CN113984900B - 一种新能源风力发电用电极检测*** - Google Patents

一种新能源风力发电用电极检测*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新能源风力发电用电极检测***。针对风力发电机电极较大，检修不方便的问题，在风力发电机内部设置超声检测控制模块，控制超声收发探头进行超声检测，可以实时获得电极的损伤情况，从而实现了远程检测；设计了新的电极检测结构，在导电铜杆的两端设置绝缘端套，再设置超声收发探头，收发探头与电极隔离，不容易损坏；使用强度衰减率，频谱峰的强度的方差，频谱峰的个数计算得到损伤指数，并根据损伤指数进行损伤情况判断，分析准确性高。

Description

一种新能源风力发电用电极检测***
技术领域
本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种新能源风力发电用电极检测***。
背景技术
风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般有风轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风力发电机体型巨大，检修不便。
申请号CN201210116140.6提供一种风力发电叶片腹板粘接质量检测***及方法，运用超声波基本原理确定待检风力发电叶片腹板粘接工件中粘接层的边界和确定缺陷位置及大小。
申请号CN202022034592.2公开了一种用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置，依靠永磁吸附于风力发电机塔身的被检测表面，搭载列阵超声探头并通过设置在风力发电机塔身顶部的牵引装置牵引在风力发电机塔身的被检测表面上移动，通过电磁铁通断电的擒纵控制和永磁触脚的永磁吸附力，实现非检测状态和检测状态的切换。
由于风力发电机一般体型巨大，其内部的电极尺寸也很大，同时由于风力发电机发电电压较高，电极损坏的的情况时有发生，一般需要检修人员在风力小的时候人工爬上风力发电机的塔顶，进行检查维修。
发明内容
针对上述内容，为解决上述问题一种新能源风力发电用电极检测***包括：检测控制模块、数据存储器、超声分析模块、探头驱动模块、转速检测器、超声收发探头、远程服务器和服务器存储器；
数据存储器、超声分析模块、探头驱动模块和转速检测器连接检测控制模块，探头驱动模块连接超声收发探头；检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头对风力发电用电极进行超声检测，并将检测信号发送给超声分析模块；
超声分析模块将检测信号进行分析得到电极损伤指数，并将电极损伤指数发送给远程服务器。
风力发电用电极的结构包括导电螺母、导电铜杆、陶瓷包层、中央稳定片和绝缘端套；
导电铜杆用于作为导电材料，陶瓷包层设置于导电铜杆的外侧，导电铜杆从陶瓷包层的两端漏出；中央稳定片固定连接于陶瓷包层的外表面的中央，用于当电极安装好之后与设备端面接触，起到稳定作用；导电铜杆的两端设置有绝缘端套，绝缘端套由陶瓷材料制成，与导电铜杆紧密固定连接；
绝缘端套的外侧设置超声收发探头，从而使得超声收发探头发出的超声波到达一个绝缘端套后传递至导电铜杆的一端，进一步从导电铜杆的一端传递至导电铜杆的另一端，并通过另一端的绝缘端套传递至另一个超声收发探头，被另一个超声收发探头接收后发送给超声分析模块。
导电铜杆的两端设置有螺纹，导电螺母用于与导电铜杆配合使用，旋入导电铜杆的两端实现导通。
导电铜杆直径为5～10cm，长度为30～50cm，陶瓷包层的厚度为1～2cm，绝缘端套的高度为1～2cm；超声收发探头与绝缘端套的接触面的直径为2-5cm。
转速检测器用于检测风力发电机的扇叶的转速，当风力发电机扇叶的停止转动后，检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头对风力发电用电极进行超声检测，并将检测信号发送给超声分析模块。
