CN103410664B - 一种风力机安全状态监测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种风力机安全状态监测方法和系统，其中所述方法包括：对叶片的叶尖在测量区域内的运动进行观测，获取在叶尖距离塔架的各种位置上叶尖到塔架的相应距离以及叶尖运动所产生的相应的声学信号；从各种距离中选取第一距离，将第一距离对应的声学信号设置为预警声学门限；在测量区域中叶尖在塔架上的投影位置设置声发射装置，当风力机运行时通过声发射装置探测叶尖运动到测量区域时的实时声学信号；根据实时声学信号和预警声学门限实时声学信号的数值实时声学信号的数值对风力机的运行进行安全状态监测。本申请从而减小了大风条件下叶片扭曲导致叶尖与塔架相碰撞的几率，提升了安全性。

Description

一种风力机安全状态监测方法和系统

技术领域

本申请涉及一种风能转换领域，具体的说，涉及一种风力机安全状态监测方法和系统。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，在过去的十年中由于能源、环境、气候问题得到了迅速的发展。显然，风能的清洁性、可再生性及其大规模应用技术的日益成熟，使风力发电日益成为新能源领域中除核能外，技术最成熟、最具开发条件和最有发展前景的发电方式。一个典型的风力机组由转子、轮毂、叶片、齿轮箱和动力传动系统、发电机、功率调节装置、软件的控制和监测。虽然理论上风力机组的最大效率是59％，现代大型风力机由于采用了更多先进的空气动力学效率设计的叶片，现代控制理论和使用更强大的电力系统组件，使得风力机组的性能一直在稳步增加。

大型化是风力机发展的必然趋势，如5兆瓦水平轴三叶片风力机，叶轮的单个叶片弦长可以达到70米。随着风电机组单机容量的不断增大及叶片弦长的增加，作用在风力机和叶片上的载荷和扭矩急剧增加，风力机在这种情况下运转，大风会使叶片发生变形，叶片在运转过程中叶尖部位极易与塔架发生碰撞，但是这种碰撞是无法探知的。

风力机实际运行时，由于叶片的大型化、湍流风载及瞬态效应，即使在工作风速范围内，亦不可避免的导致叶片翼型自身结构产生较大的变形，给风力机稳定性和安全性带来了很大的挑战。因此需要监测风力机的运行，对风力机叶片结构的变形提前预警。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种风力机安全状态监测方法和系统，以解决上述现有技术存在的问题。

本申请提供了一种风力机安全状态监测方法，应用于包括叶片、塔架的风力机，包括：对所述叶片的叶尖在测量区域内的运动进行观测，获取在所述叶尖距离所述塔架的各种位置上所述叶尖到所述塔架的相应距离以及所述叶尖运动所产生的相应的声学信号，其中，所述测量区域为所述风力机运行时所述叶尖的投影划过所述塔架的覆盖区域；从所述各种距离中选取第一距离，将所述第一距离对应的声学信号设置为预警声学门限，其中，当所述叶尖到所述塔架的相应距离小于所述第一距离时所述叶尖与塔架发生碰撞概率超过第一概率；在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架上的投影位置设置声发射装置，当所述风力机运行时通过所述声发射装置探测所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号；根据所述实时声学信号和预警声学门限实时声学信号的数值实时声学信号的数值对所述风力机的运行进行安全状态监测。

进一步地，根据所述实时声学信号和预警声学门限对所述风力机的运行进行安全状态监测，包括：当所述实时声学信号的数值大于等于所述预警声学门限时，向与所述风力机相连的位于远端的控制中心以及安装在所述风力机上的执行设备发出预警信号。

进一步地，实时声学信号的数值从所述各种距离中选取第一距离，将所述第一距离对应的声学信号设置为预警声学门限的步骤，还包括：从所述各种距离中选取第二距离，将所述第二距离对应的声学信号设置为制动声学门限，其中，当所述叶尖到所述塔架的相应距离小于所述第二距离时所述叶尖与塔架发生碰撞概率超过第二概率，所述第二概率大于第一概率；根据所述实时声学信号和预警声学门限对所述风力机的运行进行安全状态监测的步骤，还包括：当所述实时声学信号的数值大于等于所述制动声学门限时，向安装在所述风力机上的执行设备发出制动停机指示，并向与所述风力机相连的位于远端的控制中心发出制动信号。

