CN217270623U - 一种风电机组叶片净空监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风电机组叶片净空监测装置，包括毫米波测距仪和控制器，毫米波测距仪安装在风电机组的塔基附近位置，其监测范围为扇形区域，能够监测到在叶片下叶尖往叶根方向一段叶片以避免由非叶片行为引起的净空误报，所述毫米波测距仪有多个，并沿着风电机组的塔筒四周360°分布以实现全区域无盲区监测；控制器与风电机组的PLC控制系统保持实时双向通讯，毫米波测距仪接入控制器，控制器通过毫米波测距仪测得的测距值来决定如何变桨或停机。本实用新型能满足各种恶劣天气及复杂环境的高适应性监测，可靠性和准确性高，标定简捷，同时成本低，便于安装及后期维护，具有重大现实意义。

Description

一种风电机组叶片净空监测装置

技术领域

本实用新型涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种风电机组叶片净空监测装置。

背景技术

随着风力发电技术的发展，风电机组的叶片越来越长，意味着叶片越来越柔软，在旋转过程中变形非常大，有可能打到塔筒带来危险，因此，有必要实时监控风电机组叶片与塔筒之间的距离，即叶片下叶尖到塔筒外壁的净空距离。

目前行业内用于监测叶片与塔筒净空的较为常用做法是在机舱位置安装激光测距仪，跟随机舱实时偏航对叶片净空进行动态监测。但是激光波长短，可穿透性能差，导致抗雨雪雾等恶劣天气的干扰能力差，仅能满足正常天气监测。相比激光，毫米波的波长更长，可穿透性能强，对于抗雨雪雾等恶劣天气的干扰能力强，能够满足各种恶劣天气的净空监测。

如果把净空监测传感器布置在塔筒外壁与叶片下叶尖等高的位置，因为毫米波测距仪安装高度为下叶尖高度，距离地面最少20米，安装及后期维护需要专业的吊车及吊篮等设备，十分不便，安装费用和维护费用非常高。

此外，其它的一些净空监测思路研究如下：

如果把净空监测传感器安装在叶尖，首先，不便于安装及后期维护，且成本高昂；其次，因为叶片的线速度非常大，堪比高铁，传感器因为巨大的离心力极易被甩出造成传感器损坏并危及风电机组周围的人员安全；再次，安装于叶尖的传感器会影响叶片气动性。如果把净空监测传感器布置在叶片内部的叶根位置，通过测量叶片的形变去间接测量叶片净空，首先，只能监测到叶片中部位置，无法监测到叶尖；其次，需要准确得到叶片形变与载荷的关系，进一步通过载荷与叶片净空的标定关系去求得叶片净空，这对于现场实际来说非常困难且监测方法间接，误差会很大，很难准确，而对于叶片净空监测要求要较为准确。如果采用照相机或视频监测等方法，哪怕是正常天气，会存在夜间监测效果差，无法准确识别叶片以及白天正午阳光太强也会影响监测效果，如果雨雪雾等恶劣天气，则效果更差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有风电机组叶片净空监测技术的缺点与不足，提出了一种风电机组叶片净空监测装置，能满足各种恶劣天气及复杂环境的高适应性监测，可靠性和准确性高，标定简捷，同时成本低，便于安装及后期维护，具有重大现实意义。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案如下：一种风电机组叶片净空监测装置，包括：

毫米波测距仪，安装在风电机组的塔基附近位置，其监测范围为扇形区域，能够监测到在叶片下叶尖往叶根方向一段叶片以避免由非叶片行为引起的净空误报，所述毫米波测距仪有多个，并沿着风电机组的塔筒四周360°分布以实现全区域无盲区监测；

