CN114485414A - 一种风电机组叶片弯曲位移测试及净空可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组叶片弯曲位移测试及净空可靠性评估方法，包括：S1、搭建风电机组叶片弯曲位移值测试系统；S2、预先测量风电机组叶片不同高度位置处的初始净空距离L；S3、运行风电机组，测试叶片弯曲位移，测量风电机组叶片不同高度位置处的工况，及风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的净空距离L′；S4、依据风电机组叶片不同高度位置处的初始净空距离L以及风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的净空距离L′，求出测试时风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的弯曲位移值；然后将此弯曲位移值比对仿真数据，进行评估。本发明成本低、准确度高。

Description

一种风电机组叶片弯曲位移测试及净空可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及风力发电的技术领域，尤其涉及到一种风电机组叶片弯曲位移测试及净空可靠性评估方法。

背景技术

在风力发电机组中，叶片吸收风能将其转换成机械能，后机械能通过发电机转换成电能，叶片是风电机组的重要组成部分。

随着风电技术的发展，风电机组越来越大型化，相应的风轮越来越大，叶片越来越长。风力发电机组的叶片越来越长，意味着风轮在旋转过程中，叶片弯曲变形越来越大，最大变形处多达十几米，有扫塔危险，叶片一旦扫塔，将会带来巨大的经济损失。因此，很有必要对运行风电机叶片弯曲进行测试。

目前行业内及IEC标准还未对叶片弯曲位移测试验证做相关规范，对于运行状态下的叶片弯曲都是基于设计仿真值，未对设计仿真进行相应的测试验证，这其实是一种从设计到测试闭环验证的缺失，存在着极大的安全风险。而目前的设计仿真软件还都是基于多年前的模型数据，与现场叶片实际运行数据会有一定偏差，再加上生产制造的工艺偏差，更会导致不确定性。所以发明一种对风电机组运行状态下的叶片弯曲位移测试及净空可靠性评估方法显得很有必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测试成本低、准确度高的风电机组叶弯曲位移测试方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

一种风电机组叶片弯曲位移测试方法，包括以下步骤：

S1、搭建风电机组叶片弯曲位移值测试系统；

S2、预先通过搭建的风电机组叶片弯曲位移值测试系统测量风电机组叶片静止时不同高度位置处的初始净空距离L；

S3、运行风电机组，开始进行叶片弯曲位移测试，通过风电机组叶片弯曲位移值测试系统测量风电机组叶片不同高度位置处的工况，以及风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的净空距离L′；

S4、依据风电机组叶片不同高度位置处的初始净空距离L以及风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的净空距离L′，求出测试时风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的弯曲位移值。

进一步地，所述步骤S1搭建风电机组叶片弯曲位移值测试系统具体包括：

1)进行场地平坦度评估，找出符合测试要求的场地，并在符合测试要求的场地上安装风电机组和测风塔，测风塔位于风电机组附近；

2)确定多个测距传感器在风电机组的塔筒上的安装方位；

3)依据下叶尖的高度确定多个测距传感器不同的安装高度；

4)将多个测距传感器在已确定的方位和高度上进行安装，并调整测距传感器发射角度，使测距传感器的光线垂直于塔筒射出；

5)在测风塔上安装测试设备，而测试设备所处的安装高度与测距传感器所处的安装高度对应。

进一步地，进行场地平坦度评估的具体过程包括：

若将风电机组和测风塔均安装在找出的场地内，以风电机组和测风塔各自为圆心，半径为2L,4L,8L和16L的圆区域内均满足要求，则该找出的场地符合测试要求，否则该找出的场地不符合测试要求；其中L为风电机组与测风塔之间的距离，H为风机轮毂高度，D为风机风轮直径；

所述要求具体如下：

若圆的半径小于2L，对处于360°的全扇区，最大倾角小于3％^a，地形偏离平面最大偏差小于1/3(H-0.5D)；

若圆的半径小于4L且大于或等于2L，对处于可用扇区，最大倾角小于5％^a，地形偏离平面最大偏差小于2/3(H–0.5D)；对处于可用扇区之外的区域，最大倾角小于10％^b，地形偏离平面最大偏差不作要求；

