着风向的变化而变化，这意味着需要在同一高度的塔筒外表面上布置多个雷达探头，致使风电机组的成本增加。除此之外，这种测量方法还面临着雷达探头的安装、维护和引线困难。
第二类是基于摄像头的测量方法，包括单目摄像头和双目摄像头。这种方法的不足之处在于，摄像头的视觉易受干扰。对于陆上风电机组，风沙和强光会对图像质量进行干扰；对于海上风电机组，盐雾和强光会对图像质量进行干扰。以上均降低了基于摄像头的测量方法的可靠性。
第三类是基于激光测距的测量方法，这种方法的不足之处在于激光容易受到外界环境影响，使测量距离和测量精度降低，同时，叶片离塔筒表面最近的距离不是叶片固定截面，若采取多个激光测距设备，会导致成本大幅提高。
如果直接使用实时测量叶片通过塔筒时的净空值进行阈值判断，由于叶片尖部附近速度很快，当检测到净空值处于危险范围时，风力发电机组的控制系统不能快速响应，且叶片变形速度具有一定的惯性，因此需要能够提前一定时间预知叶片通过塔筒时的扫塔风险。另外，叶片净空最小值并不一定发生在叶片某个固定位置，因此需要同时检测多个目标点净空值。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种实时预测叶片通过塔筒时扫塔风险的方法，所述方法包括：
在风电机组机舱尾部的预设位置安装毫米波雷达，调整毫米波雷达法线，使毫米波雷达的波束可以照射叶片旋转平面内的指定区域；
利用毫米波雷达对叶片经过风轮旋转平面内指定区域进行检测，获得毫米波雷达坐标系下、指定区域内多个目标点的空间位置和变形速度信息；
利用毫米波雷达坐标系下的目标点空间位置信息和变形速度计算风电机组塔架底部坐标系下的目标点空间位置和变形速度信息；
利用风电机组塔架底部坐标系下的目标空间位置和变形速度信息，计算每个目标点处的净空值和预测计算出每个目标点通过塔筒时的净空值，并评估叶片扫塔风险，依据风险等级做出不同控制动作，具体为：
在风电机组塔架底部坐标系下，利用每个目标点的坐标值和与目标点高度一致的塔筒半径计算目标点处的净空值；依据每个目标点处的净空值、变形速度和风力发电机组运行信息，预测计算出每个目标点通过塔筒时的变形百分比，将所有目标点通过塔筒时的变形百分比与预设的两级阈值进行比较判断，基于阈值判断的结果，保持系统正常运行、执行收桨运行动作或执行停机动作。
所述预设位置为机舱尾部下表面的外侧，所述指定区域为叶片的叶尖预弯部分。
所述利用毫米波雷达坐标系下的目标点空间位置和变形速度信息计算风电机组塔架底部坐标系下的目标点空间位置和变形速度信息包括：
确定雷达坐标系原点在塔架底部坐标系下的位置参数；
确定塔架底部坐标系到毫米波雷达坐标系的旋转参数；
确定旋转矩阵参数。
所述确定雷达坐标系原点在塔架底部坐标系下的位置参数为坐标(xa,ya,za)，确定塔架底部坐标系到毫米波雷达坐标系的旋转参数包括：坐标系绕坐标轴旋转时选取坐标轴的先后顺序，以及绕每个坐标轴旋转时的旋转角度，则确定旋转矩阵参数为：
Figure BDA0002807872160000031
Figure BDA0002807872160000032
Figure BDA0002807872160000033
其中，βx为绕x轴的旋转角度，βy为绕y轴的旋转角度，βz为绕z轴的旋转角度。
所述利用毫米波雷达坐标系下的目标点空间位置信息和变形速度信息计算风电机组塔架底部坐标系下的目标点空间位置信息和变形速度信息还包括：获得第i个目标点在毫米波雷达坐标系下的位置信息为(xi′,yi′,zi′),则目标点在塔架底部坐标系的位置信息(xi,yi,zi)的计算方式如下：
Figure BDA0002807872160000034
获得第i个目标点在毫米波雷达坐标系下的变形速度信息为(v′ix，v′iy，v′iz),则目标点在塔架底部坐标系的变形速度信息(vix，viy，viz)的计算方式如下:
Figure BDA0002807872160000041
所述利用风电机组塔架底部坐标系下的目标空间位置和变形速度信息，计算每个目标点处的净空值和预测计算出每个目标点通过塔筒时的净空值包括：在得到塔架底部坐标系下的目标位置信息(xi,yi,zi)后，计算第i个目标点的净空值di，即：di＝yi-ri；其中，ri为第i个目标点所在高度处的塔筒半径；
基于塔架底部坐标系下的第i个目标点的净空值di,变形速度viy，预测计算出每个目标点通过塔筒时的净空值：
Figure BDA0002807872160000042
其中Ω为风轮转速，Φ为叶片当前方位角到塔筒轴线的角度差。
所述评估叶片扫塔风险，依据风险等级做出不同控制动作包括：计算出所有目标点在未变形时通过塔筒时的净空值L′i,再计算出所有目标点通过塔筒时的变形百分比，即：
Figure BDA0002807872160000043
当所有目标点的变形百分比pi均小于第一阈值S1，保持系统正常运行；当所有目标点的变形百分比pi中有超过第一阈值S1的情况，执行收桨运行动作；当所有目标点的变形百分比pi中有超过第二阈值S2的情况,执行停机动作。
