[发明专利]一种基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统及方法

说明书

本发明公开的一种基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统及方法，属于风力发电技术领域。包括正弦信号电源、数据处理系统、计算机和若干平行板电容器；平行板电容器布置在叶片表面的覆冰监测区域的两端并与叶片表面垂直；正弦信号电源分别与数据处理系统和每个接电源电极板连接，每个接地电极板分别接地；正弦信号电源与每个接电源电极板之间设有分压电阻，分压电阻与接电源电极板之间设有电压测点，电压测点与数据处理系统连接，数据处理系统与计算机连接。本发明实现了对目标区域内叶片表面的覆冰形成与发展的有效监测，能够为风电机组的叶片防除冰控制系统的启动或停止提供灵敏、准确的控制信号。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统及方法。

背景技术

南方低风速地区与部分高风速地区的风电场中，在冬季及春季普遍存在着较为严重的冰冻问题。风电机组出现覆冰的普遍特点是气温在-10℃以上，在南方地区的冬季，当温度降到0℃时在风电机组及风机叶片上都会出现结冰情况。叶片覆冰改变了叶片的气动外形与重量分布及频率，打破了叶片载荷平衡，将导致叶片及风轮的振动等问题，对风电机组的运行、风电机组的经济性与安全性产生直接影响。

当风电机组叶片出现覆冰，需借助于热鼓风除冰、电加热除冰等方法除去叶片表面覆冰，保证风电机组在低温气象条件下的正常运行。而风机叶片的智能除冰系统需要建立在对叶片覆冰的准确预测与监测上，比如，若能检测到叶片表面的薄覆冰，除冰系统即以较小功率启动运行，既能有效除冰，又降低了除冰系统的能耗，对于整个除冰系统的智能化运行与经济性的提升具有明显作用。因此，如何准确对叶片覆冰进行准确的预测与监测，是目前亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统及方法，系统构建简单，实现了对目标区域内叶片表面的覆冰形成与发展的有效监测，能够为风电机组的叶片防除冰控制系统的启动或停止提供灵敏、准确的控制信号。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统，包括正弦信号电源、数据处理系统、计算机和若干平行板电容器；平行板电容器包括接电源电极板和接地电极板，接电源电极板和接地电极板尺寸相同，且平行布置在叶片表面的覆冰监测区域的两端并与叶片表面垂直；若干平行板电容器中的所有接电源电极板在高度方向上依次排布，且相邻的接电源电极板通过绝缘板连接；所有接地电极板在高度方向上依次排布，且相邻的接地电极板通过绝缘板连接；

正弦信号电源分别与数据处理系统和每个接电源电极板连接，每个接地电极板分别接地；正弦信号电源与每个接电源电极板之间设有分压电阻，分压电阻与接电源电极板之间设有电压测点，电压测点与数据处理系统连接，数据处理系统与计算机连接。

优选地，数据处理系统包括整流检波器、低通滤波器和A/D转化器，整流检波器的一端与电压测点连接，另一端与低通滤波器连接，低通滤波器与A/D转化器连接，A/D转化器与计算机连接。

优选地，接电源电极板和接地电极板的厚度为1～1.5mm，高度为3～5mm。

进一步优选地，绝缘板与接电源电极板和接地电极板的厚度和长度相等，高度为1～1.5mm。

优选地，接电源电极板与接地电极板之间的距离为5～10mm。

优选地，平行板电容器的数量≥2。

优选地，计算机通过无线通信模块与风电机组叶片防除冰控制系统通信互联。

优选地，正弦信号电源、数据处理系统、计算机、分压电阻和电压测点均设在叶根内。

本发明公开了采用上述基于电容测量的风机叶片覆冰监测系统进行风机叶片覆冰监测的方法，包括：