[发明专利]一种叶片根部力矩测量方法

说明书

本发明涉及一种叶片根部力矩测量方法，包括：采集风力发电机转速和风电场风速，计算风轮转速和叶尖速比；采集风力发电机电磁转矩，计算风轮的阻力矩；根据风轮转速、风轮的阻力矩，利用状态观测器计算风轮的旋转力矩；根据风轮的旋转力矩计算风轮旋转力矩系数，根据预存储的风轮旋转力矩系数、叶尖速比和风轮轴向推力系数的关系，得到风轮轴向推力系数，根据风轮轴向推力系数计算风对风轮的轴向推力矩；用风轮的旋转力矩和风对风轮的轴向推力矩合成叶片根部力矩。本发明通过计算风轮的旋转力矩和风对风轮的轴向推力矩，最终得到叶片根部力矩，整个测量过程简单可靠，有效解决了现有技术的力矩检测系统较脆弱的问题。

技术领域

本发明涉及一种叶片根部力矩测量方法，属于风力发电状态监测技术领域。

背景技术

叶片是风力发电机组的核心部件，叶片的健康状况直接影响机组的效率，叶片的成本约占风机总成本的15％-20％左右。如果能够持续地监测叶片的运行状况，及早探测出微小损伤以及表面覆冰等不良情况，实现提前计划性维护，防微杜渐，不但能够延长叶片的寿命、降低维修费用，而且能提高机组的可利用率和发电效率，具有很大的经济效益。因此实时监测风机叶片的运行状况，对风电机组的健康运行具有重要意义。

叶片根部受力特征为：风力发电机风轮叶片安装于轮毂上，为了保证风轮旋转稳定，叶片在风轮平面上对称分布，受力大小基本一致，这样才能保证风轮平面受力平衡，从而避免风轮旋转时抖动。研究叶片根部力矩在不同风况下的变化规律，得到叶片根部力矩的时域和频率信号特征，进而可以确定传感器选型的技术参数和测量方法；结合风电机组运行的控制策略，分析叶片根部力矩在不同工况下的阈值范围，从而得到其故障数据特征的变化规律，进而达到叶片状态的在线监测功能。另外，由于叶片结冰后会引起叶片升力系数和阻力系数变化，同样风速下，叶片根部力矩会出现变化，因此通过检测叶片根部力矩变化可以发现叶片结冰现象。

现有技术中，检测叶片根部力矩最常用的方法是在叶片根部安装应力传感器，但是这种传感器安装困难，即使安装成功，传感器本身也容易损坏，造成整个力矩检测系统比较脆弱。

发明内容

本发明的目的是提供一种叶片根部力矩测量方法，用于解决现有技术的力矩检测系统较脆弱的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种叶片根部力矩测量方法，包括以下步骤：

采集风力发电机转速(v_e)和风电场风速(v)，从而计算风轮转速(v_g)和叶尖速比(λ)；

采集风力发电机电磁转矩(T_e)，从而计算风轮的阻力矩(T_r)；

根据风轮转速(v_g)、风轮的阻力矩(T_r)，利用状态观测器计算风轮的旋转力矩(T_rot)；

根据所述风轮的旋转力矩(T_rot)计算风轮旋转力矩系数(C_M)，根据预存储的风轮旋转力矩系数、叶尖速比和风轮轴向推力系数的关系，得到风轮轴向推力系数(C_T)，根据所述风轮轴向推力系数(C_T)计算风对风轮的轴向推力矩(T)；

用所述风轮的旋转力矩(T_rot)和所述风对风轮的轴向推力矩(T)合成叶片根部力矩(T_root)。

本发明的有益效果是：通过计算风轮转速、叶尖速比和风轮的阻力矩，并利用状态观测器计算得到风轮的旋转力矩，进而得到风轮旋转力矩系数；根据预存储的风轮旋转力矩系数、叶尖速比和风轮轴向推力系数的关系，得到风轮轴向推力系数，进而得到风对风轮的轴向推力矩；将风轮的旋转力矩和风对风轮的轴向推力矩进行合成即可得到叶片根部力矩，整个检测过程简单可靠，有效解决了现有技术的力矩检测系统较脆弱的问题。