CN110914535B - 使用温度控制的传感器检测风力涡轮机上的水 - Google Patents

Abstract

本文的实施方式描述了一种用于估算水在传感器上的存在的系统。一参数维持风传感器温度。可以跟踪和评估该参数以指示传感器上有水的可能性。替代地，或与以上结合，传感器被有意地调节或停用和重新激活以跟踪参数响应，然后该参数响应用于指示传感器上有水的可能性。

Description

使用温度控制的传感器检测风力涡轮机上的水

技术领域

本公开中呈现的实施方式总体上涉及确定风力涡轮机上的成冰条件，并且更具体地，涉及使用温度控制的传感器来检测风力涡轮机上水的存在。

背景技术

风力涡轮机通常放置在较冷的区域中，因为冷空气具有较高的密度，而在这些区域中其他能源生产系统通常不切实际。但是，在寒冷地区，涡轮机上更容易结冰。涡轮机上的结冰会降低效率，而除冰可能需要停止涡轮机，从而进一步降低效率。当前，具有防冰或除冰系统的涡轮机使用功率曲线的显著降低来检测叶片上的冰。但是，这种检测技术不会在叶片上积累大量冰之前检测到成冰条件，并且如果成冰条件仍在继续，或者在除冰结束后不久冰会再次积累，则除冰系统可能无法将冰去除。基于在涡轮机叶片的内部添加加速计或在机舱上添加专用冰检测仪器的其他冰检测方法是昂贵的。

发明内容

本公开的一个实施方式是一种用于风力涡轮机的控制器，其包括处理器和存储器，该存储器具有应用，当该应用由处理器执行时，该应用执行包括监测用于控制传感器中的加热元件的可调参数的操作，其中，加热元件设定传感器的温度。该操作还包括基于在一段时间内监测可调参数来确定水沉积在传感器上的可能性，然后基于该可能性来激活防冰系统和除冰系统中的至少一者。

本文描述的另一个实施方式是一种用于检测冰的方法，该方法包括监测用于控制传感器中的加热元件的可调参数，其中，加热元件设定传感器的温度。该方法还包括基于在一段时间内监测可调参数来确定水沉积在传感器上的可能性，然后基于该可能性来激活防冰系统和除冰系统中的至少一者。

本文描述的另一个实施方式是一种用于风力涡轮机的冰检测系统，其包括具有加热元件的风传感器，该加热元件被配置为基于可调参数来设定传感器的温度。该实施方式还包括一种控制器，该控制器被配置为在一段时间内监测可调参数，基于在一段时间内监测可调参数来确定水沉积在传感器上的可能性，然后基于该可能性激活防冰系统和除冰系统中的至少一者。

附图说明

因此，可以详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施方式来对本公开进行更详细的描述，该公开的详细描述如上简要概述，所述实施方式中的一些在附图中示出。然而，应当注意，附图仅展示本公开的典型实施方式，并且因此不应被认为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他等效的实施方式。

图1展示根据本公开中描述的实施方式的风力涡轮机的示意图。

图2展示根据本公开中描述的实施方式的在风力涡轮机的机舱和塔架内部的部件的示意图。

图3是根据本公开中描述的实施方式的传感器系统的框图。

图4是根据本公开中描述的实施方式的用于检测传感器上的水的流程图。

图5是展示根据本公开中描述的实施方式的对水的参数响应的曲线图。

图6是展示根据本公开中描述的实施方式的对水的另一参数响应的曲线图。

图7是根据本公开中描述的实施方式的在传感器上有水的概率的示例性映射图。

图8是根据本公开中描述的实施方式的用于检测传感器上的水的流程图。

图9是根据本公开中描述的实施方式的用于检测传感器上的水的流程图。

图10是展示根据本公开中描述的实施方式的对水的另一参数响应的曲线图。

图11是根据本公开中描述的实施方式的用于检测传感器上的水的流程图。

为了便于理解，在可能的地方使用了相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。可以预期，一个实施方式中公开的元件可以在没有具体叙述的情况下有益地用于其他实施方式。

