一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法与流程

专利2026-10-05  5


本发明涉及风力发电机融冰,更具体地说,它涉及一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法。


背景技术:

1、风力发电是清洁能源的重要来源之一,然而在冬季时,气温较低,在雨雪天气后扇叶表面整体或局部会出现结冰现象,会导致如下影响:

2、1.改变叶片翼型:由于冰层覆盖不均,叶片的空气动力学特性被破坏,导致效率下降;

3、2.增加结构载荷:结冰使叶片重量增加,造成不平衡,增加叶片和整机的机械负荷;

4、3.降低发电效率:叶片变形直接影响风能捕获率,减少电力产出;

5、4.缩短机组寿命:频繁的机械应力变化会加速风机部件的磨损,特别是传动系统和连接件;

6、5.安全隐患:冰层脱落可能对周围设施或人员造成伤害,尤其在高风速下风险更大;

7、所以,风电机组叶片结冰是一个复杂但必须解决的问题,它不仅影响风电机组的效率和安全性,还会增加维护成本。


技术实现思路

1、本发明提供一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法,解决相关技术中融化风力发电机扇叶表面结冰的技术问题。

2、本发明提供了一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法,包括以下步骤:步骤s101,对风力发电机扇叶表面的温度进行实时监测,按照时间间隔v构建第一位置温度序列,第一位置温度序列包含u个单元,1个单元表示风力发电机扇叶表面的1个对应位置的温度;

3、步骤s102,根据位置温度序列计算风力发电机扇叶表面各个位置的实际温度,并生成第二位置温度序列;

4、步骤s103,获取当前到过去y小时中所有的第二位置温度序列计算风力发电机扇叶表面各个位置的冰层厚度,生成冰层厚度序列,冰层厚度序列包括u个单元,1个单元表示风力发电机扇叶表面的一个对应位置的冰层厚度;

5、步骤s104,根据冰层厚度序列计算融冰方案;

6、融冰方案包括风力发电机扇叶各位置的融冰温度;

7、y、u和v均为自定义参数。

8、进一步地,在风力发电机扇叶的内部各个位置设置温度感应设备,通过各个位置上的温度感应设备获取风力发电机扇叶表面的温度。

9、进一步地,计算风力发电机扇叶表面各个位置的实际温度的步骤包括:

10、步骤s201,获取风力发电机扇叶材料的导热率以及各个位置的材料厚度和热交换系数;

11、步骤s202,计算风力发电机扇叶表面各个位置的实际温度,其计算公式具体如下:

12、;

13、式中,表示温度感应设备获取的温度;k表示风力发电机扇叶材料的导热率;表示环境温度;h表示风力发电机扇叶材料的热交换系数;a表示对应位置的导热面积;t表示风力发电机扇叶对应位置的材料厚度。

14、进一步地,计算风力发电机扇叶表面各个位置的冰层厚度的步骤包括:

15、步骤s301,获取当前到过去y小时的外界温度、风速和湿度信息;

16、步骤s302,预设第一温度变化率,选取上一次外界温度变化率超过第一温度变化率时段的风力发电机的表面的各个位置的实际温度;

17、第一温度变化率为自定义参数;

18、步骤s303,计算风力发电机的表面的各个位置的实际温度变化率,判断风力发电机的表面的各个位置的实际温度变化率是否等同于外界的温度变化率;

19、如果是,则判定对应位置结冰,进入步骤s304;如果不是,则判定未结冰,结束;

20、步骤s304,计算结冰位置的冰层厚度。

21、进一步地,结冰位置的冰层厚度的获取方法具体如下:

22、预设m个冰层厚度,每个冰层厚度对应一个温度变化率,根据上一次外界温度变化率超过第一温度变化率时段的风力发电机扇叶表面的各个位置的实际温度变化率匹配对应的冰层厚度,并记为初始冰层厚度。

23、进一步地,根据初始冰层厚度以及外界温度、风速和湿度信息计算当前冰层厚度,其计算公式具体如下:

24、;

25、式中,表示自定义经验系数;表示环境的露点温度;表示初始冰层厚度到当前的时间间隔;表示关于湿度信息的权重参数,为自定义参数。

26、进一步地,计算融冰方案的步骤如下:

