CN113339205A - 一种风力发电机组叶片运行轨迹监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力发电机组叶片运行轨迹监测方法及系统，该方法包括以下步骤：S1，采集风电机组叶片的GPS定位信息；S2，对风电机组叶片的GPS定位信息进行数据处理，建立定位数据库；S3，利用定位数据库，对风电机组叶片的运行轨迹数据进行监测。本发明解决了现有技术存在的叶片运行轨迹监测误差较大、不能直接测出叶片运行轨迹、现场施工困难、成本高昂等问题。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电测控技术领域，具体是一种风力发电机组叶片运行轨迹监测方法及系统。
背景技术
随着科学技术的发展，材料科技得到日益更新，从而推动了风力发电技术的快速发展，风力发电技术日趋成熟。虽然风资源是无限的，但是可供安装的土地资源是有限的，因此风机塔架变得越来越高，风机叶片也变得越来越长。大型风力发电机组业内指功率大于600kW的风力发电机组。
风场环境通常十分恶劣，风电机组工况环境复杂多变，这使得风电机组容易发生故障。风电机组叶片的成本占整个风机成本的20％，为确保风电机组叶片运行在安全稳定范围内，对风电机组进行叶片运行轨迹监测就显得尤为重要。因此，在可能发生扫塔事故时，通过变桨控制来改变风电机组叶片运行轨迹，从而避免扫塔事故的发生，提高风电机组运行的安全稳定性显得十分必要。
目前，叶片运行轨迹监测方案主要分为以下两种：
机舱安装摄像头方案：通过在机舱安装摄像头，拍摄叶片运行视频，通过机器学习的方法来推算叶片运行轨迹。该方案的缺点在于，严重依赖外界条件(叶轮转动导致识别不完整、拍摄图像出现运动模糊、外界天气影响、外界光源影响等)，都会影响叶片运行轨迹的判断。同时，由于机器学习算法本身的缺陷，存在一定的误差和误报，不利于风电机组安全稳定运行。
塔筒圆周围安装多个雷达测距方案：安装多个雷达测距装置，实现对塔筒无死角的监测，通过对雷达的反射信号的计算，从而叶片到塔筒的距离，最后通过拟合的方式来对叶片运行轨迹进行监测。该方法不能直接测出叶片运行轨迹，误差较大，现场施工困难，且由于多个雷达测距装置成本高昂，不利于推广。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种风力发电机组叶片运行轨迹监测方法及系统，解决现有技术存在的叶片运行轨迹监测误差较大、不能直接测出叶片运行轨迹、现场施工困难、成本高昂等问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种风力发电机组叶片运行轨迹监测方法，包括以下步骤：
S1，采集风电机组叶片的GPS定位信息；
S2，对风电机组叶片的GPS定位信息进行数据处理，建立定位数据库；
S3，利用定位数据库，对风电机组叶片的运行轨迹数据进行监测。
根据设定的风力发电机组采集策略采集风电机组叶片GPS定位信息，相比较于机舱安装摄像头方案和塔筒圆周围安装多个雷达测距方案，定位信息精度高；对风电机组叶片的GPS定位信息进行数据处理，建立定位数据库操作简便，数据较多；利用定位数据库便可以监测风电机组叶片的运行轨迹数据，且由于定位信息精度高使监测风电机组叶片的运行轨迹数据误差较小；由于仅需GPS定位信息采集装置、数据处理装置、运行轨迹监测装置等，相比较于多个雷达测距装置，现场施工简单，成本较低。
作为一种优选的技术方案，步骤S1中采用差分GPS定位方法采集风电机组叶片的GPS定位信息。
差分GPS定位方法具备对定位信息进行修正的功能，从而进一步提高了定位精度，进一步减小监测风电机组叶片的运行轨迹数据的误差。
作为一种优选的技术方案，还包括以下步骤：
S4，根据监测到的风电机组叶片的运行轨迹数据，判断风电机组叶片到塔筒的距离是否在安全距离范围内。
这使得能及时监测到风电机组是否存在叶片与塔筒相撞、发生扫塔现象等事故的风险，根据监测到的风险，便于及时做出进一步的处理。
作为一种优选的技术方案，还包括以下步骤：
