一种风电机组叶片除冰系统及方法与流程

1.本发明属于风力发电领域，具体涉及一种风电机组叶片除冰系统及方法。


背景技术：

2.叶片结冰对风电机组的运行有巨大的影响，一是给叶片增加额外的载荷，影响机组的正常运行，二是冰块脱落的时候会大大增加安全隐患，带来可能的设备损伤和人员伤害。因此，一般情况下，在没有加装叶片除冰装置的机组上，一旦发生叶片结冰情况，机组会停止运行，直到结冰消除，这样会造成发电量的损失。另外，即使有的机组加装了叶片除冰装置，其除冰过程不完善，也会产生一定的安全隐患。
3.现在对风电机组叶片除冰的处理，更多的是关注如何把冰块除掉，例如采用气热除冰法或者电加热除冰法。这些方法虽然可以起到除冰的效果，但是，往往忽略了除冰的过程。风电机组叶片除冰，不仅仅是把结冰去除，在除冰过程还要考虑安全性问题、除冰是否完全问题、能否防止再结冰等问题。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种风电机组叶片除冰系统及方法，以解决现有风电机组叶片除冰过程不完善，易产生安全隐患的问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
6.第一方面，本发明提供一种风电机组叶片除冰系统，包括：叶片覆冰识别系统、温湿度仪、激光信号仪、声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统、刹车系统、除冰系统、机组主控和远程监控系统；
7.叶片覆冰识别系统与机组主控和远程监控系统相连，温湿度仪和激光信号仪与机组主控相连，声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统、刹车系统和除冰系统均与机组主控和远程监控系统相连。
8.进一步的，所述叶片覆冰识别系统将识别的叶片表面覆冰信息输送至机组主控和远程监控系统；温湿度仪和激光信号仪将收集的温湿度信息和叶片位置信息输送至机组主控；声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统、刹车系统和除冰系统根据机组主控发出的指令进行相应操作，通过远程监控系统进行监控。
9.进一步的，所述叶片覆冰识别系统包括两组高清摄像头，第一组高清摄像头安装在机舱底部轴向中心线靠近叶轮位置处，第二组高清摄像头安装在轮毂罩，每两支叶片之间。
10.进一步的，所述除冰系统接收机组主控的指令，对叶片进行除冰处理，三支叶片上分别安装有一个除冰系统；除冰系统包括两级工作状态：全功率状态和半功率状态；三支叶片上设置的除冰系统独立运行。
11.进一步的，所述激光信号仪安装在机舱内，固定在机架上。
12.进一步的，所述温湿度仪安装在机舱外部，叶片内部距离叶根1/3叶片长度处安装
有温度仪。
13.第二方面，本发明提供一种风电机组叶片除冰方法，基于上述中任一项所述的一种风电机组叶片除冰系统，包括：
14.s1：叶片覆冰识别系统监测到叶片出现覆冰，将监测信息发送至机组主控；温湿度仪记录叶片出现覆冰时的外界环境温度和湿度，将记录数据发送至机组主控；
15.s2：进入除冰程序，通过机组主控控制除冰系统进行除冰，通过激光信号仪确认叶片位置，将位置信息发送至机组主控，通过机组主控控制声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统和刹车系统运行；
16.s3：除冰程序完成后，机组恢复运行，通过远程监控系统观察除冰情况。
17.进一步的，所述步骤s1具体包括：
18.通过第一组高清摄像头进行覆冰识别时，在图像中显示叶片序号，当机组正常运行时，激光信号仪每触发一次，第一组高清摄像头拍照记录一次；
19.通过第二组高清摄像头进行覆冰识别时，第二组高清摄像头与叶片相对静止，拍摄左右两侧的叶片覆冰情况，采样周期设置为10min；
20.通过温湿度仪记录叶片出现覆冰时的外界环境温度t0和湿度h0。
21.进一步的，所述步骤s2具体包括：
22.s21：声音报警系统发出警报；
23.s22：机组停机；
24.s23：停机完成后，机组偏航系统工作，将机组转动到不影响塔底箱变设备的扇区；
25.s24：自动盘车系统启动，叶轮缓慢转动，当激光信号仪的信号触发时，自动盘车系统停止，刹车系统使能，将叶轮刹住停止转动；
26.s25：通过第一组高清摄像头的图像，识别叶片序号，开启该叶片的除冰系统，在全功率状态下运行；
27.s26：通过第二组高清摄像头的图像和叶片内温度仪的记录，判断除冰情况；远程监控系统通过第一组高清摄像头和第二组高清摄像头呈现的图像观察除冰情况；
28.s27：该支叶片除冰完成后，为防止再次结冰，该支叶片的除冰系统半功率状态下运行；记录此时叶片内的温度t1；