所述与目标点高度一致的塔筒半径为塔筒在各目标点高度处水平截面的半径。
适用于不同类型叶片。
本发明的有益效果：
本发明能够测量并计算风电机组塔筒净空和预测叶片变形量，能够提前一定时间预知叶片通过塔筒时的扫塔风险，同时监测多个目标点的净空值和叶片变形量，提高系统的可靠性，同时易于安装和维护，可适用于不同类型叶片，避免叶片扫塔事故发生，提高风电机组的安全性。
附图说明
图1为本发明示例性实施例的毫米波雷达安装位置及照射区域的示意图；
图2为本发明示例性实施例的毫米波雷达安装位置俯视图；
图3为本发明示例性实施例的与毫米波雷达连接的支架形状示意图；
图4为本发明示例性实施例的空间直角坐标系示意图。
具体实施方式
为清晰地说明本发明的具体实施方式，现结合附图对本发明示例性实施例做详细的描述。
本发明提供了一种实时预测叶片通过塔筒时扫塔风险的方法，该方法包括以下步骤：
第一步，将毫米波雷达安装在风电机组机舱尾部的预设位置，调整毫米波雷达法线，使毫米波雷达的波束可以照射叶片旋转平面内的指定区域。预设位置为机舱尾部下表面的外侧，指定区域为叶片的叶尖预弯部分。
参考图1,本示例性实施例利用支架1将毫米波雷达2与机舱架3固定连接，支架1下端与毫米波雷达2连接,上端固定于风电机组机舱架3的尾部。除此之外，也可以直接将毫米波雷达2固定于机舱尾部的罩壳5表面上。
参考图2，本示例性实施例将毫米波雷达2安装在机舱架尾部的左侧，该位置可以避免图1中塔筒6对毫米波信号的干扰。除此之外，也可以将毫米波雷达2安装在机舱尾部的右侧。
参考图1，改变支架1的高度以调整毫米波雷达2的安装高度，同时调整毫米波雷达2的安装角度，以保证在叶片经过探测区域时，其叶尖预弯部分4能出现在毫米波雷达2在竖直方向的视野范围内，图1中两条虚射线之间的夹角β，即毫米波雷达2在竖直方向的视场角。为避免机舱罩壳5对毫米波信号的干扰，需要在机舱罩壳5底部开孔，开孔区域即为毫米波雷达2波束传输时经过的区域；即毫米波雷达2的波束从罩壳5底部的预设孔穿出，保证毫米波雷达2的波束可以照射到叶片旋转平面内的指定区域。
本示例性实施例的支架1采用图3所示结构的支架。除此之外，也可以选取能达到连接和固定作用的其它支架。
毫米波是一种电磁波，不受风沙、雨雪、盐雾和光线强弱的影响，能够全天候可靠测量。在本示例性实施例中，将毫米波雷达相对地面的高度要高于罩壳相对地面的高度；具体的，毫米波雷达在空间上位于机舱罩壳的内部。为避免在塔筒上安装雷达探头时产生的安装、维护和引线困难，克服风沙、盐雾和强光对塔筒净空测量结果的干扰，降低测量成本；不用考虑毫米波雷达的防雷问题，将毫米波雷达的电源线和信号线在机舱内部与位于机舱架上的主控柜7相连接，即可构成一套完整的毫米波雷达坐标系下的目标位置信息获取模块。除此之外，也可以增加支架的长度，让毫米波雷达位于机舱罩壳以外的空间，但这种情况下，除了需要配置毫米波雷达的电源线和信号线之外，还要单独配置毫米波雷达的防雷线。
第二步，利用毫米波雷达对叶片经过风轮旋转平面内指定区域整体进行检测进而获得叶片经过风轮旋转平面内指定区域时的目标点空间位置和变形速度信息，即获得毫米波雷达坐标系下、指定区域内多个目标点的空间位置和变形速度信息。
应理解，在风电机组实际工作情况下，叶片上距离塔筒的最小距离不一定出现在叶尖部位，而是位于叶尖预弯部分内的某点。因此，本发明示例性实施例是利用毫米波雷达坐标系下的目标位置和变形速度信息获取模块对叶尖预弯部分整体进行位置检测，获取区域内多目标点的位置和变形速度信息，再进一步计算叶片通过塔筒位置时的最小距离，即塔筒净空值Li。
第三步，利用毫米波雷达坐标系下的目标位置和变形速度信息计算出为风电机组塔架底部坐标系下的目标位置和变形速度信息。确定雷达坐标系原点在塔架底部坐标系下的位置参数；确定塔架底部坐标系到毫米波雷达坐标系的旋转参数；确定旋转矩阵参数。可选地，毫米波雷达坐标系下的目标位置信息可包括该空间直角坐标系下的X轴、Y轴和Z轴坐标。塔架底部坐标系下的目标位置信息可包括该空间直角坐标系下的X轴、Y轴和Z轴坐标。
应理解，在不同等级的风电机组情况下，叶尖预弯部分的长度是会发生变化的，这是因为不同等级的风电机组的叶片长度各不相同。因此，毫米波雷达在竖直方向的最小视场角是会随着风电机组等级的变化而变化，其值可以根据不同等级发电机组叶片的预弯起始位置和毫米波雷达距离地面的安装高度进行计算，可参考公式(1)。
Figure BDA0002807872160000071
应理解，图1中毫米波雷达在竖直方向的实际视场角可以大于理论最小视场角β，以避免实际工况下风电机组前后振动对测量带来的不利影响。
现参考图4，规定塔架底部坐标系原点为O，坐标轴为x轴、y轴和z轴；毫米波雷达坐标系原点为O1，x1轴、y1轴和z1轴，方向均如图4所示。则根据毫米波雷达的安装位置和安装角度信息，便可实现毫米波雷达坐标系下的目标位置和变形速度信息向塔架底部坐标系下的目标位置和变形速度信息转换过程，即风电机组塔架底部坐标系下的目标位置和变形速度信息计算模块。毫米波雷达的安装位置信息可包括O1点在塔架底部坐标系下的坐标(xa,ya,za),安装角度信息为塔架底部坐标系旋转至毫米波雷达坐标系时的绕坐标轴旋转的轴顺序和对应的旋转角度。