S5，若步骤S4的判断结果为是，则返回步骤S2；
若步骤S4的判断结果为否，则对风电机组进行变桨控制，改变叶片运行轨迹，增加风电机组叶片到塔筒的距离，待风电机组叶片到塔筒的距离增加至在安全距离范围内后，再返回步骤S2。
若电机组叶片到塔筒的距离在安全距离范围内，则返回步骤S2；若电机组叶片到塔筒的距离不在安全距离范围内，则对风电机组进行变桨控制，改变叶片运行轨迹，增加风电机组叶片到塔筒的距离，待风电机组叶片到塔筒的距离增加至在安全距离范围内后，再返回步骤S2。返回步骤S2实现了实时计算、实时控制，对风电机组进行变桨控制提高了风电机组的安全性和稳定性。
作为一种优选的技术方案，步骤S4包括以下步骤：
S41，根据监测到的风电机组叶片的运行轨迹数据，得出叶片到塔筒的距离，并实时存储运行轨迹数据；
S42，比较叶片到塔筒的距离与预设的安全距离，判断风电机组叶片到塔筒的距离是否在安全距离范围内。
这使得运行轨迹数据得以储存，便于实现风电机组整个生命周期的叶片运行轨迹全过程数据的存储和管理。
一种风力发电机组叶片运行轨迹监测系统，包括：
GPS定位信息采集装置，用以采集风电机组叶片的GPS定位信息；
数据处理装置，用以对风电机组叶片的GPS定位信息进行数据处理，建立定位数据库；
运行轨迹监测装置，用以利用定位数据库，对风电机组叶片的运行轨迹数据进行监测。
根据设定的风力发电机组采集策略采集风电机组叶片GPS定位信息，相比较于机舱安装摄像头方案和塔筒圆周围安装多个雷达测距方案，定位信息精度高；对风电机组叶片的GPS定位信息进行数据处理，建立定位数据库操作简便，数据较多；利用定位数据库便可以监测风电机组叶片的运行轨迹数据，且由于定位信息精度高使监测风电机组叶片的运行轨迹数据误差较小；由于仅需GPS定位信息采集装置、数据处理装置、运行轨迹监测装置等，相比较于多个雷达测距装置，现场施工简单，成本较低。
作为一种优选的技术方案，所述GPS定位信息采集装置为差分GPS定位信息采集装置。
差分GPS定位信息采集装置具备对定位信息进行修正的功能，从而进一步提高了定位精度，进一步减小监测风电机组叶片的运行轨迹数据的误差。
作为一种优选的技术方案，还包括：
安全距离判断装置，用以根据监测到的风电机组叶片的运行轨迹数据，判断风电机组叶片到塔筒的距离是否在安全距离范围内。
这使得能及时监测到风电机组是否存在叶片与塔筒相撞、发生扫塔现象等事故的风险，根据监测到的风险，便于及时做出进一步的处理。
作为一种优选的技术方案，还包括：
主控装置，用以在风电机组叶片到塔筒的距离处于安全距离范围外时，对风电机组进行变桨控制，改变叶片运行轨迹，增加风电机组叶片到塔筒的距离。
主控装置对风电机组进行变桨控制提高了风电机组的安全性和稳定性。
作为一种优选的技术方案，还包括：
运行轨迹存储装置，用以存储监测到的风电机组叶片的运行轨迹数据，并进行运行轨迹数据管理。
这使得运行轨迹数据得以储存，便于实现风电机组整个生命周期的叶片运行轨迹全过程数据的存储和管理。
本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：
(1)本发明根据设定的风力发电机组采集策略采集风电机组叶片GPS定位信息，相比较于机舱安装摄像头方案和塔筒圆周围安装多个雷达测距方案，定位信息精度高；对风电机组叶片的GPS定位信息进行数据处理，建立定位数据库操作简便，数据较多；利用定位数据库便可以监测风电机组叶片的运行轨迹数据，且由于定位信息精度高使监测风电机组叶片的运行轨迹数据误差较小；由于仅需GPS定位信息采集装置、数据处理装置、运行轨迹监测装置等，相比较于多个雷达测距装置，现场施工简单，成本较低；
(2)本发明差分GPS定位方法具备对定位信息进行修正的功能，从而进一步提高了定位精度，进一步减小监测风电机组叶片的运行轨迹数据的误差；
(3)本发明使得能及时监测到风电机组是否存在叶片与塔筒相撞、发生扫塔现象等事故的风险，根据监测到的风险，便于及时做出进一步的处理；
(4)本发明实现了实时计算、实时控制，对风电机组进行变桨控制提高了风电机组的安全性和稳定性；
