CN114623052A - 一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器及工作方法 - Google Patents

一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器及工作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114623052A
CN114623052A CN202210466758.9A CN202210466758A CN114623052A CN 114623052 A CN114623052 A CN 114623052A CN 202210466758 A CN202210466758 A CN 202210466758A CN 114623052 A CN114623052 A CN 114623052A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fan blade
capacitive
sensor
base
icing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210466758.9A
Other languages
English (en)
Inventor
杜静宇
任鑫
童彤
王恩民
王�华
赵鹏程
吴昊
魏昂昂
武青
祝金涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huaneng Clean Energy Research Institute
Original Assignee
Huaneng Clean Energy Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huaneng Clean Energy Research Institute filed Critical Huaneng Clean Energy Research Institute
Priority to CN202210466758.9A priority Critical patent/CN114623052A/zh
Publication of CN114623052A publication Critical patent/CN114623052A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/40—Ice detection; De-icing means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器及工作方法，包括底座、供电模块、传感器和无线传输模块，所述底座与风机叶片连接，所述传感器包括译码电路、单片机、信号采集器和多组检测触点，所述检测触点伸入到介质内部与介质接触；所述检测触点的输出端与译码电路的输入端连接；所述信号采集器用于采集检测触点传递的电压信号，所述信号采集器的输入端与译码电路的输出端连接，所述单片机的输入端与信号采集器的输出端连接，所述单片机用于处理信号采集器采集的电压信号。本发明通过在风机叶片表面易结冰区域布置电容式传感器，测量叶片结冰发生及结冰厚度，从而优化风机叶片结冰时的运行策略。

