CN113606098B - 一种风电机组叶片气动异常检测方法、***及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种风电机组叶片气动异常检测方法，涉及风力发电的技术领域，包括以下步骤：获取变桨电机驱动器直流母线电压的电压波动频率；基于预设的波动频率阈值判断所述电压波动频率是否异常，若异常，则获取变桨电机的运动速度，若正常，则继续获取电压波动频率；若所述运动速度大于预设的运动速度阈值，则判断为叶片气动正常；若所述运动速度小于等于预设的运动速度阈值，则判断为叶片气动异常。本申请具有在各种外界环境下都能及时检测到叶片是否产生气动异常的效果。

Description

一种风电机组叶片气动异常检测方法、***及存储介质

技术领域

本申请涉及风力发电的技术领域，尤其是涉及一种风电机组叶片气动异常检测方法、***、终端及存储介质。

背景技术

风力发电机组的三个叶片容易受如结冰等影响造成翼型变化，从而导致叶片气动异常，进一步影响风力发电机组的发电效率与安全性，带来安全运行隐患，严重时将造成叶片折断等重大事故。

行业内通常是通过对比风速、桨叶节距角、转速与发电功率的关系，根据设计的功率曲线来判断机组的叶片是否处于正常工作状态，控制风机进入叶片气动异常的保护模式，从而保护机组设备安全。

针对上述中的相关技术，发明人认为，对于大风情况下，由于机组运行于恒功率区，风速高于额定风速，机组功率处于满发状态，此时再通过功率曲线很难判断叶片是否处于非正常状态，也无法及时检测到叶片气动异常，导致机组带病运行，严重时将直接损坏叶片与其他设备。

发明内容

为了在各种外界环境下都能及时检测到叶片是否产生气动异常，本申请提供一种风电机组叶片气动异常检测方法、***及存储介质。

第一方面，本申请提供一种风电机组叶片气动异常检测方法，采用如下的技术方案：

一种风电机组叶片气动异常检测方法，包括以下步骤：

获取变桨电机驱动器直流母线电压的电压波动频率；

基于预设的波动频率阈值判断所述电压波动频率是否异常，若异常，则获取变桨电机的运动速度，若正常，则继续获取所述电压波动频率；

若所述运动速度大于预设的运动速度阈值，则确定叶片气动正常；

若所述运动速度小于等于预设的运动速度阈值，则确定叶片气动异常。

通过采用上述技术方案，获取变桨电机驱动器直流母线电压的电压波动频率，将电压波动频率与预设的波动频率阈值进行比较，影响变桨电机驱动器直流母线电压的电压波动频率的因素为变桨电机的运动速度过大或叶片气动异常，若电压波动频率异常，则获取此时变桨电机的运动速度，若变桨电机的运动速度小于预设的变桨电机的运动速度阈值，即变桨电机的运动速度正常，即可确定叶片气动异常，本方法能够在各种外界环境下都能及时检测叶片是否产生气动异常，不受机组功率的影响，不需要添加任何外部设备，较为方便。

