CN114790967A - 风力发电机的风机叶片监测方法及装置、存储介质、风力发电机 - Google Patents
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Abstract
一种风力发电机的风机叶片监测方法及装置、存储介质、风力发电机，所述方法包括：获取加速度传感器采集的多向加速度信号，所述多向加速度信号包含相互垂直的三个方向上的加速度信号；根据所述多向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置；其中，所述风力发电机的至少一个风机叶片的内部安装有至少一个加速度传感器。本发明可以提高判断空间位置的准确性，降低测量误差，并且有效控制监测成本。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种风力发电机的风机叶片监测方法及装置、存储介质、风力发电机。
背景技术
在现有的风力发电系统中，为了增大风电机组的单机功率，需要风机叶片的长度。因此，叶片的长度基本都超过了100米，导致在风机运行时，难以保证叶片叶尖与塔筒之间的有效净空长度。其中，所述净空指的是风电叶片受风力影响转动，叶片顺时针向下扫过风电塔筒时，叶尖区域距离塔筒的长度。
在具体实施中，由于叶片受到风的推力作用向发电机机组后方产生实时的弯曲变形，因此叶片净空的长度也实时变化着。如果净空长度过短且风力发电机机舱没有及时做叶片变桨动作和/或机舱头部没有做仰抬动作，就会存在叶片在高速旋转时与塔筒发生碰撞的危险，并将面临由于叶片和塔筒相互碰撞后所导致的“机毁塔倒”的严重事故，这会造成巨大的财产损失并危及生命安全。
亟需一种风力发电机的风机叶片监测方法，可以实时监测风机叶片的情况，从而有助于提高对风机叶片上某处的空间位置判断的准确性，降低测量误差，并且有效控制监测成本。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种风力发电机的风机叶片监测方法及装置、存储介质、风力发电机，可以提高判断空间位置的准确性，降低测量误差，并且有效控制监测成本。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种风力发电机的风机叶片监测方法，包括以下步骤：获取加速度传感器采集的多向加速度信号，所述多向加速度信号包含相互垂直的三个方向上的加速度信号；根据所述多向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置；其中，所述风力发电机的至少一个风机叶片的内部安装有至少一个加速度传感器。
可选的，所述监测方法还包括：各个加速度传感器的第一加速度信号的方向为平行于叶片的旋转面，且从所述风机叶片的叶根根部指向叶尖尖端，或者从所述风机叶片的叶尖尖端指向叶根根部；和/或，各个加速度传感器的第二加速度信号的方向为垂直于所述风机叶片的旋转面的方向。
可选的，对于安装有加速度传感器的风机叶片，其内部具有安装在所述风机叶片的叶尖区域的加速度传感器，且该加速度传感器与叶尖顶端之间的距离小于第一预设叶尖距离。
可选的，所述的风力发电机的风机叶片监测方法还包括：根据所述加速度传感器的空间位置，确定所述加速度传感器所在的风机叶片扫过塔筒时，所述加速度传感器与所述塔筒之间的距离；根据加速度传感器与所述塔筒之间的距离，确定所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空。
可选的，所述加速度传感器的安装位置满足以下一项或多项：对于安装有加速度传感器的风机叶片，其内部具有一个或多个加速度传感器安装在所述风机叶片的叶根区域的加速度传感器；对于安装有加速度传感器的风机叶片，其内部具有一个或多个加速度传感器安装在所述风机叶片的叶中区域的加速度传感器；对于安装有加速度传感器的风机叶片，其内部具有一个或多个加速度传感器安装在所述风机叶片的叶尖区域的加速度传感器，且该加速度传感器与叶尖顶端之间的距离大于第二预设叶尖距离。
可选的，所述加速度传感器的安装位置还满足以下一项或多项：安装在所述风机叶片的叶根区域的加速度传感器与叶根根部之间的距离小于预设叶根距离；安装在所述风机叶片的叶中区域的加速度传感器与所述风机叶片的中心点之间的距离小于预设叶中距离。
可选的，所述的风力发电机的风机叶片监测方法还包括：采用叶片三维弹性力学模型，根据所述加速度传感器的空间位置，预测所述风机叶片扫过塔筒时，所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空。
可选的，所述加速度传感器的数量为多个；其中，对于安装有加速度传感器的风机叶片，所述多个加速度传感器分别安装在所述风机叶片的叶根区域、叶中区域以及叶尖区域。
可选的，所述的风力发电机的风机叶片监测方法还包括：根据所述多个加速度传感器的空间位置，确定所述风机叶片在当前时刻的工况下的叶片姿态；和/或，根据所述多个加速度传感器的空间位置，确定所述风机叶片在当前时刻的振动模态。