应理解，图4中雷达波视场角度未直接探测塔筒中心线位置的目标位置、变形速度信息，目的是为了能够提前计算和预测叶片通过塔筒中心线位置时的净空距离，从而能提前评估出叶片扫塔风险并作出合理的控制动作。
假设在塔架底部坐标系旋转至毫米波雷达坐标系的过程中，先绕z轴旋转，角度为βz；再绕y轴旋转，角度为βy；最后绕x轴旋转，角度为βx。则风电机组塔架底部坐标系下的目标位置信息和变形速度信息计算模块中，需要设定的旋转矩阵参数如公式(2)所示。
Figure BDA0002807872160000081
Figure BDA0002807872160000082
Figure BDA0002807872160000083
若第i个目标点在毫米波雷达坐标系下的位置信息，即坐标为(xi′,yi′,zi′),则目标点在塔架底部坐标系的位置信息，即坐标(xi,yi,zi)可按公式(3)计算。
Figure BDA0002807872160000084
第i个目标点在毫米波雷达坐标系下的位变形速度息为(v′ix，v′iy，v′iz),则目标点在塔架底部坐标系的变形速度信息(vix，viy，viz)计算方式如下:
Figure BDA0002807872160000091
应理解，上述公式(3)和(4)只对应于本发明示例性实施例的坐标系旋转时假设的坐标轴顺序，实际计算时可以改变旋转时坐标轴的顺序，但这不改变最终的计算结果。
优选地，在本发明示例性实施例中，将毫米波雷达绕法线旋转90度，将毫米波雷达的水平方位面旋转至实际空间中的俯仰方位面,将毫米波雷达的俯仰方位面旋转至实际空间中的水平方位面，再对角度进行细微调整，以照射指定区域。这种做法的原因在于，在分辨率指标上，毫米波雷达自身的水平方位面分辨结果要优于自身的俯仰方位面，而在本发明示例性实施例中，叶尖预弯部分在俯仰方位面上的分辨率更为重要，故将毫米波雷达绕法线旋转90度，以充分利用毫米波雷达的特点。
第四步，利用风电机组塔架底部坐标系下的目标空间位置和变形速度信息，计算每个目标点处的净空值和预测计算出每个目标点通过塔筒时的净空值，并评估出叶片扫塔风险，依据风险等级做出不同控制动作。具体为：在风电机组塔架底部坐标系下，利用每个目标点的坐标值和与目标点高度一致的塔筒半径计算目标点处的净空值；依据每个目标点处的净空值、变形速度和风力发电机组运行信息，预测计算出每个目标点通过塔筒时的变形百分比，将所有目标点的变形百分比与预设的两级阈值进行比较判断，基于阈值判断的结果，保持系统正常运行、执行收桨运行动作或执行停机动作。与目标点高度一致的塔筒半径为塔筒在各目标点高度处水平截面的半径。
参考图1，在得到塔架底部坐标系下的目标位置信息(xi,yi,zi)后，塔筒净空值计算模块按照公式(5)计算第i个目标点的净空值di。公式(5)中，ri为第i个目标点所在高度处的塔筒半径。
di＝yi-ri (5)
在得到塔架底部坐标系下的第i个目标点的净空值di,变形速度viy，预测计算出每个目标点通过塔筒时的净空值，即
Figure BDA0002807872160000101
其中Ω为风轮转速，Φ为叶片当前方位角到塔筒轴线的角度差。
所述计算塔筒位置净空值评估扫塔风险，并做出不同控制动作：计算出所有目标点在未变形时通过塔筒时的净空值L′i,并计算出所有目标点的变形百分比，即：
Figure BDA0002807872160000102
当所有目标点的变形百分比pi均小于第一阈值S1，保持系统正常运行；当所有目标点的变形百分比pi中有超过第一阈值S1的情况，执行收桨运行动作，当所有目标点的变形百分比pi中有超过第二阈值S2的情况,执行停机动作。
本发明将毫米波雷达固定在机舱尾部的预设位置，如图1，毫米波雷达的有效测量视角β增大，测量精度提高，同时安装或维修人员可直接在机舱内完成安装和维护，雷达的电源线和信号线可以在机舱内直接接入主控系统。参考图1,支架1起到连接与固定毫米波雷达2的作用,其下端与毫米波雷达连接,上端固定于风电机组机舱架3的尾部。具体而言，参考图2，毫米波雷达1安装在机舱架尾部的左侧。在图1中，改变支架的高度以调整毫米波雷达的安装高度，同时调整毫米波雷达的安装角度，以保证在叶片经过探测区域时，其叶尖预弯部分4能出现在毫米波雷达在竖直方向的视野范围内，图1中两条虚射线之间的夹角β，即毫米波雷达在竖直方向的视场角。为避免机舱罩壳5对毫米波信号的干扰，需要在机舱罩壳底部开孔，开孔区域即毫米波雷达波束传输时经过的区域。
