风电叶片的覆冰检测方法、检测装置及计算机设备

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，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

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。

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。

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。

发明内容

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。

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：

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；

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；

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；

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；

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。

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。

在第一方面的一种可能的实现方式中，步骤S100包括：

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a

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；

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b

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。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述步骤S500包括：

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；

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S

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C

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')；

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

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

步骤S570，输出覆冰厚度结果，完成检测过程。

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M

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'

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。

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，

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；

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；

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；

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的风电叶片的覆冰检测方法流程图；

图2是根据本发明实施例的风电叶片的覆冰状态模拟图；

图3是根据本发明实施例的风电叶片的覆冰厚度传感器整体布置示意图；

图4是根据本发明实施例的风电叶片的覆冰厚度传感器展向布置示意图；

图5是根据本发明实施例的风电叶片的截面覆冰拟合函数图；

图6是根据本发明实施例的风电叶片的长度方向覆冰拟合函数图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中术语“第一”、“第二”、“第三”等是区别于不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元，或者可选地，还包括没有列出的步骤或单元，或者可选地还包括这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前，应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

在本说明书中使用的术语“部件”、“模块”、“系统”、“单元”等用于表示计算机相关的实体、硬件、固件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。例如，单元可以是但不限于在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和/或分布在两个或多个计算机之间。此外，这些单元可从在上面存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。单元可例如根据具有一个或多个数据分组(例如来自与本地系统、分布式系统和/或网络间的另一单元交互的第二单元数据。例如，通过信号与其它系统交互的互联网)的信号通过本地和/或远程进程来通信。

实施例1

参阅图1所示，本实施例提供一种风电叶片的覆冰检测方法，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。其中，包括：

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；

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；

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；

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；

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。

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。

需要说明的是，步骤S100包括：

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a

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，如图2所示；

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b

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。

需要说明的是，所述步骤S500包括：

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，如图5所示，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；

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S

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C

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')，如图6所示；

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

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

步骤S570，输出覆冰厚度结果，完成检测过程。

需要说明的是，所述零覆冰状态下的覆冰初始质量M

需要说明的是，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'

需要说明的是，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。

实施例2

本实施例提供一种风电叶片的覆冰检测装置，其中，包括：

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；

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；

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；

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。

需要说明的是，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。

实施例3

本实施例提供一种计算机设备，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。

实施例4

本实施例提供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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性可以包含在本实施例申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或是备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。