CN108644069B - 叶片不平衡检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种叶片不平衡检测方法及装置，涉及风力发电技术领域。该方法通过获取风力发电机组在运行过程中的运行数据，根据所述运行数据判断风力发电机组的叶片是否处于不平衡状态，在所述叶片处于不平衡状态时，根据所述运行数据确定所述风力发电机组的控制策略。该叶片不平衡检测方法无需增加辅助设备即可实时检测叶片是否处于不平衡状态，检测方法简单易行，成本小；同时，在检测出叶片处于不平衡状态时，还能根据当前的运行数据对风力发电机组实施控制策略，以减小因叶片不平衡对风力发电机组造成的损伤。

Description

叶片不平衡检测方法及装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种叶片不平衡检测方法及装置。
背景技术
随着风力发电技术的不断发展，风力发电机组的维护工作难度大，成本高，故对风力发电机组的运行状态的监测至关重要。叶片作为风力发电机组的重要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。若叶片发生故障，例如，叶片不平衡故障，将直接影响机组转化风能的效率，同时使机组产生额外载荷或者载荷失衡，因此，叶片故障不但会影响自身的动力性能，同时会给风力发电机组其他部件产生较大的损伤，如对变桨系统的损伤、对主轴承的损伤、对偏航系统的损伤等。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种叶片不平衡检测方法及装置，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提出一种叶片不平衡检测方法，应用于风力发电机组，所述风力发电机组包括叶片，所述方法包括：获取所述风力发电机组在运行过程中的运行数据；根据所述运行数据判断所述叶片是否处于不平衡状态；在所述叶片处于不平衡状态时，根据所述运行数据确定所述风力发电机组的控制策略。
第二方面，本发明还提出一种叶片不平衡检测装置，应用于风力发电机组，所述风力发电机组包括叶片，所述装置包括：数据获取模块，用于获取所述风力发电机组在运行过程中的运行数据；判断模块，用于根据所述运行数据判断所述叶片是否处于不平衡状态；控制模块，用于在所述叶片处于不平衡状态时，根据所述运行数据确定所述风力发电机组的控制策略。
相对现有技术，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例提供的叶片不平衡检测方法通过获取风力发电机组在运行过程中的运行数据，根据所述运行数据判断风力发电机组的叶片是否处于不平衡状态，在所述叶片处于不平衡状态时，根据所述运行数据确定所述风力发电机组的控制策略。该叶片不平衡检测方法无需增加辅助设备即可实时检测叶片是否处于不平衡状态，检测方法简单易行，成本小；同时，在检测出叶片处于不平衡状态时，还能根据当前的运行数据对风力发电机组实施控制策略，以减小因叶片不平衡对风力发电机组造成的损伤。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的风力发电机组的结构框图。
图2示出了本发明实施例所提供的叶片不平衡检测方法的流程示意图。
图3示出了图2中步骤S102的子步骤示意图。
图4示出了图2中步骤S103的子步骤示意图。
图5示出了叶片调零的示意图。
图6示出了本发明实施例所提供的叶片不平衡检测装置的功能模块示意图。
图7示出了图6中判断模块的功能模块示意图。
图8示出了图6中控制模块的功能模块示意图。