可选的，根据所述多向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置包括：对所述多向加速度信号进行二次积分运算，以得到所述加速度传感器在所述相互垂直的三个方向上自前一时刻至当前时刻的距离变化；根据所述距离变化，确定所述加速度传感器在当前时刻的空间位置。
可选的，所述加速度传感器固定在所述风机叶片的内部的一处或多处：背风面、叶片前缘、叶片后缘以及腹板。
可选的，所述加速度传感器的固定方式选自：粘贴、螺丝固定以及植入。
可选的，所述加速度传感器选自：MEMS光纤三轴加速度传感器、MOEMS光纤三轴加速度传感器、MOMS光纤三轴加速度传感器、压阻式加速度传感器、电容式加速度传感器、阻尼式加速度传感器电感式加速度传感器、应变式加速度传感器、压电式加速度传感器以及FBG光纤光栅加速度传感器。
可选的，所述加速度传感器为无源传感器。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种风力发电机的风机叶片监测装置，包括：采集模块，用于获取加速度传感器采集的多向加速度信号，所述多向加速度信号包含相互垂直的三个方向上的加速度信号；位置确定模块，用于根据所述多向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置；其中，所述风力发电机的至少一个风机叶片的内部安装有至少一个加速度传感器。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述风力发电机的风机叶片监测方法的步骤。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种风力发电机，包括风机叶片，还包括：一个或多个加速度传感器，设置于所述风力发电机的至少一个风机叶片的内部；处理器，与所述加速度传感器耦接，所述处理器用于执行上述风力发电机的风机叶片监测方法的步骤。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
在本发明实施例中，通过设置在至少一个风机叶片的内部安装至少一个加速度传感器，采用加速度传感器采集多向加速度信号，进而根据多向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置，可以实时监测加速度传感器的空间位置，从而提高判断风机叶片上安装有加速度传感器的区域的空间位置的准确性，降低测量误差，并且有效控制监测成本。
进一步地，通过设置各个加速度传感器的第一加速度信号的方向为平行于叶片的旋转面，且从所述风机叶片的叶根根部指向叶尖尖端，或者从所述风机叶片的叶尖尖端指向叶根根部；和/或，各个加速度传感器的第二加速度信号的方向为垂直于所述风机叶片的旋转面的方向，可以设置当加速度传感器所在的风机叶片在该旋转面内扫过塔筒的瞬间，第一加速度信号的方向可以垂直于地面；第二加速度信号的方向可以垂直于旋转面，且平行于地面，有助于更加直观、准确地判断所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空，同时降低运算的复杂度。
进一步，对于安装有加速度传感器的风机叶片，设置其内部具有加速度传感器安装在所述风机叶片的叶根区域，且与叶根根部之间的距离小于预设叶根距离，和/或，设置其内部具有一个或多个加速度传感器安装在所述风机叶片的叶中区域，且与所述风机叶片的中心点之间的距离小于预设叶中距离，可以采用叶片三维弹性力学模型，预测所述风机叶片扫过塔筒时，所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空，有助于在叶尖区域不易安装加速度传感器的情况下，依赖在叶根区域和/或叶中区域的加速度传感器实现对净空的预测，有效增多预测净空的场景。
进一步，所述加速度传感器的数量为多个，对于安装有加速度传感器的风机叶片，设置多个加速度传感器分别安装在所述风机叶片的叶根区域、叶中区域以及叶尖区域，可以根据多个加速度传感器的空间位置，确定所述风机叶片在当前时刻的工况下的叶片姿态，不仅可以实现对所述风机叶片扫过塔筒时，所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空的确定，还可以对风机叶片当前时刻的整体的空间位置集合进行确定，有效增多实用场景。
进一步，所述加速度传感器固定在所述风机叶片的内部的一处或多处：背风面、叶片前缘、叶片后缘以及腹板，可以减少叶片厚度对计算净空长度的影响。
附图说明
图1是本发明实施例中一种风力发电机的风机叶片监测方法的流程图；
图2是本发明实施例中一种加速度传感器的信号采集方向的示意图；
图3是本发明实施例中一种加速度传感器在风机叶片上的安装位置示意图；
图4是本发明实施例中一种风机叶片的剖面结构示意图；
图5是本发明实施例中一种风力发电机的风机叶片监测装置的结构示意图；
图6是本发明实施例中一种风力发电机的结构示意图。
具体实施方式
如前所述，在现有的风力发电系统中，由于叶片受到风的推力作用向发电机机组后方产生实时的弯曲变形，因此叶片净空的长度也实时变化着。亟需一种风力发电机的风机叶片监测方法，可以实时监测风机叶片的情况，从而有助于提高对风机叶片上某处的空间位置判断的准确性。
