CN113107784A - 风电机组叶片角度的激光校正方法、装置、设备及介质 - Google Patents

风电机组叶片角度的激光校正方法、装置、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种风电机组叶片角度的激光校正方法，包括以下步骤：采用激光测距装置对风电机组的塔筒和三支叶片的轮廓进行一定周期的测量；获取所述塔筒摆动的精度补偿处理方法；获取风电机组三支所述叶片表面轮廓的数据；对比三支所述叶片表面轮廓的数据，得到三支所述叶片的角度误差；根据三支所述叶片的角度误差，对三支所述叶片进行精准校正。本发明中的激光校正方法，可消除由于塔筒摆动导致的测量数据误差，得到三支叶片角度的差异，可对叶片最佳桨距角的位置进行精确校准，提高机组发电效率。

Description

风电机组叶片角度的激光校正方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及风电控制技术领域，特别涉及一种风电机组叶片角度的激光校正方法。
背景技术
风电机组通过风轮将风能转换成机械能，并通过传动链传递到发电机，再通过发电机将机械能转换成电能并向电网输送。
风轮及叶片是风电机组的关键部件,如风轮气动不平衡，风电机组将会产生额外载荷或者载荷失衡，造成风电机组叶片气动不平衡的原因主要包括叶片在安装时的误差以及风电机组长期运行后叶片发生的形变。因此，有效检测风电机组运行过程中叶片气动不平衡状态，并快速解决，有利于提高风电机组发电量，降低对传动链的冲击。
现有技术中，检测风机叶轮的三支叶片是否平衡，主要有以下两种方法：
一是数据分析法，不需要任何检测设备，仅对数据进行处理分析即可。但由于变桨电机的出力除了受叶片的载荷影响外，还会受其他因素影响。例如变桨轴承的摩擦力矩差异、不同叶片之间的重量差异、电机本身的性能差异等，因此，该方法虽然操作简单，但一般多仅用于粗略的分析，难以应用到叶片角度的精确校正中。
二是图像分析法，从风机外部着手，对三支叶片的轮廓进行拍照对比分析，可以避免受到风机内部其他部件的影响，但拍照的成像质量容易受到外部环境因素的影响，例如天气、光线、能见度等，该方法要求每支叶片垂直地面时才可以进行拍照，因此每个叶片精确位置的调整误差也难以避免。此外，测量过程中塔筒是一直在摆动的，塔筒的摆动，对叶片的方位会造成一定的影响。因此，叶片的位置误差、机组的晃动等因素都会对成像后的图像对比造成困难，这就决定了该方法能达到的精度较低；此外，采用该方法检测时还必须要求机组处于停机状态，影响风电场的正常生产。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种风电机组叶片角度的激光校正方法，以解决现有检测方法易受叶片之外其他部件影响且难以达到较高精度的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供一种风电机组叶片角度的激光校正方法，
包括以下步骤：
S1：采用激光测距装置对风电机组的塔筒和三支叶片的轮廓进行一定周期的测量；
S2：获取所述塔筒摆动的精度补偿处理方法；
S3：获取风电机组三支所述叶片表面轮廓的数据；
S4：对比三支所述叶片表面轮廓的数据，得到三支所述叶片的角度误差；
S5：根据三支所述叶片的角度误差，对三支所述叶片进行精准校正。
可选地，所述采用激光测距装置对风电机组的塔筒和三支叶片的轮廓进行一定周期的测量，具体包括：
S11：确定所述塔筒的摆动曲线；
S12：获取塔筒的中心线监测点到激光测距装置的距离随时间变化曲线，从而得到测量期间任一时刻的塔筒摆动的振幅数据；
S13：在一个检测周期内，获取三支叶片表面轮廓的测量数据；
S14：以时间点为基准，将三支叶片表面轮廓的测量数据与塔筒摆动的振幅数据进行叠加，得到实际的风电机组的叶片角度数据。
可选地，获取所述叶片表面轮廓的测量数据具体包括：