可选的，获取变桨电机的母线电压波动频率包括以下步骤：

实时获取母线电压及对应的时间信息，所述母线电压为变桨电机驱动器直流母线电压；

基于所述母线电压及对应的时间信息获取所述电压波动频率。

通过采用上述技术方案，能够通过采集母线电压和对应的时间信息来计算电压波动频率。

可选的，基于所述母线电压及对应的时间信息获取所述母线电压波动频率包括以下步骤：

确定母线电压阈值范围，当所述母线电压超出所述母线电压阈值范围并在一定时间内回到所述母线电压阈值范围内时，确定所述母线电压发生一次波动；

设定时间区域，统计所述时间区域内所述母线电压发生波动的次数，获取所述电压波动频率。

通过采用上述技术方案，确定母线电压阈值范围，从而确定发生波动的条件，能够较为科学地获取到母线电压波动次数及电压波动频率。

可选的，基于预设的波动频率阈值判断所述电压波动频率是否异常，若异常，则获取变桨电机的运动速度，若正常，则继续获取所述电压波动频率包括以下步骤：

若所述母线电压波动频率大于等于预设的波动频率阈值，则确定所述母线电压波动异常，继而获取变桨电机的运动速度；

若所述母线电压波动频率小于预设的波动频率阈值，则确定所述母线电压波动正常，并继续获取变桨电机的母线电压波动频率。

通过采用上述技术方案，根据电压波动频率与预设的波动频率阈值进行对比得出电压波动频率是否异常的结果。

可选的，若所述运动速度小于等于预设的运动速度阈值，则判断为叶片气动异常之后，还包括：

发出报警信号；

启动叶片气动异常的保护控制模式。

通过采用上述技术方案，当确定叶片气动异常后，发出报警信号，能够提醒工作人员及时进行相应的处理，气动叶片气动异常的保护控制模式，能够对风电机组进行保护，减少损失，提高安全性。

第二方面，本申请提供一种风电机组叶片气动异常检测***，采用如下的技术方案：

一种风电机组叶片气动异常检测***，包括：

第一获取模块，所述第一获取模块用于获取变桨电机驱动器直流母线电压的电压波动频率；

波动频率判断模块，所述波动频率判断模块与所述第一获取模块连接，用于接收所述第一获取模块采集的电压波动频率，并判断所述电压波动频率是否异常，并输出判断结果；

第二获取模块，用于获取变桨电机的运动速度；

运动速度检测模块，所述运动速度检测模块与所述第二获取模块连接，用于判断所述运动速度处于高速状态或者低速状态，并输出判断结果；

及处理模块，所述处理模块用于基于所述波动频率判断模块的判断结果和所述运动速度检测模块的检测结果检测叶片气动是否异常。

通过采用上述技术方案，第一获取模块获取电压波动频率后，波动频率判断模块判断电压波动频率是否异常，由于造成电压波动频率异常的原因为变桨电机的运动速度过大或叶片气动异常，因此能够根据第二获取模块获取的变桨电机的运动速度的大小来判断叶片气动是否异常。当电压波动频率异常，且运动速度检测模块检测到变桨电机的运动速度处于低速状态时，处理模块确定叶片气动异常。本***能够在各种外界环境下都能及时检测叶片是否产生气动异常，不受机组功率的影响，不添加任何外部设备，较为方便。

可选的，所述第一获取模块包括：

第一采集单元，所述第一采集单元用于实时母线电压以及对应的时间信息，所述母线电压为变桨电机驱动器的直流母线电压；

第一阈值单元，所述第一阈值单元内部存储有母线电压阈值；

计算单元，所述计算单元用于在预设的时间段内统计所述母线电压的波动次数，并获取电压波动频率。

通过采用上述技术方案，第一采集单元采集母线电压及对应的时间信息后，计算单元根据母线电压阈值获取电压波动频率，使数据规范化，能够实时捕捉到母线电压的波动。

可选的，所述波动频率判断模块包括：

第二阈值单元，所述第二阈值单元内部预设有波动频率阈值；

判断单元，所述判断单元用于将所述电压波动频率与所述波动频率阈值进行对比，若所述电压波动频率超出所述波动频率阈值，则确定母线电压波动异常，若所述电压波动频率未超出所述波动频率阈值，则确定母线电压波动正常。

通过采用上述技术方案，判断单元将实时的电压波动频率与第二阈值单元内部的波动频率阈值进行对比，能够快速判断出电压波动频率是否异常。

可选的，所述处理模块包括：

处理单元，所述处理单元用于基于所述波动频率判断模块的判断结果和所述运动速度检测模块的检测结果检测叶片气动是否异常；

报警单元，当所述处理单元确定叶片气动异常时，将异常信息发送至所述报警单元，所述报警单元用于发出报警信号；

调整单元，所述调整单元与所述报警单元连接，所述报警单元发出报警信号后，所述调整单元控制风电机组进入叶片气动异常的保护控制模式。

通过采用上述技术方案，处理单元确定叶片气动异常后，报警单元进行报警，提醒工作人员进行相应的处理，调整单元控制风电机组进入叶片气动异常的保护控制模式，对风电机组进行保护，减少损失。