以上所述是针对示例性实施例的本发明具体实施方法，并非以此限制本发明的实施范围，除上述提及的与示例性实施例相比可更改的实施方法，此发明还适用于在不同工况下的、不同等级的风力发电机组，包括陆上风力发电机组和海上风力发电机组。凭借本发明，均能实现塔筒净空的实时测量。因此根据本发明的拓扑结构、原理等所做变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种实时预测叶片通过塔筒时扫塔风险的方法，其特征在于，所述方法包括：
在风电机组机舱尾部的预设位置安装毫米波雷达，调整毫米波雷达法线，使毫米波雷达的波束可以照射叶片旋转平面内的指定区域；
利用毫米波雷达对叶片经过风轮旋转平面内指定区域进行检测，获得毫米波雷达坐标系下、指定区域内多个目标点的空间位置和变形速度信息；
利用毫米波雷达坐标系下的目标点空间位置和变形速度信息计算风电机组塔架底部坐标系下的目标点空间位置和变形速度信息；
利用风电机组塔架底部坐标系下的目标空间位置和变形速度信息，计算每个目标点处的净空值和预测计算出每个目标点通过塔筒时的净空值，并评估出叶片扫塔风险，依据风险等级做出不同控制动作，具体为：
在风电机组塔架底部坐标系下，利用每个目标点的坐标值和与目标点高度一致的塔筒半径计算目标点处的净空值；依据每个目标点处的净空值、变形速度和风力发电机组运行信息，预测计算出每个目标点通过塔筒时的变形百分比，将所有目标点通过塔筒时的变形百分比与预设的两级阈值进行比较判断，基于阈值判断的结果，保持系统正常运行、执行收桨运行动作或执行停机动作。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设位置为机舱尾部下表面的外侧，所述指定区域为叶片的叶尖预弯部分。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用毫米波雷达坐标系下的目标点空间位置和变形速度信息计算风电机组塔架底部坐标系下的目标点空间位置和变形速度信息包括：
确定雷达坐标系原点在塔架底部坐标系下的位置参数；
确定塔架底部坐标系到毫米波雷达坐标系的旋转参数；
确定旋转矩阵参数。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定雷达坐标系原点在塔架底部坐标系下的位置参数为坐标(xa,ya,za)，确定塔架底部坐标系到毫米波雷达坐标系的旋转参数包括：坐标系绕坐标轴旋转时选取坐标轴的先后顺序，以及绕每个坐标轴旋转时的旋转角度，则确定旋转矩阵参数为：
Figure FDA0002807872150000021
Figure FDA0002807872150000022
Figure FDA0002807872150000023
其中，βx为绕x轴的旋转角度，βy为绕y轴的旋转角度，βz为绕z轴的旋转角度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用毫米波雷达坐标系下的目标点空间位置和变形速度信息计算风电机组塔架底部坐标系下的目标点空间位置和变形速度信息还包括：获得第i个目标点在毫米波雷达坐标系下的位置信息为(xi′,yi′,zi′),则目标点在塔架底部坐标系的位置信息(xi,yi,zi)的计算方式如下：
Figure FDA0002807872150000024
获得第i个目标点在毫米波雷达坐标系下的变形速度信息为(v′ix，v′iy，v′iz),则目标点在塔架底部坐标系的变形速度信息(vix，viy，viz)的计算方式如下:
Figure FDA0002807872150000031
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用风电机组塔架底部坐标系下的目标空间位置和变形速度信息，计算每个目标点处的净空值和预测计算出每个目标点通过塔筒时的净空值包括：在得到塔架底部坐标系下的目标位置信息(xi,yi,zi)后，计算第i个目标点的净空值di，即：di＝yi-ri；其中，ri为第i个目标点所在高度处的塔筒半径；
基于塔架底部坐标系下的第i个目标点的净空值di,变形速度viy，预测计算出每个目标点通过塔筒时的净空值：
Figure FDA0002807872150000032
其中Ω为风轮转速，Φ为叶片当前方位角到塔筒轴线的角度差。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述评估叶片扫塔风险，依据风险等级做出不同控制动作包括：计算出所有目标点在未变形时通过塔筒时的净空值L′i,再计算出所有目标点通过塔筒时的变形百分比：
Figure FDA0002807872150000033
当所有目标点的变形百分比pi均小于第一阈值S1，保持系统正常运行；当所有目标点的变形百分比pi中有超过第一阈值S1的情况，执行收桨运行动作；当所有目标点的变形百分比pi中有超过第二阈值S2的情况,执行停机动作。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述与目标点高度一致的塔筒半径为塔筒在各目标点高度处水平截面的半径。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，适用于不同类型叶片。