具体实施方式

风力涡轮机使用由多个叶片组成的转子来将风的动能转换成电能。具体而言，风速使叶片旋转，进而为发电机供电。当在风力涡轮机叶片上检测到冰时，不同的技术可以在叶片旋转的发电过程中或在涡轮机停机时将冰去除。叶片上的冰会降低涡轮机效率，并可能导致不适当的平衡，从而损坏涡轮机。通过测量气象条件并估算叶片上结冰的可能性来检测成冰条件，具有在效率降低之前或在不使转子停止旋转的情况下主动防止冰增长的好处。

在一个实施方式中，涡轮机配备有温度控制的风传感器。在一个实施方式中，风传感器具有内置的加热元件，该加热元件确保传感器的温度维持在特定的设定点。在一个实施方式中，传感器汲取电能以维持温度设定点。风力涡轮机控制器可以监测用于控制传感器中的加热元件的可调参数，以检测风力涡轮机上是否存在液体。在一个实施例中，可调参数是由风传感器汲取以将风传感器维持在恒定温度的电力，该恒定温度很大程度上取决于环境温度、风速以及传感器上的液态水或冰的存在。当传感器上有冰或水存在时，维持或恢复温度设定点所需的功率会增加。

在一个实施方式中，可以通过将环境温度和风速与可调参数进行比较来确定水(例如，液态水或冰)存在于传感器上的可能性。在一个实施方式中，经验数据用于通过将数据与当前天气状况进行比较并跟踪可调参数来确定水在风传感器上的可能性。因此，在至少一个实施方式中，已经知道风传感器的可调参数对各种天气条件的响应，使得功率和水的关系精确到预测传感器上水的存在，并因此预测风力涡轮发电机上的结冰的可能性。

实例实施方式

图1展示水平轴风力涡轮发电机100的示意图。风力涡轮发电机100通常包括塔架102和位于塔架102的顶部处的风力涡轮机机舱104。风力涡轮机转子106可以通过从机舱104伸出的低速轴与机舱104连接。风力涡轮机转子106包括安装在公共轮毂110上的在转子平面中旋转的三个转子叶片108，但是可以包括任何合适数量的叶片，诸如一个、两个、四个、五个或更多叶片。叶片108(或翼型件)通常均具有空气动力学形状，其具有用于面对风的前缘112、在用于叶片108的弦的相反端处的后缘114、尖端116和用于以任何合适的方式附接到轮毂110的根部118。

对于一些实施方式，叶片108可以使用变桨轴承120连接到轮毂110，从而使得每个叶片108可以绕其纵轴旋转以调节叶片的桨距。叶片108相对于转子平面的桨距角可以由例如连接在轮毂110与叶片108之间的线性致动器、液压致动器或步进马达控制。

图2展示风力涡轮发电机100的机舱104和塔架102内部的典型部件的示意图。当风200推动叶片108时，转子106旋转并使低速轴202旋转。变速箱204中的齿轮将低速轴202的低旋转速度机械地转换为适于使用发电机206发电的高速轴208的较高旋转速度。

控制器210可以感测轴202、208中的一个或两个的旋转速度。如果控制器确定轴旋转太快，则控制器可以将叶片变桨出风或通过增加来自发电机206的扭矩以减慢转子106的旋转，即降低每分钟的转数(RPM)。当轮毂已经处于或非常接近静止时，制动系统212可以通过保持轮毂110不旋转来防止对风力涡轮发电机100的部件造成损坏。控制器210还可以接收来自风速计214(提供风速)和/或风向标216(提供风向)的输入。基于接收到的信息，控制器210可以将控制信号发送到一个或多个叶片108，以努力调节叶片的桨距218。通过调节叶片的桨距218，可以增加或降低转子(以及因此的轴202、208)的旋转速度。例如，基于风向，控制器210可以将控制信号发送到包括偏航电动机220和偏航驱动器222的组件，以使机舱104相对于塔架102旋转，从而使得可以将转子106定位成面对更多(或在某些情况下更少)迎风。

