一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制方法及系统技术方案

一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制方法，所述方法包括以下步骤：a)根据气象环境判定信号，触发叶片冰载运行安全控制系统的启动和退出；b)根据风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值判定叶片冰载运行风险等级；c)根据叶片冰载运行风险等级输出机组功率控制信号，选取与叶片冰载运行风险等级对应的预设功率限值，叶片冰载运行风险等级判定为危险时停止机组运行。以及提供一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制系统。本发明专利技术避免叶片冰载运行带来的叶片开裂、折断和机组倒塌等严重事故、有效保障机组的运行安全和机组运行可靠性、提升发电量。

Ice load running safety control method and system for wind turbine blade based on blade modal detection

A wind turbine blade ice blade modal detection based on load operation safety control method, the method comprises the following steps: a) according to the meteorological environment determining signal, trigger leaf ice load operation safety control system startup and exit; b) according to the total weight of the ice wind wheel and a wind wheel rotating 1P vibration acceleration amplitude determination the leaves of ice load operation risk level; c) according to the leaf ice load operation risk unit power output level control signal, preset power selection and leaf ice load operation risk level corresponding to the limit stop operation of the unit leaf ice load risk grade evaluation for the risk of operation. And provides a safety control system for the ice load of a wind turbine blade based on blade modal detection. The invention avoids serious accidents such as blade cracking, breakage and unit collapse caused by ice load operation of the blade, effectively ensures the operation safety of the unit and the operation reliability of the unit, and improves the generating capacity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制方法及系统
本专利技术涉及一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制方法及系统。主要应用于大型风力发电机组冰冻环境下的运行安全控制，可避免叶片冰载运行带来的叶片开裂、折断，机组倒塌等严重事故，提高机组的运行安全，提高机组运行可靠性。
技术介绍
我国南方多数风电场在冬季、初春都存在结冰现象，特别是云贵高原、广西、湖北和湖南等地区，大气温度低且湿度大，风力发电机组在运行过程中经常发生叶片冰载运行情况。叶片覆冰主要集中在叶片前缘附近，导致叶片翼型几何形状改变，叶片出力性能下降。当覆冰越来越多，三片叶片覆冰重量差异较大时，导致风轮出现严重的不平衡力矩，急剧极大叶片运行载荷，导致叶片开裂、折断等严重故障，甚至激起整机固有频率，出现倒塌，严重影响了风力发电机组运行安全。现有的技术主要集中在叶片除冰技术，以叶片内腔热鼓风除冰技术和叶片前缘电加热膜铺层除冰技术为主。叶片除冰技术都要求在叶片出厂前进行设备安装，针对已运行的风电机组，难以加装除冰设备，若无除冰设备，则在叶片覆冰情况下，只能采取停机保护，造成批量风力发电机组在冬季、初春长时间停机，极大的降低了风力发电机组的发电量。
技术实现思路
为了克服已有风力发电机组叶片覆冰情况下只能采取停机保护、降低了发电量的不足，本专利技术提供了一种避免叶片冰载运行带来的叶片开裂、折断和机组倒塌等严重事故、有效保障机组的运行安全和机组运行可靠性、提升发电量的基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制方法及系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制方法，所述方法包括：a)根据气象环境判定信号，触发叶片冰载运行安全控制系统的启动和退出；b)根据风覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值判定叶片冰载运行风险等级；c)根据叶片冰载运行风险等级输出机组功率控制信号，选取与叶片冰载运行风险等级对应的预设功率限值，叶片冰载运行风险等级判定为危险时停止机组运行。进一步，所述步骤b)中，给出叶片冰载运行风险等级及功率控制策略，按照不同的风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值，确定不同的叶片冰载运行风险等级，并按照不同等级设定功率限值。一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制系统，所述系统包括：气象环境检测模块，用于根据大气温度数据和大气湿度数据计算出气象结冰环境判定信号；叶片模态检测模块，用于检测叶片的一阶固有频率，并计算每片叶片覆冰重量，并进一步计算出风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值；叶片冰载运行安全控制模块，用于根据气象结冰环境判定信号触发风力发电机组叶片冰载运行安全控制系统的启动和退出；根据风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值得到机组功率控制信号。进一步，所述叶片冰载运行安全控制模块中，给出叶片冰载运行风险等级及功率控制策略，按照不同的风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值，确定不同的叶片冰载运行风险等级，并按照不同等级设定功率限值。再进一步，所述气象环境检测模块包括大气温度传感器、大气湿度传感器和气象结冰环境判定模块，根据大气温度数据和大气湿度数据计算出气象结冰环境判定信号。所述气象环境检测模块安装在风力发电机组机舱罩尾部外侧。所述叶片模态检测模块包括光纤光栅振动传感器、光纤光栅解调仪及振动信号处理器，将光纤光栅振动信号转换为振动电信号数据，根据叶片振动数据计算出叶片一阶固有频率，进一步计算出每片叶片覆冰重量，进而计算出风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值。所述光纤光栅振动传感器安装在叶片内部腔体，光纤光栅解调仪和振动信号处理器安装在轮毂上。本专利技术的有益效果主要表现在：使风电机组能自动检测判定气象环境是否结冰，能根据风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值制定不同运行安全控制方案，可避免叶片冰载运行带来的叶片开裂、折断，机组倒塌等严重事故，提高机组的运行安全，提高机组运行可靠性。附图说明图1为本专利技术一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制系统示意图；图2为本专利技术叶片模态检测模块示意图；图3为本专利技术一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制系统结构框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1～图3，一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制方法，所述方法包括：a)根据气象环境判定信号，触发叶片冰冻运行安全控制系统的启动和退出；b)根据风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值判定叶片冰载运行风险等级；c)根据叶片冰载运行风险等级输出机组功率控制信号，选取与叶片冰载运行风险等级对应的预设功率限值，叶片冰载运行风险等级判定为危险时停止机组运行。进一步，所述步骤b)中，给出叶片冰载运行风险等级及功率控制策略，按照不同的风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值，确定不同的叶片冰载运行风险等级，并按照不同等级设定功率限值。一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制系统，所述系统包括：气象环境检测模块，用于根据大气温度数据和大气湿度数据计算出气象结冰环境判定信号；叶片模态检测模块，用于检测叶片的一阶固有频率，并计算每片叶片覆冰重量，并进一步计算出风轮旋转1P振动加速度幅值；叶片冰载运行安全控制模块，用于根据气象结冰环境判定信号触发风力发电机组叶片冰载运行安全控制系统的启动和退出；根据不同的风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值得到机组功率控制信号。进一步，所述叶片冰载运行安全控制模块中，给出叶片冰载运行风险等级及功率控制策略，按照不同的风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值，确定不同的叶片冰载运行风险等级，并按照不同等级设定功率限值。本实施例的风力发电机组叶片冰载运行安全控制系统示意图如图1所示，主要包括气象环境检测模块为3、叶片模态检测模块2和叶片冰载运行安全控制模块4，图中1为光纤光栅振动传感器。所述气象环境检测模块检测的气象结冰环境判定信号输入叶片冰载运行安全控制模块，且叶片模态检测模块检测叶片的一阶固有频率，并计算每片叶片覆冰重量，并进一步计算出风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值输入叶片冰载运行安全控制模块，冰载运行安全控制模块根据不同的风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值输出机组功率控制信号。所述气象环境检测模块安装在风力发电机组机舱罩尾部外侧，由大气温度传感器、大气湿度传感器和气象结冰环境判定模块组成，根据大气温度数据和大气湿度数据计算出气象结冰环境判定信号，用于触发风力发电机组叶片冰载运行安全控制系统的启动和退出。进一步，所述气象结冰环境判定模块，举例：根据大气湿度(RH)≥85％&&大气温度(℃)≤2℃，判定环境为结冰，启动风力发电机组叶片冰载运行安全控制系统。根据大气湿度(RH)<85％或大气温度(℃)>2℃，判定环境未结冰，则退出风力发电机组冰载运行安全控制系统。所述叶片模态检测模块示意图如图2所示，包括光纤光栅振动传感器21、光纤光栅解调仪及振动信号处理器22，光纤光栅振动传感器安装在叶片内部腔体，光纤光栅解调仪和振动信号处理器安装在轮毂上。所述叶片模态检测模块包括：将光纤光栅振动信号转换为振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制方法，其特征在于：所述方法包括：a)根据气象环境判定信号，触发叶片冰载运行安全控制系统的启动和退出；b)根据风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值判定叶片冰载运行风险等级；c)根据叶片冰载运行风险等级输出机组功率控制信号，选取与叶片冰载运行风险等级对应的预设功率限值，叶片冰载运行风险等级判定为危险时停止机组运行。

