CN114962178A - 一种用于风电机组的叶片监测方法、系统及监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种用于风电机组的叶片监测方法、系统及监测装置，所述系统包括多个监测装置，所述系统包括设在机舱内的主控制器和第一电源模块，所述主控制器与多个监测装置之间通信连接；所述第一电源模块分别与多个监测装置、主控制器电连接；所述监测装置包括封闭式多匝线圈组件和导线，所述监测装置安装在叶片底部靠近塔筒的一侧，所述封闭式多匝线圈组件通过所述导线与所述主控制器通信连接，所述封闭式多匝线圈组件采用圆形多匝线圈和/或矩形多匝线圈。其目的在于，以解决现有的叶片监测系统易出现误判导致监测可靠性低以及体积过大、不便进行维护工作的问题。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种用于风电机组的叶片监测方法、系统及监测装置。
背景技术
随着风电机组单机容量越来越大，风电机组配套使用的叶片也越来越长，叶片变形扫塔的风险就越高，近年来大容量风电机组叶片扫塔的事故时有发生，有效检测叶片和塔筒的距离已成为大容量风电机组必须攻克的技术难题。
现有技术中，通过超声波技术检测叶片和塔筒之间距离的技术手段已广泛应用，但在沙尘、雾霾、阴雨等天气情况下，超声检测装置易发生误判问题，造成风电机组不必要的频繁停机，影响发电量的同时还会造成扫塔误判，在沙尘、雾霾、阴雨等天气下若发生叶片碰撞塔筒事件也难以准确判断。
公开号为CN113217304A的发明专利公开了一种基于电涡流效应的风电机组叶片净空监测系统及方法，包括电涡流传感器、传感器底座、环形轨道、叶尖金属以及电源，电涡流传感器通过传感器底座滑动设置在环形轨道上，环形轨道沿水平方向设置在塔筒上，叶片叶尖在其最低位置与环形轨道等高，传感器底座与环形轨道之间设置驱动机构，电源为电涡流传感器和驱动机构供电。上述结构解决了利用电涡流传感器监测叶片净空，提高监测效果，保障机组运行安全的问题，但其需在叶尖部分增设探测金属，同时其监测设备存在体积过大，安装工艺复杂以及不便于进行维护工作的问题，为此，一种用于风电机组的叶片监测方法、系统及监测装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于风电机组的叶片监测方法、系统及监测装置，用以解决背景技术中现有的叶片监测系统易出现误判导致监测可靠性低以及体积过大、不便进行维护工作的问题。
本发明实施例提供了一种用于风电机组的叶片监测系统，所述系统包括多个监测装置，所述系统包括设在机舱内的主控制器和第一电源模块，所述主控制器与多个监测装置之间通信连接；所述第一电源模块分别与多个监测装置、主控制器电连接；所述监测装置包括封闭式多匝线圈组件和导线，所述监测装置安装在叶片底部靠近塔筒的一侧，所述封闭式多匝线圈组件通过所述导线与所述主控制器通信连接，所述封闭式多匝线圈组件采用圆形多匝线圈和/或矩形多匝线圈。
进一步地，所述导线外设有屏蔽层，所述导线的一端接地，所述监测装置的数量与风力发电机本体叶片的数量一致。
进一步地，所述监测装置嵌设于所述叶片表面，且监测面与叶片的表面齐平。
进一步地，所述监测装置外还套设有防雷装置。
本发明还提供一种用于风电机组的叶片监测方法，包括如下步骤：
步骤1：在风电机组各个叶片的叶尖处安装与机舱电连接的监测装置；
步骤2：在风电机组运行过程中，监测装置对塔筒进行距离探测，将探测信号传输至机舱，得到各叶片的净空距离；
步骤3：基于各叶片净空距离与阈值净空距离对比，判断叶片净空距离是否安全；
步骤4：依据各叶片净空距离，控制变桨系统。
本发明还提供一种应用于叶片监测系统的监测装置，所述监测装置包括监测装置本体、探头和第二电源模块，所述探头的两侧固定连接有第一防雷装置，所述第二电源模块的两侧固定连接有第二防雷装置，所述第一防雷装置和第二防雷装置的内侧均设有若干个限位块，所述监测装置本体内上设有与若干个限位块卡接的限位槽，所述探头的底部设有电源接口，所述第二电源模块上设有与电源接口匹配的电源接头，所述第一防雷装置和第二防雷装置上均与监测装置本体螺纹连接。
