專利名稱：一種基于gps對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)電場數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著化石能源儲(chǔ)存量的不斷減少和地球環(huán)境被破壞以及污染程度的日益加重，如何對太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等可再生而且潔凈的非化石能源進(jìn)行開發(fā)利用，目前已經(jīng)受到全世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。風(fēng)能作為太陽能的一種轉(zhuǎn)化形式，在地球上儲(chǔ)量豐富且分布廣闊。因此，風(fēng)力發(fā)電目前已成為人類利用可再生潔凈能源發(fā)電中最有潛質(zhì)的發(fā)電形式之一。發(fā)展至今，我們將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置稱為風(fēng)力機(jī)(風(fēng)輪機(jī))，風(fēng)車發(fā)展到今天主要以風(fēng)力機(jī)的形式來完成風(fēng)能的利用。風(fēng)力機(jī)由葉片構(gòu)成風(fēng)輪，并將風(fēng)輪安裝在轉(zhuǎn)軸上，利用風(fēng)力在葉片上產(chǎn)生的推力推動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)輪輪軸隨風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)其后連接的裝置轉(zhuǎn)動(dòng)來完成一定的功能，所以風(fēng)輪或者說風(fēng)力機(jī)是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的重要部件。風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于受到振動(dòng)的力量可能引起很多部件的變形，例如，振動(dòng)可能是由于風(fēng)機(jī)的高度，機(jī)艙和轉(zhuǎn)子的重量引起的。例如，一個(gè)典型的鋼制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架可能在每3秒一個(gè)正常的循環(huán)下，來回震蕩。此外，由于葉片也具有某種靈活性，它們在一個(gè)典型的固有頻率下振動(dòng)，大約每秒一個(gè)周期(或每秒一個(gè)赫茲)。由于其它的作用最終也可能會(huì)產(chǎn)生裂縫，造成嚴(yán)重的機(jī)械性故障，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)的這些和其它部件能夠彎曲或偏轉(zhuǎn)是一個(gè)很重要的特性。因此一定要實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)中部件的變形，確定風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的彎曲、振動(dòng)、或其它的偏移。為保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠穩(wěn)定運(yùn)行，降低機(jī)組的維護(hù)成本，最有效的辦法是監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。因此，要實(shí)時(shí)計(jì)算風(fēng)速、確定風(fēng)向、調(diào)整葉片的槳距角、確定軸承的偏航方位、同時(shí)估計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的負(fù)載，以便對風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行控制。對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，使其更好地為電網(wǎng)服務(wù)具有重要的意義。為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)及方法，嘗試通過基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，獲取風(fēng)機(jī)的詳細(xì)偏移信息并估計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的負(fù)載，以便對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，是目前風(fēng)電場數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)及方法，通過將全球定位傳感器設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，然后將全球定位傳感器用于校正和/或補(bǔ)償來自其它傳感器的讀數(shù)，接著通過接收的GPS信號，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，本方案基于全球衛(wèi)星定位傳感器，可較好地實(shí)現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的方法，包括:步驟一、將全球定位傳感器設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上；步驟二、將全球定位傳感器用于校正和/或補(bǔ)償來自其它傳感器的讀數(shù)；步驟三、通過接收的GPS信號，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。優(yōu)選的，上述步驟一中，全球定位傳感器可安裝在靠近風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的最大振動(dòng)位移處。優(yōu)選的，上述步驟一中，全球定位傳感器可安裝在靠近風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的尖端處。優(yōu)選的，上述步驟一中，全球定位傳感器可安裝在靠近風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架的頂端處。優(yōu)選的，上述全球定位傳感器可以包括一個(gè)無線發(fā)射器和/或接收器。優(yōu)選的，上述全球定位傳感器可以包括一個(gè)電源。優(yōu)選的，上述全球定位傳感器可以包含一個(gè)加速度計(jì)和/或一個(gè)控制單元。優(yōu)選的，上述加速度計(jì)可以是雙軸或三軸的。優(yōu)選的，上述控制單元可包括一個(gè)過濾器，用于處理來自加速度計(jì)的信號。