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与流程

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]“methodfortestingarotorbladeicedetectionsystemaswellasrotorbladeicedetectionsystemandwindturbineforcarryingoutthemethod2018-08-28us14/806420”，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。

技术实现要素：

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；

s36，结合scada数据确认叶片结冰事件，然后对比δm与δf之间的关系表，获得叶片结冰质量。

通过以上方法，即可实现通过查表法简单可靠的确定出叶片结冰质量。另外，本发明中以10kg为间隔，分别仿真，从而可以平衡仿真的次数以及结冰的量，使得仿真次数少，同时结冰检测判断准确。

更优选的，根据dnvgl-rp-0175icingofwindturbines确定叶片结冰模型，从而可以更严谨更有依据地描述发电机组的叶片结冰过程。

更优选的，所述的n等于200，从而即可满足所有的结冰检测需求。

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，测量风力发电机组叶片振动的固有频率时，将光纤加速度传感器安装于叶片2阶固有振型相对幅值最大处，从而使得信号的信噪比最高，可以进一步提高光纤加速度传感器的测量精度。

本发明中，所述的scada数据包括：温度、湿度、叶片转速、风速。

与现有技术相比，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，成本较低。另外，本发明的方案通过实时分析来对发电机组叶片的结冰情况进行检测，克服了现有技术中存在的滞后性的问题。最后，本发明还可以确定具体的结冰质量，从而可以启动除冰程序，改善叶片空气动力学特性，提高发电量；或停机，保护机组发生故障，如叶轮不平衡，扫塔，叶片折断等。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的方法流程示意图。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

具体实施方式

本发明的实施例：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，如图1所示，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。

为了获得具体的结冰质量，本发明所述方法还包括：

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。

具体可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；

s36，结合scada数据确认叶片结冰事件，然后对比δm与δf之间的关系表，获得叶片结冰质量。

以上方法中，步骤s34也可以以其他数值为间隔，比如以5kg为间隔，但是这样就无法平衡测量次数和精度，使得测量次数较多。

具体的，可根据dnvgl-rp-0175icingofwindturbines确定叶片结冰模型。

所述的n可以等于200(一般结冰不会超过200kg)。

为了进一步提高测量精度，测量风力发电机组叶片振动的固有频率时，将光纤加速度传感器安装于叶片2阶固有振型相对幅值最大处。(也可以安装在其他地方，但是会降低结冰检测的精度)

本发明中所述的scada数据包括：温度、湿度、叶片转速、风速。