进一步地，所述探头包括封闭式多匝线圈和屏蔽线圈，所述电源接头连接有导线，所述若干个限位槽的两侧上均设有多个防震组件，所述防震组件为减震弹簧。
本发明还提供一种叶片，所述叶片包括监测装置。
本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：处理器以及与所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器能够执行所述的叶片监测方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有实现叶片监测方法的程序，所述实现安全检测方法的程序被处理器执行以实现所述的叶片监测方法的步骤。
本发明的有益效果包括：
1.本发明通过在叶片叶尖出埋置防雷等级的金属监测装置来判断叶片叶尖和塔筒的距离是否异常，将金属监测装置的动作节点接入风电机组的主控制器，若叶片的净空距离异常，可控制叶片快速回浆至顺浆状态，保证了系统对叶片净空监测的可靠性；
2.本发明的金属监测装置，能够稳定安装在叶片内部，其探头部分与导线部分便于拆卸与安装，若监测装置出现故障，便于对监测装置进行维修更换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的叶片监测系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的叶片监测系统流程图；
图3为本发明实施例提供的风力发电机本体的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的叶片监测方法流程示意路；
图5为本发明实施例提供的监控装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的监控装置的主视图；
图标：1-机舱，2-叶片，3-塔筒，4-监测装置本体，5-探头，6-第二电源模块，7-第一防雷装置，8-第二防雷装置，9-限位块，10-限位槽，11-电源接口，12-电源接头，13-导线，14-减震弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参看图1至图3所示，图1为本发明提供的叶片监测系统结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的一种用于风电机组的叶片监测系统，所述系统包括多个监测装置，所述系统包括设在机舱1内的主控制器和第一电源模块，所述主控制器与多个监测装置之间通信连接；所述第一电源模块分别与多个监测装置、主控制器电连接；所述监测装置包括封闭式多匝线圈组件和导线13，所述监测装置安装在叶片2底部靠近塔筒3的一侧，所述封闭式多匝线圈组件通过所述导线13与所述主控制器通信连接，所述封闭式多匝线圈组件采用圆形多匝线圈和/或矩形多匝线圈。
在上述结构中，如图2所示，图2为本发明实施例提供的叶片监测系统流程图，所述监测装置可采用现有的差拍式检测电路、自激振荡式检测电路、耗能式检测电路以及平衡式检测电路以及平衡式检测电路等控制电路与主控制器信号连接，所述主控制器可采用现有的例如单片机等数据处理芯片，所述主控制器可控制叶片2的变桨控制系统对叶片2进行控制，当叶片2带动监测装置旋转时，所述监测装置对叶片2叶尖外侧的金属进行距离识别，所述识别的金属为塔筒3外壳所采用的例如铁等金属材料，将探测到的距离传输至主控制器，所述主控制器中预设有叶片2的安全净空阈值，若净空距离正常风电机则正常运行，若任意一个监测装置探测到净空距离异常，所述主控制器则根据当前风机的运行状态发送命令至变桨控制系统控制叶片2回浆。
优选的，所述导线13外设有屏蔽层，所述导线13的一端接地，所述监测装置的数量与风力发电机本体叶片2的数量一致。
在上述结构中，由于风力发电机本体的叶片2的变形程度可能不一样，因此在每片叶片2的叶尖底部均设有监测装置，避免单个监测装置反馈的信息不准确。
优选的，所述监测装置嵌设于所述叶片2表面，且监测面与叶片2的表面齐平，所述监测装置外还套设有防雷装置。
