一种电加热风机叶片分布式时序电加热控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电加热风机领域，尤其涉及一种电加热风机叶片分布式时序电加热控制系统及方法。

背景技术

在寒冷天气环境下，风力发电机叶片上容易积累大量冰层，会影响风力发电机的性能，甚至会对其造成损坏。同时由于每台电加热风机的三支叶片分布式排列，导致不同叶片、同一只叶片不同区域的热量输出不同，影响了加热效果的均匀性。

因此，如何实现电加热风机叶片分布式时序电加热控制，提高加热效果均匀性，降低电能消耗，是本领域亟待解决的问题。

传统的电加热方案通常是通过中央控制单元对所有叶片进行控制，存在不便于操作、控制效率低等问题。

发明内容

本发明提供了一种电加热风机叶片分布式时序电加热控制系统及方法，该系统通过外部控制实现的时序电加热控制方法，能够实现对电加热风机叶片分别进行控制，提高了控制的灵活性和效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电加热风机叶片分布式时序电加热控制系统，包括：设置在电加热风机上的叶片温度传感器、加热元件、控制单元和时序控制器；

所述电加热风机根据位置分为若干组，每组电加热风机由多支叶片组成，每支叶片对应至少一个叶片温度传感器、至少一个加热元件和至少一个控制单元；时序控制器的输入端连接多个叶片温度传感器，输出端分别连接多个控制单元，每个控制单元控制连接一个加热元件，形成分布式加热元件；

任意叶片上的叶片温度传感器监测叶片表面的温度情况，反馈至时序控制器，时序控制器采用时序控制方法控制所述叶片上的控制单元以启动或关闭对应的加热元件，用于对电加热风机叶片进行分布式时序电加热控制。

作为本发明的进一步改进，还包括设置在电加热风机上的塔基控制器，所述塔基控制器控制时序控制器。

作为本发明的进一步改进，还包括结冰探测器和风场除冰控制计算机；所述结冰探测器检测每台电加热风机的结冰情况，风场除冰控制计算机19根据所述结冰情况控制所述塔基控制器。

作为本发明的进一步改进，所述控制单元为功率控制器。

作为本发明的进一步改进，所述加热元件为电加热膜，功率控制器通过电源防雷盒控制连接电加热膜。

作为本发明的进一步改进，所述电加热膜包括PS电加热膜和SS电加热膜。

作为本发明的进一步改进，所述加热元件为气动加热装置，功率控制器控制连接气动加热装置。

一种电加热风机叶片分布式时序电加热控制方法，包括：

将电加热风机叶片按照其位置分为若干组；针对每组叶片，设置相应的加热控制器，控制器包括时序控制器和功率控制器；

时序控制器根据叶片的工作状态和需求情况，逐个分配加热时间和功率，时序控制器控制功率控制器的开关时间和开关周期，并通过控制信号将具体的加热指令传输给对应的分布式加热元件，用于对电加热器进行时序控制；

功率控制器控制加热元件的电流大小，用于对加热元件的功率进行控制。

作为本发明的进一步改进，时序控制器工作之前还包括：

除冰探测器探测电加热风机叶片结冰情况，若结冰，则除冰系统开启，否则除冰系统待机；

除冰系统自检，判断系统是否正常，如系统正常，加热系统开始运行，如系统异常，则待机。

作为本发明的进一步改进，时序控制器控制过程中，还包括：

加热运行时，温度传感器将叶片表面温度传递给控制计算机，控制计算机根据加热温度时间判定是否调整参数继续加热，或除冰完成停止加热。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

通过对叶片分组、时序控制和功率控制的设计，提高了控制的灵活性和效率，实现了电加热风机叶片分布式时序电加热控制，提高了加热效果的均匀性，降低了电能消耗，具有实用性和经济性。同时，所述方法还能够根据不同的需求进行优化调整，达到更为理想的控制效果。本发明提供了能够快速、有效地除去叶片表面的冰层，并且不会对叶片造成任何损伤。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。在附图中：

图1为实施例1给出的电加热风机叶片分布式时序电加热控制系统的结构示意图；

图2为实施例1给出的电加热风机叶片分布式时序电加热控制系统的电路图；

图3为实施例1给出的电加热风机除冰加热逻辑示意图；

图4为实施例2给出的电/气一体化加热电加热风机叶片分布式时序电加热控制系统的结构示意图；

图5为实施例2给出的电/气一体化加热电加热风机叶片分布式时序电加热控制系统的电路图。

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中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明第一个目的是提供一种电加热风机叶片分布式时序电加热控制系统，包括：设置在电加热风机上的叶片温度传感器、加热元件、控制单元和时序控制器；

