风电叶片的覆冰检测方法、检测装置及计算机设备与流程

本发明涉及风力发电，尤其是涉及一种风电叶片的覆冰检测方法、检测装置及计算机设备。

背景技术：

1、风电机组叶片作为风力发电机最为关键部件之一，其运行性能直接关系到发电性能。我国陆上风电场多建设在高海拔、冬季低温高湿山区，在遇雨雪等天气后极易出现叶片覆冰情况。叶片覆冰后，会影响叶片气动性能，缩短叶片使用寿命，增加高空坠物风险等不利因素。

2、经研究结果表明，风电叶片在较薄的覆冰厚度时，产生不利因素概率甚微，此时可以忽略覆冰影响。叶片特定区域覆冰厚度达到一定值时，覆冰对风电机组影响非常大甚至脱网停机。

3、现有的除冰设备，通常为人为根据风电机组运行状态或根据风电叶片表面覆冰观察情况进行除冰系统开启，具有反应缓慢、需24小时人为检查等缺点；此外，现有测量手段，通常为整叶片测量，并不能有针对性地集中测量叶片的易覆冰区域，而针对较薄、影响非常微弱的覆冰也进行了非必要测量，徒增了测量工作量。

技术实现思路

1、本发明旨在至少改善现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种风电叶片的覆冰检测方法、检测装置及计算机设备。用于实时智能监测风电对叶片气动性能影响严重的覆冰情况，为后续风电叶片除冰工作提供了明确的覆冰信息。

2、根据本发明第一方面实施例的风电叶片的覆冰检测方法，其中，包括：

3、步骤s100，划分风电叶片区域，对每个划分区域叶片选取若干监测点，在所述特征点上布置覆冰厚度传感器；

4、步骤s200，根据所述覆冰厚度传感器获取风机叶片各监测点所在环境的不同物质微波信息；

5、步骤s300，根据不同物质微波信息确定风电叶片的敏感区域结冰状态；

6、步骤s400，基于处于风电叶片敏感区域结冰状态的覆冰厚度传感器的分布信息计算各区域的结冰厚度；

7、步骤s500，根据各区域的结冰厚度拟合出区域截面覆冰厚度曲线，实时更新输出覆冰厚度结果。

8、根据本发明实施例的风电叶片的覆冰检测方法，可实现风电叶片覆冰厚度智能化监测，为叶片除冰提供实时覆冰数据；可根据实际情况灵活设定冰层厚度阈值信息，便于激发系统工作，可实现在薄覆冰低影响条件下，对风电叶片覆冰进行忽略；本发明多采用成熟集成模块，实际技改难度小，造价和使用成本较低，符合实际工程运用。

9、在第一方面的一种可能的实现方式中，步骤s100包括：

10、步骤s110，沿风电叶片翼型展向方向进行翼型截面划分，共计a个翼型区域，分别记作ai，其中i＝1，2，3，...，a，a为正整数；

11、步骤s120，针对每个翼型区域，以风电叶片叶根前缘点作为原点，翼型截面外廓线长为x轴，覆冰厚度绝对值为y轴建立风电叶片直角坐标系；

12、步骤s130，对每个翼型区域叶片前缘进行覆冰厚度传感器布置，再对风电叶片吸力面和压力面以翼型弦线至前缘点所构成的面为对称面，分别进行覆冰厚度传感器阵列布置，共计b个，分别记作bj，其中j＝1，2，3，...，b，b为正整数，对每个传感器进行数据收集及编号xij，其中i＝1，2，3，...，a，a为正整数，记录每个传感器在x轴的位置坐标(相较于原点的弧长)；