Description

一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器及工作方法
技术领域
本发明涉及风电技术领域，具体为一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器及工作方法。
背景技术
冬季风场温度较低，且湿度很大情况下，风机叶片极易发生结冰。而叶片大量覆冰改变叶片的气动性能，降低风能利用系数，造成发电量的损失；同时叶片质量增加会造成叶轮气动、质量不平衡，影响叶根处疲劳寿命；叶片结冰后，可能出现冰块脱落，威胁到现场人员安全。由此可见，风机叶片结冰会带来风机发电量损失、过载、安全隐患等一系列问题。
目前现场大多依据特定气候条件下的功率曲线变化来预测风机叶片结冰状况，根据功率曲线变化程度来调整运行策略。由于功率曲线变化影响因素较多，因此存在误报误测等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器及工作方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器，包括底座、供电模块、传感器和无线传输模块，所述供电模块、传感器和无线传输模块均固定于底座上，所述底座与风机叶片连接，所述供电模块用于为传感器和无线传输模块提供电能；
所述传感器包括译码电路、单片机、信号采集器和多个检测触点，所述检测触点两两一组，所述检测触点伸入到介质内部与介质接触；所述检测触点的输出端与译码电路的输入端连接，所述译码电路用于连通全部的检测触点；所述信号采集器用于采集检测触点传递的电压信号，所述信号采集器的输入端与译码电路的输出端连接，所述单片机的输入端与信号采集器的输出端连接，所述单片机用于处理信号采集器采集的电压信号；
所述无线传输模块的输入端与单片机的输出端连接，所述无线传输模块的输出端与外部服务器连接。
优选的，所述底座采用柔性轻质材料制作。
优选的，所述底座上设有粘性物质，所述底座通过粘性物质与风机叶片连接。
优选的，所述底座设置于风机叶片的前缘。
优选的，所述供电模块包括蓄电池和光伏板，所述光伏板用于将光能转换为电能，所述蓄电池用于储存电能和提供电能，所述光伏板的输出端与蓄电池的输入端连接，所述传感器和无线传输模块均与蓄电池的输出端连接。
优选的，所述介质为冰层或空气。
优选的，位于同一组的检测触点处于同一高度。
优选的，所述检测触点从底座边缘到底座中心按照由高到低的顺序排列。
一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器的工作方法，采用应用于风机叶片的电容式结冰传感器，首先将底座安装在风机叶片上；然后打开供电模块，为传感器和无线传输模块供电；再将检测触点伸入到介质内部，检测触点与介质形成回路，并产生电压信号；电压信号经信号采集器的采集后传递给单片机，单片机对电压信号进行分析和处理，处理后的结果由无线传输模块(5)传递给外部服务器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器通过测量冰和空气不同的介电常数来检测风机叶片结冰状态，根据空气层和冰层在垂直方向不同位置的电压信号值确定冰层厚度。
电容式结冰传感器工作原理是基于空气和冰的介电常数差异，根据空气、冰的相关物理参数差异较大，可将空气和冰层在垂直方向上划分为空气层、冰层两个不同的区域，通过电路分层检测相应的物理参数值，并于标定数据进行对比判别结冰状态。
无线传输模块可实现无源无线通讯，将电容式传感器的电压信号传输至外部服务器，为现场工作人员运维提供参考。
进一步的，底座选用柔性轻质材料制成，是为了减小对风机叶片运行的影响。
进一步的，底座设置于风机叶片的前缘，即电容式结冰传感器设置于风机叶片的前缘，这是因为风机叶片结冰影响较大区域位于风机叶片前缘且靠近叶尖处结冰较为严重。
进一步的，在阳光充足时，光伏板将光能直接转换成电能，并储存在蓄电池内，为传感器运行持续供电。
本发明一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器工作方法操作简单，将底座与叶片连接后，通电即可实现对风机叶片结冰状态的检测，实用性和适用性较强，同时利用无线传输模块进行信号的传递，具有较高的安全性，保障了人员安全。
附图说明
图1为本发明一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器的示意图；
图2为电容式结冰传感器安装在风机叶片示意图；
图3为电容式结冰传感器原理图；
图4为电容式结冰传感器工作流程图。
图中，1、底座；2、蓄电池；3、光伏板；4、传感器；5、无线传输模块；6、风机叶片；7、冰层；8、空气；9、检测触点；10、译码电路；11、单片机；12、信号采集器。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明公开了一种应用于风机叶片6的电容式结冰传感器4，参照图1，包括底座1、供电模块、传感器4和无线传输模块5，供电模块、传感器4和无线传输模块5均固定于底座1上，底座1采用柔性轻质材料制作，底座1与风机叶片6连接，底座1上设有粘性物质，参照图2，底座1通过粘性物质连接于风机叶片6的前缘，本实施例中底座采用聚乙烯醇材料制成，也可以是聚酯、聚酰亚胺、聚萘二甲酯乙二醇酯等材料，粘性物质为胶水。安装位置可根据风机叶片6结冰影响较大区域进行调整，一般部署于风机叶片6前缘。
供电模块用于为传感器4和无线传输模块5提供电能，供电模块包括蓄电池2和光伏板3，光伏板3用于将光能转换为电能，蓄电池2用于储存电能和提供电能，光伏板3的输出端与蓄电池2的输入端连接，传感器4和无线传输模块5均与蓄电池2的输出端连接。
参照图3，传感器4包括译码电路10、单片机11、信号采集器12和多个检测触点9，检测触点9两两一组对称设置，检测触点9伸入到介质内部与介质接触；介质为冰层7或空气8。位于同一组的检测触点9处于同一高度，不同组的检测触点9从内到外按照由低到高的顺序排列。检测触点9从底座1边缘到底座1中心按照由高到低的顺序排列，例如，测量介质1mm厚度，选用10组触点，高度差就是0.1mm。
检测触点9的输出端与译码电路10的输入端连接，译码电路10用于连通全部的检测触点9；信号采集器用于采集检测触点9传递的电压信号，信号采集器12的输入端与译码电路10的输出端连接，单片机11的输入端与信号采集器12的输出端连接，单片机11用于处理信号采集器采集的电压信号；
无线传输模块5的输入端与单片机11的输出端连接，无线传输模块5的输出端与外部服务器连接。采用无线传输模块5进行数据传递，实现无线无源通讯，极大降低了施工难度。
参照图4，本发明一种应用于风机叶片6的电容式结冰传感器4的工作原理：当风机叶片6开始结冰，传感器4表面被冰层7覆盖，多组检测触点9深入至介质冰层7、空气8内部，同一高度的检测触点9可通过译码电路10依次连通，检测触点9与介质之间形成回路，冰和空气8所对应的电压值不同，单片机11采集电压信号并进行信号处理，根据电压信号的差异判断叶片结冰的状态，并通过电压值与实验室标定参数并进行对比，判断结冰的厚度。
电容式结冰传感器4的电压数据经无线传输模块5传输至机舱服务器，再由光缆传至塔底服务器，最终将结果传输至主控室。
一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器的工作方法，首先将底座1安装在风机叶片上；然后打开供电模块，为传感器4和无线传输模块5供电；再将检测触点9伸入到介质内部，检测触点9与介质形成回路，并产生电压信号；电压信号经信号采集器12的采集后传递给单片机11，单片机11对电压信号进行分析和处理，处理后的结果由无线传输模块5传递给外部服务器。

Claims (10)