所述电加热风机根据位置分为若干组，每组电加热风机由多支叶片组成，每支叶片对应至少一个叶片温度传感器、至少一个加热元件和至少一个控制单元；时序控制器的输入端连接多个叶片温度传感器，输出端分别连接多个控制单元，每个控制单元控制连接一个加热元件，形成分布式加热元件；

任意叶片上的叶片温度传感器监测叶片表面的温度情况，反馈至时序控制器，时序控制器采用时序控制方法控制所述叶片上的控制单元以启动或关闭对应的加热元件，用于对电加热风机叶片进行分布式时序电加热控制。

本发明的系统通过外部控制实现的时序电加热控制，能够实现对电加热风机叶片分别进行控制，提高了控制的灵活性和效率。本发明提供了能够快速、有效地除去叶片表面的冰层，并且不会对叶片造成任何损伤。

本发明的电加热风机叶片分布式时序电加热控制系统，该系统包括叶片温度传感器、加热元件和控制单元等组成部分。通过监测叶片表面的温度情况，控制单元可以根据需要启动或关闭加热元件，从而达到除冰的目的。该系统还可以通过无线遥控或自动化控制等方式实现远程操作，提高了操作的灵活性和便捷性。

上述实施例中，还包括设置在电加热风机上的塔基控制器，所述塔基控制器控制时序控制器。以及还包括结冰探测器和风场除冰控制计算机；所述结冰探测器检测每台电加热风机的结冰情况，风场除冰控制计算机19根据所述结冰情况控制所述塔基控制器。通过风场除冰控制计算机可以远程进行除冰控制。

作为优选实施例，所述控制单元为功率控制器。

本发明实施例给出两种方案，其一，所述加热元件为电加热膜，功率控制器通过电源防雷盒控制连接电加热膜。所述电加热膜包括PS电加热膜和SS电加热膜。PS电加热膜和SS电加热膜分别设置在叶片的不同部位。

其二，所述加热元件为气动加热装置，功率控制器控制连接气动加热装置。

上述两种方案，电加热和气动加热选择至少一种，或者两种同时选择均可。可以根据实际情况进行合理选择。

因此，本发明提供了的可控式的风力发电机叶片除冰系统，具有简单、高效、可靠等优点，可以适用于各种类型的风力发电机。

本发明第二目的是提供一种电加热风机叶片分布式时序电加热控制方法，包括以下步骤：

将电加热风机叶片按照其位置分为若干组；针对每组叶片，设置相应的加热控制器，控制器包括时序控制器和功率控制器；

时序控制器根据叶片的工作状态和需求情况，逐个分配加热时间和功率，时序控制器控制功率控制器的开关时间和开关周期，并通过控制信号将具体的加热指令传输给对应的分布式加热元件，用于对电加热器进行时序控制；

功率控制器控制加热元件的电流大小，用于对加热元件的功率进行控制。

作为一种实施例，时序控制器工作之前还包括：

除冰探测器探测电加热风机叶片结冰情况，若结冰，则除冰系统开启，否则除冰系统待机；

除冰系统自检，判断系统是否正常，如系统正常，加热系统开始运行，如系统异常，则待机。

作为一种实施例，时序控制器控制过程中，还包括：

加热运行时，温度传感器将叶片表面温度传递给控制计算机，控制计算机根据加热温度时间判定是否调整参数继续加热，或除冰完成停止加热。

更为更具体的控制步骤，本发明的方法具体包括如下步骤：

1)将电加热风机叶片按照其位置分为若干组；

2)针对每组叶片，设置相应的电加热控制器，控制器包括时序控制器和功率控制器；

3)主控制单元中设置一个时序控制算法，根据叶片的工作状态和需求情况，逐个分配电加热时间和功率，时序控制器控制功率控制器的开关时间和开关周期，并通过控制信号将具体的电加热指令传输给对应的分布式电加热控制器，实现对电加热器的时序控制；

4)功率控制器控制电加热器的电流大小，实现对电加热器的功率控制；

5)通过对时序控制器和功率控制器的控制，使得每组叶片的加热时间和加热功率均匀分布，从而实现电加热风机叶片分布式时序电加热控制。

因此，本发明提供的电加热风机叶片分布式时序电加热控制方法，具有灵活、高效、可靠等优点，在低温环境下保障电加热风机的正常工作，具有重要的商业和社会意义。

以下结合具体实施例对本发明的内容进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种电加热风机叶片分布式时序电加热控制系统，包括电加热器1、电热温度传感器2、功率控制器3、滑环4、时序控制器5、电缆及信号线6、塔基控制器7、结冰探测器8、风场除冰控制计算机9。

其中，电加热风机根据其位置分为若干组，每组电加热风机对应一个时序控制器5，每组电加热风机由3支叶片组成，每支叶片对应一个电加热器3、一个电热温度传感器2和一个功率控制器3，塔基控制器7用于控制整台电加热风机的电加热控制过程，结冰探测器8用于检测每台电加热风机的结冰情况，风场除冰控制计算机9用于控制整个风场除冰系统的运行。

