用于风力发电机组的激光器、对风方法、装置及系统

摘要

本发明实施例提供一种用于风力发电机组的激光器、对风方法、装置及系统。其中,风力发电机组的对风方法中风力发电机组包括机舱和安装于所述机舱的机舱尾部的风向标，风向标上安装发射头的仰角可调的激光器，该方法包括：所述激光器朝向地面发射激光束，所述激光束的水平投影与所述风向标的N‑S连线的水平投影平行或重合；获取所述机舱指向所述地面上的激光照射点的连线的第一方位角；根据所述第一方位角与所述机舱的机舱头和机舱尾的连线的第二方位角的差值调整所述风力发电机组的偏航系统，使得所述风力发电机组精确对风。本发明提供的对风方法能够使偏航系统精准对风，进而提高风力发电机组的发电量。

权利要求

1.一种风力发电机组的对风方法，所述风力发电机组包括机舱和安装在所述机舱的机舱尾部的风向标，其特征在于，所述风向标上安装用于风力发电机组的激光器，所述激光器包括激光器本体、安装在所述激光器本体上的发射头以及与所述发射头连接的用于调整所述发射头仰角的仰角调整机构，所述方法包括：所述激光器朝向地面发射激光束，所述激光束的水平投影与所述风向标的N-S连线的水平投影平行或重合；

获取所述机舱指向所述地面上的激光照射点的连线的第一方位角；

根据所述第一方位角与所述机舱的机舱头和机舱尾的连线的第二方位角的差值调整所述风力发电机组的偏航系统，使得所述风力发电机组精确对风。

2.根据权利要求1所述的对风方法，其特征在于，所述方法还包括：生成无线控制信号，所述无线控制信号用于触发所述激光器发射激光束。

3.根据权利要求1或2所述的对风方法，其特征在于，所述方法还包括：获取所述机舱的第一位置信息和所述激光照射点的第二位置信息；

根据所述第一位置信息和第二位置信息获取所述机舱指向所述地面上的激光照射点的连线。

4.根据权利要求1或2所述的对风方法，其特征在于，所述方法还包括：预存所述机舱的第一位置信息。

5.根据权利要求4所述的对风方法，其特征在于，所述方法还包括：获取所述激光照射点的第二位置信息；

根据预存的所述第一位置信息和获取的第二位置信息获取所述机舱指向所述地面上的激光照射点的连线。

6.一种风力发电机组的对风装置，所述风力发电机组包括机舱和安装在所述机舱的机舱尾部的风向标，其特征在于，所述风向标上安装用于风力发电机组的激光器，所述激光器包括激光器本体、安装在所述激光器本体上的发射头以及与所述发射头连接的用于调整所述发射头仰角的仰角调整机构，所述激光器朝向地面发射激光束，所述激光束的水平投影与所述风向标的N-S连线的水平投影平行或重合；所述装置包括：第一方位角获取单元，用于获取所述机舱指向所述地面上的激光照射点的连线的第一方位角；

偏航调整单元，用于根据所述第一方位角与所述机舱的机舱头和机舱尾的连线的第二方位角的差值调整所述风力发电机组的偏航系统，使得所述风力发电机组精确对风。

7.根据权利要求6所述的对风装置，其特征在于，所述装置还包括：无线控制单元，用于生成无线控制信号，所述无线控制信号用于触发所述激光器发射激光束。

8.根据权利要求6所述的对风装置，其特征在于，所述装置还包括：位置信息获取单元，用于获取所述机舱的第一位置信息和所述激光照射点的第二位置信息；

第一连线获取单元，用于根据所述第一位置信息和第二位置信息获取所述机舱指向所述地面上的激光照射点的连线。

9.根据权利要求6所述的对风装置，其特征在于，所述装置还包括：存储单元，用于预存所述机舱的第一位置信息。

10.根据权利要求9所述的对风装置，其特征在于，所述装置还包括：激光照射点位置信息获取单元，用于获取所述激光照射点的第二位置信息；

第二连线获取单元，用于根据预存的所述第一位置信息和获取的第二位置信息获取所述机舱指向所述地面上的激光照射点的连线。

11.根据权利要求6至10任一项所述的对风装置，其特征在于，所述对风装置集成在所述风力发电机组的主控制器中，或者，所述对风装置集成在所述风力发电机组的PLC中，或者，所述对风装置集成在移动设备中，或者，所述对风装置集成在云平台中。