1.一种应用于风机叶片(6)的电容式结冰传感器(4)，其特征在于，包括底座(1)、供电模块、传感器(4)和无线传输模块(5)，所述供电模块、传感器(4)和无线传输模块(5)均固定于底座(1)上，所述底座(1)与风机叶片(6)连接，所述供电模块用于为传感器(4)和无线传输模块(5)提供电能；
所述传感器(4)包括译码电路(10)、单片机(11)、信号采集器(12)和多个检测触点(9)，所述检测触点(9)两两一组，所述检测触点(9)伸入到介质内部与介质接触；所述检测触点(9)的输出端与译码电路(10)的输入端连接，所述译码电路(10)用于连通全部的检测触点(9)；所述信号采集器用于采集检测触点(9)传递的电压信号，所述信号采集器(12)的输入端与译码电路(10)的输出端连接，所述单片机(11)的输入端与信号采集器(12)的输出端连接，所述单片机(11)用于处理信号采集器采集的电压信号；
所述无线传输模块(5)的输入端与单片机(11)的输出端连接，所述无线传输模块(5)的输出端与外部服务器连接。
2.根据权利要求1所述的应用于风机叶片(6)的电容式结冰传感器(4)，其特征在于，所述底座(1)采用柔性轻质材料制作。
3.根据权利要求1所述的应用于风机叶片(6)的电容式结冰传感器(4)，其特征在于，所述底座(1)上设有粘性物质，所述底座(1)通过粘性物质与风机叶片(6)连接。
4.根据权利要求1所述的应用于风机叶片(6)的电容式结冰传感器(4)，其特征在于，所述底座(1)设置于风机叶片(6)的前缘。
5.根据权利要求1所述的应用于风机叶片(6)的电容式结冰传感器(4)，其特征在于，所述供电模块包括蓄电池(2)和光伏板(3)，所述光伏板(3)用于将光能转换为电能，所述蓄电池(2)用于储存电能和提供电能，所述光伏板(3)的输出端与蓄电池(2)的输入端连接，所述传感器(4)和无线传输模块(5)均与蓄电池(2)的输出端连接。
6.根据权利要求1所述的应用于风机叶片(6)的电容式结冰传感器(4)，其特征在于，所述介质为冰层(7)或空气(8)。
7.根据权利要求1所述的应用于风机叶片(6)的电容式结冰传感器(4)，其特征在于，位于同一组的检测触点(9)对称设置。
8.根据权利要求1所述的应用于风机叶片(6)的电容式结冰传感器(4)，其特征在于，位于同一组的检测触点(9)处于同一高度。
9.根据权利要求1所述的应用于风机叶片(6)的电容式结冰传感器(4)，其特征在于，所述检测触点(9)从底座(1)边缘到底座(1)中心按照由高到低的顺序排列。
10.一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器的工作方法，采用如权利要求1～9所述的任一项应用于风机叶片的电容式结冰传感器，其特征在于，首先将底座(1)安装在风机叶片上；然后打开供电模块，为传感器(4)和无线传输模块(5)供电；再将检测触点(9)伸入到介质内部，检测触点(9)与介质形成回路，并产生电压信号；电压信号经信号采集器(12)的采集后传递给单片机(11)，单片机(11)对电压信号进行分析和处理，处理后的结果由无线传输模块(5)传递给外部服务器。
CN202210466758.9A 2022-04-29 2022-04-29 一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器及工作方法 Pending CN114623052A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210466758.9A CN114623052A (zh) 2022-04-29 2022-04-29 一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器及工作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210466758.9A CN114623052A (zh) 2022-04-29 2022-04-29 一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器及工作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114623052A true CN114623052A (zh) 2022-06-14

