用于防止风机叶片覆冰的方法、处理器及系统

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，具体地，涉及一种用于防止风机叶片覆冰的方法、处理器及系统。

背景技术

随着风电等清洁能源的大规模应用，风电容量将在电力中的占比越来越大，其对电力系统的安全稳定运行也影响越来越大。风电场一般都坐落在海拔较高、风较大的山顶上的，在冬季，风电机组叶片极易出现覆冰，导致风电机组出力减少甚至是停运。风电机组覆冰造成减风机停运、甚至损坏风机，将给风电场造成经济损失，且大规模的风电机组停运还会造成电力供应不平衡，影响电网的可靠供电。因此，风电机组防冰、除冰是亟需解决的难题。现有的风机叶片防冰除冰方法主要有电加热除冰、气热除冰、涂料防冰等方法，但是常规的风机叶片上电加热除冰易引雷损坏风机；传统气热除冰、涂料防冰效率低，除冰防冰效果差，风机叶片除冰难度非常大。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明实施例的目的是提供一种用于防止风机叶片覆冰的方法、处理器及系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于防止风机叶片覆冰的方法，包括：

监测风机叶片所处环境的微气象参数；

确定微气象参数满足预设除冰条件；

启动气热除冰装置；

监测风机叶片的叶片表面温度和叶片表面覆冰情况；

根据叶片表面温度和叶片表面覆冰情况对气热除冰装置的运行功率进行调整，直至风机叶片的叶片表面不存在覆冰或运行功率达到最大值。

在本发明实施例中，预设除冰条件包括：

微气象参数中的环境温度参数小于或等于预设除冰条件中的除冰温度；且

微气象参数中的空气湿度参数大于或等于预设除冰条件中的除冰湿度。

在本发明实施例中，除冰温度为零度，除冰湿度为70％。

在本发明实施例中，根据叶片表面温度和叶片表面覆冰情况对气热除冰装置的运行功率进行调整，包括：

基于微气象参数和叶片表面覆冰情况确定温差调整系数和功率基准参考值；

确定叶片表面温度与零度之间的温度差值；

根据温度差值、温差调整系数以及功率基准参考值确定气热除冰装置的目标运行功率；

调整气热除冰装置的运行功率至目标运行功率。

在本发明实施例中，根据温度差值、温差调整系数以及功率基准参考值确定气热除冰装置的目标运行功率包括根据公式(1)确定目标运行功率：

P

其中，P

本发明第二方面提供一种处理器，被配置成执行时实现如上述实施例的用于防止风机叶片覆冰的方法。

本发明第三方面提供一种防止风机叶片覆冰的系统，包括：

气热除冰装置，用于输送热风至风机叶片的内部空腔中，以使得热风在内部空腔内形成内部循环；

叶片覆冰监测装置，包括如上实施例的处理器。

在本发明实施例中，风机叶片包括风机壳体和气热除冰装置，

气热除冰装置安装于风机壳体内；

风机壳体的外表面涂有疏水吸能涂料。

在本发明实施例中，气热除冰装置包括：

输风管道，安装于风机壳体的内部空腔中；

鼓风机，与输风管道连通并安装于风机壳体的根部；以及

加热器，与鼓风机连接并安装于风机壳体的根部。

本发明第四方面提供一种机器可读存储介质，机器可读存储介质上存储有指令，指令在被处理器执行时使得处理器执行时实现如上实施例的用于防止风机叶片覆冰的方法。

通过上述技术方案，监测风机叶片所处环境的微气象参数，确定微气象参数满足预设除冰条件时，启动气热除冰装置，并监测风机叶片的叶片表面温度和叶片表面覆冰情况，以根据叶片表面温度和叶片表面覆冰情况对气热除冰装置的运行功率进行调整，直至风机叶片的叶片表面不存在覆冰或运行功率达到最大值。利用气热除冰装置有效的提升风机叶片的防冰效果，降低除冰能耗，并且通过风机叶片的叶片表面温度和叶片表面覆冰情况的监测，以确定该气热除冰装置的目标运行功率，以使该气热除冰装置按照目标运行功率运行，有效的提升除冰系统的运行效率，实现叶片的高效防冰除冰。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明一实施例的用于防止风机叶片覆冰的方法的流程示意图；

图2为根据本发明一实施例的用于防止风机叶片覆冰的系统的示意框图。

附图标记说明

1、气热除冰装置；2、叶片覆冰监测装置；11、加热器；12、鼓风机；13、疏风管道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

