CN111102141B

CN111102141B - 风机叶片加热方法、装置、系统、以及存储介质

Info

Publication number: CN111102141B
Application number: CN201911283780.4A
Authority: CN
Inventors: 王世均; 张凯; 蔡梅园; 张万军; 杨静; 宫伟; 冉军; 吕彬
Original assignee: CSIC Haizhuang Windpower Co Ltd
Current assignee: CSIC Haizhuang Windpower Co Ltd
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: CN111102141A

Abstract

本发明公开了一种风机发电组的风机叶片进行加热时，除了参考当前的环境温度外，还以风机当前的发电功率和理论发电功率的差异作为是否对风机叶片进行加热的判断标准，避免了在低温环境中且风机叶片未结冰的情况下对风机进行了加热导致不必要的能量的浪费；并且对风机叶片的加热是分级别进行的，根据不同的结冰程度提供不同的加热级别，避免了加热功率过大造成的能量的浪费。因此，本申请中在保证对风机叶片进行加热除冰的基础上，对加热能量的控制更为精准，在很大程度上减少了电能的浪费。本申请还提供了一种风机发电组的风机叶片加热装置、系统和计算机可读存储介质，具有上述有益效果。

Description

风机叶片加热方法、装置、系统、以及存储介质

技术领域

本发明涉及风机发电技术领域，特别是涉及一种风机发电组的风机叶片加热方法、装置、系统以及计算机可读存储介质。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。且风是没有公害的能源之一，取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。

风力发电是把风的动能转为电能，主要是采用风机发电。但是风机在某些低温环境中，风机会出现叶片结冰的情况，一旦风机叶片结冰，会在很大程度上增加整个叶片的重量，进而增加叶片的旋转阻力，降低风机的发电效率。目前国内兆瓦级以上的大型风力发电机组在应对低温结冰环境时对风机进行加热除冰的方案，但该方案除冰时耗能较多成本较高，实用价值不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种风机发电组的风机叶片加热方法、装置、系统以及计算机可读存储介质，在对风机叶片进行加热除冰的同时，降低耗能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风机发电组的风机叶片加热方法，包括：

当风机叶片所在环境的温度值小于第一温度阈值时，判断风机的当前发电功率占理论发电功率的比例是否小于比例阈值；

若是，则控制对所述风机叶片进行初级加热；

判断在第一预设时长内所述风机的当前发电功率是否增大；

若在所述第一预设时长内所述风机的当前发电功率未增大，则控制增加对风机叶片加热的加热级别，并再执行所述判断在第一预设时长内所述风机的当前发电功率是否增大的步骤，直到对所述风机叶片加热级别达到最高加热级别；其中，所述加热级别越高对所述风机叶片加热的热量越高。

可选地，所述当风机叶片所在环境的温度值小于第一温度阈值时，判断风机的当前发电功率占理论发电功率的比例是否小于比例阈值，包括：

当所述风机叶片所在环境的温度值小于第一温度阈值，且持续时长达到第二预设时长时，则判断风机的当前发电功率占理论发电功率的比例是否小于比例阈值。

可选地，获得所述理论发电功率的过程包括：

预先将所述风机工作的风速范围均匀划分为若干个风速区间；

根据预先确定的根据所述风机的发电功率随风速变化的功率曲线，确定各个所述风速区间内对应的风机发电功率的功率平均值；

根据所述风机所在环境中的当前风速对应的风速区间，以对应的所述风速区间的功率平均值为所述理论发电功率。

可选地，还包括：

当所述风机叶片所在环境的温度值小于第二温度阈值时，则控制启动所述风机叶片进行的二级加热；

当所述风机叶片所在环境的温度值小于第三温度阈值时，则控制启动所述风机叶片进行的三级加热；

其中，所述二级加热产生的热量小于三级加热产生的热量，大于初级加热产生的热量；所述第二温度阈值小于所述第一温度阈值大于所述第三温度阈值。

本申请还提供了一种风机发电组的风机叶片加热装置，包括：

第一判断模块，用于当风机叶片所在环境的温度值小于第一温度阈值时，判断风机的当前发电功率占理论发电功率的比例是否小于比例阈值；

第一加热模块，用于若所述风机的当前发电功率占理论发电功率的比例小于所述比例阈值，则控制对所述风机叶片进行的初级加热；

第二判断模块，用于判断在第一预设时长内所述风机的当前发电功率是否增大；

第二加热模块，用于若在所述第一预设时长内所述风机的当前发电功率未增大，则控制增加对风机叶片加热的加热级别，并再执行所述判断在第一预设时长内所述风机的当前发电功率是否增大的步骤，直到对所述风机叶片加热的加热级别达到最高加热级别；其中，所述加热级别越高对所述风机叶片加热的热量越高。

