CN103603769B - 一种变桨矩风力发电机组的风机叶片结冰自检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变桨矩风力发电机组的风机叶片结冰自检测方法，在风力发电机组运行在叶片无结冰可能的条件下，控制系统检测并存储风机的运行工况；在一定区间内调节风机的运行状态变量的取值；每调节一次运行状态变量的取值，控制系统检测并存储风机的运行工况及该运行工况下风机的叶轮运行产生的叶片扭矩值；将相同工况下的检测扭矩值与扭矩值参考阈值比对，判断风机叶片有无结冰；该方法不引入新的测量设备，依靠在风机主控策略中加入新的控制算法，完成数据分析，即可判定风机叶片有无结冰，该方法不引入新的测量设备，依靠在风机主控策略中加入新的控制算法，完成数据分析，即可判定风机叶片有无结冰。

Description

一种变桨矩风力发电机组的风机叶片结冰自检测方法
技术领域
本发明涉及一种结冰检测方法，尤其涉及一种变桨矩风力发电机组的风机叶片结冰自检测方法。
背景技术
变桨矩风力发电机组（本文其他地方所提到的风力发电机组均为变桨矩风力发电机组）通过叶片旋转吸收空中的风能，将风能转化为叶轮旋转的动能，通过齿轮箱将动能转化为电能，通过输电网络将产生的电能输送出去。目前风机控制中已经具备了多种机组保护策略，比如风速、震动、气温等，如果风机检测到以上信息超过了风机所能承受的限度，那么机组就会启动相应的机制。由于低温型风力发电机组的出现，原有的环境温度对风力发电机组正常运行的限制进一步放宽，使得机组可以在更加湿冷的环境中正常运行。该类型的风电机组其本身的电气设计及机械设计可以能够适应这种湿冷环境。由于这种湿冷环境造成风电机组外部结冰，特别是叶片结冰导致机组运行时叶片扭矩等发生变化，从而对机组的运行产生影响，如果结冰严重可能会造成机组和人员伤害。目前有人提出了在机舱外部加装结冰传感器进行叶片结冰检测的办法，该传感器与风机主控系统相连，当检测到机舱外部有结冰时就启动用于给风机叶片加热的加热器进而将冰除去。由于风机叶片呈翼型，传感器本身的安装存在技术难度，且风机叶片长期暴露在空气中，受各种复杂天气影响，传感器可靠性有待考量，并且一旦传感器发生故障后，其更换难度也非常大。此外还有通过在叶片表面涂抹防结冰涂层的办法，它只能对于叶片结冰做出预防，不能进行检测，且涂抹工作量大，增加了产品成本，且风机长期运行后涂层逐步失效，这种方法本身具有盲目性及现场运行效果的不可预测性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种变桨矩风力发电机组的风机叶片结冰自检测方法，该方法不引入新的测量设备，依靠在风机主控策略中加入新的控制算法，完成数据分析，即可判定风机叶片有无结冰。
一种变桨矩风力发电机组的风机叶片结冰自检测方法：
1、在风力发电机组运行在叶片无结冰可能的条件下，控制系统检测并存储风机的运行工况；
在一定区间内调节风机的运行状态变量的取值；
每调节一次运行状态变量的取值，控制系统检测并存储风机的运行工况及该运行工况下风机的叶轮运行产生的叶片扭矩值；
运行工况与对应产生的叶片扭矩值一一对应，形成一系列参考阈值，存储在控制系统中，运行工况为运行工况参考阈值、对应产生的叶片扭矩值为叶片扭矩值参考阈值；
所述的运行工况为风机的运行状态变量，包括风速、桨矩角、叶轮转速；
2、风电机组运行在低温环境下，控制系统检测并存储其运行工况及该运行工况下叶轮运行产生的叶片扭矩值；
3、控制系统查询与步骤2中的运行工况相近或一致的运行工况参考阈值；
4、若步骤2中，控制系统检测并存储的叶轮运行产生的叶片扭矩值落在与步骤3中运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值的极小的邻域内，则可初步断定风机叶片无结冰可能；
若步骤2中，控制系统检测并存储的叶轮运行产生的叶片扭矩值超出与步骤3中运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值，则可初步判定风机叶片有结冰可能；
