[发明专利]风力发电机叶片结冰在线监测方法与装置

说明书

本发明所述的风力发电机叶片结冰在线监测装置，通过加装载荷和振动传感器，获得风机叶片上的载荷和振动实时信号和工况信息，并通过数据采集单元进行振动及相关信号的定时采集和分析处理，由此获得风机叶轮设备的运行状态信息。从而能够自动、实时地采集、存储、上传、分析数据，能够准确的识别叶片是否发生结冰并估算结冰量。通过监测叶片的振动和工况，可实现在叶片结冰早期进行预警。

技术领域

本发明涉及风力发电机组故障诊断领域，具体涉及一种风力发电机叶片结冰在线监测方法与装置。

背景技术

叶片是风电机组最关键的部位之一，其状态的好坏直接影响整机的运行安全和发电效率，叶片由昂贵的复合材料制成，其加工成本约占整个机组的20％左右。

在风电机组运行过程中，低温环境会给叶片乃至整个风机带来严峻的考验，单就叶片而言，低温环境会导致叶片发生结冰问题、材料及结构性能改变的问题、载荷改变的问题等；对于风电机组的风机部件而言，当叶片附着较大质量的冰层时，会改变风机叶片的频率，进而改变其动态响应行为；结冰会导致叶片称重不平衡或不对称，这会进一步导致风机部件受到影响；由于结冰改变了风机部件的频率，有可能引起部件间的共振，也会增大风机部件的疲劳载荷。并且，低温导致的结冰和空气密度的上升可能会增大载荷和最大功率输出，如果风机没能自动反应，电机或传动链则可能会被烧坏，齿轮箱可能发生过载或损坏。同时，风电机组的控制系统也会受到影响，由于结冰改变了叶片的气动外形，从而导致了叶片失速可能比设计预期提前或延后，那么电动或液压变桨控制对应的配置也应随之改变。叶片结冰还会导致风机的检测信号系统发生故障从而反馈错误信号。

上述叶片结冰带来的一系列问题直接影响了风电机组运行的安全性并有可能导致机组停运，而运行小时数的降低会直接影响风电项目的经济性。并且，除了风机本身运行的安全性，其周围环境的安全性也会受到低温或结冰的影响。风机运行时抛出的冰层碎块或掉落的大冰块可能会伤害到风机附近的人或物。

由于叶片结冰存在极大的危害，目前其可谓风电领域的一个全球范围的难题。在内陆地区特别是山区，大尺寸风机在运行和停机时都会受到叶片结冰的影响，危害尤其严重。因此，如何研究一种能够获知叶片是否结冰的方法，随时对机组进行故障诊断，以便于工作人员及时采取措施，这对风电机组的运行而言具有十分重要的意义。现有技术中为了解决这一问题，通常会采用的技术手段是在叶片上安装结冰传感器，如中国专利文献CN206448908U公开了一种风机叶片防冰除冰装置，包括风机叶片、工字梁、膜片卡座、纳米材料疏水膜、除冰装置和结冰探测器，其中所述纳米材料疏水膜通过膜片卡座设置在风机叶片的迎风面，工字梁安装在风机叶片外侧，除冰装置安装在工字梁上方部位，结冰探测器安装在风机叶片上。该现有技术利用结冰探测器对叶片进行监测，从而可判断叶片是否发生结冰。

上述利用结冰探测器对叶片进行结冰监测的现有技术虽然可在一定程度上帮助判断叶片是否结冰，但利用结冰探测器进行监测仍旧存在的问题在于检测精度不够高。另外，常用的结冰探测器有基于声发射技术的传感器，但其容易受到外界各种杂音的影响容易产生误判；此外常用的还有应变片传感器，但由于应变传感器在极端环境下可靠性较低，实用效果并不好；而如果采用精度相对较高的光纤光栅传感器，则存在安装困难、价格昂贵的问题，难以在实际应用中大规模推广。因此，如何探索一种监测精度高、价格低廉的叶片结冰在线监测装置与相应的监测方法，这是本领域尚未解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的是现有技术中的叶片结冰监测设备存在的检测精度低、可靠性低或造价昂贵的技术问题，进而提供一种监测精度高、价格低廉的叶片结冰在线监测装置与监测方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：