CN107781121A - 风力发电机的叶片除冰控制方法、装置及除冰系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的风力发电机的叶片除冰控制方法、装置及除冰系统，通过判断叶片结冰时，对当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行计算，得到第一计算结果；然后确定结冰位置，实现了具体结冰位置的确定；再控制除冰设备对结冰位置进行除冰，避免了现有技术中将叶片作为整体对其进行统一加热而带来的加热能量损耗过大的问题；最后通过对当前接收的基准信号和结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果，直至计算得到的第二计算结果满足第一预设条件，控制除冰设备停止除冰，实现了对于除冰过程的监控，保证良好的除冰效果的同时，避免产生过热的情况。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电机的叶片除冰控制方法、装置及除冰系统。
背景技术
在我国风力发电领域中，分布有优质风资源的三北(东北、西北、华北)地区和高原地区，在其冬季气温低、湿度大的环境影响下，经常出现风力发电机叶片结冰现象；并且，南方的部分风场也不时发生叶片结冰现象。叶片结冰对风力发电机组的危害很大，不仅改变了叶片的气动特性，降低捕风能力，影响发电量；其次易造成过载，缩短部件使用寿命；同时叶片旋转过程中结冰若脱落，易造成运营事故。
当前的现有技术通常是将叶片作为整体对其进行统一加热。然而，由于叶片的尺寸较大，因此叶片上不同位置的结冰状态并不相同。例如，沿叶片从叶根至叶尖方向的不同区域，结冰的状态并不相同。显然，对叶片的不同区域进行除冰需要消耗的热能并不相同，传统的叶片除冰技术存在加热能量损耗过大、且除冰效果不好的技术缺陷。
发明内容
本发明提供一种风力发电机的叶片除冰控制方法、装置及除冰系统，以解决现有技术中加热能量损耗过大且除冰效果不好的问题。
为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种风力发电机的叶片除冰控制方法，包括：
判断叶片是否结冰；
若判断叶片结冰，对当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行计算，得到第一计算结果；
根据所述第一计算结果确定结冰位置；
生成对所述结冰位置进行除冰的启动控制信号；
对当前接收的基准信号和所述结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果；
在第二计算结果满足第一预设条件的情况下，生成停止除冰的停机控制信号。
优选的，所述基准信号为环境温度信号；所述局部状态信号为局部温度信号；
所述对当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行计算，得到第一计算结果，包括：
根据各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号，分别计算得到各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号的标准差；
根据环境温度信号和时间轴上的滑动窗口原理，计算得到预设滑动窗口内的环境温度指标；
分别将各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号的标准差与所述预设滑动窗口内的环境温度指标作差，得到多个温度差值；
所述根据所述第一计算结果确定结冰位置，包括：
将温度差值大于第一预设范围的标准差所对应的局部区域确定为所述结冰位置。
优选的，所述对当前接收的基准信号和所述结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果，包括：
对当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号进行除冰面积估算，得到除冰面积；
对所述除冰面积求微分，得到所述除冰面积的微分值；
将当前接收的所述结冰位置上的多个局部温度信号与已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部温度信号进行比较，得到当前接收的所述结冰位置上的多个局部温度信号的上升速度；
所述第一预设条件为：所述除冰面积的微分值趋于零且当前接收的所述结冰位置上的多个局部温度信号的上升速度均超过预设速度。
优选的，在所述生成停止除冰的停机控制信号之后，还包括：
判断当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号是否满足第二预设条件；所述第二预设条件为：所述结冰位置上的多个局部温度信号的最大值大于所述环境温度信号，且所述环境温度信号大于0℃；
若当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号不满足所述第二预设条件，返回至所述判断叶片是否结冰的步骤，直至当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号满足所述第二预设条件。
优选的，所述基准信号为叶片固有频率；所述局部状态信号为局部振动频率；
所述对当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行计算，得到第一计算结果，包括：
分别将各个叶片上各个局部区域的多个局部振动频率与所述叶片固有频率作差，得到多个频率差值；
所述根据所述第一计算结果确定结冰位置，包括：
将频率差值大于第二预设范围的局部振动频率所对应的局部区域确定为所述结冰位置。
优选的，所述对当前接收的基准信号和所述结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果，包括：
对当前接收的叶片固有频率和所述结冰位置上的多个局部振动频率作差，得到多个当前频率差值；
将所述结冰位置上的多个局部振动频率与已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部振动频率进行比较，得到当前接收的所述结冰位置上的多个局部振动频率的变化率；
所述第一预设条件为：所述当前频率差值小于第三预设范围，且当前接收的所述结冰位置上的多个局部振动频率的变化率均小于预设变化率。
一种叶片除冰控制装置，包括：
结冰判断单元，用于判断叶片是否结冰；
第一计算单元，用于若判断叶片结冰，对当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行计算，得到第一计算结果；
位置确定单元，用于根据所述第一计算结果确定结冰位置；
启动控制单元，用于生成对所述结冰位置进行除冰的启动控制信号；
第二计算单元，用于对当前接收的基准信号和所述结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果；
停机控制单元，用于在第二计算结果满足第一预设条件的情况下，生成停止除冰的停机控制信号。
优选的，所述基准信号为环境温度信号；所述局部状态信号为局部温度信号；
所述第一计算单元包括：
第一计算模块，用于根据各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号，分别计算得到各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号的标准差；
第二计算模块，用于根据环境温度信号和时间轴上的滑动窗口原理，计算得到预设滑动窗口内的环境温度指标；
第三计算模块，用于分别将各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号的标准差与所述预设滑动窗口内的环境温度指标作差，得到多个温度差值；
所述位置确定单元具体用于：将温度差值大于第一预设范围的标准差所对应的局部区域确定为所述结冰位置。
优选的，所述第二计算单元包括：
第四计算模块，用于对当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号进行除冰面积估算，得到除冰面积；
第五计算模块，用于对所述除冰面积求微分，得到所述除冰面积的微分值；
第六计算模块，用于将当前接收的所述结冰位置上的多个局部温度信号与已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部温度信号进行比较，得到当前接收的所述结冰位置上的多个局部温度信号的上升速度；
所述第一预设条件为：所述除冰面积的微分值趋于零且当前接收的所述结冰位置上的多个局部状态信号的上升速度均超过预设速度。
优选的，还包括：