检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头发射超声波，超声波为包括至少3个频率的复合频率超声波，同时探头驱动模块驱动另一端的超声收发探头接收超声波信号，并将声波信号进行模数转换后发送给超声分析模块；
超声分析模块对收集的超声波信号进行处理后提取特征，具体为：
首先将收集的超声波信号强度与发出的超波信号强度进行比较，得到强度衰减率k；将收集的超声波信号F1中产生的除发射频率之外的其他频率进行提取，得到扣除了发射频率的超声波信号F2；对超声波信号F2进行时域-频域转换，得到超声波信号F2的频谱S1，并对得到的频谱S1进行多峰拟合，拟合得到n个频谱峰，同时得到每一个频谱峰的强度；
定义电极损伤指数P＝C·k·m/n；
其中C为常数，k为强度衰减率，m为n个频谱峰的强度的方差，n为得到的频谱峰的个数；
P越大说明电极损伤越强，当P大于预设的阈值时，检测控制模块向远程服务器发出检修请求。
远程服务器间隔一段时间收集检测控制模块检测的电极损伤指数，并将电极损伤指数与检测时间保存在服务器存储器中。
一种利用新能源风力发电用电极检测***进行风力发电用电极检测的方法，包括如下步骤：
步骤1、检测控制模块控制转速检测器进行转速检测；
步骤2、当转速检测器检测到风力发电机扇叶的停止转动后，检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头对风力发电用电极进行超声检测；
超声收发探头发出的超声波到达一个绝缘端套后传递至导电铜杆的一端，进一步从导电铜杆的一端传递至导电铜杆的另一端，并通过另一端的绝缘端套传递至另一个超声收发探头，被另一个超声收发探头接收后发送给超声分析模块；
接收超声信号的超声收发探头发出的超声波到达一个绝缘端套后传递至导电铜杆的一端，进一步从导电铜杆的一端传递至导电铜杆的另一端，并通过另一端的绝缘端套传递至另一个超声收发探头，被另一个超声收发探头接收后发送给超声分析模块；从而进行双向的超声检测；
步骤3、将收集的超声波信号强度与发出的超波信号强度进行比较，得到强度衰减率k；将收集的超声波信号F1中产生的除发射频率之外的其他频率进行提取，得到扣除了发射频率的超声波信号F2；对超声波信号F2进行时域-频域转换，得到超声波信号F2的频谱S1，并对得到的频谱S1进行多峰拟合，拟合得到n个频谱峰，同时得到每一个频谱峰的强度；计算电极损伤指数P；由于进行了双向检测，共得到两个电极损伤指数，对两个电极损伤指数取平均得到平均电极损伤指数；
步骤4、检测控制模块将获得的电极损伤指数和检测时间保存在数据存储器内；
步骤5、远程服务器间隔一段时间收集检测控制模块检测的电极损伤指数，并将电极损伤指数与检测时间保存在服务器存储器中。
检测控制模块和远程服务器之间使用电力载波通信。
本发明的有益效果为：本发明针对风力发电机电极较大，检修不方便的问题，在风力发电机内部设置超声检测控制模块，控制超声收发探头进行超声检测，可以实时获得电极的损伤情况，从而实现了远程检测；设计了新的电极检测结构，在导电铜杆的两端设置绝缘端套，再设置超声收发探头，收发探头与电极隔离，不容易损坏；使用强度衰减率，频谱峰的强度的方差，频谱峰的个数计算得到损伤指数，并根据损伤指数进行损伤情况判断，分析准确性高。
附图说明
被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。
图1为本发明整体架构示意图；
图2为本发明电极结构示意图。
具体实施方式
本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。
实施例1：
一种新能源风力发电用电极检测***包括：检测控制模块、数据存储器、超声分析模块、探头驱动模块、转速检测器、超声收发探头、远程服务器和服务器存储器；
数据存储器、超声分析模块、探头驱动模块和转速检测器连接检测控制模块，探头驱动模块连接超声收发探头；检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头对风力发电用电极进行超声检测，并将检测信号发送给超声分析模块；
超声分析模块将检测信号进行分析得到电极损伤指数，并将电极损伤指数发送给远程服务器。
风力发电用电极的结构包括导电螺母1、导电铜杆2、陶瓷包层3、中央稳定片4和绝缘端套5；