可选地，所述第一判断模块用于当所述风机叶片所在环境的温度值小于第一温度阈值，且持续时长达到第二预设时长时，则判断风机的当前发电功率占理论发电功率的比例是否小于比例阈值。

可选地，还包括：

理论功率获取模块，用于预先将所述风机工作的风速范围均匀划分为若干个风速区间；根据预先确定的根据风机发电功率随风速变化的功率曲线，确定各个所述风速区间内对应的风机发电功率的功率平均值；根据所述风机所在环境中的当前风速对应的风速区间，以对应的所述风速区间的功率平均值为所述理论发电功率。

可选地，还包括：

第三加热模块，用于当所述风机叶片所在环境的温度值小于第二温度阈值时，则控制启动所述风机叶片进行二级加热；当所述风机叶片所在环境的温度值小于第三温度阈值时，则控制启动所述风机叶片进行三级加热；其中，所述二级加热产生的热量小于三级加热产生的热量，大于初级加热产生的热量；所述第二温度阈值小于所述第一温度阈值大于所述第三温度阈值。

本申请还提供了一种风机发电组的风机叶片加热系统，包括：

贴合设置在风机叶片内部的多个平行设置的加热片，且每个所述加热片沿所述风机叶片长度方向设置；

和所述加热片相连接的供电回路；

用于检测风机所在环境的温度值的温度传感器；

用于检测所述风机输出的电流值和电压值的电压电流采集器；其中，所述电流值和所述电压值用于计算获得所述风机的当前发电功率；

分别和所述供电回路、所述温度传感器以及所述电压电流采集器相连接的处理器，用于根据所述温度值和所述当前发电功率控制所述供电回路对所述加热片供电实现对所述风机叶片加热，且通过控制所述供电回路供电的所述加热片的数量改变对所述风机叶片的加热等级，以执行实现如上任一项所述的风机发电组的风机叶片加热方法的步骤。

本申请还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上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述风机发电组的风机叶片加热方法的步骤。

本发明所提供的风机发电组的风机叶片加热方法，包括当风机叶片所在环境的温度值小于第一温度阈值时，判断风机的当前发电功率占理论发电功率的比例是否小于比例阈值；若是，则控制启动对风机叶片进行初级加热；判断在第一预设时长内风机的当前发电功率是否增大；若在第一预设时长内风机的当前发电功率未增大，则控制增加对风机叶片加热的加热级别，并再执行判断在第一预设时长内风机的当前发电功率是否增大的步骤，直到对风机叶片加热级别达到最高加热级别；其中，加热级别越高对风机叶片加热的热量越高。

本申请中在对风机发电组的风机叶片进行加热时，除了参考当前的环境温度外，还以风机当前的发电功率和理论发电功率差异作为是否对风机叶片进行加热的判断标准，避免了在低温环境中且风机叶片未结冰的情况下对风机进行了加热导致不必要的能量的浪费；并且对风机叶片的加热是分级别进行的，根据不同的结冰程度提供不同的加热级别，避免了加热功率过大造成的能量的浪费。因此，本申请中在保证对风机叶片进行加热除冰的基础上，对加热能量的控制更为精准，在很大程度上减少了电能的浪费。

本申请还提供了一种风机发电组的风机叶片加热装置、系统和计算机可读存储介质，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的风机发电组的风机叶片加热方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的获取理论发电功率的过程的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的风机发电组的风机叶片加热装置的结构框图；

图4为本申请实施例提供的风机叶片内部加热片设置结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，图1为本申请实施例提供的风机发电组的风机叶片加热方法的流程示意图；该加热方法可以包括：

步骤S11：实时检测风机叶片所在环境的温度值；

步骤S12：判断温度值是否小于第一温度阈值，若是，则进入步骤S13，若否，则进入步骤S11。

需要说明的是，该第一温度阈值具体可以设置为5℃或者更高的温度。因为水结冰的温度是0℃，因此通常情况下，在5℃以上的温度环境中，风机叶片不会结冰。

可选地，考虑到在实际应用中，风机所在环境中的温度可能并不是一个稳定值，有可能仅仅是环境中短时间内温度值低于第一温度阈值，这种情况下，一般风机叶片也不会产生结冰问题，为此，在确定风机叶片所在环境的温度值小于第一温度阈值时，还需要判断温度值小于第一温度阈值这一状态持续时长是否达到第二预设时长，若是，则风机叶片存在结冰的可能。

具体地，该持续时长可以设定在30min左右，当然该持续时长可以依据不同地理位置的气候特征进行设定，对此本申请中不做具体限定。

步骤S13：实时检测风机的当前发电功率。

步骤S14：判断风机的当前发电功率占理论发电功率的比例是否小于比例阈值，若是，则进入步骤S15，若否，则进入步骤S12。

当风机叶片上结冰时，会使得风机叶片的质量增大，相应的风机叶片的旋转阻力增大，在同一风速条件下，风机的发电能力也就相应降低。由此，可将风机的发电能力的强弱作为风机是否结冰的判断依据。具体地，能够反应风机的发电能力的较多，例如，风机叶片的旋转速度、风机叶片的输出电流和输出电压以及输出功率等等。对于风机叶片的输出电流、输出电压以及输出功率三者之间是等效的，无论采用其中哪一个作为参考标准效果相同。对于风机叶片的旋转速度，因为是随风速时快时慢变化的，因此，旋转速度是一个不稳定的参考依据，更优选的是以风机叶片的输出电流、输出电压以及输出功率任意一种数据作为判断风机的发电能力的依据。

另外，对于将风机叶片的当前发电功率和理论发电功率的对比，可以是差值进行对比，也可以是按照功率比例进行对比，还可以是其他对比方法，对此，本申请中不做具体限制。

步骤S15：控制对风机叶片进行初级加热。

步骤S16：判断在第一预设时长内风机的当前发电功率是否增大，若是，则进入步骤S14，若否，则进入步骤S17。

步骤S17：控制增加对风机叶片加热的加热级别。

其中，加热级别越高对风机叶片加热的热量越高。具体地，可以在风机叶片内设置多个加热电阻丝，相应地，加热级别越高，通电发热的加热电阻丝越多。

步骤S18：判断当前加热级别是否达到最大加热级别，若否，则进入步骤S16，若是，则进入步骤S19。

步骤S19：持续对风机叶片进行加热，直到当前发电功率占理论发电功率的比例大于比例阈值。

具体地，该比例阈值可以设置为10％左右。当对风机叶片进行加热的加热级别达到最高加热级别时，持续对风机叶片进行加热。与此同时，可以实时监测风机的发电功率，若随着加热时间的增长，风机的当前发电功率逐步增加，可以适当降低对风机叶片加热的等级，直到风机叶片的当前发电功率和理论发电功率的比例大于比例阈值。

当然，也可以在对风机叶片进行加热的加热级别达到最高加热级别后，一直采用最高加热级别对风机叶片进行加热，直到风机叶片的当前发电功率和理论发电功率的比例大于比例阈值。具体采用哪一种加热方式本申请中不做具体限定。

本申请中在对风机发电组中的风机叶片进行加热时，在环境温度低于一定的温度阈值的情况下，以风机的当前发电功率和理论发电功率的差异为依据，判断风机叶片结冰情况的严重程度，进而选择合适的加热级别对风机叶片进行加热。相对于现有技术中，仅仅以环境温度作为是否需要对风机叶片进行加热的参考依据，且对风机叶片加热只存在加热和不加热两种情况，本申请中对风机发电组的风机叶片的加热控制更为精准，避免了风机叶片在未结冰和结冰情况不严重的情况下，对风机叶片进行高强度的加热，造成不必要的能源浪费，进而增加风机运行成本的问题。

基于上述任意实施例，在本申请的另一具体实施例中，如图2所示，图2为本申请实施例提供的获取理论发电功率的过程的流程示意图。该过程可以包括：

步骤S21：将风机工作的风速范围均匀划分为若干个风速区间。

一般而言风机工作的风速范围为2m/s-20m/s。当然不同厂家生产的风机工作的风速范围也可能略有区别，对此本实施例中不做过多的说明。

基于风机工作的风速范围，将该风速范围划分为多个风速区间，每个区间的大小可以相等。例如，可将风速范围划分为每0.5m/s的范围为一个区间，也就是说2.0m/s至2.5m/s为一个风速区间，2.5m/s至3.0m/s为一个风速区间，以此类推，获得多个风速区间。

步骤S22：根据预先确定的根据风机的发电功率随风速变化的功率曲线，确定各个风速区间内对应的风机发电功率的功率平均值。

对于每个风机而言，其发电功率随风速变化的变化规律是固定的，由此，可以确定该风机随风速变化的功率曲线。

步骤S23：根据功率曲线运算获得每个风速区间对应的功率平均值。

步骤S24：根据风机所在环境中的当前风速对应的风速区间，以对应的风速区间的功率平均值为理论发电功率。

尽管功率曲线已经表征了每个风速对应的风机的发电功率，但是在实际测量风机的发电功率时，不可避免地可能存在运算和测量误差，或者因为其他原因造成的发电功率的波动。为此，本实施例中以该风风机当前所在环境的风速所属风速区间对应的发电功率的平均值作为理论发电功率。

当然，本申请中也可以直接根据发电功率随风速变化的功率曲线上，当前风速对应的发电功率作为理论发电功率，对此本申请中不做具体限定。

基于上述任意实施例中，还提供了一种基于当前环境中的温度对风机叶片进行加热的方法，在本申请的另一具体实施例中，具体可以包括：

实时监测风机所在环境的温度值；

当风机叶片所在环境的温度值小于第二温度阈值时，则控制启动风机叶片进行二级加热；

当风机叶片所在环境的温度值小于第三温度阈值时，则控制启动风机叶片进行三级加热；

其中，二级加热产生的热量小于三级加热产生的热量，大于初级加热产生的热量；第二温度阈值小于第一温度阈值大于第三温度阈值。

本申请中除了可以依据风机的发电功率控制风机分级加热外，还可以根据当前环境温度对风机进行分级加热。本实施例中是以加热分级一共包括三级为例进行说明，在实际应用中，还可以存在更多的加热级别。

另外，上述实施例只说明了单独以温度值为依据和单独以发电功率为依据的分级加热方式。在实际应用中，可以将两种加热方式结合。

例如，当检测到环境中的温度值小于第二温度阈值大于第三温度阈值时，则直接启动对风机的二级加热；再判断风机的当前发电功率和理论发电功率之间的比值是否小于比例阈值，若该比例大于比例阈值，则以当前功率持续对风机叶片进行加热，直到当前环境温度上升，起到预防结冰的目的；而若该比例小于比例阈值，则在预设时间段内该风机的发电功率是否增大，若未增大，则进一步地增大加热级别，若增大，则保持该加热级别对风机进行持续加热，直到当前环境温度上升。对于该第二温度阈值具体可以是0℃，第三温度阈值可以为-5℃左右，具体地可以根据当前环境的气温变化以及风机材质等因素确定。

当然，本申请中还可以采用其他的基于温度值和发电功率对风机叶片进行不同级别的加热的控制方式，在此不再一一列举说明。

下面对本发明实施例提供的风机发电组的风机叶片加热装置进行介绍，下文描述的风机发电组的风机叶片加热装置与上文描述的风机发电组的风机叶片加热方法可相互对应参照。

图3为本发明实施例提供的风机发电组的风机叶片加热装置的结构框图，参照图3中风机发电组的风机叶片加热装置可以包括：

第一判断模块100，用于当风机叶片所在环境的温度值小于第一温度阈值时，判断风机的当前发电功率占理论发电功率的比例是否小于比例阈值；

第一加热模块200，用于若所述风机的当前发电功率占理论发电功率的比例小于所述比例阈值，则控制对所述风机叶片进行初级加热；

第二判断模块300，用于判断在第一预设时长内所述风机的当前发电功率是否增大；

第二加热模块400，用于若在所述第一预设时长内所述风机的当前发电功率未增大，则控制增加对风机叶片加热的加热级别，并再执行所述判断在预设时长内所述风机的当前发电功率是否增大的步骤，直到对所述风机叶片加热级别达到最高加热级别；其中，所述加热级别越高对所述风机叶片加热的热量越高。

可选地，在本申请的另一具体实施例中，所述第一判断模块100用于当所述风机叶片所在环境的温度值小于第一温度阈值，且持续时长达到第二预设时长时，则判断风机的当前发电功率占理论发电功率的比例是否小于比例阈值。

可选地，在本申请的另一具体实施例中，还可以进一步地包括理论功率获取模块，用于预先将所述风机工作的风速范围均匀划分为若干个风速区间；根据预先确定的根据风机发电功率随风速变化的功率曲线，确定各个所述风速区间内对应的风机发电功率的功率平均值；根据所述风机所在环境中的当前风速对应的风速区间，以对应的所述风速区间的功率平均值为所述理论发电功率。

可选地，在本申请的另一具体实施例中，还可以进一步地包括：

本实施例的风机发电组的风机叶片加热装置用于实现前述的风机发电组的风机叶片加热方法，因此风机发电组的风机叶片加热装置中的具体实施方式可见前文中的风机发电组的风机叶片加热方法的实施例部分，例如，第一判断模块100，第一加热模块200，第二判断模块300，第二加热模块400，分别用于实现上述风机发电组的风机叶片加热方法中步骤S11至步骤S19，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。

本申请还提供了一种风机发电组的风机叶片加热系统，如图4所示，图4为本申请实施例提供的风机叶片内部加热片设置结构示意图，包括：

贴合设置在风机叶片1内部的多个平行设置的加热片2，且每个加热片2沿风机叶片1长度方向设置；

和加热片相连接的供电回路；

用于检测风机所在环境的温度值的温度传感器；

用于检测风机输出的电流值和电压值的电压电流采集器；其中，该电压电流采集器采集到的电流值和电压值用于计算获得风机的当前发电功率；

分别和供电回路、温度传感器以及电压电流采集器相连接的处理器，用于根据温度值、当前发电功率控制供电回路对加热片2供电实现对风机叶片1加热，且通过控制供电回路供电的加热片2的数量改变对风机叶片1的加热等级，以执行实现如上任意实施例所述的风机发电组的风机叶片加热方法的步骤。

需要说明的是，对于风机叶片1而言，因为是相对于机舱旋转的，因此风机叶片1内部的供电回路往往需要和机舱内的电路系统相互独立设置，这也就决定了供电回路能够提供的电量有限，因此降低风机叶片1的耗能，对于风机加热来说意义重大。

本申请中在风机叶片中设置多个加热片2，并通过控制实际发热的加热片2的数量，调节风机叶片1加热的等级，在一定程度上减小了风机叶片1加热所耗费的电能，降低了风机运行的成本。

可选地，在本申请的另一具体实施例中，还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意实施例所述风机发电组的风机叶片加热方法的步骤。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种风机发电组的风机叶片加热方法，其特征在于，包括：

若是，则控制对所述风机叶片进行初级加热；

判断在第一预设时长内所述风机的当前发电功率是否增大；

若在所述第一预设时长内所述风机的当前发电功率未增大，则控制增加对所述风机叶片加热的加热级别，并再执行所述判断在第一预设时长内所述风机的当前发电功率是否增大的步骤，直到对所述风机叶片加热级别达到最高加热级别；其中，所述加热级别越高对所述风机叶片加热的热量越高；

获得所述理论发电功率的过程包括：

2.如权利要求1所述的风机发电组的风机叶片加热方法，其特征在于，所述当风机叶片所在环境的温度值小于第一温度阈值时，判断风机的当前发电功率占理论发电功率的比例是否小于比例阈值，包括：

当所述风机叶片所在环境的温度值小于第一温度阈值，且持续时长达到第二预设时长时，则判断风机的当前发电功率占理论发电功率的比例是否小于所述比例阈值。

3.如权利要求1或2所述的风机发电组的风机叶片加热方法，其特征在于，还包括：

当所述风机叶片所在环境的温度值小于第二温度阈值时，则控制启动所述风机叶片进行二级加热；

当所述风机叶片所在环境的温度值小于第三温度阈值时，则控制启动所述风机叶片进行三级加热；

4.一种风机发电组的风机叶片加热装置，其特征在于，包括：

第一加热模块，用于若所述风机的当前发电功率占理论发电功率的比例小于所述比例阈值，则控制对所述风机叶片进行初级加热；

第二加热模块，用于若在所述第一预设时长内所述风机的当前发电功率未增大，则控制增加对风机叶片加热的加热级别，并再执行所述判断在第一预设时长内所述风机的当前发电功率是否增大的步骤，直到对所述风机叶片加热的加热级别达到最高加热级别；其中，所述加热级别越高对所述风机叶片加热的热量越高；

还包括：

5.如权利要求4所述的风机发电组的风机叶片加热装置，其特征在于，所述第一判断模块用于当所述风机叶片所在环境的温度值小于第一温度阈值，且持续时长达到第二预设时长时，则判断风机的当前发电功率占理论发电功率的比例是否小于比例阈值。

6.如权利要求4或5所述的风机发电组的风机叶片加热装置，其特征在于，还包括：

7.一种风机发电组的风机叶片加热系统，其特征在于，包括：

和所述加热片相连接的供电回路；

用于检测风机所在环境的温度值的温度传感器；

分别和所述供电回路、所述温度传感器以及所述电压电流采集器相连接的处理器，用于根据所述温度值和所述当前发电功率控制所述供电回路对所述加热片供电实现对所述风机叶片加热，且通过控制所述供电回路供电的所述加热片的数量改变对所述风机叶片的加热等级，以执行实现如权利要求1至3任一项所述的风机发电组的风机叶片加热方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述风机发电组的风机叶片加热方法的步骤。