13、步骤s140，以每个传感器作为一个覆冰厚度监测点，整只风电叶片共计a·b个监测点构成原始数据集对风电叶片覆冰情况进行监测。

14、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述步骤s500包括：

15、步骤s510，对各区域的结冰厚度进行处理，通过插值拟合出该测量区域截面覆冰厚度曲线，该曲线满足函数y＝f(x)；f(x)为覆冰厚度传感器监测点的覆冰厚度；

16、步骤s520，对截面覆冰厚度曲线函数进行积分求得覆冰敏感区域的拟合截面截面积si，其中si为覆冰敏感区域截面积近似值，满足xij为第i翼型区域第j个覆冰厚度传感器覆冰厚度值，xi1为第i翼型区域第1个覆冰厚度传感器覆冰厚度值，f(x)为测量区域截面覆冰厚度曲线函数，i＝1，2，3，...，a，a为正整数，以相同方式求得各覆冰敏感区域的截面积s1，s2，...，sa；

17、步骤s530，由于不同长度风电叶片翼型弦长也不同，因而对步骤s520各覆冰敏感区域的截面积进行加权处理，分别测量得到各截面翼型弦长ci，其中i＝1，2，3，...，a，a为正整数，设定第一覆冰敏感区域的截面为基准值，分别对步骤s520中各覆冰敏感区域截面积乘以加权系数求解得到归一化各覆冰敏感区域的截面积s'1，s'2，...，s'a；

18、步骤s540，对归一化各覆冰敏感区域的截面积进行插值函数拟合获得风电叶片表面覆冰截面积函数满足s＝f(s')；

19、步骤s550，对风电叶片表面覆冰截面积函数进行叶根到叶尖积分，获得整只风电叶片覆冰体积v，其中

20、步骤s560，对整只风电叶片覆冰体积v与覆冰密度相乘，获得整只风电叶片的覆冰质量m总，将所述覆冰质量m总进行零覆冰状态下的覆冰初始质量m0消减过程，得到风电叶片覆冰真实估算质量m；

21、步骤s570，输出覆冰厚度结果，完成检测过程。

22、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述零覆冰状态下的覆冰初始质量m0指的是在启动时，在风电叶片表面健康无覆冰状态条件下，实施上述步骤进行覆冰零状态记录，获得风电叶片表面零覆冰状态下的初始质量m0，作为覆冰质量估算的偶然误差进行消除。

23、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述步骤s570具体包括将拟合出的区域截面覆冰厚度曲线，以图表的形式展示，覆冰厚度结果包括覆冰敏感区域截面积s'i、整只叶片覆冰体积v和整只风电叶片覆冰质量真实值m，根据激励源输入信号，每输入一次信号，更新一次覆冰厚度结果，直至覆冰厚度结果低于预设阈值。

24、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述步骤s200中，覆冰厚度传感器采用微波检测，将冰、水、空气的微波信息反馈至覆冰厚度传感器信号处理器。

25、根据本发明第二方面实施例风电叶片的覆冰检测装置，其中，

26、风电机组叶片气动性能监测信号输出模块，布置于中央控制柜中，与风电机组发电机叶片气动性能监测主系统相连，实时输出风电机组叶片气动性能信号；

27、覆冰厚度监测系统模块，所述覆冰厚度监测系统模块包括覆冰厚度传感器和覆冰厚度传感器信号处理器电连接，覆冰厚度传感器信号处理器布置于中央控制柜中；

28、风电机组叶片，所述风电机组叶片包含若干覆冰区域，位于覆冰区域的叶片前缘阵列布置有所述覆冰厚度传感器，用于采集覆冰区域各监测点所在环境的不同物质微波信息；

29、多通道信号处理模块，布置于中央控制柜中，所述风电机组叶片气动性能监测信号输出模块与多通道信号处理模块相连，用于接收风电机组叶片气动性能监测信号输出模块和覆冰厚度监测系统模块所监测信号。

30、在第二方面的一种可能的实现方式中，还包括报警装置，所述报警装置与风电机组发电机叶片气动性能监测主系统电连接，风电机组叶片气动性能监测信号输出模块输出的风电机组叶片气动性能信号超出正常工作状态时风电机组叶片气动性能信号的阈值范围后，风电机组发电机叶片气动性能监测主系统启动报警装置进行报警，直至人工取消或故障排除后，报警装置恢复。

31、根据本发明第三方面实施例一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。

32、根据本发明第四方面实施例一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

33、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。