【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大型风力发电机叶片净空保护，尤其涉及一种利用毫米波雷达测量风机叶片净空距离的方法。
技术介绍
1、风电机组叶片净空是指机组运行过程中叶尖到塔筒表面的最小距离，对风电机组的安全非常重要。目前，风电机组的功率等级越来越大，叶片的长度也越来越长，随着叶片长度的增加，叶片刚度相应会减小，在较高风速下叶尖的变形量较大，在极端湍流情况下可能会出现叶尖扫塔的严重事故，影响风电机组安全运行。因此实时监测叶片净空是否在设计的安全范围内，对保障风机的安全有非常重要的意义。
2、目前市场上主要有以下几种净空监测技术方案：
3、(1)在机舱上安装视频摄像头或者激光雷达，该方案主要利用光学方法实现对叶片的探测，即通过机器视觉或者激光点云的算法重建叶片的三维模型，进而计算叶片与塔筒的净空。此方法容易受到雨、雾、雪等恶劣天气和夜间光线差对可见度的影响，并且计算结果的准确性与算法的关系非常大，目前技术还不成熟，同时图像或者点云数据的计算需要耗费大量计算资源，因此该技术方案的可靠性和成本不理想。
4、(2)在塔筒上与风机叶片叶尖平齐的位置沿圆周方向均匀分布安装多个毫米波雷达，通过雷达测量的距离来计算净空距离。该方法相比较于将雷达放置于塔基位置，实现了计算方式从空间三维问题变成平面二维问题的转换，计算方法大大简化，但是对于实施来说难度很大，一方面风机的安装位置往往偏远、地势陡峭；另一方面风机叶尖一般距离地面20米左右，需要大型登高车才能作业。
技术实现思路
1、本专利
2、步骤一、以风机塔筒基座的圆心作为坐标原点；风机塔筒的轴线作为z轴，并在风机塔筒的水平面上以东西方向作为x轴、南北方向作为y轴，建立空间直角坐标系；
3、步骤二、设风机塔筒基座的半径为r、塔筒等效高度为h、塔筒轴线到叶片的旋转中心点的距离为m、风机叶片等效长度为l，风机叶片旋转中心点坐标为s、风机叶片尖端坐标点为t；计算毫米波雷达的坐标p；其中：r、h、m、l均为已知参数，s＝(x,y,h)，t＝(x,y,z)，p＝(p1,…pn)，n取大于等于1的自然数；
4、步骤三、基于毫米波雷达的坐标p计算叶片尖端坐标以及最小净空值。
5、可选的，在基于毫米波雷达的坐标p计算叶片尖端坐标以及最小净空值时，将两台毫米波雷达设有一组，当有两台以上的毫米波雷达能够同时扫到距离数据时，采用以下过程计算叶片尖端坐标：
6、设两台毫米波雷达的编号分别为p1和p2，获取编号为p1和p2的两台毫米波雷达的测量数据，并将编号为p1的毫米波雷达的测量数据记为s1、编号为p1的毫米波雷达的坐标记为(a,b,0)，将编号为p2的毫米波雷达的测量数据记为s2、编号为p2的毫米波雷达的坐标记为(c,d,0)；
7、根据|p1t|＝s1得到下式：
8、(x-a)2+(y-b)2+z2＝s12，
9、根据|p2t|＝s2得到下式：
10、(x-c)2+(y-d)2+z2＝s22，
11、根据|st|＝l得到下式：
12、(x-x1)2+(y-y1)2+(z-h)2＝l2，
13、根据塔筒轴线到叶片旋转中心距离m，得到约束方程：
14、x12+y12＝m2，
15、风机叶片旋转中心坐标为s点、风机叶片尖端坐标点为t在水平面的投影点与坐标原点三点共线，存在如下的关系式：
16、
17、联立以上5个方程，解出叶片尖端坐标(x,y,z,x1,y1)。
18、可选的，在基于毫米波雷达的坐标p计算叶片尖端坐标以及最小净空值时，当只有一台毫米波雷达能够同时扫到距离数据时，采用以下过程计算叶片尖端坐标：
19、设该毫米波雷达的编号为p1，获取编号为p1的毫米波雷达的测量数据，并将编号为p1的毫米波雷达的测量数据记为s1、编号为p1的毫米波雷达的坐标记为(a,b,0)，同时测量得到风机机舱朝向与x轴正方形的夹角为θ；
20、根据|p1t|＝s1得到下式：
21、(x-a)2+(y-b)2+z2＝s12，
22、根据|st|＝l得到下式：
23、(x-x1)2+(y-y1)2+(z-h)2＝l2，
24、根据机舱朝向夹角θ得到：
25、
26、风机叶片旋转中心坐标为s点、风机叶片尖端坐标点为t在水平面的投影点与坐标原点三点共线，存在如下的关系式：
27、
28、联立以上5个方程，解出叶片尖端坐标(x,y,z,x1,y1)。
29、可选的，由于雷达为连续测量，在叶片接近最小净空处和到离开最小净空处会有许多组测量数据，但是必然存在一组可以使得净空值为最小，此时对应的叶尖坐标即为最小净空的坐标，求得的净空值为最小，可采用以下公式计算最小净空值时对应的叶片尖端坐标：
30、
31、基于最小净空值时对应的叶片尖端坐标计算最小净空值为：
32、
33、其中，r表示和叶片尖端同一水平面处的塔筒半径。
34、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
35、本专利技术通过将毫米波雷达安装在风机的塔基位置，利用毫米波测距原理实时测量风机叶片尖端到雷达的距离，通过算法计算出风机叶片尖端距离塔筒表面的最小距离，当最小距离突破叶片净空的安全设计值时，可及时提醒风机管理人员进行刹车或停机操作，保障风机的结构安全。
36、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种利用毫米波雷达测量风机叶片净空距离的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的利用毫米波雷达测量风机叶片净空距离的方法，其特征在于，在基于毫米波雷达的坐标P计算叶片尖端坐标以及最小净空值时，将两台毫米波雷达设有一组，当有两台以上的毫米波雷达能够同时扫到距离数据时，采用以下过程计算叶片尖端坐标：
3.根据权利要求1所述的利用毫米波雷达测量风机叶片净空距离的方法，其特征在于，在基于毫米波雷达的坐标P计算叶片尖端坐标以及最小净空值时，当只有一台毫米波雷达能够同时扫到距离数据时，采用以下过程计算叶片尖端坐标：
4.根据权利要求2或3所述的利用毫米波雷达测量风机叶片净空距离的方法，其特征在于，采用以下公式计算最小净空值时对应的叶片尖端坐标：
【技术特征摘要】
1.一种利用毫米波雷达测量风机叶片净空距离的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的利用毫米波雷达测量风机叶片净空距离的方法，其特征在于，在基于毫米波雷达的坐标p计算叶片尖端坐标以及最小净空值时，将两台毫米波雷达设有一组，当有两台以上的毫米波雷达能够同时扫到距离数据时，采用以下过程计算叶片尖端坐标：
3.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊用，陈浩，梁晓东，蒋洪波，周俊华，肖竹，杨科华，
申请(专利权)人：湖南联智科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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