CN107387340A - 风电机组叶片加热除冰系统和方法、加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组叶片加热除冰系统和方法、加热系统。该风电机组叶片加热除冰系统包括：结冰检测单元；多个叶片温度检测单元；多个加热单元；依次设置于为所述多块加热膜供电的电源和所述多块加热膜之间的多个第一接触器和多个第二接触器；主控制单元，所述主控制单元根据所述结冰检测单元检测到的叶片结冰状态、所述多个叶片温度检测单元检测到的叶片温度数据控制所述多个第一接触器和所述多个第二接触器的通断，所述主控制单元还根据接收的表示所述多个第二接触器通断状态的反馈信号，控制与所述多个第二接触器相连接的第一接触器的通断。采用本发明实施例中的技术方案，能够提高风电机组叶片的加热除冰过程的安全性。

Description

风电机组叶片加热除冰系统和方法、加热系统

技术领域

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种风电机组叶片加热除冰系统和方法、加热系统。

背景技术

目前，风力发电已成为新能源发电的主力军。根据风能源的分布情况，风力发电的机组(简称为风电机组)通常会选建于高原地区或者寒冷地区。由于高原地区或者寒冷地区气温低且湿度大，风电机组叶片在冬季时易出现结冰现象。

为解决风电机组叶片的结冰问题，现有技术中的方法为在叶片上设置加热组件，当叶片处于结冰状态时，控制加热组件对叶片进行加热除冰。但是，由于现有技术中的方法没有考虑到加热组件的停止加热条件和工作异常情况，因此，使用现有技术中的方法对叶片进行加热除冰时存在安全性较低的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种风电机组叶片加热除冰系统和方法、加热系统，能够提高风电机组叶片的加热除冰过程的安全性。

第一方面，本发明实施例提供了一种风电机组叶片加热除冰系统，包括：

结冰检测单元，所述结冰检测单元检测所述风电机组的叶片结冰状态；

多个加热单元，分别设置于所述风电机组的多个叶片上，每个叶片上的所述加热单元包括多块加热膜；

依次设置于为所述多块加热膜供电的电源和所述多块加热膜之间的多个第一接触器和多个第二接触器，其中，每个第二接触器与一块加热膜相连接，每个第一接触器与位于一个叶片上的多个第二接触器相连接；

多个叶片温度检测单元，分别设置于所述风电机组的多个叶片上，用于检测叶片温度数据；

主控制单元，所述主控制单元根据所述结冰检测单元检测到的叶片结冰状态、所述多个叶片温度检测单元检测到的叶片温度数据控制所述多个第一接触器和所述多个第二接触器的通断，所述主控制单元还根据接收的表示所述多个第二接触器通断状态的反馈信号，控制与所述多个第二接触器相连接的第一接触器的通断。

在第一方面的一些实施例中，所述多块加热膜沿所述叶片的长度方向依次设置。

在第一方面的一些实施例中，在所述结冰检测单元检测到的结冰状态为叶片已结冰时，所述主控制单元控制所述多个第一接触器和所述多个第二接触器接通。

在第一方面的一些实施例中，所述主控制单元还将所述多个叶片温度检测单元检测到的叶片温度数据与预设温度阈值进行比较，并在所述叶片温度数据超过所述预设温度阈值时，控制所述多个第二接触器断开。

在第一方面的一些实施例中，所述主控制单元还接收表示所述多个第二接触器是否已成功断开的反馈信号，并在所述反馈信号表示所述多个第二接触器中的一个或多个未成功断开时，控制与未成功断开的第二接触器相连接的第一接触器断开。

在第一方面的一些实施例中，所述风电机组叶片加热除冰系统还包括设置于所述电源和所述多个第一接触器之间的断路器，其中，所述主控制单元还接收表示所述多个第一接触器是否已成功断开的反馈信号，并在所述反馈信号表示所述多个第一接触器中的一个或多个未成功断开时，控制所述断路器断开。

在第一方面的一些实施例中，在所述多个第二接触器成功断开后，所述结冰检测单元在经过预设的延迟时间后重新检测所述叶片的结冰状态。

在第一方面的一些实施例中，每个所述温度检测单元包括设置于每个叶片上的多个光纤温度传感器，其中，所述风电机组叶片加热除冰系统还包括光纤解调仪，所述光纤解调仪接收所述多个光纤温度传感器感测的叶片温度数据，并将所述感测的叶片温度数据解析为所述主控制单元可识别的叶片温度数据。