S131：旋转叶片到塔筒中心线的前面，使所述叶片位于所述发射器和所述塔筒之间；
S132：所述发射器发出红外光脉冲照在所述叶片的表面，并在所述叶片的表面发生反射，形成反射回波信号；
S133：所述激光接收器接收所述反射回波信号，并实时扫描记录所述叶片表面不同位置的反馈信号；
S134：根据所述反馈信号，得到所述叶片的所要测量截面的表面轮廓上全部的反射信号数据。
可选地，所述塔筒的摆动曲线为简谐振动。
可选地，所述检测周期具体是指：所述激光测距装置从塔筒中心线的检测位置开始，依次完成对三支所述叶片的表面实时扫描，并再次回到原始位置，计为一个检测周期。
可选地，当环境风速低于额定风速时，所述风电机组叶片一直工作于最佳桨距角的位置。
本发明的实施例还提供了一种激光测距装置，包括激光发射器、激光接收器、固定支架、计时单元和数据处理单元，其特征在于，所述固定支架用于对所述风电机组的叶片进行固定支撑，所述激光发射器发出高频脉冲激光，所述高频脉冲激光遇到障碍物或目标后会发生反射，反射的部分回波信号通过所述激光接收器的接收透镜击中光电二极管，所述光电二极管产生电接收信号，并将结果通过所述数据处理单元进行数据存储和处理。
本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现上述所述的风电机组叶片角度的激光校正方法中的步骤。
本发明的实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的风电机组叶片角度的激光校正方法中的步骤。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明方法与数据分析法相比，从外部测量着手，不会受到风电机组内部其他部件的因素影响，激光测距装置测量精度高，测量简单快捷，能保证对叶片角度的精确测量；
与图像分析法相比，采用该方法对风电机组叶片角度进行测量时，风机无须停机，测量方法简单，受外部自然环境因素影响小，该方法最大的优势在于可以消除塔筒摆动导致的测量误差，这是其他方法做不到的，因此该方法得到的结果精度高。
本公开所述的介质或电子设备，简单容易实现，且不需要安装其他载荷检测设备，降低了机组成本。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中风电机组叶片角度的激光校正方法的一个具体示例的流程图；
图2为本发明实施例中风电机组叶片角度的激光校正方法的步骤S1详细流程图；
图3为本发明实施例中充电系统的控制方法的步骤S13详细流程图；
图4为本发明实施例中激光测距装置的结构组成图；
图5为本发明实施例中激光测距装置检测塔筒中心线作为初始位置的示意图；
图6为本发明实施例中塔筒作简谐振动曲线的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
现有技术中，对风机叶轮的三支叶片是否平衡进行检测主要有以下两种方法：
一是：数据分析法，通过分析并对比三支叶片的变桨驱动电机出力的实时数据变化，得出三支叶片的受力差异。理论上来说，三支处于同样迎风角度的叶片，在处于相同的外部环境条件下，旋转到相同位置时受力是基本相同的，在叶轮旋转过程中，三个变桨驱动电机的出力变化也应该是相同的。例如，叶片1在六点钟位置时的受力，应与叶片2、叶片3同样在六点钟位置时的受力基本相同。如果三支叶片处于不同的迎风角度，由于受到的风载不同，则三个变桨驱动电机的出力也将有较大差别。
二是：图像分析法，该方法采用高像素成像装置，选定每个叶片垂直地面的位置分别进行成像，将叶轮旋转一周作为一个周期存储成图像，并提取图像线条，对每一周期内所成图像的线条进行重叠，对比分析后可以得到不同叶片的迎风角度是否有差异，从而分析得到叶轮是否存在气动不平衡。
数据分析法，不需要任何检测设备，仅对数据进行处理分析即可。但由于变桨电机的出力除了受叶片的载荷影响外，还会受其他因素影响，例如变桨轴承的摩擦力矩差异、不同叶片之间的重量差异、电机本身的性能差异等，因此该方法虽然操作简单，但一般多仅用于粗略的分析，难以应用到叶片角度的精确校正中。