导电铜杆2用于作为导电材料，陶瓷包层3设置于导电铜杆2的外侧，导电铜杆2从陶瓷包层3的两端漏出；中央稳定片4固定连接于陶瓷包层3的外表面的中央，用于当电极安装好之后与设备端面接触，起到稳定作用；导电铜杆2的两端设置有绝缘端套5，绝缘端套5由陶瓷材料制成，与导电铜杆2紧密固定连接；
绝缘端套5的外侧设置超声收发探头6，从而使得超声收发探头发出的超声波到达一个绝缘端套5后传递至导电铜杆2的一端，进一步从导电铜杆2的一端传递至导电铜杆2的另一端，并通过另一端的绝缘端套5传递至另一个超声收发探头，被另一个超声收发探头接收后发送给超声分析模块。
导电铜杆2的两端设置有螺纹，导电螺母1用于与导电铜杆2配合使用，旋入导电铜杆2的两端实现导通。
导电铜杆2直径为5～10cm，长度为30～50cm，陶瓷包层3的厚度为1～2cm，绝缘端套5的高度为1～2cm；超声收发探头与绝缘端套5的接触面的直径为2-5cm。
转速检测器用于检测风力发电机的扇叶的转速，当风力发电机扇叶的停止转动后，检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头对风力发电用电极进行超声检测，并将检测信号发送给超声分析模块。
检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头发射超声波，超声波为包括至少3个频率的复合频率超声波，同时探头驱动模块驱动另一端的超声收发探头接收超声波信号，并将声波信号进行模数转换后发送给超声分析模块；
超声分析模块对收集的超声波信号进行处理后提取特征，具体为：
首先将收集的超声波信号强度与发出的超波信号强度进行比较，得到强度衰减率k；将收集的超声波信号F1中产生的除发射频率之外的其他频率进行提取，得到扣除了发射频率的超声波信号F2；对超声波信号F2进行时域-频域转换，得到超声波信号F2的频谱S1，并对得到的频谱S1进行多峰拟合，拟合得到n个频谱峰，同时得到每一个频谱峰的强度；
定义电极损伤指数P＝C·k·m/n；
其中C为常数，k为强度衰减率，m为n个频谱峰的强度的方差，n为得到的频谱峰的个数；
P越大说明电极损伤越强，当P大于预设的阈值时，检测控制模块向远程服务器发出检修请求。
远程服务器间隔一段时间收集检测控制模块检测的电极损伤指数，并将电极损伤指数与检测时间保存在服务器存储器中。
一种利用新能源风力发电用电极检测***进行风力发电用电极检测的方法，包括如下步骤：
实施例2：
步骤1、检测控制模块控制转速检测器进行转速检测；
步骤2、当转速检测器检测到风力发电机扇叶的停止转动后，检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头对风力发电用电极进行超声检测；
超声收发探头发出的超声波到达一个绝缘端套5后传递至导电铜杆2的一端，进一步从导电铜杆2的一端传递至导电铜杆2的另一端，并通过另一端的绝缘端套5传递至另一个超声收发探头，被另一个超声收发探头接收后发送给超声分析模块；
接收超声信号的超声收发探头发出的超声波到达一个绝缘端套5后传递至导电铜杆2的一端，进一步从导电铜杆2的一端传递至导电铜杆2的另一端，并通过另一端的绝缘端套5传递至另一个超声收发探头，被另一个超声收发探头接收后发送给超声分析模块；从而进行双向的超声检测；
步骤3、将收集的超声波信号强度与发出的超波信号强度进行比较，得到强度衰减率k；将收集的超声波信号F1中产生的除发射频率之外的其他频率进行提取，得到扣除了发射频率的超声波信号F2；对超声波信号F2进行时域-频域转换，得到超声波信号F2的频谱S1，并对得到的频谱S1进行多峰拟合，拟合得到n个频谱峰，同时得到每一个频谱峰的强度；计算电极损伤指数P；由于进行了双向检测，共得到两个电极损伤指数，对两个电极损伤指数取平均得到平均电极损伤指数；
步骤4、检测控制模块将获得的电极损伤指数和检测时间保存在数据存储器内；
步骤5、远程服务器间隔一段时间收集检测控制模块检测的电极损伤指数，并将电极损伤指数与检测时间保存在服务器存储器中。
检测控制模块和远程服务器之间使用电力载波通信。
实施例3：
本实施例不采用计算电极损伤指数的方法，而采用判别模型的方法，具体为：
