一種風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)冰預(yù)警和控制方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體為一種風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)冰預(yù)警和控制方法及其裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國疆域迂闊，氣象條件復(fù)雜，風(fēng)資源蘊藏巨大。其中，高海拔、濕冷環(huán)境下運行的 風(fēng)力機在冬季經(jīng)常出現(xiàn)嚴重的表面結(jié)冰現(xiàn)象，風(fēng)力機葉片的結(jié)冰會嚴重影響風(fēng)力機的氣動 性能和運行安全，給風(fēng)力機帶來極大危害。
[0003] 嚴格來講，安裝在冰凍地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機組需要附帶葉片除冰功能，然而目前國 內(nèi)外還沒有發(fā)展出成熟的風(fēng)力機除冰技術(shù)。因此，如何降低葉片結(jié)冰帶來的安全和性能影 響，已成為風(fēng)電行業(yè)亟需解決的重要問題。現(xiàn)階段，通過實時監(jiān)測與預(yù)警的方法，是解決運 一問題的一種有效途徑。
[0004] 目前，美國goo化ich公司、芬蘭的Ubkotec公司、中國的嘉瑞豐公司都已經(jīng)可W 對運行中的葉片結(jié)冰情況進行監(jiān)測。其中，嘉瑞豐公司的產(chǎn)品已經(jīng)可W實時檢測到結(jié)冰的 厚度和結(jié)冰的位置?；跈z測到葉片的結(jié)冰狀況后，必須進一步根據(jù)結(jié)冰情況進行預(yù)警，才 能有效控制和消除結(jié)冰對風(fēng)力機的危害。
[0005] 對風(fēng)機進行結(jié)冰預(yù)警，當(dāng)前通常采用如下方法：通過結(jié)冰傳感器實時探測風(fēng)力發(fā) 電機組各葉片的結(jié)冰情況，并且實時監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機組所處環(huán)境的環(huán)境參數(shù)和運行期間的 運行參數(shù)；當(dāng)探測結(jié)果顯示，風(fēng)力發(fā)電機組各葉片已結(jié)冰，且監(jiān)測到的風(fēng)力發(fā)電機組對應(yīng)的 環(huán)境參數(shù)滿足結(jié)冰條件時，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組對應(yīng)的運行參數(shù)觸發(fā)結(jié)冰控制操作。該方法 間接通過時間闊值和環(huán)境參數(shù)來進行結(jié)冰下的操縱控制，可W對風(fēng)力機在結(jié)冰天氣下的運 行提供保護。
[0006] 然而，該預(yù)警和控制方法不是直接通過結(jié)冰狀況及其危害來預(yù)警。由于氣候條件 變化帶有不確定性，時間闊值必須保留足夠的安全裕度，往往必須在沒有達到真正的警戒 線時，就提前關(guān)機，經(jīng)濟性較差。另一方面，如果在極端氣候條件下，若氣候變化極其劇烈， 甚至超過了制定時間闊值時的考慮范圍，則有可能出現(xiàn)結(jié)冰狀況超過了警戒線而沒有關(guān) 機，導(dǎo)致風(fēng)力機損壞的情況。