12.一种风力发电机组的风向标对风系统，其特征在于，所述系统包括：激光器、地面位置测量设备、卫星定位定向装置和如权利要求6至11任一项所述的对风装置，所述激光器、地面位置测量设备和卫星定位定向装置分别与所述对风装置通信连接，所述激光器用于向地面发射激光束，所述地面位置测量设备用于测量所述激光照射点的第二位置信息，所述卫星定位定向装置用于测量所述机舱的机舱头和机舱尾的连线的第二方位角。

13.根据权利要求12所述的风向标对风系统，其特征在于，所述卫星定位系统还用于测量所述机舱的第一位置信息。

说明书

用于风力发电机组的激光器、对风方法、装置及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种用于风力发电机组的激光器、对风方法、装置及系统。

背景技术

[0002] 随着经济和科技的发展，人们对能源，特别是清洁能源的需求不断提高。近年来，风力发电技术得到快速发展。风力发电技术是将风能转换成电能的技术。在风力发电机组中，偏航系统根据风向标测量的风向与机舱中心线的偏差角进行偏航对风，风机准确地对准主风向是保证风机能够最大限度地发电的重要因素，风向标状态的好坏因此也直接影响着风机的发电效率。此外，风向标N-S连线与机舱中心线平行是最基本的风向标安装要求，同时也是机组运行期间对风向标的基本要求。

[0003] 然而，在目前的安装过程中，很难调整N-S连线与机舱中心线精确平行，在运行期间也难以观察出N-S连线与机组中线是否严格平行，而在近距离地校准在风向标的状态时，往往需要运维人员爬到几十米甚至是百米的风机顶端，对于运维人员的体力以及人身安全都是极大的考验。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种用于风力发电机组的激光器、对风方法、装置及系统，以提高风力发电机组的对风精度。

[0005] 根据本发明的一方面，本发明提供一种用于风力发电机组的激光器，所述激光器包括激光器本体和安装在所述激光器本体上的发射头，还包括与所述发射头连接的仰角调整机构，所述仰角调整机构用于调整所述发射头的仰角。

[0006] 根据本发明的另一方面，本发明提供一种风力发电机组的风向标对风方法，所述风力发电机组包括机舱和安装在所述机舱的机舱尾部的风向标，所述风向标上安装上述的用于风力发电机组的激光器，所述方法包括：所述激光器朝向地面发射激光束，所述激光束的水平投影与所述风向标的N-S连线的水平投影平行或重合；获取所述机舱指向所述地面上的激光照射点的连线的第一方位角；根据所述第一方位角与所述机舱的机舱头和机舱尾的连线的第二方位角的差值调整所述风力发电机组的偏航系统，使得所述风力发电机组精确对风。

[0007] 进一步地，所述方法还包括：生成无线控制信号，所述无线控制信号用于触发所述激光器发射激光束。

[0008] 进一步地，所述方法还包括：获取所述机舱的第一位置信息和所述激光照射点的第二位置信息；根据所述第一位置信息和第二位置信息获取所述机舱指向所述地面上的激光照射点的连线。

[0009] 进一步地，所述方法还包括：预存所述机舱的第一位置信息。

[0010] 进一步地，所述方法还包括：获取所述激光照射点的第二位置信息；根据预存的所述第一位置信息和获取的第二位置信息获取所述机舱指向所述地面上的激光照射点的连线。

