基于圖像分析的風(fēng)力發(fā)電葉槳故障檢測

　　摘要風(fēng)力發(fā)電的分布比較廣，建設(shè)規(guī)模在增大，由于風(fēng)力發(fā)電所處環(huán)境比較惡劣，風(fēng)速在風(fēng)輪掃掠面上的不均勻，風(fēng)速的瞬時(shí)變化，造成風(fēng)機(jī)葉槳振動(dòng)、偏移、彎曲等不正常運(yùn)行的狀態(tài)，容易造成葉槳損害，但葉槳故障檢測方面還是空白。本文介紹了通過圖像分析的方法來有效的檢測風(fēng)車葉槳狀態(tài)，以使其在多種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠運(yùn)行，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性、電能的質(zhì)量等具有重要的意義。

　　前言

　　風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)面廣、點(diǎn)多，尤其是草原地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電建設(shè)規(guī)模逐漸增大。風(fēng)力發(fā)電堅(jiān)持崗位制度，這是安全管理上的優(yōu)點(diǎn)，但這一制度存在一定的缺陷，如操作人員數(shù)量有限，難以對多個(gè)現(xiàn)場同時(shí)進(jìn)行檢測，并且不能做到對風(fēng)力發(fā)電葉槳全過程檢測和控制，給安全管理帶來了困難［1］。利用圖像分析的方法對風(fēng)力發(fā)電葉槳檢測，可以使操作人員及時(shí)了解生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)況，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境。

　　風(fēng)力發(fā)電風(fēng)車的圖像監(jiān)控能監(jiān)視風(fēng)車葉槳的的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理事故，有助于提高電力系統(tǒng)自動(dòng)化的安全性和可靠性，并提供事后分析事故的有關(guān)圖像資料。

　　1 葉槳故障檢測的目的

　　在風(fēng)力發(fā)電中，風(fēng)車葉槳不能精確地對準(zhǔn)風(fēng)向而存在偏斜，風(fēng)速在風(fēng)輪掃掠面上的不均勻，風(fēng)速的瞬時(shí)變化，造成風(fēng)機(jī)葉槳的振動(dòng)、偏移、彎曲等不正常運(yùn)行的狀態(tài)［2］。當(dāng)風(fēng)速增大、風(fēng)速減小、風(fēng)速不均時(shí)造成葉槳的振動(dòng)，通過圖像的分析來檢測到葉槳狀態(tài)，及時(shí)做出準(zhǔn)確的動(dòng)作，以避免風(fēng)力發(fā)電葉槳的損害。

　　2 葉槳故障檢測的方法

　　CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上，工作原理沒有本質(zhì)的區(qū)別。而且CCD制造工藝較復(fù)雜，采用CCD的攝像頭價(jià)格都會(huì)相對比較貴。事實(shí)上經(jīng)過技術(shù)改造，目前CCD和CMOS的實(shí)際效果的差距已經(jīng)減小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，所以很多攝像頭生產(chǎn)廠商采用的CMOS感光元件。在相同像素下CCD的成像通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對實(shí)物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，CMOS的成像質(zhì)量和CCD還是有一定距離的。但由于低廉的價(jià)格以及高度的整合性，因此在攝像頭領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

　　1）在測試中視頻源來自普通的CCD攝像頭，對傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行像素提取，將提取出來的像素?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)綀D像分析中心。

　　2）在終端我們將接收到的像素?cái)?shù)據(jù)直接存入一個(gè)文件內(nèi)，然后進(jìn)行還原和播放以查看監(jiān)控結(jié)果。

　　3）在監(jiān)控范圍內(nèi)將目標(biāo)從背景中提取出來，背景的去除在整個(gè)處理中占有很重要的地位。由于背景圖是靜止的，用實(shí)時(shí)圖像與背景圖像相減即可濾掉背景而只保留圖像變化信息。由于光照情況時(shí)刻都在變化，背景圖像也跟著變化，背景圖像也必須實(shí)時(shí)進(jìn)行更新，以減少噪聲影響。因此對采集的每幀圖像采用一種可以過濾復(fù)雜背景以及光線變化而引起的圖像變化算法從而有效的減少誤報(bào)警［3］。經(jīng)過檢測算法檢測出有異?，F(xiàn)象發(fā)生后，可通過圖像定格顯示于監(jiān)控室的屏幕上，監(jiān)視系統(tǒng)需要對監(jiān)視范圍內(nèi)的風(fēng)車葉槳以及闖入的對象進(jìn)行判斷，使其能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)葉槳的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及周圍的情況。

　　4）應(yīng)用圖像處理處理圖片的細(xì)微差別，根據(jù)這些差別進(jìn)行分析時(shí)需要結(jié)合實(shí)際，大量的實(shí)踐參數(shù)進(jìn)行比較，才能得出正確的結(jié)。

　　3 葉槳故障檢測的意義

　　風(fēng)力發(fā)電葉槳故障檢測在風(fēng)力發(fā)電以便能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確、直接地了解和掌握各個(gè)風(fēng)力發(fā)電風(fēng)車的情況，并及時(shí)對發(fā)生的情況做出反應(yīng)，并能夠?qū)τ嘘P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，分析。變電站圖像監(jiān)控是目前電力系統(tǒng)應(yīng)用圖像監(jiān)控最為典型的地方。

　　葉槳圖像檢測能使風(fēng)力發(fā)電在多種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠運(yùn)行，使其在故障時(shí)采取必要的安全保護(hù)措施，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于保護(hù)狀態(tài)，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性、電能的質(zhì)量、頻率，對提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)自動(dòng)化程度，提高可靠性和實(shí)時(shí)性具有重要意義。