[0007] 綜上所述，當(dāng)前已經(jīng)可W實時檢測到風(fēng)力機葉片結(jié)冰的厚度和結(jié)冰的位置，而當(dāng) 前的預(yù)警系統(tǒng)根據(jù)時間闊值來進行結(jié)冰后的控制，運種方式存在過早停機導(dǎo)致浪費風(fēng)能， 或過晚停機導(dǎo)致?lián)p壞風(fēng)力機的可能性。因此，迫切需要一種新的風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)冰預(yù)警和 控制方法或裝置，W解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對現(xiàn)有的風(fēng)力機發(fā)電機組根據(jù)時間闊值來進行結(jié)冰后 的控制，其存在過早停機導(dǎo)致風(fēng)能浪費，或過晚停機導(dǎo)致風(fēng)力機損壞的問題，提供一種風(fēng)力 發(fā)電機組結(jié)冰預(yù)警和控制方法及其裝置。與當(dāng)前僅僅通過時間闊值和環(huán)境參數(shù)間接的粗略 估算結(jié)冰的控制方式相比，本發(fā)明可進一步提高機組在結(jié)冰氣候下運行的經(jīng)濟性、安全性 和可靠性。本發(fā)明能夠根據(jù)結(jié)冰的危害進行合理的控制，有效提高風(fēng)力發(fā)電機組在結(jié)冰氣 候下運行的經(jīng)濟性、安全性，有效保障風(fēng)力發(fā)電機組的運行安全性。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0010] 一種風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)冰預(yù)警和控制方法，包括如下步驟：
[0011] (1)通過傳感器實時探測風(fēng)力發(fā)電機葉片的實時結(jié)冰信息，所述實時結(jié)冰信息包 括葉片結(jié)冰厚度、結(jié)冰具體位置；
[0012] (2)得到風(fēng)力發(fā)電機的實時環(huán)境參數(shù)和實時運行參數(shù)，所述實時環(huán)境參數(shù)包括風(fēng) 力發(fā)電機所在環(huán)境的風(fēng)速、風(fēng)力發(fā)電機所在環(huán)境的溫度，所述實時運行參數(shù)包括風(fēng)力發(fā)電 機的葉片轉(zhuǎn)速；
[001引 做根據(jù)步驟（1)得到的實時結(jié)冰信息、步驟似中得到的實時環(huán)境參數(shù)和實時運 行參數(shù)，分別得到結(jié)冰導(dǎo)致風(fēng)力機氣動力損失、結(jié)冰對風(fēng)力機結(jié)構(gòu)的損害信息；
[0014] (4)基于步驟（3)得到的結(jié)冰導(dǎo)致風(fēng)力機氣動力損失、結(jié)冰對風(fēng)力機結(jié)構(gòu)的損害 信息，觸發(fā)結(jié)冰控制操作。
[0015] 所述步驟3中，采用數(shù)值仿真方法或建立冰型危害數(shù)據(jù)庫插值的方法得到結(jié)冰導(dǎo) 致風(fēng)力機氣動力損失、結(jié)冰對風(fēng)力機結(jié)構(gòu)的損害信息。
[0016] 所述步驟3中，根據(jù)步驟（1)得到的實時結(jié)冰信息、步驟（2)中得到的實時環(huán)境參 數(shù)和實時運行參數(shù)，采用數(shù)值仿真方法，分別得到結(jié)冰導(dǎo)致風(fēng)力機氣動力損失、結(jié)冰對風(fēng)力 機結(jié)構(gòu)的損害信息。
[0017] 所述步驟3中，針對不同的冰型，采用數(shù)值計算或?qū)嶒灥姆椒?，得到不同冰型對風(fēng) 力機的氣動力損失和結(jié)構(gòu)危害信息，建立冰型危害數(shù)據(jù)庫，根據(jù)步驟（1)得到的實時結(jié)冰 信息、步驟（2)中得到的實時環(huán)境參數(shù)和實時運行參數(shù)，從冰型危害數(shù)據(jù)庫中信息插值得 到。
[0018] 所述步驟（4)中，基于步驟（3)得到的結(jié)冰導(dǎo)致風(fēng)力機氣動力損失、結(jié)冰對風(fēng)力機 結(jié)構(gòu)的損害信息，分別設(shè)立第一危害闊值、第二危害闊值，且所述第一危害闊值小于第二危 害闊值；
[0019] 當(dāng)結(jié)冰對風(fēng)力機葉片氣動力損失和損害信息超過第一危害闊值，且未超過第二危 害闊值時，觸發(fā)風(fēng)力發(fā)電機執(zhí)行結(jié)冰運行操作；