CN202011378635.7A 2020-11-30 2020-11-30 一种实时预测叶片通过塔筒时扫塔风险的方法 Active CN112502911B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011378635.7A CN112502911B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种实时预测叶片通过塔筒时扫塔风险的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011378635.7A CN112502911B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种实时预测叶片通过塔筒时扫塔风险的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112502911A true CN112502911A (zh) 2021-03-16
CN112502911B CN112502911B (zh) 2022-04-01

Family

ID=74968713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011378635.7A Active CN112502911B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种实时预测叶片通过塔筒时扫塔风险的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112502911B (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112926218A (zh) * 2021-03-23 2021-06-08 芜湖森思泰克智能科技有限公司 净空距离的获取方法、装置、设备和存储介质
CN113137344A (zh) * 2021-04-19 2021-07-20 上海电气风电集团股份有限公司 一种风力发电机组净空测量装置、方法以及风力发电机组
CN113250912A (zh) * 2021-05-24 2021-08-13 郑州爱因特电子科技有限公司 一种风电机组叶片净空监测方法
CN113536609A (zh) * 2021-09-16 2021-10-22 武汉理工大学 面向海上风电工程的雷达遮蔽区域模型构建方法
CN113586363A (zh) * 2021-08-27 2021-11-02 西安热工研究院有限公司 一种风电机组叶片挠度监测装置及方法
CN113586367A (zh) * 2021-09-28 2021-11-02 浙江中自庆安新能源技术有限公司 一种基于风荷载的自适应塔筒叶尖净空测量方法及系统
CN113915076A (zh) * 2021-10-27 2022-01-11 陕西中科启航科技有限公司 一种基于毫米波雷达的风机净空预警方法
CN113962045A (zh) * 2021-12-22 2022-01-21 东方电气风电股份有限公司 一种以风力发电机组叶片运行轨迹计算净空距离方法
CN113958464A (zh) * 2021-10-29 2022-01-21 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 基于毫米雷达波测量的叶片净空监测方法及控制方法
CN114060233A (zh) * 2021-11-23 2022-02-18 大唐陕县风力发电有限责任公司 风力发电机组的叶片扫塔预警系统
CN114320774A (zh) * 2021-12-24 2022-04-12 北京金风慧能技术有限公司 风力发电机组的叶片检测方法、装置、系统、设备及介质
CN114718811A (zh) * 2022-06-09 2022-07-08 东方电气风电股份有限公司 一种基于gps监测风机叶片状态的自适应控制方法
CN114810514A (zh) * 2022-06-27 2022-07-29 东方电气风电股份有限公司 风电机组叶尖净空距离测量方法、装置、设备及存储介质

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130287567A1 (en) * 2010-11-02 2013-10-31 Vestas Wind Systems A/S System and method for identifying the likelihood of a tower strike where a rotor blade strikes the tower of a wind turbine
