一种风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及风力发电机组叶尖扭转监测的
，尤其是指一种风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法及系统
。

技术介绍

[0002]风力发电机组的叶片尖端因为其叶片前端空间较小且载荷相对较大，针对叶片前端的载荷测量难度相对较大
。
目前无对应的测量设备，仅可针对风力发电机组叶片根部至叶片根部前三十米处，监测范围相对较为狭窄，无法对全叶片进行综合监测缺乏，对于叶片的综合监测能力需要进一步提升
。
[0003]原有的叶片应力监测系统的设备仅在叶片前端
30m
处可以安装该设备，同时仅对叶片的挥舞摆振载荷进行监测
。
叶片尖端的实际载荷变形与叶片根部所监测对的数据差异较大，同时叶片尖端存在较为复杂的扭转变形，依托于风力发电机组根部所测定的数据无法有效用于叶片尖端的运行数据的监测
。
在实际运行与设计中的叶根数据与实际需求要求差异较大，考虑到风力发电机组的超长叶片的后续开发需求与叶片尖端监测的功能要求，需要对叶片尖端的扭转数据进行采集
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法及系统，将传感器稳定安装在风力发电机组超长叶片的叶片尖端，在中长期稳定对叶片进行测量，获取超长叶片的叶片尖端在运行过程中的扭转数据
。
[0005]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法，包括以下步骤：
[0006]S1、
在风力发电机组的叶片尖端的各测点处安装传感器
、
光纤光栅和光纤陀螺仪，其中所述传感器包括光纤传感器和温度传感器；
[0007]S2、
风力发电机组上电后，使光纤陀螺仪和传感器记录数据；
[0008]S3、
获取各测点的传感器所记录的数据，对数据进行调解和滤波处理；
[0009]S4、
根据处理后的数据，构建叶片变形模型；
[0010]S5、
根据叶片变形模型和步骤
S3
的处理后数据，基于最小二乘边分模型进行求解，基于叶片刚度建立物理方程，获取叶片变形数据；
[0011]S6、
根据在不同分量上的叶片变形数据即可得到叶片在旋转过程中的扭转量，完成对风力发电机组叶片叶尖扭转的监测
。
[0012]进一步，所述步骤
S1
包括以下步骤：
[0013]在风力发电机组未合模之前进行传感器的安装，传感器安装在风力发电机组叶片尖端内，解调仪与处理器安装在风力发电机组机舱轮毂内部，解调仪与处理器分别与传感器有线连接，获取传感器内部运行的数据；同时，采用环氧树脂胶水将光纤光栅粘接在叶片尖端内部的对应测点处，布置位置处于距离叶片尖端
1.5m
至
10.5m
处，并在对应位置布置光
纤陀螺仪用以监测叶片位置
。
[0014]进一步，所述步骤
S2
包括以下步骤：
[0015]风力发电机组上电后，记录光纤陀螺仪对应工作状态，并将该工作状态数据设置为初始状态，并记录光纤传感器内部的光纤光栅传感器的状态量与叶片温度传感器的温度状态量作为初始状态量，光纤光栅传感器进行应力记录，得到叶片应变实测值
。
[0016]进一步，所述步骤
S3
包括以下步骤：
[0017]获取对应测点的光信号数据，并对该光信号数据进行解调后进行滤波处理，再对测点位置的温度数据进行记录，调节温度漂移，对光纤光栅传感器的数据进行处理，降低温度对信号的干扰
。
[0018]进一步，所述步骤
S4
包括以下步骤：
[0019]采用逆有限元法进行参数建模后，根据处理后的各叶片数据，以
24
自由度的四节点面单元建立形状函数矩阵，并基于应变理论计算矩阵，构建叶片变形模型，公式如下：
[0020][0021]其中，
T
为对应的板材变形的数量，
u
i
，
v
i
，
w
i
为叶片对应的位移，
θ
xi
为在
X
坐标轴上的扭转角度，
θ
yi
为在
Y
坐标轴上的扭转角度，
θ
zi
为在
Z
坐标轴上的扭转角度
。
[0022]进一步，所述步骤
S5
包括以下步骤：
[0023]根据对应的叶片变形模型的计算参数与步骤
S3
中所获取的叶片应变实测值，基于最小二乘边分模型进行求解，同时基于叶片刚度建立物理方程，获取叶片变形数据，基于叶片刚度建立的物理方程如下：
[0024][0025][0026]其中，
K1为叶片伸长位移，
K2为叶片弯曲位移，
K3为叶片扭转位移，
U
R
为对应位点位移，
F
R
为应力
。
[0027]进一步，所述步骤
S6
