风力发电机组的监测方法、装置和系统制造方法及图纸

提供了一种风力发电机组的监测方法、装置和系统，所述方法包括：获取风力发电机组的叶片的桨距角数据；基于桨距角数据计算叶根的旋转振动频率；比较计算的旋转振动频率与叶根固有旋转振动频率，并根据风力发电机组工况数据获得叶片和变桨系统的健康状态。获得叶片和变桨系统的健康状态。获得叶片和变桨系统的健康状态。

【技术实现步骤摘要】
风力发电机组的监测方法、装置和系统


[0001]本申请涉及风力发电领域，更具体地，涉及一种风力发电机组的监测方法、装置和系统。

技术介绍

[0002]叶片是风力发电机组的重要部件，随着机组容量的不断增大，叶片的长度以及重量也在不断地增加，因此对叶片的监测预警尤为重要。在叶片监测中，最常使用的方法是通过监测叶片挥舞和摆振方向的振动来对叶片的健康状态做评估。
[0003]更具体地，本领域中通常采用叶片振动监测法、功率曲线误差法、视频监测法、音频识别法等方法来对叶片进行监测。然而，叶片振动监测法使用叶片挥舞和摆振方向的振动对叶片进行预警，全面性不足，并且叶片振动监测法需额外增加振动传感器及采集设备，成本增加较高；在功率曲线误差法中，功率曲线之间的差异可由多种原因导致，并且具有一定的滞后性；视频监测方法仅能识别叶片的表面故障特征，故障识别覆盖面不足；音频识别法在周围噪声较严重的情况下不容易进行识别。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的示例性实施例的一方面，提供了一种风力发电机组的监测方法，包括：获取风力发电机组的叶片的桨距角数据；基于桨距角数据计算叶根的旋转振动频率；比较计算的旋转振动频率与叶根固有旋转振动频率，并根据风力发电机组工况数据获得叶片和变桨系统的健康状态。
[0005]叶根的旋转振动的旋转轴可以为叶根的中心轴线。
[0006]所述变桨系统可包括变桨轴承及驱动变桨轴承旋转的变桨驱动系统。
[0007]所述叶根固有旋转振动频率可由叶根旋转振动模型确定，其中，所述模型可表示叶根的旋转角度、叶根的旋转加速度与叶片旋转力矩相关。
[0008]所述叶片旋转力矩可包括：叶片所受的风载旋转力矩，和/或，叶片不对称质量分布产生的旋转力矩。
[0009]所述叶根固有旋转振动频率可以为变桨系统刚度与叶片转动惯量比值的平方根。
[0010]获得叶片和变桨系统的健康状态的步骤可包括：当计算的旋转振动频率小于所述叶根固有旋转振动频率并且所述风力发电机组工况数据指示环境温度低时，确定叶片结冰；当计算的旋转振动频率大于所述叶根固有旋转振动频率并且所述风力发电机组工况数据指示轮毂或者主轴发生振动时，确定叶片发生损坏或者结构脱落；当计算的旋转振动频率小于所述叶根固有旋转振动频率并且所述风力发电机组工况数据指示液压不足时，确定变桨轴承或者变桨驱动系统发生损坏。
[0011]根据本专利技术的示例性实施例的一方面，提供了一种风力发电机组的监测装置，包括：桨距角获取单元，获取风力发电机组的叶片的桨距角数据；振动频率计算单元，基于桨距角数据计算叶根的旋转振动频率；状态获得单元，比较计算的旋转振动频率与叶根固有
旋转振动频率，并根据风力发电机组工况数据获得叶片和变桨系统的健康状态。
[0012]叶根的旋转振动的旋转轴可以为叶根的中心轴线。
[0013]所述变桨系统可包括变桨轴承及驱动变桨轴承旋转的变桨驱动系统。
[0014]所述叶根固有旋转振动频率可由叶根旋转振动模型确定，其中，所述模型可表示叶根的旋转角度、叶根的旋转加速度与叶片旋转力矩相关。
[0015]所述叶片旋转力矩可包括：叶片所受的风载旋转力矩，和/或，叶片不对称质量分布产生的旋转力矩。
[0016]所述叶根固有旋转振动频率可以为变桨系统刚度与叶片转动惯量比值的平方根。
[0017]状态获得单元可执行以下操作：当计算的旋转振动频率小于所述叶根固有旋转振动频率并且所述风力发电机组工况数据指示环境温度低时，确定叶片结冰；当计算的旋转振动频率大于所述叶根固有旋转振动频率并且所述风力发电机组工况数据指示轮毂或者主轴发生振动时，确定叶片发生损坏或者结构脱落；当计算的旋转振动频率小于所述叶根固有旋转振动频率并且所述风力发电机组工况数据指示液压不足时，确定变桨轴承或者变桨驱动系统发生损坏。
[0018]根据本专利技术的示例性实施例的一方面，提供了一种风力发电机组的监测系统，包括：桨距角获取单元，获取风力发电机组的叶片的桨距角数据；处理器，基于桨距角数据计算叶根的旋转振动频率，并且，比较计算的旋转振动频率与叶根固有旋转振动频率，并根据风力发电机组工况数据获得叶片和变桨系统的健康状态。