[0011] 根据本发明的又一方面，本发明提供一种风力发电机组的风向标对风装置，所述风力发电机组包括机舱和安装在所述机舱的机舱尾部的风向标，所述风向标上安装上述的用于风力发电机组的激光器，所述激光器朝向地面发射激光束，所述激光束的水平投影与所述风向标的N-S连线的水平投影平行或重合；所述装置包括：第一方位角获取单元，用于获取所述机舱指向所述地面上的激光照射点的连线的第一方位角；偏航调整单元，用于根据所述第一方位角与所述机舱的机舱头和机舱尾的连线的第二方位角的差值调整所述风力发电机组的偏航系统，使得所述风力发电机组精确对风。

[0012] 进一步地，所述装置还包括：无线控制单元，用于生成无线控制信号，所述无线控制信号用于触发所述激光器发射激光束。

[0013] 进一步地，所述装置还包括：位置信息获取单元，用于获取所述机舱的第一位置信息和所述激光照射点的第二位置信息；第一连线获取单元，用于根据所述第一位置信息和第二位置信息获取所述机舱指向所述地面上的激光照射点的连线。

[0014] 进一步地，所述装置还包括：存储单元，用于预存所述机舱的第一位置信息。

[0015] 进一步地，所述装置还包括：激光照射点位置信息获取单元，用于获取所述激光照射点的第二位置信息；第二连线获取单元，用于根据预存的所述第一位置信息和获取的第二位置信息获取所述机舱指向所述地面上的激光照射点的连线。

[0016] 进一步地，所述对风装置集成在所述风力发电机组的主控制器中，或者，所述对风装置集成在所述风力发电机组的PLC中，或者，所述对风装置集成在移动设备中，或者，所述对风装置集成在云平台中。

[0017] 根据本发明的另一方面，本发明提供一种风力发电机组的风向标对风系统，所述系统包括激光器、地面位置测量设备、卫星定位定向装置和上述的对风装置，所述激光器、地面位置测量设备和卫星定位定向装置分别与所述对风装置通信连接，所述激光器用于向地面发射激光束，所述地面位置测量设备用于测量所述激光照射点的第二位置信息，所述卫星定位定向装置用于测量所述机舱的机舱头和机舱尾的连线的第二方位角。

[0018] 进一步地，所述卫星定位系统还用于测量所述机舱的第一位置信息。

[0019] 采用本发明提供的用于风力发电机组的激光器、对风方法、装置及系统，可以在不需要运维人员上升到风力发电机机组顶部的情况下，准确检查风向标的方向状态，以使偏航系统精准对风，进而提高风力发电机组的发电量。

附图说明

[0020] 图1是本发明实施例一的激光器结构示意图；

[0021] 图2是本发明实施例二的对风方法原理平面图；

[0022] 图3是本发明实施例二的风向标对风方法的流程图；

[0023] 图4是本发明实施例三的风向标对风装置的结构框图；

[0024] 图5是本发明实施例四的风向标对风装置的结构框图。

[0025] 附图标记说明：

[0026] 1-发射头；2-仰角调整机构；3-激光器本体；4-机舱；5-第一方位角；6-第二方位角；7-差值；8-地面测定点；9-连线。

具体实施方式

[0027] 本发明的设计思路是，使用激光器发射激光束，该激光束的水平投影与风向标的N-S连线的水平投影平行或重合，通过测定机舱的位置到激光束落地点的位置的第一方位角，再将第一方位角与与机舱的机舱尾至机舱头的第二方位角之间比较，根据二者的该差值来调整发电机组的偏航系统，从而实现风力发电机组精确对风。

