CN110118157A - 风力机叶片除冰方法、装置、叶片及风力机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风力机叶片除冰方法、装置、叶片及风力机，涉及风力发电的技术领域，所述方法包括：检测叶片前缘至少两个位置的结冰程度，根据结冰程度判断叶片前缘的结冰等级，根据叶片前缘结冰等级选择第一加热等级、第二加热等级或第三加热等级中的一种进行加热；其中，至少两个位置包括叶尖前缘和叶根前缘；第一加热等级的加热区域为叶片前缘前端加热区域，第二加热等级的加热区域为叶片前缘两侧加热区域；叶片前缘前端加热区域的加热功率密度大于叶片前缘两侧加热区域的加热功率密度；本发明能够实时准确的检测叶片前缘不同区域的结冰程度，降低加热功率的同时能够进行快速、有效的融冰，并能够降低除冰成本，提高发电量。

Description

风力机叶片除冰方法、装置、叶片及风力机

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其是涉及一种风力机叶片除冰方法、装置、叶片及风力机。

背景技术

风力发电机组(简称风力机)通常设置在环境较为恶劣的地区，风力机的叶片结冰将导致风力发电机效率低下，影响发电量和安全。目前的叶片结冰检测方式主要有两种，一种是将结冰传感器安装在机舱，通过检测机舱的结冰厚度，间接推断叶片是否结冰以及结冰程度；这种方式不能准确反应叶片的结冰状态。另一种是基于叶片的结冰检测，通过机组运行风速-功率曲线关系、视频观测叶片外形、叶片根部安装振动加速度传感器分析叶片固有频率变化等方案判断叶片结冰程度，这些方案均存在不能全工况下使用的局限；而且无法对叶片关键部位的前缘及不同区域结冰状态进行实时准确检测，无法满足叶片加热除冰系统对除冰状态的实时准确要求。

叶片的加热除冰方式主要有两种，一种是在叶片内腔通热气，通过高温热空气在叶片内部循环，把叶片壳体加热后再把外表面冰层融化掉。另一种是在叶片外表面布置加热材料，通过电加热发热把附近表面冰层融化掉。以上两种方案均是通过热力学加热使得全部冰层融化为水或者水蒸气后，再把叶片表面冰层除掉。这两种方式均需要很大功率的加热设备，硬件成本高；同时，需要很长时间的加热过程，融冰时间也比较长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力机叶片除冰方法、装置、叶片及风力机，能够实时准确的检测叶片前缘不同区域的结冰程度，降低加热功率的同时能够进行快速、有效的融冰，并能够降低除冰成本，提高发电量。

第一方面，本发明提供了一种风力机叶片除冰方法，包括：

检测叶片前缘至少两个位置的结冰程度，根据所述结冰程度判断叶片前缘的结冰等级；所述至少两个位置包括叶尖前缘和叶根前缘；

根据叶片前缘结冰等级选择至少三种加热等级中的一种进行加热，所述至少三种加热等级中的第一加热等级的加热区域为叶片前缘前端加热区域，所述至少三种加热等级中的第二加热等级的加热区域为叶片前缘两侧加热区域，所述至少三种加热等级中的第三加热等级为不加热；所述叶片前缘前端加热区域的加热功率密度大于叶片前缘两侧加热区域的加热功率密度。

第二方面，本发明提供了一种风力机叶片除冰装置，包括检测模块和加热模块；

所述检测模块用于检测叶片前缘至少两个位置的结冰程度，根据所述结冰程度判断叶片前缘的结冰等级；所述至少两个位置包括叶尖前缘和叶根前缘；

所述加热模块用于根据叶片前缘结冰等级选择至少三种加热等级中的一种进行加热，所述至少三种加热等级中的第一加热等级的加热区域为叶片前缘前端加热区域，所述至少三种加热等级中的第二加热等级的加热区域为叶片前缘两侧加热区域，所述至少三种加热等级中的第三加热等级为不加热；所述叶片前缘前端加热区域的加热功率密度大于叶片前缘两侧加热区域的加热功率密度。

第三方面，本发明提供了一种叶片，用于风力机，包括叶片本体，以及安装在叶片本体上的结冰信号检测装置、加热装置和除冰装置；结冰信号检测装置用于检测叶片前缘至少两个位置的结冰信号，并将所述结冰信号发送至除冰装置；所述加热装置包括第一加热装置和第二加热装置，所述第一加热装置固定在叶片前缘前端，所述第二加热装置固定在叶片前缘两侧，所述第一加热装置的加热功率密度大于所述第二加热装置的加热功率密度；所述除冰装置分别与第一加热装置和第二加热装置连接。

第四方面，本发明提供了一种风力机，包括如第三方面所述的叶片。

第五方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述的方法的步骤。

第六方面，本发明提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行所述第一方面所述方法。

本发明提供的风力机叶片除冰方法、装置、叶片及风力机，通过检测叶片前缘不同位置的结冰程度，根据结冰程度判断叶片前缘的结冰等级，从而能够实时准确的检测叶片前缘不同区域的结冰程度，准确反映结冰状态；通过结冰等级第一加热等级、第二加热等级或第三加热等级中的一种进行加热，从而能够根据结冰程度选择不同功率的加热方式，降低加热功率；同时，通过不同加热方式的配合进行快速、有效的融冰，并能够有效降低除冰成本，提高发电量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的风力机叶片除冰方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的风力机叶片除冰方法的结冰传感器安装位置示意图；

图3为本发明实施例提供的风力机叶片除冰方法的结冰传感器结构示意图；

图4为本发明实施例提供的风力机叶片除冰方法的第一加热等级的加热区域示意图；

图5为本发明实施例提供的风力机叶片除冰方法的第二加热等级的加热区域示意图；

图6为本发明实施例提供的风力机叶片除冰方法的除冰过程示意图；

图7为本发明实施例提供的风力机叶片除冰方法的另一个流程图；

图8为本发明实施例提供的风力机叶片除冰方法的除冰条件示意图；

图9为本发明实施例提供的风力机叶片除冰装置的原理图；

图10为本发明实施例提供的电子设备的原理图。

图标：21-叶尖前缘结冰传感器；22-叶中前缘结冰传感器；23-叶根前缘结冰传感器；24-结冰信号接收器；31-储能模块；32-能量收集模块；33-结冰厚度检测模块；34-无线通信模块；41-叶片前缘前端加热区域；42-加热控制柜；51-叶片前缘两侧加热区域；61-完整冰块；91-检测模块；92-加热模块；100-电子设备；101-通信接口；102-处理器；103-存储器；104-总线。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，基于机舱的结冰检测方案，属于间接检测，不能及时准确反映叶片结冰状态，更加无法和叶片加热除冰系统配合使用。基于叶片的结冰检测方案，属于直接检测，可以反映叶片的整体结冰状态，同时各自方案存在不能全工况下使用的范围局限。此外，最重要的还是无法对叶片关键部位的前缘及不同区域结冰状态进行实时准确检测，无法满足叶片加热除冰系统对除冰状态的实时准确要求。

目前，国内外叶片加热除冰方案为加热融冰，采用的是热量将全部冰层融化，这种方案需要很大功率的加热设备，硬件成本高。同时融冰时间也比较长，需要很长时间的加热过程，并且很多时候还只能停机除冰。

基于此，本实施例提供一种风力机叶片除冰方法、装置、叶片及风力机，能够实时准确的检测叶片前缘不同区域的结冰程度，降低加热功率的同时能够进行快速、有效的融冰，并能够降低除冰成本，提高发电量。

参见图1，本实施例提供的一种风力机叶片除冰方法，包括：

步骤S101，检测叶片前缘至少两个位置的结冰程度，根据结冰程度判断叶片前缘的结冰等级；至少两个位置包括叶尖前缘和叶根前缘；

具体地，结冰程度通过温度及结冰厚度进行体现，通过安装在叶片前缘表面不同位置的温度传感器检测叶片表面环境温度，通过结冰传感器检测叶片前缘不同位置的结冰厚度。

本实施例的安装位置为三个，分别为叶尖前缘，叶中前缘，叶根前缘。参照图2，叶尖前缘结冰传感器21位于叶片前缘从叶根往叶尖方向长度的70％～95％，叶中前缘结冰传感器22位于叶片前缘从叶根往叶尖方向长度的50％～70％，叶根前缘结冰传感器23位于叶片前缘从叶根往叶尖方向长度的30％～50％；三个位置的结冰传感器检测的结冰信号发送至位于叶片内部叶根挡板区域的结冰信号接收器24。

参照图3，本实施例采用的结冰传感器包括储能模块31、能量收集模块32、结冰厚度检测模块33、无线通信模块34；能量收集模块32用于收集太阳能，并通过储能模块31进行存储；结冰厚度检测模块33用于检测所在位置的结冰厚度信号，将结冰厚度信号通过无线通信模块34发送至结冰信号接收器24。

参照图4，结冰信号接收器24安装在位于叶片根部的加热控制柜42内，每一个叶片至少安装三个结冰传感器，每个结冰传感器分别与叶片挡板区域加热控制柜42内的结冰信号接收器24无线通信。

步骤S102，根据叶片前缘结冰等级选择至少三种加热等级中的一种进行加热，至少三种加热等级中的第一加热等级的加热区域为叶片前缘前端加热区域41，至少三种加热等级中的第二加热等级的加热区域为叶片前缘两侧加热区域51，至少三种加热等级中的第三加热等级为不加热；叶片前缘前端加热区域41的加热功率密度大于叶片前缘两侧加热区域51的加热功率密度。

具体地，第一加热等级采用高功率密度加热，参照图4，加热区域为非常窄的叶片前缘前端加热区域41，布置范围为从叶根前缘前端至叶尖前缘前端。该区域面积非常小，可以在一定总的加热功率下，提供非常高的单位面积的加热功率密度，快速除冰，破坏整个冰层。

第二加热等级采用低功率密度加热，参照图5，加热区域为较宽的前缘两侧加热区域。布置范围为从叶根前缘两侧至叶尖前缘两侧，该区域宽度较大，面积较大，在总功率一定的情况下，可以长时间加热，单位面积加热功率密度更小。该区域可以在没有结冰的情况下，提前加热抵抗减缓叶片表面结冰。同时叶片结冰后可以与第一加热等级相配合，当第一加热等级将冰层破坏为上下两块时，启动第二加热等级，通过长时间加热在上下冰层与叶片表面之前形成水膜，从而在外界风载和冰层惯性力的作用下，使得上下冰层快速掉落。

本实施例通过检测叶片前缘不同位置的结冰程度，根据结冰程度判断叶片前缘的结冰等级，从而能够实时准确的检测叶片前缘不同区域的结冰程度，准确反映结冰状态；通过结冰等级和叶片前缘的表面环境温度选择第三加热等级、第一加热等级或第二加热等级中的一种进行加热，从而能够根据结冰程度选择不同功率的加热方式，降低加热功率，实现快速、有效的融冰，并能够有效降低除冰成本，提高发电量。

可选地，步骤S101包括：

判断叶片前缘至少两个位置的表面环境温度是否均小于第一预设温度阈值，如果否，则叶片前缘处于第一结冰等级；

否则，检测叶片前缘至少两个位置的结冰厚度，并通过如下判断条件判断叶片前缘的结冰等级：

当所有位置的结冰厚度均小于第一预设厚度阈值时，判定叶片前缘处于第一结冰等级；

当至少有一个位置的结冰厚度大于第一预设厚度阈值，并且所有位置的结冰厚度均小于第二预设厚度阈值时，判定叶片前缘处于第二结冰等级；

当所有位置的结冰厚度均大于第一预设厚度阈值，并且至少有一个位置的结冰厚度大于第二预设厚度阈值时，则叶片前缘处于第三结冰等级；

其中，第一预设厚度阈值小于第二预设厚度阈值。

具体地，测量表面环境温度的温度传感器安装在叶片前缘表面，与图2中结冰传感器的所在位置区域相同，安装位置为三个，分别为叶尖前缘，叶中前缘，叶根前缘。第一预设温度阈值为2℃，具体的结冰厚度、表面环境温度与结冰等级的对应关系如表1所示。

表1中，I表示当前位置的结冰厚度是否大于第一预设厚度阈值，第一厚度阈值大小为理想的结冰厚度，也就是当前位置的结冰厚度达到第一厚度阈值，认为当前位置结冰，从而使得I＝0代表未结冰，I＝1代表结冰。H表示当前位置的结冰厚度是否大于第二预设厚度阈值，H＝0代表结冰厚度小于第二厚度阈值，H＝1代表结冰厚度大于第二厚度阈值。T代表当前位置的表面环境温度。I1、H1、T1代表叶尖前缘结冰传感器21和叶尖前缘温度传感器的检测结果，I2、H2、T2代表叶中前缘结冰传感器22和叶中前缘温度传感器的检测结果，I3、H3、T3代表叶根前缘结冰传感器23和叶根前缘温度传感器的检测结果。

表1

I1	H1	I2	H2	I3	H3	温度	结冰等级
								0	0	0	0	0	0	T1、T2、T3<2℃	第一结冰等级
1	0	0	0	0	0	T1、T2、T3<2℃	第二结冰等级
								1	0	1	0	0	0	T1、T2、T3<2℃	第二结冰等级
1	0	1	0	1	0	T1、T2、T3<2℃	第二结冰等级
								1	1	1	0	1	0	T1、T2、T3<2℃	第三结冰等级
1	1	1	1	1	0	T1、T2、T3<2℃	第三结冰等级
								1	1	1	1	1	1	T1、T2、T3<2℃	第三结冰等级

从表1可知，第一结冰等级至第三结冰等级代表着结冰对机组的影响从无到有，并且越来越严重。从表1还可知，结冰的位置变化为，叶尖前缘首先结冰，叶中前缘其次，叶根前缘最后结冰。

根据表1，可得结冰等级的判断过程：

判断叶片前缘、叶中前缘、叶根前缘的表面环境温度是否均小于2℃，如果否，则叶片前缘处于第一结冰等级；

否则，检测叶片前缘、叶中前缘、叶根前缘的结冰厚度，并通过如下判断条件判断叶片前缘的结冰等级：

当I1～I3、H1～H3均为0时，判定叶片前缘处于第一结冰等级；

当I1～I3中至少有一个为1，且H1～H3均为0时，判定叶片前缘处于第二结冰等级；

当I1～I3均为1，且H1～H3中至少有一个为1，则叶片前缘处于第三结冰等级。

本实施例通过对叶片表面环境温度的检测，以判断叶片是否满足结冰环境；当叶片处于结冰环境时，通过检测从叶尖前缘至叶根前缘的不同位置的结冰厚度，得到结冰规律，并判断结冰等级；通过结冰等级体现结冰程度，从而为下一步的加热除冰提供保障。

可选地，根据叶片前缘结冰等级选择第一加热等级、第二加热等级或第三加热等级中的一种进行加热的步骤包括：

当叶片前缘处于第一结冰等级时，启动第三加热等级；当叶片前缘处于第二结冰等级时，检测叶片前缘至少两个位置的表面环境温度，当表面环境温度沿叶尖前缘至叶根前缘逐渐递增时，启动第二加热等级；当叶片前缘处于第三结冰等级时，检测叶片前缘至少两个位置的表面环境温度，当沿叶尖前缘至叶根前缘温差小于第二预设温度阈值时，启动第二加热等级。

具体地，加热方式的选择条件如表2和图8所示，本实施例通过结冰等级一级叶片表面环境温度两个条件作为选择加热方式的条件。即，当叶片前缘处于第一结冰等级时，启动第三加热等级；当叶片前缘处于第二结冰等级时，且叶片表面环境温度为T1<T2<T3时，启动第二加热等级；当叶片前缘处于第三结冰等级时，且，叶片表面环境温度为T1＝T2＝T3时启动第一加热等级。其中，T1、T2、T3互差为2℃，认为T1＝T2＝T3，即第二预设温度阈值为2℃。

表2

结冰等级	温度条件	第一加热等级	第二加热等级
				第一结冰等级	无	不启动	不启动
第二结冰等级	T1<T2<T3	不启动	启动
				第二结冰等级	T1<T2<T3	不启动	启动
第二结冰等级	T1<T2<T3	不启动	启动
				第三结冰等级	T1＝T2＝T3	启动	不启动
第三结冰等级	T1＝T2＝T3	启动	不启动
				第三结冰等级	T1＝T2＝T3	启动	不启动

对上述加热方式的控制均由加热控制柜42控制执行，在具体实施时，当结冰等级为第三结冰等级时，加热控制柜42向机组发送停止运行的信号，当结冰等级降至第二结冰等级时，加热控制柜42向机组发送正常运行的信号。

本实施例通过结冰等级和温度条件共同作为加热方式的选择条件，根据不同结冰程度，开启不同的加热方式，实现了结冰过程不同加热方式的有效切换，有效降低了机组功耗。

可选地，当叶片前缘处于第三结冰等级时，检测叶片前缘至少两个位置的表面环境温度，当沿叶尖前缘至叶根前缘温差小于第二预设温度阈值时，启动第二加热等级的步骤之后还包括：

检测叶片前缘前端至少两个位置的加热温度，当所有叶片前缘前端检测位置的加热温度均大于第三预设温度阈值时，检测第一加热等级的加热时间，当加热时间大于预设第一时间阈值时，启动第二加热等级；

检测叶片前缘两侧的至少两个位置的表面环境温度，当所有位置的环境温度均大于第一预设温度阈值时，启动第三加热等级。

具体地，参照图6，当叶片前缘形成完整冰块61时，启动第一加热等级时，通过安装在叶片前缘内部加热区域的温度传感器检测加热温度，当加热温度达到第三预设温度阈值，并且结冰厚度及加热时间均满足条件时，即认为完整冰块61的中间部分被融化并形成上、下两块冰块，启动第二加热等级。当第二加热等级运行一定时间后，冰层与叶片表面形成水膜，此模式下机组可正常运行，附着在叶片上的两块并在风载和惯性力的作用下掉落。

通过第一加热等级和第二加热等级进行融冰的过程参照图7，包括如下步骤：

步骤S701，叶片前缘形成完整冰块61；

步骤S702，启动第一加热等级；第一加热等级的加热区域位于叶片前缘前端，叶片前缘前端开始融化；此模式下，机组不工作；

步骤S703，完整冰块61被破坏为上、下两块；

步骤S704，停止第一加热等级，启动第二加热等级；此模式下，机组开始工作；

步骤S705，上、下冰块与叶片的接触面开始融化；第二加热等级使得上下冰块与叶片的接触面形成水膜；

步骤S706，在风载及惯性力作用下冰块掉落；在机组工作，叶片运转的前提下，风载及惯性力促使冰块快速掉落；

步骤S707，叶片的表面环境温度达到2℃，停止加热。

本实施例通过叶片表面不同位置的加热温度及加热时间作为第一热等级转换为第二加热等级的条件，通过叶片表面环境温度大于2℃作为停止第二加热等级的条件，实现了融冰过程不同加热方式的切换，有效降低机组功耗的同时，实现了高效、快速除冰，从而有效提高了机组发电时间，提高了发电量。

本实施例采用热学和力学相结合的思路，设计功率密度高的局部加热区域，用于快速融冰，破坏整体冰层，同时再设计功率密度低的更大加热区域进行抵抗加热除冰，辅助冰层形成水膜在各种外部力的作用力下尽快掉落。

可选地，叶片前缘两侧加热区域51的加热功率密度沿叶片的长度方向从叶尖前缘两侧至叶根前缘两侧逐渐梯减。

具体地，本实施例的叶片前缘两侧的功率密度可设置不同值，可根据叶尖前缘先结冰，之后叶中前缘结冰，最后叶根前缘结冰的结冰趋势(参见表1)设置不同加热功率密度。例如在采用电加热方式进行加热时，可以在不同加热区域设置不同的电阻值和电压值，以使得不同加热区域的加热功率密度不同。

本实施例通过结冰趋势在前缘两侧布置不同功率密度的加热区域，能够进一步的降低加热功耗的同时，确保除冰效果。

可选地，叶片前缘前端加热区域41在以前缘顶点为起点的叶片翼型弦长方向上的投影，小于叶片前缘两侧加热区域51在叶片翼型弦长方向上的投影。

具体地，参照图6，完整冰块61的中间冰层(虚线)覆盖的区域即为叶片前缘前端，该区域非常窄；图6中，粗线区域中除了叶片前缘前端即为叶片前缘两侧，从图中可以看出，上下两侧在弦长方向的投影大于前缘前端在弦长方向的投影，即叶片前缘两侧加热区域51较宽而叶片前缘前端加热区域41非常窄。

本实施例将高功率密度的叶片前缘前端设置的非常窄，将低功率密度的叶片前缘两侧设置的较宽，能够在结合风载及惯性力进行有效除冰的前提下，确保加热过程处于较低的加热功率。

本实施例具有如下有益效果：

本实施例通过在叶片前缘沿长度方向的不同位置布置结冰传感器和温度传感器，能够对叶片结冰的区域、位置、厚度等均有实时监控，从而准确地检测叶片结冰的状态，得到叶片结冰等级；在叶片处于不同结冰状态下，可以开启不同的等级的加热方式的功能，即启动第一加热等级、第二加热等级及第三加热等级中的一种，实现了通过不同加热功率密度进行热学和力学相结合的复合除冰技术；在通过高功率密度的第一加热等级加热前缘前端，在短时间加热效果下，原来包裹叶片前缘的完整冰层被破坏，分割成破碎的冰层；继续通过低功率密度的第二加热等级加热前缘两侧区域，在冰层与叶片的接触面形成水膜，再在机组旋转运行过程中前缘破碎的冰层在风载、剪切力、惯性力等的作用下，促使叶片前缘区域更大范围的冰层掉落，从而在使用较低的加热功耗的前提下，减少除冰时间，有效的提高结冰期机组运行发电时间和发电量。

另外，需要说明的是，进一步的降低功耗。在结冰初期，可启动第二加热等级，预防或延迟叶片表面结冰；在去除完整冰块61的过程中，也可以根据实时结冰和融冰状态进行各种加热模式的切换。

参照图9，本实施例提供的一种风力机叶片除冰装置，包括检测模块91和加热模块92；

检测模块91用于检测叶片前缘至少两个位置的结冰程度，根据结冰程度判断叶片前缘的结冰等级；至少两个位置包括叶尖前缘和叶根前缘；

加热模块92用于根据叶片前缘结冰等级选择至少三种加热等级中的一种进行加热，至少三种加热等级中的第一加热等级的加热区域为叶片前缘前端加热区域41，至少三种加热等级中的第二加热等级的加热区域为叶片前缘两侧加热区域51，至少三种加热等级中的第三加热等级为不加热；叶片前缘前端加热区域41的加热功率密度大于叶片前缘两侧加热区域51的加热功率密度。

可选地，检测模块91包括温度判断模块和结冰厚度判断模块；

温度判断模块用于判断叶片前缘至少两个位置的表面环境温度是否均小于第一预设温度阈值，如果否，则叶片前缘处于第一结冰等级；

结冰厚度判断模块用于检测叶片前缘至少两个位置的结冰厚度，并通过如下判断条件判断叶片前缘的结冰等级：

当所有位置的结冰厚度均小于第一预设厚度阈值时，判定叶片前缘处于第一结冰等级；

当至少有一个位置的结冰厚度大于第一预设厚度阈值，并且所有位置的结冰厚度均小于第二预设厚度阈值时，判定叶片前缘处于第二结冰等级；

当所有位置的结冰厚度均大于第一预设厚度阈值，并且至少有一个位置的结冰厚度大于第二预设厚度阈值时，则叶片前缘处于第三结冰等级；

其中，第一预设厚度阈值小于第二预设厚度阈值。

可选地，加热模块92包括第一加热模块、第二加热模块和第三加热模块；

第一加热模块用于当叶片前缘处于第一结冰等级时，启动第三加热等级；第二加热模块用于当叶片前缘处于第二结冰等级时，检测叶片前缘至少两个位置的表面环境温度，当表面环境温度沿叶尖前缘至叶根前缘逐渐递增时，启动第二加热等级；第三加热模块用于当叶片前缘处于第三结冰等级时，检测叶片前缘至少两个位置的表面环境温度，当沿叶尖前缘至叶根前缘温差小于第二预设温度阈值时，启动第二加热等级。

可选地，加热模块92还包括第三加热模块和第四加热模块；

第三加热模块用于检测叶片前缘前端至少两个位置的加热温度，当所有叶片前缘前端检测位置的加热温度均大于第三预设温度阈值时，检测第一加热等级的加热时间，当加热时间大于预设第一时间阈值时，启动第二加热等级；

第四加热模块用于检测叶片前缘两侧的至少两个位置的表面环境温度，当所有位置的环境温度均大于第一预设温度阈值时，启动第三加热等级。

可选地，叶片前缘两侧加热区域51的加热功率密度沿叶片的长度方向从叶尖前缘两侧至叶根前缘两侧逐渐梯减。

可选地，叶片前缘前端加热区域41在以前缘顶点为起点的叶片翼型弦长方向上的投影，小于叶片前缘两侧加热区域51在叶片翼型弦长方向上的投影。

本发明实施例还提供一种叶片，用于风力机，包括叶片本体，以及安装在叶片本体上的结冰信号检测装置、加热装置和除冰装置；结冰信号检测装置用于检测叶片前缘至少两个位置的结冰信号，并将结冰信号发送至除冰装置；加热装置包括第一加热装置和第二加热装置，第一加热装置固定在叶片前缘前端，第二加热装置固定在叶片前缘两侧，第一加热装置的加热功率密度大于第二加热装置的加热功率密度；除冰装置分别与第一加热装置和第二加热装置连接。

具体地，结冰信号检测装置包括结冰传感器、温度传感器和结冰接收装置，至少三个结冰传感器分别安装在叶尖前缘、叶中前缘和叶根前缘，结冰传感器通过无线网络将检测到的结冰信号发送至结冰接收装置。结冰接收装置与除冰装置连接，将接收到的结冰信号发送至除冰装置。除冰装置用于根据结冰信号检测装置的检测信号控制加热装置根据结冰程度进行加热。

本发明实施例还提供一种风力机，包括上述实施例的叶片。

参见图10，本发明实施例还提供了一种电子设备100，包括通信接口101、处理器102、存储器103以及总线104，处理器102、通信接口101和存储器103通过总线104连接；上述存储器103用于存储支持处理器102执行上述风力机叶片除冰方法的计算机程序，上述处理器102被配置为用于执行该存储器103中存储的程序。

可选地，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器执行如上述风力机叶片除冰方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种风力机叶片除冰方法，其特征在于，包括：

检测叶片前缘至少两个位置的结冰程度，根据所述结冰程度判断叶片前缘的结冰等级；所述至少两个位置包括叶尖前缘和叶根前缘；

根据叶片前缘结冰等级选择至少三种加热等级中的一种进行加热，所述至少三种加热等级中的第一加热等级的加热区域为叶片前缘前端加热区域，所述至少三种加热等级中的第二加热等级的加热区域为叶片前缘两侧加热区域，所述至少三种加热等级中的第三加热等级为不加热；所述叶片前缘前端加热区域的加热功率密度大于叶片前缘两侧加热区域的加热功率密度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测叶片前缘至少两个位置的结冰程度，根据所述结冰程度判断叶片前缘的结冰等级的步骤包括：

判断叶片前缘至少两个位置的表面环境温度是否均小于第一预设温度阈值，如果否，则叶片前缘处于第一结冰等级；

否则，检测叶片前缘至少两个位置的结冰厚度，并通过如下判断条件判断叶片前缘的结冰等级：

当所有位置的结冰厚度均小于第一预设厚度阈值时，判定叶片前缘处于第一结冰等级；

当至少有一个位置的结冰厚度大于第一预设厚度阈值，并且所有位置的结冰厚度均小于第二预设厚度阈值时，判定叶片前缘处于第二结冰等级；

当所有位置的结冰厚度均大于第一预设厚度阈值，并且至少有一个位置的结冰厚度大于第二预设厚度阈值时，则叶片前缘处于第三结冰等级；

其中，所述第一预设厚度阈值小于所述第二预设厚度阈值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据叶片前缘的结冰等级选择至少三种加热等级中的一种进行加热的步骤包括：

当所述叶片前缘处于第一结冰等级时，启动第三加热等级；

当所述叶片前缘处于第二结冰等级时，检测叶片前缘至少两个位置的表面环境温度，当表面环境温度沿叶尖前缘至叶根前缘逐渐递增时，启动第二加热等级；

当所述叶片前缘处于第三结冰等级时，检测叶片前缘至少两个位置的表面环境温度，当沿叶尖前缘至叶根前缘温差小于第二预设温度阈值时，启动第一加热等级。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述叶片前缘处于第三结冰等级时，检测叶片前缘至少两个位置的表面环境温度，当沿叶尖前缘至叶根前缘温差小于第二预设温度阈值时，启动第二加热等级的步骤之后还包括：

检测叶片前缘前端至少两个位置的加热温度，当所有叶片前缘前端检测位置的加热温度均大于第三预设温度阈值时，检测第一加热等级的加热时间，当所述加热时间大于预设第一时间阈值时，启动第二加热等级；

检测叶片前缘两侧的至少两个位置的表面环境温度，当所有位置的环境温度均大于第一预设温度阈值时，启动第三加热等级。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，叶片前缘两侧加热区域的加热功率密度沿叶片的长度方向从叶尖前缘两侧至叶根前缘两侧逐渐梯减。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述叶片前缘前端加热区域在以前缘顶点为起点的叶片翼型弦长方向上的投影，小于叶片前缘两侧加热区域在所述叶片翼型弦长方向上的投影。

7.一种风力机叶片除冰装置，其特征在于，包括检测模块和加热模块；

所述检测模块用于检测叶片前缘至少两个位置的结冰程度，根据所述结冰程度判断叶片前缘的结冰等级；所述至少两个位置包括叶尖前缘和叶根前缘；

所述加热模块用于根据叶片前缘结冰等级选择至少三种加热等级中的一种进行加热，所述至少三种加热等级中的第一加热等级的加热区域为叶片前缘前端加热区域，所述至少三种加热等级中的第二加热等级的加热区域为叶片前缘两侧加热区域，所述至少三种加热等级中的第三加热等级为不加热；所述叶片前缘前端加热区域的加热功率密度大于叶片前缘两侧加热区域的加热功率密度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述检测模块包括温度判断模块和结冰厚度判断模块；

所述温度判断模块用于判断叶片前缘至少两个位置的表面环境温度是否均小于第一预设温度阈值，如果否，则叶片前缘处于第一结冰等级；

所述结冰厚度判断模块用于检测叶片前缘至少两个位置的结冰厚度，并通过如下判断条件判断叶片前缘的结冰等级：

当所有位置的结冰厚度均小于第一预设厚度阈值时，判定叶片前缘处于第一结冰等级；

当至少有一个位置的结冰厚度大于第一预设厚度阈值，并且所有位置的结冰厚度均小于第二预设厚度阈值时，判定叶片前缘处于第二结冰等级；

当所有位置的结冰厚度均大于第一预设厚度阈值，并且至少有一个位置的结冰厚度大于第二预设厚度阈值时，则叶片前缘处于第三结冰等级；

其中，所述第一预设厚度阈值小于所述第二预设厚度阈值。

9.一种叶片，用于风力机，其特征在于，包括叶片本体，以及安装在叶片本体上的结冰信号检测装置、加热装置和除冰装置；结冰信号检测装置用于检测叶片前缘至少两个位置的结冰信号，并将所述结冰信号发送至除冰装置；所述加热装置包括第一加热装置和第二加热装置，所述第一加热装置固定在叶片前缘前端，所述第二加热装置固定在叶片前缘两侧，所述第一加热装置的加热功率密度大于所述第二加热装置的加热功率密度；所述除冰装置分别与第一加热装置和第二加热装置连接。

10.一种风力机，其特征在于，包括如权利要求9所述的叶片。