[發明專利]基于葉片凈空和風輪轉速的尾流檢測方法及系統

在審

• 申請號: 202210818927.0
• 申請日: 2022-07-13
• 公開（公告）號: CN115342033A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 薛宇;趙立業;杜杰;薛磊;王軍棟
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;G06T7/00;G06T7/13;G06T7/194;G06T7/187
• 代理公司: 北京中南長風知識產權代理事務所(普通合伙) 11674
• 代理人: 穆麗紅

本發明涉及一種基于葉片凈空和風輪轉速的尾流檢測方法及系統，該方法包括：基于垂直安裝于機艙下方的廣角相機對風機運行時的狀態進行圖像拍攝，獲取不同運行時刻風機葉片的凈空檢測圖片；對凈空檢測圖片進行處理，計算凈空數據；從凈空檢測視頻處理中或SCADA獲取風輪轉子轉速數據，計算其平均值和波動值；基于計算的凈空數據及轉速平均值和波動值，在風速、湍流、風切、空氣密度、變槳角度下，不同尾流覆蓋面干擾下建立葉片凈空、轉速的平均數據及其波動數據多維表，即尾流覆蓋多維表；在風機運行過程中，通過查詢尾流覆蓋多維表，找出對應尾流覆蓋面情況。本發明解決了巡視檢修困難問題，降低了葉片故障率,能及時預警葉片故障，實現實時尾流控制，降低尾流干擾。

技術領域

本發明涉及海上風電場風機尾流干擾檢測技術領域，尤其涉及一種基于葉片凈空和風輪轉速的尾流檢測方法及系統。

背景技術

海上風能資源豐富，風速高，紊流小，發電量大，且開發海上風電不占用土地資源，這些都為發展海上風電提供了有利條件。但是由于海上風電場環境更為惡劣，風電場造價很高。如何保證風機安全、高效運行，提高風機服役壽命是目前運維的重點。由于海上風電場湍流度比陸地上低，海上風電場尾流更難消散，下風向風機受到尾流的干擾比陸地更為嚴重。尾流干擾將造成風電場功率下降，風機疲勞載荷增大，大大降低風機壽命。并且尾流干擾會造成葉片的凈空波動增大，特別是有故障的葉片在尾流的影響下甚至發生掃塔事件，這嚴重威脅了海上風電場的安全、高效運行，造成巨大的經濟損失。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于葉片凈空和風輪轉速的尾流檢測方法及系統，以提升海上風電場風機葉輪智能化安全監控及發電盈利能力。

本發明提供了一種基于葉片凈空和風輪轉速的尾流檢測方法，包括如下步驟：

步驟1，基于垂直安裝于機艙下方的廣角相機對風機運行時的狀態進行圖像拍攝，獲取不同運行時刻風機葉片的凈空檢測圖片；

步驟2，對步驟1中的凈空檢測圖片進行處理，計算凈空數據；從凈空檢測視頻處理中或SCADA數據中獲取風輪轉子轉速數據，計算其平均值和波動值；

步驟3，基于計算的凈空數據及轉速平均值和波動值，在風速、湍流、風切、空氣密度、變槳角度下，不同尾流覆蓋面干擾下建立葉片凈空、轉速的平均數據及其波動數據多維表，即尾流覆蓋多維表；

步驟4，在風機運行過程中，通過查詢尾流覆蓋多維表，找出對應尾流覆蓋面情況。

進一步地，步驟2中對步驟1中的凈空檢測圖片進行處理計算凈空數據包括：

對圖像進行預處理，得到清晰且易于計算的凈空圖片灰度圖像，對圖像進行二值化和連通區域標記，基于連通區域標記將前景目標和背景分離，對塔筒和葉片進行邊緣檢測得到清晰的邊緣，進行葉尖點和塔筒點檢測，計算風機運行時的凈空距離，將拍攝得到的所有圖片進行凈空距離檢測，得到不同時刻的最小凈空距離，提取最小凈空距離并計算平均值，得到凈空數據。

本發明還提供了一種基于葉片凈空和風輪轉速的尾流檢測系統，包括：

廣角相機模塊，垂直安裝于機艙下方，用于對風機運行時的狀態進行圖像拍攝，獲取不同運行時刻風機葉片的凈空檢測圖片；

計算模塊，用于對凈空檢測圖片進行處理，計算凈空數據；從凈空檢測視頻處理中或SCADA數據中獲取風輪轉子轉速數據，計算其平均值和波動值；

尾流覆蓋多維表建立模塊，用于基于計算的凈空數據及轉速平均值和波動值，在風速、湍流、風切、空氣密度、變槳角度下，不同尾流覆蓋面干擾下建立葉片凈空、轉速的平均數據及其波動數據多維表，即尾流覆蓋多維表；

查詢模塊，用于在風機運行過程中，通過查詢尾流覆蓋多維表，找出對應尾流覆蓋面情況。