[发明专利]用于风力涡轮发电机的风检测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量风向的光学器件，特别涉及用于与风力涡轮发电机一起使用的这样的光学器件。

背景技术

测量转子前方单一位置处的风对于具有长叶片的风力涡轮发电机可能是不够的，因为风速和风向可沿叶片长度改变。

通过了解叶片扫过区域中不同地方处的风状况，可针对产出功率来改进对叶片桨距角的确定。

因此，存在使得能够测量风力涡轮发电机转子扫过区域中不同位置处的风向和/或风速的需求。

发明内容

在风向测量领域中实现改进将会是有利的。总体上，本发明优选地旨在缓解或消除上文提到的风检测的缺点。具体地，可视为本发明目的的是提供一种使得能够检测现有技术中的转子扫过区域中不同位置处的风速和/或风向、或其他问题的方法。

为更好地解决这些问题中的一个或多个，在本发明的第一方面中，提供一种用于风力涡轮发电机的光学风检测器，用于确定相对于风力涡轮发电机转子叶片上的位置的相对风向，所述光学风检测器包括：

-光束发生器，其包括输出部分，所述输出部分能从叶片上的位置沿第一和第二不同方向输出光，

-光学接收器，其能测量第一光学量和第二光学量，所述第一光学量根据测量到的源自第一方向的光学散射光来确定，所述第二光学量根据测量到的源自第二方向的光学散射光来确定。

输出部分适用于安装在叶片位置处，以使得所述输出部分在转子前方沿与入射风相反方向发出光，或在转子后方沿入射风方向发出光。接收器可定位在与输出部分相同的叶片上，或定位在风力涡轮发电机的其他位置。

应理解的是，输出部分可沿不同于第一和第二方向的其他方向输出光，例如可沿5个、10个、20个或更多方向输出光束。在实际中，使用弥散元件(诸如棱镜)可产生无限范围的光束，因为入射白光被弥散为沿不同方向连续扩散的入射白光，其中沿不同方向的光具有不同波长。类似地，接收器能够来确定来自不止相应的第一和第二方向的测量的散射光的不止第一和第二量。

由于第一和第二光学量与第一和第二方向相关联，因此相对风向能通过分析被确定的第一和第二量来确定为第一或第二光方向。如果光学量是来自粒子的光脉冲数量，则相对风向可被确定为第一和第二方向中与最低光脉冲数量相关联的光方向。如果光学量是来自粒子的光脉冲时长，则相对风向可被确定为第一和第二方向中与最长光脉冲时长相关联的光方向。

有利地，定位在转子处的输出部分使得能够检测转子扫过区域内不同位置的相对风向。两个或更多的输出部分可沿叶片长度定位，以使得能够确定在不同径向距离处的风状况。

如由光学风检测器允许的对风向的确定可改善对叶片桨距角的确定，以及从而可改善功率产出，因为桨距可设定为接近取决于相对风向的最优产出角。此外，可避免叶片的失速效应，并且从而可最小化来自叶片的噪声和疲劳负载。

有利的是，光可经由延伸穿过叶片并且进入轮毂中的一个或多个光纤来输送到输出部分，以及由光学接收器接收的光可经由相同的所述一个或多个光纤或其他光纤来发送到轮毂，以便将光学量转换为电学量。然而，这样的光纤可以不是光学风检测器的一部分，而是可以与光学风检测器的光学连接器连接。

在一实施方式中，第一光学量可被确定为测量到的源自第一方向的光学散射光的脉冲时长和/或脉冲数量，以及第二光学量可被确定为测量到的源自第二方向的光学散射光的脉冲时长和/或脉冲数量。

在一实施方式中，输出部分可包括光学棱镜，所述光学棱镜配置成接收具有给定光谱的输入光并且将被接收光输出为沿第一方向具有第一波长的光和沿第二方向具有第二波长的光。光谱可包括第一和第二波长或在连续光谱或非连续光谱中的更多波长。

在一实施方式中，光谱可随时间变化，以使得第一和第二波长在不同时间出现在光谱中。

在一实施方式中，输出部分包括设置成沿第一和第二方向输出光的第一和第二光纤。第一和第二光纤中的光发送可以是多路复用的，以使得沿第一和第二方向的输出光在不同时间产生。

在一实施方式中，光学风检测器包括配置成通过分析第一和第二光学量来确定相对风向的处理器。用于确定相对风向的分析可包括确定在一段时间内第一和第二量中的哪个包括最长脉冲时长和/或最低脉冲数量。此外或替代地，所述分析可包括内插或外推针对第一和第二不同方向的第一和第二光学量的值，以便确定相对风向中不与第一和第二方向中任一重合的方向。此外或替代地，光学风检测器还可配置成根据相对风向和风力涡轮机转子转速来确定风速。