在现有的一种测距技术中，采用激光测量叶片和塔筒的净空长度，例如在风电的塔筒外壁上安装激光测距仪，测量的高度位于风电叶片扫过塔筒时叶尖向上1至2米的位置。该方法的缺点是，由于叶片在旋转时会受风力作用而产生摆振和挥舞的动作，因此单点式的激光测距的光束有时很难照射到叶片上；但即使能照射到叶片上，反射回去的光束和叶片上的照射点存在角度，因此，激光器很难接收到反射光束，从而导致计算不出净空的长度。
在现有的另一种测距技术中，采用面扫描激光器探测叶尖区域距离塔筒的净空长度的方法，即面扫面激光器探测并获取在扫描区内叶尖区域各点到激光器的距离和方位角，并计算出叶片和塔筒间的净空长度。该方法虽然解决了反射回去的光束和叶片上的照射点的角度问题，但是各个扫描点存在相位延时，因此会产生很大的测量误差。
本发明的发明人经过研究发现，在现有技术中，由于风场环境恶劣，自然气候难以捉摸，因此，不管是激光测距的方法，还是面扫描激光探测的方法，都存在外部光源干扰激光光束和激光发射窗口容易被积灰的问题，这些都导致激光器无法准确和实时地接收反射光束，所以，激光器的发射窗口需要定期清洁，这样也为风机的运行和维护带去不便和较高成本。
在本发明实施例中，通过设置在至少一个风机叶片的内部安装至少一个加速度传感器，采用加速度传感器采集三向加速度信号，进而根据三向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置，可以实时监测加速度传感器的空间位置，从而提高判断风机叶片上安装有加速度传感器的区域的空间位置的准确性，降低测量误差，并且有效控制监测成本。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图1，图1是本发明实施例中一种风力发电机的风机叶片监测方法的流程图。所述风力发电机的风机叶片监测方法可以包括步骤S11至步骤S12：
步骤S11：获取加速度传感器采集的多向加速度信号，所述多向加速度信号包含相互垂直的三个方向上的加速度信号；
步骤S12：根据所述多向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置。
其中，所述风力发电机的至少一个风机叶片的内部安装有至少一个加速度传感器。
在步骤S11的具体实施中，所述加速度传感器可以是集多个方向上的测量功能于一体的加速度传感器，所述加速度传感器还可以包含多个分传感器，且各个分传感器用于分别测量单个方向上的加速度信号。
进一步地，所述加速度传感器可以选自：微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)光纤三轴加速度传感器、微光机电系统(Micro-Opto-Electro-MechanicalSystem，MOEMS)光纤三轴加速度传感器、微光机械系统(Micro-Opto-Mechanical System，MOMS)光纤三轴加速度传感器、压阻式加速度传感器、电容式加速度传感器、阻尼式加速度传感器电感式加速度传感器、应变式加速度传感器、压电式加速度传感器以及光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)三轴加速度传感器。
其中，MEMS光纤传感技术可以是建立在微米/纳米机械学、光学基础上的技术。该技术的质量块、弹性支撑体、光学反射微镜、光入射及出射波导系统都直接集成在一个微小的芯片上，真正实现了对振动等信号的全光检测和传输。制造出的MEMS芯片具备结构紧凑，一体式封装，参数一致性好，灵敏度高，动态范围大和线性度好等优点。振动频率从0Hz开始时，就具有平坦的频率响应特性，且相位呈线性变化，性能稳定、可靠。
MEMS芯片的硅基敏感结构采用微机电技术集成制造，信号采用光纤检测技术探测和读取，由此其具有MEMS传感技术与光纤传感技术的共同优点。且MEMS光纤传感技术克服了现有传感技术“宽频”与“高精度”的互相制约，其具有无源、宽温、微型化、抗电磁干扰、轻便、易组网和免维护特性，因此，可长期精准测量，降低智慧运维系统复杂度和成本。所以，MEMS光纤传感技术非常适用于风力发电行业中对风电叶片和塔筒间净空长度的实时监测。
需要指出的是，本发明实施例中的MOEMS加速度传感器以及MOMS加速度传感器可以具备上述MEMS光纤三轴加速度传感器的优点。
基于敏感元件的加速度传感器可以包括质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等，根据传感器敏感元件的不同，所述加速度传感器可以包括压阻式加速度传感器、电容式加速度传感器、阻尼式加速度传感器电感式加速度传感器、应变式加速度传感器、压电式加速度传感器等。
光纤布拉格光栅(FBG)可以是通过全息干涉法或者相位掩膜法来将一小段光敏感的光纤暴露在一个光强周期分布的光波下面。这样光纤的光折射率就会根据其被照射的光波强度而永久改变。这种方法造成的光折射率的周期性变化就叫做光纤布拉格光栅，FBG加速度传感器能根据环境温度以及/或者应变的变化来改变其反射的光波的波长，提高采集的加速度信号的准确性。