若圆的半径大于或等于4L且小于8L，对处于可用扇区，最大倾角小于10％^a，地形偏离平面最大偏差小于(H–0.5D)；

若圆的半径大于或等于8L且小于16L，对处于可用扇区，最大倾角小于10％^b，地形偏离平面最大偏差不作要求；

其中a为与扇区地形最吻合、并通过塔架基础的拟合平面的最大倾角；b为连接塔架基础和扇区内的每个地形点的直线的最大倾角。

进一步地，所述可用扇区等于360°扇区减去遮挡扇区；

遮挡扇区为障碍物及临近机组尾流对测试风电机组及测风塔影响的扇区，具体为小于扇区影响指标α的区域；

求取扇区影响指标α的公式如下：

α＝1.3arctan(2.5D_e/L_e+0.15)+10

或

α＝1.3arctan(2.5D_n/L_n+0.15)+10

L_e为从被测风力发电机组的中心到障碍物的距离；D_e为障碍物的等效风轮直径，L_n为从被测风力发电机组中心到引起尾流的风力发电机组的距离；D_n为引起尾流的风力发电机组风轮直径；

障碍物的等效风轮直径D_e的计算公式如下：

lh为障碍物高度；lw为从被测风电机组或测风塔看到的障碍物宽度。

进一步地，安装测风塔时，将测风塔安装在风电机组的主风方向，且距离风电机组2D～4D，其中D为风电机组风轮直径。

进一步地，确定多个测距传感器在塔筒上的安装方位时，根据现场往年风资源信息，确定主风向，然后将主风向和可用扇区的交集方位作为安装方位。

进一步地，安装在测风塔上的测试设备包括风速传感器、风向传感器、温湿度传感器、大气压传感器。

进一步地，所述主控信号包括桨叶角度、叶轮转速、叶轮方位、发电机转速、发电机功率、偏航角度、机舱对北角度、机舱风速、机舱风向和机舱温度。

进一步地，所述步骤S4中，测试时风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的弯曲位移值X＝L-L′，其中，L为风电机组叶片对应高度位置处的初始净空距离，L′为风电机组叶片对应高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的净空距离。

本发明的目的在于克服现有技术的不足，另外提供一种风电机组叶片净空可靠性评估方法，包括以下步骤：

A1、通过上述的风电机组叶片弯曲位移测试方法求出测试时风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的弯曲位移值；

A2、根据通过风电机组叶片弯曲位移值测试系统测量得到的风电机组叶片不同高度位置处的工况进行仿真，得到仿真的叶片弯曲位移值；

A3、对比测试和仿真的叶片弯曲位移值，得出风电机组叶片净空可靠性评估结果。

与现有技术相比，本技术方案原理及优点如下：

1)测距传感器与叶片较近，可供选择的传感器较多且便宜。

2)在塔筒上安装测距传感器测量叶片弯曲位移，具有较高的准确度，而且安装若干个高度不同的测距传感器，可直观反映叶片的变形曲线。

3)测试前先对场地进行平坦度评估，找出符合测试要求的场地，保证了后期的叶片弯曲位移测试以及叶片净空可靠性评估的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的服务作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中一种风电机组叶片弯曲位移测试方法的原理流程图图；

图2为本发明中一种风电机组叶片弯曲位移测试方法中求取扇区影响指标α的示意图；

图3为搭建的风电机组叶片弯曲位移值测试系统的示意图；

图4为测试叶片弯曲位移值和仿真叶片弯曲位移值的对比示意图。

具体实施方式

下面以某大容量样机为例，其风轮直径为145米，轮毂高度为100米，对本发明作进一步说明：

本实施例所述的一种风电机组叶片弯曲位移测试方法，包括以下步骤：

S1、搭建风电机组叶片弯曲位移值测试系统，具体包括：

1)进行场地平坦度评估，找出符合测试要求的场地，并在符合测试要求的场地上安装风电机组和测风塔，测风塔位于风电机组附近；

本步骤中，

进行场地平坦度评估的具体过程包括：

若将风电机组和测风塔均安装在找出的场地内，以风电机组和测风塔各自为圆心，半径为2L,4L,8L和16L的圆区域内均满足要求，则该找出的场地符合测试要求，否则该找出的场地不符合测试要求；其中L为风电机组与测风塔之间的距离，H为风机轮毂高度，D为风机风轮直径；

所述要求具体如下：

若圆的半径小于2L，对处于360°的全扇区，最大倾角小于3％^a，地形偏离平面最大偏差小于1/3(H-0.5D)；

若圆的半径小于4L且大于或等于2L，对处于可用扇区，最大倾角小于5％^a，地形偏离平面最大偏差小于2/3(H–0.5D)；对处于可用扇区之外的区域，最大倾角小于10％^b，地形偏离平面最大偏差不作要求；