图标：100-风力发电机组；400-叶片不平衡检测装置；110-叶片；120-发电机；410-数据获取模块；420-判断模块；430-控制模块；421-第一判断子模块；422-分析模块；423-确定模块；431-第二判断子模块；432-第一执行模块；433-第二执行模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明实施例所提供的叶片不平衡检测方法及装置可应用于图1所示的风力发电机组100中。所述风力发电机组100包括叶片110及发电机120，该叶片110与发电机120转动连接。其中，叶片110可以为多个。叶片110在风力的作用下转动，进而带动发电机120发电，实现了将风能转换为电能。在本实施例中，该风力发电机组100在运行过程中，通过实时监测叶片110是否处于不平衡状态，并在叶片110处于不平衡状态时，执行相应的动作，减小叶片110的不平衡故障率。
可以理解，图1所示的结构仅为示意，所述风力发电机组100还可包括比图1中所示更多的组件，例如，传动系统、偏航系统、变桨系统等。
请参照图2，为本发明实施例所提供的叶片不平衡检测方法的流程示意图。需要说明的是，本发明实施例所述的叶片不平衡检测方法并不以图2以及以下所述的具体顺序为限制，应当理解，在其它实施例中，本发明所述的叶片不平衡检测方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。本发明实施例所述的叶片不平衡检测方法可应用于上述的风力发电机组100中，下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述。
步骤S101，获取所述风力发电机组100在运行过程中的运行数据。
在本实施例中，风力发电机组100在运行过程中，需要实时采集风力发电机组100的各种运行数据。例如，该运行数据可以包括当前风速、发电机120的功率、发电机120的转速等。
步骤S102，根据所述运行数据判断所述叶片110是否处于不平衡状态。
在本实施例中，风力发电机组100根据采集的运行数据可以判断叶片110是否处于不平衡状态。如图3所示，该步骤S102具体包括如下子步骤：
子步骤S1021，根据所述发电机120的转速及所述发电机120的功率判断是否符合功率谱密度分析条件。
在本实施例中，当在预设时间内所述发电机120的转速以及所述发电机120的功率均在各自的预设范围内时，判断符合功率谱密度分析条件。例如，当发电机120的转速连续一段时间内(即预设时间，例如1s)都在该发电机120的转速对应的预设范围内保持稳定，并且发电机120的功率连续一段时间内(即预设时间，例如1s)也在该发电机120的功率对应的预设范围内保持稳定，则可判定符合功率谱密度分析条件；若在连续一段时间内发电机120的转速和功率没有在一定范围内保持稳定，判定不符合功率谱密度分析条件，执行步骤S101，继续进行运行数据的采集。
子步骤S1022，当符合所述功率谱密度分析条件时，对所述发电机120的转速进行功率谱密度分析，以得到转速1倍频幅值。
在本实施例中，当判定符合功率谱密度分析条件时，对采集到的发电机120的转速的时间序列进行功率谱密度分析，得到发电机120的转速的功率谱密度，然后提取出功率谱密度中的转速1倍频幅值。需要说明的是，在实践中，也可以通过其他频谱分析方法来获得转速1倍频幅值，本申请对此不做限制；同时，本申请中的转速也可以由其它体现特征频率的变量替换，并不仅限于通过对转速做功率谱密度分析得到转速1倍频幅值。
子步骤S1023，当所述转速1倍频幅值大于设定阈值时，确定所述叶片110处于不平衡状态。
在本实施例中，将提取出的转速1倍频幅值与该设定阈值进行比较，判断转速1倍频幅值是否大于设定阈值。若转速1倍频幅值大于设定阈值，表明当前存在叶片110不平衡；若转速1倍频幅值小于或等于设定阈值，则确定不存在叶片110不平衡，然后执行步骤S101，继续采集风力发电机组100的运行数据。其中，该设定阈值为预先设置的叶片110不平衡条件的设定值。
在实践中，还可以根据该转速1倍频幅值来进一步判定叶片110的不平衡程度。例如，当转速1倍频幅值≤M0时，判定为不存在不平衡；当转速1倍频幅值>M0且≤M1时，判定为一般性不平衡；当转速1倍频幅值>M1时，判定为严重不平衡，从而使风力发电机组100根据叶片110的不平衡程度进行相应的处理。其中，M0、M1均为预先设定的值。