图1为根据本发明一实施例的用于防止风机叶片覆冰的方法的流程示意图。如图1所示，在本发明实施例中，提供了一种用于防止风机叶片覆冰的方法，以该方法应用于处理器为例进行说明，该方法可以包括以下步骤：

步骤S100，监测风机叶片所处环境的微气象参数；

本实施例中，需要说明的是，风力发电的风能大小取决于风速和空气的密度，风资源丰富、风向稳定、风能分布集中、破坏性风速较小的风场是理想的风电场选址场所，因此，风电场一般坐落于海拔较高、风较大的山顶上。然而，在冬季，由于风电场的地形及气候影响，风电机组的风机叶片极易出现覆冰，因此，需要及时的监测风电场的环境状态，以实时应对气候产生的变化，降低环境对风电场工作的影响。微气象参数可以包括环境的温度、湿度、风速、风向等中的至少一者，可通过设置于风机叶片所处环境的传感器进行参数信息的获取。对风机叶片所处环境的微气象参数进行监测的方式可以是实时监测，也可以是定时监测，可根据实际环境情况进行确定。

本实施例中，针对可能存在覆冰情况的风机叶片，将在该风机叶片的外表面涂上疏水吸能涂料，以延迟风机叶片覆冰、加速风机叶片除冰。在进行涂料涂覆时，优先针对风机叶片的迎风面外表面，例如，将疏水吸能涂料涂覆在风机叶片中距叶根20米、距叶尖10米的区域。

具体地，处理器对风机叶片所处环境的微气象参数进行监测。

步骤S200，确定微气象参数满足预设除冰条件；

本实施例中，需要说明的是，预设除冰条件与设定的除冰操作对应，预设除冰条件是指预先设定的用于触发对风机叶片进行除冰操作的条件。当微气象参数满足该预设除冰条件时，触发除冰操作。如果微气象参数不满足除冰条件，则不会触发除冰操作。例如，设定的除冰操作为启动气热除冰装置，则当微气象参数满足预设除冰条件时处理器将执行启动气热除冰装置的操作。

具体地，处理器需确定监测到的微气象参数满足预设除冰条件。

具体地，预设除冰条件包括：

微气象参数中的环境温度参数小于或等于预设除冰条件中的除冰温度；且

微气象参数中的空气湿度参数大于或等于预设除冰条件中的除冰湿度。

本实施例中，需要说明的是，预设除冰条件可以对微气象参数中的任意参数进行限定，例如，限定温度条件、湿度条件、风速条件。本实施例中，预设除冰条件对微气象参数中的环境温度参数以及空气湿度参数进行限定。通过设置除冰温度对微气象参数中的环境温度参数进行限定，设置除冰湿度对微气象参数中的空气湿度参数进行限定。只有当微气象参数中的环境温度参数小于或等于预设除冰条件中的除冰温度且微气象参数中的空气湿度参数大于或等于预设除冰条件中的除冰湿度时，才确定确定微气象参数满足预设除冰条件。

具体地，本实施例中，预设除冰条件对应的除冰温度为零度，除冰湿度为70％。

可以理解的是，在一实施例中，还可根据风电场所处环境中具体的地形、气象等信息对预设除冰条件进行适应性调整，具体可以对微气象参数中的其他参数(例如风速、风向)进行限制，还可以是对预设除冰条件中的除冰温度和除冰湿度进行不同的数值设定。

步骤S300，启动气热除冰装置；

本实施例中，需要说明的是，气热除冰装置是指帮助风机叶片减少或去除覆冰的装置，包括安装于风机叶片根部的鼓风机与加热器、在风机叶片内部空腔内布置用于输送热风的管道。气热除冰装置可以使得热风在风机叶片空腔内形成内部循环流动，实现风机叶片气热防覆冰及除冰。

具体地，处理器在确定监测到的微气象参数满足预设除冰条件时，启动气热除冰装置。

步骤S400，监测风机叶片的叶片表面温度和叶片表面覆冰情况；

本实施例中，需要说明的是，叶片表面温度包括风机叶片表面的温度，叶片表面覆冰情况包括风机叶片表面是否覆冰以及覆冰的厚度。当气热除冰装置启动后，将会对风机叶片的状态产生影响，本实施例中，将在气热除冰装置启动的同时对风机叶片的叶片表面温度和叶片表面覆冰情况进行监测，以实时的掌握气热除冰装置对风机叶片所产生的影响。

