CN114517771A - 通过载荷来识别风电机组风轮旋转面的风速不均匀的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过载荷来识别风电机组风轮旋转面的风速不均匀的方法，该方法是在一只叶片根部安装一个载荷传感器，测量风作用在叶片上的载荷值，采集一段时间数据，且必须包括不同风向的数据，风向共计360度，并以此均匀划分为m个风向区间，每个区间都必须采到有数据，每个区间各提取一段数据并进行处理，以风轮方位角为横坐标，载荷值为纵坐标，描绘出m个区间的曲线图，得到不同风向的叶片载荷曲线，通过分析不同风向的叶片载荷曲线，即可知晓哪个方向的风，气流畸变最严重，对风电机组的影响最大，进而能够针对不同的风向区间，单独采取不同的控制策略进行调整，以降低叶片的不平衡载荷。本发明可以低成本、准确快速地识别风速不平衡。
Description
技术领域
本发明涉及风电机组的技术领域，尤其是指一种通过载荷来识别风电机组风轮旋转面的风速不均匀的方法。
背景技术
风电机组作为绿色能源和可再生能源，已经被广泛推广和应用，有些风电机组安装在平原地区，有些安装在海上，有些安装在山区。对于安装在平原地区和海上的风电机组，由于地形很平坦，所以整个风轮面上的风速大小非常均匀，风轮旋转一圈，叶片受力比较均匀；但是，对于安装在山区的风电机组，由于山体地形陡峭，风吹过山体再到风电机组，受山体的影响，气流发生畸变，风变得离散或不均匀，叶片在不同方向受到的力也不平衡，这会导致风轮受载不平衡，风轮不平衡可以带来很多严重的后果，比如，不平衡会降低叶片的寿命，导致叶片断裂，造成事故，带来经济损失；不平衡会导致机组振动过大，无法正常运行；不平衡会导致变桨轴承和偏航轴承提前失效；不平衡会造成偏航刹车失效，导致偏航滑移，等等。
当前针对安装在山区的风电机组，只有出现故障时，才会引起维护人员的关注，如果判断是由于山体遮挡导致风轮面受力不均匀导致的话，当前的解决方案是每只叶片根部各安装一个载荷传感器，在风电机组的全生命周期，不断监测各个载荷传感器的数值，通过各个载荷传感器的差值对比，采用独立变桨之类的控制策略，对风电机组的变桨角度实时控制调整，以实现风轮的尽量平衡，降低各只叶片的载荷。
该方案存在的问题是，需要在每个叶片上各安装一个载荷传感器，并且要求在风电机组的全生命周期中传感器不能失效，难度非常高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种通过载荷来识别风电机组风轮旋转面的风速不均匀的方法，可以低成本、准确快速地识别风速不平衡。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：通过载荷来识别风电机组风轮旋转面的风速不均匀的方法，该方法是在风电机组的其中一只叶片根部上安装一个载荷传感器，用于采集载荷数据，即风作用在叶片上的载荷值，若整个风轮旋转面的风速是均匀的，则叶片旋转一圈，测得的载荷值就是一个相对恒定的值，若整个风轮旋转面的风速是不均匀的，则叶片旋转一圈，测得的载荷值就会出现波动；
基于上述原理，在一只叶片上安装载荷传感器后，采集一段时间的数据，且必须包括不同风向的数据，风向共计360度，并以此均匀划分为m个风向区间，即各个风向区间的角度大小一致，m个风向区间加起来刚好等于360度，且每个风向区间都必须采到有数据，然后每个风向区间各提取一段数据，对每段数据进行处理，以风轮方位角为横坐标，载荷值为纵坐标，描绘出m个风向区间的曲线图，得到不同风向的叶片载荷曲线，最后通过分析不同风向的叶片载荷曲线，即可知晓哪个方向的风，气流畸变最严重，对风电机组的影响最大，进而能够针对不同的风向区间，单独采取不同的控制策略进行调整，以降低叶片的不平衡载荷。
进一步，待每个风向区间都采集有数据后，即可拆除安装上去的那个载荷传感器，该载荷传感器无需全生命周期地安装在叶片上。
进一步，定义风轮方位角在12点钟方向为0度，在3点钟方向为90度，在6点钟方向为180度，在9点钟方向为270度。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