在第一方面的一些实施例中，所述结冰检测单元包括：结冰传感器和/或视频监测装置，所述视频监测装置采集所述叶片的结冰状态图像数据。

在第一方面的一些实施例中，所述主控制单元包括多个输入接口，用于分别接收所述叶片检测单元检测到的结冰状态、所述多个叶片温度检测单元检测到的多路叶片温度数据和表示所述多个第一接触器和所述多个第二接触器是否已成功断开的多路反馈信号。

在第一方面的一些实施例中，所述主控制单元还包括多个输出接口，用于分别向所述多个第一接触器和所述第二接触器输出控制所述多个第一接触器和所述第二接触器接通和断开的多路控制信号。

在第一方面的一些实施例中，所述主控制单元为ARM AM 3352型号的控制器。

第二方面，本发明实施例提供了一种加热系统，应用于如上所述的叶片加热除冰系统，所述加热系统包括多个加热控制柜，所述多个加热控制柜与叶片对应设置；每个加热控制柜中设置有一个所述第一接触器和多个所述第二接触器；所述主控制单元设置于其中一个加热控制柜中，所述主控制单元通过I/O接口分别与所述结冰检测单元连接，与所述多个叶片温度检测单元连接，以及与每个加热控制柜中的第一接触器和多个第二接触器连接。

在第二方面的一些实施例中，所述主控制单元还与风机主控系统之间采用Profibus DP协议进行通讯。

第三方面，本发明实施例提供了一种风电机组叶片加热除冰方法，应用于如上所述的叶片加热除冰系统，所述风电机组叶片加热除冰方法包括：

由所述结冰检测单元检测所述风电机组的叶片结冰状态；

由所述多个叶片温度检测单元分别检测所述风电机组的多个叶片的叶片温度数据；

由所述主控制单元根据所述结冰检测单元检测到的叶片结冰状态和所述多个叶片温度检测单元检测到的叶片温度数据控制所述多个第一接触器和所述多个第二接触器的通断；

由所述主控制单元根据接收的表示所述多个第二接触器通断状态的反馈信号，控制与所述多个第二接触器相连接的第一接触器的通断。

在第三方面的一些实施例中，在所述结冰检测单元检测到的结冰状态为叶片已结冰时，由所述主控制单元控制所述多个第一接触器和所述多个第二接触器接通。

在第三方面的一些实施例中，由所述主控制单元将所述多个叶片温度检测单元检测到的叶片温度数据与预设温度阈值进行比较，并在所述叶片温度数据超过所述预设温度阈值时，控制所述多个第二接触器断开。

在第三方面的一些实施例中，由所述主控制单元接收表示所述多个第二接触器是否已成功断开的反馈信号，并在所述反馈信号表示所述多个第二接触器中的一个或多个未成功断开时，控制与未成功断开的第二接触器相连接的第一接触器断开。

在第三方面的一些实施例中，所述风电机组叶片加热除冰系统还包括设置于所述电源和所述多个第一接触器之间的断路器，所述风电机组叶片加热除冰方法还包括：由所述主控制单元还接收表示所述多个第一接触器是否已成功断开的反馈信号，并在所述反馈信号表示所述多个第一接触器中的一个或多个未成功断开时，控制所述断路器断开。

在第三方面的一些实施例中，所述风电机组叶片加热除冰方法还包括：在所述多个第二接触器成功断开后，所述结冰检测单元在经过预设的延迟时间后重新检测所述叶片的结冰状态。

由上所述，本发明实施例提供的风电机组叶片加热除冰系统包括结冰检测单元、叶片温度检测单元和主控制单元，且在每个叶片上的设置有多块加热膜，在为多块加热膜供电的电源和多块加热膜之间依次设置有多个第一接触器和多个第二接触器，其中，每个第二接触器与一块加热膜相连接，每个第一接触器与位于一个叶片上的多块加热膜所对应的多个第二接触器相连接。

在使用本发明实施例提供的风电机组叶片加热除冰系统对叶片进行加热除冰时，由结冰检测单元检测风电机组的叶片结冰状态，由多个叶片温度检测单元检测每个叶片的叶片温度数据，主控制单元能够根据结冰检测单元检测到的叶片结冰状态、多个叶片温度检测单元检测到的叶片温度数据分别控制多个第一接触器和多个第二接触器的通断，从而能够对多个加热膜开始加热和停止加热的条件进行精准控制，解决风电机组的结冰问题。主控制单元还能够根据接收的表示多个第二接触器通断状态的反馈信号控制与多个第二接触器相连接的第一接触器的通断，从而能够避免第二接触器因工作异常导致的加热膜持续加热引起的安全问题。因此，本发明实施例提供的风电机组叶片加热除冰系统能够提高风电机组叶片的加热除冰过程的安全性。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明一实施例的风电机组叶片加热除冰系统的结构示意图；