具体地，处理器将在启动气热除冰装置启动的同时监测风机叶片的叶片表面温度和叶片表面覆冰情况。

步骤S500，根据叶片表面温度和叶片表面覆冰情况对气热除冰装置的运行功率进行调整，直至风机叶片的叶片表面不存在覆冰或运行功率达到最大值。

本实施例中，需要说明的是，在气热除冰装置启动时将有一个默认的初始运行功率，若不对该气热除冰装置的运行功率进行调整，该气热除冰装置将按照该初始运行功率运行。对气热除冰装置的运行功率进对气热除冰装置运行功率的调整将根据风机叶片的叶片表面温度和叶片表面覆冰情况进行，在气热除冰装置启动后，处理器将根据叶片表面温度和叶片表面覆冰情况的变化对气热除冰装置的运行功率不断的进行适应性调整，以使得风机叶片的叶片表面不存在覆冰并且叶片表面温度维持在0度以上。如果气热除冰装置的运行功率达到最大值时，风机叶片的叶片表面仍存在覆冰，则维持该气热除冰装置的运行功率为最大值运行，直到当风机叶片表面不存在覆冰且叶片表面温度维持在0度以上。在一实施例中，还可以预设最大功率运行时间，当气热除冰装置的运行功率达到最大值时，按照该最大值的运行功率运行该预设最大功率运行时间后，按照一定规律逐级降低运行功率，或者关闭气热除冰装置。

具体地，处理器将根据叶片表面温度和叶片表面覆冰情况对气热除冰装置的运行功率进行调整，直至风机叶片的叶片表面不存在覆冰或运行功率达到最大值。

上述用于防止风机叶片覆冰的方法，通过监测风机叶片所处环境的微气象参数，确定微气象参数满足预设除冰条件时，启动气热除冰装置，并监测风机叶片的叶片表面温度和叶片表面覆冰情况，以根据叶片表面温度和叶片表面覆冰情况对气热除冰装置的运行功率进行调整，直至风机叶片的叶片表面不存在覆冰或运行功率达到最大值。上述方法通过气热除冰装置有效的提升风机叶片的防冰效果，降低除冰能耗，并且通过风机叶片的叶片表面温度和叶片表面覆冰情况的监测，以确定该气热除冰装置的目标运行功率，以使该气热除冰装置按照目标运行功率运行，有效的提升除冰系统的运行效率，且风机叶片涂有疏水吸能涂料，克服了传统单一气热除冰、涂料防冰效率低，除冰防冰效果差的问题，整体上提升风机叶片防冰效果。

在一个实施例中，根据叶片表面温度和叶片表面覆冰情况对气热除冰装置的运行功率进行调整，包括：

步骤a，基于微气象参数和叶片表面覆冰情况确定温差调整系数和功率基准参考值；

步骤b，确定叶片表面温度与零度之间的温度差值；

步骤c，根据温度差值、温差调整系数以及功率基准参考值确定气热除冰装置的目标运行功率；

步骤d，调整气热除冰装置的运行功率至目标运行功率。

在本实施例中，需要说明的是，由于气热除冰装置在启动后，风机叶片内部空腔中将会有热风形成内部循环流动，而风机叶片的外表面没有热风供应，外表面将会加大风机叶片内部空腔中的热损失，故采用温差调整系数对温差计算进行修正。温差调整系数具体取值与风电场所处位置的地形、气象等环境有关，可通过大量的实验或者经验取得。功率基准参考值表示气热除冰装置启动时的初始运行功率，该功率基准参考值与风电场所处位置的地形、气象等环境有关，基于不同的环境条件，该功率基准参考值可有不同的设定值，该功率基准参考值可通过大量的实验或者经验取得。目标运行功率是指气热除冰装置将要调整到的运行功率，该目标运行功率通过温度差值、温差调整系数以及功率基准参考值进行确定。

具体地，处理器将基于微气象参数和叶片表面覆冰情况确定温差调整系数和功率基准参考值，并确定叶片表面温度与零度之间的温度差值，以根据温度差值、温差调整系数以及功率基准参考值确定气热除冰装置的目标运行功率，从而调整气热除冰装置的运行功率至目标运行功率，以使该气热除冰装置按照目标运行功率运行。