第三方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，采用如下的技术方案：

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载并执行时，采用了上述的风电机组叶片气动异常检测方法。

通过采用上述技术方案，通过将上述的风电机组叶片气动异常检测方法生成计算机程序，并存储于计算机可读存储介质中，以被处理器加载并执行，通过计算机可读存储介质，方便计算机程序的可读及存储。

附图说明

图1是本申请实施例一种风电机组叶片气动异常检测方法的整体结构示意图。

图2是本申请实施例一种风电机组叶片气动异常检测方法中步骤S100的结构示意图。

图3是本申请实施例一种风电机组叶片气动异常检测方法中步骤S120的结构示意图。

图4是本申请实施例一种风电机组叶片气动异常检测方法中步骤S200的结构示意图。

图5是本申请实施例一种风电机组叶片气动异常检测方法中步骤S410-步骤S420的结构示意图。

图6是本申请实施例一种风电机组叶片气动异常检测***的整体框架结构示意图。

附图标记说明：

1、第一获取模块；11、第一采集单元；12、第一阈值单元；13、计算单元；2、波动频率判断模块；21、第二阈值单元；22、判断单元；3、第二获取模块；4、运动速度检测模块；41、第三阈值单元；42、检测单元；5、处理模块；51、处理单元；52、报警单元；53、调整单元。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

造成变桨电机驱动器直流母线电压波动的原因为：

1.变桨电机的运动速度过大；

2.变桨电机的叶片气动异常，

因此，通过实时采集变桨电机驱动器直流母线电压，在变桨电机驱动器直流母线电压波动异常时，通过检测变桨电机的运动速度是否过大即可得知变桨电机叶片气动是否异常。

本申请实施例公开一种风电机组叶片气动异常检测方法,参照图1，包括以下步骤：

S100、获取变桨电机驱动器直流母线电压的电压波动频率；

S200、基于预设的波动频率阈值判断所述电压波动频率是否异常，若异常，则获取变桨电机的运动速度，若正常，则继续获取所述电压波动频率；

S300、若所述运动速度大于预设的运动速度阈值，则确定叶片气动正常；

S400、若所述运动速度小于等于预设的运动速度阈值，则确定叶片气动异常。

其中，参照图2，步骤S100包括有以下步骤：

S110、实时获取母线电压及对应的时间信息，所述母线电压为变桨电机驱动器直流母线电压；

S120、基于所述母线电压及对应的时间信息获取所述电压波动频率。

具体地，步骤S110中，通过控制器实时测得变桨电机伺服驱动器的直流母线电压，并将对应时间的母线电压数据进行记录，记录数据为：第N毫秒时，变桨电机伺服驱动器的直流母线电压为M伏，例如，在第500ms时，变桨电机伺服驱动器的直流母线电压为530V。

具体地，参照图3，步骤S120包括有以下步骤：

S121、确定母线电压阈值范围，当所述母线电压超出所述母线电压阈值范围并在一定时间内回到所述母线电压阈值范围内时，确定所述母线电压发生一次波动；

S122、设定时间区域，统计所述时间区域内所述母线电压发生波动的次数，获取所述电压波动频率。

更具体地，步骤S121中，例如，设定母线电压阈值范围为500V-600V，即正常情况下母线电压范围为500V-600V,在本实施例中，当母线电压超出600V且在300ms内又回到母线电压阈值范围内，记录为一次波动。

更具体地，步骤S122中，设定时间区域，例如，设定500ms为时间区域，统计在500ms内母线电压发生波动的次数，并根据次数获取母线电压波动频率，电压波动频率=母线电压波动的次数/500ms。