包括以下步骤：
[0028]基于光纤陀螺仪的数据与获取的叶片对应的旋转状态，获取到对应的旋转状态与相对位置数据后，对叶片变形数据进行分析，获取在不同分量上的变形数据即可得到叶片在旋转过程中的扭转量，完成对风力发电机组叶片叶尖扭转的监测
。
[0029]一种风力发电机组叶片叶尖扭转的监测系统，用于实现上述的风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法，其包括：
[0030]数据获取模块，用于获取光纤陀螺仪和传感器数据；
[0031]数据处理模块，用于获取的数据进行调解和滤波处理；
[0032]叶片变形模型构建模块，根据处理后的数据，构建叶片变形模型；
[0033]叶尖扭转计算模块，根据在不同分量上的叶片变形数据计算得到叶片在旋转过程中的扭转量
。
[0034]一种存储有指令的非暂时性计算机可读介质，当所述指令由处理器执行时，执行根据上述的风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法的步骤
。
[0035]一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法
。
[0036]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0037]1、
将现有的叶片叶根叶片应力监测系统的监测性能提升，对叶片尖端进行监测，规避因叶片根部的运行数据与叶片尖端的运行数据存在较大差异造成的对叶片的数据误判
。
[0038]2、
对叶片旋转过程中的叶片的扭转变形进行监测，解决此前无法对叶片进行全尺寸监测的问本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
在风力发电机组的叶片尖端的各测点处安装传感器
、
光纤光栅和光纤陀螺仪，其中所述传感器包括光纤传感器和温度传感器；
S2、
风力发电机组上电后，使光纤陀螺仪和传感器记录数据；
S3、
获取各测点的传感器所记录的数据，对数据进行调解和滤波处理；
S4、
根据处理后的数据，构建叶片变形模型；
S5、
根据叶片变形模型和步骤
S3
的处理后数据，基于最小二乘边分模型进行求解，基于叶片刚度建立物理方程，获取叶片变形数据；
S6、
根据在不同分量上的叶片变形数据即可得到叶片在旋转过程中的扭转量，完成对风力发电机组叶片叶尖扭转的监测
。2.
根据权利要求1所述的一种风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法，其特征在于，所述步骤
S1
包括以下步骤：在风力发电机组未合模之前进行传感器的安装，传感器安装在风力发电机组叶片尖端内，解调仪与处理器安装在风力发电机组机舱轮毂内部，解调仪与处理器分别与传感器有线连接，获取传感器内部运行的数据；同时，采用环氧树脂胶水将光纤光栅粘接在叶片尖端内部的对应测点处，布置位置处于距离叶片尖端
1.5m
至
10.5m
处，并在对应位置布置光纤陀螺仪用以监测叶片位置
。3.
根据权利要求1所述的一种风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法，其特征在于，所述步骤
S2
包括以下步骤：风力发电机组上电后，记录光纤陀螺仪对应工作状态，并将该工作状态数据设置为初始状态，并记录光纤传感器内部的光纤光栅传感器的状态量与叶片温度传感器的温度状态量作为初始状态量，光纤光栅传感器进行应力记录，得到叶片应变实测值
。4.
根据权利要求1所述的一种风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法，其特征在于，所述步骤
S3
包括以下步骤：获取对应测点的光信号数据，并对该光信号数据进行解调后进行滤波处理，再对测点位置的温度数据进行记录，调节温度漂移，对光纤光栅传感器的数据进行滤波处理，降低温度对信号的干扰
。5.
根据权利要求1所述的一种风力发电机组叶片叶尖扭转的监测方法，其特征在于，所述步骤
S4
包括以下步骤：采用逆有限元法进行参数建模后，根据处理后的各叶片数据，以
24
自由度的四节点面单元建立形状函数矩阵，并基于应变理论计...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯驹，刘一航，聂飞，黄达，魏煜锋，张宇峰，蒋祥增，何苏颖，
申请(专利权)人：明阳智慧能源集团股份公司，
类型：发明
国别省市：