5、若干次适当的调节风机的运行状态变量的取值，改变低温环境下风机的运行工况，重复步骤2至步骤4；
若多数情况下，步骤2中控制系统检测并存储的叶轮运行产生的叶片扭矩值落在与步骤3中运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值的极小的邻域内，则可判定风机叶片无结冰；
若多数情况下，步骤2中，控制系统检测并存储的叶轮运行产生的叶片扭矩值超出与步骤3中运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值，则可判定风机叶片结冰；
6、分析往复判定过程中，控制系统检测并存储的低温环境下叶轮运行产生的叶片扭矩值超出运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值的超出程度；若超出程度持续增加，即可判定风机叶片冰层变厚；若超出程度无明显增加则可判定风机叶片冰层厚度无明显增加。
进一步的，所述的控制系统采用PLC控制系统。
本发明的有益效果为：本发明通过对已有风力发电机组运行信息的整合处理以及对机组控制算法的优化，在不引入新的外部设备的同时，实现叶片结冰检测与诊断，本发明可操作性强，与现有技术比较，其可靠性高、无器件消耗，无需维护硬件设备，降低了风电现场人员的工作强度，同时节约了大量的成本。
附图说明
图1为本发明的程序流程图。
具体实施方式
结合附图及实施例对本发明进一步说明。
一种变桨矩风力发电机组的风机叶片结冰自检测方法：
1、在风力发电机组运行在叶片无结冰可能的条件下，控制系统检测并存储风机的运行工况；
在一定区间内调节风机的运行状态变量的取值；
每调节一次运行状态变量的取值，控制系统检测并存储风机的运行工况及该运行工况下风机的叶轮运行产生的叶片扭矩值；
运行工况与对应产生的叶片扭矩值一一对应，形成一系列参考阈值，存储在控制系统中，运行工况为运行工况参考阈值、对应产生的叶片扭矩值为叶片扭矩值参考阈值；
所述的运行工况为风机的运行状态变量，包括风速、桨矩角、叶轮转速；
2、风电机组运行在低温环境下，控制系统检测并存储其运行工况及该运行工况下叶轮运行产生的叶片扭矩值；
3、控制系统查询与步骤2中的运行工况相近或一致的运行工况参考阈值；
4、若步骤2中，控制系统检测并存储的叶轮运行产生的叶片扭矩值落在与步骤3中运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值的极小的邻域内，则可初步断定风机叶片无结冰可能；
若步骤2中，控制系统检测并存储的叶轮运行产生的叶片扭矩值超出与步骤3中运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值，则可初步判定风机叶片有结冰可能；
5、若干次适当的调节风机的运行状态变量的取值，改变低温环境下风机的运行工况，重复步骤2至步骤4；
若多数情况下，步骤2中控制系统检测并存储的叶轮运行产生的叶片扭矩值落在与步骤3中运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值的极小的邻域内，则可判定风机叶片无结冰；
若多数情况下，步骤2中，控制系统检测并存储的叶轮运行产生的叶片扭矩值超出与步骤3中运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值，则可判定风机叶片结冰；
6、分析往复判定过程中，控制系统检测并存储的低温环境下叶轮运行产生的叶片扭矩值超出运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值的超出程度；若超出程度持续增加，即可判定风机叶片冰层变厚；若超出程度无明显增加则可判定风机叶片冰层厚度无明显增加。
进一步的，所述的控制系统采用PLC控制系统。
