[发明专利]一种以风力发电机组叶片运行轨迹计算净空距离方法

说明书

本发明公开了一种以风力发电机组叶片运行轨迹计算净空距离方法，通过已有的风力发电机组叶片轨迹监测系统给出的叶片GPS定位信息，计算出当前叶尖的实时三维坐标。建立塔筒结构模型，并完成以塔筒底部圆心为原点坐标系建立。将叶尖实时三维坐标通过球坐标换算算法换成成以塔筒底部圆心为原点坐标系中的三维坐标。建立叶尖位置到塔筒最近距离直线的动态方程。集合净空距离和机组状态数据，完成数据建模。当前叶片净空距离和下一个时间的叶片净空距离通过通讯实时进入风力发电机组主控系统，参与主控控制，一旦叶片净空距离处于报警模式，主控通过降低转速、变桨等相关策略避免叶片扫塔。提供叶片塔筒的甚至整机的安全性。

技术领域

本发明涉及风力发电测控技术领域，尤其是一种以风力发电机组叶片运行轨迹计算净空距离方法。

背景技术

随着风力发电的大力发展，大家在追求快速批量发展过程中，风力发电机组的安全保障变得越来越重要。同时，随着2010年前大力发展的风电场，目前随着时间、机组性能、寿命都在缩减。风电机组扫塔、倒塔、叶片断裂等事故也是频繁出现。另外，目前三北平原地区风力发电机组装机容量已趋于饱和状态，现在风力发电机组安装正逐步向海上和山地区域发展，从而推动了高塔筒、长叶片技术发展。通过以GPS监测的叶片轨迹，计算出任何时刻叶片和塔筒的净空距离。并集合风力发电机组的状态数据，完成数据关联分析和数学建模，在风力发电机组运行过程中，可提前预知风力发电机组的叶片净空距离。将叶片净空距离反馈至风力发电机组控制系统，通过闭环控制，一旦叶片净空距离小于安全值，通过控制并干预当前状态，避免叶片扫塔，保证叶片和塔筒的安全，从而避免事故发生。

目前，风电行业叶片净空距离均采用监测系统直接测量获得，主要分为以下三种：

1、机舱安装激光雷达或则毫米波雷达方案：通过在机舱底部安装激光激光或则毫米波发生和接受装置，通过特定光束，一般为3束光。通过光反射原理，一旦反射距离发生改变，认为当前叶片到塔筒距离为当前光束到塔筒距离。该方案缺点：只有三个点位测量，数据误差大，无法实时感知当前叶片净空距离。同时，方案受气象天气影响较大，在多雾天气，数据基本不可用。

2、机舱安装摄像头方案：通过在机舱安装摄像头，拍摄叶片运行视频，通过机器学习的方法来推算当前叶片到塔筒的净空距离。该方案缺点：需要大量经验图片，容易漏选。摄像机摄像范围有限，只能拍摄固定区域的叶片情况。同时整套方案受外界天气影响较大，无法有效识别当前图像。另外，由于机器学习算法本身的缺陷，存在一定的误差和误报，无法精确预知当前叶片和塔筒净空距离。

3、塔筒相应高度安装雷达测距装置：通过在塔筒上安装导轨，导轨上测距装置根据机组当前偏航状态进行跟踪，并实时测量叶片净空距离。该方法安装复杂，同时安装过程可能会损坏塔筒，可能会带来新的安全隐患。同时该方案成本价格昂贵。

发明内容

本发明目的在于：针对上述问题，提出了一种以风力发电机叶片运行轨迹计算叶片净空方法，克服了现有技术无法精准获取叶片净空距离，也无法动态高效的的对机组安全性能进行防护的问题。

本发明是通过下述方案来实现的：

一种以风力发电机组叶片运行轨迹计算净空距离方法，包括以下步骤：

通过叶片轨迹计算出当前叶尖三维坐标；

建立以地球圆心为原点坐标系；

叶尖三维坐标换算，同时建立塔筒结构模型；最终获取以塔筒圆心为原点的坐标系统的叶尖三维坐标；

计算出过轮毂到塔筒顶部圆最短点投影到塔筒底内点并并行过轮毂到塔筒顶部圆最短点动态直线方程；

计算叶片净空距离；

通过机器学习方法构建叶片净空距离的预测模型；

据机组自身及环境状态、叶片净空距离，实时判断叶片塔筒安全。