【技术特征摘要】
1.一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制方法，其特征在于：所述方法包括：a)根据气象环境判定信号，触发叶片冰载运行安全控制系统的启动和退出；b)根据风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值判定叶片冰载运行风险等级；c)根据叶片冰载运行风险等级输出机组功率控制信号，选取与叶片冰载运行风险等级对应的预设功率限值，叶片冰载运行风险等级判定为危险时停止机组运行。2.如权利要求1所述的一种基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制方法，其特征在于：所述步骤b)中，给出叶片冰载运行风险等级及功率控制策略，按照不同的风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值，确定不同的叶片冰载运行风险等级，并按照不同等级设定功率限值。3.如权利要求1所述的基于叶片模态检测的风力发电机组叶片冰载运行安全控制方法实现的系统，其特征在于：所述系统包括：气象环境检测模块，用于根据大气温度数据和大气湿度数据计算出气象结冰环境判定信号；叶片模态检测模块，用于检测叶片的一阶固有频率，并计算每片叶片的覆冰重量，并进一步计算出风轮覆冰总重量和风轮旋转1P振动加速度幅值；叶片冰载运行安全控制模块，用于根据气象结冰环境判定...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗勇水，陈棋，芮品先，史晓鸣，周民强，
申请(专利权)人：浙江运达风电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33