图像分析法则从风机外部着手，对三支叶片的轮廓进行拍照对比分析，可以避免受到风机内部其他部件的影响，但拍照的成像质量容易受到外部环境因素的影响，例如天气、光线、能见度等，该方法要求每支叶片垂直地面时才可以拍照，因此每个叶片精确位置的调整误差也难以避免。此外，测量过程中塔筒是一直在摆动的，塔筒的摆动对叶片的方位会造成一定的影响。因此，叶片的位置误差、机组的晃动等因素都会对成像后的图像对比造成困难，这就决定了该方法能达到的精度较低。此外，采用该方法检测时还必须要求机组处于停机状态，影响风电场的正常生产。
为解决上述问题，如图1所示，本发明实施例提供一种风电机组叶片角度的激光校正方法，包括以下步骤：
S1：采用激光测距装置对风电机组的塔筒和三支叶片的轮廓进行一定周期的测量；
S2：获取所述塔筒摆动的精度补偿处理方法；
S3：获取风电机组三支所述叶片表面轮廓的数据；
S4：对比三支所述叶片表面轮廓的数据，得到三支所述叶片的角度误差；
S5：根据三支所述叶片的角度误差，对三支所述叶片进行精准校正。
具体地，结合图2所示，在本发明的实施例当中，采用激光测距装置对风电机组的塔筒和三支叶片的轮廓进行一定周期的测量，具体包括：
S11：确定所述塔筒的摆动曲线；
S12：获取塔筒的中心线监测点到激光测距装置的距离随时间变化曲线，从而得到测量期间任一时刻的塔筒摆动的振幅数据；
S13：在一个检测周期内，获取三支叶片表面轮廓的测量数据；
S14：以时间点为基准，将三支叶片表面轮廓的测量数据与塔筒摆动的振幅数据进行叠加，得到实际的风电机组的叶片角度数据。
塔筒摆动的振幅数据和三支叶片表面轮廓的测量数据，以时间点为基准，将三支叶片表面轮廓的测量数据与塔筒摆动的振幅数据进行叠加，得到最终数据，该数据可以消除由于塔筒摆动导致的测量数据误差，可以极大提高测量精度。
具体地，结合图3所示，在本发明的实施例当中，获取叶片表面轮廓的测量数据具体包括：
S131：旋转叶片到塔筒中心线的前面，使叶片位于发射器和塔筒之间；
S132：发射器发出红外光脉冲照在叶片的表面，并在叶片的表面发生反射，形成反射回波信号；
S133：激光接收器接收反射回波信号，并实时扫描记录叶片表面不同位置的反馈信号；
S134：根据反馈信号，得到叶片的所要测量截面的表面轮廓上全部的反射信号数据。
具体地，结合图6所示，在本发明的实施例当中，塔筒的摆动曲线为简谐振动。
当有叶片(如叶片1)旋转到塔筒中心线前面时，叶片将位于激光发射器和塔筒之间，由于叶片的遮挡，激光发射器的红外光脉冲将会在叶片的表面发生反射，反射回波信号被激光接收器接收，实时扫描记录叶片表面不同位置的反馈信号，就可以得到该叶片所测量截面的表面轮廓全部的反射信号数据。
具体地，结合图6所示，在本发明的实施例当中，检测周期具体是指：激光测距装置从塔筒中心线的检测位置开始，依次完成对三支叶片的表面实时扫描，并再次回到原始位置，计为一个检测周期。
例如：叶片1旋转通过塔筒后，激光测距装置将回归到检测塔筒中心线的检测，直至另一支叶片(如叶片2)旋转并通过塔筒中心线前面，激光测距装置将完成对叶片2的表面实时扫描。重复上述步骤，激光测距装置将依次完成对塔筒中心线表面-叶片1表面-塔筒中心线表面-叶片2表面-塔筒中心线表面-叶片3表面-塔筒中心线表面的扫描，计作一个检测周期。
具体地，在本发明的实施例当中，当环境风速低于额定风速时，所述风电机组叶片一直工作于最佳桨距角的位置。
当环境风速低于额定风速时，风电机组叶片会一直工作于最佳桨距角的位置，即吸收风能最佳的叶片角度。本发明方法可精确测量风电机组三支叶片的迎风角度差异，通过本方法对叶片的最佳工作角度进行校正，将有利于提高风电机组的发电效率。