图3是根据本公开中描述的实施方式的传感器系统300的框图。传感器系统包括风传感器310，该风传感器包括加热元件312、温度传感器314和功率传感器318。在至少一个实施方式中，风传感器310是超声风传感器。尽管示出一个风传感器310，但是在其他实施方式中，安装了两个或更多个传感器以用于冗余并且在风传感器之一被停用的情况下继续操作。控制器302监测并调节加热元件312，从而使得传感器的温度可以达到设定点316。

在一个实施方式中，风传感器加热元件312依靠电力来控制设定点温度316。风传感器310具有嵌入其中的功率传感器318，该功率传感器测量由加热元件312汲取的功率(或指示所由加热元件312汲取的电流的任何参数)。在一个实施方式中，功率传感器318输出由加热元件312消耗的功率。在至少一个实施方式中，通过测量随时间流逝而流向加热元件312的电流或加热元件312两端的电压来计算由加热元件312消耗的功率。在一个实施方式中，风传感器310将由加热元件312消耗的功率、温度传感器314的温度、特定设定点316和风速输出至控制器302。尽管示出为与风传感器310分开，但在另一个实施方式中，风传感器310可以包括控制器，该控制器使用来自涡轮机控制器302或者作为固定的默认值(例如25℃)的参考温度来控制传感器310的温度。

在一个实施方式中，风电场中的每个风力涡轮机包括至少一个传感器系统300。在另一个实施方式中，传感器系统300是控制多个风力涡轮机的中央控制系统(例如，监督控制和数据采集SCADA控制系统)。

处理器304代表任意数量的处理元件，每个处理器元件可以包括任意数量的处理核心。存储器306可以包括易失性存储元件、非易失性存储元件及其组合。此外，存储器306可以分布在不同的介质(例如，网络存储或外部硬盘驱动器)上。

冰检测器308可以是存储在存储器306中的软件应用。然而，在其他实施方式中，冰检测器308可以使用硬件或固件部件来实现。冰检测器308监测风传感器310的可调参数以检测风力涡轮机上水的存在。在一个实施方式中，可调参数是由加热元件312汲取的功率。然而，在其他示例中，可调参数可以是风传感器310的温度、设定点316的值、测得的风速、流向加热元件的电流或加热元件两端的电压。本领域技术人员将会理解，指示水的存在的可调参数可以是除上面列出的那些参数之外的其他参数，诸如热因子。

如果检测到冰，则冰检测器308可以激活除冰/预防系统320。在一个实施方式中，除冰/预防系统320是除冰系统，该除冰系统将冰或霜从叶片的表面去除。可以通过以下手段来完成除冰：电热手段，诸如通过经由加热元件施加热量；通过使用化学物质，诸如酒精、乙二醇或盐；机械方法，诸如振动或风力涡轮机转子速度变化；或各方法的组合。在另一个实施方式中，除冰/预防系统是防止冰积累在风力涡轮机叶片和表面上的防冰系统。防冰系统可以包括：电热手段，其使表面维持在冰点以上；基于流体的系统，其以保护层覆盖表面或将流体(诸如乙二醇)连续施加到敏感表面上；应用疏水性流体或材料；或将热空气或排气引导到叶片的内部中。适当的除冰或除冰方法取决于风力涡轮机处的环境条件，并且本领域技术人员将认识到，该方法不限于以上实施方式。

图4是根据本公开中描述的实施方式的用于操作风力涡轮机传感器系统300的方法400的流程图。在框405处，冰检测器测量用于将风传感器的温度维持在指定设定点的功率。在该实施例中，可调参数是由风传感器中的加热元件消耗的功率。作为非限制性实施例，如果将设定点设定为25℃的值，则功率传感器将会跟踪利用当前天气条件将风传感器的温度维持在设定点值处所需的功率。如果水(液态水或冰)与风传感器接触，则将风传感器的温度维持在设定点处相对于传感器上没有水时需要更多的功率(假设环境温度、风速和空气密度相同)。该功率增加是由于水汽化的潜热。由加热元件发出的热量通过水在固态到液态之间或从液态到气态的变相来吸收。这样，由加热元件汲取的功率增加，该功率由功率传感器检测并由冰检测器跟踪。