风力发电机组在无叶片结冰情况下运行，由于叶片质量一定，在固定工况（即风机运行状态，包括风速、桨矩角、叶轮转速等因素）下叶轮运行时叶片所产生的扭矩是一定的，并且是实时可检测的。其它运行状态固定的条件下，某些特定的变化区间内改变桨矩角，风机叶轮运行时叶片产生相应的扭矩值，通过风机主控系统可以获得当前工况下风力发电机组叶片扭矩值的变化范围，并将该扭矩值范围记录下来，同理，改变其它运行状态变量，可以记录多个这样的扭矩值，从而形成一系列典型的参考阈值，将与之对应的风机运行工况也记录下来，形成一系列与扭矩值一一对应的工况条件，并将其设置为参考工况。当风电机组在湿冷环境下运行时，将此时风机所处的工况条件与之前记录的相同工况或相近工况进行比对，叶轮运行信息会检测到叶片扭矩向该工况下某一参考叶片扭矩阈值方向靠近或者超出该参考阈值，若为叶片扭矩值超过了参考阈值范围，则可以认为风机叶片有可能结冰。但是由于风机运行环境的复杂性，由此得出的结论不一定准确，为了进一步将这个可能性的结论核实，还需要其他更多叶片扭矩信息的获得。由于风机在无叶片结冰运行时已经记录到其他参考点的叶片扭矩信息，因而可以适当通过改变桨矩角，获得其它扭矩值信息，如果通过多次检测得出相同结论，可以证明风机叶片已经结冰。在对以上多个参考点处的检测过程中还可以根据叶片扭矩值的变化趋势进一步得出叶片冰层是否有变厚的信息。

Claims (2)

1.一种变桨矩风力发电机组的风机叶片结冰自检测方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)、在风力发电机组运行在叶片无结冰可能的条件下，控制系统检测并存储风机的运行工况；
在一定区间内调节风机的运行状态变量的取值；
每调节一次运行状态变量的取值，控制系统检测并存储风机的运行工况及该运行工况下风机的叶轮运行产生的叶片扭矩值；
运行工况与对应产生的叶片扭矩值一一对应，形成一系列参考阈值，存储在控制系统中，运行工况为运行工况参考阈值、对应产生的叶片扭矩值为叶片扭矩值参考阈值；
所述的运行工况为风机的运行状态变量，包括风速、桨矩角、叶轮转速；
(2)、风电机组运行在低温环境下，控制系统检测并存储其运行工况及该运行工况下叶轮运行产生的叶片扭矩值；
(3)、控制系统查询与步骤(2)中的运行工况相近或一致的运行工况参考阈值；
(4)、若步骤(2)中控制系统检测并存储的叶轮运行产生的叶片扭矩值落在与步骤(3)中运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值的极小的邻域内，则可初步断定风机叶片无结冰可能；
若步骤(2)中控制系统检测并存储的叶轮运行产生的叶片扭矩值超出与步骤(3)中运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值，则可初步判定风机叶片有结冰可能；
(5)、若干次适当的调节风机的运行状态变量的取值，改变低温环境下风机的运行工况，重复步骤(2)至步骤(4)；
若多数情况下，步骤(2)中控制系统检测并存储的叶轮运行产生的叶片扭矩值落在与步骤(3)中运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值的极小的邻域内，则可判定风机叶片无结冰；
若多数情况下，步骤(2)中，控制系统检测并存储的叶轮运行产生的叶片扭矩值超出与步骤(3)中运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值，则可判定风机叶片结冰；
(6)、分析往复判定过程中，控制系统检测并存储的低温环境下叶轮运行产生的叶片扭矩值超出运行工况参考阈值对应产生的叶片扭矩值参考阈值的超出程度；若超出程度持续增加，即可判定风机叶片冰层变厚；若超出程度无明显增加则可判定风机叶片冰层厚度无明显增加。
2.如权利要求1所述的一种变桨矩风力发电机组的风机叶片结冰自检测方法，其特征在于：所述的控制系统采用PLC控制系统。
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