在上述结构中，通过将监测装置完全安装至叶片2的内的同时在外部套设现有的防雷装置，可防止外部环境对监测装置造成损坏，延长监测装置的使用寿命；
工作原理：在风电机组的运行过程中，监测装置随着叶片2转动，当叶片2扫过塔筒3时，所述监测装置根据法拉第电磁感应的基本测量原理得到叶片2的净空距离并传输至主控制器中，所述主控制器对接收到的净空距离与净空距离阈值比较，若判定监测装置与塔筒3的距离在安全净空距离以上时，风机则正常运转；若监测装置与塔筒3的距离低于安全净空距离时，所述主控制器则控制变桨控制系统，变桨控制系统控制叶片2执行回桨，使叶片2恢复正常形态，整体系统的抗干扰能力强的同时还不会受到外部环境的影响。
如图4所示，图4为本发明实施例提供的叶片监测方法流程示意图，本发明还提供一种用于风电机组的叶片2监测方法，包括如下步骤：
步骤1：在风电机组各个叶片2的叶尖处安装与机舱1电连接的监测装置；
步骤2：在风电机组运行过程中，监测装置对塔筒3进行距离探测，将探测信号传输至机舱1，得到各叶片2的净空距离；
在步骤2中，风力发电机组运行时变桨系统处于开浆状态，叶片2的迎风面受风力作用发型变形，叶片2的净空距离是风电机组叶片2在运行过程中叶尖到塔筒3表面的几何距离，在叶片2经过塔筒3附近时此距离达到最小值，所述监测装置通过导线13与机舱1通电后所述监测装置的封闭式多匝线圈周围空间会产生交变磁场，当叶片2在转动过程中扫过塔筒3位置时，所述封闭式多匝线圈将其检测到的磁场值传输至机舱1，通过机舱1内主控制器分析处理实现对叶片2净空距离的计算。
步骤3：基于各叶片2净空距离与阈值净空距离对比，判断叶片2净空距离是否安全；
在步骤3中，所述叶片2净空阈值表示执行变桨控制的下限值，若任意一个叶片2的净空距离小于净空阈值，则发送命令至控制变桨系统，防止叶片2扫塔事故发生。
步骤4：依据各叶片2净空距离，控制变桨系统。
在步骤4中，在叶片2净空距离异常的情况下，为了实现叶片2转速的有效控制，需进行变桨调节，在本实施例中，所述变桨系统的控制是以多个叶片2的净空距离作为输入，在风电机组的实际运行过程中，各个叶片2的净空距离都会作为变桨系统执行变桨的依据。
如图5所示，图5位本发明实施例提供的监测装置的结构示意图，本发明还提供一种应用于叶片监测系统的监测装置，所述监测装置包括监测装置本体4、探头5和第二电源模块6，所述探头5的两侧固定连接有第一防雷装置7，所述第二电源模块6的两侧固定连接有第二防雷装置8，所述第一防雷装置7和第二防雷装置8的内侧均设有若干个限位块9，所述监测装置本体4内上设有与若干个限位块9卡接的限位槽10，所述探头5的底部设有电源接口11，所述第二电源模块6上设有与电源接口11匹配的电源接头12，所述第一防雷装置7和第二防雷装置8上均与监测装置本体4螺纹连接。
在上述结构中，所述第一防雷装置7和第二防雷装置8采用现有的防雷器，其嵌设在监测装置本体4两侧的外表面上，所述电源接头12与所述导线13电连接，所述监测装置本体4与探头5和第二电源模块6之间采用可拆卸连接的方式，所述监测装置本体4固定安装在叶片2的内部，在日常的运维工作中，不对叶片2进行拆卸即可对探头5部分和第二电源模块6部分进行安装和拆卸工作。
其安装方式为，预先将监测装置本体预埋在叶片2内部，通过第一防雷装置7将探头5插入监测装置本体4的内部，使限位块9和限位槽10卡接，随后通过第二防雷装置8将所述第二电源模块6以相同的方式插入监测装置本体内部，使探头5的电源接口11和电源接头12连接，所述电源接口11和电源接头12采用磁吸电连接的方式通电，最后实用螺栓对第一防雷装置7和第二防雷装置8进一步进行固定即可。
优选的，所述探头5包括封闭式多匝线圈和屏蔽线圈，所述电源接头12还连接有导线13，所述若干个限位槽10的两侧上均设有多个防震组件，所述防震组件为减震弹簧14。
在上述结构中，由于风电机组在运行过程中，叶片2在转动时会产生较大的震动，通过所述减震弹簧14，对震动起到缓冲的作用，进而避免监测装置受到损坏，提升监测装置的使用寿命。