優(yōu)選的，上述步驟三中，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，包括但不限于風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架頂部的轉(zhuǎn)子方位角、前后加速度和速度、側(cè)面的加速度和頂部的速率、塔架頂部方向的偏轉(zhuǎn)，和/或處在不同位置的每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的偏轉(zhuǎn)。優(yōu)選的，上述步驟三中，可計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的負(fù)載。優(yōu)選的，上述步驟三中，所述對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制可包括調(diào)整發(fā)電機(jī)葉片的槳距角，以及確定軸承的偏航方位。一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、調(diào)整裝置及控制裝置，通過將全球定位傳感器設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，然后將全球定位傳感器用于校正和/或補(bǔ)償來自其它傳感器的讀數(shù)，接著通過接收的GPS信號，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。優(yōu)選的，上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)含有設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的全球定位傳感器。優(yōu)選的，上述調(diào)整裝置用于將全球定位傳感器校正和/或補(bǔ)償來自其它傳感器的讀數(shù)。優(yōu)選的，上述控制裝置用于通過接收的GPS信號，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。優(yōu)選的，上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)可包含一個(gè)塔架；一個(gè)支持主軸的位于塔架上的機(jī)艙；一個(gè)位于主軸一端的輪轂；一個(gè)使主軸旋轉(zhuǎn)的位于輪轂上的葉片；一個(gè)控制系統(tǒng)；一個(gè)位于塔架和葉片一端的全球定位傳感器，用于確定塔架和葉片的偏移。優(yōu)選的，上述生成單元用于依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)生成風(fēng)電場運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)告。綜上所述，本發(fā)明提供了一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)及方法，通過將全球定位傳感器設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，然后將全球定位傳感器用于校正和/或補(bǔ)償來自其它傳感器的讀數(shù)，接著通過接收的GPS信號，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，本方案基于全球衛(wèi)星定位傳感器，可較好的實(shí)現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的方法示意圖；圖2為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例風(fēng)力發(fā)電機(jī)的側(cè)視原理圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例位置傳感器原理圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)及方法，通過將全球定位傳感器設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，然后將全球定位傳感器用于校正和/或補(bǔ)償來自其它傳感器的讀數(shù)，接著通過接收的GPS信號，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，本方案基于全球衛(wèi)星定位傳感器，可較好的實(shí)現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。本發(fā)明實(shí)施例的核心思想是，通過基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，將全球定位傳感器安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，確定風(fēng)機(jī)組件的偏轉(zhuǎn)，包括但不限于風(fēng)機(jī)的塔架、葉片、機(jī)艙、輪轂。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)將通過計(jì)算處理相關(guān)數(shù)據(jù)，包括但不限于風(fēng)力發(fā)電機(jī)之塔架頂部的轉(zhuǎn)子方位角、前后加速度和速度、側(cè)面的加速度和頂部的速率、塔架方向的偏轉(zhuǎn)，和/或處在不同位置的每個(gè)葉片的偏轉(zhuǎn)，同時(shí)剪切因子也可以被確定。然后，響應(yīng)于來自全球定位傳感器的信號，控制系統(tǒng)將控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的操作。此外，本方案可實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)實(shí)施各種控制策略，包括使風(fēng)機(jī)從一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)改變到另一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)。對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，以便優(yōu)化整個(gè)風(fēng)電場的生產(chǎn)，同時(shí)降低一個(gè)渦輪對其它渦輪的影響。諸如通過減少一個(gè)特定的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。另外，全球定位傳感器還可用于確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承的偏航方位。