图2为本发明又一实施例的风电机组叶片加热除冰系统的结构示意图；

图3为本发明实施例的风电机组一个叶片的结构示意图；

图4为本发明实施例的风电机组叶片加热系统的结构示意图；

图5为本发明实施例的ARM控制器的功能框架的结构示意图，

图6为本发明实施例的基于ARM控制器的风电机组叶片加热除冰系统的结构示意图；

图7本发明一实施例的风电机组叶片加热除冰方法的流程示意图；

图8为本发明又一实施例的风电机组叶片加热除冰系统的流程示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明实施例的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明实施例可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明实施例的示例来提供对本发明实施例的更好的理解。本发明实施例决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明实施例的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明实施例造成不必要的模糊。

本发明实施例提供的风电机组叶片加热除冰系统和方法，能够有效地解决风电机组叶片的结冰问题，且能够避免因加热组件过热而导致的叶片安全问题。

图1为本发明实施例提供的风电机组叶片加热除冰系统的结构示意图。图1中的风电机组叶片加热除冰系统包括：结冰检测单元101、温度检测单元102、多个加热单元103、多个第一接触器104、多个第二接触器105和主控制单元106。图1中示例性地示出了各个结构单元之间的信号传递关系。

其中，结冰检测单元101用于检测风电机组的叶片结冰状态。结冰检测单元101可以设置于叶片上，也可以设置于机舱位置。当结冰检测单元101设置于机舱位置时，结冰检测单元101可以同时检测风电机组的多个叶片的结冰状态。

多个加热单元103分别设置于风电机组的多个叶片上，每个叶片上的加热单元103包括多块加热膜1031。由于风电机组叶片的长度可以达到几十米，因此每个叶片需要铺设多块加热膜1031才能够满足叶片的加热除冰要求。示例性地，多块加热膜1031可以沿叶片的长度方向依次铺设。多块加热膜1031可以采用预埋工艺铺设于叶片表面的下方。多块加热膜1031还可以在叶片的两个表面对称铺设，叶片的两个表面分别称为压力面和吸力面。

图2为本发明实施例提供的风电机组叶片加热除冰系统的结构示意图。图2示例性地展示了一个叶片相关的电路连接关系。参看图2，多个第一接触器104和多个第二接触器105依次设置于为多块加热膜1031供电的电源201和多块加热膜1031之间，其中，每个第二接触器105与一块加热膜1031相连接，每个第一接触器104与位于一个叶片上的多块加热膜1031所对应的多个第二接触器105相连接。也就是说，对于加热膜1031与电源201之间的供电线路来讲，第二接触器105可以理解为一级开关，第一接触器104可以理解为二级开关，当加热膜1031对叶片进行加热时，需要将该加热膜1031对应的第一开关和二级开关均接通。而停止对加热膜1031加热时，只需要将任意一级的开关断开。需要说明的是，为多块加热膜1031供电的电源201可以包含在本系统内，也可以是外部电源201。

多个叶片温度检测单元102用于检测叶片温度数据。多个叶片温度检测单元102分别设置于风电机组的多个叶片上。类似地，多个温度检测单元102可以和加热膜1031一起预埋于叶片表面的下方，两者分别位于叶片表面下方的不同结构层。

主控制单元106可以根据结冰检测单元101检测到的叶片结冰状态、多个叶片温度检测单元102检测到的叶片温度数据控制多个第一接触器104和多个第二接触器105的通断，主控制单元106还根据接收的表示多个第二接触器105通断状态的反馈信号，控制与多个第二接触器105相连接的第一接触器104的通断。

在使用本发明实施例提供的风电机组叶片加热除冰系统对叶片进行加热除冰时，由结冰检测单元101检测风电机组的叶片结冰状态，由多个叶片温度检测单元102检测每个叶片的叶片温度数据，主控制单元106能够根据结冰检测单元101检测到的叶片结冰状态、多个叶片温度检测单元102检测到的叶片温度数据分别控制多个第一接触器104和多个第二接触器105的通断，从而对多个加热膜1031的开始加热和停止加热的条件进行精准控制，以解决风电机组的叶片结冰问题。主控制单元106还能够根据接收的表示多个第二接触器105通断状态的反馈信号控制与多个第二接触器105相连接的第一接触器104的通断，避免第二接触器105因工作异常导致的加热膜1031持续加热引起的安全问题。因此，本发明实施例提供的风电机组叶片加热除冰系统能够提高风电机组叶片的加热除冰过程的安全性。