[0019]叶根的旋转振动的旋转轴可以为叶根的中心轴线。
[0020]所述变桨系统可包括变桨轴承及驱动变桨轴承旋转的变桨驱动系统。
[0021]所述叶根固有旋转振动频率可由叶根旋转振动模型确定，其中，所述模型可表示叶根的旋转角度、叶根的旋转加速度与叶片旋转力矩相关。
[0022]所述叶片旋转力矩可包括：叶片所受的风载旋转力矩，和/或，叶片不对称质量分布产生的旋转力矩。
[0023]所述叶根固有旋转振动频率可以为变桨系统刚度与叶片转动惯量比值的平方根。
[0024]处理器可执行以下操作：当计算的旋转振动频率小于所述叶根固有旋转振动频率并且所述风力发电机组工况数据指示环境温度低时，确定叶片结冰；当计算的旋转振动频率大于所述叶根固有旋转振动频率并且所述风力发电机组工况数据指示轮毂或者主轴发生振动时，确定叶片发生损坏或者结构脱落；当计算的旋转振动频率小于所述叶根固有旋转振动频率并且所述风力发电机组工况数据指示液压不足时，确定变桨轴承或者变桨驱动系统发生损坏。
[0025]根据本专利技术的示例性实施例的一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述的风力发电机组的监测方法的程序指令。
[0026]根据本专利技术的示例性实施例，通过叶片桨距角数据计算叶根旋转振动频率的变化，从而可结合数据采集与监视控制系统(SCADA)工况数据判断叶片结冰和损坏、变桨轴承、变桨驱动系统损坏等故障，提高了检测的全面性，并可在不增加传感器成本的情况下仅利用风力发电机组原有桨距角数据对叶片的典型故障进行监测。在叶片及变桨系统发生损伤或故障时及时预警或停机以保护风力发电机组，并可改善叶片空气动力学特性，提高发
电量。此外，可使用直接在叶片根部测量桨距角的方法对叶片的健康状态进行检测而不需要在叶片内部较远处增加传感器，减少了监测的难度，更容易广泛的应用。
附图说明
[0027]通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本专利技术的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
[0028]图1A和图1B是示出根据本专利技术示例性实施例的风力发电机组的叶片和变桨系统的示意图；
[0029]图2是示出根据本专利技术示例性实施例的风力发电机组的监测方法的流程图；
[0030]图3是示出根据本专利技术示例性实施例的叶根旋转振动模型的示图；
[0031]图4是示出根据本专利技术示例性实施例的风力发电机组的的监测装置的框图；
[0032]图5是示出根据本专利技术示例性实施例的风力发电机组的监测系统的框图；
[0033]图6是示出根据本专利技术示例性实施例的基于桨距角的频谱与现有技术的基于叶片振动监测的频谱的示图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组的监测方法，其特征在于，包括：获取风力发电机组的叶片的桨距角数据；基于桨距角数据计算叶根的旋转振动频率；比较计算的旋转振动频率与叶根固有旋转振动频率，并根据风力发电机组工况数据获得叶片和变桨系统的健康状态。2.如权利要求1所述的风力发电机组的监测方法，其中，叶根的旋转振动的旋转轴为叶根的中心轴线。3.如权利要求1所述的风力发电机组的监测方法，其中，所述变桨系统包括变桨轴承及驱动变桨轴承旋转的变桨驱动系统。4.如权利要求1所述的风力发电机组的监测方法，其中，所述叶根固有旋转振动频率由叶根旋转振动模型确定，其中，所述叶根旋转振动模型表示叶根的旋转角度、叶根的旋转加速度与叶片旋转力矩相关。5.如权利要求4所述的风力发电机组的监测方法，其中，所述叶片旋转力矩包括：叶片所受的风载旋转力矩，和/或，叶片不对称质量分布产生的旋转力矩。6.如权利要求4所述的风力发电机组的监测方法，其中，所述叶根固有旋转振动频率为变桨系统刚度与叶片转动惯量比值的平方根。7.如权利要求1所述的风力发电机组的监测方法，其中，获得叶片和变桨系统的健康状态的步骤包括：当计算的旋转振动频率小于所述叶根固有旋转振动频率并且所述风力发...

【专利技术属性】
技术研发人员：敖瑞，赵广宇，贾行建，
申请(专利权)人：新疆金风科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：