基于固有频率的风机叶片覆冰监测方法、装置及存储介质

本发明涉及风力发电机监测，尤其涉及基于固有频率的风机叶片覆冰监测方法、装置及存储介质。

背景技术：

1、大力发展风电行业，促进高比例可再生能源并网消纳，需要构建适应大规模风、光可再生能源消纳的新型电力系统。然而，风机叶片覆冰灾害是目前阻碍风电发展的重要因素之一。目前传统人工观测方法存在很大的偶然性和时间间隔，不能及时发现覆冰发生；图像识别方法难以在能见度低的情况下进行识别，受到极大干扰；利用风电机组的系统数据，通过能量利用率来评估覆冰状况的方法，但齿轮箱故障、变桨异常、风速计损坏等因素均可能导致风电机组功率降低，进而对覆冰状况出现误判，使该覆冰监测方法的准确度存在不足，监测精度低。同时，传统的传感器容易受电磁干扰、雨雪侵蚀，且灵敏度低，点式传感使其监测区域受传感器数量限制，监测效率低。

2、综上，相关技术中存在的技术问题有待得到改善。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了基于固有频率的风机叶片覆冰监测方法、装置及存储介质，有效地提高了监测精度和监测效率。

2、一方面，本发明实施例提供了基于固有频率的风机叶片覆冰监测方法，包括以下步骤：

3、根据风机叶片系统，建立弹簧质量阻尼力学模型；

4、根据所述弹簧质量阻尼力学模型，计算等效质量、等效刚度与固有频率之间的函数关系式；

5、根据所述风机叶片系统，对风机叶片进行有限元建模，得到光纤光栅部署位置；

6、根据所述光纤光栅部署位置确定光纤光栅部署完成后，计算迎风面纯粹由应变引起的波长漂移量数据；

7、根据所述迎风面纯粹由应变引起的波长漂移量数据，计算固有频率；

8、根据多项所述固有频率和所述函数关系式，进行风机叶片覆冰监测，得到覆冰监测结果。

9、在一些实施例中，所述根据风机叶片系统，建立弹簧质量阻尼力学模型，包括：

10、根据所述风机叶片系统，对叶片结构进行单元划分处理，得到叶片单元；

11、对所述叶片单元的质量进行凝聚处理，得到集中质量元件；

12、将凝聚处理后的所述叶片单元的总弹性作为无质量的弹性元件；

13、将凝聚处理后的所述叶片单元的总阻尼作为无质量的阻尼元件；

14、将所述弹性元件、所述阻尼元件和所述集中质量元件进行连接，得到所述弹簧质量阻尼力学模型。

15、在一些实施例中，所述根据所述弹簧质量阻尼力学模型，计算等效质量、等效刚度与固有频率之间的函数关系式，包括：

16、根据所述弹簧质量阻尼力学模型，对叶片系统进行等效处理，得到单自由度系统；

17、根据所述单自由度系统，构建单自由度系统振动微分方程；

18、根据阻尼比和所述单自由度系统振动微分方程，构建无阻尼振动微分方程；

19、根据所述无阻尼振动微分方程，构建无阻尼特征方程；

20、根据所述无阻尼特征方程和所述无阻尼振动微分方程，构建无阻尼解方程；

21、根据所述无阻尼解方程和系统初始条件，构建系统固有角频率方程；

22、根据所述系统固有角频率方程，构建所述函数关系式。

23、在一些实施例中，所述根据所述风机叶片系统，对风机叶片进行有限元建模，得到光纤光栅部署位置，包括：

24、根据所述风机叶片系统，构建所述风机叶片的三维模型；

25、设置叶片材料特性参数和叶片边界条件，所述叶片材料特性参数包括弹性模量、泊松比或密度，所述叶片边界条件包括固定支撑、受力载荷或约束条件；

26、对所述三维模型进行网格化，得到若干个有限元单元；

27、根据所述叶片材料特性参数、所述叶片边界条件、所述若干个有限元单元和载荷条件，计算应变大小分布；

28、根据所述应变大小分布，计算光纤光栅参考位置；

29、在所述光纤光栅参考位置部署光纤光栅后，计算载荷值和中心波长漂移量；

30、根据所述载荷值和所述中心波长漂移量，计算所述载荷值和所述中心波长漂移量之间的关系曲线；

31、根据所述关系曲线的线性度，对所述关系曲线进行直线拟合，得到灵敏度；

32、根据所述灵敏度，计算所述光纤光栅部署位置。

33、在一些实施例中，所述根据所述光纤光栅部署位置确定光纤光栅部署完成后，计算迎风面纯粹由应变引起的波长漂移量数据，包括：