其中，每个温度检测单元102包括设置于每个叶片上的多个光纤温度传感器，风电机组叶片加热除冰系统还包括光纤解调仪107(参看图1)，光纤解调仪107接收多个光纤温度传感器感测的叶片温度数据，并将感测的叶片温度数据解析为主控制单元106可识别的叶片温度数据。示例性地，从叶片根部的盖板孔伸出后，加热膜1031供电电线直接与主控制单元106连接，而光纤301进入光纤解调仪107后再输入主控制单元106。光纤301通过光纤解调仪107后将带有光纤301中心波长信息的叶片温度感测信号转换为主控制单元106可解析的叶片温度数据信号。

为了便于本领域技术人员理解，下面对本发明实施例中的叶片的结构进行示例性说明。图3为本发明实施例的风电机组一个叶片的结构示意图。图3仅示例性地示出了叶片一面的结构示意图，其中，加热膜1031和光纤温度传感器在叶片的吸力面和压力面上对称分布，即在吸力面有两块加热膜1031，在压力面有两块加热膜1031，光纤温度传感器在吸力面有四个光纤温度传感器，在压力面有四个光纤温度传感器。

参看图3，两块加热膜1031可以按照从叶尖向叶根的顺序依次铺放。加热膜1031之间可以留出一定间距，比如30mm-60mm。加热膜1031的宽度可以根据叶片型号来确定，一般不超过叶片弦长的2/3。图3中的黑色圆点为光纤温度传感器的位置，即叶片测温点，每块加热膜1031上的测温点可以位于加热膜1031的左、中或右三个位置，也可以位于加热膜1031的其他位置。位于叶片同一面上的多个光纤温度传感器可以通过一根光纤301首尾相连，即每个叶片对应两根光纤301，1根光纤301可以同时传输多个温度数据。在一个例子中，光纤301和加热膜1031供电电线可以在叶根50cm处汇合，然后从叶片根部的盖板孔伸出，到达叶片外部，比如主控制单元106。

图4为本发明实施例提供的加热系统的结构示意图，应用于如上所述的叶片加热除冰系统。图4中的加热系统包括多个加热控制柜402，多个加热控制柜402与叶片对应设置。

每个加热控制柜402中设置有一个第一接触器104和与第一接触器104分别连接的多个第二接触器105，每个第二接触器105与位于叶片上的一块加热膜1031连接，第一接触器104还与为加热膜1031供电的电源连接。

多个加热控制柜402的其中一个加热控制柜402中设置有主控制单元106，主控制单元106通过I/O接口分别与结冰检测单元101连接，与位于每个叶片上的叶片温度检测单元102连接，与位于每个加热控制柜402中的第一接触器104和多个第二接触器105连接，用于根据结冰检测单元101检测到的叶片结冰状态、多个叶片温度检测单元102检测到的叶片温度数据控制多个第一接触器104和多个第二接触器105的通断，主控制单元106还根据接收的表示多个第二接触器105通断状态的反馈信号，控制与多个第二接触器105相连接的第一接触器104的通断。

进一步地，主控制单元106还与风机主控系统403之间采用Profibus DP协议进行通讯。

其中，本发明实施例的主控制单元106可以为ARM控制器。与单片机相比，ARM控制器具有诸多优点，比如对元件值的容限不敏感、数据速度高、精度高、实时性强、外设和接口比较丰富等。优选地，可以采用市场占有率较高的ARM AM 3352型号的控制器。下面列出了ARM AM 3352型号控制板的性能指标：(1)内嵌协处理器及图形加速引擎；(2)内嵌可编程实时单元及工业通讯子系统；(3)512MB DDR3 SDRAM，512MB Flash；(4)线扩展接口支持(16位数据，26位地址)；(5)1路工业以太网，含PHY；(6)1个调试串口，最多6个用户串口；(7)TFTLCD/VGA/HDMI显示及触摸屏接口(可选)；(8)WIFI支持；(9)2路CAN2.0A/B接口，2路USB2.0OTG接口；(10)8通道12位ADC；(11)SD/TF/MMC存储卡扩展支持；(12)多路SPI、TC/PWM及GPIO；(13)8通道光电隔离开关量输入(24V)；(14)8通道光电隔离开关量输出(24V)；(15)外接6路220V继电器输出；(16)8温度传感器专用接口芯片LMP90100(信号调理)；(17)LED指示灯若干；(18)数字/模拟电源201、通讯电源201、CAP/IO电源201、开关量输入/输出电源201各自独立，由外部供给。

图5为本发明实施例提供的ARM控制器的系统框架结构示意图。图中ARM控制器的型号为ARM335X。

其中，LMP90100芯片接口能够同时接收8通道的叶片温度数据；共8通道光电隔离开关输入，能够同时接收8通道输入数据；共8通道光电隔离开关输出，能够同时输出8通道控制驱动信号；VPC+3用于与风机主控系统403之间采用Profibus DP协议进行通讯；支持CANopen、USB和WIFi通信。