需要说明的是，由于叶片2的最小净空距离需分析风速变化对叶片2变形的影响，不同风速下不同叶片2的最小净空距离不同，因此所述封闭式多匝线圈的匝数与探测范围应根据风电机组的具体净空阈值选定，所述监测装置的探测距离范围需根据叶片2在变形极限时叶尖距塔筒33的距离范围而定，避免叶片2在变形极限甚至开裂时监测装置无法进行监测工作。
本发明还提供一种叶片，所述叶片2包括监测装置，所述叶片2还应用与本实施例所提供的风电机组的叶片监测方法和/或叶片监测系统。
本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：处理器以及与所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器能够执行所述的叶片监测方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有实现叶片监测方法的程序，所述实现安全检测方法的程序被处理器执行以实现所述的叶片监测方法的步骤。
需要说明的是，本发明中封闭式多匝线圈、风力发电机本体、变桨控制系统等均为现有技术中的成熟常规技术，本领域技术人员根据现有技术中相同功能的原理均可实现本发明的应用，该部分不是本发明的创新点所在。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于风电机组的叶片监测系统，其特征在于，所述系统包括多个监测装置，所述系统包括设在机舱内的主控制器和第一电源模块，所述主控制器与多个监测装置之间通信连接；所述第一电源模块分别与多个监测装置、主控制器电连接；所述监测装置包括封闭式多匝线圈组件和导线，所述监测装置安装在叶片底部靠近塔筒的一侧，所述封闭式多匝线圈组件通过所述导线与所述主控制器通信连接，所述封闭式多匝线圈组件采用圆形多匝线圈和/或矩形多匝线圈。
2.根据权利要求1所述的叶片监测系统，其特征在于，所述导线外设有屏蔽层，所述导线的一端接地，所述监测装置的数量与风力发电机本体叶片的数量一致。
3.根据权利要求1所述的叶片监测系统，其特征在于，所述监测装置嵌设于所述叶片表面，且监测面与叶片的表面齐平。
4.根据权利要求1至3任一项所述的叶片监测系统，其特征在于，所述监测装置外还套设有防雷装置。
5.一种用于风电机组的叶片监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在风电机组各个叶片的叶尖处安装与机舱电连接的监测装置；
步骤2：在风电机组运行过程中，监测装置对塔筒进行距离探测，将探测信号传输至机舱，得到各叶片的净空距离；
步骤3：基于各叶片净空距离与阈值净空距离对比，判断叶片净空距离是否安全；
步骤4：依据各叶片净空距离，控制变桨系统。
6.一种监测装置，其特征在于，应用与权利要求1至4任一项所述的叶片监测系统，所述监测装置包括监测装置本体、探头和第二电源模块，所述探头的两侧固定连接有第一防雷装置，所述第二电源模块的两侧固定连接有第二防雷装置，所述第一防雷装置和第二防雷装置的内侧均设有若干个限位块，所述监测装置本体内上设有与若干个限位块卡接的限位槽，所述探头的底部设有电源接口，所述第二电源模块上设有与电源接口匹配的电源接头，所述第一防雷装置和第二防雷装置上均与监测装置本体螺纹连接。
7.根据权利要求6所述的监测装置，其特征在于，所述探头包括封闭式多匝线圈和屏蔽线圈，所述电源接头连接有导线，所述若干个限位槽的两侧上均设有多个防震组件，所述防震组件为减震弹簧。
8.一种叶片，其特征在于，包括权利要求6至7任一项所述的监测装置。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器以及与所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器能够执行权利要求5中所述的叶片监测方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有实现叶片监测方法的程序，所述实现安全检测方法的程序被处理器执行以实现权利要求5中所述的叶片监测方法的步骤。
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