本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般由葉片、輪轂、塔架和機(jī)艙組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是通過(guò)葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為輪轂的機(jī)械能,機(jī)械能再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),最終輸出交流電的設(shè)備。
葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中受力最大的部件。如果受到損傷,更換起來(lái)也是最昂貴的部件之一。葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件,葉片在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,當(dāng)葉片由上方轉(zhuǎn)到與下方時(shí),受力改變并且交替變化,以及風(fēng)力狀況的不穩(wěn)定,這些都會(huì)引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間工作后,由于材料老化、硬件的物理疲勞、以及惡劣環(huán)境等原因引起的葉片物理性能下降以及損壞,影響了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作效率。因此,監(jiān)測(cè)葉片的運(yùn)行狀態(tài)就顯得尤為重要。
目前,監(jiān)測(cè)葉片最常用的方法是目視觀察,這種方法是有時(shí)間間隔的。在時(shí)間間隔期間葉片微小的問(wèn)題和早期可修復(fù)的問(wèn)題就很有可能已經(jīng)發(fā)生并發(fā)展為嚴(yán)重的問(wèn)題。
綜上,現(xiàn)有技術(shù)中存在以下技術(shù)問(wèn)題:無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片是否出現(xiàn)損傷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的監(jiān)測(cè)方法,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片是否出現(xiàn)損傷。
本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片是否出現(xiàn)損傷。
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的監(jiān)測(cè)方法,包括:
利用傳感器采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片的振動(dòng)信號(hào);
通過(guò)設(shè)置在輪轂中的輪轂測(cè)量單元提取所述振動(dòng)信號(hào);
所述輪轂測(cè)量單元將所述振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至設(shè)置在機(jī)艙中的數(shù)據(jù)分析單元;
比較所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中不同葉片的所述振動(dòng)信號(hào),監(jiān)測(cè)所述葉片是否出現(xiàn)損傷。
其中,所述輪轂測(cè)量單元與所述數(shù)據(jù)分析單元通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相連接;
或,
所述輪轂測(cè)量單元與所述數(shù)據(jù)分析單元通過(guò)滑環(huán)中的線纜相連接。
其中,所述比較所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中不同葉片的所述振動(dòng)信號(hào),監(jiān)測(cè)所述葉片是否出現(xiàn)損傷,包括:
確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片的所述振動(dòng)信號(hào)的差值,基于所述差值監(jiān)測(cè)所述葉片是否出現(xiàn)損傷。
其中,所述確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片的所述振動(dòng)信號(hào)的差值,包括:
獲取所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片在時(shí)域的振動(dòng)信號(hào);
計(jì)算所述任意兩個(gè)葉片在同一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)幅值的差值。
其中,所述確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片的所述振動(dòng)信號(hào)的差值,包括:
獲取所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片在時(shí)域的振動(dòng)信號(hào);
繪制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中所述任意兩個(gè)葉片在時(shí)域的振動(dòng)信號(hào)的對(duì)比曲線,其中,所述對(duì)比曲線包括所述任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)幅值的差值。
其中,所述輪轂測(cè)量單元將所述振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至設(shè)置在機(jī)艙中的數(shù)據(jù)分析單元之后,還包括:
基于所述振動(dòng)信號(hào)獲得所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量;
按照所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量和所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量,監(jiān)測(cè)所述葉片的覆冰狀態(tài)。
其中,所述基于所述振動(dòng)信號(hào)獲得所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量,包括:
根據(jù)所述振動(dòng)信號(hào)提取所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的振動(dòng)頻率;
基于所述振動(dòng)頻率計(jì)算所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量。
其中,所述按照所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量和所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量,監(jiān)測(cè)所述葉片的覆冰狀態(tài)之后,還包括:
依據(jù)所述葉片的覆冰狀態(tài)啟動(dòng)葉片加熱;
