一種水平軸風力發電機組迎風仰角測量方法與流程

本發明屬于風力發電技術領域，具體涉及一種水平軸風力發電機組迎風仰角測量方法。

背景技術：

水平軸風力發電機組的結構如圖1所示，包括塔筒1、機艙2、葉片3。風電機組在受到不同的風速(風能載荷)影響下，風輪平面(葉片3構成的平面)會發生一定的傾斜，該傾斜導致不僅存在水平方向上的對風偏差，還存在垂直方向上的對風偏差。請參考圖1，圖1為無風時的水平軸發電機組的狀態示意圖。當風速為0，即無風狀態下，風輪平面為st平面。水平方向和垂直方向均無傾斜。請再參考圖2，圖2為有風時的水平軸發電機組的受風狀態示意圖。受到風力作用，風輪平面變為uv平面。uv平面與水平面有一定角度的傾角，即形成了垂直方向上的對風偏差，該偏差的結果是形成了迎風仰角。雖然垂直方向上的對風偏差量相比于水平方向上要小很多，但是由于該偏差量的存在，對風電機組的出力仍產生了一定的影響。具體請參考圖3，圖3為有風時的水平軸發電機組的風速分析圖。由于風輪平面uv的傾斜，使得有效風速(垂直于風輪平面的風速)由w變為w1，而w1小于w，導致風機的出力降低。

可見，如何有效調整垂直方向上的對風偏差，有利于提升風力發電機組在風速一定的條件下的出力。也就是說如何有效的測量出迎風仰角在不同風速條件下的大小。目前，垂直方向上的對風采用固定的水平對準的方法，即無論風向如何均確定為水平來風。在對迎風仰角測量上，采用在風機機艙上設置全站儀4進行角度測量的方式，如圖1所示，全站儀使用者在機艙上先對地面的固定點進行風機原始狀態下的仰角測量，并置零度，當一定風速下，然后再對地面的固定點進行角度測量，這樣就可以得出一個仰角角度。但是該方法存在以下的問題：在一定風速條件下，塔筒1、機艙2、葉片3均受到載荷，均會發生形變。請參考圖1和圖2，無風時，塔筒1軸線為ef，機艙2軸線為fj，在風力載荷的影響下，ef傾斜形成eg，fj傾斜形成gh，從而導致全站儀的測量位置發生根本性變化，即測量點發生偏移。在微小角度測量的條件下，這個偏移將導致測得的迎風仰角角度和實際角度不符。

技術實現要素：

本發明提供了一種水平軸風力發電機組迎風仰角測量方法，通過地面固定點的方法來解決在機艙上測量迎風仰角固定點漂移，得到更加準確的迎風仰角數值。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明提供的無風時的水平軸發電機組的狀態示意圖；

圖2為本發明提供的有風時的水平軸發電機組的受力狀態示意圖；

圖3為本發明提供的有風時的水平軸發電機組的風速分析圖；

圖4為本發明提供的水平軸風力發電機組的迎風仰角的測試過程示意圖；

其中:1-塔筒，2-機艙，3-葉片，4-全站儀，5-輪轂。

具體實施方式

本發明提供一種水平軸風力發電機組迎風仰角測量方法，通過地面固定點的方法來解決在機艙上測量迎風仰角固定點漂移，得到更加準確的迎風仰角數值。

圖4中本發明提供的水平軸風力發電機組的迎風仰角的測試過程示意圖，其中，ef為塔筒軸線線，fj為機艙軸線，j點為輪轂最外側點。e點為塔筒中心點，位置可根據塔筒內圓來確定。受來風影響，整個塔筒1將會發生傾斜，形成ge弧線，同時機艙2也會發生傾斜，軸線fj也將有一定的傾斜，形成有一定弧度的gh線，h點為受風后輪轂最外側點。迎風仰角的測量就是要測量∠hfj。而不是測量∠hgj或∠hgf的角度。另外hf的長度由于受風力的影響相比原來直線的fj顯然要略短，這也就是不能簡單的認為fj＝hf，正常hf＜fj。也就是說h點在空間上存在很大的不確定性。

為了克服目前直接在機艙上利用全站儀測量迎風仰角時，由于忽略上述h點的不確定，而導致的迎風仰角的測量不準確的問題，本發明提供了一種水平軸風力發電機組迎風仰角測量方法，包括以下步驟：

