[发明专利]一种基于77GHz毫米波雷达的风力发电机机组叶片净空值的检测方法

说明书

本发明公开了一种基于77GHz毫米波雷达的风力发电机机组叶片净空值的检测方法，涉及新能源技术领域。该方法将风机机组数字化并建立特殊的坐标系统，采用77GHz毫米波雷达为核心传感器，将特殊波束的雷达安装于风机机舱尾部的底部，雷达FOV方向指向固定空域，当叶片旋转至该空域时，对反射波进行数据采集，经过雷达信号处理相关算法形成反射点，结合转速、桨距角的信息，利用扩展卡尔曼、曲线拟合、数据融合的算法对叶片姿态进行拟合；并结合机组仿真信息计算实时的“净空值”，并评估叶片“扫塔”危险等级，将最终结果通过控制器实时传给主控系统完成风机的控制。

技术领域

本发明涉及一种风力发电机机组叶片净空值的检测方法，特别是涉及以毫米波雷达为核心传感器安装在风机机组特定位置处获得风机叶片运行状态中的位置信息，进而计算叶片净空值的检测方法。

背景技术

近年来随着技术的进步，风电作为清洁能源得到了快速的发展。在风力的作用下，风机机组叶片推动发电设备将风能转化为电能，在机组运行的过程中，随着风力的变化(尤其是阵风)，叶片在运行中形变量也会发生变化，在极端情况下，存在“扫塔”的可能。为此实现叶片姿态的实时监控对风机机组的安全运行有重大意义。风力发电机机组在随着风力推动旋转的过程中，因其叶尖与叶根连接处的距离最大，使其成为形变量最大的部分，也是发生“扫塔”时撞击塔柱的部位，为此当叶尖旋转至与塔柱重合时，在塔柱对应高度安装传感器获得净空值最为直接。但因该位置在塔柱上且距离地面较高，传感器的安装带来很大的麻烦；同时因偏航角的旋转，为了全方位检测净空值需要在塔柱上安装一周传感器，其成本较高。为获得更好的经济效益，风力发电机机组常建在风力资源丰富的区域且全天候、全天时运作。

目前市场上常见的叶片运行状态检测系统多选择激光测距仪或者是摄像头传感器，因激光和可见光的频率高、波长短的特性，在雨、雪、雾、风沙天气或者是夜晚时检测效果较差无法满足实际需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种能够适应全天候、全天时检测需求，且安装便利的系统设备及提供一种能够根据传感器输出结果计算叶片实时净空值的方法。

为了解决上述的技术问题，本发明中将风机机组数字化并建立特殊的坐标系统，将特殊波束的雷达安装于风机机舱尾部的底部，雷达FOV方向指向固定空域，当叶片旋转至该空域时，对反射波进行数据采集，经过雷达信号处理相关算法形成反射点，结合转速、桨距角的信息，利用扩展卡尔曼、曲线拟合、数据融合的算法对叶片姿态进行拟合；并结合机组仿真信息计算实时的“净空值”，并评估叶片“扫塔”危险等级，将最终结果通过控制器实时传给主控系统完成风机的控制。

本发明的操作步骤如下：

1、建立坐标系并将风机机组数字化，根据仰角、锥角、桨距角的信息，将风机模型中的叶片进行旋转γ度以及0度时，记录风机叶片上点的坐标信息及到叶根根部的距离并形成查询表；

将传感器安装于机舱尾部的底部，并记录安装点坐标为

2、记录毫米波雷达传感器的原始输出结果信息：极半径R，俯仰角α和水平角β，可表示为

4、根据2中的安装点坐标及根据雷达安装角度，计算从雷达坐标系向风机机组坐标系进行转换矩阵m，则雷达输出结果目标点在风机机组坐标系中的表示：

p₁＝m*p₀。

5、根据4中的p₁，利用多帧信息、卡尔曼算法进行点跟踪，形成点为p₂，使用3次多项式进行曲线拟合，并计算点到叶根根部的积分距离L；

6、根据5中L值，在1表格中查找相同值的点的坐标信息坐标信息p₃，并结合步骤五中的测试结果点p₂，计算Y坐标的差值ΔY；