[发明专利]一种基于毫米波雷达的风机净空预警方法

说明书

本发明提供了一种基于毫米波雷达的风机净空预警方法，首先基于风机参数和毫米波雷达参数进行模拟仿真，确定毫米波雷达在风机机舱尾部吊装口的安装角度，接着根据毫米波雷达测量的雷达数据计算净空值，同时由PLC控制步进电机调整毫米波雷达的安装角度，最后PLC将净空值结果上传至主控单元；若净空值结果小于预警阈值时，则同时向主控上送告警信息与变桨请求信号。本发明提供的一种基于毫米波雷达的风机净空预警方法，通过仿真准确获得毫米波雷达安装角度、精确计算净空值、安装角度动态调整，实现与风机主控交互，保障风机安全稳定运行。

技术领域

本发明涉及一种基于毫米波雷达的风机净空预警方法，属于智能风电运维领域。

背景技术

风力发电机组塔架为柔性钢塔，叶片采用轻量化的设计和生产，风机停机时叶尖与塔筒间的垂直距离为理论净空值，当正常运行时叶片叶尖为以轮毂中心为圆心的圆周运动，受风能影响，该净空值为实时动态变化的，而当小于安全净空距离时会导致叶片扫塔的风险，导致更换叶片抑或倒塔事件发生，造成发电成本增加和发电量损失。因此实时监测风力发电机组运行过程中叶尖与塔筒之间垂直距离，将该距离做欸净空值实时上传主控，可提升风机运行的自动化和智能化水平，保证风机安全稳定运行。

目前实现风机净空预警主要有线扫激光雷达预警(分单束和三束)、视频图像净空预警、毫米波雷达预警三种方案，但毫米波雷达方案尚处于预研阶段。单束激光雷达以监测到叶片时进行预警的方案无法进行实时监视和净空变化趋势的分析；三束激光雷达打出三束线束分别叶片叶尖、远离塔筒的地面，近地面，根据相似三角形和塔筒高度近似计算实时净空值；而视频图像预警借助捕获的多帧数据图像，通过深度学习、图像识别等智能算法识别叶片叶尖坐标，依据小孔成像相机原理计算风机净空值，所述的净空值与风机主控系统进行交互实现及时预警以及对风机进行控制，保障风机正常运行。

现有的激光雷达预警受限于雨雪雾天等外部天气环境，天气恶劣工况下的可靠性一般较差，视频图像净空预警受限于夜间等光照不充足的工况下无法识别的问题，其次，图像识别算法的普适性有待进一步考察。

毫米波雷达基于快速斜坡的调频连续波(FMCW)，具备波束穿透雾、尘埃的能力强，具有全天候全天时工作的特点，可有效识别很小的目标和多目标跟踪的能力，但对毫米波雷达安装角度、距离转换方法以及验证方法目前处于预研阶段，尚存难点。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于毫米波雷达的风机净空预警方法，通过仿真准确获得毫米波雷达安装角度、精确计算净空值、安装角度动态调整，实现与风机主控交互，保障风机安全稳定运行。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种基于毫米波雷达的风机净空预警方法，包括以下步骤：

S1、基于风机参数和毫米波雷达参数进行模拟仿真，确定毫米波雷达在风机机舱尾部吊装口的安装角度；按确定好的安装角度将毫米波雷达、陀螺仪和步进电机通过万向调节支架吊装于风机机舱尾部；

S2、根据毫米波雷达测量的雷达数据计算净空值；

S3、PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)将净空值结果上传至风机主控单元，若净空值结果小于预警阈值，则同时向主控上送告警信息与变桨请求信号；变桨过程中，PLC实时接收雷达数据、陀螺仪测量的陀螺仪数据以及风机主控单元的风机数据，重新计算毫米波雷达的安装角度，并通过步进电机调整至吻合。

步骤S1中，雷达安装角度通过以下过程确定：

S101、获取风机参数，所述的风机参数包括轮毂圆周运动圆心与塔筒中轴线间距离、雷达安装位置与塔筒中轴线距离、叶片长度、塔筒高度、机舱底部高度、风机停机时理论安全净空距离、风机正常运行时的最小安全距离、叶片最低点时塔筒直径；获取毫米波雷达参数，所述的毫米波雷达参数包括雷达波束工作范围、水平视野和垂直视野；