或,
依據(jù)所述葉片的覆冰狀態(tài)降低所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率。
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),包括:
傳感器,用于采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片的振動(dòng)信號(hào);
輪轂中的輪轂測(cè)量單元,用于提取并轉(zhuǎn)發(fā)所述振動(dòng)信號(hào);
機(jī)艙中的數(shù)據(jù)分析單元,用于接收所述振動(dòng)信號(hào);
監(jiān)測(cè)模塊,用于比較所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中不同葉片的所述振動(dòng)信號(hào),監(jiān)測(cè)所述葉片是否出現(xiàn)損傷。
其中,所述輪轂測(cè)量單元與所述數(shù)據(jù)分析單元通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相連接;
或,
所述輪轂測(cè)量單元與所述數(shù)據(jù)分析單元通過(guò)滑環(huán)中的線纜相連接。
其中,所述監(jiān)測(cè)模塊,進(jìn)一步用于確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片的所述振動(dòng)信號(hào)的差值,基于所述差值監(jiān)測(cè)所述葉片是否出現(xiàn)損傷。
其中,所述監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)一步用于:
獲取所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片在時(shí)域的振動(dòng)信號(hào);
計(jì)算所述任意兩個(gè)葉片在同一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)幅值的差值。
其中,所述監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)一步用于:
獲取所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片在時(shí)域的振動(dòng)信號(hào);
繪制所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中所述任意兩個(gè)葉片在時(shí)域的振動(dòng)信號(hào)的對(duì)比曲線,其中,所述對(duì)比曲線包括所述任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)幅值的差值。
其中,所述監(jiān)測(cè)模塊,進(jìn)一步用于基于所述振動(dòng)信號(hào)獲得所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量;
按照所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量和所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量,監(jiān)測(cè)所述葉片的覆冰狀態(tài)。
其中,所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括控制模塊,用于依據(jù)所述葉片的覆冰狀態(tài)啟動(dòng)葉片加熱;
或,
依據(jù)所述葉片的覆冰狀態(tài)降低所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率。
其中,所述傳感器位于所述葉片內(nèi)部前緣方向的葉片最大弦長(zhǎng)處。
從上述技術(shù)方案中可以看出,利用傳感器采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片的振動(dòng)信號(hào);通過(guò)設(shè)置在輪轂中的輪轂測(cè)量單元提取所述振動(dòng)信號(hào);輪轂測(cè)量單元將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至設(shè)置在機(jī)艙中的數(shù)據(jù)分析單元;比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中不同葉片的振動(dòng)信號(hào),監(jiān)測(cè)葉片是否出現(xiàn)損傷。由于可以實(shí)時(shí)獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的振動(dòng)信號(hào),因此能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片是否出現(xiàn)損傷。
附圖說(shuō)明
從下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式的描述中可以更好地理解本發(fā)明其中,相同或相似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的特征。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的監(jiān)測(cè)方法流程示意圖;
圖2是本發(fā)明實(shí)施例中監(jiān)測(cè)葉片覆冰的流程示意圖;
圖3是本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4是本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的另一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5是本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片傳感器安裝位置示意圖;
圖6是本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用結(jié)構(gòu)示意圖;
圖7是本發(fā)明實(shí)施例中葉片的振動(dòng)信號(hào)頻域圖;
圖8是本發(fā)明實(shí)施例中葉片損傷過(guò)程的振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖;
在附圖中,相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記,標(biāo)記說(shuō)明如下:
301-傳感器;輪轂測(cè)量單元-302;數(shù)據(jù)分析單元-303;監(jiān)測(cè)模塊-304;控制模塊305。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)表達(dá)得更加清楚明白,下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