进一步地，当所述风力机运行时通过所述声发射装置探测所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号，还包括：对探测到的所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号进行分析，分离所述实时声学信号中的非稳态噪声以及稳态噪声，抽取所述非稳态噪声作为实时声学信号；其中，所述非稳态噪声，包括：所述叶片旋转时周期性打击所述测量区域的空气而引起的气体压力的脉动噪声或基线噪声。

进一步地，在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架上的投影位置设置声发射装置，包括：在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架外表面的投影位置设置声发射装置中的传声器；和/或，在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架内壁面的投影位置设置声发射装置中的听诊器。

进一步地，所述声学信号为随着所述叶尖的运动具有非稳态特性的声学信号。

本申请还提供了一种风力机安全状态监测系统，应用于包括叶片、塔架的风力机，包括：中央处理器和声发射装置，其中，所述声发射装置，设置在测量区域中所述叶尖在所述塔架上的投影位置，当所述风力机运行时探测所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号，并发送给所述中央处理器；其中，所述测量区域为所述风力机运行时所述叶尖的投影划过所述塔架的覆盖区域；所述中央处理器，进一步包括：映射配置模块、采集运算模块和安全监测模块，其中，所述采集运算模块，用于对所述叶片的叶尖在测量区域内的运动进行观测，获取在所述叶尖距离所述塔架的各种位置上所述叶尖到所述塔架的相应距离以及所述叶尖运动所产生的相应的声学信号；所述映射配置模块，用于从所述各种距离中选取第一距离，将所述第一距离对应的声学信号设置为预警声学门限，其中，当所述叶尖到所述塔架的相应距离小于所述第一距离时所述叶尖与塔架发生碰撞概率超过第一概率；所述安全监测模块，用于根据所述实时声学信号和预警声学门限对所述风力机的运行进行安全状态监测。

进一步地，还包括：安装在所述风力机上的执行设备以及与所述风力机相连的位于远端的控制中心，其中，所述安全监测模块，进一步用于当监测到所述实时声学信号的数值大于等于所述预警声学门限时，向所述控制中心以及所述执行设备发出预警信号；所述控制中心，用于接收所述预警信号，并根据运维人员的操作对所述执行设备发出控制指令；所述执行设备，用于根据所述预警信号，在所述风力机上以闪烁或者蜂鸣的方式进行提示；还用于接受所述控制中心的控制指令，对所述风力机进行控制操作。

进一步地，还包括：安装在所述风力机上的执行设备以及与所述风力机相连的位于远端的控制中心，其中，所述映射配置模块，还用于从所述各种距离中选取第二距离，将所述第二距离对应的声学信号设置为制动声学门限，其中，当所述叶尖到所述塔架的相应距离小于所述第二距离时所述叶尖与塔架发生碰撞概率超过第二概率，所述第二概率大于第一概率；所述安全监测模块，进一步用于当监测到所述实时声学信号的数值大于等于所述制动声学门限时，向所述执行设备发出制动停机指示，并向所述控制中心发出制动信号；所述执行设备，用于根据所述制动停机指示，对所述风力机进行停机操作，并将停机信号通知所述控制中心；所述控制中心，用于接收所述制动信号以及停机信号，以闪烁或者蜂鸣的方式进行提示。

进一步地，所述安全监测模块，还用于对探测到的所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号进行分析，分离所述实时声学信号中的非稳态噪声以及稳态噪声，抽取所述非稳态噪声作为实时声学信号，并将所述实时声学信号通知所述安全监测模块；其中，所述非稳态噪声，包括：所述叶片旋转时周期性打击所述测量区域的空气而引起的气体压力的脉动噪声或基线噪声。

进一步地，所述声发射装置中的传声器，设置在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架外表面的投影位置；和/或，所述声发射装置中的听诊器，设置在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架内壁面的投影位置。

进一步地，所述声学信号为随着所述叶尖的运动具有非稳态特性的声学信号。

本申请与现有技术相比具有如下显著效果：

1）通过设置声发射装置实时监测风力机叶片的叶尖和塔架之间的安全状态监测，利用声学法判断叶尖与塔架是否会发生碰撞的危险。

2）通过对所探测的声学信号进行判断，进而确定了向控制中心或风力机执行设备发出安全预警。

3）通过本申请所提出的方案可以在预警到叶尖和塔架之间将会发生碰撞时，并进行相应的调整以防止叶尖与塔架相碰撞。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为现有设计中单侧叶轮风力机的整体示意图。