控制器，与风电机组的PLC控制系统保持实时双向通讯，毫米波测距仪接入控制器，控制器通过毫米波测距仪测得的测距值来决定如何变桨或停机。

进一步，所述毫米波测距仪集成有用于控制毫米波测距仪打开或关闭启停码以及用于反馈毫米波测距仪故障情况的故障码。

进一步，所述毫米波测距仪内部配置有倾角传感器，用于确定毫米波测距仪的仰角，保证毫米波测距仪调整到下叶尖附近净空监测区域。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本实用新型的毫米波测距仪相比激光，波长更长，可穿透性更强，抗雨雪雾等恶劣天气的干扰性更强，复杂环境适应性更好。

2、本实用新型的毫米波测距仪相比激光只能监测一个点、几个点或面，能够监测一定的扇形区域，因此能够监测到叶尖往叶根方向较长一段叶片，测试结果的准确性更高。

3、本实用新型的毫米波测距仪相比拍照和视频监测，不会到了晚上或者光线较暗时效果变差，白天和晚上能够达到同样的效果。

4、本实用新型的将毫米波测距仪安装在塔基位置，相比安装在下叶尖的方法，降低安装和维护难度及成本。

5、本实用新型采用直接监测方式，相比一些间接测量方式(如通过叶片形变推断载荷变化再推断净空变化等)，其采集到的数据无需多种物理量转换和标定，直接判断即可，简单且结果准确，降低采集器的运算负担。

6、本实用新型的毫米波测距仪集成了启停码，风电机组在停机或小功率运行时断开，延长毫米波测距仪的使用寿命，降低成本。

7、本实用新型的毫米波测距仪集成了倾角传感器，安装及后期维护倾角调节及验证简单便捷，且因为集成一体式，倾角调节的准确性更高。

8、本实用新型的毫米波测距仪集成了故障码，能够实时了解毫米波测距仪的运行状态。

附图说明

图1为风电机组叶片净空监测装置的安装示意图。

图2为塔基位置塔筒四周若干个毫米波测距仪监测示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1所示，风电机组的机舱3安装在塔筒5顶部，风电机组的PLC控制系统1安装在塔筒5的塔基控制柜中，三只叶片4组成的风轮，在吸收风能后顺时针旋转。

本实施例提供了一种风电机组叶片净空监测装置，包括毫米波测距仪2和控制器(图中未画出)。

所述毫米波测距仪2安装在风电机组的塔基附近的2-3米高位置，其监测范围为扇形区域，故能够监测到在叶片下叶尖往叶根方向一段叶片，避免由非叶片行为引起的净空误报，从而提高净空报警的准确性，参见图2所示，由于毫米波测距仪2的监测范围为扇形区域，所以沿着风电机组的塔筒四周360°布置若干个毫米波测距仪2，即可实现全区域无盲区监测，即无论机舱偏航到任何位置，都能够实现实时监测，保证风电机组运行安全。

当前行业中使用的测距仪为激光测距仪，激光由于波长短、可穿透性差，抗雨雪雾等恶劣天气的干扰能力较差，而毫米波测距仪因其波长长、可穿透性强，抗雨雪雾等恶劣天气的干扰能力强，改善净空监测在复杂环境下的适应性，提升整体监测的可靠性。并且，每次叶片4进入非安全净空区域都能监测到下叶尖往叶根方向的一大段叶片运行情况，激光测距仪只能监测一个点或少数几个点或面，提升净空监测的准确性。

此外，毫米波测距仪2内部配置有倾角传感器，并集成了启停码和故障码。由于风电机组在停机状态和小功率运行时净空较大，不存在净空不安全的问题，加入启停码来控制毫米波测距仪2的打开和关闭，使得风电机组在停机和小功率运行状态时，能够通过启停码控制毫米波测距仪2自动关机，如此可以极大延长毫米波测距仪2的使用寿命，降低净空监测的成本。所述故障码用于反馈毫米波测距仪2是否正常运行，如此便可以实时了解毫米波测距仪2运行情况，遇到数据异常时能够及时反馈不同毫米波测距仪2的故障情况。所述倾角传感器用于确定毫米波测距仪2的仰角，保证毫米波测距仪2调整到下叶尖附近净空监测区域，相比采用外部的倾角传感器来调节角度，既节省了大量时间和工作量，在调整毫米波测距仪2角度时比外部倾角传感器更精确，更好地提升毫米波测距仪2角度调节的准确性。并且后期维护及验证角度偏差时通过倾角传感器定位即可，也更为简单便捷。