步骤S103，在所述叶片110处于不平衡状态时，根据所述运行数据确定所述风力发电机组100的控制策略。
在本实施例中，当判定该叶片110当前处于不平衡状态时，需根据风力发电机组100的当前运行数据来确定对应的控制策略，以对叶片110的不平衡故障进行处理。如图4所示，该步骤S103具体包括如下子步骤：
子步骤S1031，根据所述运行数据判断所述风力发电机组100是否符合叶片调整条件。
在本实施例中，当叶片110发生不平衡故障时，通常需要对叶片110的角度进行调整，但叶片110的调整在某些条件下会受到限制，比如风力太大、风力发电机组100还处于发电过程等条件下，就不太适合调整叶片110。其中，在本实施例中，该叶片调整条件可以是风力发电机组100处于维护模式、空转模式、转速控制模式或当前风速小于或等于预设值。也即是说，在对叶片110调整之前，需通过采集的风力发电机组100的运行数据判断风力发电机组100是否处于维护模式、空转模式、转速控制模式的其中一个模式，或者判断当前风速是否小于或等于预设值(例如，10m/s)，如果是，则判定符合叶片调整条件，执行子步骤S1032；如果不符合叶片调整条件，则执行子步骤S1033。
子步骤S1032，若所述风力发电机组100符合所述叶片调整条件，执行叶片调零动作。
在本实施例中，该子步骤S1032具体包括：按照设定规则调整多个叶片110中的每个叶片110的角度，获得每个叶片110的每个角度对应的转速1倍频幅值；将所有转速1倍频幅值中的最小值对应的所述多个叶片110的位置设置为零点。其中，所述设定规则为：调整多个叶片110中的一个叶片110的角度时，保持多个叶片110中的其余叶片110位置不变；其中，每个角度对应的转速1倍频幅值对应所述多个叶片110的位置。
在本实施例中，以3个叶片110为例，对叶片110零点调整的过程详细说明。如图5所示，该3个叶片110分别为第一叶片、第二叶片和第三叶片，在调整前，第一叶片、第二叶片和第三叶片的叶尖分别位于A0、B0、C0，第一叶片、第二叶片和第三叶片的连接处D为叶根，此时3个叶片110处于不平衡状态，并且符合叶片调整条件。在执行叶片调零动作时，每次只对一个叶片110调整角度，其余两个叶片110的位置保持不变。例如，调整第一叶片时，保持第二叶片和第三叶片的初始位置不变，将第一叶片在从叶尖A0看向叶根D时的平面上沿顺时针方向旋转预定角度(例如，1度)到达A1位置(图中未示出)，并根据发电机120的当前转速进行功率谱密度分析得到转速1倍频幅值，将第一叶片在从叶尖A0看向叶根D时的平面上沿逆时针方向旋转预定角度到达A2位置(图中未示出)，并根据发电机120的当前转速进行功率谱密度分析得到转速1倍频幅值；可以理解，调整第一叶片的角度相当于以A0D为旋转轴将第一叶片顺时针或逆时针旋转，第二叶片与第三叶片同理；调整第二叶片时，保持第一叶片和第三叶片的初始位置不变，将第二叶片在从叶尖B0看向叶根D时的平面上沿顺时针方向旋转预定角度到达B1位置(图中未示出)，并根据发电机120的当前转速进行功率谱密度分析得到转速1倍频幅值，将第二叶片在从叶尖B0看向叶根D时的平面上沿逆时针方向旋转预定角度到达B2位置(图中未示出)，并根据发电机120的当前转速进行功率谱密度分析得到转速1倍频幅值；调整第三叶片时，保持第一叶片和第二叶片的初始位置不变，将第三叶片在从叶尖C0看向叶根D时的平面上沿顺时针方向旋转预定角度到达C1位置(图中未示出)，并根据发电机120的当前转速进行功率谱密度分析得到转速1倍频幅值，将第三叶片在从叶尖C0看向叶根D时的平面上沿逆时针方向旋转预定角度到达C2位置(图中未示出)，并根据发电机120的当前转速进行功率谱密度分析得到转速1倍频幅值。由此，对于每个叶片110每调整一个角度，将会得到对应的转速1倍频幅值，将得到的所有转速1倍频幅值进行比较，找出最小值，例如，若第一叶片调整到A1位置时得到的转速1倍频幅值为最小值，则将A1、B0、C0分别作为第一叶片、第二叶片、第三叶片的零点位置，然后继续采集运行数据和监测叶片110不平衡状态。