(5)本发明使得运行轨迹数据得以储存，便于实现风电机组整个生命周期的叶片运行轨迹全过程数据的存储和管理。
附图说明
图1为本发明所述的叶片运行轨迹监测方法的步骤示意图；
图2为本发明所述的叶片运行轨迹监测系统的结构示意图；
图3为本发明所述的叶片运行轨迹监测方法的一个使用流程图；
图4为风力发电机组叶片运行轨迹某一工况下的平面坐标转换后的叶片轨迹范围图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1至图4所示，一种风力发电机组叶片运行轨迹监测方法，包括以下步骤：
S1，采集风电机组叶片的GPS定位信息；
S2，对风电机组叶片的GPS定位信息进行数据处理，建立定位数据库；
S3，利用定位数据库，对风电机组叶片的运行轨迹数据进行监测。
根据设定的风力发电机组采集策略采集风电机组叶片GPS定位信息，相比较于机舱安装摄像头方案和塔筒圆周围安装多个雷达测距方案，定位信息精度高；对风电机组叶片的GPS定位信息进行数据处理，建立定位数据库操作简便，数据较多；利用定位数据库便可以监测风电机组叶片的运行轨迹数据，且由于定位信息精度高使监测风电机组叶片的运行轨迹数据误差较小；由于仅需GPS定位信息采集装置、数据处理装置、运行轨迹监测装置等，相比较于多个雷达测距装置，现场施工简单，成本较低。
作为一种优选的技术方案，步骤S1中采用差分GPS定位方法采集风电机组叶片的GPS定位信息。
差分GPS定位方法具备对定位信息进行修正的功能，从而进一步提高了定位精度，进一步减小监测风电机组叶片的运行轨迹数据的误差。
作为一种优选的技术方案，还包括以下步骤：
S4，根据监测到的风电机组叶片的运行轨迹数据，判断风电机组叶片到塔筒的距离是否在安全距离范围内。
这使得能及时监测到风电机组是否存在叶片与塔筒相撞、发生扫塔现象等事故的风险，根据监测到的风险，便于及时做出进一步的处理。
作为一种优选的技术方案，还包括以下步骤：
S5，若步骤S4的判断结果为是，则返回步骤S2；
若步骤S4的判断结果为否，则对风电机组进行变桨控制，改变叶片运行轨迹，增加风电机组叶片到塔筒的距离，待风电机组叶片到塔筒的距离增加至在安全距离范围内后，再返回步骤S2。
若电机组叶片到塔筒的距离在安全距离范围内，则返回步骤S2；若电机组叶片到塔筒的距离不在安全距离范围内，则对风电机组进行变桨控制，改变叶片运行轨迹，增加风电机组叶片到塔筒的距离，待风电机组叶片到塔筒的距离增加至在安全距离范围内后，再返回步骤S2。返回步骤S2实现了实时计算、实时控制，对风电机组进行变桨控制提高了风电机组的安全性和稳定性。
作为一种优选的技术方案，步骤S4包括以下步骤：
S41，根据监测到的风电机组叶片的运行轨迹数据，得出叶片到塔筒的距离，并实时存储运行轨迹数据；
S42，比较叶片到塔筒的距离与预设的安全距离，判断风电机组叶片到塔筒的距离是否在安全距离范围内。
这使得运行轨迹数据得以储存，便于实现风电机组整个生命周期的叶片运行轨迹全过程数据的存储和管理。
实施例2
如图1至图4所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：
一种风力发电机组叶片运行轨迹监测系统，包括：
GPS定位信息采集装置，用以采集风电机组叶片的GPS定位信息；
数据处理装置，用以对风电机组叶片的GPS定位信息进行数据处理，建立定位数据库；
运行轨迹监测装置，用以利用定位数据库，对风电机组叶片的运行轨迹数据进行监测。
根据设定的风力发电机组采集策略采集风电机组叶片GPS定位信息，相比较于机舱安装摄像头方案和塔筒圆周围安装多个雷达测距方案，定位信息精度高；对风电机组叶片的GPS定位信息进行数据处理，建立定位数据库操作简便，数据较多；利用定位数据库便可以监测风电机组叶片的运行轨迹数据，且由于定位信息精度高使监测风电机组叶片的运行轨迹数据误差较小；由于仅需GPS定位信息采集装置、数据处理装置、运行轨迹监测装置等，相比较于多个雷达测距装置，现场施工简单，成本较低。
作为一种优选的技术方案，所述GPS定位信息采集装置为差分GPS定位信息采集装置。