其中，参照图4，步骤S200包括有以下步骤：

S210、若所述电压波动频率大于等于预设的波动频率阈值，则确定所述母线电压波动异常，继而获取变桨电机的运动速度；

S220、若所述电压波动频率小于预设的波动频率阈值，则确定所述母线电压波动正常，并继续获取变桨电机的电压波动频率。

具体地，预设波动频率阈值，判断母线电压频率是否超出波动频率阈值。将波动频率阈值设置为F，在本实施例中，设定F=2次/500ms。

若电压波动频率大于等于2次/500ms，例如，电压波动频率等于3次/500ms时，则确定母线电压波动异常，此时，获取变桨电机的运动速度；

若电压波动频率小于2次/500ms，例如，电压波动频率等于0次/500ms时，则确定母线电压波动正常，此时，继续获取电压波动频率。

其中，步骤S300至步骤S400中，预设变桨电机的运动速度阈值，判断母线电压波动异常时，变桨电机的运动速度是否大于运动速度阈值，若变桨电机的运动速度大于运动速度阈值，则确定母线电压波动异常与变桨电机的运动速度过大有关；若变桨电机的运动速度小于等于运动速度阈值，则确定母线电压波动异常是由于叶片气动异常造成的.

具体地，将变桨电机的运动速度设置为W，在本实施例中，设定W=π/60（单位：rad/s），即变桨电机每秒转动3°作为运动速度阈值。

当母线电压异常，且变桨电机的运动速度大于π/60（单位：rad/s）时，确定叶片气动异常；

当母线电压异常，且变桨电机的运动速度小于等于π/60（单位：rad/s）时，确定叶片气动正常。

其中，参照图5，在步骤S400之后还包括有以下步骤：

S410、发出报警信号；

S420、启动叶片气动异常的保护控制模式。

具体地，当确定为叶片气动异常时，发出报警信号，提醒工作人员及时作出相应处理。并启动叶片气动异常的保护控制模式，对风电机组进行保护，减少后续损失。

本申请实施例一种风电机组叶片气动异常检测方法的实施原理为：获取变桨电机驱动器直流母线电压的电压波动频率，将电压波动频率与预设的波动频率阈值进行比较，影响电压波动频率的因素为变桨电机的运动速度过大或叶片气动异常，若母线电压波动异常，则获取变桨电机的运动速度，若变桨电机的运动速度小于预设的变桨电机的运动速度阈值，即变桨电机的运动速度正常，即可确定叶片气动异常，本方法能够在各种外界环境下都能及时检测叶片是否产生气动异常，不受机组功率的影响，不添加任何外部设备，较为方便。

本申请实施例公开一种风电机组叶片气动异常检测***，参照图6，该***包括：

第一获取模块1，所述第一获取模块1用于获取变桨电机驱动器直流母电压的电压波动频率；

波动频率判断模块2，所述波动频率判断模块2与所述第一获取模块1连接，用于接收所述第一获取模块1采集的电压波动频率，并判断所述电压波动频率是否异常，并输出判断结果；

第二获取模块3，用于获取变桨电机的运动速度；

运动速度检测模块4，所述运动速度检测模块4与所述第二获取模块2连接，用于判断所述运动速度处于高速状态或者低速状态，并输出判断结果；

处理模块5，所述处理模块5用于基于所述波动频率判断模块2的判断结果和所述运动速度检测模块4的判断结果检测叶片气动是否异常。

其中，参照图6，第一获取模块1包括有第一采集单元11、第一阈值单元12和计算单元13，计算单元13分别与第一采集单元11和第一阈值单元12连接，第一采集单元11用于实时采集实时母线电压及对应的时间信息，第一阈值单元12内部存储有母线电压阈值，计算单元13根据实时母线电压及对应的时间信息统计母线电压的波动次数，并获取电压波动频率。

具体地，第一采集单元11采集变桨电机的母线电压，并进行记录，记录数据为第N毫秒时，变桨电机驱动器的直流母线电压为M伏，例如，在第500ms时，变桨电机驱动器的直流母线电压为530V。

具体地，在第一阈值单元12内存储母线电压阈值范围，例如，设定母线电压阈值范围为500V-600V，即正常情况下母线电压范围为500V-600V。

具体地，当母线电压超出母线电压阈值范围并在一定时间内回到母线电压阈值范围内时，确定母线电压发生一次波动，计算单元13进行记录。同时设定时间区域，统计时间区域内母线电压发生波动的次数，获取变桨电机驱动器直流母线电压的电压波动频率。在本实施例中，当母线电压超出600V且在300ms内又回到母线电压阈值范围内时，计算单元13记录为一次波动。同时，计算单元13根据母线电压的波动次数和时间区域来获取电压波动频率，电压波动频率=母线电压波动的次数/500ms。