所述控制器可以集成到风电机组的PLC控制系统1中，也可以单独分出来，该控制器主要从风电机组的PLC控制系统1读取风电机组与净空相关的参量，包括风电机组的运行状态、功率、风速、风轮转速、桨距角和风轮方位角等等，并对读取的这些净空相关参量进行逻辑判断，当这些参量满足叶片净空监测接入条件时，控制器会控制毫米波测距仪2的启停码打开，使毫米波测距仪2处于工作状态，整个叶片净空监测装置将自动切入叶片净空监测模式，反之，控制毫米波测距仪2的启停码继续关闭，这样能够让风电机组在停机状态和小功率运行不存在净空不安全问题时，毫米波测距仪2不工作，如此可以极大延长毫米波测距仪2的使用寿命，降低净空监测的整体成本；其中，在叶片净空监测模式下，该控制器实时读取毫米波测距仪2的故障码和净空值L_实测，传输给风电机组的PLC控制系统1，在测距值正常情况下，该控制器通过测距值判断叶片4是运行在安全净空区域还是非安全净空区域，并比较安全净空值L₁、低速变桨净空值L₂、中速变桨净空值L₃、停机净空值L₄之间的大小，进而决定如何变桨或停机，保证风电机组的安全运行，具体如下：

若毫米波测距仪2测得的净空值L_实测＞安全净空值L₁，此时叶片4在安全净空区域运行，不做任何处理，风电机组继续正常运行；

若毫米波测距仪2测得的净空值L_实测≤安全净空值L₁，此时叶片4受大风作用在非安全净空区域运行，进一步比较毫米波测距仪2测得的净空值L_实测与仿真的低速变桨净空值L₂、中速变桨净空值L₃、停机净空值L₄大小，并按照如下方法进行处理：

若低速变桨净空值L₂＜毫米波测距仪2测得的净空值L_实测≤安全净空值L₁，则风电机组通过低速变桨增大桨距角以增大净空值来保证风电机组运行安全；

若中速变桨净空值L₃＜毫米波测距仪2测得的净空值L_实测≤低速变桨净空值L₂，则风电机组通过中速变桨增大桨距角以增大净空值来保证风电机组运行安全；

若停机净空值L₄＜毫米波测距仪2测得的净空值L_实测≤中速变桨净空值L₃，则风电机组通过高速变桨增大桨距角以增大净空值来保证风电机组运行安全；

若毫米波测距仪2测得的净空值L_实测≤停机净空值L₄，通过停机使叶片4停止旋转来保证风电机组运行安全。

当发现测距值数据异常时，控制器通过毫米波测距仪2的故障码判断具体毫米波测距仪2运行情况，从而提升整套叶片净空监测装置的可靠性。

以上所述实施例只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种风电机组叶片净空监测装置，其特征在于，包括：

毫米波测距仪，安装在风电机组的塔基附近位置，其监测范围为扇形区域，能够监测到在叶片下叶尖往叶根方向一段叶片以避免由非叶片行为引起的净空误报，所述毫米波测距仪有多个，并沿着风电机组的塔筒四周360°分布以实现全区域无盲区监测；

控制器，与风电机组的PLC控制系统保持实时双向通讯，毫米波测距仪接入控制器，控制器通过毫米波测距仪测得的测距值来决定如何变桨或停机。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片净空监测装置，其特征在于：所述毫米波测距仪集成有用于控制毫米波测距仪打开或关闭启停码以及用于反馈毫米波测距仪故障情况的故障码。

3.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片净空监测装置，其特征在于：所述毫米波测距仪内部配置有倾角传感器，用于确定毫米波测距仪的仰角，保证毫米波测距仪调整到下叶尖附近净空监测区域。

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