[发明专利]一种风力发电机组叶片覆冰量测量方法

说明书

本发明提供的一种风力发电机组叶片覆冰量测量方法，利用在叶片叶根处安装的光纤光栅传感器阵列，并利用温度传感器进行温度补偿，不仅可以准确地获得测量位置处的应变及叶根截面弯矩值，进而准确地计算出叶片覆冰质量大小，同时由于光纤光栅应变传感器的采用，可有效地避免恶劣电磁环境、昼夜高低温对测量结果的影响。

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组叶片覆冰状况监测方法，尤其涉及一种风力发电机组叶片覆冰量测量方法。

背景技术

目前，我国的风资源基本分布在冰天雪地的北方以及湿气非常大的南方，环境均极其恶劣。风力发电机组在摄氏零度以下低温条件下运行时，如果遇到潮湿空气、雨水、盐雾、冰雪，特别是遇到过冷却水滴时，常常会发生冻冰现象。风力发电机组叶片覆冰后，会对风力发电机组的正常运行造成严重的危害。

叶片覆冰后会产生较大的冰载，大大降低叶片的使用寿命。同时，由于加载在每个叶片上的冰载荷不尽相同，使得风力发电组的不平衡载荷增大，若机组继续运行，对机组将产生极大的危害；若停机，则机组的利用率大大降低。

叶片表面覆冰后，在各个位置的翼型均有不同程度的变化，影响了翼型的升阻力系数，将极大地影响了机组的出力，降低了机组的发电效率。另一方面，叶片表面覆冰后，如果温度升高，冰块脱落，伴随着极高的叶尖转速，会对临近的机组和人员构成安全威胁。

风电场针对叶片覆冰采取的措施通常有两种方式，

其一：停运叶片覆冰的风力发电机组，待叶片表的覆冰融化情况重新启动风力发电机组。该种方式的缺点：需要人工判断覆冰情况，据此来判断是否需要停机和启动，人为因素干扰大，不准确，存在严重的安全隐患等。

其二，通过电阻式应变传感器等监测风力发电机组的叶片覆冰情况，然而由于风力发电机组自身结构及运行环境极其恶劣而无法正常运行，诸如在雷击，盐雾，昼夜高低温，强电磁干扰等状况下极易失效；同时，该类传感器接线复杂，不易于大容量组网测量。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术存在的缺陷，提供一种能防止电磁干扰并准确的测量叶片覆冰量的风力发电机组叶片覆冰量测量方法。

为实现上述目的，本发明一种风力发电机组叶片覆冰量测量方法，应用在水平轴风力发电机组上，包括：

步骤1：将四光纤光栅传感器面板组成的一光纤光栅传感器阵列布设在叶片叶根截面所在圆周上的四个测量点，其中，两相对测量点为穿过圆心并与叶根翼型截面弦长垂直的直线与截面内圆的交点；另两相对的测量点分别为弦长与内圆的交点，且该两相对的测量点不与叶片合模缝位置重合；

步骤2：通过光纤光栅传感器阵列获取叶片叶根截面四个测量点的应变量ε_le、ε_te、ε_ps、ε_ss，并分别计算出叶片弦长坐标系下叶片叶根的摆阵弯矩M_x及挥舞弯矩M_y，其中，ε_le为布设在靠近叶片前缘的光纤光栅传感器面板测得的应变量，ε_te为布设在靠近叶片后缘的光纤光栅传感器面板测得的应变量，ε_ps为布设在叶片迎风面上的光纤光栅传感器测得的应变量，ε_ss为布设在叶片背风面上的光纤光栅传感器测得的应变量；

步骤3：假设叶片前缘冰的质量分布状况为冰质量线密度从风轮中心轴处的0线性增加到风轮半径一半位置处的μ_E，从风轮半径一半位置往外到叶尖冰质量线密度保持不变，

μ_E＝ρ_E·k·c_min(c_min+c_max)