数据存储器、超声分析模块、探头驱动模块和转速检测器连接检测控制模块，探头驱动模块连接超声收发探头；检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头对风力发电用电极进行超声检测，并将检测信号发送给超声分析模块；
超声分析模块将检测信号进行分析得到电极损伤状态，并将电极损伤状态发送给远程服务器。
检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头发射超声波，超声波为包括至少3个频率的复合频率超声波，同时探头驱动模块驱动另一端的超声收发探头接收超声波信号，并将声波信号进行模数转换后发送给超声分析模块；
超声分析模块对收集的超声波信号进行处理后提取特征，具体为：
采用损伤状态已知的导电铜杆进行模拟实验，将收集的超声波信号强度与发出的超波信号强度进行比较，得到强度衰减率k；将收集的超声波信号F1中产生的除发射频率之外的其他频率进行提取，得到扣除了发射频率的超声波信号F2；对超声波信号F2进行时域-频域转换，得到超声波信号F2的频谱S1，并对得到的频谱S1进行多峰拟合，拟合得到n个频谱峰，同时得到每一个频谱峰的强度；
以强度衰减率k、频谱峰个数、频谱峰的强度、频谱峰强度的方差为输入，以导电铜杆的损伤状态为输出建立损伤判别模型。
检测时当转速检测器检测到风力发电机扇叶的停止转动后，检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头对风力发电用电极进行超声检测；
超声收发探头发出的超声波到达一个绝缘端套5后传递至导电铜杆2的一端，进一步从导电铜杆2的一端传递至导电铜杆2的另一端，并通过另一端的绝缘端套5传递至另一个超声收发探头，被另一个超声收发探头接收后发送给超声分析模块；
接收超声信号的超声收发探头发出的超声波到达一个绝缘端套5后传递至导电铜杆2的一端，进一步从导电铜杆2的一端传递至导电铜杆2的另一端，并通过另一端的绝缘端套5传递至另一个超声收发探头，被另一个超声收发探头接收后发送给超声分析模块；从而进行双向的超声检测；
将收集的超声波信号强度与发出的超波信号强度进行比较，得到强度衰减率k；将收集的超声波信号F1中产生的除发射频率之外的其他频率进行提取，得到扣除了发射频率的超声波信号F2；对超声波信号F2进行时域-频域转换，得到超声波信号F2的频谱S1，并对得到的频谱S1进行多峰拟合，拟合得到n个频谱峰，同时得到每一个频谱峰的强度；将所得数据输入损伤判别模型得到电极损伤状态；由于进行了双向检测，共得到两个电极损伤状态，如果有一个电极损伤状态为损伤，则判定电极受损，需要更换。
检测控制模块将获得的电极损伤状态和检测时间保存在数据存储器内；
远程服务器间隔一段时间收集检测控制模块检测的电极损伤状态，并将电极损伤状态与检测时间保存在服务器存储器中。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种新能源风力发电用电极检测***，其特征在于包括：检测控制模块、数据存储器、超声分析模块、探头驱动模块、转速检测器、超声收发探头、远程服务器和服务器存储器；
数据存储器、超声分析模块、探头驱动模块和转速检测器连接检测控制模块，探头驱动模块连接超声收发探头；检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头对风力发电用电极进行超声检测，并将检测信号发送给超声分析模块；
超声分析模块将检测信号进行分析得到电极损伤指数，并将电极损伤指数发送给远程服务器；风力发电用电极的结构包括导电螺母(1)、导电铜杆(2)、陶瓷包层(3)、中央稳定片(4)和绝缘端套(5)；
导电铜杆(2)用于作为导电材料，陶瓷包层(3)设置于导电铜杆(2)的外侧，导电铜杆(2)从陶瓷包层(3)的两端漏出；中央稳定片(4)固定连接于陶瓷包层(3)的外表面的中央，用于当电极安装好之后与设备端面接触，起到稳定作用；导电铜杆(2)的两端设置有绝缘端套(5)，绝缘端套(5)由陶瓷材料制成，与导电铜杆(2)紧密固定连接；
绝缘端套(5)的外侧设置超声收发探头(6)，从而使得超声收发探头发出的超声波到达一个绝缘端套(5)后传递至导电铜杆(2)的一端，进一步从导电铜杆(2)的一端传递至导电铜杆(2)的另一端，并通过另一端的绝缘端套(5)传递至另一个超声收发探头，被另一个超声收发探头接收后发送给超声分析模块；
