[发明专利]连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除方法及系统

说明书

本发明公开一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除方法及系统，包括：冰雪形态识别单元、激光发生单元、双激光控制单元及激光瞄准与扫描单元；通过高倍望远镜对风力机叶片结冰进行图像采集，结合人工智能的方法识别叶片表面冰雪附着的形态。根据冰雪附着状态，采用最优适用性的激光类型并调整相应的激光特征参数，在基于热融效应的连续激光与基于激波效应的脉冲激光的互相配合下，采用相应的光束扫描控制方法，可对叶片上不同类型的冰雪附着区域进行同步清除，本发明可显著提高除冰效率，该除冰系统可根据风电场区野外作业的实地需求。

技术领域

本发明属于光电技术应用领域，具体涉及一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除方法及系统。

背景技术

风力机叶片是风电机组关键部件之一，是机组中承受载荷最复杂且长期受到风、砂、雨蚀作用的主要做动部件，作为风力发电机捕获风能的“第一步”，叶片的运行可靠性直接影响机组的安全性、可靠性、经济性。具有开发潜力的风能资源主要集中分布在寒冷地区、东南沿海以及岛屿等，然而大量安装高山、草原、沙漠、戈壁滩、沿海滩涂或近海等风能资源丰富地区的风力机，在冬、春季的低温环境运行时，面临叶片积冰的问题。

风电叶片结冰会减小翼型升力、增加阻力，导致叶片转矩下降，影响风机发电效率。同时，由于覆冰的增加，致使叶片质量分布不平衡，产生不对称载荷，进而造成风电机组出力下降，引发机械故障甚至停机。再者，叶片运转过程中，当冰层粘附力下降时极易出现冰块脱落，在重力和离心力的作用下，碎冰会被抛出很远，对机组四周的人员设备等造成伤害。

据调研，当前行业内对于风力机叶片在冬、春季节的防除冰方法主要分为以下三个途径：基于叶片表面涂装疏水吸能涂层防冰、叶片内腔热鼓风加热除冰、叶片表层预埋电加热膜除冰。上述防、除冰方法在部分风电场的应用已取得了一定的效果，为叶片除冰技术路线积累了宝贵的经验。然而，由于这些防、除冰技术均处于初期应用验证阶段，不可避免地普遍存在着技改施工复杂、能耗大、除冰效能低、须在机组中增加额外的除冰组部件、调整叶片的生产工艺等问题，部分方法会使叶片受到雷击的风险大大增加，安全性能降低。

近年来，激光作为电力行业中一种新兴的冰雪清除工具与技术，以其方向性好、能量定向传输效率高、非接触式作用等优点，以热融效应为主的连续激光已在高压输电线路、瓷瓶串、绝缘子等关键设备上得到了广泛的实际应用。因此，基于目前激光除冰的技术基础与应用经验，结合风力发电设备覆冰的特点，通过对叶片覆冰(雪)类型的智能识别，探索以高能激光为基础的新型冰雪清除方法，进而解决风力机叶片的冰冻问题，日渐成为风电运维期除冰技术研究的一个热点，对于风力机冬春季节的安全有效运行具有重要的现实意义。

发明内容

针对上述背景技术中提到的难点问题，本发明的目的在于提供一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除方法及系统，用于降低易凝冻地区风电机组叶片因结冰而带来的发电量损失，对提升机组能效、风场经济效益具有关键性作用。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除系统，包括：冰雪形态识别单元、激光发生单元、双激光控制单元及激光瞄准与扫描单元；

所述冰雪形态识别单元用于对对风力机叶片表面的冰雪附着部位进行定位、拍照与图像存储，于对冰雪形态进行判别；

所述激光发生单元包含连续激光发生器与脉冲激光发生器，其中连续激光发生器用于提供连续激光光束对叶片上湿雪附着或冰层部位进行照射；脉冲激光发生器用于提供瞬态周期性峰值的激光光束；

所述双激光控制单元通过接收所述冰雪形态识别单元输出的判别结果，决定激光发生单元中各激光器的启停状态；

所述激光瞄准与扫描单元用于通过度转动实现激光光束对覆冰层受体的瞄准与扫描动作。