需要说明的是，在实践中，除了通过叶片调零动作来校正叶片110不平衡状态外，还可以通过独立变桨来校正叶片110的不平衡状态。
子步骤S1033，若所述风力发电机组100不符合所述叶片调整条件，降低所述发电机120的容限功率。
在本实施例中，当风力发电机组100当前运行环境不符合叶片调整条件时，则降低发电机120的容限功率，限功率运行发电机120，对风力发电机组100进行降容保护，从而减小因叶片110不平衡引起的振动，降低发电量损失；待风力发电机组100运行环境符合叶片调整条件后，再执行叶片调零动作。
请参照图6，为本发明实施例所提供的叶片不平衡检测装置400的功能模块示意图。需要说明的是，本实施例所提供的叶片不平衡检测装置400，其基本原理及产生的技术效果与前述方法实施例相同，为简要描述，本实施例中未提及部分，可参考前述方法实施例中的相应内容。该叶片不平衡检测装置400包括数据获取模块410、判断模块420及控制模块430。
所述数据获取模块410用于获取所述风力发电机组100在运行过程中的运行数据。
所述判断模块420用于根据所述运行数据判断所述叶片110是否处于不平衡状态。
如图7所示，在本实施例中，所述判断模块420包括第一判断子模块421、分析模块422及确定模块423。
所述第一判断子模块421用于根据所述发电机120的转速及所述发电机120的功率判断是否符合功率谱密度分析条件。
所述分析模块422用于当符合所述功率谱密度分析条件时，对所述发电机120的转速进行功率谱密度分析，以得到转速1倍频幅值。
所述确定模块423用于当所述转速1倍频幅值大于设定阈值时，确定所述叶片110处于不平衡状态。
所述控制模块430用于在所述叶片110处于不平衡状态时，根据所述运行数据确定所述风力发电机组100的控制策略。
在本实施例中，所述控制模块430包括第二判断子模块431、第一执行模块432及第二执行模块433。
所述第二判断子模块431用于根据所述运行数据判断所述风力发电机组100是否符合叶片调整条件。
所述第一执行模块432用于若所述风力发电机组100符合所述叶片调整条件，执行叶片调零动作。
在本实施例中，所述第一执行模块432用于按照设定规则调整多个叶片110中的每个叶片110的角度，获得每个叶片110的每个角度对应的转速1倍频幅值，并将所有转速1倍频幅值中的最小值对应的所述多个叶片110的位置设置为零点；其中，所述设定规则为：调整多个叶片110中的一个叶片110的角度时，保持多个叶片110中的其余叶片110位置不变；其中，每个角度对应的转速1倍频幅值对应所述多个叶片110的位置。
所述第二执行模块433用于若所述风力发电机组100不符合所述叶片调整条件，降低所述发电机120的容限功率。
可以理解，上述的数据获取模块410、判断模块420及控制模块430可以为存储于存储器内的软件功能模块及计算机程序，并且可以被发电机120内的控制器执行，当所述软件功能模块及计算机程序被控制器读取并执行时，实现如前的方法实施例中记载的全部步骤。
综上所述，本发明实施例提供的叶片不平衡检测方法及装置，通过获取所述风力发电机组在运行过程中的运行数据，根据所述运行数据判断所述叶片是否处于不平衡状态，在所述叶片处于不平衡状态时，根据所述运行数据确定所述风力发电机组的控制策略，当风力发电机组符合所述叶片调整条件时，执行叶片调零动作，当风力发电机组不符合所述叶片调整条件时，降低发电机的容限功率，从而避免了风力发电机组上的部件损伤。因此，本申请提供的叶片不平衡检测方法无需增加辅助设备即可实时检测叶片是否处于不平衡状态，检测方法简单易行，成本小；在检测到叶片处于不平衡时，在符合叶片调整条件的情况下，自动进行不平衡校正，相比现有技术中人工校正的方式，省时省力；在不符合叶片调整条件的情况下，以降容的方式减小叶片不平衡引起的振动，避免了风力发电机组因振动超限停机的问题，降低了发电量损失。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (8)