27、步骤s401,根据冰层厚度序列中的风力发电机表面的各个位置的冰层厚度计算每个结冰位置的冰层厚度变化率,其计算公式具体如下:

28、;

29、式中,表示设定融冰温度;表示结冰位置当前的实际温度;表示风力发电机扇叶表面对应位置的材料密度;表示风力发电机扇叶表面对应位置的比热容;k表示风力发电机扇叶材料的导热率;表示冰层的初始厚度;

30、步骤s402,根据冰层厚度序列判断风力发电机扇叶之间的冰层重量差是否超过预设重量差;

31、如果未超过,则所有的结冰位置按照冰层厚度变化率设定加热融冰温度,使所有结冰位置的融冰速度保持一致;如果超过,则进入步骤s403;

32、预设重量差为自定义参数;

33、步骤s403,先对重量较大的1个/2个扇叶进行融冰,使3个扇叶上的冰层重量保持一致时,回到步骤s402。

34、进一步地,计算融冰方案的步骤如下:

35、步骤s501,根据冰层厚度序列构建图网络数据;

36、图网络数据包括节点和节点之间的边;

37、节点通过结冰位置的冰层厚度映射的信息生成;

38、节点之间存在边表示:两个结冰位置相邻或者两个结冰位置的冰层相连;

39、步骤s502,将图网络数据划分为若干个子图,两个子图中的节点之间不存在边;

40、步骤s503,将若干个子图分别输入加热预测模型,输出每个结冰位置的预测加热融冰温度。

41、进一步地,用于训练加热预测模型的训练样本包括:

42、设置一个覆盖若干个结冰位置的冰层,对其中一个结冰位置进行加热,作为一个训练样本的样本数据;

43、获取该结冰位置和其他相邻结冰位置的温度变化作为该训练样本的样本标。

44、本发明的有益效果在于:首先对温度感应设备获取的参数进行修正,避免其获取的温度和风力发电机表面的实际温度不符,其次,在对冰层进行融冰处理时,考虑到了三个扇叶之间可能存在的重量差,在抹平重量差之后再进行同步的融冰操作,相较于一般的融冰方法来说,可以实现在不停机的情况下对结冰进行处理,并且保证融冰过程中风力发电机还可以稳定运转。



技术特征:

1.一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法,其特征在于,在风力发电机扇叶的内部各个位置设置温度感应设备,通过各个位置上的温度感应设备获取风力发电机扇叶表面的温度。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法,其特征在于,计算风力发电机扇叶表面各个位置的实际温度的步骤包括:

4.根据权利要求3所述的一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法,其特征在于,计算风力发电机扇叶表面各个位置的冰层厚度的步骤包括:

5.根据权利要求4所述的一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法,其特征在于,结冰位置的冰层厚度的获取方法具体如下:

6.根据权利要求5所述的一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法,其特征在于,根据初始冰层厚度以及外界温度、风速和湿度信息计算当前冰层厚度,其计算公式具体如下:

7.根据权利要求6所述的一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法,其特征在于,计算融冰方案的步骤如下:

8.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法,其特征在于,计算融冰方案的步骤如下:

9.根据权利要求8所述的一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法,其特征在于,用于训练加热预测模型的训练样本包括:


技术总结
本发明涉及风力发电机融冰技术领域,公开了一种基于图像识别的风力发电机叶片融冰控制方法,步骤S101,对风力发电机扇叶表面的温度进行实时监测,按照时间间隔v构建第一位置温度序列;步骤S102,根据位置温度序列计算风力发电机扇叶表面各个位置的实际温度,并生成第二位置温度序列。本发明首先对温度感应设备获取的参数进行修正,避免其获取的温度和风力发电机表面的实际温度不符,其次,在对冰层进行融冰处理时,考虑到了三个扇叶之间可能存在的重量差,在抹平重量差之后再进行同步的融冰操作,相较于一般的融冰方法来说,可以实现在不停机的情况下对结冰进行处理,并且保证融冰过程中风力发电机还可以稳定运转。

技术研发人员:吴永华
受保护的技术使用者:华能陕西子长发电有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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