本发明方法可以低成本、准确快速地识别风速不平衡，只需要在一只叶片上安装载荷传感器即可，成本低，且安装载荷传感器以后，只要采集到短期数据即可拆除，无需全生命周期安装在风电机组上，可靠性高。
附图说明
图1为风电机组主视图。
图2为风电机组侧视图。
图3为风速均匀条件下的风电机组俯视图。
图4为风速不均匀条件下的风电机组俯视图。
图5为不同风向的叶片载荷曲线图。
图6为某个风向的叶片载荷曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
参见图1和图2所示，本实施例提供的风电机组主要由塔筒1、叶片2、轮毂3、机舱4组成，三只叶片2安装到轮毂3上，轮毂3带动叶片2顺时针旋转，定义风轮方位角在12点钟方向为0度，在3点钟方向为90度，在6点钟方向为180度，在9点钟方向为270度。如果风向发生变化，机舱4会偏航动作，自动对风。
本实施例公开的通过载荷来识别风电机组风轮旋转面的风速不均匀的方法，该方法是在风电机组的其中一只叶片2根部上安装一个载荷传感器5，用于采集载荷数据，即检测风作用在叶片2上的载荷值，如果风电机组周围地形非常平坦，则作用在风轮旋转面内的风是非常均匀的，见图3所示，叶片旋转一圈，测得的载荷值就是一个相对恒定的值，如果风电机组周围地形不平坦，当风吹过山体6时，气流发生畸变，则作用在风轮旋转面内的风是不均匀的，见图4所示，叶片旋转一圈，测得的载荷值就会出现波动。
基于上述原理，在一只叶片2上安装载荷传感器5后，采集一段时间的数据，且必须包括不同风向的数据，风向共计360度，并以10度为一个区间，均匀划分为36个风向区间，且每个风向区间都必须采到有数据，完成上述数据采集工作后，即可拆除载荷传感器5，然后每个风向区间各提取一段数据，对每段数据进行处理，以风轮方位角为横坐标，载荷值为纵坐标，描绘出36个风向区间的曲线图，得到不同风向的叶片载荷曲线，见图5所示，最后通过分析不同风向的叶片载荷曲线，即可知晓每个风向对风电机组的影响效果，是左边的风比右边的风大，还是左边的风比右边的风小，哪个风向的气流畸变最严重，对风电机组的影响最大，然后可以针对不同的风向区间，单独采取不同的控制策略进行调整，以降低叶片2的不平衡载荷，见图6所示。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.通过载荷来识别风电机组风轮旋转面的风速不均匀的方法，其特征在于，该方法是在风电机组的其中一只叶片根部上安装一个载荷传感器，用于采集载荷数据，即风作用在叶片上的载荷值，若整个风轮旋转面的风速是均匀的，则叶片旋转一圈，测得的载荷值就是一个相对恒定的值，若整个风轮旋转面的风速是不均匀的，则叶片旋转一圈，测得的载荷值就会出现波动；
基于上述原理，在一只叶片上安装载荷传感器后，采集一段时间的数据，且必须包括不同风向的数据，风向共计360度，并以此均匀划分为m个风向区间，即各个风向区间的角度大小一致，m个风向区间加起来刚好等于360度，且每个风向区间都必须采到有数据，然后每个风向区间各提取一段数据，对每段数据进行处理，以风轮方位角为横坐标，载荷值为纵坐标，描绘出m个风向区间的曲线图，得到不同风向的叶片载荷曲线，最后通过分析不同风向的叶片载荷曲线，即可知晓哪个方向的风，气流畸变最严重，对风电机组的影响最大，进而能够针对不同的风向区间，单独采取不同的控制策略进行调整，以降低叶片的不平衡载荷。
2.根据权利要求1所述的通过载荷来识别风电机组风轮旋转面的风速不均匀的方法，其特征在于，待每个风向区间都采集有数据后，即可拆除安装上去的那个载荷传感器，该载荷传感器无需全生命周期地安装在叶片上。
3.根据权利要求1所述的通过载荷来识别风电机组风轮旋转面的风速不均匀的方法，其特征在于，定义风轮方位角在12点钟方向为0度，在3点钟方向为90度，在6点钟方向为180度，在9点钟方向为270度。
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