图5展示曲线图500，其中，可调参数由于风传感器上水的存在而发生变化。在曲线图500中，可调参数是由风传感器中的加热元件汲取以将风传感器维持在设定点值处的随时间510变化的功率505。在曲线图500中，假定环境温度和风速为常数，以使得由点515处的弯曲示出的响应仅归因于风传感器上存在水。在点515之前，由加热元件汲取的功率是恒定的。在点515处，水以液态水或冰的形式接触风传感器。如上所述，为了将温度设定点维持在恒定值处或将温度恢复到设定点温度，到加热元件的功率增加以抵消由水的存在引起的影响。在该实施方式中，由于水的汽化潜热，功率在整个区域520中增加，并且一旦所有水已经蒸发，功率就朝着稳态值降低。

图6描绘根据本公开中描述的实施方式的曲线图600，其示出控制加热元件以将风传感器的温度维持在期望的设定点处的可调参数的响应。曲线图600示出在恒定风速下随环境温度610变化的由加热元件汲取的功率605。曲线615示出在没有液体存在于传感器的加热元件上的情况下，随着温度610在干燥条件下从30℃降低到-30℃而被汲取到加热元件的功率。在该实施方式中，由曲线615示出的功率响应随着温度降低而近似线性地增加。曲线620示出在传感器的加热元件上存在液体的情况下，随着环境温度610在潮湿条件下从30℃降低到-30℃而被汲取到加热元件的功率。由曲线620示出的功率响应随着温度降低而近似线性地增加。然而，曲线620的斜率比曲线615陡峭，因为将传感器温度维持在预先确定的设定点处所需的功率随着由于水的存在导致环境温度变化而相应地增加。

返回到方法400，在框410处，冰检测器跟踪来自功率传感器的数据，并将其与经验或实验室测试的功率数据进行比较。可以将经验或测试功率数据本地存储在控制器中，或者经由风力涡轮机控制器网络进行通信，或者将存储的数据与经由网络进行通信的数据进行组合。

图7描绘根据在本公开中描述的实施方式的根据流向风传感器中的加热元件的功率的结冰或液体的可能性的映射图700。在一个实施例中，映射图700从经验或实验室测试的功率数据推导出，并且在方法400的框410处由冰检测器使用。在一个实施方式中，映射图700示出在恒定风速下随环境温度710变化的被汲取到加热元件的功率705。将各区域分开的曲线615和620与在图6中示出的相同，并且示出随着温度710在干燥条件和潮湿条件下从30℃降低到-30℃而被汲取到加热元件的功率。在至少一个实施方式中，由曲线615和620示出的功率随着温度降低而近似线性地增加。实验数据用于映射可能结冰的区域。在一个实施方式中，风传感器被放置在受控环境中并经受各种天气情况以测量结冰。对于每个温度，在干燥条件和潮湿条件下跟踪功率(或其他可调参数)以定义映射图700的区域。可替代地，从温度控制的传感器暴露于环境的涡轮机收集传感器数据，并且验证天气条件以确认传感器上何时有水。

区域725被定义为在风传感器上存在水的可能性低的区域。当由传感器汲取的功率大于曲线620但环境温度大于冰点(在该实施方式中为0℃)时，则在风传感器处存在液态水的可能性很高。然而，在区域730中，由于环境温度高于冰点，因此在风传感器处存在冰的可能性很低。在区域735处，由加热元件汲取的功率大于曲线620，并且环境温度低于冰点，因此，在风传感器处存在冰的可能性很高。区域740是在风传感器上结冰的可能性不确定的区域。即，冰检测器不能准确地确定传感器上是否有水。当环境温度接近或低于冰点时，该区域示出功率指示高于干曲线615但小于湿曲线620。为了确定在该区域中结冰的可能性，可能需要进一步验证，或者冰检测器可能会激活防冰或除冰过程作为预防措施。此外，随着跟踪天气状况并收集更多的经验数据，区域740的不确定性将最有可能随时间流逝而降低。