在本發(fā)明實(shí)施例中,利用傳感器采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片的振動(dòng)信號(hào),通過(guò)比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中不同葉片的振動(dòng)信號(hào),可以監(jiān)測(cè)葉片是否出現(xiàn)損傷。另外,還可以基于葉片的振動(dòng)信號(hào)獲得葉片的總質(zhì)量,進(jìn)而監(jiān)測(cè)葉片的覆冰狀態(tài)。
參見(jiàn)圖1是本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的監(jiān)測(cè)方法流程示意圖,具體包括:
S101、利用傳感器采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片的振動(dòng)信號(hào)。
S102、通過(guò)設(shè)置在輪轂中的輪轂測(cè)量單元提取振動(dòng)信號(hào)。
S103、輪轂測(cè)量單元將所述振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至設(shè)置在機(jī)艙中的數(shù)據(jù)分析單元。
S104、比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中不同葉片的振動(dòng)信號(hào),監(jiān)測(cè)葉片是否出現(xiàn)損傷。
在本發(fā)明實(shí)施例中,首先采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的振動(dòng)信號(hào)。然后,通過(guò)設(shè)置在輪轂中的輪轂測(cè)量單元提取葉片的振動(dòng)信號(hào),輪轂測(cè)量單元將葉片的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至設(shè)置在機(jī)艙中的數(shù)據(jù)分析單元。最后,比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中不同葉片的振動(dòng)信號(hào),監(jiān)測(cè)葉片是否出現(xiàn)損傷。由于出現(xiàn)損傷的葉片對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)會(huì)發(fā)生改變,因此可以依據(jù)葉片的振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)葉片是否出現(xiàn)損傷。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的振動(dòng)信號(hào)是可以實(shí)時(shí)獲得的,因此能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的狀態(tài)。
在可選的實(shí)施例中,可以利用傳感器采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的振動(dòng)信號(hào)。傳感器的位置可以靈活設(shè)置,例如設(shè)置在葉片前緣,葉片內(nèi)部均可以。
采集到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的振動(dòng)信號(hào)后,需要將葉片的振動(dòng)信號(hào)發(fā)送至輪轂中的輪轂測(cè)量單元(HMU,Hub Measurement Unit)。例如,可以通過(guò)信號(hào)電纜將葉片的振動(dòng)信號(hào)發(fā)送至HMU。為了保護(hù)信號(hào)電纜在葉片中免受機(jī)械張力,信號(hào)電纜在葉片中可以以正弦波方式走線。
在可選的實(shí)施例中,HMU位于輪轂中,數(shù)據(jù)分析單元(ECU,Evaluation and Communication Unit)位于機(jī)艙中。HMU與ECU之間可以通過(guò)多種方式相連接以傳輸葉片的振動(dòng)信號(hào)。一種方式是:HMU與ECU之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相連接,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以是無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙連接或其他的無(wú)線連接方式。另一種方式是:HMU與ECU通過(guò)滑環(huán)中的線纜相連接。在HMU于ECU之間設(shè)有滑環(huán),滑環(huán)上設(shè)有預(yù)留孔位與線槽。HMU與ECU之間的線纜可以通過(guò)預(yù)留孔位和線槽分別與HMU和ECU相連接。
在可選的實(shí)施例中,確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)的差值,基于任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)的差值監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的葉片是否出現(xiàn)損傷。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片均是相同的,在葉片沒(méi)有受到損傷的情況下,每個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)是基本相同的。而在葉片受到損傷的情況下,葉片的振動(dòng)信號(hào)發(fā)生改變。具體來(lái)說(shuō),可以基于任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)的差值監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的葉片是否出現(xiàn)損傷。
在可選的實(shí)施例中,可以獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片在時(shí)域的振動(dòng)信號(hào)。也就說(shuō),獲取風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片在不同時(shí)間點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào),這樣就可以計(jì)算任意兩個(gè)葉片在同一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)幅值的差值。在相同的時(shí)刻,任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)幅值的差值,即每個(gè)葉片在相同的時(shí)刻均有振動(dòng)幅值,依據(jù)不同葉片在同一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值的差值監(jiān)測(cè)葉片是否出現(xiàn)損傷。