持续加热判断单元，用于判断当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号是否满足第二预设条件；所述第二预设条件为：所述结冰位置上的多个局部温度信号的最大值大于所述环境温度信号，且所述环境温度信号大于0℃；
若当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号不满足所述第二预设条件，则所述叶片除冰控制装置再次调用所述结冰判断单元，直至当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号满足所述第二预设条件。
优选的，所述基准信号为叶片固有频率；所述局部状态信号为局部振动频率；
所述第一计算单元用于：分别将各个叶片上各个局部区域的多个局部振动频率与所述叶片固有频率作差，得到多个频率差值；
所述位置确定单元用于：将频率差值大于第二预设范围的局部振动频率所对应的局部区域确定为所述结冰位置。
优选的，所述第二计算单元包括：
第七计算模块，用于对当前接收的叶片固有频率和所述结冰位置上的多个局部振动频率作差，得到多个当前频率差值；
第八计算模块，用于将所述结冰位置上的多个局部振动频率与已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部振动频率进行比较，得到当前接收的所述结冰位置上的多个局部振动频率的变化率；
所述第一预设条件为：所述当前频率差值小于第三预设范围，且当前接收的所述结冰位置上的多个局部振动频率的变化率均小于预设变化率。
一种风力发电机的叶片除冰系统，其特征在于，包括：供电装置、除冰装置、如上文所述的状态检测装置及叶片除冰控制装置；其中：
所述状态检测装置用于输出基准信号和各个叶片上的多个局部状态信号；
所述叶片除冰控制装置用于基于所述基准信号和各个叶片上的多个局部状态信号，生成对所述结冰位置进行除冰的启动控制信号，或者，生成停止除冰的停机控制信号；
所述供电装置根据所述启动控制信号为所述除冰装置供电，或者，根据所述停机控制信号停止为所述除冰装置供电。
优选的，
所述叶片除冰控制装置的输出端分别与所述供电装置的控制端和所述除冰装置的控制端相连；
所述供电装置的输出端与所述除冰装置的输入端相连；
所述状态检测装置的输出端与所述叶片除冰控制装置的第二输入端相连。
优选的，还包括结冰探测器，所述结冰探测器用于输出结冰探测数据；
所述结冰探测器的输出端与所述叶片除冰控制装置的第一输入端相连。
优选的，所述结冰探测器包括：结冰传感器、结冰传感器控制单元和安装支架；其中：
所述结冰传感器通过所述结冰传感器控制单元与所述叶片除冰控制装置的第一输入端相连；
所述结冰传感器通过所述安装支架固定于所述风力发电机的机舱外侧。
优选的，所述供电装置包括：配电柜、滑环及转接盒；其中：
所述配电柜的输入端与所述风力发电机的机组变流器相连；
所述配电柜中的开关的控制端为所述供电装置的控制端；
所述配电柜的输出端与所述滑环相连；
所述滑环的叶轮侧与所述转接盒的输入端相连；
所述转接盒的三个输出端为所述供电装置的输出端。
优选的，所述除冰装置包括分别位于各个叶片内部的加热单元；各个加热单元均包括：加热控制柜和n个加热模块；所述加热模块包括：总开关、加热控制板和至少一个除冰设备；各个叶片上的n个局部区域上对应设置有一个加热模块内的除冰设备；n为正整数；其中：
所述除冰设备为加热膜；
所述加热控制柜的输入端为所述除冰装置的输入端；
所述加热控制柜的输出端分别通过一个所述总开关与一个所述加热控制板的电源端相连；
所述总开关的控制端为所述除冰装置的控制端；
各个加热模块内，所述加热控制板的输出端与相应的所述加热膜相连。
优选的，所述状态检测装置包括环境温度检测单元和分别位于各个叶片上的局部温度检测单元；所述局部温度检测单元包括：n×k个温度传感器、温度采集控制板及温度信号转换柜；k为正整数；其中：
各个所述加热模块内的所述加热膜与相应的叶片表面之间分别分布设置有k个所述温度传感器；
所述n×k个温度传感器的输出端均与所述温度采集控制板的输入端相连；
所述温度采集控制板的输出端与所述温度信号转换柜的输入端相连；
所述环境温度检测单元的输出端和所述温度信号转换柜的输出端为所述状态检测装置的输出端；
所述温度传感器用于检测对应局部区域的局部温度；
所述温度采集控制板用于将所述局部温度转换为RS485信号；
所述温度信号转换柜用于将所述RS485信号转换为满足profibus协议的所述局部状态信号。
优选的，所述除冰装置包括：分别位于各个叶片上的振动单元；各个振动单元均包括：振动控制柜和n个振动模块；所述振动模块包括：振动开关、振动控制板和至少一个除冰设备；各个叶片上的n个局部区域上对应设置有一个振动模块内的除冰设备；n为正整数；其中：
所述除冰设备为激振器；
所述振动控制柜的输入端为所述除冰装置的输入端；
所述振动控制柜的输出端分别通过一个所述振动开关与一个所述振动控制板的电源端相连；
所述振动开关的控制端为所述除冰装置的控制端；
各个振动模块内，所述振动控制板的输出端与激振器相连。
优选的，所述状态检测装置包括固有频率检测单元和分别位于各个叶片上的局部振动频率检测单元；所述局部振动频率检测单元包括：n×k个振动传感器、振动采集控制板及振动信号转换柜；k为正整数；其中：
各个所述振动模块内的所述激振器与相应的叶片表面之间分别分布设置有k个所述振动传感器；
所述n×k个振动传感器的输出端均与所述振动采集控制板的输入端相连；
所述振动采集控制板的输出端与所述振动信号转换柜的输入端相连；
所述固有频率检测单元的输出端和所述振动信号转换柜的输出端为所述状态检测装置的输出端。
一种风力发电机的叶片除冰系统，包括：供电装置、除冰装置、状态检测装置及叶片除冰控制装置；其中：
所述状态检测装置用于输出基准信号和各个叶片上的多个局部状态信号；
所述叶片除冰控制装置包括处理器和存储器；其中，所述存储器用于存储执行指令，所述处理器用于调用所述存储器中的执行指令，执行如上文所述的步骤，基于所述基准信号和各个叶片上的多个局部状态信号，生成对所述结冰位置进行除冰的启动控制信号，或者，生成停止除冰的停机控制信号；
所述供电装置根据所述启动控制信号为所述除冰装置供电，或者，根据所述停机控制信号停止为所述除冰装置供电
本发明提供的风力发电机的叶片除冰控制方法，避免了现有技术中将叶片作为整体对其进行统一加热而带来的加热能量损耗过大的问题；最后通过对当前接收的基准信号和所述结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果，直至计算得到的第二计算结果满足第一预设条件，控制所述除冰设备停止除冰，实现了对于除冰过程的监控，保证良好的除冰效果的同时，避免产生过热的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的风力发电机的叶片除冰控制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的风力发电机的叶片除冰控制方法的另一流程图；
图3是本发明另一实施例提供的风力发电机的叶片除冰控制方法的另一流程图；
图4是本发明另一实施例提供的风力发电机的叶片除冰控制方法的另一流程图；
图5是本发明另一实施例提供的风力发电机的叶片除冰控制装置的结构示意图；
图6是本发明另一实施例提供的风力发电机的叶片除冰控制装置的另一结构示意图；
图7是本发明另一实施例提供的风力发电机的叶片除冰控制装置的另一结构示意图；
图8是本发明另一实施例提供的风力发电机的叶片除冰系统的结构示意图；
图9是本发明另一实施例提供的风力发电机的叶片除冰系统的另一结构示意图；
图10是本发明另一实施例提供的风力发电机的叶片除冰系统的另一结构示意图；
图11是本发明另一实施例提供的风力发电机的叶片除冰系统的另一结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明提供一种风力发电机的叶片除冰控制方法，以解决现有技术中加热能量损耗过大且除冰效果不好的问题。
具体的，所述风力发电机的叶片除冰控制方法，如图1所示，该控制方法包括以下步骤。
S101：判断叶片是否结冰。
具体方式可以包括对接收的相应信息(比如结冰或者未结冰)进行判断，或者对接收的结冰探测数据进行解析后再进行该判断，此处不做具体限定。
若判断叶片结冰，则执行步骤S102，对当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行计算，得到第一计算结果。若判断叶片尚未结冰，则重复执行步骤S101。
在具体的实际应用中，可以由所述风力发电机的主控制器接收结冰探测器(比如LID3300IP结冰传感器)的结冰探测数据，并对所述结冰探测数据进行解析，判断叶片是否结冰。或者所述主控制器也可以结合当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号，判断叶片是否结冰；此处不做具体限定，视其具体应用环境而定。
