[发明专利]适用于风力发电机组叶片的微波覆冰监测装置及方法

说明书

本发明涉及风力发电技术领域，公开一种适用于风力发电机组叶片的微波覆冰监测装置及方法，以保障风力发电机组的安全运行。方法包括：微波覆冰传感器发出功率为P₁以穿透覆盖在传感器表面覆冰的微波信号，并接收穿透传感器表面物质的微波信号P₂；然后根据P₂相比较于P₁的功率衰减值计算覆冰厚度并传送给采集器；与此同时，超声波气象仪实时检测温度和湿度数据；采集器根据所接收数据判断任一微波覆冰传感器检测到微波覆叶片覆冰厚度大于或等于设定的厚度阈值、超声波气象仪所检测实时的温度是否小于或等于设定的温度阈值、以及超声波气象仪所检测实时的湿度是否大于或等于设定的湿度阈值，当判断结果都为是时，向该风电场内部局域网内监控节点发出覆冰信号。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种适用于风力发电机组叶片的微波覆冰监测装置及方法。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生资源和对常规电力的补充，现已成为新能源的重要组成部分。目前风力发电主要依靠风力发电机组将风能有效地转化为电能，工作原理是通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统带动发电机转动以驱动发电机发电。其中，叶片的外型结构直接影响其气动性能，进而改变风力发电机组的输出功率。

温度较低、湿度较大地区的风力发电机极易出现叶片结冰。当风机叶片出现覆冰情况时，其不仅会改变叶片的气动性能造成功率损失，而且会改变叶片原有质量分布造成风机运行不稳定，严重时会导致叶片出现不同程度的折断，导致整个机组报废，造成极大的经济损失。

现有覆冰监测装置主要应用于输电线路、接触网等场景，其设备选用原则、功能设计等方面没有考虑风力发电领域特性，无法应用于风力发电机的叶片覆冰监测。因此迫切需要设计一种适用于风力发电机组叶片覆冰监测的装置及方法，以保证寒冷季节雨雪天气中风力发电机组的安全运行。

发明内容

本发明目的在于公开一种适用于风力发电机组叶片的微波覆冰监测装置及方法，以保障风力发电机组的安全运行。

为达上述目的，本发明公开一种适用于风力发电机组叶片的微波覆冰监测装置，包括：

以太阳能供电板供电的部署于叶片表面的微波覆冰传感器，用于发出功率为P₁以穿透覆盖在传感器表面覆冰的微波信号，并接收穿透传感器表面物质的微波信号P₂；然后根据P₂相比较于P₁的功率衰减值计算覆冰厚度；

部署于风力发电机组机舱外壳上方的超声波气象仪，用于检测温度和湿度数据；

部署于机舱控制柜的采集器，与所述超声波气象仪和各所述微波覆冰传感器建立无线连接并经交换机进入风电场内部局域网，用于判断任一微波覆冰传感器检测到微波覆叶片覆冰厚度大于或等于设定的厚度阈值、所述超声波气象仪所检测实时的温度是否小于或等于设定的温度阈值、以及所述超声波气象仪所检测实时的湿度是否大于或等于设定的湿度阈值，当判断结果都为是时，向该风电场内部局域网内监控节点发出覆冰信号。

优选地，衰减值A的计算公式为：

覆冰厚度z的计算公式为：

其中，α为衰减常数。

优选地，所述温度阈值为3摄氏度，湿度阈值为85％。

为达上述目的，本发明还公开一种适用于风力发电机组叶片的微波覆冰监测方法，包括：

将以太阳能供电板供电的微波覆冰传感器部署于叶片表面，并将超声波气象仪部署于风力发电机组机舱外壳上方；然后建立部署于机舱控制柜的采集器与所述超声波气象仪、各所述微波覆冰传感器及风电场内部局域网之间的无线连接；