一种基于显色反馈的风场叶片前缘雨蚀分区防护方法及相关装置与流程

本发明属于风电叶片损伤评估与运维维护领域，具体涉及一种基于显色反馈的风场叶片前缘雨蚀分区防护方法及相关装置。

背景技术：

1、风电叶片前缘长期暴露于降雨中，其表面防护层会在运行过程中逐渐发生磨耗、开裂和剥离。前缘雨蚀早期通常表现为轻微粗糙化或局部点蚀，外观特征不明显，但随着运行时间增加，损伤可能进一步发展为沟槽、涂层脱落甚至局部脱层。该类损伤一旦扩大，不仅会削弱叶片前缘防护能力，还会改变翼型表面状态，造成气动性能下降、发电效率降低，并增加后续维修难度和停机损失。

2、现有前缘防护膜、防护涂层等技术主要起被动保护作用，通常只有在损伤已经明显发生后，才通过人工或无人机巡检发现问题。无人机巡检虽然能够提高检测效率，但其属于间歇性后验检测；若对风场内每台机组均进行高频巡检，则工作量大、成本高，若巡检周期过长，又容易漏掉雨季或高风速运行后快速发展的局部损伤。

3、现有雨蚀预测方法可根据风速、转速、雨强等数据估算叶片前缘雨蚀风险，但多数模型依赖固定参数或经验阈值，难以反映不同机位环境、叶片批次、防护层施工质量和服役老化状态造成的实际差异。若缺少现场雨蚀损伤结果反馈，模型容易出现过度预警或风险低估，难以直接用于待同型号管理机群的精细化运维。

4、此外，叶片前缘雨蚀具有明显的空间非均匀性，通常叶尖区域风险更高，且损伤会从前缘中心向弦向扩展。现有防护膜或防护层维护方式多以整片膜、整段前缘或大面积区域为更换对象，即使损伤仅发生在局部高风险区域，也往往需要进行大范围拆除和重新粘贴，导致材料浪费、施工时间长、停机成本高，并容易造成低风险区域的过度维护。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于显色反馈的风场叶片前缘雨蚀分区防护方法及相关装置，解决了现有技术中存在的上述不足；本发明利用少量参考机组的现场显色雨蚀损伤反馈结果对雨蚀预测模型进行校正，并将校正后的预测结果迁移应用于满足相似条件的同型号机组，同时以叶片前缘分区为基本单元进行预警、巡检排序和维护决策，使高风险区域能够优先巡检、局部更换，减少整片膜或大面积防护层更换带来的运维成本，提高风电叶片前缘雨蚀维护的针对性和可靠性。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供的一种基于显色反馈的风场叶片前缘雨蚀分区防护方法，包括以下步骤：

4、将选取的至少一台参考机组的叶片前缘划分为多个独立防护区域；

5、在每一所述独立防护区域安装多层显色反馈防护膜，用于将雨蚀损伤程度转化为可视化的颜色反馈信号；

6、在所述参考机组的叶片上设置静态颜色标定区，所述静态颜色标定区包含与各显色雨蚀损伤层颜色对应的颜色基准窗口，用于对后续巡检图像进行颜色校正；

7、按固定时间间隔采集气象数据和参考机组运行数据，所述采集数据至少包括风速、风轮转速、降雨强度和降雨持续时间；

8、根据所述采集数据，计算每一独立防护区域的雨蚀累积损伤预测指数；

9、基于得到的雨蚀累积损伤预测指数，计算风电场机组型号相同且前缘防护材料相同的其他机组对应的每个独立防护区域的雨蚀累积损伤预测指数；

10、依据各机组各独立防护区域的雨蚀累积损伤预测指数制定风电场的巡检维护策略。

11、优选地，所述多层显色反馈防护膜由外至内依次包括外表抗雨蚀层、第一显色雨蚀损伤层、第二显色雨蚀损伤层、第三显色雨蚀损伤层、缓冲耗能层和可剥离粘接层，其中：

12、所述第一显色雨蚀损伤层、第二显色雨蚀损伤层、第三显色雨蚀损伤层为不同颜色的聚氨酯材料，分别对应轻度雨蚀损伤状态、中度雨蚀损伤状态和重度雨蚀损伤状态。

13、优选地，所述静态颜色标定区设置至少一个，且布置在叶片的低雨蚀区域。

14、优选地，每个静态颜色标定区域包括多个颜色基准窗口，每个颜色基准窗口分别对应多层显色反馈防护膜中的外表抗雨蚀层、第一显色雨蚀损伤层、第二显色雨蚀损伤层、第三显色雨蚀损伤层；每个颜色基准窗口的外表面覆盖有透明耐候保护层。

15、优选地，根据所述采集数据，计算每一独立防护区域的雨蚀累积损伤预测指数，具体方法是：

16、设定每个独立防护区域的展向中心，基于风轮转速计算得到每个独立防护区域的平均旋转线速度；

17、根据降雨强度计算雨滴终端降落速度；

18、根据风速、平均旋转线速度和雨滴终端降落速度，计算得到每个独立防护区域的雨滴相对撞击速度；

19、基于降雨强度、降雨持续时间和雨滴相对撞击速度，计算得到每个独立防护区域的雨蚀损伤预测指数。

20、优选地，基于得到的雨蚀累积损伤预测指数，计算风电场机组型号相同且前缘防护材料相同的其他机组对应的每个独立防护区域的雨蚀累积损伤预测指数，具体方法是：

21、判定得到的雨蚀累积损伤预测指数是否达到指定触发条件或达到固定巡检周期，其中：

22、当所述雨蚀累积损伤预测指数达到指定触发条件或达到固定巡检周期时，利用无人机对所述参考机组进行巡检，获取各独立防护区域的显色图像，并识别显色状态，所述显色状态包括显色颜色、显色面积和连续显色长度；

23、根据预定的判定规则，将所述显色状态转换为实测雨蚀累积损伤等级；

24、根据所述雨蚀累积损伤预测指数确定对应的预测雨蚀累积损伤等级，计算所述实测雨蚀累积损伤等级与所述预测雨蚀累积损伤等级之间的偏差，并依据该偏差计算模型修正系数；

25、基于得到的模型修正系数，计算风电场机组型号相同且前缘防护材料相同的其他机组对应的每个独立防护区域的雨蚀累积损伤预测指数。

26、优选地，根据预定的判定规则，将所述显色状态转换为每个独立防护区域对应的实测雨蚀累积损伤等级，具体方法是：

27、获取每个独立防护区域对应的第一显色雨蚀损伤层的显色面积、第二显色雨蚀损伤层的显色面积和第三显色雨蚀损伤层的显色面积；

28、若每个独立防护区域对应的总显色面积，若总显色面积小于第一阈值时，则判定每个独立防护区域对应的实测雨蚀累积损伤等级为0；

29、若第一显色雨蚀损伤层的显色面积大于等于第一阈值小于等于第二阈值，且第二显色雨蚀损伤层的显色面积小于第一阈值时，则判定每个独立防护区域对应的实测雨蚀累积损伤等级为1；

30、若第一显色雨蚀损伤层的显色面积大于第二阈值，或第二显色雨蚀损伤层的显色面积小于等于第二阈值时，则判定每个独立防护区域对应的实测雨蚀累积损伤等级为2；

31、若第二显色雨蚀损伤层的显色面积大于第二阈值，或第三显色雨蚀损伤层的显色面积小于等于第二阈值时，则判定每个独立防护区域对应的实测雨蚀累积损伤等级为3；

32、若第三显色雨蚀损伤层的显色面积大于第二阈值时，则判定每个独立防护区域对应的实测雨蚀累积损伤等级为4。

33、优选地，根据所述雨蚀累积损伤预测指数确定对应的预测雨蚀累积损伤等级，具体方法是：

34、若每个独立防护区域对应的雨蚀累积损伤预测指数小于第一前缘防护阈值，则每个独立防护区域的预测雨蚀累积损伤等级为0；

35、若每个独立防护区域对应的雨蚀累积损伤预测指数大于等于第一前缘防护阈值，且小于第二前缘防护阈值，则每个独立防护区域的预测雨蚀累积损伤等级为1；

36、若每个独立防护区域对应的雨蚀累积损伤预测指数大于等于第二前缘防护阈值，且小于第三前缘防护阈值，则每个独立防护区域的预测雨蚀累积损伤等级为2；

37、若每个独立防护区域对应的雨蚀累积损伤预测指数大于等于第三前缘防护阈值，且小于第四前缘防护阈值，则每个独立防护区域的预测雨蚀累积损伤等级为3；

38、若每个独立防护区域对应的雨蚀累积损伤预测指数大于等于第四前缘防护阈值，则每个独立防护区域的预测雨蚀累积损伤等级为4。

39、第二方面，本发明提供的一种基于显色反馈的风场叶片前缘雨蚀分区防护系统，包括：

40、防护区域划分，用以将选取的至少一台参考机组的叶片前缘划分为多个独立防护区域，所述每一所述独立防护区域设置有多层显色反馈防护膜，用于将雨蚀损伤程度转化为可视化的颜色反馈信号；在所述参考机组的叶片上设置静态颜色标定区，所述静态颜色标定区包含与各显色雨蚀损伤层颜色对应的颜色基准窗口，用于对后续巡检图像进行颜色校正；

41、数据采集单元，用以按固定时间间隔采集气象数据和参考机组运行数据，所述采集数据至少包括风速、风轮转速、降雨强度和降雨持续时间；

42、雨蚀损伤预测指数计算单元，用以根据所述采集数据，计算每一独立防护区域的雨蚀累积损伤预测指数；基于得到的雨蚀累积损伤预测指数，计算风电场机组型号相同且前缘防护材料相同的其他机组对应的每个独立防护区域的雨蚀累积损伤预测指数；

43、巡检维护策略制定单元，用以依据各机组各独立防护区域的雨蚀累积损伤预测指数制定风电场的巡检维护策略。

44、第三方面，本发明提供的一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机指令，当所述计算机指令被所述处理器执行时，使得所述电子设备执行所述的方法。

45、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

46、本发明提供的一种基于显色反馈的风场叶片前缘雨蚀分区防护方法，以参考机组的实测显色雨蚀损伤反馈结果作为模型校正依据，将校正后的雨蚀预测结果迁移应用于满足相似条件的同型号机组，从而避免对风场内每台机组进行高频、重复的无人机巡检，在保证现场数据支撑的同时降低巡检工作量和停机成本。本发明进一步将叶片前缘划分为多个独立防护区，以分区为单位进行雨蚀预测、显色识别、模型校正和维护决策，能够适应前缘侵蚀沿展向和弦向非均匀发展的特点；当局部区域达到维护条件时，仅需更换对应分区的防护单元，避免整片叶片或大范围前缘区域维修，减少材料消耗和检修时间，并降低低风险区域的过度维护。与此同时，显色反馈防护单元在提供雨蚀防护的基础上，将雨蚀损伤反馈状态转化为可识别的视觉信号；静态颜色标定区用于校正巡检图像中的光照、拍摄角度、白平衡及表面污染影响，提高显色识别的稳定性和准确性。系统进一步将显色层级、显色面积和连续显色长度转换为观测雨蚀损伤反馈等级，并据此修正各分区的雨蚀敏感系数，使预测模型能够随实际服役环境自适应调整：当实际雨蚀损伤反馈重于预测时提高预测敏感性，当实际雨蚀损伤反馈轻于预测时降低过度预警。由此，本发明实现了从单机巡检判断向待同型号管理机群分区预测维护的转变，能够将有限巡检资源优先配置于高风险机组和高风险分区，提高风电叶片前缘雨蚀预警、巡检和维护的针对性、经济性和可靠性。