[0020] 當(dāng)結(jié)冰對風(fēng)力機葉片氣動力損失和損害信息超過第二危害闊值，觸發(fā)風(fēng)力發(fā)電機 執(zhí)行結(jié)冰停機操作。
[0021] 所述結(jié)冰運行操作包括增大風(fēng)力發(fā)電機的最小獎矩角、減小風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速扭 矩系數(shù)中的一種或多種。
[0022] 用于前述風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)冰預(yù)警和控制方法的裝置，包括：
[0023] 探測模塊，用于探測風(fēng)力發(fā)電機葉片的實時結(jié)冰信息，所述實時結(jié)冰信息包括葉 片結(jié)冰厚度、結(jié)冰具體位置；
[0024] 信息處理模塊，根據(jù)探測模塊測定的實時結(jié)冰信息、風(fēng)力發(fā)電機的實時環(huán)境參數(shù) 和實時運行參數(shù)，得到結(jié)冰導(dǎo)致風(fēng)力機氣動力損失、結(jié)冰對風(fēng)力機結(jié)構(gòu)的損害信息，觸發(fā)結(jié) 冰控制操作。
[00巧]針對前述問題，本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)冰預(yù)警和控制方法及其裝置，該 方法包括如下四個步驟。
[00%] 第一步，通過安裝好的傳感器實時探測風(fēng)力發(fā)電機葉片的實時結(jié)冰信息，實時結(jié) 冰信息包括葉片結(jié)冰厚度、結(jié)冰具體位置。實時結(jié)冰信息可通過市場上現(xiàn)有的傳感器直接 得到，例如采用四川嘉瑞豐科技有限公司的結(jié)冰探測器就可W實現(xiàn)此項功能。
[0027] 第二步，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機自身的控制系統(tǒng)，得到風(fēng)力發(fā)電機的實時環(huán)境參數(shù)和實 時運行參數(shù)，實時環(huán)境參數(shù)包括風(fēng)力發(fā)電機所在環(huán)境的風(fēng)速、風(fēng)力發(fā)電機所在環(huán)境的溫度， 實時運行參數(shù)包括風(fēng)力發(fā)電機的葉片轉(zhuǎn)速。
[0028] 由于結(jié)冰會使葉片外形發(fā)生改變，根據(jù)第一步探測到的實時結(jié)冰信息W及第二步 得到的實時環(huán)境參數(shù)和實時運行參數(shù)，得到結(jié)冰導(dǎo)致風(fēng)力機氣動力損失、結(jié)冰對風(fēng)力機結(jié) 構(gòu)的損害信息。
[0029] 其中，結(jié)冰導(dǎo)致風(fēng)力機氣動力損失、結(jié)冰對風(fēng)力機結(jié)構(gòu)的損害信息可采用數(shù)值仿 真方法實時計算。也可通過如下方法得到：針對各種冰型，采用數(shù)值計算或?qū)嶒灥姆椒?，?析具體冰型對風(fēng)力發(fā)電機的氣動力損失W及結(jié)構(gòu)損害，建立相應(yīng)的冰型危害數(shù)據(jù)庫，根據(jù) 實際葉片遭遇的冰型，從冰型危害數(shù)據(jù)庫中信息插值得到。其中，風(fēng)力機葉片在典型狀態(tài)下 的冰型及分布可通過結(jié)冰數(shù)值仿真或結(jié)冰風(fēng)桐實驗的方法得到。
[0030] 最后，基于步驟Ξ得到的結(jié)冰導(dǎo)致風(fēng)力機氣動力損失、結(jié)冰對風(fēng)力機結(jié)構(gòu)的損害 信息，觸發(fā)結(jié)冰控制操作。