EP2725224A1 (en) * 2012-10-26 2014-04-30 LM WP Patent Holding A/S A system and method for de-icing a wind turbine blade
US20140140844A1 (en) * 2011-06-27 2014-05-22 Lm Wp Patent Holding A/S Method of controlling a wind turbine and related system
US20140356162A1 (en) * 2011-12-23 2014-12-04 Wilic S.Ar.L Wind power turbine and wind power turbine control method
US20150159632A1 (en) * 2012-06-26 2015-06-11 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine blade vibration detection and radar calibration
EP3324043A1 (en) * 2016-11-21 2018-05-23 LM WP Patent Holding A/S Method for controlling a floating offshore wind turbine, wind turbine control system and floating offshore wind turbine
CN109826760A (zh) * 2019-02-28 2019-05-31 北京金风科创风电设备有限公司 确定风力发电机组的塔架净空的方法和装置
CN110621959A (zh) * 2016-12-16 2019-12-27 英内杰克斯有限公司 用于监测风力涡轮机叶片偏转的系统和方法
CN110678646A (zh) * 2018-04-17 2020-01-10 远景能源（江苏）有限公司 风力涡轮机的叶尖间隙、估算与控制
CN110778452A (zh) * 2019-11-15 2020-02-11 东方电气风电有限公司 一种大型风力风电机组降载及安全控制系统及方法
CN110939549A (zh) * 2019-11-18 2020-03-31 陈伟春 一种叶片净空距离监测系统及叶片净空距离监测方法
CN111433455A (zh) * 2017-12-04 2020-07-17 日本电产Ssb风系统有限公司 风力涡轮机塔架至桨叶末端测量系统
CN111980872A (zh) * 2020-09-18 2020-11-24 南京镭智传感技术研究院有限公司 一种测量风力发电机叶片到塔筒的距离传感装置

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130287567A1 (en) * 2010-11-02 2013-10-31 Vestas Wind Systems A/S System and method for identifying the likelihood of a tower strike where a rotor blade strikes the tower of a wind turbine
US20140140844A1 (en) * 2011-06-27 2014-05-22 Lm Wp Patent Holding A/S Method of controlling a wind turbine and related system
CN103890383A (zh) * 2011-06-27 2014-06-25 Lmwp专利控股有限公司 控制风力涡轮机的方法及相关系统
US20140356162A1 (en) * 2011-12-23 2014-12-04 Wilic S.Ar.L Wind power turbine and wind power turbine control method
US20160215763A1 (en) * 2012-06-26 2016-07-28 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine blade vibration detection and radar calibration
US20150159632A1 (en) * 2012-06-26 2015-06-11 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine blade vibration detection and radar calibration
