一种风电机组叶片结冰检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风电机组叶片结冰检测系统及检测方法，解决了现有技术中风电机组存在带冰运行的问题，具有可有效检测叶片结冰情况的有益效果，具体方案如下：一种风电机组叶片结冰检测系统，包括风速获取单元，用于根据风电机组的运行数据获得真实风速；叶片结冰检测单元，包括发电性能检测模块和叶片模态检测模块，发电性能检测模块用于获取风电机组的预测功率并比较预测功率值与实际功率值，以用于判断发电性能是否降低，叶片模态检测模块用于对叶片的模态进行检测，通过叶片结冰检测单元用于判断风电机组是否出现叶片结冰情况；安全判断单元，与发电性能检测模块、叶片模态检测模块分别单独连接，并与风电机组的控制单元连接。

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组叶片结冰检测系统及检测方法
本专利技术涉及风力发电领域，尤其是一种风电机组叶片结冰检测系统及检测方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。近年来,为了满足日益增长的能源需求，风电作为一种公认的可再生能源在很多国家得到了快速的发展，对风电场建设方面的资金投入，也有了显著的增长。在寒冷气候下，风电机组面临冰冻环境的考验。我国内陆风电场多处于高海拔的山区地带，每当寒冬来临之际，众多风电场易出现叶片结冰现象，同时随着我国中南部地区风场的开发，风电机组的叶片结冰问题日益凸显，成为急需解决的问题。专利技术人发现，风机叶片覆冰会显著影响叶片的气动性能,覆冰增加所产生的不对称荷载将会引发机械故障，影响机组的安全稳定运行。为保障安装在寒冷地区的风机冬季结冰气候下运行的安全性，需要对叶片的结冰状态进行检测。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种风电机组叶片结冰检测系统，能够检测到叶片的结冰情况并控制发电机的动作，避免机组叶片带冰运行，降低安全隐患。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种风电机组叶片结冰检测系统，包括：风速获取单元，用于根据风电机组的运行数据获得真实风速；叶片结冰检测单元，包括发电性能检测模块和叶片模态检测模块，发电性能检测模块用于获取风电机组的预测功率并比较预测功率值与实际功率值，以用于判断发电性能是否降低，叶片模态检测模块用于对叶片的模态进行检测，通过叶片结冰检测单元判断风电机组是否出现叶片结冰情况；安全判断单元，与发电性能检测模块、叶片模态检测模块分别单独连接，并与风电机组的控制单元连接。上述的系统中，通过发电性能检测模块和叶片模态检测模块的设置，可对风电机组发电性能和叶片模态双重进行检测，两种方法进行结合，保证了判断叶片是否出现结冰情况的准确性，从而有效避免机组叶片带冰运行，降低安全隐患。如上所述的一种风电机组叶片结冰检测系统，为了提升风电机组健康发电模型预测的准确性，所述发电性能检测模块通过对风电机组进行分类，减少模型数量，选择同一类中风电机组正常运行数据进行模型训练，获得风电机组健康发电模型，将风电机组运行数据输入风电机组健康发电模型中，获得风电机组的所述预测功率。如上所述的一种风电机组叶片结冰检测系统，以风速、桨距角、偏航误差、发电机转速作为模型输入，发电机功率为模型输出，构建所述风电机组健康发电模型；风速为风速获取单元获得的真实风速。如上所述的一种风电机组叶片结冰检测系统，所述叶片模态检测模块通过检测风轮质量平衡问题来对叶片模态进行检测；叶片模态检测模块对发电机转速、桨距角以及塔架加速度信号进行频谱分析，查看频谱信号中是否存在风轮信号的高点，以判断发电机组叶片是否出现结冰情况。如上所述的一种风电机组叶片结冰检测系统，所述风速获取单元根据风电机组的运行数据，通过卡尔曼滤波器获得真实风速，有利于提高发电性能检测模块判断结果的准确度。第二方面，本专利技术还提供了一种风电机组叶片结冰检测方法，包括如下内容：风速获取单元根据风电机组的运行数据获得真实风速；发电性能检测模块获取风电机组的预测功率，并比较预测功率值与实际功率值，以用于判断发电性能是否降低；当安全判断单元接收到发电性能检测模块判定为发电性能降低的信号后，安全判断单元控制叶片模态检测模块检测风轮质量平衡问题，若检测到风轮质量出现不平衡问题，则由安全判断单元控制发电机停机。如上所述的一种风电机组叶片结冰检测方法，所述风速获取单元根据风电机组的运行数据获得真实风速，包括如下内容：通过初始风速计算叶尖速比，根据叶尖速比、桨距角和补偿系数来插值得到需要的风能利用系数值，得到风能利用系数值后计算风速的气动功率和气动转矩，进一步得到风轮加速度；由获得的风轮加速度和卡尔曼滤波器得到一轮迭代后的真实风速；通过不断迭代来获得需要的真实风速。如上所述的一种风电机组叶片结冰检测方法，所述发电性能检测模块用于判断发电性能是否降低，包括如下内容：对发电机组进行分类；选择同一类风电机组的正常运行数据进行模型训练，以风速、桨距角、偏航误差、发电机转速作为模型输入，发电机功率为模型输出，获得风电机组的健康发电模型；将风电机组正常运行数据输入风电机组的健康发电模型中，获得风电机组的预测功率，对预测功率和实际功率进行残差分析，获取风电机组正常运行状态下的风电机组功率残差分布，根据功率残差分布设置合适的检测阈值；通过风电机组的预测功率与实际功率差值，该差值与检测阈值进行对比，若差值超过检测阈值，则判断为发电机性能降低，并将发电机性能降低的信号发送至安全判断单元。如上所述的一种风电机组叶片结冰检测方法，所述叶片模态检测模态包括如下内容：叶片模态检测模块对风电机组发电机转速、桨距角以及塔架加速度信号进行频谱分析，查看频谱信号中是否存在风轮信号的高点，如果存在表示风轮质量出现不平衡问题，则判定风电机组叶片出现结冰情况。上述本专利技术的有益效果如下：1)本专利技术通过对发电性能和叶片模态双重进行检测，两种方法进行结合，保证了判断叶片是否出现结冰情况的准确性，从而有效避免机组叶片带冰运行，降低安全隐患，而且可用于多种风电机组，适用面较广，且不需要额外添加硬件，经济效益好。2)本专利技术考虑到风速传感器安装于机舱后部，其检测的风速值准确度较低，通过充分考虑风电机组的运行数据，如功率、发电机转速和叶片角度等参数，可获得相对真实的风速，保证叶片结冰检测单元判断结果的可靠性。3)本专利技术发电性能检测模块通过对风电机组进行分类，减少模型数量，可提升风电机组健康发电模型预测的准确性，对风电机组正常运行的数据进行建模，搭建机组功率与风速、桨距角、偏航误差等运行参数的风电机组健康发电模型，可保证预测功率的准确，以准确判断风电机组是否出现发电性能下降的问题。4)本专利技术叶片模态检测模块通过判断风电机组叶片质量是否出现不平衡问题，来判断叶片是否出现结冰情况，准确度较高。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术实施例中一种风电机组叶片结冰检测方法流程图。图2是本专利技术实施例中一种风电机组叶片结冰检测系统中风速获取单元流程图。图3是本专利技术实施例中一种风电机组叶片结冰检测系统中真实风速与初始风速的对比图。图4是本专利技术实施例中桨距角频谱分析曲线；图5是本专利技术实施例中发电机转速频谱分析曲线；图6是本专利技术实施例中机舱两侧加速度频谱分析曲线。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
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【技术保护点】
1.一种风电机组叶片结冰检测系统，其特征在于，包括：/n风速获取单元，用于根据风电机组的运行数据获得真实风速；/n叶片结冰检测单元，包括发电性能检测模块和叶片模态检测模块，发电性能检测模块用于获取风电机组的预测功率并比较预测功率值与实际功率值，以用于判断发电性能是否降低，叶片模态检测模块用于对叶片的模态进行检测，通过叶片结冰检测单元用于判断风电机组是否出现叶片结冰情况；/n安全判断单元，与发电性能检测模块、叶片模态检测模块分别单独连接，并与风电机组的控制单元连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种风电机组叶片结冰检测系统，其特征在于，包括：
风速获取单元，用于根据风电机组的运行数据获得真实风速；
叶片结冰检测单元，包括发电性能检测模块和叶片模态检测模块，发电性能检测模块用于获取风电机组的预测功率并比较预测功率值与实际功率值，以用于判断发电性能是否降低，叶片模态检测模块用于对叶片的模态进行检测，通过叶片结冰检测单元用于判断风电机组是否出现叶片结冰情况；
安全判断单元，与发电性能检测模块、叶片模态检测模块分别单独连接，并与风电机组的控制单元连接。


