[發明專利]一種風力發電機組落冰風險控制方法

有效

• 申請號: 202010736706.X
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111828252B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 彭郎軍;黃凌翔;張碩望;陽雪兵;曾冰
• 申請（專利權）人: 湘電風能有限公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;F03D80/40
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 烏景瑞

1.一種風力發電機組的落冰風險控制方法，包括如下步驟：

1)采集風機運行數據；

2)對采集的風機運行數據預處理；

3)通過基于神經網絡的結冰預測模塊預測風機結冰狀態；如果風機未結冰，則風機處于無落冰風險狀態，風機正常運行，如果風機結冰，進行下一步；

4)計算落冰風險區域Ω；

5)判斷落冰風險區域Ω與敏感區域Ψ是否有交集，如果沒有交集，則風機處于無敏感風險狀態，禁止人員和設備在風機附近逗留，如果有交集，進行下一步；

6)根據風機運行狀態計算風機的允許運行轉速區間Φ和允許偏航區間ξ；

7)判斷是否存在轉速ω∈Φ且偏航角度β∈ξ使得表示空集，如果不存在，則風機處于不能調敏感風險狀態，風機停機，禁止人員和設備在風機附近逗留；如果存在，則風機處于能調敏感風險狀態，禁止人員和設備在風機附近逗留。

2.根據權利要求1所述的風力發電機組的落冰風險控制方法，所述步驟4)具體步驟為：

4.1)建立坐標系O，

4.2)建立落冰軌跡數學模型，

4.3)計算落冰風險區域Ω。

3.根據權利要求2所述的風力發電機組的落冰風險控制方法，所述步驟4.1具體操作如下：

以風機塔筒地面中心為原點，以南北方向為X軸，北向為正；以東西方向為Y軸，東向為正；以高度方向為Z軸，向上為正建立坐標系O。

4.根據權利要求2所述的風力發電機組的落冰風險控制方法，所述步驟4.2具體步驟為：

4.2.1)分別建立冰塊的X方向軌跡方程、Y方向軌跡方程和Z方向軌跡方程，X方向軌跡方程：Y方向軌跡方程：Z方向軌跡方程：

式中：x：為冰塊x方向的坐標值；y：為冰塊y方向的坐標值；z：為冰塊z方向的坐標值；ρ：為空氣密度；C_D：為阻力系數；A：為有效面積；g：為重力加速度；m：為冰塊質量；|V|：為冰塊與風的相對速度；V_x：為風速x方向分量；V_y：為風速y方向分量；V_z：為風速z方向分量；

4.2.2)計算冰塊對地速度，其計算公式為：

4.2.3)確定冰塊的速度初始邊界條件：

冰塊的X方向速度初始邊界條件滿足：U_x(0)＝V_t cosβ+V₀ cosθsinβ，

冰塊的Y方向速度初始邊界條件滿足：U_y(0)＝-V₀ cosθcosβ+V_t sinβ，

冰塊的Z方向速度初始邊界條件滿足：U_z(0)＝V₀ sinθ；

式中：U_x(0)冰塊X方向初始的速度，U_y(0)冰塊Y方向的初始速度；U_z(0)冰塊Z方向的初始速度；V₀：冰塊葉尖切向拋出速度；β：偏航角度；θ：計算角度；V_t：冰塊風輪面法向拋出速度，由風機運行狀態得出；

4.2.4)計算冰塊葉尖切向拋出速度，公式為：V₀＝ωD/2，式中：D：風輪面的直徑；ω：輪轂轉速；

4.2.5)確定冰塊的初始位移邊界條件：

冰塊X方向的初始位移邊界條件滿足：x(0)＝sinθ×D/2×sinβ，

冰塊Y方向的初始位移邊界條件滿足：y(0)＝-sinθ×D/2×cosβ，

冰塊Z方向的初始位移邊界條件滿足：z(0)＝H-cosθ×D/2；

式中：H：輪轂中心高度；x(0)：冰塊X方向的初始位移；y(0)：冰塊Y方向的初始位移；z(0)：冰塊Z方向的初始位移。

5.根據權利要求4所述的風力發電機組的落冰風險控制方法，所述步驟4.3具體操作如下：

4.3.1)計算角度為θ時，Γ(θ)＝{(x,y,z)|點(x,y,z)滿足軌跡方程及約束}，Γ(θ)：冰塊落冰風險區域邊界；

4.3.2)落冰風險區域Ω＝{所有Γ(θ)包裹形成的區域|θ∈[0,2π)}。