第一步：確定塔筒的圓心e點位置，查找相關設計資料，獲得塔筒軸線高度ef，機艙軸線長度fj。

第二步：在無風時，確定輪轂最外側點j，可利用輪轂上已有的標記或者現場標記均可。然后，在機組的葉片3前方確定第一固定點a，第一固定點a位于塔筒軸線ef和機艙軸線fj構成的平面內，且高度與塔筒的底面平齊，如圖4所示。在第一固定點a與塔筒軸線ef構成的平面內，確定第二固定點b,第二固定點b的高度第一固定點a相等。

在第一固定點a處設置第一激光光源，當第一激光光源的投射點與輪轂最外側點j重合時，將標尺立于b點，得到第一激光光源在在標尺上的投射點k；當第一激光光源的投射點與輪轂最外側點j重合時，在塔筒軸線ef和機艙軸線fj構成的平面內，設置第二激光光源，且當所述第二激光光源的投射點與輪轂最外側點j重合時，確定第二激光光源的位置即為第一測量點c,第一測量點c的高度與所述第一固定點a的高度相等，測量得到ac距離，又根據a和e的位置，可以得出ec的距離。

通過標尺上k點的刻度以及ab段的長度，可以等到無風時的第一激光光源角∠kab的角度值；在圖4中可知，∠kab＝∠caj,即∠caj至此可得，而根據jc＝ac×tan∠caj，就可以算得jc。圖4中，從j點向ef線做垂線pj，同時以f點為頂點畫一條fq的水平線，交hj于q點。可知fp＝ef-jc，至此fp可得。

第三步：利用標尺，確定水平風速為v時的第一激光光源角∠lab的角度值，具體是指，水平風速為v時，當第一激光光源的投射點與輪轂最外側點j重合時，將標尺立于b點，得到第一激光光源在在標尺上的投射點l。必須在水平風速同為v不變化時，繼續確定第二測量點d，否則會倒是最終迎風仰角的測量錯誤。第二測量點d的確定過程如下：當第一激光光源的投射點與輪轂最外側點j重合時，且與此同時，第二激光光源的投射點也與輪轂最外側點j重合時，確定第二光源的位置為第二測量點d,第二測量點d的高度與所述第一測量點c的高度相等，測量得到ad距離。通過標尺上l點的刻度以及ab段的長度，可以等到有風時的第一激光光源角∠lab的角度值。在圖4中可知，∠lab＝∠dah,即∠dah至此可得，而根據hd＝ad×tan∠dah，就可以算得hd。

在圖4中，fq線和hd線交叉于r點，則有：hr＝hd-rd＝hd-ef；fr＝ed。要測的迎風仰角為∠hfj＝∠hfr+∠qfj；而∠hfr＝arctan(hr/fr)，那么至此∠hfr可知。而∠qfj＝∠fjp，而∠fjp＝arcsin(fp/fj)，至此迎風仰角∠hfj可知。

綜上所述，本發明提供的方法，采用可見的激光發射器獲得空間測量上的幾何邊線，通過地面固定點的方法來解決在機艙上測量迎風仰角固定點漂移的問題，通過幾何的方法求得夾角和邊線的數值。該方法能有效測量風機的實際安裝軸線情況及不同風速下的風機傾斜，為進行風機調整提供技術支撐，最大限度的將風能轉換為風機的機械能。

需要說明的是，第一，本發明提供的仰角測量方法，在實際操作中，第一固定點a的位置可以選擇在與塔筒的圓心e點間的距離為50m至100m的位置。第一固定點a與第二固定點b之間的距離可以設定為1m至2m。在這樣的距離下，無風和有風時，激光光源在j點的投射點位置的偏差較小，以便獲取較為準確的對應的標尺刻度k和l，提高迎風仰角∠hfj的測量精度。

第二，因為本發明利用的是地面固定點的方法，所以相比起現有的全站儀測量方法，無論ef或fj發生何種彎曲，側得迎風仰角的數值均為實際角度，不受塔筒或機艙傾斜彎曲的影響。

第三，本發明提供的測量方法，不僅適用于發電機組位于平整地面的情況，也適用于ac之間沒有障礙物的不平整地形。具體地，需要第三激光光源設置在a出，保證a、e位于同一水平線上。

以上所述僅是本發明的具體實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。