[发明专利]基于超宽带电磁波的风力发电机叶片净空距离测量方法

说明书

一种基于超宽带电磁波的风力发电机叶片净空距离测量方法，在风力发电机叶片的末端安装叶片收发机，在塔筒或者地面安装固定收发机，通过叶片收发机和固定收发机之间的电磁波信号至少应答收发一次测量出二者之间的距离，该距离随叶片转动实时动态变化，以该距离为基础，结合风力发电机的空间参数，计算叶片与塔筒的净空距离。本发明具有良好的精度、灵敏度、抗干扰性以及稳定性，且能够降低成本以及功耗，并适用于各种极端气候。

技术领域

本发明属于风力发电机技术领域，特别涉及一种基于超宽带电磁波的风力发电机叶片净空距离测量方法。

背景技术

在风力发电机中，叶片是外部运动部件，也是造成重大事故的主要故障来源。当外部强风超过设计门限，而风机未能及时变桨或停机，叶片就可能出现变形过大、发生叶片末端和塔筒碰撞，进而导致重大设备损失甚至人员伤亡。另一方面，如果叶片结构出现损伤或存在制造缺陷，即使在安全风速范围内，也可能出现远大于设计的变形，同样导致重大事故。

如果不对叶片净空距离进行测量，那么就必须进行保守设计。这一方面体现在叶片的设计上，通过加强叶片的强度可以减少叶片的变形，但这必然增加叶片的重量，增加整个风力发电机系统的成本。另一方面体现在风力发电机采用更保守的方式工作，这可以是通过变桨来减少叶片风力载荷，也可以是降低停机的门限风速。但保守的工作方式必然会导致发电量的减少，直接减少风力发电机的效益。

由于叶片净空距离测量的重要性，已经出现了很多采用不同原理的测量方法。其中有的方案采用激光雷达对叶片进行测距。激光雷达通过测量反射回来的光波延时进行测距。该方案成本高，且在雨雾环境下工作性能下降。有的方案采用毫米波雷达进行测距，毫米波雷达通过测量反射回来的毫米波延时进行测距。毫米波雷达环境适应性较好，但是也具有成本高、暴雨天性能下降的问题。有的方案采用超声波雷达对叶片进行测距，超声波雷达通过测量反射回来的超声波延时进行测距。超声波雷达成本低，但是测量精度略低。还有的方案采用视频图像识别的方案进行测距，该方案在雨雾环境下的性能也会显著下降。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于超宽带电磁波的风力发电机叶片净空距离测量方法，以期具有良好的精度、灵敏度、抗干扰性以及稳定性，且能够降低成本以及功耗，并适用于各种极端气候。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于超宽带电磁波的风力发电机叶片净空距离测量方法，在风力发电机叶片的末端安装叶片收发机1，在塔筒或者地面安装固定收发机2，通过叶片收发机1和固定收发机2之间的电磁波信号至少应答收发一次测量出二者之间的距离，该距离随叶片转动实时动态变化，以该距离为基础，结合风力发电机的空间参数，计算叶片与塔筒的净空距离。

具体地，所述叶片收发机1或固定收发机2发出第一个电磁波信号并记录当前时间，固定收发机2或叶片收发机1收到所述第一个电磁波信号后立刻延时一个已知时间，发出第二个电磁波信号，叶片收发机1或固定收发机2接收到第二个电磁波信号并记录当前时间，根据叶片收发机1或固定收发机2测量到的发送电磁波信号和接收到电磁波信号的时间差，即可计算出电磁波信号的传播时间，进而获得收发机之间的空间距离。

优选地，所述电磁波信号为中心频率13GHz以下、带宽100MHz以上的超宽带电磁波信号。

在叶片转动的1-2个周期内，所述距离随时间呈周期性变动，通过在叶片运动过程中进行多点的距离测量，得到距离随时间变化的曲线，进而计算出叶片收发机1和固定收发机2之间的最短距离d，并利用如下的计算方式1或者计算方式2计算叶片净空距离：

计算方式1：