为便于本领域技术人员实施，下面对基于ARM控制器的风电机组叶片加热除冰系统的具体实现形式进行详细说明。

图6为本发明实施例提供的基于ARM控制器的风电机组叶片加热除冰系统的结构示意图。图6中示出的风电机组包括3个叶片。可以为每个叶片设置一个加热控制柜402。加热控制柜402可以设置于对应叶片的叶根挡板上。ARM控制器601可以安装在其中一个叶片的加热控制柜402中，比如第三叶片的加热控制柜402。

示例性地，每个叶片有8个光纤温度传感器，位于叶片同侧的4个光纤温度传感器通过一根光纤301(参看图3)连接。为采集叶片温度数据，每个叶片上的两根光纤301经2个通道输入光纤解调仪107，经解析后再接入对应叶片的加热控制柜402中。每个加热控制柜402能够同时采集8个通道的温度信号，而对于同样的情况，PT100需要8根导线经8通道接入加热控制柜402。此外，采用光纤温度传感器对叶片进行温度检测还具有良好的防雷效果。

其中，每个加热控制柜402还包括1个大接触器(对应上文中的第一接触器)和4个小接触器(对应上文中的第二接触器)，4个小接触器分别连接对应叶片上的4块加热膜1031(参看图1)。大接触器和小接触器依次设置于电源201和加热膜1031之间的线路上(参看图2)。电源201为经滑环连接的机舱230V电源。在一个示例中，每个叶片通过4个小接触器输出4路220V电源，单个通道加热电流为16A左右，4个通道的总功率为14KW左右，具有功耗低，但加热效率高的优点。

其中，每个大接触器和小接触器还分别接收ARM控制器601的加热指令，根据ARM控制器601的指令执行接通和断开操作，以控制对应加热膜1031的加热状况。在一个示例中，每个叶片的加热控制柜402的5路DO分别控制1个大接触器和4个小接触器的通断，每个叶片的加热控制柜402的5路DI还分别接收1个大接触器和4个小接触器的反馈信号。

其中，叶片1和叶片2中的加热控制柜402与叶片3中的ARM控制器601可以通过EtherCAT、CANopen或者其他方式进行通讯。ARM控制器601还通过Profibus DP通讯的方式实现与风机主控系统403进行数据和指令实时交互。每个加热控制柜402中电源线路的防雷等级为B+C级，Profibus DP通讯和EtherCAT或CANopen通讯也有防雷保护。

下面结合实际应用场景，对风电机组叶片加热除冰系统的工作方式进行具体说明。

在一个例子中，在结冰检测单元101检测到的结冰状态为叶片已结冰时，主控制单元106控制多个第一接触器104和多个第二接触器105接通。

为避免出现叶片过加热的情况，在一个例子中，主控制单元106还将多个叶片温度检测单元102检测到的叶片温度数据与预设温度阈值进行比较，并在叶片温度数据超过预设温度阈值时，控制多个第二接触器105断开。其中，预设温度阈值的选取与环境相关，要求即能够达到理想的除冰效果，又不会对叶片造成损坏。通常可以在40℃～50℃温度范围内对预设温度阈值进行选取。

为了应对接触器在使用较长时间后出现的粘连或不吸合的情况，主控制单元106还接收表示多个第二接触器105是否已成功断开的反馈信号，并在反馈信号表示多个第二接触器105中的一个或多个未成功断开时，控制与未成功断开的第二接触器105相连接的第一接触器104断开。与现有技术中仅有一级控制的方式相比，此处两级控制的方式在接收到第二接触器105的无法断开的反馈信号后，可以通过第一控制器断开电源201，从而避免因第二接触器失效引起的叶片过热问题。此外，如果接收到接触器不吸合的反馈信号，也可以及时发出提示信息，通知工作人员进行维修，从而提高了风电机组的加热除冰效率。

类似地，如果第一接触器104也出现粘连的情况，为了避免因第一接触器104粘连引起风电机组叶片过热的问题。风电机组叶片加热除冰系统还包括设置于电源201和多个第一接触器104之间的断路器602(参看图4)，其中，主控制单元106还接收表示多个第一接触器104是否已成功断开的反馈信号，并在反馈信号表示多个第一接触器104中的一个或多个未成功断开时，控制断路器602断开。

可选地，在多个第二接触器105成功断开后，结冰检测单元101可以在经过预设的延迟时间后重新检测叶片的结冰状态。示例性地，预设的延迟时间可以接近叶片的结冰周期，比如30分钟。