[0028] 如图2所示的是本发明实施例的对风方法原理平面图。

[0029] 风向标安装在机舱4上，激光器安装在风向标上，使用激光器4向地面测定点8发射激光束，该激光束的连线9如图2所示。连线9的水平投影与正北方向的夹角即是第一方位角5。机舱4的机舱头和机舱尾的连线9在水平方向上投影与正北方向的夹角为第二方位角6。
差值7为第一方位角5和第二方位角6之间的差。将差值7传送给风力发电机组的主控系统，主控系统根据差值7的信息对机组的偏航系统进行控制以调节补偿差值7，从而实现智能化、自动化地精确对准主风向。

[0030] 下面结合附图对本发明示例性实施例的用于风力发电机组的激光器、对风方法、装置及系统进行详细描述。

[0031] 实施例一

[0032] 图1是本发明实施例一的激光器结构示意图，其中虚线部分表示仰角可以调整。

[0033] 在图1中，根据本发明实施例的用于风力发电机组的激光器，包括激光器本体3、安装在激光器本体3上的发射头1以及与发射头1连接的仰角调整机构2。

[0034] 由于激光的光斑扩散小，不易受周围光线影响，相对于其他光束来说，采用激光器发射激光束使得操作过程的可视化程度更高并且更加精确。

[0035] 发射头1用于发射激光束，通过设定激光束的水平投影与风向标N-S连线的投影平行和重合，该激光束被用于测定风向标N-S连线的方位角。

[0036] 仰角调整机构2可调整激光器的仰角，并且调整仰角时，发射头1向不同的方向发射的激光束投射到水平面上的投影在同一条直线上。因此，在测定风向标N-S连线的方位角时，不论仰角大小如何，均能保证光束在水平投影与N-S连线在水平面上的投影处在同一条直线上。

[0037] 此外，仰角调整机构安装在风向标的上方，并带有紧固锁紧螺钉，一旦激光器仰角调整完毕，可随即锁紧，从而避免激光器发射的光束的水平投影方向变化。这样使得在风向标初次安装时能够进行仰角调整操作，一旦调整完毕锁紧后不必再次调整。

[0038] 采用紧固锁紧螺钉设计，可以使得调整激光照射到地面的位置时避开障碍物或者在调整完毕后锁紧激光器，从而避免了因仰角不合理导致该激光器所发出的光束投射到障碍物上而不是投射到地面上；另外也可以满足不同型号、不同高度的风机需求，使得激光器用于测定风向标N-S连线的方位角时能够普遍适用于各个机型。

[0039] 该激光器具有无线通信功能，维护人员可以利用手机或其他设备中安装的能够开关该激光器的通信软件来生成无线控制信号，并将无线控制信号发送至激光器的接收器(未示出)，来触发激光器发射激光束或者关闭激光器。从而，运维人员在进行检测时，只要按下开关即可随时对风向标进行检测，同时，检测结束后再次按开关即可关闭激光器。

[0040] 实施例二

[0041] 图2是本发明实施例二的对风方法原理平面图。图3是本发明实施例二的风向标对风方法的流程图。下面根据图2和图3对本发明实施例二的风力发电机组的风向标对风方法进行描述。

[0042] 风力发电机组包括机舱4，风向标安装于机舱4的机舱尾部，风向标上安装如实施例一的用于风力发电机组的激光器，该风向标对风方法包括以下步骤：

[0043] 步骤S110，激光器朝向地面发射激光束，激光束的水平投影与风向标的N-S连线的水平投影平行或重合。

[0044] 具体地，在S110步骤中，包括生成无线控制信号，无线控制信号用于触发所述激光器发射激光束。该激光束的水平投影与风向标的N-S连线的水平投影平行或重合。

[0045] 在步骤S120中，获取机舱指向地面上的激光照射点的连线的第一方位角，其中获取机舱的第一位置信息和激光照射点的第二位置信息，根据第一位置信息和第二位置信息获取机舱指向地面上的激光照射点的连线。