图2为本申请的一种风力机的整体示意图。

图3为本申请的实施例一方法流程图。

图4为本申请的实施例二方法流程图。

图5为本申请的实施例三方法流程图。

图6为本申请的实施例四方法流程图。

图7为本申请的实施例六系统结构框图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。

本申请的核心构思：

图1中现有的风力机叶片，叶尖2与塔架3之间的距离为X。在风力机运行时，由于叶片受湍流风载及瞬态效应等影响，导致叶片翼型自身结构产生较大的变形。如图2所示，叶片翼型产生变形后导致距离X变型为距离Y，这种距离下很可能会发生叶尖2与塔架3之间的碰撞。避免发生这种碰撞的方法，就转化为如何监控叶片是否发生形变。

这里需要有三个核心的问题需要解决，即通过什么媒介来进行监控、监控什么结构位置以及如何进行监控。

申请人经过长期的研究发现，叶片翼型产生变形后运转时发出的声音比起叶片未发生形变会有不同，进一步来说当形变发生后，叶片在运转时的轨迹位置会有变化，这时在某个固定监测点上监测叶片形变前后的声音必然会有不同，所以考虑通过声音为媒介来探测叶片当前所处状态。

其次，因为叶片的弦长可以达到70米，形变最剧烈的位置发生在叶片的叶尖位置，叶尖在形变前后的声音区别也相对较大，所以考虑对叶尖的运转声音进行监测。另外，叶片变形发生打塔的位置主要是叶尖，因此选择在叶尖与塔架最容易发生碰撞的塔架的位置对叶尖的运转进行声音监测。最后，在探测到叶尖的运转声音后，通过声音本身的特性来判断此时叶尖是否将会发生打塔。

如表1所示，建立所述声学信号与所述叶尖2到塔架3的各种距离的映射关系。如图2所示，在所述叶尖2投影在塔架3上的位置安装声发射装置4，当叶片1运动叶尖2划过到测量区域时，测量叶尖2运动所产生的声学信号。

实施例一：

如图3所示，本申请提供一种风力机安全状态监测方法，应用于包括叶片、塔架的风力机，具体方法说明如下：

S301、对所述叶片的叶尖在测量区域内的运动进行观测，获取在所述叶尖距离所述塔架的各种位置上所述叶尖到所述塔架的相应距离以及所述叶尖运动所产生的相应的声学信号，其中，所述测量区域为所述风力机运行时所述叶尖的投影划过所述塔架的覆盖区域。

声学信号与各种距离的对应关系，即，如表1所示。

显示距离（米）	声强（分贝）	振动频率（赫兹）
			7～6	40～50	<1K
6～5	50～60	<1K
			5～4	60～70	<1K
4～3	70～80	<1K
			3～2	80～90	<1K

表1

对所述叶片的叶尖在测量区域内的运动进行观测是在实验室通过计算机模型仿真来完成观测从而采集测算得到声学信号与对应的各种距离，或者通过地理位置相近的其他类似级别的风力机进行实际观测从而采集测算得到声学信号与对应的各种距离。表1中仅选取振动频率和声强，且数值仅为示意，用以说明距离与各种声学信号的关系，并不对本申请进行限制。

S302、从所述各种距离中选取第一距离，将所述第一距离对应的声学信号设置为预警声学门限，其中，当所述叶尖到所述塔架的相应距离小于所述第一距离时所述叶尖与塔架发生碰撞概率超过第一概率。

和/或，从所述各种距离中选取第二距离，将所述第二距离对应的声学信号设置为制动声学门限，其中，当所述叶尖到所述塔架的相应距离小于所述第二距离时所述叶尖与塔架发生碰撞概率超过第二概率，所述第二概率大于第一概率。

对于所述第一距离的选取，可以保证当叶尖到塔架相应距离小于所述第一距离且大于第二距离时，所述叶尖与塔架发生碰撞概率会超过第一概率，这时较易发生碰撞；

而对于所述第二距离的选取，可以确认当叶尖到塔架相应距离小于所述第二距离时，所述叶尖与塔架发生碰撞概率会超过第一概率，这时极有可能会发生碰撞；

这个第一距离、第二距离可以是技术人员根据经验设定的，也可以是计算机通过仿真实验测算出的。

例如，当距离为3～4米（图2所示的虚线叶尖与塔架之间的距离）时，叶尖与塔架发生碰撞概率可能会达到40%，此时认为是存在较大风险的，因此选定3～4米为第一距离，将3～4米在表1中对应的声强、振动频率的数值作为预警声学门限。当距离为2～3米（图2所示的虚线叶尖与塔架之间的距离）时，叶尖与塔架发生碰撞概率可能会达到60%，此时认为是存在极大风险的，因此选定2～3米为第二距离，将2～3米在表1中对应的声强、振动频率的数值作为制动声学门限。制动声学门限下的发生打塔的概率远高于预警声学门限，因此预警声学门限的紧急程度会高于制动声学门限。