根据本发明的实施例，结冰检测单元101包括结冰传感器和/或视频监测装置，视频监测装置采集叶片的结冰状态图像数据。可以通过结冰传感器或视频监测设备的其中一个检测叶片的结冰状态，也可以将两者组合在一起检测叶片的结冰状态。

其中，结冰传感器检测自身的结冰情况，在结冰传感器自身结冰的情况下可以等效认为风电机组的多个叶片已结冰。因此，可以将结冰传感器安装于风电机组机舱气象架上，以同时探测风电机组的多个叶片。在结冰传感器工作时，结冰传感器可以输出2路DI信号，一路为结冰传感器工作状态，True表示工作正常，False表示工作异常；另一路为结冰状态判断，True表示结冰，False表示未结冰。结冰传感器器的DI信号可以直接发送给风电机组加热除冰系统的主控制单元106，也可以发送给风电机组主控系统，经由风电机组主控系统再发送给风电机组加热除冰系统的主控制单元106。

视频监测装置安装于风电机级机舱顶部，由成像系统和控制云台组成。其中，成像系统包括CMOS相机和外部防护罩，CMOS相机用于采集叶片表面的视频图像。控制云台主要实现CMOS相机与外部设备的数据通讯及动作控制。外部设备可以是风电机组主控系统的工控机，控制云台经由TCP/IP协议接入工控机，可通过在工控机上安装相应的客户端软件将采集到的视频图像通过web访问传输至本地，然后经由本地获取视频图像信息来处理分析，将叶片结冰状态的分析结果发送给风电机组加热除冰系统的主控制单元106。

在一个示例中，可以仅使用结冰传感器对叶片进行结冰检测。当结冰传感器检测到叶片的结冰状态为叶片已结冰，结冰传感器向主控制单元106输出叶片已结冰的结冰状态之后，还对自身进行除冰。

在另一个示例中，可以将结冰传感器和视频检测设备融合使用。当结冰传感器检测到叶片的结冰状态为叶片已结冰，由视频检测设备进一步确认叶片的结冰状态，若视频检测设备确认叶片的结冰状态为叶片已结冰，则视频检测设备向主控制单元106输出叶片已结冰的结冰状态之后，由结冰传感器对自身进行除冰。

图7为本发明一实施例提供的风电机组叶片加热除冰方法的流程示意图。图7中的风电机组叶片加热除冰方法包括步骤701至步骤704，应用于如上所述的风电机组叶片加热除冰系统。

在步骤701中，由结冰检测单元101检测风电机组的叶片结冰状态。

在步骤702中，由多个叶片温度检测单元102分别检测风电机组的多个叶片的叶片温度数据。

在步骤703中，由主控制单元106根据结冰检测单元101检测到的叶片结冰状态和多个叶片温度检测单元102检测到的叶片温度数据控制多个第一接触器104和多个第二接触器105的通断。

在步骤704中，由主控制单元106根据接收的表示多个第二接触器105通断状态的反馈信号，控制与多个第二接触器105相连接的第一接触器104的通断。

在使用本发明实施例提供的风电机组叶片加热除冰系统对叶片进行加热除冰时，由结冰检测单元101检测风电机组的叶片结冰状态，由多个叶片温度检测单元102检测每个叶片的叶片温度数据，主控制单元106能够根据结冰检测单元101检测到的叶片结冰状态、多个叶片温度检测单元102检测到的叶片温度数据分别控制多个第一接触器104和多个第二接触器105的通断，从而能够对多个加热膜1031的开始加热和停止加热的条件进行精准控制，解决了风电机组的结冰问题。主控制单元106还能够根据接收的表示多个第二接触器105通断状态的反馈信号控制与多个第二接触器105相连接的第一接触器104的通断，从而能够避免第二接触器105因工作异常导致的加热膜1031持续加热引起的安全问题。因此，本发明实施例提供的风电机组叶片加热除冰系统能够提高风电机组叶片的加热除冰过程的安全性。

下面对本发明实施例的风电机组叶片加热除冰方法进行详细说明。

在步骤703中，在结冰检测单元101检测到的结冰状态为叶片已结冰时，由主控制单元106控制多个第一接触器104和多个第二接触器105接通。

为避免出现叶片过加热的情况，在步骤703中，由主控制单元106将多个叶片温度检测单元102检测到的叶片温度数据与预设温度阈值进行比较，并在叶片温度数据超过预设温度阈值时，控制多个第二接触器105断开。