[0046] 由于风机的地理坐标是固定不变的常量，可以通过GPS或北斗全球定位系统获得机舱的坐标信息，即，第一位置信息。作为一种替代，该第一位置信息可被预先储存在云平台中，也可预存储在风力发电机组主控柜PLC、数据存储主机或者检测人员的手机的存储器中，上述存储位置也可以存储其他数据。在激光器照射到地面时，检测人员通过地面位置测量设备，如手机，放到激光束在地面的照射点位置，与此同时利用GPS或北斗全球定位系统，可以在地面上得到该时刻检测人员所处的地理位置坐标，即第二位置信息，并通过手机的移动网络将该坐标信息上传至云平台，如果第一位置信息未预先存储在云平台中，也将第一位置信息发送至云平台中，在云平台中，基于第一位置信息与第二位置信息，计算出第一位置和第二位置之间的连线与正北方向之间的夹角，即连线9与正北方向之间的夹角，这里称之为第一方位角5，即风向标N-S连线方位角。

[0047] 在步骤S130中，根据第一方位角与机舱的机舱头和机舱尾的连线的第二方位角的差值调整风力发电机组的偏航系统，使得风力发电机组精确对风。

[0048] 通过安装在机舱顶的卫星定位定向仪能够检测出机舱中心线与正北方向的夹角，这里称为第二方位角6，同样将第二方位角6传输到云平台，并在云平台中计算第二方位角6与第一方位角5之间的差值7，并将差值7的信息传递给风力发电机组主控系统，主控系统根据差值7的信息来进行对机组的偏航系统进行智能化控制，以调节补偿差值7，从而实现智能化、自动化的精确对准主风向。

[0049] 控制方法具体如下：

[0050] 当差值7等于0时，说明此时的N-S连线在水平面的投影与风机中线在水平面的投影平行或重合，机组能够精确地对准风向，此时，退出控制。

[0051] 当差值7不等于0时，说明此时的N-S连线在水平面的投影与机舱中心线的水平投影不平行，此时机组主控系统中的控制模块利用神经网络、蚁群算法等智能控制算法进行补偿，补偿的角度为第一方位角5与第二方位角6之间的差值7，主控系统随即通过对机组偏航系统进行控制来调剂该补偿的角度。偏航补偿之后，退出控制。然后方法结束。

[0052] 实施例三

[0053] 图4是本发明实施例三的风向标对风装置的结构框图。

[0054] 参照图4，一种风力发电机组的风向标对风装置，其中风力发电机组包括机舱，风向标安装于机舱的机舱尾部，风向标上安装实施例一的用于风力发电机组的激光器，激光器朝向地面发射激光束，激光束的水平投影与风向标的N-S连线的水平投影平行或重合。风向标对风装置包括：无线控制单元(未示出)、位置信息获取单元410、第一连线获取单元420、第一方位角获取单元430和偏航调整单元440。

[0055] 无线控制单元，用于生成无线控制信号以发送至激光器，以触发激光器朝向地面发射激光束，激光束的水平投影与风向标的N-S连线的水平投影平行或重合。

[0056] 检测人员在地面通过无线控制单元生成无线控制信号，无线控制信号被传输至激光器，用于触发激光器发射激光束，激光束的水平投影与风向标的N-S连线的水平投影平行或重合。

[0057] 在激光器将激光束照射在地面上时，位置信息获取单元410用于获取机舱的第一位置信息和激光照射点的第二位置信息，并将其传送给第一连线获取单元420。

[0058] 由于风机的地理坐标是固定不变的常量，位置信息获取单元410可以通过GPS或北斗全球定位系统获得风机的坐标信息，即，第一位置信息。在激光器照射到地面时，位置信息获取单元410可获取该时刻的激光在地面上的照射点处的信息，即第二位置信息，并通过以上的通信方式将第一位置信息和第二位置信息传送至第一连线获取单元420。

[0059] 基于所接收的第一位置信息和第二位置信息，第一连线获取单元420获取机舱指向地面上的激光照射点的第一连线，即，图2中所示的连线9，并将结果传送至第一方位角获取单元430。