[0031] 在所監(jiān)測到的風(fēng)力發(fā)電機葉片的實時結(jié)冰信息W及風(fēng)力發(fā)電機組對應(yīng)的實時環(huán) 境參數(shù)和實時運行參數(shù)條件下，當(dāng)結(jié)冰對風(fēng)力機葉片氣動力損失和損害信息超過第一危害 闊值，且未超過第二危害闊值時，觸發(fā)風(fēng)力發(fā)電機執(zhí)行結(jié)冰運行操作；當(dāng)結(jié)冰對風(fēng)力機葉片 氣動力損失和損害信息超過第二危害闊值，觸發(fā)風(fēng)力發(fā)電機執(zhí)行結(jié)冰停機操作，即風(fēng)力發(fā) 電機組對風(fēng)停機。其中，所述第一危害闊值小于所述第二危害闊值。結(jié)冰運行操作包括增 大風(fēng)力發(fā)電機的最小獎矩角、減小風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速扭矩系數(shù)，
[0032] 基于前述方法，本發(fā)明同時提供用于前述風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)冰預(yù)警和控制方法的裝 置。
[0033] 本發(fā)明中，直接根據(jù)葉片的結(jié)冰分布信息（即實時結(jié)冰信息）W及對應(yīng)的危害，來 執(zhí)行對運轉(zhuǎn)中的風(fēng)力發(fā)電機組葉片結(jié)冰時的控制操作。與當(dāng)前僅僅通過時間闊值和環(huán)境參 數(shù)間接的粗略估算結(jié)冰的控制方式相比，本發(fā)明可進一步提高機組在結(jié)冰氣候下運行的經(jīng) 濟性、安全性和可靠性。采用本發(fā)明，能夠避免提前關(guān)機所導(dǎo)致的經(jīng)濟性較差的問題，同時 也能有效避免極端情況下，氣候變化及其劇烈所導(dǎo)致的風(fēng)力機損壞問題。同時，本發(fā)明中采 用信息插值方法，能夠極大提高系統(tǒng)的相應(yīng)速度，對于保障風(fēng)力發(fā)電機的安全，具有重要的 進步意義。
[0034] 綜上，本發(fā)明對于提高風(fēng)力發(fā)電機組的經(jīng)濟性，保障其安全性，具有重要的意義， 值得大規(guī)模推廣和應(yīng)用。
【附圖說明】
[0035] 本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：
[0036] 圖1為風(fēng)力機葉片不同展向位置的結(jié)冰狀況圖。
[0037] 圖2為葉片距離中屯、4m處結(jié)冰前后的壓力分布對比圖。
[0038] 圖3為葉片距離中屯、22m處結(jié)冰前后的壓力分布對比圖。
[0039] 圖4為葉片距離中屯、31m處結(jié)冰前后的壓力分布對比圖。
[0040] 圖5為葉片距離中屯、40m處結(jié)冰前后的壓力分布對比圖。
[0041] 圖6為Ξ種不同水滴平均當(dāng)量直徑的冰型。
[0042] 圖7為不同時間下的冰型。
【具體實施方式】
[0043] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟W外，均可任何方式組合。
[0044] 本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的 替代特征加W替換。目P，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子 而已。 陽045] 實施例1
[0046] 第一步、通過傳感器實時探測風(fēng)力發(fā)電機組各葉片的結(jié)冰情況，包含實時結(jié)冰信 息包括葉片結(jié)冰厚度、結(jié)冰具體位置。
[0047] 第二步、根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機自身的控制系統(tǒng)，得到風(fēng)力發(fā)電機的實時環(huán)境參數(shù)和實 時運行參數(shù)，實時環(huán)境參數(shù)包括風(fēng)力發(fā)電機所在環(huán)境的風(fēng)速、風(fēng)力發(fā)電機所在環(huán)境的溫度， 實時運行參數(shù)包括風(fēng)力發(fā)電機的葉片轉(zhuǎn)速。
[0048]第Ξ步、結(jié)冰將會使葉片外形發(fā)生改變，根據(jù)第一步探測到的實時結(jié)冰