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面參照附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的方法，如圖1所示，具體步驟包括:步驟一、將全球定位傳感器設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上；具體而言，在本發(fā)明實(shí)施例中，圖2是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意圖。風(fēng)力發(fā)電機(jī)90的特殊的配置包括與塔架配套的機(jī)艙裝置94和一個(gè)封閉主軸96。葉片100布置在輪轂98上，以形成“轉(zhuǎn)子”，葉片100位于主軸96的一端，機(jī)艙裝置94的外部。風(fēng)機(jī)葉片100驅(qū)動(dòng)齒輪箱102，該齒輪箱102與發(fā)電機(jī)104相連接，發(fā)電機(jī)104安裝在機(jī)艙94內(nèi)的主軸96的一端，并且機(jī)艙94內(nèi)的控制系統(tǒng)106可以接受來自風(fēng)速計(jì)108的輸入信號?？刂葡到y(tǒng)106包括關(guān)斷控制單元和接收控制單元，關(guān)斷控制單元用于關(guān)斷轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，接收控制單元連接到關(guān)斷控制單元上，用于接收遠(yuǎn)方的關(guān)斷控制信號。
圖3是本方案風(fēng)力發(fā)電機(jī)的側(cè)視原理圖，包括幾個(gè)位置傳感器202。一些或全部的位置傳感器202可以被布置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)90的各個(gè)地方，包括但不限于這里所示的，位置傳感器202用于確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)組成部分的偏移。例如，位置傳感器202可以被布置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)90的不同的靜止的或移動(dòng)的部件中，來確定風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的彎曲，振動(dòng)，或其它的偏移。包括，但不限于塔架92，機(jī)艙94，輪轂98，和/或葉片100。位置傳感器202可以布置在任何位置，包括預(yù)期的每個(gè)組件的最大偏移處。例如，如圖3所示，位置傳感器202可以被布置在葉片100的任何位置，如在預(yù)期的最大的變形的位置。如全球定位傳感器至少應(yīng)安裝在靠近風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的最大振動(dòng)位移處；或全球定位傳感器安裝在接近葉片的尖端處；或全球定位傳感器安裝在靠近塔架的頂端處。步驟二、將全球定位傳感器用于校正和/或補(bǔ)償來自其它傳感器的讀數(shù)；具體而言，在本發(fā)明實(shí)施例中，全球定位傳感器將利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，確定垂直或水平位置(在一維，兩維，或三維空間)。為了提高全球定位傳感器的準(zhǔn)確性，傳感器可以被多種方式配置，這樣所有的傳感器使用同一組衛(wèi)星。如圖3所示，一個(gè)或多個(gè)全球定位傳感器202可以被布置在任何固定位置(如示出的接地)并用于校正和/或補(bǔ)償來自于風(fēng)力發(fā)電機(jī)90上的其它傳感器202的讀數(shù)。例如，那些校正可以在控制系統(tǒng)106和/或其它的具體的專用控制器上進(jìn)行。步驟三、通過接收的GPS信號，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。具體而言，在本發(fā)明實(shí)施例中，如圖4所示，全球定位傳感器202可以包括一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，一個(gè)GPS接收器204，一個(gè)無線發(fā)射器和/或接收器206，電源208。例如，電源208可以作為供電的電池和/或連接到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電氣系統(tǒng)。由于全球定位傳感器202是不固定的，它可以安裝在葉片100的任意位置，所以通常情況下一個(gè)微型發(fā)電機(jī)，如壓電微型發(fā)電機(jī)被設(shè)置，用于提供全球定位傳感器202所需的能量。在各種實(shí)施方式中，全球定位傳感器202可被安裝在一個(gè)寄存器中，便于訪問和維護(hù)。全球定位傳感器202還可能包括一個(gè)加速度計(jì)210和/或一個(gè)控制單元212。例如，加速度計(jì)210可以是雙軸或三軸的，控制單元212可能包括一個(gè)過濾器214，用于處理來自GPS接收器204和/或加速度計(jì)210的信號?？刂茊卧?12可以計(jì)算位置，速度，加速度等數(shù)據(jù)，并將這些和其它數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)106。然后控制系統(tǒng)106將通過計(jì)算處理這些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括但不限于塔架92頂部的轉(zhuǎn)子方位角、前后加速度和速度、側(cè)面的加速度和頂部的速率、塔架頂部方向的偏轉(zhuǎn)，和/或處在不同位置的每個(gè)葉片的偏轉(zhuǎn)，同時(shí)剪切因子和瑞流度也可以被確定。然后，響應(yīng)于來自全球定位傳感器202的信號,控制系統(tǒng)106將控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)90的操作。發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)106使用偏差信息來計(jì)算(例如使用模糊邏輯)主軸96，塔架92，和/或葉片100上的負(fù)載。例如，軟件可嵌入在控制系統(tǒng)106中，目的是可以給風(fēng)力發(fā)電機(jī)90中各種部件建模，包括但不限于塔架92，葉片100，主軸96，和/或其他的組件，通過查找表的形式，查找多項(xiàng)式傳遞函數(shù)和/或基于物理的傳遞函數(shù)。那些建立的模型可以解釋大量的變量，如GPS時(shí)間延遲，定位誤差，制造差異(如葉片重量)。通過GPS接收器204的信號，加速度計(jì)210的信號(使用慣性計(jì)算)，或它們的組合，可以計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)90的位置、壓力、速度、加速度和/或其它的物理量。