具体地，结合图4、5所示，本发明的实施例还提供了一种激光测距装置，包括激光发射器、激光接收器、固定支架、计时单元和数据处理单元，固定支架用于对风电机组的叶片进行固定支撑，激光发射器发出高频脉冲激光，电脉冲发生器周期性地驱动半导体激光器发出红外光脉冲，红外光脉冲经过激光发射器的透镜校直并发射，高频脉冲激光遇到障碍物或目标后会发生反射，反射的部分回波信号通过激光接收器的接收透镜击中光电二极管，光电二极管产生电接收信号，并将结果通过所述数据处理单元进行数据存储和处理。
本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现上述所述的风电机组叶片角度的激光校正方法中的步骤。
本发明的实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的风电机组叶片角度的激光校正方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风电机组叶片角度的激光校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用激光测距装置对风电机组的塔筒和三支叶片的轮廓进行若干周期的测量；
S2：获取所述塔筒摆动的精度补偿处理方法；
S3：获取风电机组三支所述叶片表面轮廓的数据；
S3：对比三支所述叶片表面轮廓的数据，得到三支所述叶片的角度误差；
S4：根据三支所述叶片的角度误差，对三支所述叶片进行精准校正。
2.如权利要求1所述的风电机组叶片角度的激光校正方法，其特征在于，所述采用激光测距装置对风电机组的塔筒和三支叶片的轮廓进行若干周期的测量，具体包括：
S11：确定所述塔筒的摆动曲线；
S12：获取塔筒的中心线监测点到激光测距装置的距离随时间变化曲线，从而得到测量期间任一时刻的塔筒摆动的振幅数据；
S13：在一个检测周期内，获取三支叶片表面轮廓的测量数据；
S14：以时间点为基准，将三支叶片表面轮廓的测量数据与塔筒摆动的振幅数据进行叠加，得到实际的风电机组的叶片角度数据。
3.如权利要求2所述的风电机组叶片角度的激光校正方法，其特征在于，获取所述叶片表面轮廓的测量数据具体包括：
S131：旋转叶片到塔筒中心线的前面，使所述叶片位于所述发射器和所述塔筒之间；
S132：所述发射器发出红外光脉冲照在所述叶片的表面，并在所述叶片的表面发生反射，形成反射回波信号；
S133：所述激光接收器接收所述反射回波信号，并实时扫描记录所述叶片表面不同位置的反馈信号；
S134：根据所述反馈信号，得到所述叶片的所要测量截面的表面轮廓上全部的反射信号数据。
4.如权利要求2所述的风电机组叶片角度的激光校正方法，其特征在于，所述塔筒的摆动曲线为简谐振动。
5.如权利要求1所述的风电机组叶片角度的激光校正方法，其特征在于，所述检测周期具体是指：所述激光测距装置从塔筒中心线的检测位置开始，依次完成对三支所述叶片的表面实时扫描，并再次回到原始位置，计为一个检测周期。
6.如权利要求1所述的风电机组叶片角度的激光校正方法，其特征在于，当环境风速低于额定风速时，所述风电机组叶片一直工作于最佳桨距角的位置。
7.一种激光测距装置，包括激光发射器、激光接收器、固定支架、计时单元和数据处理单元，其特征在于，所述固定支架用于对所述风电机组的叶片进行固定支撑，所述激光发射器发出高频脉冲激光，所述高频脉冲激光遇到障碍物或目标后会发生反射，反射的部分回波信号通过所述激光接收器的接收透镜击中光电二极管，所述光电二极管产生电接收信号，并将结果通过所述数据处理单元进行数据存储和处理。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的风电机组叶片角度的激光校正方法中的步骤。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6任一项所述的风电机组叶片角度的激光校正方法中的步骤。
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