在可選的實(shí)施例中,首先獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片在時(shí)域的振動(dòng)信號(hào)。然后,繪制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片在時(shí)域的振動(dòng)信號(hào)的對(duì)比曲線。在坐標(biāo)系中,橫軸代表時(shí)間,縱軸代表振動(dòng)信號(hào)幅值的差值。也就是說(shuō),對(duì)比曲線包括任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)幅值的差值??梢砸罁?jù)對(duì)比曲線直觀獲知任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)幅值的差值的變化。
具體來(lái)說(shuō),可以獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中兩個(gè)不同葉片的振動(dòng)信號(hào)的對(duì)比曲線。例如,獲取葉片1的振動(dòng)信號(hào)與葉片2的振動(dòng)信號(hào)的對(duì)比曲線1,獲取葉片1的振動(dòng)信號(hào)與葉片3的振動(dòng)信號(hào)的對(duì)比曲線2,獲取葉片2的振動(dòng)信號(hào)與葉片3的振動(dòng)信號(hào)的對(duì)比曲線3。
比較對(duì)比曲線1、對(duì)比曲線2和對(duì)比曲線3,由于葉片1、葉片2和葉片3均是相同規(guī)格的葉片,在葉片沒(méi)有出現(xiàn)損傷時(shí),對(duì)比曲線1、對(duì)比曲線2和對(duì)比曲線3幾乎沒(méi)有差別。當(dāng)葉片出現(xiàn)微小損傷,則對(duì)比曲線1、對(duì)比曲線2和對(duì)比曲線3會(huì)有發(fā)生變化。例如,對(duì)比曲線1未發(fā)生變化;對(duì)比曲線2發(fā)生變化;對(duì)比曲線3發(fā)生變化,此時(shí)判斷葉片3出現(xiàn)損傷。
在可選的實(shí)施例中,參見(jiàn)圖2是本發(fā)明實(shí)施例中監(jiān)測(cè)葉片覆冰的流程示意圖,具體包括:
S201、基于葉片的振動(dòng)信號(hào)獲得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量。
從葉片的振動(dòng)信號(hào)中提取振動(dòng)頻率,振動(dòng)頻率是葉片當(dāng)前的振動(dòng)頻率??紤]到葉片的振動(dòng)頻率與葉片的總質(zhì)量有關(guān)系。即葉片的總質(zhì)量越大,則葉片的振動(dòng)頻率越小。其中,葉片的總質(zhì)量是葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量與葉片的負(fù)載之和。當(dāng)葉片出現(xiàn)較大的損傷,例如由于葉片長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或者雷擊導(dǎo)致葉尖部分缺損,葉片的質(zhì)量減少,則葉片的負(fù)載是負(fù)數(shù);當(dāng)葉片表面出現(xiàn)覆冰,則葉片的負(fù)載是正數(shù)。
具體而言,在本步驟中,首先根據(jù)振動(dòng)信號(hào)提取葉片的振動(dòng)頻率f;再基于振動(dòng)頻率f計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量。
葉片的振動(dòng)頻率和葉片的總質(zhì)量的關(guān)系由表達(dá)式(1)表示:
其中,m是風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組中葉片的總質(zhì)量,k是葉片自身剛度,f是葉片整體的振動(dòng)頻率。葉片自身剛度由結(jié)構(gòu)形狀、截面形狀和支持位置等因素決定。
S202、按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量,監(jiān)測(cè)葉片的覆冰狀態(tài)。
其中,葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量為葉片在出廠時(shí)的質(zhì)量。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量之差為負(fù)數(shù),則確定葉片有可能出現(xiàn)損傷。此處的損傷是指因?yàn)槭軗p導(dǎo)致葉片的質(zhì)量減小的損傷。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量之差為正數(shù),則確定葉片有可能出現(xiàn)覆冰。
即在風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組所處的溫度小于零度,且空氣濕度較大或出現(xiàn)雨雪的情況,葉片會(huì)出現(xiàn)覆冰。葉片表面覆冰后風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量逐漸增加。為了避免葉片表面覆冰的影響,還可以依據(jù)葉片的覆冰狀態(tài)采用不同的手段減小對(duì)葉片的影響。
可以以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量之差衡量葉片的覆冰狀態(tài)。
例如,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量之差小于預(yù)設(shè)第一閾值,覆冰狀態(tài)為輕度。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量之差大于等于預(yù)設(shè)第一閾值且小于第二閾值,覆冰狀態(tài)為中度。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量之差大于等于預(yù)設(shè)第二閾值,覆冰狀態(tài)為重度。
在覆冰狀態(tài)為輕度時(shí),啟動(dòng)葉片加熱。
在覆冰狀態(tài)為中度時(shí),降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率至原有風(fēng)力發(fā)電處功率的50%。
在覆冰狀態(tài)為重度時(shí),降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率至0,即停機(jī)。
本發(fā)明實(shí)施例中,可以由振動(dòng)信號(hào)獲得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量。然后,按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量,監(jiān)測(cè)葉片的覆冰狀態(tài)。葉片處于覆冰狀態(tài)時(shí)可以采用不同的方式進(jìn)行調(diào)整,以避免葉片受損。
參見(jiàn)附圖3是本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,具體包括:傳感器301、HMU302、ECU 303和監(jiān)測(cè)模塊304。
傳感器301,用于采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片的振動(dòng)信號(hào)。
HMU302,用于提取并轉(zhuǎn)發(fā)葉片的振動(dòng)信號(hào)。