EP2725224A1 (en) * 2012-10-26 2014-04-30 LM WP Patent Holding A/S A system and method for de-icing a wind turbine blade
EP3324043A1 (en) * 2016-11-21 2018-05-23 LM WP Patent Holding A/S Method for controlling a floating offshore wind turbine, wind turbine control system and floating offshore wind turbine
CN110621959A (zh) * 2016-12-16 2019-12-27 英内杰克斯有限公司 用于监测风力涡轮机叶片偏转的系统和方法
CN111433455A (zh) * 2017-12-04 2020-07-17 日本电产Ssb风系统有限公司 风力涡轮机塔架至桨叶末端测量系统
CN110678646A (zh) * 2018-04-17 2020-01-10 远景能源（江苏）有限公司 风力涡轮机的叶尖间隙、估算与控制
CN109826760A (zh) * 2019-02-28 2019-05-31 北京金风科创风电设备有限公司 确定风力发电机组的塔架净空的方法和装置
CN110778452A (zh) * 2019-11-15 2020-02-11 东方电气风电有限公司 一种大型风力风电机组降载及安全控制系统及方法
CN110939549A (zh) * 2019-11-18 2020-03-31 陈伟春 一种叶片净空距离监测系统及叶片净空距离监测方法
CN111980872A (zh) * 2020-09-18 2020-11-24 南京镭智传感技术研究院有限公司 一种测量风力发电机叶片到塔筒的距离传感装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
尹景勋等: "预弯对风电叶片气动性能的影响", 《东方汽轮机》 *

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112926218A (zh) * 2021-03-23 2021-06-08 芜湖森思泰克智能科技有限公司 净空距离的获取方法、装置、设备和存储介质
CN112926218B (zh) * 2021-03-23 2023-06-09 芜湖森思泰克智能科技有限公司 净空距离的获取方法、装置、设备和存储介质
CN113137344A (zh) * 2021-04-19 2021-07-20 上海电气风电集团股份有限公司 一种风力发电机组净空测量装置、方法以及风力发电机组
CN113250912A (zh) * 2021-05-24 2021-08-13 郑州爱因特电子科技有限公司 一种风电机组叶片净空监测方法
CN113250912B (zh) * 2021-05-24 2022-04-22 郑州爱因特电子科技有限公司 一种风电机组叶片净空监测方法
CN113586363B (zh) * 2021-08-27 2023-05-02 西安热工研究院有限公司 一种风电机组叶片挠度监测装置及方法
CN113586363A (zh) * 2021-08-27 2021-11-02 西安热工研究院有限公司 一种风电机组叶片挠度监测装置及方法
CN113536609B (zh) * 2021-09-16 2021-11-30 武汉理工大学 面向海上风电工程的雷达遮蔽区域模型构建方法
CN113536609A (zh) * 2021-09-16 2021-10-22 武汉理工大学 面向海上风电工程的雷达遮蔽区域模型构建方法
CN113586367B (zh) * 2021-09-28 2021-12-21 浙江中自庆安新能源技术有限公司 一种基于风荷载的自适应塔筒叶尖净空测量方法及系统
CN113586367A (zh) * 2021-09-28 2021-11-02 浙江中自庆安新能源技术有限公司 一种基于风荷载的自适应塔筒叶尖净空测量方法及系统
CN113915076A (zh) * 2021-10-27 2022-01-11 陕西中科启航科技有限公司 一种基于毫米波雷达的风机净空预警方法
CN113915076B (zh) * 2021-10-27 2024-05-14 陕西中科启航科技有限公司 一种基于毫米波雷达的风机净空预警方法
CN113958464A (zh) * 2021-10-29 2022-01-21 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 基于毫米雷达波测量的叶片净空监测方法及控制方法
CN114060233A (zh) * 2021-11-23 2022-02-18 大唐陕县风力发电有限责任公司 风力发电机组的叶片扫塔预警系统