然后由所述风力发电机的除冰控制装置，对基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行实时或者受控的接收；当然对于上述信号的接收可以始于判断所述叶片结冰之后，也可以始于判断所述叶片结冰之前，此处不做具体限定。
为了实现结冰位置的精确定位，可以将各个叶片划分为多个局部区域，各个叶片上的局部区域的个数越多，则可实现的结冰定位就越为精确。各个局部区域均具有多个局部状态信号，各个局部状态信号分别表明该叶片上一个局部区域的状态；各个局部区域上的局部状态信号的个数越多，则越可可靠的表明该局部区域上的状态，此处不做具体限定。在具体的实际应用中，可以结合温度检测或者振动检测，将各个叶片上的多个局部状态信号与基准信号进行比较计算后，得到所述第一计算结果。
再次回到图1，在步骤S103中根据所述第一计算结果确定结冰位置。
具体的，所述第一计算结果可能表明某个叶片上的一个局部区域结冰，则该局部区域即为所述结冰位置；在具体的实际应用中，所述第一计算结果也可能表明某个叶片上的至少一个局部区域结冰，则这些局部区域均为所述结冰位置；或者所述第一计算结果还可能表明某几个叶片同时存在至少一个局部区域结冰，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
接下来执行步骤S104，生成对所述结冰位置进行除冰的启动控制信号，以控制除冰设备对结冰位置进行除冰。
由于叶片不同局部区域的状态不同，现有技术对整个叶片的整体进行加热除冰，将会消耗过多的热能，且除冰效果不好。而本实施例中，将用于除冰的除冰设备也划分为多个分别针对不同叶片不同局部区域的除冰设备，控制与结冰位置相对应的除冰设备对结冰位置上结的冰进行除冰；或者所述除冰设备也可以为一个，但是可以根据控制，分别针对不同的局部区域进行除冰；区别于现有技术中的叶片整体加热除冰，本实施例实现了对于叶片的精确除冰，避免了现有技术加热能量损耗过大的问题。
随后，在步骤S105中对当前接收的基准信号和所述结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果。
具体的，可以结合温度、振动、照片或视频的信号反馈来实现上述计算。此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内，可以视其具体环境进行选用。
接着执行步骤S106，判断所述第二计算结果是否满足第一预设条件。
若所述第二计算结果不满足所述第一预设条件，则重新执行步骤S105和S106；直至当前的第二计算结果满足所述第一预设条件，则执行步骤S107，生成停止除冰的停机控制信号，控制除冰设备停止除冰。
在所述第二计算结果满足所述第一预设条件时，停止除冰，可以对除冰过程进行实时监控，避免处理过度带来的能耗甚至器件损坏。
本实施例提供的风力发电机的叶片除冰控制方法，在判断有结冰现象产生后，通过对具体结冰位置的确定，能够控制除冰设备对所述结冰位置进行除冰，避免了现有技术中将叶片作为整体对其进行统一加热而带来的加热能量损耗过大的问题；并且通过对于除冰过程的监控，保证除冰过程的高效可靠的进行，并且获得良好的除冰效果，同时能够避免产生过热的情况。
优选的，在步骤S102之前还包括：
控制除冰设备对各个叶片进行除冰。
在判断有结冰现象产生后，可以通过先控制所述除冰设备对各个叶片上全部局部区域进行除冰，通过短暂的全部除冰之后，结冰的局部区域和未结冰的局部区域所采集得到的局部状态信号将会有较为明显的不同，避免直接采集信号容易带来的误判断。
本发明另一具体的实施例中，给出了一种具体的定位结冰位置、除冰和除冰过程监控的方式，如图2所示，所述风力发电机的叶片除冰控制方法包括以下步骤。
步骤S201：判断叶片是否结冰。
若判断叶片结冰，则执行步骤S202，对当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行计算，得到第一计算结果。若判断叶片尚未结冰，则重复执行步骤S201。
随后，在步骤S203中根据第一计算结果确定结冰位置。
在步骤S204中，生成对所述结冰位置进行除冰的启动控制信号，控制除冰设备对结冰位置进行除冰。
在步骤S205中，对当前接收的基准信号和所述结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果。
接着执行步骤S206，判断第二计算结果是否满足第一预设条件。
若第二计算结果不满足第一预设条件，则重新执行步骤S205和S206；直至当前的第二计算结果满足所述第一预设条件，则执行步骤S207，生成停止除冰的停机控制信号，控制除冰设备停止除冰。
优选的，所述基准信号为环境温度信号；所述局部状态信号为局部温度信号。
具体而言，如图2所示，步骤S202包括如下子步骤。
子步骤S211：根据各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号，分别计算得到各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号的标准差。
假设各个叶片分为n(正整数)个局部区域，各个局部区域上安装有一个除冰设备，具体的，除冰设备可以为至少一块加热膜。每个局部区域上对应设置k(正整数)支温度传感器，然后依据表达式：
可以计算得到各个局部区域上的k个温度传感器的测试数据的标准差δj(j＝1，2，…n)，式中Tja(a＝1，2，…k)表示对应于第j个局部区域上的第a个温度传感器的局部温度信号，Tjm表示对应于第j个局部区域上所有温度传感器测试数据的平均值。
在子步骤S212中，根据环境温度信号和时间轴上的滑动窗口原理，计算得到预设滑动窗口内的环境温度指标。
具体的，取窗口宽度为5分钟，所述环境温度指标的计算表达式为：
其中ε0为环境温度指标，H为采样次数，H＝f×5×60，f表示为环境温度传感器的采样频率，T0b为环境温度传感器的每一个采样值，T0m为滑动窗口内所有环境温度传感器采样数据的平均值。
在子步骤S213中，分别将各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号的标准差与所述预设滑动窗口内的环境温度指标作差，得到多个温度差值，即第一计算结果。
具体的，可以按照预设顺序将各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号的标准差分别与所述预设滑动窗口内的环境温度指标作差，得到多个温度差值。
在具体的实际应用中，步骤S211与S212并不限定先后顺序，图2仅为一种示例，只要在实现步骤S213之前完成上述计算即可，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
在本实施例中，在步骤S203中将温度差值大于第一预设范围的标准差所对应的局部区域确定为所述结冰位置。
在具体的实际应用中，也可以通过将各个叶片上所有局部区域的多个局部温度信号的标准差δj构成一个温度指标向量εi＝(δ1，δ2，…δn)；然后对三个叶片的三个温度指标向量εi进行排序，排序规则依据表达式：
表达式(3)中i的数值为1、2或3，用于表示三个叶片。分别计算三个叶片的三个温度指标向量εi的模，并对其大小进行比较，选出模最大的温度指标向量|εi|max，进一步将各个温度指标向量中各分量与环境温度指标ε0进行对比。其中，若模最大的温度指标向量|εi|max中的各个分量与环境温度指标ε0在误差范围内的温度差值均在第一预设范围内，则判定对应叶片未结冰或结冰程度不会给机组带来影响；若有一个分量与环境温度指标ε0在误差范围内的温度差值超出所述第一预设范围，则判定该分量所在加热膜对应的叶片局部区域的结冰程度会对机组造成影响。同理，对另外两个叶片进行结冰状态识别，最终实现结冰位置的定位。
另外，在叶片结冰位置的过程中还可以进一步结合叶轮的转速、风速、固有频率以及惯性力等机组自身的物理量；此处仅为一种示例，并不一定限定于此，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
对应的，如图2所示，步骤S205包括如下子步骤。
子步骤S511：对当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号进行除冰面积估算，得到除冰面积。
优选的，对当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号进行除冰面积估算所采用的表达式为：
其中，C为冰的比热，Ta为所述结冰位置上多个局部温度信号的平均值，T0为对应时刻的环境温度信号在5s内的平均值，L为冰融化的潜热(当无法确定冰的种类时，L可以取不同种类冰融化潜热值的平均值)，ρ为冰的密度(当无法确定冰的种类时，ρ可以取不同种类冰密度值的平均值)，I为所述结冰位置对应的加热膜上通入的电流，r为加热膜的电阻，η为加热膜的热量传输到叶片表面的效率，Am为除冰面积。
子步骤S512：对估算得到的除冰面积求微分，得到除冰面积的微分值。
