風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)冰檢測系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片結(jié)冰檢測 系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能作為綠色可再生能源，在傳統(tǒng)能源日益減少的今天越來越受到關(guān)注，風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組（以下簡稱風(fēng)機(jī)）的單機(jī)容量也在向著大型化方向發(fā)展，以提高風(fēng)能利用率。風(fēng)機(jī) 在結(jié)構(gòu)組成上一般包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)和塔筒三大部分。風(fēng)機(jī)工作在風(fēng)能資源比較豐富的地 區(qū)，在空氣溫度較低或者濕度較大的情況下，風(fēng)機(jī)葉片上可能發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰 將導(dǎo)致葉片的氣動特性發(fā)生改變，降低風(fēng)機(jī)的工作效率，減少功率的輸出，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致 風(fēng)機(jī)停機(jī)，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，由于葉片結(jié)冰增大了風(fēng)機(jī)的負(fù)載，也是影響風(fēng) 機(jī)安全可靠運(yùn)行的主要因素之一。因此，能夠有效準(zhǔn)確地檢測風(fēng)機(jī)葉片的結(jié)冰狀況，對于風(fēng) 機(jī)發(fā)電系統(tǒng)意義重大。
[0003] 然而，目前的結(jié)冰檢測技術(shù)是利用不同類型的風(fēng)速計(jì)算出信號的偏差來判定風(fēng)機(jī) 結(jié)冰狀況。這些檢測風(fēng)電機(jī)組葉片結(jié)冰狀況的方法，可能出現(xiàn)葉片未結(jié)冰而誤判為葉片結(jié) 冰的情況出現(xiàn)，也可能會出現(xiàn)葉片已經(jīng)結(jié)冰但未達(dá)到嚴(yán)重程度而誤判為葉片未結(jié)冰的情 況，因此結(jié)果的可靠性較差、極易發(fā)生誤判。如果出現(xiàn)誤判情況，將嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)的發(fā)電效 率和使用壽命。因此，如何有效而準(zhǔn)確的檢測葉片結(jié)冰狀況，是目前亟待解決的問題，具有 重大的工程應(yīng)用價(jià)值。
[0004] 在最接近的現(xiàn)有技術(shù)中，由南京風(fēng)電科技有限公司于2012年03月15日申請，并 于2012年07月18日公開，公開號CN102588223A的中國發(fā)明專利申請《一種可進(jìn)行結(jié)冰檢 測的風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其結(jié)冰檢測方法》，公開了一種通過溫度傳感器和濕度傳感器檢測機(jī)艙 外溫度和濕度來檢測風(fēng)機(jī)葉片是否結(jié)冰的方法。該方法雖然簡單易行，成本也不高，但是僅 僅通過溫度傳感器和濕度傳感器來進(jìn)行風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰檢測，其準(zhǔn)確性和可靠性都不高，容 易造成誤判。
[0005] 因此，需要提出一種更加準(zhǔn)確和可靠的結(jié)冰檢測技術(shù)方法以解決上述技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)冰檢測系統(tǒng)及其方 法，能夠較為準(zhǔn)確的檢測風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰情況，檢測準(zhǔn)確、可靠性高、成本低。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)冰檢測系統(tǒng) 的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)冰檢測系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)監(jiān)測單元、控制單元、溫 度傳感器、速度傳感器和風(fēng)速風(fēng)向儀。所述數(shù)據(jù)監(jiān)測單元通過所述溫度傳感器檢測機(jī)艙外 的環(huán)境溫度，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測單元通過所述風(fēng)速風(fēng)向儀檢測實(shí)時(shí)風(fēng)速，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測單元通 過所述速度傳感器檢測實(shí)時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，將實(shí)時(shí)風(fēng)速和實(shí)時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速輸入所述控制單元，并 通過所述控制單元提供的風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)輸出功率形成實(shí)時(shí)功率曲線點(diǎn)。所述控制單元通過比較 所述實(shí)時(shí)功率曲線點(diǎn)和風(fēng)機(jī)未結(jié)冰時(shí)的運(yùn)行功率曲線判斷風(fēng)機(jī)葉片是否結(jié)冰。