进一步地，所述加速度传感器可以为无源传感器。
在本发明实施例中，通过设置加速度传感器为无源传感器，可以实现探测端不带电的无源探测，有效提高抗电磁和雷电的能力，有助于避免风力发电机在开阔的风场由雷击给探测造成的干扰，甚至损坏，保证监测的正常进行以及提高检测准确性。
在本发明实施例中，所述多向加速度信号包含相互垂直的三个方向上的加速度信号。在一种具体实施方式中，可以先任意确定三个相互垂直的方向作为所述三向加速度信号的方向，然后根据需要分别加上适当的偏差值，以得到实际监测的方向。
进一步地，在本发明实施例的另一种具体实施方式中，各个加速度传感器的第一加速度信号的方向为平行于叶片的旋转面，且从所述风机叶片的叶根根部指向叶尖尖端，或者从所述风机叶片的叶尖尖端指向叶根根部；和/或，各个加速度传感器的第二加速度信号的方向为垂直于所述风机叶片的旋转面的方向。
其中，所述风机叶片的旋转面可以是在理想状态下的旋转面，所述理想状态用于指示不考虑风机叶片的形变、摆振、挥舞等情况，且在风机叶片不进行任何仰抬动作的情况下，风机叶片旋转时形成平面。
可以理解的是，在非工作状态(如静止状态)或工作状态下，风机叶片的旋转面可以垂直于地面。进一步地，当叶片在该旋转面内扫过塔筒的瞬间，第一加速度信号的方向可以垂直于地面；第二加速度信号的方向可以垂直于旋转面，且平行于地面。
之所以需要指出仰抬动作，是因为如果净空长度过短且风力发电机机舱没有及时做叶片变桨动作和/或机舱头部以及风机叶片没有做仰抬动作，就会存在叶片在高速旋转时与塔筒发生碰撞的危险，因此此处第二加速度信号的方向可以是基于不进行仰抬动作的情况下确定的。
参照图2，图2是本发明实施例中一种加速度传感器的信号采集方向的示意图。所述信号采集方向可以包括相互垂直的x轴方向、y轴方向以及z轴方向。所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空记为d。
进一步地，各个加速度传感器的第一加速度信号的方向可以为所述风机叶片的叶根与叶尖之间的连线方向；和/或，各个加速度传感器的第二加速度信号的方向为垂直于所述风机叶片的旋转面的方向。
其中，所述风机叶片的中心点可以是所述风机叶片在长度方向上的中心点。
具体地，所述第一加速度信号的方向可以是图2示出的y轴方向，例如风机叶片的叶根指向叶尖的方向，还可以是从风机叶片的叶尖指向叶根的方向。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第二加速度信号的方向可以是图2示出的x轴方向，例如垂直于所述风机叶片的旋转面且远离塔筒的方向，还可以是垂直于所述风机叶片的旋转面且朝向塔筒的方向。
在本发明实施例的另一种具体实施方式中，所述加速度传感器的第二加速度信号的方向还可以为所述加速度传感器所在的风机叶片扫过塔筒时，所述塔筒的中线上的点与所述风机叶片的中心点之间的连线方向。
所述第三加速度信号的方向在确定所述第一、第二加速度信号的方向后，可以根据三个方向之间的垂直关系唯一确定。
可以理解的是，在理想状态下，即未考虑风机叶片的形变、摆振、挥舞等情况时，所述x轴可以视为垂直于所述风机叶片的旋转面方向；所述y轴可以视为平行于所述风机叶片的旋转面方向，且指向叶尖方向或者指向叶根方向；z轴可以视为所述风机叶片在当前时刻的转动方向或转动反方向。
在本发明实施例中，通过设置各个加速度传感器的第一加速度信号的方向为平行于叶片的旋转面，且从所述风机叶片的叶根根部指向叶尖尖端，或者从所述风机叶片的叶尖尖端指向叶根根部；和/或，各个加速度传感器的第二加速度信号的方向为垂直于所述风机叶片的旋转面的方向，可以设置当加速度传感器所在的风机叶片在该旋转面内扫过塔筒的瞬间，第一加速度信号的方向可以垂直于地面；第二加速度信号的方向可以垂直于旋转面，且平行于地面，有助于更加直观、准确地判断所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空，同时降低运算的复杂度。
继续参照图1，在步骤S12的具体实施中，根据所述三向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置。
进一步地，根据所述三多向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置的步骤可以包括：对所述多向加速度信号进行二次积分运算，以得到所述加速度传感器在所述相互垂直的三个方向上自前一时刻至当前时刻的距离变化；根据所述距离变化，确定所述加速度传感器在当前时刻的空间位置。
具体地，可以对各个加速度传感器的各个方向的加速度信号进行第一积分处理，以得到各个方向的速度信号，进而对所述速度信号进行第二积分处理，以得到各个方向的距离信号，进而根据各个传感器的三个方向的距离信号变化，确定该加速度传感器在某一时刻的空间位置。
需要指出的是，对所述多向加速度信号进行运算的方法不限于上述二次积分运算，还可以结合采用或直接采用其他适当的数据处理方法(如滤波处理)进行运算。
进一步地，在确定各个加速度传感器的空间位置后，结合有限源分析方法，可以描绘出各个加速度传感器的运动轨迹。