在一个实施例中，根据温度差值、温差调整系数以及功率基准参考值确定气热除冰装置的目标运行功率包括根据公式(1)确定目标运行功率：

P

其中，P

本实施例中，需要说明的是，在气热除冰装置刚启动时，运行功率为功率基准参考值，处理器根据温差调整系数和功率基准参考值以及叶片表面温度与零度之间的温度差值确定目标运行功率。例如，风电场所处环境现场风速为10m/s、湿度为99％、且覆冰越严重，k取1kW/℃，P

现有技术中，风机叶片防冰除冰方法主要有电加热除冰、气热除冰、涂料防冰等方法，但是常规的风机叶片上电加热除冰易引雷损坏风机，且传统气热除冰、涂料防冰效率低，除冰防冰效果差，风机叶片除冰难度非常大。本发明实施例通过监测风机叶片所处环境的微气象参数，确定微气象参数满足预设除冰条件时，启动气热除冰装置，并监测风机叶片的叶片表面温度和叶片表面覆冰情况，以根据叶片表面温度和叶片表面覆冰情况对气热除冰装置的运行功率进行调整，直至风机叶片的叶片表面不存在覆冰或运行功率达到最大值，利用气热除冰装置有效的提升风机叶片的防冰效果，降低除冰能耗，并且通过风机叶片的叶片表面温度和叶片表面覆冰情况的监测，以确定该气热除冰装置的目标运行功率，以使该气热除冰装置按照目标运行功率运行，有效的提升除冰系统的运行效率，且风机叶片涂有疏水吸能涂料，克服了传统单一气热除冰、涂料防冰效率低，除冰防冰效果差的问题，整体上提升风机叶片防冰效果。

本发明实施例提供一种处理器，被配置成执行时实现如上述实施例的用于防止风机叶片覆冰的方法。

本发明实施例提供了一种防止风机叶片覆冰的系统，包括：

气热除冰装置，用于输送热风至风机叶片的内部空腔中，以使得热风在内部空腔内形成内部循环；

叶片覆冰监测装置，包括如上实施例的处理器。

在本发明实施例中，风机叶片包括风机壳体和气热除冰装置，

气热除冰装置安装于风机壳体内；

风机壳体的外表面涂有疏水吸能涂料。

在本发明实施例中，气热除冰装置包括：

输风管道，安装于风机壳体的内部空腔中；

鼓风机，与输风管道连通并安装于风机壳体的根部；以及

加热器，与鼓风机连接并安装于风机壳体的根部。

参考图2，图2为根据本发明一实施例的用于防止风机叶片覆冰的系统的示意框图，包括气热除冰装置1和叶片覆冰监测装置2，气热除冰装置1包括输风管道13，安装于风机壳体(图未示)的内部空腔中；鼓风机12，与输风管道13连通并安装于风机壳体的根部；以及加热器11，与鼓风机12连接并安装于风机壳体的根部。

本发明实施例中，气热除冰装置1可以使得热风在风机叶片空腔内形成内部循环流动，实现风机叶片气热防覆冰及除冰。风机壳体的外表面涂有疏水吸能涂料，可以延迟风机叶片覆冰、加速风机叶片除冰。

在一个实施例中，处理器被配置成：监测风机叶片所处环境的微气象参数；确定微气象参数满足预设除冰条件；启动气热除冰装置；监测风机叶片的叶片表面温度和叶片表面覆冰情况；根据叶片表面温度和叶片表面覆冰情况对气热除冰装置的运行功率进行调整，直至风机叶片的叶片表面不存在覆冰或运行功率达到最大值。

在一个实施例中，上述预设除冰条件包括：微气象参数中的环境温度参数小于或等于预设除冰条件中的除冰温度；且微气象参数中的空气湿度参数大于或等于预设除冰条件中的除冰湿度。具体地，除冰温度为零度，除冰湿度为70％。

在一个实施例中，处理器被配置成：基于微气象参数和叶片表面覆冰情况确定温差调整系数和功率基准参考值；确定叶片表面温度与零度之间的温度差值；根据温度差值、温差调整系数以及功率基准参考值确定气热除冰装置的目标运行功率；调整气热除冰装置的运行功率至目标运行功率。其中，根据温度差值、温差调整系数以及功率基准参考值确定气热除冰装置的目标运行功率包括根据公式(1)确定目标运行功率：P

本发明实施例提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令在被处理器执行时使得处理器被配置成执行上述的用于防止风机叶片覆冰的方法。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理器或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。