其中，参照图6，波动频率判断模块2包括有第二阈值单元21和判断单元22，第二阈值单元21与判断单元22连接，判断单元22与计算单元13连接，第二阈值单元21内存储有变桨电机驱动器直流母线电压的波动频率阈值，判断单元22接收计算单元13获取的电压波动频率，将电压波动频率与波动频率阈值进行比较，当电压波动频率大于等于波动频率阈值时，确定母线电压波动异常；当电压波动频率小于波动频率阈值时，确定母线电压波动正常。

具体地，在第二阈值单元21内预设波动频率阈值，将波动频率阈值设置为F，在本实施例中，设定F=2次/500ms。

具体地，例如，判断单元22接收到电压波动频率等于3次/500ms时，则判断单元22确定母线电压波动异常；判断单元22接收到母线电压波动频率等于0次/500ms时，则判断单元22确定母线电压波动正常。

其中，参照图6，运动速度检测模块4包括有第三阈值单元41和检测单元42，第三阈值单元41与检测单元42连接，第三阈值单元41内预设有变桨电机的运动速度阈值，检测单元42用于检测变桨电机的实时运动速度，并检测变桨电机的实时运动速度是否大于运动速度阈值。

具体地，在第三阈值单元41内预设变桨电机的运动速度阈值，将变桨电机的运动速度设置为W，在本实施例中，设定W=π/60（单位：rad/s）为运动速度阈值，即变桨电机每秒转动3°为运动速度阈值。

具体地，例如，当检测单元42检测到变桨电机的运动速度为π/50（单位：rad/s）时，确定运动速度大于运动速度阈值；当检测单元42检测到变桨电机的运动速度为π/100（单位：rad/s）时，确定运动速度小于运动速度阈值。

其中，参照图6，处理模块5包括处理单元51、报警单元52和调整单元53，处理单元51与判断单元22和检测单元42连接，处理单元51基于判断单元22的判断结果和检测单元42的检测结果检测叶片气动是否异常。当处理单元51确定叶片气动异常时，报警单元52通过蜂鸣器和/或灯光闪烁等模式进行报警，提醒工作人员及时进行相应的处理。调整单元53将控制风电机组进入叶片气动异常的保护控制模式。

具体地，当判断单元22确定母线电压异常，检测单元42检测到变桨电机的运动速度小于运动速度阈值时，处理单元51确定叶片气动正常；当判断单元22确定母线电压异常，且检测单元42检测到变桨电机的运动速度大于运动速度阈值时，处理单元51确定叶片气动异常。

本申请实施例一种风电机组叶片气动异常检测***的实施原理为：第一获取模块1获取电压波动频率后，波动频率判断模块2判断电压波动频率是否异常，由于造成电压波动频率异常的原因为变桨电机的运动速度过大或叶片气动异常，因此能够根据第二获取模块3获取的变桨电机的运动速度的大小来判断叶片气动是否异常。当电压波动频率异常，且运动速度检测模块4检测到变桨电机的运动速度处于低速状态时，处理模块5确定叶片气动异常。本***能够在各种外界环境下都能及时检测叶片是否产生气动异常，不受机组功率的影响，不添加任何外部设备，较为方便。

本申请实施例还公开一种计算机可读存储介质，并且，计算机可读存储介质存储有计算机程序，其中，计算机程序被处理器执行时，采用了上述实施例的风电机组叶片气动异常检测方法。

其中，计算机程序可以存储于计算机可读介质中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间件形式等，计算机可读介质包括能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等，需要说明的是，计算机可读介质包括但不限于上述元器件。

其中，通过本计算机可读存储介质，将上述实施例的风电机组叶片气动异常检测方法存储于计算机可读存储介质中，并且，被加载并执行于处理器上，以方便上述方法的存储及应用。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种风电机组叶片气动异常检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

