CN217029178U - 一种风电机组的叶片净空监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种风电机组的叶片净空监测系统，至少包括毫米波雷达、无线通讯模块、控制模块和中央处理器，所述毫米波雷达和控制模块连接，叶片净空监测系统还包括用于监测叶片转角的转角监测模块，控制模块和转角监测模块均通过无线通讯模块与中央处理器连接；所述毫米波雷达设置有三个，分别安装于三个叶片靠近尖部处，每个毫米波雷达均对应连接有一个控制模块。该叶片净空监测系统通过对叶轮转角位置进行实时监测，从而控制毫米波雷达只监测与塔筒碰撞风险最高位置处的净空数据，监测数据量少、准确度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及风电机组运行状态监测技术领域，尤其涉及一种风电机组的叶片净空监测系统。
背景技术
风力发电机组作为新能源的重要部分，其发展速度迅速，尤其随着低风区的风资源应用、海上风电机组的快速发展以及机组单机容量不断增加，叶轮直径不断增加，叶片也不断加长，叶片净空的监测越来越重要。若叶片净空不足，则可能存在叶片与塔筒碰撞的风险，为了保证风力发电机组的安全运行，则需要实时监控叶片净空。
目前主要有以下几种净空监测技术方案：
一、在机舱上安装摄像头，通过在机舱顶部安装摄像头，拍摄叶片到塔筒的视频，利用机器学习等方法推算出叶片距离塔筒的净空距离。此方法容易受到雨雾雪天气和夜间光线差对可见度的影响，且机器学习等方式存在一定误报性和技术不成熟性，同时视觉识别需要耗费大量计算资源，因此该技术方案的可靠性和成本不理想。
二、在机舱上安装测距雷达，先测出叶片尖部至机舱测距雷达的距离，再计算出测叶片尖部至塔筒的距离，因叶片尖部距离机舱较远，且叶片尖部位置随风力大小、叶轮转动时刻变化，该技术方案对叶片尖部至机舱测距雷达距离的测试精度不稳定，需要处理的数据量大，监测效果不够理想。
三、在塔筒圆周方向安装多个测距雷达，以监测在风机各偏航角度下的叶片净空数据，实现对塔筒360°范围覆盖监测，并通过计算各雷达的反射信号，获得叶片净空距离。该方法若采用较多个测距雷达，则成本较高；若采用较少测距雷达，则可能产生因偏航导致叶轮中心位于相邻两个测距雷达之间，且该两个测距雷达所测净空数据均非最小净空值的问题。该技术方案在成本与测试精度方面较难达到平衡。
发明内容
为了解决现有技术中的上述不足，本实用新型提供了一种风电机组的叶片净空监测系统，该叶片净空监测系统通过对叶轮转角位置进行实时监测，从而控制毫米波雷达只监测与塔筒碰撞风险最高位置处的净空数据，监测数据量少、准确度高。
实现本实用新型上述目的所采用的技术方案为：
一种风电机组的叶片净空监测系统，至少包括毫米波雷达、无线通讯模块、控制模块和中央处理器，所述毫米波雷达和控制模块连接，叶片净空监测系统还包括用于监测叶片转角的转角监测模块，控制模块和转角监测模块均通过无线通讯模块与中央处理器连接；所述毫米波雷达设置有三个，分别安装于三个叶片靠近尖部处，每个毫米波雷达均对应连接有一个控制模块。
所述转角监测模块包括安装在叶根轮毂内的两个加速度传感器，两个加速度传感器均位于以叶轮旋转中心为圆心的圆周上，两个加速度传感器之间的圆弧为90°，两个加速度传感器的监测方向轴线所在平面垂直于叶轮旋转中心轴线，两个加速度传感器的监测方向轴线的交点在叶轮旋转中心轴线上，其中一个加速度传感器的监测方向轴线设置于风电机组一个叶片的叶根法兰轴线和叶轮旋转中心轴线所在平面内。