S303、在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架上的投影位置设置声发射装置，当所述风力机运行时通过所述声发射装置探测所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号。

所述声学信号，为随着叶尖的运动具有非稳态特性（即具有脉冲特征）的声学信号，具有这种特性的声学信号可以用于本申请的方案。本申请的声学信号包括以下一个或多个的组合：声强、振动频率、声压、声功率、相位、周期、以及其他可以用于本申请的具有非稳态特征的声学信号。

S304、根据所述实时声学信号和预警声学门限对所述风力机的运行进行安全状态监测。

还可以根据所述实时声学信号以及预警声学门限和/或制动声学门限对所述风力机的运行进行安全状态监测。

对所述风力机的运行进行安全状态监测，例如可以采取相应的措施来调整叶片运行方式等，参见实施例二至五的描述。

实施例二：

如图4所示，在本实施例二中，是实施例一中步骤S304中对风力机安全监测的具体实施方法的进一步解释说明：

S401、判断所收集的实时声学信号的数值是否大于等于预警声学门限，如果是，则执行S402，否则执行S403。

S402、向与所述风力机相连的位于远端的控制中心以及安装在所述风力机上的执行设备发出预警信号。

S403、确定叶尖与塔架之间不会发生碰撞，不发出预警信号。

以下再以一应用实例对本实施例二进行说明。

将3～4米在表1中对应的声强、振动频率的数值作为预警声学门限，当测得实时声学信号为：声强70分贝、振动频率小于1000赫兹时，通过表1发现此时实时声学信号的数据等于预警声学门限，判断可能会发生打塔，此时需要向与风力机相连的位于远端的控制中心以及安装在所述风力机上的执行设备发出预警信号，分别提示控制中心和风力机当地的工作人员。

实施例三：

如图5所示，在本实施例三中，是实施例一中步骤S304中对风力机安全监测的具体实施方法的进一步解释说明，即与实施例二并列的监测风力机叶尖的方法：

S501、判断所收集的实时声学信号的数值大于等于制动声学门限。

S502、向安装在所述风力机上的执行设备发出制动停机指示，并向与所述风力机相连的位于远端的控制中心发出制动信号。

以下再以一应用实例对本实施例三进行说明。

将2～3米在表1中对应的声强、振动频率的数值作为制动声学门限，当测得实时声学信号为：声强90分贝、振动频率小于1000时，通过表1发现此时实时声学信号的数据等于制动声学门限，判断极可能会发生打塔，此时向安装在所述风力机上的执行设备发出制动停机指示使执行设备直接将风力机停机，并向与所述风力机相连的位于远端的控制中心发出制动信号。

实施例四：

如图6所示，在本实施例中将实施例二与实施例三进行结合，具体说明如下：

S601、判断所收集的实时声学信号的数值是否大于等于预警声学门限，如果是，则执行S602，否则执行S605。

S602、进一步判断所收集的实时声学信号的数值是否大于等于制动声学门限，如果是，则执行S603，否则执行S604；

S603、当所述实时声学信号的数值大于等于所述制动声学门限时，向安装在所述风力机上的执行设备发出制动停机指示，并向与所述风力机相连的位于远端的控制中心发出制动信号。

S604、当所述实时声学信号的数值小于等于所述制动声学门限且大于等于预警声学门限时，向与所述风力机相连的位于远端的控制中心以及安装在所述风力机上的执行设备发出预警信号。

S605、确定叶尖与塔架之间不会发生碰撞，不发出预警信号，也不发出制动信号。

实施例五：

针对于实施例一中步骤S303，本申请进一步说明为：

如图2所示，对于在对风力机叶片的测量区域中对风力机叶尖所在的塔架外表面的投影位置设置声发射装置中的传声器；和/或，在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架内壁面的投影位置设置声发射装置中的听诊器。