若圆的半径大于或等于4L且小于8L，对处于可用扇区，最大倾角小于10％^a，地形偏离平面最大偏差小于(H–0.5D)；

若圆的半径大于或等于8L且小于16L，对处于可用扇区，最大倾角小于10％^b，地形偏离平面最大偏差不作要求；

其中a为与扇区地形最吻合、并通过塔架基础的拟合平面的最大倾角；b为连接塔架基础和扇区内的每个地形点的直线的最大倾角。

可用扇区等于360°扇区减去遮挡扇区；

遮挡扇区为障碍物及临近机组尾流对测试风电机组及测风塔影响的扇区，具体为小于扇区影响指标α的区域；

求取扇区影响指标α的公式如下：

α＝1.3arctan(2.5D_e/L_e+0.15)+10

或

α＝1.3arctan(2.5D_n/L_n+0.15)+10

L_e为从被测风力发电机组的中心到障碍物的距离；D_e为障碍物的等效风轮直径，L_n为从被测风力发电机组中心到引起尾流的风力发电机组的距离；D_n为引起尾流的风力发电机组风轮直径；

障碍物的等效风轮直径D_e的计算公式如下：

lh为障碍物高度；lw为从被测风电机组或测风塔看到的障碍物宽度。

安装测风塔时，将测风塔安装在风电机组的主风方向，且距离风电机组2D～4D，其中D为风电机组风轮直径。

2)确定五个测距传感器在塔筒上的安装方位；

确定五个测距传感器在塔筒上的安装方位时，根据现场往年风资源信息，确定主风向，然后将主风向和可用扇区的交集方位作为安装方位。若可用扇区为北偏东20°～50°，通过以往风资源得到风电机组主风向为30°～90°，则测距传感器垂直安装于塔筒外壁北偏东30°～50°方位。

3)依据下叶尖的高度确定五个测距传感器不同的安装高度，具体为叶片下叶尖及每隔15m处的信息，五个测距传感器分别依次布置在27.5m,42.5m,57.5m,72.5m,87.5m高度的塔筒外壁上；

4)将五个测距传感器安装在已确定的方位和高度上，并调整测距传感器发射角度，使测距传感器的光线垂直于塔筒射出；

5)在测风塔27.5m,42.5m,57.5m,72.5m,87.5m高度处布置风速仪、风向仪、大气压、温湿度等气象传感器，测试不同高度处的气象信息；

6)搭接风电机组的主控柜，用于接收主控信号。主控信号包括桨叶角度、叶轮转速、叶轮方位、发电机转速、发电机功率、偏航角度、机舱对北角度、机舱风速、机舱风向和机舱温度。

S2、预先通过搭建的风电机组叶片弯曲位移值测试系统测量风电机组叶片静止时不同高度位置处的初始净空距离L；

S3、运行风电机组，开始进行叶片弯曲位移测试，通过风电机组叶片弯曲位移值测试系统测量风电机组叶片不同高度位置处的工况，以及风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的净空距离L′；

S4、求出测试时风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的弯曲位移值X＝L-L′，其中，L为风电机组叶片对应高度位置处的初始净空距离，L′为风电机组叶片对应高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的净空距离。

本实施例所述的一种风电机组叶片净空可靠性评估方法，包括以下步骤：

A1、通过上面所述的风电机组叶片弯曲位移测试方法求出测试时风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的弯曲位移值；

A2、根据通过风电机组叶片弯曲位移值测试系统测量得到的风电机组叶片不同高度位置处的工况进行仿真，得到仿真的叶片弯曲位移值；

A3、对比测试和仿真的叶片弯曲位移值，若两者的差距在30％以内，则风电机组叶片净空评估结果为可靠，否则为不可靠。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风电机组叶片弯曲位移测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、搭建风电机组叶片弯曲位移值测试系统；

S2、预先通过搭建的风电机组叶片弯曲位移值测试系统测量风电机组叶片静止时不同高度位置处的初始净空距离L；

S3、运行风电机组，开始进行叶片弯曲位移测试，通过风电机组叶片弯曲位移值测试系统测量风电机组叶片不同高度位置处的工况，以及风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的净空距离L′；

S4、依据风电机组叶片不同高度位置处的初始净空距离L以及风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的净空距离L′，求出测试时风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的弯曲位移值。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片弯曲位移测试方法，其特征在于，所述步骤S1搭建风电机组叶片弯曲位移值测试系统具体包括：

1)进行场地平坦度评估，找出符合测试要求的场地，并在符合测试要求的场地上安装风电机组和测风塔，测风塔位于风电机组附近；

2)确定多个测距传感器在风电机组的塔筒上的安装方位；

3)依据下叶尖的高度确定多个测距传感器不同的安装高度；

4)将多个测距传感器在已确定的方位和高度上进行安装，并调整测距传感器发射角度，使测距传感器的光线垂直于塔筒射出；

5)在测风塔上安装测试设备，而测试设备所处的安装高度与测距传感器所处的安装高度对应。

3.根据权利要求2所述的一种风电机组叶片弯曲位移测试方法，其特征在于，进行场地平坦度评估的具体过程包括：

若将风电机组和测风塔均安装在找出的场地内，以风电机组和测风塔各自为圆心，半径为2L,4L,8L和16L的圆区域内均满足要求，则该找出的场地符合测试要求，否则该找出的场地不符合测试要求；其中L为风电机组与测风塔之间的距离，H为风机轮毂高度，D为风机风轮直径；

所述要求具体如下：

若圆的半径小于2L，对处于360°的全扇区，最大倾角小于3％^a，地形偏离平面最大偏差小于1/3(H-0.5D)；

若圆的半径小于4L且大于或等于2L，对处于可用扇区，最大倾角小于5％^a，地形偏离平面最大偏差小于2/3(H–0.5D)；对处于可用扇区之外的区域，最大倾角小于10％^b，地形偏离平面最大偏差不作要求；

若圆的半径大于或等于4L且小于8L，对处于可用扇区，最大倾角小于10％^a，地形偏离平面最大偏差小于(H–0.5D)；

若圆的半径大于或等于8L且小于16L，对处于可用扇区，最大倾角小于10％^b，地形偏离平面最大偏差不作要求；

其中a为与扇区地形最吻合、并通过塔架基础的拟合平面的最大倾角；b为连接塔架基础和扇区内的每个地形点的直线的最大倾角。

4.根据权利要求3所述的一种风电机组叶片弯曲位移测试方法，其特征在于，所述可用扇区等于360°扇区减去遮挡扇区；

遮挡扇区为障碍物及临近机组尾流对测试风电机组及测风塔影响的扇区，具体为小于扇区影响指标α的区域；

求取扇区影响指标α的公式如下：

α＝1.3arctan(2.5D_e/L_e+0.15)+10

或

α＝1.3arctan(2.5D_n/L_n+0.15)+10

L_e为从被测风力发电机组的中心到障碍物的距离；D_e为障碍物的等效风轮直径，L_n为从被测风力发电机组中心到引起尾流的风力发电机组的距离；D_n为引起尾流的风力发电机组风轮直径；

障碍物的等效风轮直径D_e的计算公式如下：

l_h为障碍物高度；l_w为从被测风电机组或测风塔看到的障碍物宽度。

5.根据权利要求2所述的一种风电机组叶片弯曲位移测试方法，其特征在于，安装测风塔时，将测风塔安装在风电机组的主风方向，且距离风电机组2D～4D，其中D为风电机组风轮直径。

6.根据权利要求2所述的一种风电机组叶片弯曲位移测试方法，其特征在于，确定多个测距传感器在塔筒上的安装方位时，根据现场往年风资源信息，确定主风向，然后将主风向和可用扇区的交集方位作为安装方位。

7.根据权利要求2所述的一种风电机组叶片弯曲位移测试方法，其特征在于，安装在测风塔上的测试设备包括风速传感器、风向传感器、温湿度传感器、大气压传感器。

8.根据权利要求2所述的一种风电机组叶片弯曲位移测试方法，其特征在于，所述主控信号包括桨叶角度、叶轮转速、叶轮方位、发电机转速、发电机功率、偏航角度、机舱对北角度、机舱风速、机舱风向和机舱温度。

9.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片弯曲位移测试方法，其特征在于，所述步骤S4中，测试时风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的弯曲位移值X＝L-L′，其中，L为风电机组叶片对应高度位置处的初始净空距离，L′为风电机组叶片对应高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的净空距离。

10.一种风电机组叶片净空可靠性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1、通过权利要求1-9任一所述的风电机组叶片弯曲位移测试方法求出测试时风电机组叶片不同高度位置处在不同的主控信号以及不同工况下的弯曲位移值；

A2、根据通过风电机组叶片弯曲位移值测试系统测量得到的风电机组叶片不同高度位置处的工况进行仿真，得到仿真的叶片弯曲位移值；

A3、对比测试和仿真的叶片弯曲位移值，得出风电机组叶片净空可靠性评估结果。

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