2.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片结冰检测系统，其特征在于，所述发电性能检测模块通过对风电机组进行分类，选择同一类中风电机组正常运行数据进行模型训练，获得风电机组健康发电模型，将风电机组运行数据输入风电机组健康发电模型中，获得风电机组的所述预测功率。


3.根据权利要求2所述的一种风电机组叶片结冰检测系统，其特征在于，以风速、桨距角、偏航误差、发电机转速作为模型输入，发电机功率为模型输出，构建所述风电机组健康发电模型；
风速为风速获取单元获得的真实风速。


4.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片结冰检测系统，其特征在于，所述叶片模态检测模块通过检测风轮质量平衡问题来对叶片模态进行检测；
叶片模态检测模块对发电机转速、桨距角以及塔架加速度信号进行频谱分析，查看频谱信号中是否存在风轮信号的高点，以判断发电机组叶片是否出现结冰情况。


5.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片结冰检测系统，其特征在于，所述风速获取单元根据风电机组的运行数据，通过卡尔曼滤波器获得真实风速。


6.一种风电机组叶片结冰检测方法，其特征在于，包括如下内容：
风速获取单元根据风电机组的运行数据获得真实风速；
发电性能检测模块获取风电机组的预测功率，并比较预测功率值与实...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛成，关中杰，刘翠翠，刘南南，李刚强，刘建爽，
申请(专利权)人：山东中车风电有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37