基于毫米雷达波测量的叶片净空监测方法及控制方法与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于毫米雷达波测量的叶片净空监测方法及控制方法。


背景技术：

2.随着风力发电机组平价时代的到来，机组的叶片重量越来越低。叶片重量的降低使得叶片的柔性增加，造成运行过程中的叶片形变加剧，从而造成叶片扫塔的问题出现。目前国内多个风场均已经出现了扫塔事故，为风力发电机组的运行带来了安全隐患。
3.扫塔事故的根本原因是机组运行期间的净空保证值不够，净空即叶片与塔筒的最小距离。在叶片刚度足够的情况下，叶片净空值通常较大，因此设计上有足够的余量来应当复杂的变化。目前由于叶片柔性的不断增加，叶片净空设计值通常较低，设计余量不足以应对风力发电机组复杂的运行环境。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种基于毫米雷达波测量的叶片净空监测方法及控制方法，根据对应机型的叶片载荷仿真，得到最优的控制保护参数，通过测量超前的预判，可在最大限度保护机组安全的前提下，降低对机组运行的影响。
5.本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种基于毫米雷达波测量的叶片净空监测方法，包括如下步骤：s1、建立基于毫米雷达波净空监测的装置，将雷达安装在风力发电机组的尾部；s2、使得雷达的监测区域超前塔筒底部15~20度，以塔筒为0度，向叶片旋转方向上反向15~20度，并根据雷达获取的信号获取所测区域内雷达反射波频谱图；s3、基于雷达反射波频谱图找到与塔筒最近的雷达反射点；s4、根据塔筒位置信息测量得到雷达反射点与塔筒的多个实际距离值，多个所述实际距离值中最小值为净空测量值。
6.进一步，净空值测量数据的更新频率为1/n转速频率，使得每次测量的净空值为当前叶片的净空值，每n个净空值轮回一次,其中n为风机叶片数量。
7.本发明还提供一种叶片净空安全控制方法，包括如下步骤：a1、监测所有叶片的净空值，当任意叶片的净空值低于净空安全值进入净空降载模式，进行降低载荷；a2、在净空降载模式中将转速降低速率提升至正常控制模式下的3~5倍，然后计算当前净空状态下的第二参考转速；a3、在叶片净空值更新时，根据更新过后的净空值重新计算转速获得第三参考转速，当第三参考转速大于第二参考转速时保持第二参考转速，当第三参考转速小于第二参考转速时保持第三参考转速，并继续降低载荷；a4、当所有叶片的净空测量值均大于安全值后退出净空降载模式恢复为正常状
态，并使得叶片的转速恢复到正常状态时的第一参考转速。
8.进一步，在步骤a1中，还包括，判断叶片当前所处控制模式，当处于非净空降载模式时，持续对当前净空值进行监测。
9.进一步，在步骤a2中，在计算第二参考转速时，采用线性插值的方式进行仿真，将仿真中的转速低位值和高位值进行线性插值得到当前净空值下的第二参考转速。
10.进一步，步骤s4中，在进入净空降载模式后，当连续测量三次以上所得叶片净空测量值均大于安全值后并延时第一时间值后恢复到正常状态。
11.进一步，所述净空安全值设置为5~7米。
12.由上述技术方案可知，本发明的有益效果：（1）本发明提供了一种基于风力发电机组超前15-20
°
净空测量的控制方法，根据对应机型的叶片载荷仿真，得到最优的控制保护参数，通过测量超前的预判，可在最大限度保护机组安全的前提下，降低对机组运行的影响。
13.（2）本发明提出了一种转速降载的控制方法，而不采用桨距角的异常控制模式，仍然使用了变桨控制的基本模式，通过转速控制及转速-功率曲线对机组的载荷实现闭环控制，使得降载控制模式仍然与机组的闭环控制相同，仅通过更改目标参数对实现对载荷的闭环。
14.（3）本发明提出严格的机组稳定判断逻辑，根据净空测量的特点，在不引入风轮方位角信号的前提下，使用叶片净空值进行直接判据。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
16.图1为本发明提供的净空安全控制流程示意图；图2为净空测量装置安装示意图；图3为叶片反射的雷达波原始频谱图；图4叶片反射的位置分布图；图5为转速降载与净空仿真计算图；图6净空安全控制转速下降比率图。
具体实施方式
17.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
18.请参阅图1~6所示，本发明提供一种基于毫米雷达波测量的叶片净空监测方法，包括如下步骤：s1、建立基于毫米雷达波净空监测的装置，将雷达安装在风力发电机组的尾部；s2、使得雷达的监测区域超前塔筒底部15~20度，以塔筒为0度，向叶片旋转方向上反向15~20度，并根据雷达获取的信号获取所测区域内雷达反射波频谱图；
s3、基于雷达反射波频谱图找到与塔筒最近的雷达反射点；s4、根据塔筒位置信息测量得到雷达反射点与塔筒的多个实际距离值，多个所述实际距离值中最小值为净空测量值。净空值测量数据的更新频率为1/n转速频率，使得每次测量的净空值为当前叶片的净空值，每n个净空值轮回一次,其中n为风机叶片数量。
19.根据对应机型的叶片载荷仿真，得到最优的控制保护参数，通过测量超前的预判，可在最大限度保护机组安全的前提下，降低对机组运行的影响。
20.本发明还提供一种叶片净空安全控制方法，包括如下步骤：a1、判断叶片当前所处控制模式，当处于非净空降载模式时，持续对当前净空值进行监测，当任意叶片的净空值低于净空安全值进入净空降载模式，进行降低载荷；其中，所述净空安全值设置为5~7米。
21.a2、在净空降载模式中将转速降低速率提升至正常控制模式下的3~5倍，然后计算当前净空状态下的第二参考转速；在计算第二参考转速时，采用线性插值的方式进行仿真，将仿真中的转速低位值和高位值进行线性插值得到当前净空值下的第二参考转速。优选地，在净空降载模式下闭锁参考转速上升，使得此状态下参考转速只能下降不能上升。具体的，将转速降低速率提升至正常控制模式下的4倍。其中高速长叶片双馈机型，其正常转速降低率限制为40rpm/s（高速轴），其4倍为160rpm/s。
22.a3、在叶片净空值更新时，根据更新过后的净空值重新计算转速获得第三参考转速，当第三参考转速大于第二参考转速时，此时机组的运行状态开始恢复至正常状态，但不具备稳定性，应当保持第二参考转速运行。
23.当第三参考转速小于第二参考转速时，说明机组的运行状态降载后其运行状态仍在恶化，因此需进一步降低载荷，保持第三参考转速运行。
24.a4、当所有叶片的净空测量值均大于安全值后退出净空降载模式恢复为正常状态，并使得叶片的转速恢复到正常状态时的第一参考转速。在进入净空降载模式后，当连续测量三次以上所得叶片净空测量值均大于安全值后并延时第一时间值后恢复到正常状态。在净空降载模式下由于机组实际转速的下降，使得参考功率下降，机组功率的影响较转速影响小，因此次数机组功率按照转速-功率曲线正常下降，不需特别控制。
25.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。