实时获取母线电压及对应的时间信息，所述母线电压为变桨电机驱动器直流母线电压；

确定母线电压阈值范围，当所述母线电压超出所述母线电压阈值范围并在一定时间内回到所述母线电压阈值范围内时，确定所述母线电压发生一次波动；

设定时间区域，统计所述时间区域内所述母线电压发生波动的次数，获取所述电压波动频率；

基于预设的波动频率阈值判断所述电压波动频率是否异常，若异常，则获取变桨电机的运动速度，若正常，则继续获取所述电压波动频率；

若所述运动速度大于预设的运动速度阈值，则确定叶片气动正常；

若所述运动速度小于等于预设的运动速度阈值，则确定叶片气动异常。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片气动异常检测方法，其特征在于，基于预设的波动频率阈值判断所述电压波动频率是否异常，若异常，则获取变桨电机的运动速度，若正常，则继续获取变桨电机的电压波动频率包括以下步骤：

若所述电压波动频率大于等于预设的波动频率阈值，则确定所述母线电压波动异常，继而获取变桨电机的运动速度；

若所述电压波动频率小于预设的波动频率阈值，则确定所述母线电压波动正常，并继续获取变桨电机的电压波动频率。

3.根据权利要求2所述的一种风电机组叶片气动异常检测方法，其特征在于，若所述运动速度小于等于预设的运动速度阈值，则确定叶片气动异常之后，还包括：

发出报警信号；

启动叶片气动异常的保护控制模式。

4.一种风电机组叶片气动异常检测***，其特征在于，包括：

第一获取模块（1），所述第一获取模块（1）用于获取变桨电机驱动器直流母线电压的电压波动频率；

波动频率判断模块（2），所述波动频率判断模块（2）与所述第一获取模块（1）连接，用于接收所述第一获取模块（1）采集的电压波动频率，并判断所述电压波动频率是否异常，并输出判断结果；

第二获取模块（3），用于获取变桨电机的运动速度；

运动速度检测模块（4），所述运动速度检测模块（4）与所述第二获取模块（2）连接，用于判断所述运动速度处于高速状态或者低速状态，并输出判断结果；

及处理模块（5），所述处理模块（5）用于基于所述波动频率判断模块（2）的判断结果和所述运动速度检测模块（4）的检测结果检测叶片气动是否异常；

所述第一获取模块（1）包括：

第一采集单元（11），所述第一采集单元（11）用于采集实时母线电压以及对应的时间信息，所述母线电压为变桨电机驱动器的直流母线电压；

第一阈值单元（12），所述第一阈值单元（12）内部存储有母线电压阈值；

计算单元（13），所述计算单元（13）用于在预设的时间段内统计所述母线电压的波动次数，并获取电压波动频率。

5.根据权利要求4所述的一种风电机组叶片气动异常检测***，其特征在于，所述波动频率判断模块（2）包括：

第二阈值单元（21），所述第二阈值单元（21）内部预设有波动频率阈值；

判断单元（22），所述判断单元（22）用于将所述电压波动频率与所述波动频率阈值进行对比，若所述电压波动频率超出所述波动频率阈值，则确定母线电压波动异常，若所述电压波动频率未超出所述波动频率阈值，则确定母线电压波动正常。

6.根据权利要求5所述的一种风电机组叶片气动异常检测***，其特征在于，所述处理模块（5）包括：

处理单元（51），所述处理单元（51）用于基于所述波动频率判断模块（2）的判断结果和所述运动速度检测模块（4）的检测结果检测叶片气动是否异常；

报警单元（52），当所述处理单元（51）确定叶片气动异常时，将异常信息发送至所述报警单元（52），所述报警单元（52）用于发出报警信号；

调整单元（53），所述调整单元（53）与所述报警单元（52）连接，所述报警单元（52）发出报警信号后，所述调整单元（53）控制风电机组进入叶片气动异常的保护控制模式。

7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器加载并执行时，采用了权利要求1-3任一项所述的方法。

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