[0008] 優(yōu)選的，當(dāng)所述風(fēng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)下，首先通過機(jī)艙外的溫度傳感器檢測環(huán)境溫 度，若環(huán)境溫度大于零攝氏度，則判定所述風(fēng)機(jī)葉片未結(jié)冰；若環(huán)境溫度小于零攝氏度，所 述控制單元對實(shí)時(shí)功率曲線點(diǎn)進(jìn)行檢測，通過計(jì)算實(shí)時(shí)功率曲線點(diǎn)與風(fēng)機(jī)葉片未結(jié)冰時(shí)的 運(yùn)行功率曲線的偏差來判斷風(fēng)機(jī)葉片是否結(jié)冰；若實(shí)時(shí)功率曲線點(diǎn)與風(fēng)機(jī)葉片未結(jié)冰時(shí)的 運(yùn)行功率曲線的偏差超過預(yù)設(shè)定的范圍，則判定所述風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰，若實(shí)時(shí)功率曲線點(diǎn)與 風(fēng)機(jī)葉片未結(jié)冰時(shí)的運(yùn)行功率曲線的偏差未超過預(yù)設(shè)定的范圍，則判定所述風(fēng)機(jī)葉片未結(jié) 冰。
[0009] 優(yōu)選的，所述檢測系統(tǒng)還包括葉片質(zhì)量檢測單元，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測單元通過葉片質(zhì) 量檢測單元檢測風(fēng)機(jī)葉片的實(shí)時(shí)質(zhì)量，所述控制單元通過比較所述實(shí)時(shí)葉片質(zhì)量和風(fēng)機(jī)處 于停機(jī)狀態(tài)下，且所述葉片未結(jié)冰時(shí)通過所述葉片質(zhì)量檢測單元檢測到的葉片質(zhì)量判斷風(fēng) 機(jī)葉片是否結(jié)冰。
[0010] 優(yōu)選的，當(dāng)所述風(fēng)機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)下，首先通過機(jī)艙外的溫度傳感器檢測環(huán)境溫 度，若環(huán)境溫度大于零攝氏度，則判定風(fēng)機(jī)葉片未結(jié)冰；若環(huán)境溫度小于零攝氏度，所述控 制單元計(jì)算所述葉片質(zhì)量檢測單元檢測到的實(shí)時(shí)葉片質(zhì)量與所述風(fēng)機(jī)葉片未結(jié)冰時(shí)的葉 片質(zhì)量之間的偏差來判定所述風(fēng)機(jī)葉片是否結(jié)冰；若所述葉片質(zhì)量檢測單元檢測到的實(shí)時(shí) 葉片質(zhì)量與所述風(fēng)機(jī)葉片未結(jié)冰時(shí)的葉片質(zhì)量之間的差值超過預(yù)設(shè)定的范圍，則所述控制 單元判定所述風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰；若所述葉片質(zhì)量檢測單元檢測到的實(shí)時(shí)葉片質(zhì)量與所述風(fēng)機(jī) 葉片未結(jié)冰時(shí)的葉片質(zhì)量的差值未超過預(yù)設(shè)定的范圍，則所述控制單元判定所述風(fēng)機(jī)葉片 未結(jié)冰。
[0011] 本發(fā)明還另外具體提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)冰檢測方法的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案， 一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)冰檢測方法，包括以下步驟：
[0012] S100 :檢測機(jī)艙外的環(huán)境溫度，并判斷機(jī)艙外的環(huán)境溫度是否小于零攝氏度，如果 否，持續(xù)檢測，如果是，則進(jìn)入下一步驟；
[0013] S101 :檢測實(shí)時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，并判斷風(fēng)輪轉(zhuǎn)速是否大于零，如果是，則進(jìn)入步驟 S102,如果否，則進(jìn)入步驟S103 ;
[0014] S102 :檢測實(shí)時(shí)風(fēng)速，根據(jù)實(shí)時(shí)風(fēng)速和實(shí)時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，以及風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)輸出功率形 成實(shí)時(shí)功率曲線點(diǎn)，并與風(fēng)機(jī)未結(jié)冰時(shí)的運(yùn)行功率曲線進(jìn)行比較，如果其差值超出預(yù)設(shè)偏 差值，則判斷所述風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰，如果否，則判斷所述風(fēng)機(jī)葉片未結(jié)冰，并繼續(xù)執(zhí)行步驟 S102 ；
[0015] S103 :檢測風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)葉片質(zhì)量，并與所述風(fēng)機(jī)未結(jié)冰時(shí)的葉片質(zhì)量進(jìn)行比較，如 果其差值超出預(yù)設(shè)偏差值，則判斷所述風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰，如果否，則繼續(xù)執(zhí)行步驟S103。