为了针对接触器在使用较长时间后出现的粘连或不吸合的情况，在步骤704中，由主控制单元106接收表示多个第二接触器105是否已成功断开的反馈信号，并在反馈信号表示多个第二接触器105中的一个或多个未成功断开时，控制与未成功断开的第二接触器105相连接的第一接触器104断开。

类似地，如果第一接触器104也出现粘连的情况，为了避免因第一接触器104粘连引起的叶片过热问题风电机组叶片加热除冰系统还包括设置于电源201和多个第一接触器104之间的断路器602，在步骤704之后，风电机组叶片加热除冰方法还包括：由主控制单元106还接收表示多个第一接触器104是否已成功断开的反馈信号，并在反馈信号表示多个第一接触器104中的一个或多个未成功断开时，控制断路器602断开。

可选地，在多个第二接触器105成功断开后，结冰检测单元101在经过预设的延迟时间后重新检测叶片的结冰状态，实现对叶片结冰状态的有效监测。

图8为本发明又一实施例的风电机组叶片加热除冰方法的流程示意图。图8中风电机组叶片加热除冰方法包括步骤801至步骤809。

在步骤801中，判断叶片是否结冰。

在步骤802中，若叶片已结冰，则控制大接触器接通。

在步骤803中，控制小接触器接通，使得加热膜1031对叶片进行加热。

在步骤804中，判断叶片温度数据是否大于预设阈值。

在步骤805中，若叶片温度数据大于预设阈值，则控制小接触器断开，与小接触器相连接的加热膜1031停止对叶片加热。

在步骤806中，判断所有小接触器是否均断开。其中，可以判断一个叶片对应的所有小接触器是否均断开，也可以判断多个叶片对应的所有小接触器是否均断开，本领域技术人员可以根据实际方案调整。此处以判断多个叶片对应的所有小接触器是否均断开进行举例。

在步骤807中，若存在一个或多个小接触器未成功断开，则控制未成功断开的小接触器对应的大接触器断开。

在步骤808中，判断与未成功断开的小接触器对应的大接触器是否断开。

在步骤809中，若与未成功断开的小接触器对应的大接触器未断开，则控制断路器602断开。

本发明实施例中略去了执行主体，重点描述风电机组加热除冰方法中的逻辑本质。在具体实施时可以结合本发明实施例中的图1至图4进行系统框架的搭建和执行主体的选择。

要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (20)

1.一种风电机组叶片加热除冰系统，其特征在于，包括：

结冰检测单元，所述结冰检测单元检测所述风电机组的叶片结冰状态；

多个加热单元，分别设置于所述风电机组的多个叶片上，每个叶片上的所述加热单元包括多块加热膜；

依次设置于为所述多块加热膜供电的电源和所述多块加热膜之间的多个第一接触器和多个第二接触器，其中，每个第二接触器与一块加热膜相连接，每个第一接触器与位于一个叶片上的多个第二接触器相连接；

多个叶片温度检测单元，分别设置于所述风电机组的多个叶片上，用于检测叶片温度数据；

主控制单元，所述主控制单元根据所述结冰检测单元检测到的叶片结冰状态、所述多个叶片温度检测单元检测到的叶片温度数据控制所述多个第一接触器和所述多个第二接触器的通断，所述主控制单元还根据接收的表示所述多个第二接触器通断状态的反馈信号，控制与所述多个第二接触器相连接的第一接触器的通断。

2.根据权利要求1所述的风电机组叶片加热除冰系统，其特征在于，所述多块加热膜沿所述叶片的长度方向依次设置。

3.根据权利要求1所述的风电机组叶片加热除冰系统，其特征在于，在所述结冰检测单元检测到的结冰状态为叶片已结冰时，所述主控制单元控制所述多个第一接触器和所述多个第二接触器接通。

4.根据权利要求1所述的风电机组叶片加热除冰系统，其特征在于，所述主控制单元还将所述多个叶片温度检测单元检测到的叶片温度数据与预设温度阈值进行比较，并在所述叶片温度数据超过所述预设温度阈值时，控制所述多个第二接触器断开。

5.根据权利要求4所述的风电机组叶片加热除冰系统，其特征在于，所述主控制单元还接收表示所述多个第二接触器是否已成功断开的反馈信号，并在所述反馈信号表示所述多个第二接触器中的一个或多个未成功断开时，控制与未成功断开的第二接触器相连接的第一接触器断开。

