一种激光测距和识别融合的气动不平衡评价方法和系统与流程

本发明属于风力发电，具体属于一种激光测距和识别融合的气动不平衡评价方法和系统。

背景技术：

1、风力发电气动不平衡是指风力发电机在运行过程中，由于机械部件的不均匀磨损、叶片损伤、轴承损坏等原因，导致三只叶片受力不均匀，从而产生不平衡力和振动。这种不平衡不仅影响风力发电机的发电效率和稳定性，还可能导致机械部件的加速磨损，甚至引发故障和事故。因此，对风力发电气动不平衡的检测和分析具有重要意义。随着风力发电技术的快速发展，风电机组的规模和功率不断增大，运行速度加快，对机组的可靠性和稳定性要求也越来越高。在这种背景下，确保风力发电机的平衡运行变得尤为重要。不平衡问题会导致额外的负载和振动，影响风力发电机的寿命和运行效率，甚至可能对周围环境造成噪音污染。

2、目前主要通过振动监测：通过安装在风力发电机上的振动传感器来实时监测机组的振动情况，分析振动数据以判断是否存在不平衡问题。该方案安装周期久，实施成本高，同时需要再每一台机组都进行安装，会造成极大的设备浪费。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种激光测距和识别融合的气动不平衡评价方法和系统，通过激光测距和计算机视觉共同检测风机叶片的净空值，并进行净空值校正实现对风力发电气动平衡的准确评价，提高风力发电机组的发电效率和安全性，且激光雷达和监测相机安装方便，实施成本低，便于维护。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种激光测距和识别融合的气动不平衡评价系统，包括：

3、安装在风力发电机组机舱正面的激光雷达，激光雷达与机舱轴同轴，激光雷达用于检测激光雷达与叶片尖端的距离，激光雷达与叶片根部的距离，激光雷达与叶片尖端、叶片根部所成的角度，以及叶片的运行速度；

4、安装在风力发电机组塔筒侧面的监测相机，监测相机光轴与机舱轴垂直，监测相机与塔筒平行，所述监测相机用于获取设定时间段内风机叶片的运动视频；

5、计算终端，用于接收激光雷达、监测相机检测数据，并进行准确净空值计算，将同一风力发电机组的风机叶片的准确净空值两两作差，得到不平衡均值，利用不平衡均值对风力发电机组叶片的气动平衡进行评价。

6、进一步的，所述监测相机与塔筒侧面的距离不小于200m。

7、本发明提供一种激光测距和识别融合的气动不平衡评价方法，该方法依托于上述评价系统进行，具体步骤如下：

8、s1根据叶片根部到塔筒的距离和设定时间段内激光雷达检测的：激光雷达与叶片尖端的距离，激光雷达与叶片根部的距离，激光雷达与叶片尖端、叶片根部所成的角度，得到激光雷达净空值；

9、s2基于光流法得到监测相机获取的视频数据中风机叶片的叶片尖端坐标，基于叶片尖端坐标、已知叶片根部坐标和叶片根部到塔筒的距离，得到监测相机净空值；

10、s3对激光雷达净空值和监测相机净空值分别赋予可信度，然后进行融合计算，得到风机叶片准确净空值；

11、s4将同一风力发电机组的风机叶片的准确净空值两两作差，得到不平衡均值，将不平衡均值与评判阈值进行对比，得到风力发电机组叶片的气动平衡情况。

12、进一步的，所述s1中，在设定时间段内，采用激光雷达获取每个风机叶片处于垂直向下90°时，激光雷达与叶片尖端的距离r1、激光雷达与叶片根部的距离r2，激光雷达与叶片尖端、叶片根部所成的角度θ，采用三角函数计算得到叶片尖端与叶片根部的水平距离，该水平距离加上叶片根部到塔筒的距离e，得到激光雷达净空值q1，具体公式如下：

13、q1＝r2-r1·cosθ+e。

14、

15、进一步的，所述s2中，当风机叶片处于垂直向下90°时，获取2帧像素光流差异最大的点为叶片尖端，得到叶片尖端坐标；基于三角函数，利用叶片尖端坐标和已知叶片根部坐标，得到叶片尖端与叶片根部的水平距离，该水平距离加上叶片根部到塔筒的距离e，得到监测相机净空值q2。

16、进一步的，所述s3中，激光雷达净空值可信度的确定方法如下：

17、1)阈值限定：当检激光雷达净空值不在-5m～100m范围内则激光雷达净空值可信度为0，否则为1；当叶片运行速度值超过0～150m/s，则激光雷达净空值可信度为0，否则为1；

18、2)扫描数量限定：如果在一次叶片扫描过程中返回数据小于3组则认为激光雷达净空值可信度为0，否则为1；

19、3)标准差限定：如果一次叶片扫描过程中各组数据标准差大于1米则认为激光雷达净空值可信度为0；小于1米，则可信度按照0-1进行分布；

20、4)以上情况若有一个可信度为0，则激光雷达净空值可信度为0。

21、进一步的，所述s3中，监测相机净空值可信度的确定方法如下：

22、1)阈值限定：当监测相机净空值不在-5m～100m范围内则监测相机净空值可信度为0，否则为1；

23、2)扫描数量限定：当一次叶片扫描过程中获取的叶片尖端的数量小于5组则监测相机净空值可信度为0，否则为1；

24、3)标准差限定：当一次叶片扫描过程中各图像中得到的拟合直线的斜率k值和理想斜率k值的角度偏差超出-5°～5°，则监测相机净空值可信度为0，在-5°～5°之间可信度为1；

25、4)以上情况若有一个可信度为0，则监测相机净空值可信度为0。

26、进一步的，所述s3中，当激光雷达净空值可信度和监测相机净空值可信度同时取0时，得到的激光雷达净空值和监测相机净空值不参与计算准确净空值。

27、进一步的，所述s3中，风机叶片准确净空值q0的计算具体如下：

28、q0＝(q1·q1+q2·q2)/(q1+q2)

29、其中，q1为激光雷达净空值可信度，q2为监测相机净空值可信度。

30、进一步的，s4中，将同一风力发电机组的风机叶片的准确净空值两两作差，将最大差值作为不平衡均值，评判阈值采用叶片长度*3‰，当不平衡均值小于等于叶片长度*3‰，则气动平衡，不平衡均值大于叶片长度*3‰，则气动不平衡。

31、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

32、本发明提供一种激光测距和识别融合的气动不平衡评价系统，通过在不同方位布置激光雷达和监测相机，可以从不同的角度和维度提供风机叶片的数据，从而准确的获取风机叶片的净空值数据，弥补单一传感器在某些情况下的不足，提高整体评价系统的鲁棒性，且激光雷达和监测相机安装方便，实施成本低，便于维护，可以实现定期的不平衡检测和维护，从而减少突发故障的发生，降低维修和更换部件的成本。

33、本发明提供一种激光测距和识别融合的气动不平衡评价方法，采用通过激光测距和计算机视觉共同检测风机叶片的净空值，并通过规定可信度对得到的净空值进行实现对于风力发电气动不平衡的准确评价，当出现不平衡情况时，可以及时进行校正，从而减少风力发电机的振动和额外负载，提高发电效率，减少不平衡引起的磨损和损伤，可以有效延长风力发电机的使用寿命最终可以避免因振动过大导致的设备损坏和安全事故的发生。