每个叶片上均安装有太阳能电源模块，根据风电场所在地的主风向，太阳能电源模块安装在叶轮迎向主风向时叶片的南侧面或靠近南侧面处，每个太阳能电源模块与对应一个叶片上的毫米波雷达和控制模块连接，从而提供工作电源。
所述控制模块安装于叶片上并位于靠近毫米波雷达处。
所述毫米波雷达内设置有一个以上的发射天线，各发射天线朝向不同角度，以满足在叶片变桨角度不同或叶片弯曲角度不同的条件下，当叶片转至塔筒位置时，毫米波雷达所产生的雷达波能扫描到塔筒的正面。
与现有技术相比，本实用新型提供的技术方案有以下优点：1、本实用新型提供的叶片净空监测系统通过转角监测模块的设置，可计算出各叶片所在转角位置，从而控制每个叶片上的毫米波雷达只监测与塔筒碰撞风险最高位置处的净空数据，监测数据量少，数据有效性高，可提高对净空数据分析的快速性、准确性。
2、本实用新型中毫米波雷达安装在叶片的尖部位置，毫米波雷达探测对象为塔筒，塔筒直径大，测试数据准确度高。
3、本实用新型中使用太阳能电源模块为毫米波雷达、无线控制模块供电，并使用无线通讯模块实现毫米波雷达与中央处理器间的数据通信，可在无人维护的条件下实现叶片净空监测系统的长期稳定运行。
附图说明
图1为本实用新型中转角监测模块的安装位置正视图；
图2为本实用新型中转角监测模块的安装位置侧视图；
图3为本实用新型中叶轮转角位置表示图；
图4为本实用新型中毫米波雷达和太阳能电源模块的安装示意图；
图中：1-轮毂，2-加速度传感器，3-叶片，4-两个加速度传感器的监测方向轴线所在平面，5-叶轮旋转中心轴线，6-毫米波雷达，7-塔筒，8-太阳能电源模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做详细具体的说明，但是本实用新型的保护范围并不局限于以下实施例。
本实施例提供的风电机组的叶片净空监测系统包括毫米波雷达、转角监测模块、无线通讯模块、控制模块和中央处理器。
其中转角监测模块在专利CN202110126140.3已被公开，具体为：转角监测模块包括安装在叶根轮毂1内的两个加速度传感器2，如图1所示，两个加速度传感器均位于以叶轮旋转中心为圆心的圆周上，两个加速度传感器之间的圆弧为90°，两个加速度传感器的监测方向轴线所在平面4垂直于叶轮旋转中心轴线5，如图2所示。两个加速度传感器的监测方向轴线的交点在叶轮旋转中心轴线上，即两个加速度传感器的旋转中心轴线与叶轮旋转中心轴线重合；其中一个加速度传感器的监测方向轴线设置于风电机组一个叶片的叶根法兰轴线和叶轮旋转中心轴线所在平面内，见图1。当风电机组的叶轮旋转时，安装在轮毂内的两个加速度传感器随叶轮同步旋转，如图3所示。
转角监测模块通过无线通讯模块与中央处理器连接，具体地，两个加速度传感器配置一个无线通讯模块，将两个加速度传感器监测到的加速度数据传输至中央处理器，中央处理器对加速度数据分析后，可计算出叶轮所处的转角位置和每个叶片的位置。
本实施例中毫米波雷达6设置有三个，分别安装于三个叶片3靠近尖部处，如图4所示。具体地，毫米波雷达内设置有多个发射天线，各发射天线呈一定角度，以满足在叶片变桨角度不同或叶片弯曲角度不同的条件下，当叶片转至塔筒7位置时，毫米波雷达所产生的雷达波应能扫描到塔筒的正面。
毫米波雷达6和控制模块(图中未画出)连接，每个毫米波雷达均对应配置连接有一个控制模块，从而对每个叶片上的毫米波雷达进行分别控制，控制模块安装于叶片上并位于靠近毫米波雷达处，方便两者的连接。控制模块通过无线通讯模块与中央处理器连接，从而将毫米波雷达监测的叶片净空数据传输至中央处理器，并可接收中央处理器发送的信号，控制毫米波雷达开始或停止叶片净空监测功能。