在本发明实施例中，通过设置在至少一个风机叶片的内部安装至少一个加速度传感器，采用加速度传感器采集多向加速度信号，进而根据多向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置，可以实时监测加速度传感器的空间位置，从而提高判断风机叶片上安装有加速度传感器的区域的空间位置的准确性，降低测量误差，并且有效控制监测成本。
参照图3，图3是本发明实施例中一种加速度传感器在风机叶片上的安装位置示意图。
在本发明实施例的第一种具体实施方式中，可以设置对于安装有加速度传感器的风机叶片，其内部具有安装在所述风机叶片的叶尖区域的加速度传感器，且该加速度传感器与叶尖顶端之间的距离小于第一预设叶尖距离D1。
其中，所述叶尖区域可以为靠近所述风机叶片的叶尖顶端的第一预设比例长度区域，如占据风机叶片的1/3长度。
可以理解的是，所述加速度传感器的安装位置与叶尖顶端之间的距离不应当过大，否则难以体现叶尖顶端处的情况(如轨迹、与外部物件的距离等)；所述加速度传感器的安装位置与叶尖顶端之间的距离不应当过小，否则会由于空间过小导致实际安装及维修的困难。作为一个非限制性的例子，可以设置第一预设叶尖距离D1选自2至5米。
进一步地，所述风机叶片监测方法还可以包括：根据所述加速度传感器的空间位置，确定所述加速度传感器所在的风机叶片扫过塔筒时，所述加速度传感器与所述塔筒之间的距离；根据加速度传感器与所述塔筒之间的距离，确定所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空。
更进一步地，可以采用所述加速度传感器与所述塔筒之间的距离，或者添加预设偏移量(offset)，作为所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空。
在本发明实施例中，考虑到加速度传感器的安装位置足够靠近叶尖顶端，此时可以直接采用所述加速度传感器与所述塔筒之间的距离作为所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空，或者采用简单运算，如添加预设偏移量的方法确定净空，从而有效降低运算的复杂度，并且提高准确性。
在本发明实施例的第二种具体实施方式中，所述加速度传感器的安装位置满足以下一项或多项：对于安装有加速度传感器的风机叶片，其内部具有一个或多个加速度传感器安装在所述风机叶片的叶根区域的加速度传感器；对于安装有加速度传感器的风机叶片，其内部具有一个或多个加速度传感器安装在所述风机叶片的叶中区域的加速度传感器；对于安装有加速度传感器的风机叶片，其内部具有一个或多个加速度传感器安装在所述风机叶片的叶尖区域的加速度传感器，且该加速度传感器与叶尖顶端之间的距离大于第二预设叶尖距离D2。
其中，所述叶根区域可以为靠近所述风机叶片的叶根根部的第二预设比例长度区域，如占据风机叶片的1/3长度；所述叶中区域可以为靠近所述风机叶片的中部的第三预设比例长度区域，如占据风机叶片的1/3长度。
可以理解的是，第一预设比例长度、第二预设比例长度以及第三预设比例长度的和为1，也即叶尖区域、叶根区域以及叶中区域的和为所述风机叶片的整体区域。
可以理解的是，所述加速度传感器的安装位置与叶尖顶端之间的距离较小时，可以直接采用前述具体实施例中的方式确定风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空。作为一个非限制性的例子，可以设置第二预设叶尖距离D2选自2至5米。
进一步地，所述加速度传感器的安装位置还可以满足以下一项或多项：安装在所述风机叶片的叶根区域的加速度传感器与叶根根部之间的距离小于预设叶根距离；安装在所述风机叶片的叶中区域的加速度传感器与所述风机叶片的中心点之间的距离小于预设叶中距离。
其中，所述风机叶片的中心点可以是所述风机叶片在长度方向上的中心点。
在本发明实施例中，通过设置加速度传感器更加接近叶根根部，或者更加接近中心点，有助于提高加速度传感器的分布均匀性，有助于扩展得到更多适当的应用场景。
可以理解的是，当设置加速度传感器更加接近叶根根部时，所述加速度传感器的安装位置与叶根根部之间的距离不应当过大，否则难以体现叶根根部处的情况(如轨迹、与外部物件的距离等)。作为一个非限制性的例子，可以设置所述预设叶根距离选自5至20米，例如为10米。
可以理解的是，当设置加速度传感器更加接近风机叶片的中心点时，所述加速度传感器的安装位置与风机叶片的中心点之间的距离不应当过大，否则难以体现叶中区域的情况(如轨迹、与外部物件的距离等)。作为一个非限制性的例子，可以设置所述预设叶中距离选自5至20米，例如为10米。
进一步地，所述风机叶片监测方法还可以包括：采用叶片三维弹性力学模型，根据所述加速度传感器的空间位置，预测所述风机叶片扫过塔筒时，所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空。