34、根据所述光纤光栅部署位置确定光纤光栅部署完成后，通过数据采集系统采集第一波长漂移量数据集，所述光纤光栅部署过程包括在风机叶片的迎风面内侧和背风面内侧分别部署光纤光栅，所述第一波长漂移量数据集包括应变变化趋势相反的两组波长漂移量数据；

35、通过双光栅测量补偿法对所述第一波长漂移量数据集中的两组波长漂移量数据进行相减，得到所述迎风面纯粹由应变引起的波长漂移量数据。

36、在一些实施例中，所述根据所述迎风面纯粹由应变引起的波长漂移量数据，计算固有频率，包括：

37、根据中心波长漂移量和有效弹光系数，构建第一应力变化量方程；

38、根据所述中心波长漂移量和应变灵敏度，构建第二应力变化量方程；

39、根据所述中心波长漂移量、热光系数和热膨胀系数，构建第一温度变化量方程；

40、根据所述中心波长漂移量和温度灵敏度，构建第二温度变化量方程；

41、根据所述第一应力变化量方程、所述第二应力变化量方程、所述第一温度变化量方程和所述第二温度变化量方程，构建中心波长漂移量关系方程；

42、根据所述中心波长漂移量关系方程，通过双光栅测量补偿法构建中心波长漂移量补偿方程；

43、根据所述中心波长漂移量补偿方程和温度系数，构建目标中心波长漂移量方程；

44、根据所述迎风面纯粹由应变引起的波长漂移量数据和所述目标中心波长漂移量方程，计算应变时域数据；

45、对所述应变时域数据进行傅里叶变换，得到应变频域数据；

46、从所述应变频域数据中提取所述固有频率。

47、在一些实施例中，所述根据多项所述固有频率和所述函数关系式，进行风机叶片覆冰监测，得到覆冰监测结果，包括：

48、根据所述函数关系式，将未覆冰时的固有频率作为标准值；

49、根据风机叶片覆冰时的多项固有频率，通过高斯分布函数计算固有频率均值；

50、将所述固有频率均值与所述标准值进行相减，得到覆冰发生的监测阈值；

51、将实时监测的固有频率与所述标准值进行相减，得到实时监测差值；

52、根据所述监测阈值和所述实时监测差值，计算所述覆冰监测结果。

53、另一方面，本发明实施例提供了基于固有频率的风机叶片覆冰监测装置，包括：

54、第一模块，用于根据风机叶片系统，建立弹簧质量阻尼力学模型；

55、第二模块，用于根据所述弹簧质量阻尼力学模型，计算等效质量、等效刚度与固有频率之间的函数关系式；

56、第三模块，用于根据所述风机叶片系统，对风机叶片进行有限元建模，得到光纤光栅部署位置；

57、第四模块，用于根据所述光纤光栅部署位置确定光纤光栅部署完成后，计算迎风面纯粹由应变引起的波长漂移量数据；

58、第五模块，用于根据所述迎风面纯粹由应变引起的波长漂移量数据，计算固有频率；

59、第六模块，用于根据多项所述固有频率和所述函数关系式，进行风机叶片覆冰监测，得到覆冰监测结果。

60、另一方面，本发明实施例提供了一种计算机装置，包括：

61、至少一个处理器；

62、至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

63、当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现所述的方法。

64、另一方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法。

65、本发明所具有的有益效果如下：

66、本发明首先根据风机叶片系统，建立弹簧质量阻尼力学模型，计算等效质量、等效刚度与固有频率之间的函数关系式，然后根据风机叶片系统，对风机叶片进行有限元建模，得到光纤光栅部署位置，并在光纤光栅部署完成后，计算迎风面纯粹由应变引起的波长漂移量数据，再根据迎风面纯粹由应变引起的波长漂移量数据，计算固有频率，最后根据多项固有频率和函数关系式，进行风机叶片覆冰监测，以得到覆冰监测结果，从而实现了风机叶片覆冰监测，提高了监测精度和监测效率。

67、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。