例如，發(fā)電機(jī)塔架的幾何中心和塔架附近的固定點(diǎn)可安裝GPS傳感器，接收衛(wèi)星信號。然后，控制系統(tǒng)106將這些測量的參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行比較，以便控制和操作發(fā)電機(jī)，當(dāng)檢測到的參數(shù)超出閾值時(shí)，將關(guān)閉發(fā)電機(jī)?？刂葡到y(tǒng)106也可以為每一個(gè)部件建立一個(gè)疲勞模型，根據(jù)消耗疲勞的原理，這個(gè)模型將控制發(fā)電機(jī)90的操作。此外，在本發(fā)明實(shí)施例中，可使用各種控制策略。如根據(jù)風(fēng)力條件和/或位置傳感器202的故障情況，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)90的操作可能會(huì)從一個(gè)控制狀態(tài)改變到另一個(gè)控制狀態(tài)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)90可保持在一個(gè)控制狀態(tài)下至少10分鐘，除非出現(xiàn)故障或過載。然后，依據(jù)塔架92的偏轉(zhuǎn)和/或葉片100的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和槳距角，可以計(jì)算出風(fēng)速。通過塔架的偏轉(zhuǎn)方向也可以確定風(fēng)向，從而可以不使用風(fēng)向標(biāo)。同樣的，如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有一個(gè)可傾斜的機(jī)艙94，通過計(jì)算剪切因子，就可以調(diào)整發(fā)電機(jī)90的槳距角。為了提供低噪音操作，每個(gè)葉片100的槳距角和/或轉(zhuǎn)子方位角也可以根據(jù)風(fēng)速，亂流度來進(jìn)行調(diào)整。每個(gè)葉片100的傾斜可進(jìn)一步單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整，以減少塔架92的一側(cè)到另一側(cè)的振動(dòng)級別。另外，一個(gè)，兩個(gè)，或更多的位置傳感器202可用于確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承的偏航方位。例如，一個(gè)單一的位置傳感器202布置在機(jī)艙94或輪轂98上，根據(jù)傳感器跟蹤一起移動(dòng)的發(fā)電機(jī)90的電弧痕跡，可用于指示某個(gè)點(diǎn)的位置(如經(jīng)度和緯度)。然后，依據(jù)單個(gè)傳感器202和發(fā)電機(jī)固定的旋轉(zhuǎn)中心的位置，可以推測出軸承的偏航。另外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)。如圖5所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)示意圖。一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)11、調(diào)整裝置22及控制裝置33。風(fēng)力發(fā)電機(jī)11，含有設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的全球定位傳感器； 具體而言，在本發(fā)明實(shí)施例中，圖2是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意圖。風(fēng)力發(fā)電機(jī)90的特殊的配置包括與塔架配套的機(jī)艙裝置94和一個(gè)封閉主軸96。葉片100布置在輪轂98上，以形成“轉(zhuǎn)子”，葉片100位于主軸96的一端，機(jī)艙裝置94的外部。風(fēng)機(jī)葉片100驅(qū)動(dòng)齒輪箱102，該齒輪箱102與發(fā)電機(jī)104相連接，發(fā)電機(jī)104安裝在機(jī)艙94內(nèi)的主軸96的一端，并且機(jī)艙94內(nèi)的控制系統(tǒng)106可以接受來自風(fēng)速計(jì)108的輸入信號?？刂葡到y(tǒng)106包括關(guān)斷控制單元和接收控制單元，關(guān)斷控制單元用于關(guān)斷轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，接收控制單元連接到關(guān)斷控制單元上，用于接收遠(yuǎn)方的關(guān)斷控制信號。圖3是本方案風(fēng)力發(fā)電機(jī)的側(cè)視原理圖，包括幾個(gè)位置傳感器202。一些或全部的位置傳感器202可以被布置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)90的各個(gè)地方，包括但不限于這里所示的，位置傳感器202用于確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)組成部分的偏移。例如，位置傳感器202可以被布置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)90的不同的靜止的或移動(dòng)的部件中，來確定風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的彎曲，振動(dòng)，或其它的偏移。包括，但不限于塔架92，機(jī)艙94，輪轂98，和/或葉片100。位置傳感器202可以布置在任何位置，包括預(yù)期的每個(gè)組件的最大偏移處。例如，如圖3所示，位置傳感器202可以被布置在葉片100的任何位置，如在預(yù)期的最大的變形的位置。如全球定位傳感器至少應(yīng)安裝在接近葉片的最大振動(dòng)位移處；或全球定位傳感器安裝在接近葉片的尖端處；或全球定位傳感器安裝在接近塔架的頂端處。調(diào)整裝置22，用于將全球定位傳感器用于校正和/或補(bǔ)償來自其它傳感器的讀數(shù)；