如上所述，映射图700可以由方法400的冰检测器使用以跟踪条件并确定在风传感器上结冰的可能性。即，冰检测器使用映射图700中的数据来比较当前环境条件和可调参数的值(即，由加热元件消耗的功率)，以确定传感器处是否存在液体。

如果在框415处控制器确定传感器处不存在水(例如，液体或冰)，则方法400进行至框405，在该框处，冰检测器继续监测由传感器消耗的功率以将传感器的温度维持在设定点处。然而，当冰检测器确定传感器上存在液体或冰时，方法400进行到框420，在该框处，冰检测器评估风力涡轮机处的风速以确定该速度是否高于冰条件的阈值。在至少一个实施方式中，风速用作确定冰是否在叶片上形成以及从而是否应该执行除冰或防冰的阈值。例如，如果涡轮机处的风速大于每秒15米，则叶片上不会发生结冰，并且冰检测器继续监测由传感器使用的功率，以将温度维持在设定点处，如框405所示。换言之，较高的风速可能防止冰形成。然而，如果风速小于每秒15米，则冰检测器激活防冰系统或用作确定是否激活防冰/除冰系统的输入，如框430所示。在一个实施方式中，风速阈值可以随着环境温度变化而变化。例如，如果风速在0℃处高于15m/s，则冰可能不会在叶片上形成，但在-5℃处，风速可能需要处于(或大于)18m/s处以防止在叶片上结冰。方法400仅是系统300的应用的一个实施方式。在其他实施方式中，该系统可能需要更少或其他的设定点、验证步骤或特征。

图5-7是根据复杂情况相互关联的环境条件的简化。为了简单起见，附图没有示出动态条件以及对各种天气条件下在加热元件中可能发生的条件的响应。

图8是根据本公开中描述的实施方式的用于操作风力涡轮机传感器系统300的方法800的流程图。在一个实施方式中，如框805所示，冰检测器测量并评估天气参数以确定是否会在叶片上结冰。在一个实施方式中，冰检测器使用环境温度作为阈值。当温度高于冰点时，不可能在叶片上结冰。在其他实施方式中，在算法中使用包括温度、风速、降水和其他因素在内的天气条件的关系来确定冰是否可能。可替代地，如映射图700所示，经验数据被映射以建立可能结冰的区域。当冰检测器指示不可能结冰时，方法800以预先确定的时间间隔重复。然而，如果冰可以在风力涡轮机上形成，则方法800进行到框810，在该框处，冰检测器将设定点温度调节到新值。因为风速的测量受到调节风传感器的温度的影响，所以在至少一个实施方式中，为了获得精确的风速测量，风速是从位于风力涡轮机上的第二传感器测量的，或者是从位于同一阵列中或附近的其中条件基本相似的另一风力涡轮机测量的。

在一个实施例中，冰检测器将设定点从15℃的值调节到25℃的值。功率传感器跟踪将传感器增加到新值所需的功率。在框815处，冰检测器使用预定义的映射将测得的功率转换为水在传感器处存在的概率，如映射图700所示。在一个实施方式中，预定义的映射基于包括环境温度、风速和水在传感器上存在的数据将可调参数(例如，由传感器汲取的功率)映射为结冰的可能性。

在一个实施方式中，预定义的映射通过经验数据来确定。为了生成预定义的映射，将各条件维持恒定，同时调节一个因子以测量可调参数的响应。例如，可调参数是由加热元件汲取的功率，而风速在液态水存在于传感器上的情况下保持恒定。在该实施例中，风速增加，同时跟踪被汲取到传感器的功率。在适当范围内对于所有温度记录功率后，可以重复进行实验，而无需液态水处于传感器上。然后数据可以由冰检测器编译并使用以基于读取被汲取到加热元件的功率、当前环境温度和风速并将测得的读数与先前记录的经验数据进行比较来确定结冰。当在框810处将设定点设定为新的较高温度值并且水与传感器加热元件接触时，与不存在水时被汲取的功率相比，达到新的设定点需要更多功率。如果在框820处，冰检测器确定可能结冰，则方法800进行至框825，并且冰检测器确定是否激活防冰/除冰系统。例如，冰检测器可以启动防冰程序或将结冰的指示用作确定是否激活除冰系统的输入。当不可能结冰时，方法800以预先确定的时间间隔重复。