29.s28：刹车系统松开刹车，重复步骤s24-s28，继续进行其余叶片的除冰工作。
30.进一步的，所述步骤s3具体包括：
31.s31：除冰程序完成，解除声音报警系统；
32.s32：机组退出除冰程序，恢复正常运行状态；
33.s33：除冰系统保持半功率状态运行，若t1下降5℃及以上时，开启全功率运行状态；
34.s34：观察外界环境温度t0和湿度h0的变化，结冰时的临界温度记为ts，临界湿度记为hs，当t0》ts，或h0《hs，或两者都满足时，除冰系统停止工作，机组正常发电。
35.本发明至少具有以下有益效果：
36.1、本发明通过叶片覆冰识别系统监测叶片覆冰信息，将监测信息发送至机组主控；通过温湿度仪记录叶片出现覆冰时的外界环境温度和湿度，将记录数据发送至机组主控；通过机组主控控制除冰系统进行除冰；通过激光信号仪确认叶片位置，将位置信息发送
至机组主控，通过机组主控控制声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统和刹车系统运行，通过远程监控系统观察除冰情况，对风电机组叶片除冰过程采取了有效措施，保证除冰效果，同时，保障除冰过程的安全，确保除冰效果良好，除冰过程安全有保障，防止可能造成的设备损伤和人员伤亡。
37.2、本发明多组高清摄像头的设置，保证叶片覆冰识别的准确性；合理布置温湿度仪，对外界环境和叶片内部有了全面、准确的掌握；增加声音报警系统，可以提醒周围的人员远离风电机组，防止冰块掉落造成人身伤亡事故。
38.3、本发明在除冰过程中，偏航系统机组调整至无其他设备的方向，可防止对地面设备的损伤；设置两级除冰状态，降低了功耗；即使除冰完成，依旧使除冰系统保持工作状态，防止再次结冰。
附图说明
39.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
40.图1为一种风电机组叶片除冰系统结构示意图；
41.图2为第一组高清摄像头安装示意图；
42.图3为第二组高清摄像头安装示意图；
43.图4为激光信号仪安装正视图；
44.图5为激光信号仪安装侧视图。
具体实施方式
45.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
46.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
47.实施例1
48.如图1所示，一种风电机组叶片除冰系统，包括：叶片覆冰识别系统、温湿度仪、激光信号仪、声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统、刹车系统、除冰系统、机组主控和远程监控系统等；叶片覆冰识别系统与机组主控和远程监控系统相连，将识别的叶片表面覆冰信息输送至机组主控和远程监控系统；温湿度仪和激光信号仪与机组主控相连，将收集的温湿度信息和叶片位置信息输送至机组主控；声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统、刹车系统和除冰系统均与机组主控相连，根据机组主控发出的指令进行相应操作；声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统、刹车系统和除冰系统还与远程监控系统相连，通过远程监控系统进行监控。
49.如图2和图3所示，叶片覆冰识别系统通过高清摄像头识别叶片表面覆冰情况，并将相关信息发送至机组主控和远程监控系统；叶片覆冰识别系统包括两组高清摄像头，第一组高清摄像头安装在机舱底部轴向中心线靠近叶轮位置处(具体的位置根据图像呈现情
况，确保尽量多的拍摄到叶片整体)；第二组高清摄像头安装在轮毂罩，每两支叶片之间，镜头方向可调整，可以拍摄左右两侧的叶片覆冰情况，一共安装3个。
50.除冰系统接收机组主控的指令，对叶片进行除冰处理，三支叶片上分别安装有一个除冰系统；除冰系统是除冰的执行机构，分两级工作状态，一是全功率状态，二是半功率状态；三支叶片上设置的除冰系统可独立运行，即可以单独开启，不一定是同时开同时关；除冰系统不限于气热、电热等除冰方式；
51.如图4-图5所示，激光信号仪安装在机舱内，固定在机架上；反射条的位置与叶片错开一定角度，如果与叶片角度一致，那么激光信号仪就正好在主轴的位置，不方便安装，不利于其功能的实现。激光信号仪用于判断叶片位置，方便进行除冰处理；
52.自动盘车系统可以驱动叶轮低速旋转，将叶片调整到需要的位置；
53.温湿度仪用来监测外界环境的温度和湿度，温湿度仪安装在机舱外部。另外，在叶片的内部，距离叶根1/3叶片长度处(该距离可根据叶片实际情况确定)，且非除冰系统附近，还要安装一个温度仪，用来间接监测叶片的温度；
54.声音报警系统在机组进行除冰的时候会发出警报，提醒周围的人员远离机组，防止发生人身伤亡事故；