ECU303,用于接收葉片的振動(dòng)信號(hào)。
監(jiān)測(cè)模塊304,用于比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中不同葉片的振動(dòng)信號(hào),監(jiān)測(cè)葉片是否出現(xiàn)損傷。
在本發(fā)明實(shí)施例中,首先傳感器301采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的振動(dòng)信號(hào)。然后,HMU302提取并轉(zhuǎn)發(fā)葉片的振動(dòng)信號(hào),ECU303接收葉片的振動(dòng)信號(hào)。最后,監(jiān)測(cè)模塊304比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中不同葉片的振動(dòng)信號(hào),監(jiān)測(cè)葉片是否出現(xiàn)損傷。由于出現(xiàn)損傷的葉片對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)會(huì)發(fā)生改變,因此可以依據(jù)葉片的振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)葉片是否出現(xiàn)損傷。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的振動(dòng)信號(hào)是可以實(shí)時(shí)獲得的,因此能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的狀態(tài)。
采集到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的葉片的振動(dòng)信號(hào)后,需要將葉片的振動(dòng)信號(hào)發(fā)送至輪轂中的HMU302。可以通過(guò)信號(hào)電纜將葉片的振動(dòng)信號(hào)發(fā)送至HMU302。為了保護(hù)信號(hào)電纜在葉片中免受機(jī)械張力,信號(hào)電纜在葉片中可以以正弦波方式走線。
在可選的實(shí)施例中,HMU302位于輪轂中,ECU303位于機(jī)艙中。HMU302與ECU303之間可以通過(guò)多種方式相連接以傳輸葉片的振動(dòng)信號(hào)。一種方式是:HMU302與ECU303之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相連接,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以是無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙連接或其他的無(wú)線連接方式。另一種方式是:HMU302與ECU303通過(guò)滑環(huán)中的線纜相連接。在HMU302與ECU303之間設(shè)有滑環(huán),滑環(huán)上設(shè)有預(yù)留孔位與線槽。HMU302與ECU303之間的線纜可以通過(guò)預(yù)留孔位和線槽分別與HMU和ECU相連接。
在可選的實(shí)施例中,監(jiān)測(cè)模塊304進(jìn)一步用于確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)的差值,基于任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)的差值監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的葉片是否出現(xiàn)損傷。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片均是相同的,在葉片沒(méi)有受到損傷的情況下,每個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)是相同的。而在葉片受到損傷的情況下,葉片的振動(dòng)信號(hào)發(fā)生改變。具體來(lái)說(shuō),可以基于任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)的差值監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的葉片是否出現(xiàn)損傷。
在可選的實(shí)施例中,監(jiān)測(cè)模塊304進(jìn)一步用于可以獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片在時(shí)域的振動(dòng)信號(hào)。也就說(shuō),獲取風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片在不同時(shí)間點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào),這樣就可以計(jì)算任意兩個(gè)葉片在同一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)幅值的差值。在相同的時(shí)刻,計(jì)算任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)幅值的差值,即每個(gè)葉片在相同的時(shí)刻均有振動(dòng)幅值,監(jiān)測(cè)模塊304依據(jù)不同葉片在同一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值的差值監(jiān)測(cè)葉片是否出現(xiàn)損傷。
在可選的實(shí)施例中,監(jiān)測(cè)模塊304進(jìn)一步獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片在時(shí)域的振動(dòng)信號(hào)。然后,繪制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中任意兩個(gè)葉片在時(shí)域的振動(dòng)信號(hào)的對(duì)比曲線。在坐標(biāo)系中,橫軸代表時(shí)間,縱軸代表振動(dòng)信號(hào)幅值的差值。也就是說(shuō),對(duì)比曲線包括任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)幅值的差值??梢砸罁?jù)對(duì)比曲線直觀獲知任意兩個(gè)葉片的振動(dòng)信號(hào)幅值的差值的變化。
具體來(lái)說(shuō),監(jiān)測(cè)模塊304可以獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中兩個(gè)不同葉片的振動(dòng)信號(hào)的對(duì)比曲線。例如,獲取葉片1的振動(dòng)信號(hào)與葉片2的振動(dòng)信號(hào)的對(duì)比曲線1,獲取葉片1的振動(dòng)信號(hào)與葉片3的振動(dòng)信號(hào)的對(duì)比曲線2,獲取葉片2的振動(dòng)信號(hào)與葉片3的振動(dòng)信號(hào)的對(duì)比曲線3。監(jiān)測(cè)模塊304比較對(duì)比曲線1、對(duì)比曲線2和對(duì)比曲線3,監(jiān)測(cè)葉片是否出現(xiàn)損傷。