检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头发射超声波，超声波为包括至少3个频率的复合频率超声波，同时探头驱动模块驱动另一端的超声收发探头接收超声波信号，并将声波信号进行模数转换后发送给超声分析模块；
超声分析模块对收集的超声波信号进行处理后提取特征，具体为：
首先将收集的超声波信号强度与发出的超声波信号强度进行比较，得到强度衰减率k；将收集的超声波信号F1中产生的除发射频率之外的其他频率进行提取，得到扣除了发射频率的超声波信号F2；对超声波信号F2进行时域-频域转换，得到超声波信号F2的频谱S1，并对得到的频谱S1进行多峰拟合，拟合得到n个频谱峰，同时得到每一个频谱峰的强度；
定义电极损伤指数P＝C·k·m/n；
其中C为常数，k为强度衰减率，m为n个频谱峰的强度的方差，n为得到的频谱峰的个数；P越大说明电极损伤越强，当P大于预设的阈值时，检测控制模块向远程服务器发出检修请求。
2.根据权利要求1所述的新能源风力发电用电极检测***，其特征在于：
导电铜杆(2)的两端设置有螺纹，导电螺母(1)用于与导电铜杆(2)配合使用，旋入导电铜杆(2)的两端实现导通。
3.根据权利要求1所述的新能源风力发电用电极检测***，其特征在于：
导电铜杆(2)直径为5～10cm，长度为30～50cm，陶瓷包层(3)的厚度为1～2cm，绝缘端套(5)的高度为1～2cm；超声收发探头与绝缘端套(5)的接触面的直径为2-5cm。
4.根据权利要求1所述的新能源风力发电用电极检测***，其特征在于：
转速检测器用于检测风力发电机的扇叶的转速，当风力发电机扇叶的停止转动后，检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头对风力发电用电极进行超声检测，并将检测信号发送给超声分析模块。
5.根据权利要求1所述的新能源风力发电用电极检测***，其特征在于：
远程服务器间隔一段时间收集检测控制模块检测的电极损伤指数，并将电极损伤指数与检测时间保存在服务器存储器中。
6.一种利用权利要求5所述的新能源风力发电用电极检测***进行风力发电用电极检测的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、检测控制模块控制转速检测器进行转速检测；
步骤2、当转速检测器检测到风力发电机扇叶的停止转动后，检测控制模块控制探头驱动模块驱动超声收发探头对风力发电用电极进行超声检测；
超声收发探头发出的超声波到达一个绝缘端套(5)后传递至导电铜杆(2)的一端，进一步从导电铜杆(2)的一端传递至导电铜杆(2)的另一端，并通过另一端的绝缘端套(5)传递至另一个超声收发探头，被另一个超声收发探头接收后发送给超声分析模块；
接收超声信号的超声收发探头发出的超声波到达一个绝缘端套(5)后传递至导电铜杆(2)的一端，进一步从导电铜杆(2)的一端传递至导电铜杆(2)的另一端，并通过另一端的绝缘端套(5)传递至另一个超声收发探头，被另一个超声收发探头接收后发送给超声分析模块；从而进行双向的超声检测；
步骤3、将收集的超声波信号强度与发出的超声波信号强度进行比较，得到强度衰减率k；将收集的超声波信号F1中产生的除发射频率之外的其他频率进行提取，得到扣除了发射频率的超声波信号F2；对超声波信号F2进行时域-频域转换，得到超声波信号F2的频谱S1，并对得到的频谱S1进行多峰拟合，拟合得到n个频谱峰，同时得到每一个频谱峰的强度；计算电极损伤指数P；由于进行了双向检测，共得到两个电极损伤指数，对两个电极损伤指数取平均得到平均电极损伤指数；
步骤4、检测控制模块将获得的的电极损伤指数和检测时间保存在数据存储器内；
步骤5、远程服务器间隔一段时间收集检测控制模块检测的电极损伤指数，并将电极损伤指数与检测时间保存在服务器存储器中。
7.根据权利要求6所述的风力发电用电极检测的方法，其特征在于：
检测控制模块和远程服务器之间使用电力载波通信。
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