差分GPS定位信息采集装置具备对定位信息进行修正的功能，从而进一步提高了定位精度，进一步减小监测风电机组叶片的运行轨迹数据的误差。
作为一种优选的技术方案，还包括：
安全距离判断装置，用以根据监测到的风电机组叶片的运行轨迹数据，判断风电机组叶片到塔筒的距离是否在安全距离范围内。
这使得能及时监测到风电机组是否存在叶片与塔筒相撞、发生扫塔现象等事故的风险，根据监测到的风险，便于及时做出进一步的处理。
作为一种优选的技术方案，还包括：
主控装置，用以在风电机组叶片到塔筒的距离处于安全距离范围外时，对风电机组进行变桨控制，改变叶片运行轨迹，增加风电机组叶片到塔筒的距离。
主控装置对风电机组进行变桨控制提高了风电机组的安全性和稳定性。
作为一种优选的技术方案，还包括：
运行轨迹存储装置，用以存储监测到的风电机组叶片的运行轨迹数据，并进行运行轨迹数据管理。
这使得运行轨迹数据得以储存，便于实现风电机组整个生命周期的叶片运行轨迹全过程数据的存储和管理。
实施例3
如图1至图4所示，作为实施例1、实施例2的进一步优化，本实施例提供更细化的实施方式；
本发明在风力发电机组叶片中的特定位置预埋入GPS定位信息采集装置。通过设定的数据采集策略，通过差分GPS技术，实时采集风电机组叶片GPS定位信息。通过先进的智能算法对采集到的GPS定位信息实时处理，通过平面坐标变换等原理监测叶片的运行轨迹，实时控制风电机组的运行状态。本发明中所用到的数据采集方案易于实施且便于维护，能够实时在线的对风电机组叶片运行轨迹进行监测，并且还可以根据监测到的叶片运行轨迹进行有效的降载控制，同时还能防止风力发电机叶片完全开桨时发生与塔筒相撞的严重事故。从而提高风电机组运行安全性和稳定性。
优选的，所述差分GPS定位信息采集装置主要包括基准站GPS定位信息采集装置和动站GPS定位信息采集装置，基准站GPS定位信息采集装置选取风场的合适位置进行安装，移动站GPS定位信息采集装置提前预埋入风电机组叶片中的特定位置。所述差分GPS定位信息采集装置所起的作用是实时获取风电机组叶片GPS定位信息。在发电机组正常运行中，通过设定的数据采集策略。当风电机组满足采集条件时，对风电机组三支叶片的GPS定位信息进行采集。
优选的，数据处理装置通过数据预处理、特征分类、平面坐标转换等先进的智能算法对差分GPS定位信息采集装置获取的距离数据进行清洗、分类、统计分析，监测风电机组三支叶片的运行轨迹。并将最终获得有效运行轨迹数据反馈给安全距离判断装置。
优选的，安全距离判断装置判断风电机组叶片到塔筒的距离是否安全。风电机组是否需要进行降载控制，并将最终结果反馈给主控制器。实现对数据处理装置所采集到的距离信号进行分析，判断风电机组是否处于安全状态。并自动生成风电机组叶片运行轨迹安全距离报告。
优选的，运行轨迹存储装置存储风电机组整个生命周期的叶片运行轨迹全过程数据。以便于对风电机组叶片运行轨迹状况进行统计分析，通过数据关联等先进的智能算法，对风电机组的叶片运行状态进行前瞻性的分析。
优选的，主控装置通过安全距离判断装置反馈的结果，对风电机组进行变桨控制，改变叶片运行轨迹，防止风机叶片和塔筒相撞的事故发生。
具体实施时，主要包括以下具体实施步骤：
(1)确保风电机组安全停机状态，差分GPS定位信息采集装置正常工作状态。
(2)根据设定的风力发电机组采集策略采集风电机组叶片GPS定位信息。
(3)对差分GPS定位信息采集装置采集到的叶片GPS定位信息，通过数据预处理、无效数据排除、特征分类等先进智能算法进行处理，获得风电机组有效的叶片GPS定位信息。并将定位信息进行归纳、存储，建立定位数据库，为进一步分析打下基础。
(4)利用定位数据库，通过平面坐标转换等智能算法分析，从而实现对风电机组三支叶片的运行轨迹进行监测。
(5)通过对风电机组叶片运行轨迹到塔筒的距离进行分析，判断风电机组叶片到塔筒的距离在合适的距离内，风电机组不会出现叶片与塔筒相撞、发生扫塔等事故，则重复上述步骤(2)到步骤(5)的过程。否则，主控装置开始工作，对风电机组进行变桨控制，改变叶片运行轨迹，增加叶片到塔筒的距离。然后在重复上述步骤(2)到步骤(5)的过程，进行实时计算、实时控制。对风电机组的安全性和稳定性有了进一步的提高。