[0016] 通過實(shí)施上述本發(fā)明提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)冰檢測系統(tǒng)及其方法，具有如下 技術(shù)效果：本發(fā)明針對目前結(jié)冰檢測技術(shù)穩(wěn)定性和可靠性不高的缺陷，能夠針對風(fēng)機(jī)處于 停機(jī)和運(yùn)行狀態(tài)下，分別采用不同的方法進(jìn)行檢測，檢測準(zhǔn)確、可靠性高、成本較低。
【附圖說明】
[0017] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的具體實(shí)施例。
[0018] 圖1是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)冰檢測裝置一種【具體實(shí)施方式】的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框 圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)冰檢測方法一種【具體實(shí)施方式】的程序流程圖；
[0020]圖3是1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)冰與未結(jié)冰時(shí)功率曲線隨風(fēng)速變化的對比示意 圖；
[0021] 圖4是1. 5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)冰與未結(jié)冰時(shí)功率曲線隨風(fēng)輪轉(zhuǎn)速變化的對比 不意圖；
[0022] 圖中：1-數(shù)據(jù)監(jiān)測單元，2-控制單元，3-溫度傳感器，4-速度傳感器，5-風(fēng)速風(fēng)向 儀，6-葉片質(zhì)量檢測單元。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅 僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范 圍。
[0024] 如附圖1至附圖4所示，給出了本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)冰檢測系統(tǒng)及其方法 的具體實(shí)施例，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025] 為了克服目前風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰檢測系統(tǒng)和方法存在的準(zhǔn)確性和可靠性都不高，容易 造成誤判的技術(shù)缺陷，更加準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰檢測，如附圖1所示，一種風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)冰檢測系統(tǒng)的具體實(shí)施例，包括：數(shù)據(jù)監(jiān)測單元1、控制單元2、溫度傳感器 3、速度傳感器4和風(fēng)速風(fēng)向儀5。數(shù)據(jù)監(jiān)測單元1通過溫度傳感器3檢測機(jī)艙外的環(huán)境溫 度，數(shù)據(jù)監(jiān)測單元1通過風(fēng)速風(fēng)向儀5檢測實(shí)時(shí)風(fēng)速，數(shù)據(jù)監(jiān)測單元1通過速度傳感器4檢 測實(shí)時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，將實(shí)時(shí)風(fēng)速和實(shí)時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速輸入控制單元2,并通過控制單元2提供的風(fēng) 機(jī)實(shí)時(shí)輸出功率形成實(shí)時(shí)功率曲線點(diǎn)。在風(fēng)機(jī)葉片未結(jié)冰時(shí)，將風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率曲線輸入 控制單元2,作為比較標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，控制單元2通過比較實(shí)時(shí)功率曲線點(diǎn)和風(fēng)機(jī)未 結(jié)冰時(shí)的運(yùn)行功率曲線判斷風(fēng)機(jī)葉片是否結(jié)冰。
[0026] 風(fēng)機(jī)葉片在運(yùn)行情況下結(jié)冰，其風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動慣量J和負(fù)載轉(zhuǎn)矩IY都將發(fā)生變化， 根據(jù)公式：7；-1；風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)功率曲線點(diǎn)將偏離風(fēng)機(jī)葉片未結(jié)冰時(shí)的運(yùn)行功率曲 at 線一定的范圍。其中，l為風(fēng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，I；為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，j為風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動慣量，《為風(fēng)輪 轉(zhuǎn)速，從公式中可以看出，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動慣量j和負(fù)載轉(zhuǎn)矩I；將直接導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩I；發(fā) 生變化，從而