针对于实施例一中步骤S303，本申请进一步说明为：

所探测到的实时声学信号为风力机运行发生的噪声及其他噪声，一般分为非稳态噪声和稳态噪声。对于稳态噪声，例如：风扇叶片在转动时使周围气体产生涡流声，涡流声是一种宽频带的随机稳态噪声，还例如：由风扇旋转使冷却气体周期性脉动以及气流碰撞散热片、紧固螺栓和其他突出障碍物而产生的单频噪声。对于非稳态噪声，主要是叶片旋转时周期性打击测量区域附近的空气而引起的气体压力脉动噪声或基线噪声。显然，对于本申请来说，非稳态噪声是可以用于测量叶尖是否会发生塔架的根本依据。

因此，在步骤303测得实时声学信号后，需要对探测到的所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号进行分析，分离所述实时声学信号中的非稳态噪声以及稳态噪声，抽取所述非稳态噪声作为实时声学信号进行后续处理。分离非稳态噪声以及稳态噪声可以使用各种滤波器来完成，本申请并不对此进行限制。

实施例六：

如图2、7所示，本申请还提出一种风力机安全状态监测系统，应用于包括叶片、塔架的风力机，包括：中央处理器702和声发射装置701，具体说明如下：

声发射装置701，设置在测量区域中所述叶尖在所述塔架上的投影位置，当所述风力机运行时探测所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号，并发送给所述中央处理器702，其中，所述测量区域为所述风力机运行时所述叶尖的投影划过所述塔架的覆盖区域。所述声学信号，为随着叶尖的运动具有非稳态特性（即具有脉冲特征）的声学信号，具有这种特性的声学信号可以用于本申请的方案。本申请的声学信号包括以下一个或多个的组合：声强、振动频率、声压、声功率、相位、周期、以及其他可以用于本申请的具有非稳态特征的声学信号。

所述声发射装置中的传声器，设置在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架外表面的投影位置；和/或，所述声发射装置中的听诊器，设置在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架内壁面的投影位置。

如图8所示，中央处理器702，进一步包括：映射配置模块702-1、采集运算模块702-2和安全监测模块702-3，其中，

采集运算模块702-2，用于对所述叶片的叶尖在测量区域内的运动进行观测，获取在所述叶尖距离所述塔架的各种位置上所述叶尖到所述塔架的相应距离以及所述叶尖运动所产生的相应的声学信号，通知所述映射配置模块702-1。在实际硬件设置上，所述采集运算模块702-2通过具有运算功能的嵌入式芯片来实现。

映射配置模块702-1，用于从所述各种距离中选取第一距离，将所述第一距离对应的声学信号设置为预警声学门限，通知安全监测模块702-3，其中，当所述叶尖到所述塔架的相应距离小于所述第一距离时所述叶尖与塔架发生碰撞概率超过第一概率；和/或，还用于从所述各种距离中选取第二距离，将所述第二距离对应的声学信号设置为制动声学门限，通知安全监测模块702-3，其中，当所述叶尖到所述塔架的相应距离小于所述第二距离时所述叶尖与塔架发生碰撞概率超过第二概率，所述第二概率大于第一概率。在实际硬件设置上，所述映射配置模块702-1通过存储控制器来实现。

所述安全监测模块702-3，用于根据所述实时声学信号以及预警声学门限和/或制动声学门限对所述风力机的运行进行安全状态监测。另外，在接受所述声发射装置701传来的所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号后，还需要对所述实时声学信号进行分析，分离所述实时声学信号中的非稳态噪声以及稳态噪声，抽取所述非稳态噪声作为实时声学信号进行后续处理。在实际硬件设置上，所述映射配置模块702-1通过具有数字信号处理功能的微处理器来实现实时声学信号的分离抽取，通过A/D转换器来实现安全状态监测。

针对风力机安全监测的应用进一步解释说明为：

对于图7中安全监测模块702-3，进一步用于当监测到所述实时声学信号的数值大于等于所述预警声学门限时，向所述控制中心以及所述执行设备发出预警信号。

所述控制中心703，与所述风力机相连且位于远端，用于接收所述预警信号，并根据运维人员的操作对所述执行设备发出控制指令。

所述执行设备704，安装在所述风力机上，用于根据所述预警信号，在所述风力机上以闪烁或者蜂鸣的方式进行提示；还用于接受所述控制中心的控制指令，对所述风力机进行控制操作。对于执行设备704设置位于塔架上，控制中心703位于远端，两者通过有线或者无线进行远程连接，控制中心703接收到预警信号后向执行设备704发出指令。

