[发明专利]基于光纤加速度传感器的风力发电机组叶片结冰检测方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤加速度传感器的风力发电机组叶片结冰检测方法，包括以下步骤：S1，采用光纤加速度传感器测量风力发电机组叶片振动的固有频率；S2，通过叶片振动固有频率的变化、结合SCADA数据来识别风力发电机组叶片的结冰情况。本发明通过采用光纤加速度传感器测量风力发电机组叶片振动的固有频率，根据所测叶片的固有频率的变化量结合SCADA数据来判断叶片结冰情况，从而提高了风力发电机组叶片结冰情况检测的可靠性，降低了误报率，同时可以避免引雷。

技术领域

本发明涉及一种基于光纤加速度传感器的风力发电机组叶片结冰检测方法，属于风力发电机组叶片结冰检测技术领域。

背景技术

叶片积冰对于风力发电机组的影响较大，轻则减产停机，重则叶片折损甚至整机报废，造成的经济损失较大；另外积冰还造成一定的安全隐患，如甩冰伤人等。有研究表明，在结冰环境中积冰主要分布在叶片的前缘部位，叶尖部位属于重点积冰区域。距离叶片尖部30％长度范围内的叶片翼型能够影响整个叶片90％以上的气动性能，因此有必要对叶片结冰情况进行检测。

目前已有一些技术实现了对风力发电机组叶片结冰情况进行检测，比如[1]“卢方.风机叶片覆冰监测与防冰除冰试验研究[D].湖南大学,2014.”、[2]“李宁波,闫涛,李乃鹏,等.基于SCADA数据的风机叶片结冰检测方法[J].发电与空调,2018(1):58-62.”、[3]“Method for testing a rotor blade ice detection system as well as rotor bladeice detection system and wind turbine for carrying out the method 2018-08-28US 14/806 420”，但是文件[1]将压电传感器粘贴在叶片表面，利用波传播法进行叶片频率检测，进而进行结冰监测，可靠性一般，误报率较高，并且防雷性能较差；文件[2]仅通过SCADA数据来判断结冰与否，间接分析，数据可靠性一般，而且存在滞后性；文件[3]通过检测加速度、伸长、弯曲扭矩或弯曲行程等的频率变化来监测叶片结冰情况，误报率较高，并且防雷性能较差。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于光纤加速度传感器的风力发电机组叶片结冰检测方法，它可以有效解决现有技术中存在的问题，尤其是对风力发电机组叶片结冰情况进行检测时可靠性一般，误报率较高，并且防雷性能较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：基于光纤加速度传感器的风力发电机组叶片结冰检测方法，包括以下步骤：

S1，采用光纤加速度传感器测量风力发电机组叶片振动的固有频率；

S2，通过叶片振动固有频率的变化、结合SCADA数据来识别风力发电机组叶片的结冰情况。

前述的基于光纤加速度传感器的风力发电机组叶片结冰检测方法，还包括：

S3，对风力发电机组的叶片结冰质量与所测叶片振动固有频率之间的关系进行仿真，从而根据实时测量的风力发电机组的叶片振动固有频率实时确定叶片结冰质量。

优选的，具体通过以下方法确定叶片结冰质量：

S31，确定叶片结冰模型；

S32，(可使用动力学仿真软件)仿真叶片未结冰时叶片上光纤加速度传感器所在位置的振动数据，通过频谱分析，确认叶片的频率f0；

S33，仿真每支叶片结冰质量Δm为10kg时的频率f10，将f10与f0作差，得到Δf₁₀；

S34，以10kg为间隔，分别仿真得到叶片在结冰质量Δm为20kg、30kg、……、Nkg时的频率f20、f30、……、fN，将f20、f30、……、fN分别与f0作差，得到一系列Δf；

S35，通过三次样条插值，得到Δm与Δf之间的关系表；