本实施例中，每个叶片上均安装有太阳能电源模块8，根据风电场所在地的主风向，太阳能电源模块安装在叶轮迎向主风向时叶片的南侧面或靠近南侧面处，以便吸收光源。每个太阳能电源模块与对应一个叶片上的毫米波雷达和控制模块连接，从而为每个叶片上的毫米波雷达和控制模块提供工作电源。
本实施例提供的风电机组的叶片净空监测系统得工作原理如下：
当叶轮转动时，两个加速度传感器分别将监测到的加速度数据通过无线通讯模块传输至中央处理器，中央处理器对加速度数据分析后，可计算出叶轮所处的转角位置和每个叶片的位置。
每个叶片随叶轮旋转一周的角度为360°，当第一个叶片转至塔筒前5°时，中央处理器向第一个叶片的毫米波雷达的控制模块发出进入净空监测的指令，第一个叶片的毫米波雷达进入测试净空模式，并将测试数据通过控制模块发回中央处理器；当第一个叶片转过塔筒5°后，中央处理器向第一个叶片的毫米波雷达的控制模块发出退出净空监测模式的指令，第一个叶片的毫米波雷达退出净空监测模式。对第二个叶片的毫米波雷达、第三个叶片的毫米波雷达进入、退出净空测试的控制方式相同。
本实施例中以塔筒前后5°为叶片可能与塔筒碰撞风险最高的位置，在实际监测时，可以根据实际情况对该角度进行调整。
当毫米波雷达处于净空监测模式时，可将净空监测数据通过控制模块发回中央处理器，中央处理器若判断该叶片的净空数据小于该风速下的设定阈值，则发出预警提示，并采取相应的安全措施。
Claims (5)
1.一种风电机组的叶片净空监测系统，至少包括毫米波雷达、无线通讯模块、控制模块和中央处理器，其特征在于：所述毫米波雷达和控制模块连接，叶片净空监测系统还包括用于监测叶片转角的转角监测模块，控制模块和转角监测模块均通过无线通讯模块与中央处理器连接；所述毫米波雷达设置有三个，分别安装于三个叶片靠近尖部处，每个毫米波雷达均对应连接有一个控制模块。
2.根据权利要求1所述的风电机组的叶片净空监测系统，其特征在于：所述转角监测模块包括安装在叶根轮毂内的两个加速度传感器，两个加速度传感器均位于以叶轮旋转中心为圆心的圆周上，两个加速度传感器之间的圆弧为90°，两个加速度传感器的监测方向轴线所在平面垂直于叶轮旋转中心轴线，两个加速度传感器的监测方向轴线的交点在叶轮旋转中心轴线上，其中一个加速度传感器的监测方向轴线设置于风电机组一个叶片的叶根法兰轴线和叶轮旋转中心轴线所在平面内。
3.根据权利要求1所述的风电机组的叶片净空监测系统，其特征在于：每个叶片上均安装有太阳能电源模块，根据风电场所在地的主风向，太阳能电源模块安装在叶轮迎向主风向时叶片的南侧面或靠近南侧面处，每个太阳能电源模块与对应一个叶片上的毫米波雷达和控制模块连接，从而提供工作电源。
4.根据权利要求1所述的风电机组的叶片净空监测系统，其特征在于：所述控制模块安装于叶片上并位于靠近毫米波雷达处。
5.根据权利要求1所述的风电机组的叶片净空监测系统，其特征在于：所述毫米波雷达内设置有一个以上的发射天线，各发射天线朝向不同角度，以满足在叶片变桨角度不同或叶片弯曲角度不同的条件下，当叶片转至塔筒位置时，毫米波雷达所产生的雷达波能扫描到塔筒的正面。
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2022
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