Family

ID=81905187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210466758.9A Pending CN114623052A (zh) 2022-04-29 2022-04-29 一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器及工作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114623052A (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5191791A (en) * 1989-01-10 1993-03-09 Gerardi Joseph J Piezoelectric sensor
CN1560560A (zh) * 2004-02-26 2005-01-05 太原理工大学 冰层厚度传感器及其检测方法
CN101303220A (zh) * 2008-05-28 2008-11-12 太原理工大学 电容温度式覆冰厚度传感器的检测方法
CN205618315U (zh) * 2016-04-12 2016-10-05 西京学院 一种风力发电机桨叶结冰报警系统
CN107642464A (zh) * 2017-09-22 2018-01-30 中国华能集团公司 一种风机叶片结冰检测装置及检测方法
CN108019323A (zh) * 2017-12-04 2018-05-11 三重能有限公司 结冰检测叶片系统、风力发电机组以及叶片控制方法
CN209704773U (zh) * 2019-01-23 2019-11-29 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 一种风力发电机叶片防/融冰装置及风力发电机叶片
RU2754773C1 (ru) * 2020-07-23 2021-09-07 Общество с ограниченной ответственностью Малое научно-производственное предприятие «АНТРАКС» (ООО МНПП «АНТРАКС») Устройство определения наличия и толщины ледяных отложений на проводах воздушной линии электропередачи
CN113417815A (zh) * 2021-08-03 2021-09-21 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统及方法
CN113958463A (zh) * 2021-10-12 2022-01-21 深圳前海慧联科技发展有限公司 风机叶片在线监测方法、系统及装置
CN114233583A (zh) * 2021-12-09 2022-03-25 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种基于电脉冲的风电机组叶片除冰装置及除冰方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5191791A (en) * 1989-01-10 1993-03-09 Gerardi Joseph J Piezoelectric sensor
CN1560560A (zh) * 2004-02-26 2005-01-05 太原理工大学 冰层厚度传感器及其检测方法
CN101303220A (zh) * 2008-05-28 2008-11-12 太原理工大学 电容温度式覆冰厚度传感器的检测方法
CN205618315U (zh) * 2016-04-12 2016-10-05 西京学院 一种风力发电机桨叶结冰报警系统
CN107642464A (zh) * 2017-09-22 2018-01-30 中国华能集团公司 一种风机叶片结冰检测装置及检测方法
CN108019323A (zh) * 2017-12-04 2018-05-11 三重能有限公司 结冰检测叶片系统、风力发电机组以及叶片控制方法
CN209704773U (zh) * 2019-01-23 2019-11-29 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 一种风力发电机叶片防/融冰装置及风力发电机叶片
RU2754773C1 (ru) * 2020-07-23 2021-09-07 Общество с ограниченной ответственностью Малое научно-производственное предприятие «АНТРАКС» (ООО МНПП «АНТРАКС») Устройство определения наличия и толщины ледяных отложений на проводах воздушной линии электропередачи
CN113417815A (zh) * 2021-08-03 2021-09-21 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统及方法
CN113958463A (zh) * 2021-10-12 2022-01-21 深圳前海慧联科技发展有限公司 风机叶片在线监测方法、系统及装置
CN114233583A (zh) * 2021-12-09 2022-03-25 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种基于电脉冲的风电机组叶片除冰装置及除冰方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
崔丽琴等: "基于空气、冰与水相对介电常数差异的电容感应式冰厚传感器", 传感技术学报, vol. 26, no. 1, 31 January 2013 (2013-01-31), pages 38 - 42 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101737245B (zh) 叶片桨距的管理方法和系统
CN103604464B (zh) 一种无线通信电力输电线路的环境参数监测系统及方法
DK2828164T3 (en) Device for detecting critical states of a surface
CN201865846U (zh) 一种风电机组叶片结冰状态检测装置
US20100135790A1 (en) Wind turbine blade with foreign matter detection devices
CN103560468A (zh) 一种高压输电线路除冰机器人
CN102817780B (zh) 风力发电机组结冰控制装置及控制方法
US20130177416A1 (en) Wind turbine and method for operating said wind turbine wherein a risk of icing is determined on the basis of meteorological data
CN210531061U (zh) 一种叶片净空距离监测系统
KR101260880B1 (ko) 태양전지 모듈에 개별적으로 내장된 ｍｐｐｔ 제어 기능을 가지는 정션박스 및 그 구동방법
CN103437949A (zh) 风力发电机叶片、风力发电机以及叶片除冰系统
CN115573868A (zh) 一种基于光纤mems传感的叶片多状态监测系统及其工作方法
CN114876747A (zh) 一种基于dts系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法
CN204168005U (zh) 一种电网安全风险评估系统
CN217002167U (zh) 一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器
CN105551115A (zh) 飞行数据记录装置开启、关闭的控制方法和装置
CN114623052A (zh) 一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器及工作方法
CN210317625U (zh) 一种基于光学原理的风电机组叶片凝冻检测装置
CN107795440B (zh) 叶片结冰的报警方法及装置
CN207795485U (zh) 一种用于风力发电机组的除冰控制系统
CN202768252U (zh) 风力发电机组结冰控制装置
CN115065155B (zh) 一种基于5g通讯的风电场升压站的风险预警系统
CN203570505U (zh) 风力发电机叶片、风力发电机以及叶片除冰系统
CN214836883U (zh) 一种冰区风电场甩冰预警范围判别装置
CN113417815A (zh) 一种基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination