一种基于同平面电容器的风机叶片覆冰监测系统及方法与流程

技术特征：
1.一种基于同平面电容器的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，包括正弦信号电源(1)、数据处理系统、计算机(16)、至少1个第一电容器(6)和至少1个第二电容器(9)；第一电容器(6)包括尺寸相同的第一电极板(4)和第二电极板(5)，第一电极板(4)和第二电极板(5)相互平行地贴附在叶片(11)表面，且长度方向与叶片(11)的弦向平行；第二电容器(9)包括尺寸相同的第三电极板(7)和第四电极板(8)，第三电极板(7)和第四电极板(8)相互平行地贴附在叶片(11)表面，且长度方向与叶片(11)的展向平行；第二电极板(5)和第四电极板(8)分别接地；正弦信号电源(1)分别与数据处理系统、第一电极板(4)和第二电极板(5)连接，正弦信号电源(1)与第一电极板(4)之间设有第一分压电阻(2)，正弦信号电源(1)与第三电极板(7)之间设有第二分压电阻(3)；第一分压电阻(2)与第一电极板(4)之间设有第一电压测点，第二分压电阻(3)与第三电极板(7)之间设有第二电压测点；第一电压测点和第二电压测点分别与数据处理系统连接，数据处理系统与计算机(16)连接；计算机(16)与风电机组叶片防除冰控制系统通信互联。2.根据权利要求1所述的基于同平面电容器的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，数据处理系统包括整流检波器(13)、低通滤波器(14)和信号采集转化器(15)，整流检波器(13)的一端分别与第一电压测点和第二电压测点连接，另一端与低通滤波器(14)连接，低通滤波器(14)与信号采集转化器(15)连接，信号采集转化器(15)与计算机(16)连接。3.根据权利要求1所述的基于同平面电容器的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，第一电极板(4)、第二电极板(5)、第三电极板(7)和第四电极板(8)的厚度小于1mm。4.根据权利要求1所述的基于同平面电容器的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，第一电极板(4)、第二电极板(5)、第三电极板(7)和第四电极板(8)的长度为2～5cm，宽度为1～2cm5.根据权利要求1所述的基于同平面电容器的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，第一电极板(4)与第二电极板(5)的间距为第一电极板(4)宽度的1～1.5倍。6.根据权利要求1所述的基于同平面电容器的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，第三电极板(7)与第四电极板(8)的间距为第三电极板(7)宽度的1～1.5倍。7.根据权利要求1所述的基于同平面电容器的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，计算机(16)通过无线通信模块与风电机组叶片防除冰控制系统通信互联。8.根据权利要求1所述的基于同平面电容器的风机叶片覆冰监测系统，其特征在于，正弦信号电源(1)、数据处理系统、计算机(16)、第一分压电阻(2)、第二分压电阻(3)第一电压测点和第二电压测点均设在叶根(12)内。9.采用权利要求1～8任意一项所述基于同平面电容器的风机叶片覆冰监测系统进行风机叶片覆冰监测的方法，其特征在于，包括：正弦信号电源(1)输出正弦交流电分别经第一分压电阻(2)和第二分压电阻(3)传输至第一电极板(4)和第三电极板(7)，第一电压测点和第二电压测点分别采集第一电容器(6)和第二电容器(9)的端电压，经数据处理系统处理后发送至计算机(16)；计算机(16)根据第一电容器(6)和第二电容器(9)端电压的变化趋势，实现对风机叶片表面覆冰的监测。10.根据权利要求9所述的采用基于同平面电容器的风机叶片覆冰监测系统进行风机叶片覆冰监测的方法，其特征在于，计算机(16)采集正弦信号电源(1)的输出电压第一
电容器(6)的端电压和第二电容器(9)的端电压并分别绘制时间发展曲线，并提取与的时间发展曲线中每个正弦波的幅值a
1c
与a
2c
，以及与的时间发展曲线与的时间发展曲线的相位差与综合进行叶片(11)表面覆冰情况的监测，分为以下几种情况：1)若和的时间发展曲线各自保持不变，即幅值a
1c
与a
2c
以及相差与保持不变，且两条曲线近乎重合，说明第一电容器(6)和第二电容器(9)的两个电极板的上方介质保持不变，叶片上无覆冰形成；2)若的时间发展曲线出现了波形的变化，即曲线的a
1c
和分别变小，则第一电容器(6)电极板上方出现了覆冰；同理，结合曲线的波形变化，即曲线出现a
2c
和分别变小的情况，对第二电容器(9)的电极板所在区域进行覆冰判断；3)若与的时间发展曲线均出现波形的变化，此时第一电容器(6)和第二电容器(9)之间都出现了覆冰，具体地：3.1)若与的时间发展曲线的幅值a
1c
与a
2c
和相位差与都出现持续下降的变化趋势，说明第一电容器(6)和第二电容器(9)的电极板所在的叶片(11)区域覆冰处于生长情况，即覆冰不断增加；3.2)对比与的时间发展曲线，即综合对比幅值a
1c
与a
2c
和相位差与的数值，对第一电容器(6)和第二电容器(9)所处的不同叶片(11)区域的覆冰情况展开对比；3.3)若的时间发展曲线的幅值a
1c
和相位差在持续下降后趋于稳定，说明第一电容器(6)的电极板上方以及两个电极板间的电力线区域充满了覆冰；同理，若的时间发展曲线的幅值a
2c
和相位差在持续下降后趋于稳定，说明第二电容器(9)的电极板和电极板间的叶片(11)表面都出现了覆冰，且覆冰充满了电极板间电力线的空间。此时，与曲线重新接近于重合。

技术总结
本发明公开的一种基于同平面电容器的风机叶片覆冰监测系统及方法，属于风力发电技术领域。包括正弦信号电源、数据处理系统、计算机、至少1个第一电容器和第二电容器。通过在叶片表面的同一平面分别沿叶片弦向和展向贴附设置电容器，基于每个电容器，使用同一个正弦信号电源构建了独立的RC谐振电路，电容器的电容值的变化与电极板间介质的变化直接相关，当电极板上方及两块电极板间的准圆弧电力线区域出现覆冰时，电容器的端电压发生变化。本发明实现了对目标区域内叶片表面的覆冰的有效监测，并为覆冰的发展特性提供了有效的数据，能够为风电机组的叶片防除冰控制系统的启动或停止提供灵敏、准确的控制信号。准确的控制信号。准确的控制信号。


技术研发人员：林伟荣 蔺雪峰 郑磊 许扬 李媛 焦冲 蔡安民
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：2021.10.18
技术公布日：2021/12/14