图9是根据本公开中描述的实施方式的用于操作风力涡轮机传感器系统300的方法900的流程图。在框905处，冰检测器测量并评估天气参数以确定在风力涡轮机叶片上结冰是否可能。在一个实施方式中，冰检测器可以执行在方法800的框805处描述的任何技术，以确定是否可能成冰。当不可能结冰时，方法900以预先确定的时间间隔重复。然而，如果可能结冰，则方法900进行至框910，在该框处，冰检测器停用加热元件，直到风传感器的温度处于或低于冰点。因为风速的测量受到调节传感器的温度的影响，所以在至少一个实施方式中，风速是从位于风力涡轮机上的第二传感器测量的，或者是从位于相同阵列中或附近的其中条件基本相似的另一风力涡轮机测量的。

在一个实施例中，如果初始将设定点设定为25℃的值，则冰检测器停用风传感器加热元件，直到风传感器中的温度传感器的值为-2℃为止。在框915处，冰检测器重新激活加热元件。在一个实施方式中，一旦温度传感器达到环境温度，冰检测器就重新激活加热元件。然而，在另一个实施方式中，冰检测器保持加热元件在停用状态达预先确定的时间段，以允许冰在风传感器上积累。在激活后，加热元件使风传感器的温度恢复到温度设定点(例如25℃)。冰检测器随着加热元件使风传感器的温度恢复到设定点值而跟踪温度传感器变化率，如框920所示。由于当水从固体(冰)变为液体时被吸收的热量，温度的速率可以包括“死区”或显著降低的升温速率。当经历相变时，水从加热元件吸收能量，从而使得温度不会像没有水存在一样迅速地变化。当风传感器的温度处于或接近0℃(例如，+/-5℃)处的冰点时，变化率降低得以发生。当接近冰点的温度变化率没有显著降低时，很可能没有发生结冰，并且在至少一个实施方式中，加热元件继续加热直到温度传感器返回到其初始值。

在风传感器已经恢复到其初始温度或可测量地高于冰点而没有出现死区之后，冰检测器在框940处确定冰很可能不在风传感器(或叶片)上积累，并且在框945处将温度恢复到其预先确定的设定点。方法900可以以预先确定的时间间隔重复。然而，如果温度变化率在冰点附近确实降低，则可能结冰，如框930所示，并且因此，冰检测器可以确定叶片上可能存在冰。作为响应，在框935处，冰检测器确定是否激活防冰/除冰系统。冰检测器可以继续允许加热元件继续加热直到温度传感器返回到其初始值，然后方法900可以以预先确定的时间段重复。

图10是展示根据方法900的温度1005随时间1010变化的曲线图1000。在曲线图1000中，加热元件将传感器温度维持在给定的设定点处。在点t₀之前，温度是恒定的。然而，在点t₀处，天气事件触发传感器以停用加热元件(例如，方法900的框910)。在非限制性示例实施方式中，低于2℃的环境温度可能会触发传感器的停用。