1.一种叶片不平衡检测方法，应用于风力发电机组，所述风力发电机组包括叶片，所述叶片包括多个，其特征在于，所述方法包括：
获取所述风力发电机组在运行过程中的运行数据；
根据所述运行数据判断所述叶片是否处于不平衡状态；
在所述叶片处于不平衡状态时，根据所述运行数据判断所述风力发电机组是否符合叶片调整条件；
若所述风力发电机组符合所述叶片调整条件，按照设定规则调整多个叶片中的每个叶片的角度，获得每个叶片的每个角度对应的转速1倍频幅值；其中，所述设定规则为：调整多个叶片中的一个叶片的角度时，保持多个叶片中的其余叶片位置不变；其中，每个角度对应的转速1倍频幅值对应所述多个叶片的位置；将所有转速1倍频幅值中的最小值对应的所述多个叶片的位置设置为零点。
2.如权利要求1所述的叶片不平衡检测方法，其特征在于，所述风力发电机组还包括发电机，所述运行数据包括所述发电机的转速及所述发电机的功率，所述根据所述运行数据判断所述叶片是否处于不平衡状态的步骤包括：
根据所述发电机的转速及所述发电机的功率判断是否符合功率谱密度分析条件；
当符合所述功率谱密度分析条件时，对所述发电机的转速进行功率谱密度分析，以得到转速1倍频幅值；
当所述转速1倍频幅值大于设定阈值时，确定所述叶片处于不平衡状态。
3.如权利要求2所述的叶片不平衡检测方法，其特征在于，所述根据所述发电机的转速及所述发电机的功率判断是否符合功率谱密度分析条件的步骤包括：
当在预设时间内所述发电机的转速以及所述发电机的功率均在各自的预设范围内时，判断符合功率谱密度分析条件。
4.如权利要求1所述的叶片不平衡检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述风力发电机组不符合所述叶片调整条件，降低所述发电机的容限功率。
5.如权利要求1所述的叶片不平衡检测方法，其特征在于，所述运行数据包括当前风速，所述叶片调整条件为所述风力发电机组处于维护模式、空转模式、转速控制模式或所述当前风速小于或等于预设值。
6.一种叶片不平衡检测装置，应用于风力发电机组，所述风力发电机组包括叶片，所述叶片包括多个，其特征在于，所述装置包括：
数据获取模块，用于获取所述风力发电机组在运行过程中的运行数据；
判断模块，用于根据所述运行数据判断所述叶片是否处于不平衡状态；
第二判断子模块，用于在所述叶片处于不平衡状态时，根据所述运行数据判断所述风力发电机组是否符合叶片调整条件；
第一执行模块，用于若所述风力发电机组符合所述叶片调整条件，按照设定规则调整多个叶片中的每个叶片的角度，获得每个叶片的每个角度对应的转速1倍频幅值，并将所有转速1倍频幅值中的最小值对应的所述多个叶片的位置设置为零点；其中，所述设定规则为：调整多个叶片中的一个叶片的角度时，保持多个叶片中的其余叶片位置不变；其中，每个角度对应的转速1倍频幅值对应所述多个叶片的位置。
7.如权利要求6所述的叶片不平衡检测装置，其特征在于，所述风力发电机组还包括发电机，所述运行数据包括所述发电机的转速及所述发电机的功率，所述判断模块包括：
第一判断子模块，用于根据所述发电机的转速及所述发电机的功率判断是否符合功率谱密度分析条件；
分析模块，用于当符合所述功率谱密度分析条件时，对所述发电机的转速进行功率谱密度分析，以得到转速1倍频幅值；
确定模块，用于当所述转速1倍频幅值大于设定阈值时，确定所述叶片处于不平衡状态。
8.如权利要求7所述的叶片不平衡检测装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二执行模块，用于若所述风力发电机组不符合所述叶片调整条件，降低所述发电机的容限功率。
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