在本发明实施例中，对于安装有加速度传感器的风机叶片，通过设置加速度传感器安装在所述风机叶片的叶根区域、叶中区域以及叶尖区域中的一处或多处，可以采用叶片三维弹性力学模型，预测所述风机叶片扫过塔筒时，所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空，有助于在叶尖区域不易安装加速度传感器的情况下，依赖在叶根区域、叶中区域以及与叶尖尖端间隔较远的加速度传感器实现对净空的预测，有效增多预测净空的场景。
需要指出的是，所述叶片三维弹性力学模型可以是预先采用适当的三维建模软件，对叶片几何参数和受力状况进行建模得到的，例如将所述叶片几何参数和受力状况导入到所述三维建模软件中以建立叶片三维弹性力学模型，从而对测量点之外的位置进行预测。
在本发明实施例的第三种具体实施方式中，所述加速度传感器的数量可以为多个；其中，对于安装有加速度传感器的风机叶片，所述多个加速度传感器可以分别安装在所述风机叶片的叶根区域、叶中区域以及叶尖区域。
进一步地，可以设置加速度传感器在所述风机叶片均匀分布，例如叶根区域、叶中区域以及叶尖区域各占所述风机叶片的1/3，且均具有加速度传感器。例如图3示出的在叶根区域、叶中区域以及叶尖区域各设置一个或多个加速度传感器。
更进一步地，当各设置一个加速度传感器时，三个加速度传感器之间的距离差可以一致，且位于同一直线上，有助于进一步提高加速度传感器的分布均匀性。
更进一步地，如果在各个区域内均具有多个加速度传感器，则加速度传感器之间可以具有一致的距离。可以理解的是，实际距离与理论距离之间可以具有一定的偏差。
进一步地，所述风机叶片监测方法还可以包括：根据所述多个加速度传感器的空间位置，确定所述风机叶片在当前时刻的工况下的叶片姿态；和/或，根据所述多个加速度传感器的空间位置，确定所述风机叶片在当前时刻的振动模态。
其中，所述工况下的叶片姿态可以用于指示风机叶片在当前时刻的三维(3D)姿态，例如在发生一定程度的摆振、挥舞、扭振之后的风机叶片实际的工作状态。
所述振动模态可以用于指示风机叶片作为弹性结构的固有的、整体的振动特性。
在本发明实施例中，所述加速度传感器的数量为多个，对于安装有加速度传感器的风机叶片，通过设置多个加速度传感器分别安装在所述风机叶片的叶根区域、叶中区域以及叶尖区域，可以根据多个加速度传感器的空间位置，确定所述风机叶片在当前时刻的工况下的叶片姿态，不仅可以实现对所述风机叶片扫过塔筒时，所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空的确定，还可以对风机叶片当前时刻的整体的空间位置集合进行确定，有效增多实用场景。
进一步地，所述加速度传感器可以固定在所述风机叶片的内部的一处或多处：背风面、叶片前缘、叶片后缘以及腹板。
参照图4，图4是本发明实施例中一种风机叶片的剖面结构示意图。所述加速度传感器可以固定在所述风机叶片的内部的一处或多处：背风面、叶片前缘、叶片后缘以及腹板。
在本发明实施例中，通过设置所述加速度传感器固定在所述风机叶片的内部的背风面，可以减少叶片厚度对计算净空长度的影响，有效提高数据的准确性；通过设置所述加速度传感器可以固定在所述风机叶片的叶片前缘、叶片后缘以及腹板，可以有效增加加速度传感器的数量，提高对风机叶片在当前时刻的工况下的叶片姿态以及振动模态进行判断的准确性。
更进一步地，所述加速度传感器的固定方式可以选自：粘贴、螺丝固定以及植入，从而有助于提高数据采集的有效性。
其中，采用植入的固定方式，可以是先在风机叶片的内壁设置凹陷处，然后将加速度传感器植入所述凹陷处，从而提高加速度传感器的稳定性，且节省空间。
参照图5，图5是本发明实施例中一种风力发电机的风机叶片监测装置的结构示意图。所述风机叶片的监测装置可以包括：
采集模块51，用于获取加速度传感器采集的多向加速度信号，所述多向加速度信号包含相互垂直的三个方向上的加速度信号；
位置确定模块52，用于根据所述多向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置；其中，所述风力发电机的至少一个风机叶片的内部安装有至少一个加速度传感器。
关于该风机叶片的监测装置的原理、具体实现和有益效果请参照前文描述的关于风力发电机的风机叶片监测方法的相关描述，此处不再赘述。
本发明实施例还公开了一种风力发电机，包括风机叶片，其特征在于，还包括：一个或多个加速度传感器，设置于所述风力发电机的至少一个风机叶片的内部；处理器，与所述加速度传感器耦接，所述处理器用于执行上述风力发电机的风机叶片监测方法的步骤。
参照图6，图6是本发明实施例中一种风力发电机的结构示意图。所述风力发电机可以包括风机叶片(图未示)，还可以包括第一加速度传感器601、第二加速度传感器602至第N加速度传感器603，还可以包括处理器610。
其中，所述第一加速度传感器601、第二加速度传感器602至第N加速度传感器603可以设置于所述风力发电机的至少一个风机叶片的内部，还可以设置在所述风力发电机的各个风机叶片的内部。
所述处理器610可以与所述第一加速度传感器601、第二加速度传感器602至第N加速度传感器603耦接，所述处理器610用于执行上述风力发电机的风机叶片监测方法的步骤。
需要指出的是，所述处理器610还可以包括信号解调模块(图未示)，所述信号解调模块对第一加速度传感器601、第二加速度传感器602至第N加速度传感器603进行解调处理。