55.通过机组偏航系统调整机舱的方向，防止除冰时，掉落的冰块对塔底的箱变、输电线杆造成损伤；
56.刹车系统在叶轮转动到相应位置时，及时令叶轮停止转动；
57.机组主控接收覆冰识别系统的信号，令机组进入除冰程序，对整个除冰过程进行控制；
58.远程监控系统接收覆冰识别系统的图像及机组主控的相关信号，对叶片覆冰情况做出判断及观察。
59.实施例2
60.一种风电机组叶片除冰方法，包括：
61.s1：叶片覆冰识别系统监测到叶片出现覆冰，将监测信息发送至机组主控；温湿度仪记录叶片出现覆冰时的外界环境温度和湿度，将记录数据发送至机组主控；
62.通过第一组高清摄像头进行覆冰识别时，在图像中显示识别叶根处标记叶片的序号，当进入除冰程序时，对应的打开相应叶片的除冰系统；当机组正常运行时，激光信号仪每触发一次，第一组高清摄像头拍照记录一次，使进入镜头的图像能更加完整的表征叶片的表面情况；或，当进入除冰程序时(只有进入除冰程序时，该功能才起作用)，起到计数的功能，激光信号仪每触发一次，自动盘车系统停止，刹车系统使能，使叶片固定住。此时拍照功能同样起作用，可以记录当前位置是第几支叶片。
63.通过第二组高清摄像头进行覆冰识别时，第二组高清摄像头与叶片相对静止，拍摄左右两侧的叶片覆冰情况，其采样周期设置为10min，即每10min记录一次。
64.通过温湿度仪记录叶片出现覆冰时的外界环境温度t0和湿度h0。
65.通过以上两组高清摄像头的拍摄结果，可以对叶片覆冰情况进行识别。
66.s2：进入除冰程序，通过机组主控控制除冰系统进行除冰，通过激光信号仪确认叶片位置，将位置信息发送至机组主控，通过机组主控控制声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统和刹车系统运行；
67.s21：声音报警系统发出警报，提醒周围的人员远离机位；
68.s22：机组停机；
69.s23：停机完成后，机组偏航系统工作，将机组转动到不影响塔底箱变等设备的扇区，防止掉落的冰块损坏设备；
70.s24：自动盘车系统启动，叶轮缓慢转动，当激光信号仪的信号触发时，自动盘车系统停止，刹车系统使能，将叶轮刹住停止转动；
71.s25：通过第一组高清摄像头的图像，识别出是第几支叶片，开启该叶片的除冰系统，在全功率状态下运行；
72.s26：通过第二组高清摄像头的图像和叶片内温度仪的记录，判断除冰情况；远程监控系统通过第一组高清摄像头和第二组高清摄像头呈现的图像观察除冰情况；
73.s27：该支叶片除冰完成后，为防止再次结冰，该支叶片的除冰系统半功率状态下运行；记录此时叶片内的温度t1；
74.s28：刹车系统松开刹车，重复步骤s24-s28，继续进行其余叶片的除冰工作。
75.s3：除冰程序完成后，机组恢复运行，通过远程监控系统观察除冰情况；
76.s31：除冰程序完成，解除声音报警系统；
77.s32：机组退出除冰程序，恢复正常运行状态；
78.s33：除冰系统依旧保持半功率状态运行，若t1有较大幅度下降(5℃及以上时，经验值)，则需要开启全功率运行状态；
79.s34：观察外界环境温度t0和湿度h0的变化，结冰时的临界温度记为ts，临界湿度记为hs，当t0》ts，或h0《hs，或两者都满足时，除冰系统停止工作，机组正常发电。
80.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
81.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种风电机组叶片除冰系统，其特征在于，包括：叶片覆冰识别系统、温湿度仪、激光信号仪、声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统、刹车系统、除冰系统、机组主控和远程监控系统；叶片覆冰识别系统与机组主控和远程监控系统相连，温湿度仪和激光信号仪与机组主控相连，声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统、刹车系统和除冰系统均与机组主控和远程监控系统相连。2.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片除冰系统，其特征在于，所述叶片覆冰识别系统将识别的叶片表面覆冰信息输送至机组主控和远程监控系统；温湿度仪和激光信号仪将收集的温湿度信息和叶片位置信息输送至机组主控；声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统、刹车系统和除冰系统根据机组主控发出的指令进行相应操作，通过远程监控系统进行监控。3.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片除冰系统，其特征在于，所述叶片覆冰识别系统包括两组高清摄像头，第一组高清摄像头安装在机舱底部轴向中心线靠近叶轮位置处，第二组高清摄像头安装在轮毂罩，每两支叶片之间。