子步骤S513：将当前接收的结冰位置上的多个局部温度信号与已缓存的预设时间内的结冰位置上的多个局部温度信号进行比较，得到当前接收的结冰位置上的多个局部温度信号的上升速度；
即第二计算结果包括：除冰面积的微分值和当前接收的结冰位置上的多个局部温度信号的上升速度。
在具体的实际应用中，步骤S511及S512并不与S513限定先后顺序，图3仅为一种示例，只要在实现步骤S206之前完成上述计算即可，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
其中，第一预设条件为：除冰面积的微分值趋于零且当前接收的结冰位置上的多个局部温度信号的上升速度均超过预设速度。
若除冰面积的微分值趋于零且结冰位置上的多个局部温度信号上升速度均超过预设速度，则可控制除冰设备停止除冰。
具体的，对估算得到的除冰面积求微分，可以根据表达式进行求解：
ΔAm＝Amt+1-Amt (5)
上式中，ΔAm表示除冰面积的变化量，Amt+1表示当前估算得到的除冰面积，Amt表示上一次估算得到的除冰面积；当ΔAm在误差允许范围内趋于零，且此时对应加热部位的温度传感器温度快速上升，则控制所述除冰设备停止加热，否则继续加热。
另外，在具体的实际应用中，除冰面积的估算方法还可以加入其他修正项，比如由于叶轮旋转带来的离心力等；此处仅为一种示例，并不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
优选的，在图2的基础之上，如图3所示，在步骤S307之后还包括步骤S308，判断当前接收的环境温度信号和结冰位置上的多个局部温度信号是否满足第二预设条件。
其中，第二预设条件为：结冰位置上的多个局部温度信号的最大值大于环境温度信号，且环境温度信号大于0℃。
若当前接收的环境温度信号和结冰位置上的多个局部温度信号不满足第二预设条件，返回至步骤S301，直至当前接收的环境温度信号和结冰位置上的多个局部温度信号满足第二预设条件。
当停止加热后，求解对应部位温度传感器输出数据的最大值，并判断该值与环境温度的大小，当该值大于环境温度值且两者均大于0℃时，则不进入重复的结冰定位、除冰及监控程序，否则需要进行新一轮的结冰定位、除冰及监控程序。
图3所示实施例中的步骤S301至S307参见图2所示的步骤S201至S207，此处不再一一赘述。
优选的，图1中的步骤S101、图2中的S201或者图3中的S301，包括：
对接收的结冰探测数据进行解析，根据解析结果判断叶片是否结冰；
或者，根据接收的控制指令判断叶片是否结冰。
优选的，若图1中的步骤S101、图2中的S201或者图3中的S301包括根据接收的控制指令判断叶片是否结冰，则在判断叶片是否结冰之前，还包括：
接收结冰探测数据；
对所述结冰探测数据进行解析，生成解析结果；
若所述解析结果为结冰，则输出控制指令。
其中，接收结冰探测器(比如LID3300IP结冰传感器)的结冰探测数据，并对结冰探测数据进行解析，判断叶片是否结冰的步骤，可以由所述风力发电机的主控制器来执行，当然也可以由所述风力发电机的除冰控制装置来执行，此处不做具体限定，视其具体应用环境而定。
优选的，在判断叶片是否结冰之前，还包括：
根据数据建模的结果进行解析，判断叶片是否有结冰的可能性；
若叶片有结冰的可能性，则判断叶片是否结冰。
在具体的实际应用中，由于所述风力发电机从安装时起，即处于固定的环境下，根据季节的变换，其运行参数将会具有一定的规律性，根据其运行的历史数据进行建模，随着季节的变换及设置参数的不同，可以虚拟得到其是否有结冰的可能性，并在虚拟结果为有结冰的可能性时，才控制结冰探测器和所述风力发电机的除冰控制装置进行工作，进而对接收的结冰探测数据进行解析，判断叶片是否结冰，再进行后续的判断和控制，作为叶片除冰控制的一种辅助预测。
本实施例提供的所述风力发电机的叶片除冰控制方法，将材料学、结冰、融冰原理融合在一起考虑，并在大量可靠有效的历史经验数据的基础之上，根据结冰以及融冰过程的关键参数，将抽象的原理提炼成一种工程实际可应用的判断逻辑，使机组在具备了很好的环境适应性基础上，有了更加可靠有效的除冰方法。通过温度监测获得叶片的局部结冰和除冰状态，具有很好的监测效果，同时将这一监测数据作为除冰过程开启和结束的控制依据，能够有效的除冰及预防结冰扩大，使机组避免了由于未能及时除冰带来的巨大破坏，延长了机组寿命，提高机组发电量。
本发明另一具体的实施例中，给出了另外一种具体的定位结冰位置、除冰和除冰过程监控的方式，如图4所示，所述风力发电机的叶片除冰控制方法包括以下步骤。
步骤S401：判断叶片是否结冰。
若判断叶片结冰，则执行步骤S402，对当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行计算，得到第一计算结果。若判断叶片尚未结冰，则重复执行步骤S401。
步骤S403：根据第一计算结果确定结冰位置。
步骤S404：生成对所述结冰位置进行除冰的启动控制信号，控制除冰设备对结冰位置进行除冰。
步骤S405：对当前接收的基准信号和结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果。
步骤S406：判断第二计算结果是否满足第一预设条件。
若第二计算结果不满足第一预设条件，则重新执行步骤S405和S406；直至当前的第二计算结果满足所述第一预设条件，则执行步骤S407，生成停止除冰的停机控制信号，控制除冰设备停止除冰。
优选的，在本实施例中，所述基准信号为叶片固有频率；所述局部状态信号为局部振动频率。
相应地，在步骤S402中，分别将各个叶片上各个局部区域的多个局部振动频率与叶片固有频率作差，得到多个频率差值，即第一计算结果。
在步骤S403中，将频率差值大于第二预设范围的局部振动频率所对应的局部区域确定为结冰位置。
相应地，步骤S405包括如下所述的子步骤。
子步骤S451：对当前接收的叶片固有频率和结冰位置上的多个局部振动频率作差，得到多个当前频率差值；
子步骤S452：将结冰位置上的多个局部振动频率与已缓存的预设时间内的结冰位置上的多个局部振动频率进行比较，得到当前接收的结冰位置上的多个局部振动频率的变化率。
此时，第二计算结果包括：当前频率差值和当前接收的结冰位置上的多个局部振动频率的变化率。
本实施例中，第一预设条件为：所述当前频率差值小于第三预设范围，且当前接收的结冰位置上的多个局部振动频率的变化率均小于预设变化率。
在具体的实际应用中，对于所述结冰位置的确定和对于结冰过程的监控，均可以通过振动传感器监测叶片固有频率和各个叶片的多个局部振动频率，来实现信号的输入，通过两者之间的频率差值与第三预设范围的比对来确定除冰设备是否开始除冰或者结束除冰；相应的，所述除冰设备也可以为激振器，通过激振的方式实现除冰。
本实施例为不同于加热除冰的另一种具体的除冰方式，但本发明并不仅限于上述两种具体实施方式，也可以采用两者相结合的除冰方式，或者其他方式；对于所述除冰设备也不仅限于加热膜或者激振器，均可视其具体应用环境而定，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
优选的，图4中的步骤S401包括：
对接收的结冰探测数据进行解析，根据解析结果判断叶片是否结冰；
或者，根据接收的控制指令判断叶片是否结冰。
优选的，若图4中的步骤S401包括所述根据接收的控制指令判断叶片是否结冰，则所述判断叶片是否结冰之前，还包括：
接收结冰探测数据；
对所述结冰探测数据进行解析，生成解析结果；
若所述解析结果为结冰，则输出控制指令。
优选的，在所述判断叶片是否结冰之前，还包括：
根据数据建模的结果进行解析，判断叶片是否有结冰的可能性；
若叶片有结冰的可能性，则判断叶片是否结冰。
具体的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明另一实施例还提供了一种风力发电机的叶片除冰控制装置，如图5所示，叶片除冰控制装置100包括：结冰判断单元101、第一计算单元102、位置确定单元103、启动控制单元104、第二计算单元105、停机控制单元106。其中：
结冰判断单元101用于判断叶片是否结冰；
第一计算单元102用于若判断叶片结冰，对当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行计算，得到第一计算结果；
位置确定单元103用于根据所述第一计算结果确定结冰位置；
启动控制单元104用于生成对所述结冰位置进行除冰的启动控制信号；
第二计算单元105用于对当前接收的基准信号和所述结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果；
停机控制单元106用于在第二计算结果满足第一预设条件的情况下，生成停止除冰的停机控制信号。
具体而言，停机控制单元106包括判断模块1061及控制模块1062。
判断模块1061用于判断所述第二计算结果是否满足第一预设条件；