本发明实施例还公开了一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序运行时可以执行上述方法的步骤。所述存储介质可以包括ROM、RAM、磁盘或光盘等。所述存储介质还可以包括非挥发性存储器(non-volatile)或者非瞬态(non-transitory)存储器等。
其中，所述处理器可以为中央处理单元(central processing unit，简称CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，简称DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(field programmable gate array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
需要指出的是，所述风力发电机还可以包括存储器，所述存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory，简称ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，简称PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，简称EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，简称EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，简称RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的随机存取存储器(random access memory，简称RAM)可用，例如静态随机存取存储器(static RAM，简称SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronous DRAM，简称SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double datarate SDRAM，简称DDR SDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced SDRAM，简称ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink DRAM，简称SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambus RAM，简称DR RAM)。
上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的；例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式；例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理包括，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/“，表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请实施例中出现的“多个”是指两个或两个以上。
本申请实施例中出现的第一、第二等描述，仅作示意与区分描述对象之用，没有次序之分，也不表示本申请实施例中对设备个数的特别限定，不能构成对本申请实施例的任何限制。
本申请实施例中出现的“连接”是指直接连接或者间接连接等各种连接方式，以实现设备间的通信，本申请实施例对此不做任何限定。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (17)
1.一种风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取加速度传感器采集的多向加速度信号，所述多向加速度信号包含相互垂直的三个方向上的加速度信号；
根据所述多向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置；
其中，所述风力发电机的至少一个风机叶片的内部安装有至少一个加速度传感器。
2.根据权利要求1所述的风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：
各个加速度传感器的第一加速度信号的方向为平行于叶片的旋转面，且从所述风机叶片的叶根根部指向叶尖尖端，或者从所述风机叶片的叶尖尖端指向叶根根部；
和/或，
各个加速度传感器的第二加速度信号的方向为垂直于所述风机叶片的旋转面的方向。
3.根据权利要求1所述的风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，对于安装有加速度传感器的风机叶片，其内部具有安装在所述风机叶片的叶尖区域的加速度传感器，且该加速度传感器与叶尖顶端之间的距离小于第一预设叶尖距离。