或者，

所述安全监测模块702-3，进一步用于当监测到所述实时声学信号的数值大于等于所述制动声学门限时，向所述执行设备发出制动停机指示，并向所述控制中心发出制动信号；

所述执行设备704，安装在所述风力机上，用于根据所述制动停机指示，对所述风力机进行停机操作，并将停机信号通知所述控制中心703。

所述控制中心703，与所述风力机相连且位于远端，用于接收所述制动信号以及停机信号，以闪烁或者蜂鸣的方式提示控制中心的工作人员。

又或者，

安全监测模块702-3，当监测到所述实时声学信号的数值小于等于所述制动声学门限且大于等于预警声学门限，向所述控制中心以及所述执行设备发出预警信号；当所述实时声学信号的数值大于等于制动声学门限时，向所述执行设备发出制动停机指示，并向所述控制中心发出制动信号。

所述控制中心703，用于接收所述预警信号，并根据运维人员的操作对所述执行设备发出控制指令；以及，用于接收所述制动信号以及停机信号，以闪烁或者蜂鸣的方式进行提示。

所述执行设备704，用于根据所述预警信号，在所述风力机上以闪烁或者蜂鸣的方式进行提示；还用于接受所述控制中心的控制指令，对所述风力机进行控制操作；还用于根据所述制动停机指示，对所述风力机进行停机操作，并将停机信号通知所述控制中心。

对上述安全监测模块目的在于，通过探测声学信号来判断叶尖是否会发生打塔。而对于中央处理器702所包括功能模块及相就执行模块，相应实施例二、三、四、五中步骤的说明，在此不一一赘述。

上述实施例中主要通过声发射装置701的在塔架上叶尖投影位置的设置，以及通过中央处理器702的相应调控，以实现对风力机叶片的叶尖和其塔架之间是否安距离的监测。需要说明的是，声发射装置701的设置并不局限于本申请所提供方式，在不背离本申请精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以对声发射装置设定位置进行改变，以及设置中央处理器的工作状态。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种风力机安全状态监测方法，应用于包括叶片、塔架的风力机，其特征在于，包括：

对所述叶片的叶尖在测量区域内的运动进行观测，获取在所述叶尖距离所述塔架的各种位置上所述叶尖到所述塔架的相应距离以及所述叶尖运动所产生的相应的声学信号，其中，所述测量区域为所述风力机运行时所述叶尖的投影划过所述塔架的覆盖区域；

从所述各种位置上所述叶尖到所述塔架的相应距离中选取第一距离，将所述第一距离对应的声学信号设置为预警声学门限，其中，当所述叶尖到所述塔架的相应距离小于所述第一距离时所述叶尖与塔架发生碰撞概率超过第一概率；

在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架上的投影位置设置声发射装置，当所述风力机运行时通过所述声发射装置探测所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号；根据所述实时声学信号和预警声学门限实时声学信号的数值实时声学信号的数值对所述风力机的运行进行安全状态监测。

2.如权利要求1所述的风力机安全状态监测方法，其特征在于，根据所述实时声学信号和预警声学门限对所述风力机的运行进行安全状态监测，进一步包括：

当所述实时声学信号的数值大于等于所述预警声学门限时，向与所述风力机相连的位于远端的控制中心以及安装在所述风力机上的执行设备发出预警信号。

3.如权利要求1所述的风力机安全状态监测方法，其特征在于，实时声学信号的数值从所述各种距离中选取第一距离，将所述第一距离对应的声学信号设置为预警声学门限的步骤，还包括：

从所述各种距离中选取第二距离，将所述第二距离对应的声学信号设置为制动声学门限，其中，当所述叶尖到所述塔架的相应距离小于所述第二距离时所述叶尖与塔架发生碰撞概率超过第二概率，所述第二概率大于第一概率；

根据所述实时声学信号和预警声学门限对所述风力机的运行进行安全状态监测的步骤，还包括：当所述实时声学信号的数值大于等于所述制动声学门限时，向安装在所述风力机上的执行设备发出制动停机指示，并向与所述风力机相连的位于远端的控制中心发出制动信号。

4.如权利要求1所述的风力机安全状态监测方法，其特征在于，当所述风力机运行时通过所述声发射装置探测所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号，还包括：