控制模块1062用于若所述第二计算结果不满足所述第一预设条件，则控制所述第二计算单元重新计算得到当前的第二计算结果；直至当前的第二计算结果满足所述第一预设条件，则生成停止除冰的停机控制信号。
本实施例提供的风力发电机的叶片除冰控制装置，在结冰判断单元101判断有结冰现象产生后，通过位置确定单元103对具体结冰位置的确定，能够通过启动控制单元104控制相应的除冰设备对所述结冰位置进行除冰，避免了现有技术中将叶片作为整体对其进行统一加热而带来的加热能量损耗过大的问题；并且通过控制模块1062对于除冰过程的监控，保证除冰过程的高效可靠的进行，并且获得良好的除冰效果，同时能够避免产生过热的情况。
优选的，还包括：
整体控制单元，用于若判断叶片结冰，控制所述除冰设备对各个叶片进行除冰。
本发明另一个实施例，提供了一种风力发电机的叶片除冰控制装置的具体实现形式，在图5的基础之上，优选的，所述基准信号为环境温度信号；所述局部状态信号为局部温度信号；
如图6所示，第一计算单元102包括：第一计算模块1021、第二计算模块1022及第三计算模块1023；其中：
第一计算模块1021用于根据各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号，分别计算得到各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号的标准差；
第二计算模块1022用于根据环境温度信号和时间轴上的滑动窗口原理，计算得到预设滑动窗口内的环境温度指标；
第三计算模块1023用于分别将各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号的标准差与所述预设滑动窗口内的环境温度指标作差，得到多个温度差值；
位置确定单元103用于根据所述第一计算结果确定结冰位置时，具体用于：将温度差值大于第一预设范围的标准差所对应的局部区域确定为所述结冰位置。
优选的，如图6所示，第二计算单元105包括：第四计算模块1051、第五计算模块1052及第六计算模块1053；其中：
第四计算模块1051用于对当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号进行除冰面积估算，得到除冰面积；
第五计算模块1052用于对所述除冰面积求微分，得到所述除冰面积的微分值；
第六计算模块1053用于将当前接收的所述结冰位置上的多个局部温度信号与已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部温度信号进行比较，得到当前接收的所述结冰位置上的多个局部温度信号的上升速度；
第一预设条件为：所述除冰面积的微分值趋于零且当前接收的所述结冰位置上的多个局部状态信号的上升速度均超过预设速度。
判断模块1061具体用于：判断所述除冰面积的微分值是否趋于零且当前接收的所述结冰位置上的多个局部状态信号的上升速度是否均超过预设速度。
优选的，还包括：
持续加热判断单元，用于判断当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号是否满足第二预设条件；所述第二预设条件为：所述结冰位置上的多个局部温度信号的最大值大于所述环境温度信号，且所述环境温度信号大于0℃；
若当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号不满足所述第二预设条件，则叶片除冰控制装置再次调用结冰判断单元101，直至当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号满足所述第二预设条件。
本发明另一个实施例，提供了一种风力发电机的叶片除冰控制装置的具体实现形式，在图5的基础之上，优选的，所述基准信号为叶片固有频率；所述局部状态信号为局部振动频率；
此时，第一计算单元102具体用于：分别将各个叶片上各个局部区域的多个局部振动频率与所述叶片固有频率作差，得到多个频率差值；
位置确定单元103具体用于：将频率差值大于第二预设范围的局部振动频率所对应的局部区域确定为所述结冰位置。
如图7所示，第二计算单元105包括：第七计算模块151和第八计算模块152；其中：
第七计算模块151用于对当前接收的叶片固有频率和所述结冰位置上的多个局部振动频率作差，得到多个当前频率差值；
第八计算模块152用于将所述结冰位置上的多个局部振动频率与已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部振动频率进行比较，得到当前接收的所述结冰位置上的多个局部振动频率的变化率；
第一预设条件为：所述当前频率差值小于第三预设范围，且当前接收的所述结冰位置上的多个局部振动频率的变化率均小于预设变化率。
判断模块1061具体用于：判断所述当前频率差值是否小于第三预设范围，且当前接收的所述结冰位置上的多个局部振动频率的变化率是否均小于预设变化率。
优选的，结冰判断单元101用于判断叶片是否结冰时，具体用于：
对接收的结冰探测数据进行解析，根据解析结果判断叶片是否结冰；
或者，根据接收的控制指令判断叶片是否结冰。
优选的，叶片除冰控制装置用于根据数据建模的结果进行解析，判断叶片是否有结冰的可能性；
当叶片有结冰的可能性时，叶片除冰控制装置调用结冰判断单元101工作。
具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明另一实施例还提供了一种风力发电机的叶片除冰系统，如图8所示，包括：供电装置300、除冰装置400、状态检测装置500及叶片除冰控制装置100；其中：
状态检测装置500用于输出基准信号和各个叶片上的多个局部状态信号；
叶片除冰控制装置100包括处理器和存储器；其中，存储器用于存储执行指令，所述处理器用于调用所述存储器中的执行指令(该处理器具体的工作方法，可以参照附图1至附图4描述的实施例)，基于当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号，生成对所述结冰位置进行除冰的启动控制信号，或者，生成停止除冰的停机控制信号；
供电装置根据所述启动控制信号为所述除冰装置供电，或者，根据所述停机控制信号停止为所述除冰装置供电。
在一个优选的实施例中，叶片除冰控制装置100包括结冰判断单元、第一计算单元、位置确定单元、启动控制单元、第二计算单元、停机控制单元、存储器以及一个或多个处理器。上述多个单元存储在存储器中并被配置成由所述一个或多个处理器执行。
以图1的实施例为例，结冰判断单元用于执行步骤S101；第一计算单元用于执行步骤S102；位置确定单元用于执行步骤S103；启动控制单元用于执行步骤S104；第二计算单元用于执行步骤S105；停机控制单元用于执行步骤S106和S107。不限于此，上述多个单元也可用于执行图2至图4的实施例中所描述的步骤。
不限于此，叶片除冰控制装置100也可以利用FPGA或者PLC等硬件模块实现。叶片除冰控制装置100包括结冰判断单元101、第一计算单元102、位置确定单元103、启动控制单元104、第二计算单元105和停机控制单元106。优选地，叶片除冰控制装置100还包括整体控制单元，以及持续加热判断单元。其中，上述各个单元的结构可以参照图5至图7所描述的实施例。
接下来对叶片除冰系统的结构进行详细说明。如图8所示：
叶片除冰控制装置100的输出端分别与供电装置300的控制端和除冰装置400的控制端相连；
供电装置300的输出端与除冰装置400的输入端相连；
状态检测装置500的输出端与叶片除冰控制装置100的第二输入端相连。
优选地，如图8所示，叶片除冰系统还包括结冰探测器200，用于输出结冰探测数据；结冰探测器200的输出端与叶片除冰控制装置100的第一输入端相连。
优选的，叶片除冰控制装置100用于判断叶片是否结冰时，具体用于：对接收的结冰探测数据进行解析，根据解析结果判断叶片是否结冰；或者，根据接收的控制指令判断叶片是否结冰。
优选的，若叶片除冰控制装置100用于根据接收的控制指令判断叶片是否结冰，则叶片除冰控制装置100用于判断叶片是否结冰之前，还用于：接收结冰探测数据；对所述结冰探测数据进行解析，生成解析结果；若所述解析结果为结冰，则输出所述控制指令。
优选的，叶片除冰控制装置100用于在所述判断叶片是否结冰之前，还用于：根据数据建模的结果进行解析，判断叶片是否有结冰的可能性；若叶片有结冰的可能性，则执行所述判断叶片是否结冰的步骤。
本实施例提供的所述风力发电机的叶片除冰系统，结合状态检测装置500定位结冰位置，确定结冰位置后便启动相应的供电装置300，控制具体结冰位置的除冰装置400工作，避免了现有技术中将叶片作为整体对其进行统一加热而带来的加热能量损耗过大的问题；并且，对应位置上的状态检测装置500会对除冰过程进行监控，以保证除冰过程的高效可靠的进行、获得良好的除冰效果，同时能够避免产生过热的情况。
