1.产品概况

近年来，风机容量不断增加，叶轮直径、叶片长度也朝着更大更长的方向发展。进而使机组重量也逐渐增加。并且由于风剪切、湍流、塔影、风突变等问题，极易导致叶轮面的气动载荷不均衡，增加叶片、传动系、塔架等大部件的疲劳与极限载荷，导致叶片与塔架净空减小，此时极易导致叶片扫塔问题的发生。严重时可能会发生倒塔事故。因此，如何通过控制的手段降低极限载荷和增加净空已经成为限制大叶轮直径机组开发及塔架减重的重点与难点。

叶片载荷的测量可在以下应用场景进行应用：

1）IPC独立变桨控制：由于风剪切、塔影效应、湍流等外界存在因素的影响，叶轮面内的气动载荷不均衡，导致叶片、传动系、塔架等部件疲劳与极限载荷增加。则可以通过IPC独立变桨控制的手段降低极限载荷，而叶片载荷测量技术作为IPC前端的输入

2) 叶片防扫塔、防倒塔控制保护：由于叶片逐渐变大、逐渐变柔，叶片超极限载荷后引起的扫塔、倒塔事故频繁发生，对叶片载荷的监测，当机组叶片载荷超过安全阈值后，进行预警，提高机组的安全性。降低由于气动环境因素导致的整机安全事故的发生，避免重大经济损失。 

3) 叶轮不平衡监测：由于机组在前期吊装过程中存在叶片零刻度线误差问题，部分机组在运行过程中会存在叶轮不平衡现象。叶轮不平衡会增加机组的极限载荷及疲劳载荷。通过对叶片载荷的监测，可对叶轮不平衡问题进行识别。

4) 寿命评估：对风机的叶片载荷的测量，实现对风机剩余疲劳寿命的评估及预测，对风机控制调度进行有效优化，延长机组服役期限，可实现风电场最高经济效益。

  2.系统原理

叶片载荷监测系统每支叶片叶根安装3支光纤载荷传感器，测量风机叶片的应变。光纤载荷传感器测得的应变数据通过尾端光纤进入光纤接线盒。通过接线盒与轮毂监测柜的连接光纤，传递给安装于轮毂监测柜中的光纤解调仪，将光信号解调为电信号。解调仪的输出信号通过CANopen或RS485总线传递给轮毂边缘采集单元中，轮毂边缘采集单元将载荷传感器信号通过无线接入到风机环网，最终传递给上位机系统。上位机系统进行载荷计算、展示、预警及存储。

图 1 叶片载荷监测系统拓扑图