6.根据权利要求5所述的风电机组叶片加热除冰系统，其特征在于，所述风电机组叶片加热除冰系统还包括设置于所述电源和所述多个第一接触器之间的断路器，

其中，所述主控制单元还接收表示所述多个第一接触器是否已成功断开的反馈信号，并在所述反馈信号表示所述多个第一接触器中的一个或多个未成功断开时，控制所述断路器断开。

7.根据权利要求1所述的风电机组叶片加热除冰系统，其特征在于，

在所述多个第二接触器成功断开后，所述结冰检测单元在经过预设的延迟时间后重新检测所述叶片的结冰状态。

8.根据权利要求1所述的风电机组叶片加热除冰系统，其特征在于，每个所述温度检测单元包括设置于每个叶片上的多个光纤温度传感器，其中，

所述风电机组叶片加热除冰系统还包括光纤解调仪，所述光纤解调仪接收所述多个光纤温度传感器感测的叶片温度数据，并将所述感测的叶片温度数据解析为所述主控制单元可识别的叶片温度数据。

9.根据权利要求1所述的风电机组叶片加热除冰系统，其特征在于，所述结冰检测单元包括：结冰传感器和/或视频监测装置，所述视频监测装置采集所述叶片的结冰状态图像数据。

10.根据权利要求1所述的风电机组叶片加热除冰系统，其特征在于，所述主控制单元包括多个输入接口，用于分别接收所述叶片检测单元检测到的结冰状态、所述多个叶片温度检测单元检测到的多路叶片温度数据和表示所述多个第一接触器和所述多个第二接触器是否已成功断开的多路反馈信号。

11.根据权利要求1所述的风电机组叶片加热除冰系统，其特征在于，所述主控制单元还包括多个输出接口，用于分别向所述多个第一接触器和所述第二接触器输出控制所述多个第一接触器和所述第二接触器接通和断开的多路控制信号。

12.根据权利要求1所述的风电机组叶片加热除冰系统，其特征在于，所述主控制单元为ARM AM 3352型号的控制器。

13.一种加热系统，其特征在于，应用于如权利要求1-12任意一项所述的风电机组叶片加热除冰系统，所述加热系统包括多个加热控制柜，所述多个加热控制柜与叶片对应设置；

每个加热控制柜中设置有一个所述第一接触器和多个所述第二接触器；

所述主控制单元设置于其中一个加热控制柜中，所述主控制单元通过I/O接口分别与所述结冰检测单元连接，与所述多个叶片温度检测单元连接，以及与每个加热控制柜中的第一接触器和多个第二接触器连接。

14.根据权利要求13所述的加热系统，其特征在于，所述主控制单元还与风机主控系统之间采用Profibus DP协议进行通讯。

15.一种风电机组叶片加热除冰方法，其特征在于，应用于如权利要求1-12任意一项所述的风电机组叶片加热除冰系统，所述风电机组叶片加热除冰方法包括：

由所述结冰检测单元检测所述风电机组的叶片结冰状态；

由所述多个叶片温度检测单元分别检测所述风电机组的多个叶片的叶片温度数据；

由所述主控制单元根据所述结冰检测单元检测到的叶片结冰状态和所述多个叶片温度检测单元检测到的叶片温度数据控制所述多个第一接触器和所述多个第二接触器的通断；

由所述主控制单元根据接收的表示所述多个第二接触器通断状态的反馈信号，控制与所述多个第二接触器相连接的第一接触器的通断。

16.根据权利要求15所述的风电机组叶片加热除冰方法，其特征在于，在所述结冰检测单元检测到的结冰状态为叶片已结冰时，由所述主控制单元控制所述多个第一接触器和所述多个第二接触器接通。

17.根据权利要求15所述的风电机组叶片加热除冰方法，其特征在于，由所述主控制单元将所述多个叶片温度检测单元检测到的叶片温度数据与预设温度阈值进行比较，并在所述叶片温度数据超过所述预设温度阈值时，控制所述多个第二接触器断开。

18.根据权利要求17所述的风电机组叶片加热除冰方法，其特征在于，由所述主控制单元接收表示所述多个第二接触器是否已成功断开的反馈信号，并在所述反馈信号表示所述多个第二接触器中的一个或多个未成功断开时，控制与未成功断开的第二接触器相连接的第一接触器断开。

19.根据权利要求18所述的风电机组叶片加热除冰方法，其特征在于，所述风电机组叶片加热除冰系统还包括设置于所述电源和所述多个第一接触器之间的断路器，所述风电机组叶片加热除冰方法还包括：

由所述主控制单元还接收表示所述多个第一接触器是否已成功断开的反馈信号，并在所述反馈信号表示所述多个第一接触器中的一个或多个未成功断开时，控制所述断路器断开。

20.根据权利要求15所述的风电机组叶片加热除冰方法，其特征在于，还包括：

在所述多个第二接触器成功断开后，所述结冰检测单元在经过预设的延迟时间后重新检测所述叶片的结冰状态。