4.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片除冰系统，其特征在于，所述除冰系统接收机组主控的指令，对叶片进行除冰处理，三支叶片上分别安装有一个除冰系统；除冰系统包括两级工作状态：全功率状态和半功率状态；三支叶片上设置的除冰系统独立运行。5.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片除冰系统，其特征在于，所述激光信号仪安装在机舱内，固定在机架上。6.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片除冰系统，其特征在于，所述温湿度仪安装在机舱外部，叶片内部距离叶根1/3叶片长度处安装有温度仪。7.一种风电机组叶片除冰方法，其特征在于，基于权利要求1-6中任一项所述的一种风电机组叶片除冰系统，包括：s1：叶片覆冰识别系统监测到叶片出现覆冰，将监测信息发送至机组主控；温湿度仪记录叶片出现覆冰时的外界环境温度和湿度，将记录数据发送至机组主控；s2：进入除冰程序，通过机组主控控制除冰系统进行除冰，通过激光信号仪确认叶片位置，将位置信息发送至机组主控，通过机组主控控制声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统和刹车系统运行；s3：除冰程序完成后，机组恢复运行，通过远程监控系统观察除冰情况。8.根据权利要求7所述的一种风电机组叶片除冰方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括：通过第一组高清摄像头进行覆冰识别时，在图像中显示叶片序号，当机组正常运行时，激光信号仪每触发一次，第一组高清摄像头拍照记录一次；通过第二组高清摄像头进行覆冰识别时，第二组高清摄像头与叶片相对静止，拍摄左右两侧的叶片覆冰情况，采样周期设置为10min；通过温湿度仪记录叶片出现覆冰时的外界环境温度t0和湿度h0。9.根据权利要求8所述的一种风电机组叶片除冰方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：s21：声音报警系统发出警报；
s22：机组停机；s23：停机完成后，机组偏航系统工作，将机组转动到不影响塔底箱变设备的扇区；s24：自动盘车系统启动，叶轮缓慢转动，当激光信号仪的信号触发时，自动盘车系统停止，刹车系统使能，将叶轮刹住停止转动；s25：通过第一组高清摄像头的图像，识别叶片序号，开启该叶片的除冰系统，在全功率状态下运行；s26：通过第二组高清摄像头的图像和叶片内温度仪的记录，判断除冰情况；远程监控系统通过第一组高清摄像头和第二组高清摄像头呈现的图像观察除冰情况；s27：该支叶片除冰完成后，为防止再次结冰，该支叶片的除冰系统半功率状态下运行；记录此时叶片内的温度t1；s28：刹车系统松开刹车，重复步骤s24-s28，继续进行其余叶片的除冰工作。10.根据权利要求9所述的一种风电机组叶片除冰方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括：s31：除冰程序完成，解除声音报警系统；s32：机组退出除冰程序，恢复正常运行状态；s33：除冰系统保持半功率状态运行，若t1下降5℃及以上时，开启全功率运行状态；s34：观察外界环境温度t0和湿度h0的变化，结冰时的临界温度记为ts，临界湿度记为hs，当t0>ts，或h0<hs，或两者都满足时，除冰系统停止工作，机组正常发电。

技术总结
本发明属于风力发电领域，具体公开了一种风电机组叶片除冰系统及方法，本发明通过叶片覆冰识别系统监测叶片覆冰信息，将监测信息发送至机组主控；通过温湿度仪记录叶片出现覆冰时的外界环境温度和湿度，将记录数据发送至机组主控；通过机组主控控制除冰系统进行除冰；通过激光信号仪确认叶片位置，将位置信息发送至机组主控，通过机组主控控制声音报警系统、机组偏航系统、自动盘车系统和刹车系统运行，通过远程监控系统观察除冰情况，对风电机组叶片除冰过程采取了有效措施，保证除冰效果，同时，保障除冰过程的安全，确保除冰效果良好，除冰过程安全有保障，防止可能造成的设备损伤和人员伤亡。人员伤亡。人员伤亡。


技术研发人员：蔺雪峰 唐烂芳 文军 吴忠伟 孟秀俊 陈宫 汪德军 胡辉 詹彪 朱玉瑞 吴孝伟 刘勇 蔡安民 林伟荣
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 中国华能集团有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/21