[发明专利]一种基于激光与视频测量的叶轮气动不平衡的优化系统及方法

说明书

本发明属于风力发电机叶轮气动不平衡技术领域，公开了一种基于激光与视频测量的叶轮气动不平衡的优化方法，包括以下步骤：通过激光测量与视频测量分别得到叶片的两种形变量，当某一置信度较低时，选择置信度高的数据作为叶片形变的真实值；当置信度均较高时，对两种测量结果进行融合，得到叶片形变的真实值；将相邻叶片的形变真实值进行计算，获得相邻叶片的形变差异；当三只叶片的形变量出现周期性差异时，则出现叶轮气动不平衡；在测量出叶片气动不平衡状态之后，使用净空‑风速重构算法，得到叶片形变变化量；叶片形变变化量结合风力发电机组运行状态，获得叶片桨距角的调优角度，解决了激光测距技术和图像测量技术均存在局限性的问题。

技术领域

本发明属于风力发电机叶轮气动不平衡技术领域，特别涉及一种基于激光与视频测量的叶轮气动不平衡的优化系统及方法。

背景技术

叶片本身质量分布不均、叶片结冰或叶片初始安装角偏差等桨距角的误操作问题均会导致叶轮气动不平衡，进而对整个风力发电机组造成不良影响。

由于受当前风机制造及安装工艺水平影响，导致其周期疲劳载荷问题无法被根本解决，即使是新安装的风机，有些叶片角度相对偏差也在1°以上，而质量偏差可以达到数千公斤，超出极限值数倍。相对叶片角度偏差是2只叶片之间叶片角度的最大差值，通常限值为0.6°。绝对叶片角度是叶片设计者、制造商的设定值与实际安装角度的偏差，通常极限值为0.3°。质量不平衡、叶片角度的限值通常在IEC61400/GL2010或型式认证中给出。

目前在役机组有75％的数量存在不同程度的不平衡现象，所以在风力发电机运行过程中及时发现并解决叶轮的不平衡故障非常重要，既可以延长风力发电机组寿命，更会提高风机发电量及安全性。

关于叶轮不平衡国外相关风场测试经验，桨距角(叶轮气动不平衡可由调整桨距角实现)和发电量损失关系如图6所示，说明叶轮气动不平衡对机组发电量提升和载荷保护的价值与意义。

目前，主要通过视频测量或者激光测距对叶片形变进行测量，通过叶片形变来判断是否存在叶轮气动不平衡，当天气状态不佳时，激光测距可能出现距离测量不准的情况；当出现光照情况不佳时，图像测量技术也有其局限性，因此，激光测距技术和图像测量技术均存在局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光与视频测量的叶轮气动不平衡的优化系统及方法，解决了激光测距技术和图像测量技术均存在局限性的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于激光与视频测量的叶轮气动不平衡的优化方法，包括以下步骤：

S1、通过激光测量与视频测量分别得到叶片的两种形变量，当激光测量与视频测量的结果中某一置信度较低时，选择置信度高对应的测量数据作为叶片形变的真实值；

或者当激光测量与视频测量的结果置信度均较高时，对两种测量结果进行融合，得到叶片形变的真实值；

S2、通过不间断测量叶片形变量，将相邻叶片的形变真实值进行差值计算，获得相邻叶片的形变差异；

S3、当三只叶片的形变量出现周期性差异时，则认为出现叶轮气动不平衡；

S4、在测量出叶片气动不平衡状态之后，使用净空-风速重构算法，得到叶片形变变化量；

S5、叶片形变变化量结合风力发电机组运行状态，获得叶片桨距角的调优角度，实现对于叶片气动不平衡的优化。

进一步，S1中，通过激光测量与视频测量得到两种叶片形变量的过程具体为：

1.1、将摄像机垂直于转子轴线安装，在垂直于摄像机90°的位置安装一台测距设备，测距设备的轴线分别对准叶尖网及轮毂中央，以轮毂中央为参照系获得形变量；