[实用新型]基于物联网的风力发电叶片测距雷达装置

说明书

一种基于物联网的风力发电叶片测距雷达装置，包含：多个探测方向的毫米波雷达模块，IOT通信模块，电池模块，太阳能充电模块，IOT主机模块及橡胶线缆。其中，毫米波雷达模块、IOT通信模块、电池模块统一包裹在橡胶线缆中，太阳能充电模块在橡胶线缆表层，由透明塑料层包裹；IOT主机模块位于塔顶处，与风力发电组进行信息交互，为风力发电机组的控制提供信息。毫米波模块完成区域内的叶片精确测距，测距信息将实时地通过IOT模块，发射到IOT主机处，IOT主机将信息汇总发送给风力发电机组，以便机组进行控制，整个设计通过IOT的低功耗设计，由太阳能电池进行供电，可以长时间高可靠性的工作。同时具有低成本、高性能、准确测距并易于安装的优点。

技术领域

本实用新型涉及新能源电力系统中风力发电设备组件技术领域，特别是风力发电叶片测距雷达装置，具体是一种新的基于IOT技术的风力发电叶片测距雷达系统，可用于电力系统的风力发电机组中。

背景技术

近年来，随着新能源电力发电系统的快速发展，风力发电得到了深入而广泛的研究和建设，陆基、海基的风力发电机组得到了国家新基建的大面积建设。在新能源建设的大环境下，风力发电设备的单台功率逐步增强，发电系统的叶片尺寸逐步增长，同时由于成本和重量的限制，叶片采用了新材料来制造，随着风速的加强，叶片的受力巨大，叶片很容易在旋转过程中发生弯曲，容易撞击风机塔筒，形成对机组的损坏，造成重大损失，因此全天候，全气候的测试叶片和塔筒的距离是现代风力发电系统所必须的测试向量。利用测试的距离信息，发电机组可以实时的对系统进行控制，甚至安全停机，从而保证风力发电系统的安全运行。在这种背景之下，具有较大优势的毫米波雷达测距系统成为了研究热点。

一般的毫米波雷达测距系统应用于风叶测距系统时，利用毫米波雷达发射调频连续波(FMCW)来获取目标的位置信息，毫米波雷达通常安装在塔顶位置，毫米波雷达向位于80米-100米的风叶发射FMCW信号，完成叶片的直线测距和测角。当测试到叶片的直线距离和角度后，通过坐标变换，就可以间接估计出来叶片和塔筒的距离。这种方案目前面临着几个重大难点问题，一是在80米-100米处的距离测试精度，因为毫米波是斜入射打到叶片上的，在远距离时入射角度(这里定义为波矢和叶片水平面的角度)非常小，此时雷达的反射界面(RCS)非常小，导致回波功率水平较低，这会导致雷达系统的测试精度降低；另外一个问题是，80米-100米处的测角的精度难以保证，由于目前雷达系统的发射和接收天线孔径有限，角度分辨率一般在5度左右，在这种测试精度下的角度误差会比较大，难以满足系统精度要求。最后一个问题是，整个风叶毫米波雷达需要放置在塔顶位置，由于安装位置的限制，风叶和塔柱重合时，塔柱将遮挡毫米波，无法测量风叶和塔柱间的距离，因此一般毫米波雷达测试的风叶和塔柱之间的距离不是直接距离，这将导致测试误差，并造成一定程度的系统误差，因此需要人们提出新的能够准确测量风叶和塔柱距离的毫米波雷达系统。

实用新型内容

本实用新型公开了一种基于物联网的风力发电叶片测距雷达装置，提供了一种新的风叶测距系统设计方案，具有可靠性高、易于实现、低成本、低功耗、高性能，便于批量生产的特点。

一种基于物联网的风力发电叶片测距雷达装置，包含多个探测方向的毫米波雷达模块，IOT通信模块，电池模块，太阳能充电模块，IOT主机模块，以及橡胶线缆。其中，毫米波雷达模块，IOT通信模块，电池模块统一包裹在橡胶线缆中，太阳能充电模块在橡胶线缆表层，由透明塑料层包裹；IOT 主机模块位于塔顶处，与风力发电组进行信息交互，为风力发电机组的控制提供信息。毫米波模块通过发射和接收毫米波调频连续波完成区域内的叶片精确测距，测距信息将实时的通过IOT模块，发射到IOT主机处，IOT主机将信息汇总发送给风力发电机组，以便机组进行控制，整个设计通过IOT的低功耗设计，由太阳能电池进行供电，可以长时间高可靠性的工作。

在其中一个实施例中，系统采用了多个低成本毫米波雷达模块，毫米波雷达模块完成叶片测距功能。

在其中一个实施例中，雷达装置和IOT模块包括在橡胶线缆中，太阳能充电模块位于橡胶线缆表层。