在具体的实际应用中，对于本实施例中结冰监测系统的监测信号传送至主控制器，机组主控制器根据预先编制的逻辑判断规则对监测数据进行逻辑判断，输出相应的结冰指令到安装在各个叶片上的除冰控制系统，对叶片进行加热。
优选的，如图9所示，结冰探测器200包括：结冰传感器201、结冰传感器控制单元202和安装支架；其中：
结冰传感器201通过结冰传感器控制单元202与叶片除冰控制装置100的第一输入端相连；
结冰传感器201通过所述安装支架固定于所述风力发电机的机舱外侧。
在具体的实际应用中，结冰传感器201可以为LID3300IP结冰传感器，此处不做具体限定。其输出信号和电源线进入结冰传感器控制单元202，由结冰传感器控制单元202引出的结冰探测数据(具体可以包括结冰信号、结冰程度以及温度等信号)再进入叶片除冰控制装置100。
优选的，如图9所示，供电装置300包括：配电柜301、滑环302及转接盒303；其中：
配电柜301的输入端与所述风力发电机的机组变流器相连；
配电柜301中的开关的控制端为供电装置300的控制端；
配电柜301的输出端与滑环302相连；
滑环302的叶轮侧与转接盒303的输入端相连；
转接盒303的三个输出端为供电装置300的输出端。
首先，从所述风力发电机的机组变流器下口引出3X16的电源线，然后该电源线进入配电柜301，从配电柜301接出5X16的电源线，该5X16的电源线从塔筒电缆夹引到机舱，到达机舱后连接在塔筒底平台连接支架上，从该连接支架进入滑环302，然后从滑环302的叶轮侧引出，接进转接盒303，由一根5X16的线分成三根3X16的电源线，然后各一根3X16的电源线进入一个叶片根部的除冰装置400中。
本发明另一具体的实施例中，提供了一种风力发电机的叶片除冰系统的具体实现形式，在图8的基础之上，优选的，如图10所示，除冰装置400包括分别位于各个叶片内部的加热单元；各个加热单元均包括：加热控制柜401和n个加热模块；各个加热模块均包括：总开关402、加热控制板403和至少一个除冰设备；各个叶片上的n个局部区域上对应设置有一个加热模块内的除冰设备；n为正整数；其中：
所述除冰设备为加热膜；
加热控制柜401的输入端为除冰装置400的输入端；
加热控制柜401的输出端分别通过一个总开关402与一个加热控制板403的电源端相连；
总开关402的控制端为除冰装置400的控制端；
各个加热模块内，加热控制板403的输出端与加热膜相连。
从转接盒303过来的电源线进入加热控制柜401后，通过总开关402再接到加热控制板403的电源端上，同时接地线接在加热控制柜401的柜体上，并且按照电源防雷要求，还可以安装相应的电源防雷模块，对电路进行保护。
在具体的实际应用中，叶片除冰控制装置100中的结冰判断单元101判断叶片结冰之后，首先由上述实施例中的整体除冰控制单元，通过控制供电装置300内配电柜301中的开关闭合，为除冰装置400供电，同时通过控制除冰装置400中3n个总开关402全部闭合，为所有加热膜供电，实现所有加热膜对各个叶片进行整体除冰的控制。此时，实时接收的各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号将产生快速且明显的变化，比如所述结冰位置的温度上升速度明显低于其他未结冰的局部区域的温度上升速度。然后在位置确定单元103根据上述不同变化(即所述第一计算结果)确定结冰位置后，由启动控制单元104控制其他未结冰的局部区域对应的加热膜所相连接的加热控制板403断电(具体通过控制相应的总开关402和/或相应的配电柜301中的开关断开)，使得仅剩下位于所述结冰位置的加热膜处于工作状态，对叶片具体的结冰位置进行有效的加热，进而实现对所述结冰位置的除冰工作；区别于现有技术中一直进行的叶片整体加热，既节省了电能，也避免了长时间整体加热给叶片造成的附加伤害。
在具体的实际应用中，各个叶片可以根据其具体型号配置不同数量的加热膜，比如可以在叶片吸力面、叶片压力面分别设置6块加热膜；同时，还可以从加热膜安装的数量上将其评定为高、中、低三个除冰等级，其中高级除冰等级对应最多的加热膜数量，以此类推其余两个等级的加热膜数量，等级之间加热膜的数量差异根据叶片型号设定，以满足不同地区的结冰环境，提高机组对环境的适应性。
另外，加热控制柜401的柜体优先考虑安装固定在叶根挡板上，以有效利用有限的机舱内部空间，也使内部控制及线路清晰明了，有效降低安装过程的失误率。
优选的，如图10所示，状态检测装置500包括环境温度检测单元501和分别位于各个叶片上的局部温度检测单元502；各个局部温度检测单元502均包括：n×k个温度传感器、温度采集控制板及温度信号转换柜；k为正整数；其中：
各个加热模块内的加热膜与相应的叶片表面之间分别分布设置有k个所述温度传感器；
所述n×k个温度传感器的输出端均与所述温度采集控制板的输入端相连；
所述温度采集控制板的输出端与所述温度信号转换柜的输入端相连；
所述环境温度检测单元的输出端和所述温度信号转换柜的输出端为状态检测装置500的输出端。
具体的，所述温度传感器用于检测对应局部区域的局部温度；
所述温度采集控制板用于将所述局部温度转换为RS485信号；
所述温度信号转换柜用于将所述RS485信号转换为满足profibus协议的所述局部状态信号。
埋在加热膜附近的温度传感器引出线接在所述温度采集控制板上，所述温度采集控制板可以和加热控制板403集成为一个整体；通过所述温度采集控制板采集的8个温度信号后转化成RS458信号输出，RS485信号再进入所述温度信号转换柜，所述温度信号转换柜内主要安装BX31000倍福模块，将三个所述温度采集控制板接进来的RS485信号转换成profibus总线的所述局部状态信号，使得所述局部状态信号满足profibus dp数据总线要求，可以直接通过变桨柜DP通讯，进入叶片除冰控制装置100，提高了数据通讯质量，以使叶片除冰控制装置100对叶片的结冰状态进行更加准确、灵敏的感知，从而更好的控制除冰装置400进行除冰。
叶片上各个加热膜对应的吸力面和压力面会安装不同数量的温度传感器，温度传感器的具体数量根据加热除冰等级进行具体设定，当然也会从可靠性的角度出发，可以根据具体应用环境有一定的冗余设置，温度传感器的设置可以使机组能够快速有效的定位具体结冰位置，同时对加热除冰过程能够实时监测跟踪，既提高了机组除冰的效率又避免了过度加热给叶片带来的附加破坏。
在具体的实际应用中，通过配置不同等级的加热膜数量和温度监测传感器的数量，可以提高机组的环境适应能力，也提高了机组除冰过程的智能程度。
所述温度传感器可以采用型号为PT100的温度传感器，也可以为其他温度传感器，此次不做具体限定。
本实施例提供的所述风力发电机的叶片除冰系统，结合温度检测来实现所述结冰位置的定位，确定结冰位置后便启动相应的加热膜对具体结冰位置进行加热，同时，对应位置上的状态检测装置500会对加热除冰过程进行监控，以保证除冰过程的高效可靠的进行。
本发明另一具体的实施例中，在图8的基础之上，优选的，如图11所示，除冰装置400包括：分别位于各个叶片上的振动单元；各个振动单元均包括：振动控制柜405和n个振动模块；各个振动模块均包括：振动开关406、振动控制板407和至少一个除冰设备；各个叶片上的n个局部区域上对应设置有一个振动模块内的除冰设备；n为正整数；其中：
所述除冰设备为激振器；
振动控制柜405的输入端为除冰装置400的输入端；
振动控制柜405的输出端分别通过一个振动开关406与一个振动控制板407的电源端相连；
振动开关406的控制端为除冰装置400的控制端；
各个振动模块内，振动控制板407的输出端与激振器相连。
优选的，如图11所示，状态检测装置500包括固有频率检测单元503和分别位于各个叶片上的局部振动频率检测单元504；局部振动频率检测单元504包括：n×k个振动传感器、振动采集控制板及振动信号转换柜；k为正整数；其中：
各个振动模块内的激振器与相应的叶片表面之间分别分布设置有k个所述振动传感器；
所述n×k个振动传感器的输出端均与所述振动采集控制板的输入端相连；
所述振动采集控制板的输出端与所述振动信号转换柜的输入端相连；
所述固有频率检测单元的输出端和所述振动信号转换柜的输出端为状态检测装置500的输出端。
本实施例中，将温度传感器替换为振动传感器，通过监测叶片的固有频率，实现对叶片结冰状态或除冰状态的监测；此时，除冰方式也对应变换为激振方式。
本实施例为不同于加热除冰的另一种具体的除冰方式，但本发明并不仅限于上述两种具体实施方式，也可以采用两者相结合的除冰方式，或者其他方式；对于所述除冰设备也不仅限于加热膜或者激振器，均可视其具体应用环境而定，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
本发明另一具体的实施例中，在图8至图11任一所示的基础之上，优选的，叶片除冰控制装置100用于判断叶片是否结冰时，具体用于：
对接收的结冰探测数据进行解析，根据解析结果判断叶片是否结冰；
或者，根据接收的控制指令判断叶片是否结冰；所述控制指令为：所述风力发电机的主控制器接收结冰探测数据，并对所述结冰探测数据进行解析，生成解析结果，若所述解析结果为结冰，则输出的指令。
在具体的应用中，所述结冰探测数据由结冰探测器(比如LID3300IP结冰传感器)输出，而接收结冰探测数据，并对所述结冰探测数据进行解析，得到叶片是否结冰的结果，可以由所述风力发电机的主控制器来执行，当然也可以由所述风力发电机的除冰控制装置来执行，此处不做具体限定，视其具体应用环境而定。
若接收结冰探测数据，并对所述结冰探测数据进行解析，得到叶片是否结冰的结果，由所述风力发电机的主控制器来执行，则所述主控制器可以根据预先编制的逻辑判断规则对所述结冰探测数据进行逻辑判断，并根据判断结果输出相应的控制指令到所述除冰控制装置，所述除冰控制装置根据相应指令启动供电装置300向对应的除冰装置400供电，以实现对叶片的精确除冰目的。同时，对应位置上的状态检测装置500会对除冰过程进行监控，以保证除冰过程的高效可靠的进行。
值得说明的是，现有技术中基于单片机而成的控制系统，其控制策略简单粗糙，同时没有数据存储及相应分析过程，单片机作为简单的芯片级控制器，不具备工业级的实际应用前景，易受工作环境的影响，可靠性未能满足风力发电机组的控制要求。而本实施例所述的风力发电机的叶片除冰系统，采用工业级控制器(可编程逻辑控制器)作为控制系统的控制核心，与风电机组具有很好的兼容性，能更好的满足高可靠、高灵敏的控制需求。同时，整个叶片除冰控制装置100也可以借助机组自身的主控制器，节约成本，具有很好的经济性。
在具体的实际应用中，叶片除冰控制装置100还可以是云端虚拟控制系统，而且控制策略为一些机器学习模型。除冰控制装置可以在各个叶片都对应设置有一个，也可以是三个叶片共用一个除冰控制装置。此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
在具体的实际应用中，结冰状态的确定还可能会结合温度和结冰探测数据做进一步的解析确定，此处不再赘述。另外，除冰过程的控制可能会进一步借助相机、摄像头等类似工具进行判断，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
值得说明的是，本实施例所述的风力发电机的叶片除冰系统，不仅适用于直驱机组，也同样适用于双馈机组，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例方法中的全部或者部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可存储于一计算机可读存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可以为磁盘、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。
本发明实施例中的各个功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独的物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现，并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器、磁盘或光盘等。
在一个优选的实施例中，本发明还提供一种与风力发电机的叶片除冰系统结合使用的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可读的存储介质和内嵌于其中的计算机程序，所述计算机程序包括用于执行图1至图4的实施例中所描述的指令。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (22)
1.一种风力发电机的叶片除冰控制方法，其特征在于，包括：
判断叶片是否结冰；
若判断叶片结冰，对当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行计算，得到第一计算结果；
根据所述第一计算结果确定结冰位置；
生成对所述结冰位置进行除冰的启动控制信号；
对当前接收的基准信号和所述结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果；
在第二计算结果满足第一预设条件的情况下，生成停止除冰的停机控制信号。
2.根据权利要求1所述的风力发电机的叶片除冰控制方法，其特征在于，所述基准信号为环境温度信号；所述局部状态信号为局部温度信号；
所述对当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行计算，得到第一计算结果，包括：
根据各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号，分别计算得到各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号的标准差；
根据环境温度信号和时间轴上的滑动窗口原理，计算得到预设滑动窗口内的环境温度指标；
分别将各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号的标准差与所述预设滑动窗口内的环境温度指标作差，得到多个温度差值；
所述根据所述第一计算结果确定结冰位置，包括：
将温度差值大于第一预设范围的标准差所对应的局部区域确定为所述结冰位置。
3.根据权利要求2所述的风力发电机的叶片除冰控制方法，其特征在于，所述对当前接收的基准信号和所述结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果，包括：
对当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号进行除冰面积估算，得到除冰面积；
对所述除冰面积求微分，得到所述除冰面积的微分值；
将当前接收的所述结冰位置上的多个局部温度信号与已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部温度信号进行比较，得到当前接收的所述结冰位置上的多个局部温度信号的上升速度；
所述第一预设条件为：所述除冰面积的微分值趋于零且当前接收的所述结冰位置上的多个局部温度信号的上升速度均超过预设速度。
4.根据权利要求2所述的风力发电机的叶片除冰控制方法，其特征在于，在所述生成停止除冰的停机控制信号之后，还包括：
判断当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号是否满足第二预设条件；所述第二预设条件为：所述结冰位置上的多个局部温度信号的最大值大于所述环境温度信号，且所述环境温度信号大于0℃；
若当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号不满足所述第二预设条件，返回至所述判断叶片是否结冰的步骤，直至当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号满足所述第二预设条件。
5.根据权利要求1所述的风力发电机的叶片除冰控制方法，其特征在于，所述基准信号为叶片固有频率；所述局部状态信号为局部振动频率；
所述对当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行计算，得到第一计算结果，包括：
分别将各个叶片上各个局部区域的多个局部振动频率与所述叶片固有频率作差，得到多个频率差值；
所述根据所述第一计算结果确定结冰位置，包括：
将频率差值大于第二预设范围的局部振动频率所对应的局部区域确定为所述结冰位置。
6.根据权利要求5所述的风力发电机的叶片除冰控制方法，其特征在于，所述对当前接收的基准信号和所述结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果，包括：
对当前接收的叶片固有频率和所述结冰位置上的多个局部振动频率作差，得到多个当前频率差值；
将所述结冰位置上的多个局部振动频率与已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部振动频率进行比较，得到当前接收的所述结冰位置上的多个局部振动频率的变化率；
所述第一预设条件为：所述当前频率差值小于第三预设范围，且当前接收的所述结冰位置上的多个局部振动频率的变化率均小于预设变化率。
7.一种叶片除冰控制装置，其特征在于，包括：
结冰判断单元，用于判断叶片是否结冰；
第一计算单元，用于若判断叶片结冰，对当前接收的基准信号和各个叶片上各个局部区域的多个局部状态信号进行计算，得到第一计算结果；
位置确定单元，用于根据所述第一计算结果确定结冰位置；
启动控制单元，用于生成对所述结冰位置进行除冰的启动控制信号；
第二计算单元，用于对当前接收的基准信号和所述结冰位置上的多个局部状态信号及已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部状态信号进行计算，得到第二计算结果；
停机控制单元，用于在第二计算结果满足第一预设条件的情况下，生成停止除冰的停机控制信号。
8.根据权利要求7所述的风力发电机的叶片除冰控制装置，其特征在于，所述基准信号为环境温度信号；所述局部状态信号为局部温度信号；
所述第一计算单元包括：
第一计算模块，用于根据各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号，分别计算得到各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号的标准差；
第二计算模块，用于根据环境温度信号和时间轴上的滑动窗口原理，计算得到预设滑动窗口内的环境温度指标；
第三计算模块，用于分别将各个叶片上各个局部区域的多个局部温度信号的标准差与所述预设滑动窗口内的环境温度指标作差，得到多个温度差值；
所述位置确定单元具体用于：将温度差值大于第一预设范围的标准差所对应的局部区域确定为所述结冰位置。
9.根据权利要求8所述的风力发电机的叶片除冰控制装置，其特征在于，所述第二计算单元包括：
第四计算模块，用于对当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号进行除冰面积估算，得到除冰面积；
第五计算模块，用于对所述除冰面积求微分，得到所述除冰面积的微分值；
第六计算模块，用于将当前接收的所述结冰位置上的多个局部温度信号与已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部温度信号进行比较，得到当前接收的所述结冰位置上的多个局部温度信号的上升速度；
所述第一预设条件为：所述除冰面积的微分值趋于零且当前接收的所述结冰位置上的多个局部状态信号的上升速度均超过预设速度。
10.根据权利要求8所述的风力发电机的叶片除冰控制装置，其特征在于，还包括：
持续加热判断单元，用于判断当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号是否满足第二预设条件；所述第二预设条件为：所述结冰位置上的多个局部温度信号的最大值大于所述环境温度信号，且所述环境温度信号大于0℃；
若当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号不满足所述第二预设条件，则所述叶片除冰控制装置再次调用所述结冰判断单元，直至当前接收的环境温度信号和所述结冰位置上的多个局部温度信号满足所述第二预设条件。
11.根据权利要求7所述的风力发电机的叶片除冰控制装置，其特征在于，所述基准信号为叶片固有频率；所述局部状态信号为局部振动频率；
所述第一计算单元用于：分别将各个叶片上各个局部区域的多个局部振动频率与所述叶片固有频率作差，得到多个频率差值；
所述位置确定单元用于：将频率差值大于第二预设范围的局部振动频率所对应的局部区域确定为所述结冰位置。
12.根据权利要求11所述的风力发电机的叶片除冰控制装置，其特征在于，所述第二计算单元包括：
第七计算模块，用于对当前接收的叶片固有频率和所述结冰位置上的多个局部振动频率作差，得到多个当前频率差值；
第八计算模块，用于将所述结冰位置上的多个局部振动频率与已缓存的预设时间内的所述结冰位置上的多个局部振动频率进行比较，得到当前接收的所述结冰位置上的多个局部振动频率的变化率；
所述第一预设条件为：所述当前频率差值小于第三预设范围，且当前接收的所述结冰位置上的多个局部振动频率的变化率均小于预设变化率。
13.一种风力发电机的叶片除冰系统，其特征在于，包括：供电装置、除冰装置、状态检测装置，以及如权利要求7-12中任一项所述的叶片除冰控制装置；其中：
所述状态检测装置用于输出基准信号和各个叶片上的多个局部状态信号；
所述叶片除冰控制装置用于基于所述基准信号和各个叶片上的多个局部状态信号，生成对所述结冰位置进行除冰的启动控制信号，或者，生成停止除冰的停机控制信号；
所述供电装置根据所述启动控制信号为所述除冰装置供电，或者，根据所述停机控制信号停止为所述除冰装置供电。
14.根据权利要求13所述的风力发电机的叶片除冰系统，其特征在于，
所述叶片除冰控制装置的输出端分别与所述供电装置的控制端和所述除冰装置的控制端相连；
所述供电装置的输出端与所述除冰装置的输入端相连；
所述状态检测装置的输出端与所述叶片除冰控制装置的第二输入端相连。
15.根据权利要求13所述的风力发电机的叶片除冰系统，其特征在于，还包括结冰探测器，所述结冰探测器用于输出结冰探测数据；
所述结冰探测器的输出端与所述叶片除冰控制装置的第一输入端相连。
16.根据权利要求15所述的风力发电机的叶片除冰系统，其特征在于，所述结冰探测器包括：结冰传感器、结冰传感器控制单元和安装支架；其中：
所述结冰传感器通过所述结冰传感器控制单元与所述叶片除冰控制装置的第一输入端相连；
所述结冰传感器通过所述安装支架固定于所述风力发电机的机舱外侧。
17.根据权利要求13所述的风力发电机的叶片除冰系统，其特征在于，所述供电装置包括：配电柜、滑环及转接盒；其中：
所述配电柜的输入端与所述风力发电机的机组变流器相连；
所述配电柜中的开关的控制端为所述供电装置的控制端；
所述配电柜的输出端与所述滑环相连；
所述滑环的叶轮侧与所述转接盒的输入端相连；
所述转接盒的三个输出端为所述供电装置的输出端。
18.根据权利要求13所述的风力发电机的叶片除冰系统，其特征在于，所述除冰装置包括分别位于各个叶片内部的加热单元；各个加热单元均包括：加热控制柜和n个加热模块；所述加热模块包括：总开关、加热控制板和至少一个除冰设备；各个叶片上的n个局部区域上对应设置有一个加热模块内的除冰设备；n为正整数；其中：
所述除冰设备为加热膜；
所述加热控制柜的输入端为所述除冰装置的输入端；
所述加热控制柜的输出端分别通过一个所述总开关与一个所述加热控制板的电源端相连；
所述总开关的控制端为所述除冰装置的控制端；
各个加热模块内，所述加热控制板的输出端与相应的所述加热膜相连。
19.根据权利要求18所述的风力发电机的叶片除冰系统，其特征在于，所述状态检测装置包括环境温度检测单元和分别位于各个叶片上的局部温度检测单元；所述局部温度检测单元包括：n×k个温度传感器、温度采集控制板及温度信号转换柜；k为正整数；其中：
各个所述加热模块内的所述加热膜与相应的叶片表面之间分别分布设置有k个所述温度传感器；
所述n×k个温度传感器的输出端均与所述温度采集控制板的输入端相连；
所述温度采集控制板的输出端与所述温度信号转换柜的输入端相连；
所述环境温度检测单元的输出端和所述温度信号转换柜的输出端为所述状态检测装置的输出端；
所述温度传感器用于检测对应局部区域的局部温度；
所述温度采集控制板用于将所述局部温度转换为RS485信号；
所述温度信号转换柜用于将所述RS485信号转换为满足profibus协议的所述局部状态信号。
20.根据权利要求13所述的风力发电机的叶片除冰系统，其特征在于，所述除冰装置包括：分别位于各个叶片上的振动单元；各个振动单元均包括：振动控制柜和n个振动模块；所述振动模块包括：振动开关、振动控制板和至少一个除冰设备；各个叶片上的n个局部区域上对应设置有一个振动模块内的除冰设备；n为正整数；其中：
所述除冰设备为激振器；
所述振动控制柜的输入端为所述除冰装置的输入端；
所述振动控制柜的输出端分别通过一个所述振动开关与一个所述振动控制板的电源端相连；
所述振动开关的控制端为所述除冰装置的控制端；
各个振动模块内，所述振动控制板的输出端与激振器相连。
21.根据权利要求20所述的风力发电机的叶片除冰系统，其特征在于，所述状态检测装置包括固有频率检测单元和分别位于各个叶片上的局部振动频率检测单元；所述局部振动频率检测单元包括：n×k个振动传感器、振动采集控制板及振动信号转换柜；k为正整数；其中：
各个所述振动模块内的所述激振器与相应的叶片表面之间分别分布设置有k个所述振动传感器；
所述n×k个振动传感器的输出端均与所述振动采集控制板的输入端相连；
所述振动采集控制板的输出端与所述振动信号转换柜的输入端相连；
所述固有频率检测单元的输出端和所述振动信号转换柜的输出端为所述状态检测装置的输出端。
22.一种风力发电机的叶片除冰系统，其特征在于，包括：供电装置、除冰装置、状态检测装置及叶片除冰控制装置；其中：
所述状态检测装置用于输出基准信号和各个叶片上的多个局部状态信号；
所述叶片除冰控制装置包括处理器和存储器；其中，所述存储器用于存储执行指令，所述处理器用于调用所述存储器中的执行指令，执行如权利要求1-6中任一项所述的步骤，基于所述基准信号和各个叶片上的多个局部状态信号，生成对所述结冰位置进行除冰的启动控制信号，或者，生成停止除冰的停机控制信号；
所述供电装置根据所述启动控制信号为所述除冰装置供电，或者，根据所述停机控制信号停止为所述除冰装置供电。
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