[0060] 第一方位角获取单元430，基于所接收的由第一连线获取单元420计算出第一位置8和第二位置之间的连线，计算第一连线与正北方向N之间的夹角作为第一方位角，即连线9与正北方向之间的夹角，这里称之为第一方位角5，即N-S连线方位角

[0061] 偏航调整单元440，根据所接收的第一方位角5与机舱的机舱头和机舱尾的连线的第二方位角6的差值7，根据如上的控制方法，调整风力发电机组的偏航系统，使得风力发电机组精确对风。

[0062] 对风装置可以集成在风力发电机组的主控制器中，或者，对风装置可以集成在风力发电机组的PLC中，或者，对风装置可以集成在移动设备中，或者，对风装置可以集成在云平台中。

[0063] 实施例四

[0064] 图5是本发明实施例四的风向标对风装置的结构框图。

[0065] 参照图5，一种风力发电机组的风向标对风装置，其中风力发电机组包括机舱，风向标安装于机舱的机舱尾部，风向标上安装实施例一的用于风力发电机组的激光器，激光器朝向地面发射激光束，激光束的水平投影与风向标的N-S连线的水平投影平行或重合。风向标装置包括：无线控制单元(未示出)、存储单元510、激光照射点位置信息获取单元520、第二连线获取单元530、第一方位角获取单元540和偏航调整单元550。

[0066] 无线控制单元，用于生成无线控制信号以发送至激光器，以触发激光器朝向地面发射激光束，激光束的水平投影与风向标的N-S连线的水平投影平行或重合。检测人员在地面通过无线控制单元生成无线控制信号，无线控制信号被传输至激光器，用于触发激光器发射激光束，激光束的水平投影与风向标的N-S连线的水平投影平行或重合。

[0067] 在激光器将激光束照射在地面上时，激光照射点位置信息获取单元520用于通过GPS或北斗定位系统获取激光照射点8的第二位置信息，并将其传送给第二连线获取单元530。

[0068] 由于风机的地理坐标是固定不变的常量，风机的坐标信息，即，第一位置信息可以预先存储在存储单元510中。并且在风向标对风期间，存储单元510将其发送给第二连线获取单元530。

[0069] 基于所接收的第一位置信息和第二位置信息，第二连线获取单元530获取机舱指向地面上的激光照射点的第二连线，即，图2中所示的连线9，并将结果传送至第一方位角获取单元540。

[0070] 第一方位角获取单元540，基于所接收的由第二连线获取单元530计算出第一位置8和第二位置之间的连线，计算第二连线与正北方向N之间的夹角作为第一方位角，即连线9与正北方向之间的夹角，这里称之为第一方位角5，即N-S连线方位角。

[0071] 偏航调整单元550，根据所接收的第一方位角与机舱的机舱头和机舱尾的连线的第二方位角6的差值，调整风力发电机组的偏航系统，使得风力发电机组精确对风。

[0072] 对风装置可以集成在风力发电机组的主控制器中，或者，对风装置可以集成在风力发电机组的PLC中，或者，对风装置可以集成在移动设备中，或者，对风装置可以集成在云平台中。

[0073] 实施例五

[0074] 一种风力发电机组的风向标对风系统，包括激光器、地面位置测量设备、卫星定位定向装置和实施例三或四中的的对风装置，激光器、地面位置测量设备和卫星定位定向装置分别与对风装置通信连接，激光器用于向地面发射激光束，地面位置测量设备可用于测量激光照射点的第二位置信息，卫星定位定向装置用于测量机舱的机舱头和机舱尾的连线的第二方位角。

[0075] 卫星定位系统还用于测量机舱的第一位置信息。

[0076] 采用本发明提供的用于风力发电机组的激光器、对风方法、装置及系统，可以在不需要运维人员上升到风力发电机机组顶部的情况下准确检查风向标的方向状态，以使偏航系统精准对风，进而提高风力发电机组的发电量。

[0077] 以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。