具體而言，在本發(fā)明實(shí)施例中，全球定位傳感器將利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，確定垂直或水平位置(在一維，兩維，或三維空間)。為了提高全球定位傳感器的準(zhǔn)確性，傳感器可以被多種方式配置，這樣所有的傳感器使用同一組衛(wèi)星。如圖3所示，一個(gè)或多個(gè)全球定位傳感器202可以被布置在任何固定位置(如示出的接地)并用于校正和/或補(bǔ)償來自于風(fēng)力發(fā)電機(jī)90上的其它傳感器202的讀數(shù)。例如，那些校正可以在控制系統(tǒng)106和/或其它的具體的專用控制器上進(jìn)行?？刂蒲b置33，用于通過接收的GPS信號，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。具體而言，在本發(fā)明實(shí)施例中，如圖4所示，全球定位傳感器202可以包括一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，一個(gè)GPS接收器204，一個(gè)無線發(fā)射器和/或接收器206，電源208。例如，電源208可以作為供電的電池和/或連接到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電氣系統(tǒng)。由于全球定位傳感器202是不固定的，它可以安裝在葉片100的任意位置，所以通常情況下一個(gè)微型發(fā)電機(jī)，如壓電微型發(fā)電機(jī)被設(shè)置，用于提供全球定位傳感器202所需的能量。在各種實(shí)施方式中，全球定位傳感器202可被安裝在一個(gè)寄存器中，便于訪問和維護(hù)。全球定位傳感器202還可能包括一個(gè)加速度計(jì)210和/或一個(gè)控制單元212。例如，加速度計(jì)210可以是雙軸或三軸的，控制單元212可能包括一個(gè)過濾器214，用于處理來自GPS接收器204和/或加速度計(jì)210的信號?？刂茊卧?12可以計(jì)算位置，速度，加速度等數(shù)據(jù)，并將這些和其它數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)106。然后控制系統(tǒng)106將通過計(jì)算處理這些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括但不限于塔架92頂部的轉(zhuǎn)子方位角、前后加速度和速度、側(cè)面的加速度和頂部的速率、塔架頂部方向的偏轉(zhuǎn)，和/或處在不同位置的每個(gè)葉片的偏轉(zhuǎn)，同時(shí)剪切因子和瑞流度也可以被確定。然后，響應(yīng)于來自全球定位傳感器202的信號,控制系統(tǒng)106將控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)90的操作。發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)106使用偏差信息來計(jì)算(例如使用模糊邏輯)主軸96，塔架92，和/或葉片100上的負(fù)載。例如，軟件可嵌入在控制系統(tǒng)106中，目的是可以給風(fēng)力發(fā)電機(jī)90中各種部件建模，包括但不限于塔架92，葉片100，主軸96，和/或其他的組件，通過查找表的形式，查找多項(xiàng)式傳遞函數(shù)和/或基于物理的傳遞函數(shù)。那些建立的模型可以解釋大量的變量，如GPS時(shí)間延遲，定位誤差，制造差異(如葉片重量)。通過GPS接收器204的信號，加速度計(jì)210的信號(使用慣性計(jì)算)，或它們的組合，可以計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)90的位置、壓力、速度、加速度和/或其它的物理量。例如，發(fā)電機(jī)塔架的幾何中心和塔架附近的固定點(diǎn)可安裝GPS傳感器，接收衛(wèi)星信號。然后，控制系統(tǒng)106將這些測量的參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行比較，以便控制和操作發(fā)電機(jī)，當(dāng)檢測到的參數(shù)超出閾值時(shí)，將關(guān)閉發(fā)電機(jī)。控制系統(tǒng)106也可以為每一個(gè)部件建立一個(gè)疲勞模型，根據(jù)消耗疲勞的原理，這個(gè)模型將控制發(fā)電機(jī)90的操作。此外，在本發(fā)明實(shí)施例中，可使用各種控制策略。如根據(jù)風(fēng)力條件和/或位置傳感器202的故障情況，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)90的操作可能會(huì)從一個(gè)控制狀態(tài)改變到另一個(gè)控制狀態(tài)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)90可保持在一個(gè)控制狀態(tài)下至少10分鐘，除非出現(xiàn)故障或過載。然后，依據(jù)塔架92的偏轉(zhuǎn)和/或葉片100的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和槳距角，可以計(jì)算出風(fēng)速。通過塔架的偏轉(zhuǎn)方向也可以確定風(fēng)向，從而可以不使用風(fēng)向標(biāo)。同樣的，如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有一個(gè)可傾斜的機(jī)艙94，通過計(jì)算剪切因子，就可以調(diào)整發(fā)電機(jī)90的槳距角。為了提供低噪音操作，每個(gè)葉片100的槳距角和/或轉(zhuǎn)子方位角也可以根據(jù)風(fēng)速，亂流度來進(jìn)行調(diào)整。每個(gè)葉片100的傾斜可進(jìn)一步單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整，以減少塔架92的一側(cè)到另一側(cè)的振動(dòng)級別。另外，一個(gè)，兩個(gè)，或更多的位置傳感器202可用于確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承的偏航方位。例如，一個(gè)單一的位置傳感器202布置在機(jī)艙94或輪轂98上，根據(jù)傳感器跟蹤一起移動(dòng)的發(fā)電機(jī)90的電弧痕跡，可用于指示某個(gè)點(diǎn)的位置(如經(jīng)度和緯度)。然后，依據(jù)單個(gè)傳感器202和發(fā)電機(jī)固定的旋轉(zhuǎn)中心的位置，可以推測出軸承的偏航。在本方案中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可包含一個(gè)塔架；一個(gè)支持主軸的位于塔架上的機(jī)艙；一個(gè)位于主軸一端的輪轂；一個(gè)使主軸旋轉(zhuǎn)的位于輪轂上的葉片；一個(gè)控制系統(tǒng)；一個(gè)位于塔架和葉片一端的全球定位傳感器，用于確定塔架和葉片的偏移。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，包括方法實(shí)施例的步驟之一或其組合。另外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理模塊中，也可以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，也可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。