在停用加热元件之后，风传感器的温度以取决于环境条件的速率降低。当温度降低到可测量地低于0℃(例如环境温度)的值时，在点t₁处，冰检测器重新激活传感器加热元件，这对应于方法900的框915。在一个实施方式中，控制器允许温度在低于0℃的环境温度处持续预定义的时间段，以允许潜在的冰积累。在一个实施方式中，加热元件被停用，直到传感器的温度近似等于环境温度。在其他实施方式中，加热元件被停用预先确定时间段，例如10分钟或30分钟，以便为冰在传感器上形成提供足够的时间。在重新激活后，传感器的温度开始增加。如果在传感器上不存在液态水或冰，则增加速率可能相对恒定，并且增加速率没有明显变化。然而，在传感器上存在冰的情况下，温度增加至大致冰点，然后由于冰融化而吸收来自加热元件的能量，因此温度变化速率降低。在曲线图1000上的点t₂处指示在大约冰点(即死区)处的较低的温度变化率。随着加热元件继续输出热量，死区在冰融化后在点t₃处终止。直到点t₄为止，传感器的温度继续升高并返回到设定点值。如上所述，死区指示风传感器上存在冰，这意味着冰也很可能在叶片上形成。作为响应，冰检测器可以激活防冰/除冰系统。

图11是根据本公开中描述的实施方式的用于操作风力涡轮机传感器系统300的方法1100的流程图。方法1100是方法400和方法900的组合。被描述为方法1100的组合提供以下保证：在启动潜在昂贵的除冰或防冰程序之前，在传感器处存在冰。在框1105处，冰检测器指示功率传感器以测量用于将风传感器加热元件设定点维持在预先确定的值(例如25℃)处的功率。在框1110处，冰检测器跟踪并将由加热元件汲取的功率与经验或测试功率数据进行比较。在方法1100的框1110处执行的分析可以与在框410处执行的分析相同。基于框1110的分析，冰检测器指示将水何时沉积在传感器上，如框1115所示。当水不存在于传感器处时，如框1125所示，方法1100进行到框1105，在该框处，冰检测器继续监测由传感器消耗的功率以将传感器温度维持在设定点处。然而，如果在风传感器处存在液态水，则该方法进行到框1120，在该框处，冰检测器确定当前(或平均)风速是否满足冰可以在叶片上形成的阈值。例如，当风速大于每秒15米时，在风力涡轮机叶片上不太可能发生结冰，并且冰检测器继续监测所消耗的功率以将温度维持在设定点处，如框1105所示。

然而，当可能结冰时(例如，基于经验或测试功率数据和风速，如映射图700所示)，方法1100进行到框1130，在该框处，冰检测器停用加热元件，直到温度传感器处于或低于冰点。在一个实施例中，如果初始将设定点设定为25℃的值，则冰检测器停用，直到温度传感器指示低于冰点的值，并执行与框910中所示相同的动作。在一个实施方式中，控制器允许将温度在低于0℃的环境温度处保持预定义的时间段，以允许潜在的冰积累。在框1135处，冰检测器重新激活加热元件。在激活后，加热元件会将风传感器的温度恢复到温度设定点。冰检测器随着加热元件将设定点恢复到其初始值而跟踪温度传感器变化率，如框1140所示。由于当水从冰变为液体时被吸收的热量，温度的速率可以包括“死区”或显著降低的升温速率。当温度变化率没有显著降低时，可能不会发生结冰。

在设定点已经返回到其初始值或可测量地高于冰点而没有出现死区之后，冰检测器在框1160处确定冰很可能不在风传感器(或叶片)上积累，并且在框1165处将温度恢复到其预先确定的设定点值。方法1100可以以预先确定的时间间隔重复。然而，如果温度变化率确实在冰点附近降低，则在风传感器上可能会积累结冰，如框1150所示，并且因此，冰检测器可以确定冰正在叶片上形成。作为响应，在框1155处，冰检测器确定是否激活防冰/除冰系统。冰检测器可以继续允许加热元件继续加热直到温度传感器返回到其初始值，然后方法1100可以以预先确定的时间段重复。

在前文中，参考了本公开中提出的实施方式。然而，本公开的范围不限于特定描述的实施方式。相反，可以设想以上提供的特征和元件的任何组合，无论是否涉及不同的实施方式，都可以实现和实践所设想的实施方式。此外，尽管本文公开的实施方式可以实现优于其他可能的解决方案或优于现有技术的优点，但是通过给定的实施方式是否实现特定的优点并不限制本公开的范围。因此，本文中描述的方面、特征、实施方式和优点仅是示例性的，并且不被认为是所附权利要求的要素或限制，除非在权利要求中明确叙述。

