[发明专利]一种基于FBG的风机叶片载荷测量方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于FBG的风机叶片载荷测量方法及应用，其通过在风电机组的每个叶片上设置对应的光纤光栅传感器组，通过标定记录叶片在不同的叶片浆距角所对应的传感器组中每个光纤光栅传感器的输出波长变化值及所对应的载荷值，利用叶片等效刚性系数矩阵、传感器组输出波长变化值和叶片浆距角所对应的载荷值三者之间的映射关系，得到标定后的叶片等效刚性系数矩阵具体值，实时测量传感器组输出波长变化值，利用标定后的叶片等效刚性系数矩阵具体值、叶片的初始载荷值和传感器组输出波长变化值得到叶片的实时载荷值。

技术领域

本发明属于风机载荷测量技术领域，更具体地，涉及一种基于FBG的风机叶片载荷测量方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，传统能源行业逐步向智慧能源发展，风力发电作为清洁能源的代表，整风力发电系统使用智能控制技术迫在眉睫。风机叶片是风力发电机捕获风能的核心部件，其受力复杂多变，过载和疲劳会造成风力发电机的叶片不能正常工作，甚至会导致叶片的损毁。

独立变桨技术(IPC)能够降低风机叶片的载荷受力，降低风机运行载荷。IPC全称独立变桨技术(Independent Pitch Control)。所谓独立变桨技术是新兴变桨技术，是指风机三个叶片根据实际风力情况和载荷，分别进行独立的变桨，每个叶片的实际变桨角度不同，以达到降低载荷和提高能效的作用。独立变桨技术(IPC)由核心控制逻辑、外围故障保护逻辑和外部传感器信号解析(叶片载荷信号解析和叶轮方位角解析)组成。

目前风电场的风力发电机在叶片载荷监控测量领域主要的测量方法是以电子应变片为主。电子应变片传感器测量叶根载荷是一种比较成熟的技术，应变片安装在叶片内部的根部。但是电子应变片的量测和精度受限制，测量所需要的传感器较多，布线复杂，极易受到电磁干扰，且极易失效和需要重新标定而经常更换拆卸，因此只是在实验室应用较多，并不合适在工程现场长期使用。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于FBG的风机叶片载荷测量方法及应用，旨在解决如何测量风机发电机的叶片根部的实时载荷数据的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于FBG的风机叶片载荷测量方法，该方法包括：

在风电机组的每个叶片上设置对应的光纤光栅传感器组，获取每个叶片的运行参数，所述运行参数包括风速、叶轮转速、叶轮倾角、叶片锥角、叶片质量和重心位置；

无风时将叶片旋转至初始位置，测量获取叶片初始锥角、叶轮初始倾角和叶轮初始方位角，以及光纤光栅传感器组中每个传感器的初始输出波长，将叶片初始浆距角设置为零，利用叶片质量、重力加速度、重心位置、叶片初始锥角、叶轮初始倾角、叶片初始浆距角和叶轮初始方位角计算得到叶片的初始载荷值；无风时执行叶片的变桨过程，记录叶片在不同的叶片浆距角所对应的传感器组的输出波长变化值及所对应的载荷值，所述输出波长变化值为每个传感器的输出波长与初始波长之间的差值，利用叶片质量、重力加速度、重心位置和叶片浆距角计算得到不同的叶片浆距角所对应的载荷值；

依据记录叶片在不同的叶片浆距角所对应的传感器组中每个光纤光栅传感器的输出波长变化值及所对应的载荷值，利用叶片等效刚性系数矩阵、传感器组输出波长变化值和叶片浆距角所对应的载荷值三者之间的映射关系，得到标定后的叶片等效刚性系数矩阵具体值；

实时测量传感器组输出波长变化值，利用标定后的叶片等效刚性系数矩阵具体值、叶片的初始载荷值和传感器组输出波长变化值得到叶片的实时载荷值。

作为本发明的进一步改进，在风电机组的每个叶片上设置对应的光纤光栅传感器组具体为：

光纤光栅传感器的安装位置为叶片叶根部分，每个叶片安装四个传感器，第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器分别依次间隔90度。