綜上所述，本文提供了一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)及方法，通過將全球定位傳感器設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，然后將全球定位傳感器用于校正和/或補(bǔ)償來自其它傳感器的讀數(shù)，接著通過接收的GPS信號，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，本方案基于全球衛(wèi)星定位傳感器，可較好的實(shí)現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。以上對本發(fā)明所提供的一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)及方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方案；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟一、將全球定位傳感器設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上； 步驟二、將全球定位傳感器用于校正和/或補(bǔ)償來自其它傳感器的讀數(shù)； 步驟三、通過接收的GPS信號，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟一中，全球定位傳感器可安裝在靠近風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的最大振動(dòng)位移處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟一中，全球定位傳感器可安裝在靠近風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的尖端處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟一中，全球定位傳感器可安裝在靠近風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架的頂端處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述全球定位傳感器可以包括一個(gè)無線發(fā)射器和/或接收器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述全球定位傳感器可以包括一個(gè)電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述全球定位傳感器可以包含一個(gè)加速度計(jì)和/或一個(gè)控制單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述加速度計(jì)可以是雙軸或三軸的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述 的方法，其特征在于，所述控制單元可包括一個(gè)過濾器，用于處理來自加速度計(jì)的信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟三中，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，包括但不限于風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架頂部的轉(zhuǎn)子方位角、前后加速度和速度、側(cè)面的加速度和頂部的速率、塔架頂部方向的偏轉(zhuǎn)，和/或處在不同位置的每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的偏轉(zhuǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟三中，可計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的負(fù)載。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟三中，所述對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制可包括調(diào)整發(fā)電機(jī)葉片的槳距角，以及確定軸承的偏航方位。
13.一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、調(diào)整裝置及控制裝置，通過將全球定位傳感器設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，然后將全球定位傳感器用于校正和/或補(bǔ)償來自其它傳感器的讀數(shù)，接著通過接收的GPS信號，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)含有設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的全球定位傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)整裝置用于將全球定位傳感器校正和/或補(bǔ)償來自其它傳感器的讀數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置用于通過接收的GPS信號，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)包含 一個(gè)塔架； 一個(gè)支持主軸的位于塔架上的機(jī)艙；一個(gè)位于主軸一端的輪轂；一個(gè)使主軸旋轉(zhuǎn)的位于輪轂上的葉片；一個(gè)控制系統(tǒng)；一個(gè)位 于塔架和葉片一端的全球定位傳感器，用于確定塔架和葉片的偏移。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于GPS對風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測的系統(tǒng)及方法，通過將全球定位傳感器設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，然后將全球定位傳感器用于校正和/或補(bǔ)償來自其它傳感器的讀數(shù)，接著通過接收的GPS信號，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，本方案基于全球衛(wèi)星定位傳感器，可較好的實(shí)現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。
文檔編號G01D21/02GK103147917SQ20131006058
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者程偉臻 申請人:上海電機(jī)學(xué)院