[發明專利]用于風力渦輪機的冰檢測方法和系統

在審

• 申請號: 201980061796.2
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN112673169A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: A·穆諾斯巴比亞諾;A·桑蒂蘭利翁
• 申請（專利權）人: 西門子歌美颯可再生能源創新與技術有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;F03D80/40
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 佘鵬;王麗輝

用于檢測具有多個葉片（10）和發電機（11）的風力渦輪機上的冰的方法和系統。在該方法中測量發電機（11）的溫度、濕度和角速度（V_G）。該方法包括：處理所述速度（V_G）以獲得頻譜；在所述頻譜中識別與葉片（10）的頻率特性相關聯的頻帶；在所述頻帶上應用卡爾曼濾波，以識別瞬時振動頻率；將所述瞬時頻率與對應于沒有冰的固有頻率的參考頻率相比較；確定風力渦輪機（1）產生的功率，估計可產生的功率，比較兩個功率，并且如果該瞬時頻率與參考頻率不同，如果測得的功率小于估計的功率，并且如果該溫度和濕度趨于引起結冰，則確定冰的存在。

技術領域

本發明涉及用于檢測風力渦輪機上的冰的方法和系統。

背景技術

寒冷地區中的風電場的存在使得有必要實施能夠檢測與風力渦輪機上的結冰或結霜相關聯的功率曲線中的異常的系統和方法。

風力渦輪機上的冰積聚在寒冷氣候地區中帶來了嚴重的問題，這會降低能量生產，并且還會縮短風力渦輪機中主要部件的估計使用壽命。這些部件可能會受不同類型的冰影響，例如霜、過冷雨、濕雪等。

此外，冰積聚不是僅在寒冷氣候中發生的問題，因為其也可能在許多不同的狀況下發生。在沿海地區中，主要是在高緯度處，以及在山區地形中，都可以發現冰。當云底位于比風力渦輪機的中心或機艙的高度或海拔低的高度或海拔處時發生的結冰在山區或靠近山頂的地區中構成主要問題。所述事件被稱為云內結冰。降雪是結冰的另一個已知原因。兩種情況下的一個共同因素通常包括多云的狀況。

已知的標準，例如ISO 12494標準，定義了幾種類型的冰，以及它們形成的必要的天氣狀況。這些經驗變量尤其是包括風速和風向、溫度以及云接觸風力渦輪機的時間長度。這些系統通常基于以下原理來使用濕度計，即：云內的水蒸氣含量非常接近或高于飽和蒸氣壓。這意味著相對濕度通常高于95%。然而，所述系統并不完全可靠。在沿海地區和海上風電場中，即使不存在任何云，相對濕度值也可能始終是高的。US2005276696A1中描述了這種系統中的一個，該文獻公開了一種用于檢測轉子葉片上的冰的方法，該方法包括監測天氣狀況以及可能會引起轉子葉片之間的質量失衡的渦輪機的物理特性。

這種類型的系統的另一個問題在于濕度計自身。如果在所述水處于液態時針對飽和蒸氣壓值進行校準，則當溫度低于0℃時，這可能導致相對濕度的不正確測量。

屬于本申請人的EP2505831A2公開了不具有這些缺點的用于檢測風力渦輪機上的冰的系統和方法。為此，在所述文獻中公開的解決方案提出借助于太陽輻射傳感器來測量相對應的風力渦輪機所接收到的直接太陽輻射，并將測量值與理論輻射曲線相比較，其中，陰天的平均值明顯低于理論曲線。

發明內容

本發明的目的在于提供如權利要求中限定的用于風力渦輪機的新的冰檢測方法和系統。

本發明的第一方面涉及一種用于風力渦輪機的冰檢測方法，該風力渦輪機包括多個葉片和發電機。在該方法中測量環境溫度和濕度，并且在所述方法中以動態和循環的方式（針對至少一個葉片）進一步執行以下步驟：

- 測量該風力渦輪機的發電機的角速度，

- 處理所述角速度，以獲得其頻譜，

- 在所述頻譜中識別與葉片的頻率特性相關聯的頻帶，

- 在所述頻帶上應用卡爾曼濾波（或卡爾曼算法），以識別所述葉片的瞬時振動頻率，

- 將所述識別出的瞬時頻率與先前存儲的參考頻率比較，并且該參考頻率與葉片的在其上沒有冰時的頻率相對應，以及

- 如果所識別的瞬時頻率與該參考頻率不同，并且如果測得的溫度和濕度趨于引起結冰，則確定所述葉片上存在冰。

這些步驟以周期性的方式并且一直執行。

優選地，當所識別的瞬時頻率與參考頻率之間的差大于預定閾值時，確定冰的存在或不存在。該閾值的值由成本控制者或制造商確定，并且例如，這可基于先前的經驗進行。