在可選的實(shí)施例中,監(jiān)測(cè)模塊304進(jìn)一步用于基于葉片的振動(dòng)信號(hào)獲得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量。按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量,監(jiān)測(cè)葉片的覆冰狀態(tài)。
在可選的實(shí)施例中,參見(jiàn)圖4是本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的另一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖,包括傳感器301、HMU302、ECU303、監(jiān)測(cè)模塊304和控制模塊305。即,圖4中的系統(tǒng)是在圖3系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加控制模塊305。
控制模塊305用于依據(jù)葉片的覆冰狀態(tài)啟動(dòng)葉片加熱??刂颇K305還可以用于依據(jù)葉片的覆冰狀態(tài)降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率。
在可選的實(shí)施例中,傳感器301可以位于葉片內(nèi)部的任意位置。考慮到葉片的振動(dòng)幅度,葉片的振動(dòng)幅度越大越容易采集葉片的振動(dòng)信號(hào)。參見(jiàn)附圖5是本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用結(jié)構(gòu)示意圖,傳感器301可位于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前緣處。
另外,為了避免部分位置的振動(dòng)信號(hào)缺失,能夠采集到從葉根到葉尖全部位置的振動(dòng)信號(hào),傳感器301可以位于葉片內(nèi)部前緣方向的葉片最大弦長(zhǎng)處,以采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的振動(dòng)信號(hào)。下面結(jié)合具體情況詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖6中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有三個(gè)葉片,每個(gè)葉片內(nèi)部的前緣處安裝有振動(dòng)傳感器。輪轂中安裝有HMU,HMU通過(guò)信號(hào)電纜收集振動(dòng)傳感器所采集的數(shù)據(jù)。
HMU和ECU通過(guò)無(wú)線WIFI的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。考慮到HMU與ECU之間的滑環(huán)上沒(méi)有足夠預(yù)留孔位與線槽,對(duì)已進(jìn)入運(yùn)維風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō),更換重新設(shè)計(jì)帶有預(yù)留孔的滑環(huán)從成本上是不允許的,因此采用無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)然在不考慮成本的情況下,也可以在重新設(shè)計(jì)的滑環(huán)中設(shè)置線纜,以該線纜連接HMU和ECU。
ECU通過(guò)光纖連接到風(fēng)電機(jī)組塔底主控柜交換機(jī),再通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)環(huán)網(wǎng)連接到風(fēng)電場(chǎng)服務(wù)器。風(fēng)電場(chǎng)服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù),分析后的結(jié)果及監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可通過(guò)公網(wǎng)展示到WEB終端。
風(fēng)電場(chǎng)服務(wù)器比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中不同葉片的振動(dòng)信號(hào),監(jiān)測(cè)葉片是否出現(xiàn)損傷。還可以基于振動(dòng)信號(hào)獲得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量,在根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的總質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中葉片的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量,監(jiān)測(cè)葉片的覆冰狀態(tài)。
在具體應(yīng)用中,監(jiān)測(cè)模塊304可以設(shè)置在ECU303中或機(jī)艙內(nèi)部,進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的處理。在圖6所示的系統(tǒng)中,監(jiān)測(cè)模塊304可以設(shè)置在風(fēng)電場(chǎng)服務(wù)器上。
具體的,參見(jiàn)圖7是本發(fā)明實(shí)施例中葉片的振動(dòng)信號(hào)頻域圖,橫軸代表葉片振動(dòng)信號(hào)的頻率,縱軸代表葉片的振幅。其中每條曲線對(duì)應(yīng)一個(gè)葉片,可以看出每個(gè)葉片的在各個(gè)頻率位置處的振幅相差不大。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例中葉片損傷過(guò)程的振動(dòng)信號(hào)時(shí)域圖,橫軸代表時(shí)間,縱軸間接表示兩個(gè)葉片振動(dòng)幅度的差值。其中,1部分代表葉片1與葉片2的振動(dòng)幅度差;2部分代表葉片2與葉片3的振動(dòng)幅度差;3部分代表葉片3與葉片1的振動(dòng)幅度差。
葉片沒(méi)有受到損傷,則每個(gè)葉片的振動(dòng)幅度相差無(wú)幾。當(dāng)葉片的振動(dòng)幅度相差很多,則有可能葉片出現(xiàn)故障。圖8中可以看出,1部分與2部分的變化幅度較大,3部分變化幅度較小,則說(shuō)明葉片1與葉片2的振動(dòng)幅度差較大,葉片2與葉片3的振動(dòng)幅度差較大,葉片3與葉片1的振動(dòng)幅度差很小。可以判斷出葉片1和葉片3沒(méi)有受到損傷,葉片2可能受到損傷。修復(fù)葉片2損傷后,可以看出1部分、2部分和3部分的變化幅度均很小,則無(wú)葉片損傷。
最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對(duì)其限制;盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改,或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者替換,并不使對(duì)應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。