4.根据权利要求3所述的风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，还包括：
根据所述加速度传感器的空间位置，确定所述加速度传感器所在的风机叶片扫过塔筒时，所述加速度传感器与所述塔筒之间的距离；
根据加速度传感器与所述塔筒之间的距离，确定所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空。
5.根据权利要求1所述的风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，所述加速度传感器的安装位置满足以下一项或多项：
对于安装有加速度传感器的风机叶片，其内部具有安装在所述风机叶片的叶根区域的加速度传感器；
对于安装有加速度传感器的风机叶片，其内部具有安装在所述风机叶片的叶中区域的加速度传感器；
对于安装有加速度传感器的风机叶片，其内部具有安装在所述风机叶片的叶尖区域的加速度传感器，且该加速度传感器与叶尖顶端之间的距离大于第二预设叶尖距离。
6.根据权利要求5所述的风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，所述加速度传感器的安装位置还满足以下一项或多项：
安装在所述风机叶片的叶根区域的加速度传感器与叶根根部之间的距离小于预设叶根距离；
安装在所述风机叶片的叶中区域的加速度传感器与所述风机叶片的中心点之间的距离小于预设叶中距离。
7.根据权利要求5所述的风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，还包括：
采用叶片三维弹性力学模型，根据所述加速度传感器的空间位置，预测所述风机叶片扫过塔筒时，所述风机叶片的叶尖区域与所述塔筒之间的净空。
8.根据权利要求1所述的风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，所述加速度传感器的数量为多个；
其中，对于安装有加速度传感器的风机叶片，所述多个加速度传感器分别安装在所述风机叶片的叶根区域、叶中区域以及叶尖区域。
9.根据权利要求8所述的风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，还包括：
根据所述多个加速度传感器的空间位置，确定所述风机叶片在当前时刻的工况下的叶片姿态；
和/或，
根据所述多个加速度传感器的空间位置，确定所述风机叶片在当前时刻的振动模态。
10.根据权利要求1所述的风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，根据所述多向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置包括：
对所述多向加速度信号进行二次积分运算，以得到所述加速度传感器在所述相互垂直的三个方向上自前一时刻至当前时刻的距离变化；
根据所述距离变化，确定所述加速度传感器在当前时刻的空间位置。
11.根据权利要求1所述的风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，所述加速度传感器固定在所述风机叶片的内部的一处或多处：背风面、叶片前缘、叶片后缘以及腹板。
12.根据权利要求1或11所述的风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，所述加速度传感器的固定方式选自：
粘贴、螺丝固定以及植入。
13.根据权利要求1所述的风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，所述加速度传感器选自：
MEMS光纤三轴加速度传感器、MOEMS光纤三轴加速度传感器、MOMS光纤三轴加速度传感器、压阻式加速度传感器、电容式加速度传感器、阻尼式加速度传感器电感式加速度传感器、应变式加速度传感器、压电式加速度传感器以及FBG光纤光栅加速度传感器。
14.根据权利要求1所述的风力发电机的风机叶片监测方法，其特征在于，所述加速度传感器为无源传感器。
15.一种风力发电机的风机叶片监测装置，其特征在于，包括
采集模块，用于获取加速度传感器采集的多向加速度信号，所述多向加速度信号包含相互垂直的三个方向上的加速度信号；
位置确定模块，用于根据所述多向加速度信号，确定所述加速度传感器的空间位置；
其中，所述风力发电机的至少一个风机叶片的内部安装有至少一个加速度传感器。
16.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1至14中任一项所述风力发电机的风机叶片监测方法的步骤。
17.一种风力发电机，包括风机叶片，其特征在于，还包括：
一个或多个加速度传感器，设置于所述风力发电机的至少一个风机叶片的内部；
处理器，与所述加速度传感器耦接，所述处理器用于执行权利要求1至14任一项所述风力发电机的风机叶片监测方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220726 |