[發明專利]重冰區風電場甩冰風險預警系統和方法

在審

• 申請號: 202010376056.2
• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN111350640A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 朱向東;范守元;付劍波;路永輝;張懷孔;寧德正;汪玉華;王斯偉;周豐;張亞軍;仝旭波;施宏;尹鴻儒;寧海濤;姚凱旋;黃勁明;文興宇;楊祖照;謝松;程榮蘭
• 申請（專利權）人: 中國能源建設集團云南省電力設計院有限公司
• 主分類號: F03D80/40
• 分類號: F03D80/40;F03D17/00;F03D7/04
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所 53106
• 代理人: 楊建;何健

本發明公開了重冰區風電場甩冰風險預警系統和方法，中央控制器實時計算風電機組附近區域的甩冰風險分布云圖，風險云圖以顏色和/或等值線定義風電機組附近區域被甩冰擊中的概率；根據預定的風險閾值生成虛擬柵欄；采用視頻監控系統和/或移動終端定位系統監測風電機組周邊人/動物的活動，當檢測到有人/動物侵入虛擬柵欄時，啟動報警器報警，并提醒人員離開，或將動物驅出危險區域。本發明可以使得風電機組在結冰期也能保持運行，不用因為外部原因而被動停機而降低產能；同時還可以提供安全路徑規劃，幫助其安全撤離，最大限度地降低被甩冰擊中的風險。

技術領域

本發明屬于風力發電場工程設計技術領域，具體涉及一種重冰區風電場甩冰風險預警系統和方法。

背景技術

世界風電產業快速發展，極大地推動了世界能源格局的轉變，已經成為應對氣候變暖的重要途徑之一。發展風電也是推進我國能源革命、改變能源格局、防治大氣污染，構建清潔低碳、安全高效能源體系的重要手段。

我國風能資源主要集中在氣候寒冷的三北(東北、西北、華北)地區和濕度較大的東南沿海地區，其中云貴、兩廣、兩湖、江浙等地區為我國風電發展較快的地區。低溫潮濕的環境下，這些地區的風電機組存在嚴重的冰凍問題。風電機組葉片的冰凍問題會影響葉片的氣動效率，降低風力發電場的發電量，嚴重的甚至會引起風電機組的附加載荷與額外振動，降低葉片及機組的使用壽命。當天氣回暖或開啟熱力除冰系統時，覆冰的附著力下降，在風電機組啟動或運行時可在離心力作用下甩出。風電機組附近的人員、動物和設施等不得不面臨著被甩冰擊中的風險。為應對這些風險，許多風電場在結冰期不得不被動停機，不僅造成風能資源的浪費，而且對電力系統的調度和安全性造成一定影響。

目前對重冰區風電場甩冰風險預警系統的研究比較少，大多仍處于探索階段。美國專利US2017058871提供了一種用于在操作期間減輕從風力渦輪機的一個或多個轉子葉片拋冰的系統和方法，該方法包括監視風力渦輪機的一個或多個與冰有關的參數，當檢測到冰的積累時，改變風力渦輪機的偏航位置、功率或運行速度等，但是該方法并未涉及甩冰風險預警。歐洲專利WO2018113877A1提供了有利地確定風力渦輪機的冰拋擲風險區域的方法，當確定的冰拋擲風險區域侵犯一個或多個排除區域時，則確定對風力渦輪機的一個或多個操作參數的更改，以便更改冰拋擲風險區域。該方法通過調整風電機組的運行狀態來改變其甩冰風險區域，以避開預先設置的排除區域，也未涉及甩冰風險預警方面的內容。

發明內容

本發明正是為了解決以上技術難題而提出的重冰區風電場甩冰風險預警系統和方法。

本發明是通過如下技術方案來實現的：

重冰區風電場甩冰風險預警系統，包括多個風電機組、中央控制器、傳感器、視頻監控器、報警器和移動終端；其中，

所述風電機組由輪轂、機艙、一個或多個葉片和塔架組成；所述機艙和輪轂通過傳動軸連接，所述葉片通過螺栓固接在輪轂上；高塔架將機艙托舉起來，給葉輪的旋轉、機艙的偏航和葉片的變槳等提供了開闊的操作空間；

所述中央控制器設置于風電場升壓站或集控中心；所述傳感器外置于風電機組上，用以采集數據和參數；中央控制器與外置于風電機組上的傳感器通訊連接；所述視頻監控器安裝在塔架上，用以對風電機組周邊的人員或動物活動軌跡進行實時和動態地監控；所述報警器安裝于塔架上，報警器與中央控制器通訊連接；所述移動終端上設有定位裝置，移動終端由進入甩冰風險區域的人員攜帶；視頻監控器和移動終端與中央控制器通訊連接；中央控制器通過視頻監控器和移動終端定位系統監控風電場運維人員的活動軌跡。

本發明還公開了重冰區風電場甩冰風險預警方法，所述方法如下：

1)位于風電場升壓站或集控中心的中央控制器根據風電機組外置傳感器采集的風速和風向環境參數、風電機組高度和葉片長度的結構參數、葉輪轉速和偏航角度的運行參數以及風電機組周邊地形地貌的數據；