一种基于信号的叶片空间定位测量方法及装置与流程

1.本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种基于信号的叶片空间定位测量方法及装置。


背景技术：

2.风力发电机组逐渐向大桨叶，大容量方向发展中出现了3种问题，桨叶扫塔时常发生，桨叶设计市场缺乏桨叶运行数据，风机仿真系统缺乏可靠的数据对比。
3.现有技术中，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叶片运行轨迹。该方案的缺点在于机器学习缺乏可靠的数据喂养，难以学习出可靠的参数，进而导致整个方案的精度低下。激光净空雷达方案：安装多个雷达测距装置，实现对塔筒无死角的监测，通过对雷达的反射信号的计算，从而叶片到塔筒的距离，最后通过拟合的方式来对叶片运行轨迹进行监测，缺点在于：激光雷达安装精度受人工安装影响，地面不平整会影响激光测量精度。桨叶内安装gps方案：通过在桨叶尖端安装gps来监测桨叶运行数据，其缺点在于：民用gps精度只能达到3m，高精度的军用gps普通公司没有权限使用，进而导致整个桨叶监控系统失效。
4.例如，一种在中国专利文献上公开的“一种风电叶片试验空间定位测量方法”，公开了拉线传感器测量实验台上叶片的尺寸，无法实现动态的叶片轨迹监测。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种基于信号的叶片空间定位测量方法及装置，计算精度高、实时性好，可准确的测量出叶片净空及桨叶的运行轨迹、姿态，为叶片优化设计、仿真检验提供数据支撑，降低现场运维管理成本。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种基于信号的叶片空间定位测量方法，包括如下步骤：
8.s1、从发射源获取数据；
9.s2、计算出叶片的轨迹；
10.s3、根据叶片轨迹调节工作方式。通过实时监测桨叶坐标，若桨叶坐标运行到净空距离极限值，则通过机组主控系统发出警报，控制桨叶变桨改变桨叶运行轨迹，从而增加桨叶到塔筒的距离。
11.作为优选的，s1中数据包括发射源的相对坐标。
12.作为优选的，s2包括将发射源的相对坐标转换为世界坐标，计算净空值。
13.作为优选的，调节工作方式包括根据净空值进行变桨或急停。将数据传输至风场控制中心，运用于净空监测、叶片设计、仿真校验。
14.一种基于信号的叶片空间定位测量装置，包括信号发送模块，信号接收模块，信号处理模块。信号接收模块可安装在机舱、塔筒及塔筒基座，接收来自设置一个在塔基底部的发射源的信号，通过接收该信号不断实时测量两者水平之间的距离，计算新的最小净空值。
15.作为优选的，信号处理模块包括坐标修正模块，用于实现坐标变换与修正；核心算法模块，用于实现净空值计算，显示装置，用于净空监测，叶片设计，仿真校验。可通过接收实时发射源信号，存储该坐标信息，绘制出桨叶运行轨迹，并且通过无线网络将采集的数据传送到指定端。
16.作为优选的，信号发射装置包括发射源，发射源可任意数量的安装在桨叶内部，是一种可通过信号源将自身空间坐标信息传递给信号接收器的装置。将一个发射源设置在塔基底部，用于修正相对坐标原点。通过迷你机器人在桨叶内安装发射源，既节省了人力又便于后期维护与更换。
17.本发明的实施方式具有如下优点：
18.(1)本发明根据设定的风力发电机组采集策略采集风电机组叶片发射源信号，相比较于机舱安装摄像头方案和塔筒圆周围安装多个雷达测距方案，因为安装便捷，信号点对点实时传输，不需要经过天上卫星，定位信息精度高；(2)因为通过在塔筒安装多个信号发射源和接收器，用多重信号和算法修正桨叶净空，避免因为塔筒晃动造成净空判断不准确；(3)采集的桨叶运行数据不仅用于净空监测，更可对后续叶片设计优化，仿真数值校验产生重大作用。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
20.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达到的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
21.图1是本发明的装置原理示意图。
22.图2是本发明实施例1的装置布置示意图。
23.图3是本发明实施例2的装置布置示意图。
24.图4是本发明的方法步骤图。
25.图中：
26.1-尖端发射源；2-前缘发射源；3-后缘发射源；4-塔基发射源；5-信号接收器。
具体实施方式
27.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的认识可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.如图1-4所示，在一个较佳的实施例中，本发明公开了一种基于信号的叶片空间定位测量方法及装置，包括：
29.通过微型机器人将3个信号发射源分别放入并固定在3个桨叶内部尖端，将信号接收器a安装在机舱柜内。
30.将机舱柜内信号接收器位置作为空间坐标原点，此时坐标原点是相对坐标，原点随着塔筒的晃动而变化，通过不断读取并且存储3支桨叶尖端发射源传来的空间坐标a(x1,y1,z1)，机舱信号接收器通过计算发射源与接收装置原点的距离，计算获得净空距离，l＝x-r，其中r为叶尖所在位置对应塔筒的半径，计算出最小距离，即可判断净空值。
31.当现在净空值逼近额定净空值，驱动桨叶变桨增加现在额定值，则对风电机组进行变桨控制，改变叶片运行轨迹，增加风电机组叶片到塔筒的距离，当净空值超过额定净空值，则驱动风机急停。。
32.在另一个实施例中，
33.将15个发射源分别放入3片桨叶的桨叶尖端1处，桨叶前缘3处，桨叶后缘1处，并加以固定，将信号接收器a安装在机舱内，将1个信号发射源安装在塔基底部。
34.将机舱柜内信号接收器位置记为坐标原点，塔基信号源用于修正相对坐标原点，根据机舱内信号接收器接收塔基底部的发射源可以计算出两者水平距离，再根据两者水平距离变化不断修正整个系统的原点坐标，将相对坐标转化成世界坐标系，用以记录叶片轨迹和姿态。
35.当建立完系统的机舱原点坐标，通过不断读取并且存储3片桨叶尖端发射源传来的位置坐标(x,y,z)、塔基修正系数(d)，当桨叶不断旋转，将传输的数据组建成np,array数组。
36.当计算轨迹坐标时，通过塔基修正系数将叶尖空间坐标转化至世界坐标系，即可绘制出桨叶实时状况。
37.通过读取桨叶坐标绘制桨叶运行轨迹以及桨叶的姿态，可以监测桨叶运行，辅助数据仿真。
38.当桨叶出现各种故障时即可配合读取桨叶历史数据，为桨叶手里优化做好准备。
39.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。