其中，时序控制器5由时钟芯片、计时器和触发器等组成，功率控制器3由功率放大器和电流传感器组成。时序控制器5控制功率控制器3的开关时间和开关周期及电流大小，实现对电加热器1的时序控制；功率控制器3控制电加热器1的电流大小，实现对电加热器1的功率控制。电加热控制系统的电路图如图2所示。

基于上述结果描述，该实施例对应的控制方法具体实施过程如下：

1)风场除冰控制计算机9根据每台电加热风机结冰探测器8反馈的结冰情况，向每台电加热风机的塔基控制器7发送控制信号，用于打开该台电加热风机除冰供电电源；

2)时序控制器5根据塔基控制器7的信号，控制功率控制器3的开关时间、开关周期；

3)功率控制器3根据时序控制器5的信号控制电加热器1的电流大小；

4)电加热器1利用电能对叶片表面进行电加热；

5)温度传感器2将叶片表面温度信号传递给加热控制计算机9；

6)除冰控制计算机9根据电热温度传感器2反馈的叶片表面温度情况，调整时序控制器5的控制参数，并将该指令传递给功率控制器3，时序控制器实现对功率控制器的实时调控，从而实现对电加热风机1的分布式时序电加热控制。保证每支叶片以最低的能耗实现除冰功能。

其中，电加热器1对加热膜进行加热，加热膜的加热控制是在本地加热控制计算机9完成，本地控制系统通过光纤与电加热风机主控SCADA集成，实现远程控制。本地加热控制主要基于2种控制逻辑，第1为时序控制，第2为温度控制，其判断逻辑如图3所示。除冰探测器8探测电加热风机叶片结冰，除冰系统开启，否则除冰系统待机。除冰系统自检，判断系统软硬件是否正常，如系统正常，加热系统开始运行，如系统异常，则待机。加热运行，温度传感器2将叶片表面温度传递给控制计算机9，控制计算机根据加热温度时间判定是否调整参数继续加热，或除冰完成停止加热。

实施例2

本发明另一实施例中，可采用气动加热和电加热一体化除冰控制系统，气、电部分的电源、通信、控制均整合在一起，可以整体协调电源分配，其系统结构如图4所示。

气、电一体化加热控制系统包括位于叶片表面的电加热器11和位于叶片内部的气动加热器10、电/气加热温度传感器12、功率控制器13、滑环14、时序控制器和气动控制器15、电缆及信号线16、塔基控制器17、结冰探测器18、风场除冰控制计算机19。

其中，电加热风机根据其位置分为若干组，每组电加热风机对应一个时序控制器和气动控制器5，每组电加热风机由3支叶片组成，每支叶片对应一个电加热器13、一个电/气热温度传感器12和一个功率控制器13，塔基控制器17用于控制整台电加热风机的电加热控制，结冰探测器18用于检测每台电加热风机的结冰情况，风场除冰控制计算机19用于控制整个风场除冰系统的运行。

其中，时序控制器和气动控制器15由时钟芯片、计时器和触发器组成，功率控制器13由功率放大器和电流传感器组成。时序控制器和气动控制器15控制功率控制器13的开关时间和开关周期及电流大小，实现对电加热器11的和气动加热器10的时序控制；功率控制器13控制电加热器11的电流大小，实现对电加热器11的功率控制。气、电一体化加热控制系统电路图如图5所示。

基于上述结果描述，该实施例对应的控制方法具体实施过程如下：

1)风场除冰控制计算机19根据每台电加热风机结冰探测器18反馈的结冰情况，向每台电加热风机的塔基控制器17发送控制信号，用于打开该台电加热风机除冰供电电源；

2)时序控制器和气动控制器15根据塔基控制器17的信号，控制功率控制器13的开关时间、开关周期，控制功率控制器13实现对气动加热器10和电加热器11开关时间、开关周期的控制；

3)功率控制器13根据时序控制器15的信号同时控制电加热器11的电流大小；

4)电加热器11利用电能对叶片表面进行电加热；

5)气动加热器10将鼓风器吹出的热风进行加热，热量通过风管从叶片向叶片方向输送；

6)温度传感器12将叶片表面温度信号传递给加热控制计算机19；

7)除冰控制计算机19根据电热温度传感器12反馈的叶片表面温度情况，调整时序控制器15的控制参数，并将该指令传递给功率控制器13，时序控制器实现对功率控制器13的实时调控，从而实现对电加热风机的分布式时序电加热控制。保证每支叶片以最低的能耗实现除冰功能。

在以上实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件，所涉及的结构设置方式、工作方式或控制方式如无特别说明，均为本领域常规的设置方式、工作方式或控制方式。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。