对探测到的所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号进行分析，分离所述实时声学信号中的非稳态噪声以及稳态噪声，抽取所述非稳态噪声作为实时声学信号；其中，所述非稳态噪声，包括：所述叶片旋转时周期性打击所述测量区域的空气而引起的气体压力的脉动噪声或基线噪声。

5.如权利要求1所述的风力机安全状态监测方法，其特征在于，在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架上的投影位置设置声发射装置，进一步包括：

在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架外表面的投影位置设置声发射装置中的传声器；和/或，在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架内壁面的投影位置设置声发射装置中的听诊器。

6.如权利要求1所述的风力机安全状态监测方法，其特征在于，

所述声学信号为随着所述叶尖的运动具有非稳态特性的声学信号。

7.一种风力机安全状态监测系统，应用于包括叶片、塔架的风力机，其特征在于，包括：中央处理器和声发射装置，其中，

所述声发射装置，设置在测量区域中所述叶片的叶尖在所述塔架上的投影位置，当所述风力机运行时探测所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号，并发送给所述中央处理器；其中，所述测量区域为所述风力机运行时所述叶尖的投影划过所述塔架的覆盖区域；

所述中央处理器，进一步包括：映射配置模块、采集运算模块和安全监测模块，其中，

所述采集运算模块，用于对所述叶片的叶尖在测量区域内的运动进行观测，获取在所述叶尖距离所述塔架的各种位置上所述叶尖到所述塔架的相应距离以及所述叶尖运动所产生的相应的声学信号；

所述映射配置模块，用于从所述各种位置上所述叶尖到所述塔架的相应距离中选取第一距离，将所述第一距离对应的声学信号设置为预警声学门限，其中，当所述叶尖到所述塔架的相应距离小于所述第一距离时所述叶尖与塔架发生碰撞概率超过第一概率；

所述安全监测模块，用于根据所述实时声学信号和预警声学门限对所述风力机的运行进行安全状态监测。

8.如权利要求7所述的风力机安全状态监测系统，其特征在于，还包括：安装在所述风力机上的执行设备以及与所述风力机相连的位于远端的控制中心，其中，

所述安全监测模块，进一步用于当监测到所述实时声学信号的数值大于等于所述预警声学门限时，向所述控制中心以及所述执行设备发出预警信号；

所述控制中心，用于接收所述预警信号，并根据运维人员的操作对所述执行设备发出控制指令；

所述执行设备，用于根据所述预警信号，在所述风力机上以闪烁或者蜂鸣的方式进行提示；还用于接受所述控制中心的控制指令，对所述风力机进行控制操作。

9.如权利要求7所述的风力机安全状态监测系统，其特征在于，还包括：安装在所述风力机上的执行设备以及与所述风力机相连的位于远端的控制中心，其中，

所述映射配置模块，还用于从所述各种距离中选取第二距离，将所述第二距离对应的声学信号设置为制动声学门限，其中，当所述叶尖到所述塔架的相应距离小于所述第二距离时所述叶尖与塔架发生碰撞概率超过第二概率，所述第二概率大于第一概率；

所述安全监测模块，进一步用于当监测到所述实时声学信号的数值大于等于所述制动声学门限时，向所述执行设备发出制动停机指示，并向所述控制中心发出制动信号；

所述执行设备，用于根据所述制动停机指示，对所述风力机进行停机操作，并将停机信号通知所述控制中心；

所述控制中心，用于接收所述制动信号以及停机信号，以闪烁或者蜂鸣的方式进行提示。

10.如权利要求7所述的风力机安全状态监测系统，其特征在于，

所述安全监测模块，还用于对探测到的所述叶尖运动到所述测量区域时的实时声学信号进行分析，分离所述实时声学信号中的非稳态噪声以及稳态噪声，抽取所述非稳态噪声作为实时声学信号，并将所述实时声学信号通知所述安全监测模块；其中，所述非稳态噪声，包括：所述叶片旋转时周期性打击所述测量区域的空气而引起的气体压力的脉动噪声或基线噪声。

11.如权利要求7所述的风力机安全状态监测系统，其特征在于，

所述声发射装置中的传声器，设置在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架外表面的投影位置；和/或，所述声发射装置中的听诊器，设置在所述测量区域中所述叶尖在所述塔架内壁面的投影位置。

12.如权利要求7所述的风力机安全状态监测系统，其特征在于，

所述声学信号为随着所述叶尖的运动具有非稳态特性的声学信号。