CN113962045B (zh) * 2021-12-22 2022-03-15 东方电气风电股份有限公司 一种以风力发电机组叶片运行轨迹计算净空距离方法
CN113962045A (zh) * 2021-12-22 2022-01-21 东方电气风电股份有限公司 一种以风力发电机组叶片运行轨迹计算净空距离方法
CN114320774A (zh) * 2021-12-24 2022-04-12 北京金风慧能技术有限公司 风力发电机组的叶片检测方法、装置、系统、设备及介质
CN114718811A (zh) * 2022-06-09 2022-07-08 东方电气风电股份有限公司 一种基于gps监测风机叶片状态的自适应控制方法
CN114810514A (zh) * 2022-06-27 2022-07-29 东方电气风电股份有限公司 风电机组叶尖净空距离测量方法、装置、设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN112502911B (zh) 2022-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112502911B (zh) 一种实时预测叶片通过塔筒时扫塔风险的方法
CN112267980B (zh) 风力发电机组的叶片净空监测系统和方法
US10774814B2 (en) System and method for monitoring blade deflection of wind turbines
CN109812390B (zh) 一种风力发电机组的叶片净空监测方法
CN210396977U (zh) 一种风电机组叶片与塔筒净空的测量结构
EP2635806A2 (en) System and method for identifying the likelihood of a tower strike where a rotor blade strikes the tower of a wind turbine
CA2876072A1 (en) Microwave and/or radar systems in wind turbines
CN112628075B (zh) 一种风力发电机组叶片净空监测系统及方法
CN108844467A (zh) 基于激光三维重构的弧垂监测系统及其方法
CN115218801B (zh) 基于机器视觉的风力发电机净空距离测量方法及装置
CN113775483A (zh) 基于净空监测的叶片叶尖距的控制方法
US11639712B2 (en) System and method for monitoring blade deflection of wind turbines
CN113847199B (zh) 一种基于机载雷达在线偏航系统的偏航优化控制方法
CN113137344B (zh) 一种风力发电机组净空测量装置、方法以及风力发电机组
JP2015516542A (ja) 少なくとも１つの風力タービンブレードのピッチ角を制御するための方法
CN102889858B (zh) 利用激光进行锚碇结构位移监测的方法
CN114718819A (zh) 基于塔基毫米波测距仪的风机叶片净空监测方法及系统
CN211258896U (zh) 一种风力发电机塔筒状态监测控制系统
CN114294171A (zh) 风电机组叶片净空距离监测方法及监测系统
CN217029178U (zh) 一种风电机组的叶片净空监测系统
CN215719255U (zh) 一种风机叶片净空检测装置
WO2019074031A1 (ja) 風力発電機
CN217270623U (zh) 一种风电机组叶片净空监测装置
CN116163882B (zh) 一种基于三轴姿态传感器的风机净空距离调整方法及系统
CN116576076A (zh) 一种风电机组塔架净空监测系统及监测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 618000 No.2, Section 2, South Huashan Road, Jingyang District, Deyang City, Sichuan Province

Applicant after: Dongfang Electric Wind Power Co.,Ltd.

Address before: 618000 No.2, Section 2, South Huashan Road, Jingyang District, Deyang City, Sichuan Province

Applicant before: DONGFANG ELECTRIC WIND POWER Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant