一种风力发电机叶片加热控制系统及方法与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机叶片加热控制系统及方法。


背景技术：

2.1.风力发电机叶片结冰的原因
3.风力发电机一般设在高山及边疆地区，这些地方冬季寒冷、湿度大。这种高湿、低温环境中存在着大量温度低于0℃的过冷小液滴，此时的过冷液滴处于亚稳定状态。当叶片在覆冰云层中转动时，这些过冷液滴在下落过程中撞击在叶片表面，撞击使过冷液滴稳定状态被打破，液滴内部形成自发长大的冰核，并且液滴迅速冻结，造成叶片覆冰。
4.2.风机叶片表面覆冰主要会有以下影响：
5.1)风力发电机组的发电效率将降低；
6.2)风力发电机组的寿命将会降低；
7.3)叶片上的覆冰脱落对四周的人畜和设备等造成伤害。
8.3.除冰方法
9.目前，主要的防冰除冰技术有热力除冰、机械除冰、涂层除冰等。


技术实现要素：

10.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种风力发电机叶片加热控制系统解决了叶片轮毂甚至机舱空间过于紧凑，无法提供完整控制系统安装空间的问题。
11.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种风力发电机叶片加热控制系统，包括叶片加热主控系统、叶片控制箱、主轴滑环和叶片加热器，所述叶片加热主控系统与叶片控制箱之间通过主轴滑环完成电气连接，所述叶片控制箱和叶片加热器均有三个，一个所述叶片控制箱控制一个叶片加热器。
12.进一步地：所述叶片加热主控系统包括系统配电模块和控制模块，所述控制模块包括运算单元、显示设置单元、远传接口和通讯端口。
13.进一步地：所述叶片控制箱包括叶片控制器、加热驱动、吹风驱动、温度传感器和保护开关端口，所述加热驱动和吹风驱动均与叶片加热器的信号输入端连接，所述叶片加热器的信号输出端通过保护开关与叶片控制器的保护开关端口连接，所述叶片温度传感器与叶片控制器的信号输入端连接。
14.进一步地：所述叶片加热器包括发热器件和送风器件，在叶片内形成热风道完成加热，所述发热器件与加热驱动连接，所述送风器件与吹风驱动连接。
15.进一步地：所述主轴滑环提供通信线路通道和供电线路通道，所述控制模块通过通讯线路与叶片控制器连接，所述系统配电模块通过供电线路与加热驱动和吹风驱动连接。
16.进一步地：所述通信线路通道为rs485或can通讯，用于将叶片控制箱检测到的数
据反馈到叶片加热主控系统，也可将叶片加热主控系统作出的加热启停指令发送给叶片控制箱。
17.进一步地：所述供电线路通道根据风电机组供力类型或叶片加热器的用电需求，提供三相400v、690v电源或单相230v电源。
18.进一步地：所述叶片加热主控系统可安装在机舱内部或塔基平台。
19.一种风力发电机叶片加热控制方法，包括以下步骤：
20.s1、系统供电通过叶片加热主控系统为整个系统供电：系统得电后，叶片加热控制系统开始工作，同时供电线路通过主轴滑环送电到叶片控制箱，叶片控制箱内的控制器也开始工作；
21.s2、叶片控制箱通过外接的温度传感器实时检测叶片内部温度，通过状态检测开关检测加热器过热、风机故障、消防保护开关信号是否正常；
22.s3、叶片加热主控系统通过通信线路通道读到叶片控制箱内的温度数据和保护开关状态，供控制逻辑和显示使用；
23.s4、叶片加热主控系统通过从叶片控制箱内读到温度数据与叶片加热主控系统中设置的加热启动温度和加热停止温度数据进行对比，并在确认叶片控制箱内开关状态后作出加热器启、停动作逻辑指令；再通过通信线路通道将加热器启、停指令发送到叶片控制箱；
24.s5、叶片控制箱内的叶片控制器在收到叶片加热主控系统的指令后作出叶片加热器启、停驱动动作：
25.s6、启动动作：首先启动吹风机运行，建立起风道后再启动加热器件，叶片加热器吹出热风；
26.s7、停止动作：首先停止加热器件，待加热器件表面温度降低后再停止吹风机运行，避免加热器内部温度过热；
27.s8、在加热过程中，如果长时间未收到叶片加热主控系统信号，则认为通信线路出现故障，叶片控制箱做出自动停机动作。
28.本发明的有益效果为：本发明通过热力除冰的控制技术，采用分布式安装，特别适用于受限于叶片轮毂甚至机舱空间过于紧凑，无法提供完整控制系统安装空间时使用；本发明的另一特点在于叶片加热主控系统与叶片控制器之间采用通讯技术，将3个叶片加热器内用到过热保护、消防保护、故障检测开关，加热驱动、吹风驱动，以及将模拟量温度信号转化为数字数号，只需要一组通讯线路就能完成所有数据传输，避免主轴滑环制造难度，提高系统可靠性和性价比。
附图说明
29.图1为本发明系统结构图。
具体实施方式
30.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易
见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
31.如图1所示，一种风力发电机叶片加热控制系统，其特征在于，包括叶片加热主控系统、叶片控制箱、主轴滑环和叶片加热器，所述叶片加热主控系统与叶片控制箱之间通过主轴滑环完成电气连接，所述叶片控制箱和叶片加热器均有三个，一个所述叶片控制箱控制一个叶片加热器。
32.1)叶片加热主控系统：机组机舱空间充裕时可安装在机舱内部，机舱无法安装时可以安装在塔基平台：
33.1.1)如安装在机舱内部，如机舱内部配电充足，系统供电可取自于机舱，否则由塔基配电系统取电；如安装在塔基位置，可直接在塔基取电。
34.1.2)叶片加热主控系统由系统配电模块和控制模块构成，控制模块又由运算单元、显示设置单元、远传接口和通讯端口组成。
35.1.3)运算单元：控制核心，运算核心，启停控制。
36.1.4)显示设置单元：用于系统运行状态显示、控制参数设置。
37.1.5)远传接口：用于机加热系统的运行状态、故障状态传递给外部系统，也可以将外部系统的指令传递给加热系统(如在机组停机期间，关闭加热系统，避免能耗)。
38.2)一台风电机组通常拥有3组叶片，所以叶片加热系统由3台叶片加热器构成。3台叶片加热器拥有各自的控制箱：
39.2.1)叶片加热器由发热器件和送风器件构成：在叶片内形成热风道完成加热，发热器和送风机的驱动由控制箱提供。
40.2.2)叶片控制箱除提供加热、吹风驱动外，还具备温度传感器和保护开关端口，实现叶片内温度检测和加热器过热、风机故障、消防保护开关状态检测。
41.3)叶片加热主控系统与叶片加热器控制箱之间通过机组主轴滑环完成电气联接：
42.3.1)滑环提供通信线路通道：如rs485或can通讯，用于将叶片控制箱检测到的数据反馈到叶片加热主控系统，也可将叶片加热主控系统做出的加热启停指令发送给叶片加热控制箱；
43.3.2)滑环提供供电线路通道：根据风电机组供力类型或叶片加热器的用电需求，可提供三相400v、690v电源或单相230v电源。
44.4)本发明的工作过程
45.4.1)系统供电通过叶片加热主控系统为整个系统供电：系统得电后，叶片加热控制系统开始工作，同时供电线路通过主轴滑环送电到叶片控制箱，叶片控制箱内的控制器也开始工作；
46.4.2)叶片控制箱通过外接的温度传感器实时检测叶片内部温度，通过状态检测开关检测加热器过热、风机故障、消防保护开关信号是否正常；
47.4.3)叶片加热主控系统通过通信线路通道读到叶片控制箱内的温度数据和保护开关状态，供控制逻辑和显示使用；
48.4.4)叶片加热主控系统通过从叶片控制箱内读到温度数据与叶片加热主控系统中设置的加热启动温度和加热停止温度数据进行对比，并在确认叶片控制箱内开关状态后作出加热器启、停动作逻辑指令；再通过通信线路通道将加热器启、停指令发送到叶片控制箱；
49.4.5)叶片控制箱内的控制器在收到叶片加热主控系统的指令后作出叶片加热器启、停驱动动作：
50.4.5.1)启动动作：首先启动吹风机运行，建立起风道后再启动加热器件，叶片加热器吹出热风；
51.4.5.2)停止动作：首先停止加热器件，待加热器件表面温度降低后再停止吹风机运行，避免加热器内部温度过热；
52.4.5.3)在加热过程中，如果长时间未收到叶片加热主控系统信号，则认为通信线路出现故障，叶片控制箱做出自动停机动作。