需要说明的是，如图4所示，通过叶片GPS定位信息，获取叶片GPS三维坐标信息，从而获取叶片空间运行轨迹。以塔筒为坐标原点，叶片运行的区域就为叶片运行轨迹范围。
采用差分GPS定位方法来获取风电机组叶片GPS定位信息，该方法不仅仅能够用来进行叶片运行轨迹监测，还能够保障风电机组的安全运行。该方法特点是GPS定位信息采集装置在叶片出厂前已经预埋入叶片中的特定位置，后期维护简单可靠，能够对风机的整体运行状态进行监测，提前进行变桨控制，改变风电机组叶片运行轨迹，杜绝风电机组在运行过程中风机与塔筒相撞事故发生。
如上所述，可较好地实现本发明。
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种风力发电机组叶片运行轨迹监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，采集风电机组叶片的GPS定位信息；
S2，对风电机组叶片的GPS定位信息进行数据处理，建立定位数据库；
S3，利用定位数据库，对风电机组叶片的运行轨迹数据进行监测。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组叶片运行轨迹监测方法，其特征在于，步骤S1中采用差分GPS定位方法采集风电机组叶片的GPS定位信息。
3.根据权利要求2所述的一种风力发电机组叶片运行轨迹监测方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S4，根据监测到的风电机组叶片的运行轨迹数据，判断风电机组叶片到塔筒的距离是否在安全距离范围内。
4.根据权利要求3所述的一种风力发电机组叶片运行轨迹监测方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S5，若步骤S4的判断结果为是，则返回步骤S2；
若步骤S4的判断结果为否，则对风电机组进行变桨控制，改变叶片运行轨迹，增加风电机组叶片到塔筒的距离，待风电机组叶片到塔筒的距离增加至在安全距离范围内后，再返回步骤S2。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种风力发电机组叶片运行轨迹监测方法，其特征在于，步骤S4包括以下步骤：
S41，根据监测到的风电机组叶片的运行轨迹数据，得出叶片到塔筒的距离，并实时存储运行轨迹数据；
S42，比较叶片到塔筒的距离与预设的安全距离，判断风电机组叶片到塔筒的距离是否在安全距离范围内。
6.一种风力发电机组叶片运行轨迹监测系统，其特征在于，包括：
GPS定位信息采集装置，用以采集风电机组叶片的GPS定位信息；
数据处理装置，用以对风电机组叶片的GPS定位信息进行数据处理，建立定位数据库；
运行轨迹监测装置，用以利用定位数据库，对风电机组叶片的运行轨迹数据进行监测。
7.根据权利要求6所述的一种风力发电机组叶片运行轨迹监测系统，其特征在于，所述GPS定位信息采集装置为差分GPS定位信息采集装置。
8.根据权利要求7所述的一种风力发电机组叶片运行轨迹监测系统，其特征在于，还包括：
安全距离判断装置，用以根据监测到的风电机组叶片的运行轨迹数据，判断风电机组叶片到塔筒的距离是否在安全距离范围内。
9.根据权利要求8所述的一种风力发电机组叶片运行轨迹监测系统，其特征在于，还包括：
主控装置，用以在风电机组叶片到塔筒的距离处于安全距离范围外时，对风电机组进行变桨控制，改变叶片运行轨迹，增加风电机组叶片到塔筒的距离。
10.根据权利要求6至9任一项所述的一种风力发电机组叶片运行轨迹监测系统，其特征在于，还包括：
运行轨迹存储装置，用以存储监测到的风电机组叶片的运行轨迹数据，并进行运行轨迹数据管理。
Priority Applications (1)
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