如本领域的技术人员将认识到的，本文公开的实施方式可以体现为系统、方法或计算机程序制品。因此，各方面可以采取完全硬件实施方式、完全软件实施方式(包括固件、驻留软件、微代码等)或结合了软件和硬件方面的实施方式的形式，这些方面在本文中通常都被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，各方面可以采取在其上实施有计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中实施的计算机程序制品的形式。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序制品。计算机程序制品可以包括其上具有计算机可读程序指令用于使处理器执行本发明的各方面的计算机可读存储介质(或媒体)(例如，便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁性存储设备或前述的任何适当组合)。

参考根据本公开中提出的实施方式的方法、装置(系统)和计算机程序制品的流程图和/或框图描述了本公开的各方面。将理解的是，流程图图示和/或框图的每个框以及流程图图示和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令来实现。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器，以产生机器，从而使得经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现在流程图和/或框图框中指定的功能/动作的装置。

附图中的流程图和框图展示根据各种实施方式的系统、方法和计算机程序制品的可能实现的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个框可以代表代码的模块、段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，在一些替代实施方式中，框中指出的功能可以不按图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，实际上可以基本上同时执行连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行这些框。还应注意，框图和/或流程图说明的每个框以及框图和/或流程图说明中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统、或专用硬件和计算机指令的组合来实现。

鉴于前述内容，本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种用于风力涡轮机的冰检测系统，所述系统包括：

风传感器，其包括加热元件，所述加热元件被配置为基于可调参数设定风传感器的温度；

控制器，其被配置为：

在一段时间内监测可调参数；

基于在所述一段时间内监测可调参数，确定水沉积在风传感器上的可能性；以及

基于所述可能性，激活防冰系统和除冰系统中的至少一者，

其中，确定水沉积在风传感器上的可能性包括：

将风传感器的温度调节到新值；

当将风传感器的温度调节到新值时，测量风传感器的响应；以及

使用预定义的映射将所述响应转换为水沉积在风传感器上的可能性。

2.根据权利要求1所述的冰检测系统，其中，所述控制器包括：

处理器；

存储器，其包括应用程序，所述应用程序在由处理器执行时执行操作，所述操作包括：

监测用于控制风传感器中的加热元件的可调参数，其中，加热元件设定风传感器的温度；

基于在一段时间内监测可调参数，确定水沉积在风传感器上的可能性；以及

基于所述可能性来激活防冰系统和除冰系统中的至少一者。

3.根据权利要求2所述的冰检测系统，其中，可调参数是由加热元件消耗的功率，其中，确定水沉积在风传感器上的可能性包括：

在所述一段时间内监测所消耗的功率；以及

使用预定义的映射将所消耗的功率转换为水沉积在风传感器上的可能性。

4.根据权利要求3所述的冰检测系统，其中，预定义的映射基于包括环境温度、风速和水的存在的数据将可调参数映射为结冰的可能性。

5.根据权利要求2-4中的任一项所述的冰检测系统，其中，所述操作还包括：

在确定水在风传感器上的可能性以及风速满足阈值之后，确定冰处于风力涡轮机的叶片上。

6.根据权利要求2所述的冰检测系统，其中，可调参数是风传感器的温度。

7.根据权利要求2所述的冰检测系统，其中，可调参数是风传感器的温度，其中，确定水沉积在风传感器上的可能性包括：

停用加热元件直到风传感器的温度处于冰点以下和环境温度处中的至少一者；

激活加热元件；

跟踪风传感器温度的变化率；以及

根据所述变化率确定水沉积在风传感器上的可能性。

8.根据权利要求2所述的冰检测系统，其中，可调参数是由加热元件消耗的功率，其中，确定水沉积在风传感器上的可能性包括：

在一段时间内监测所消耗的功率；

使用预定义的映射将所消耗的功率转换为水沉积在风传感器上的可能性；

基于在所述一段时间内监测可调参数，确定水沉积在风传感器上的可能性；

通过停用加热元件直到风传感器的温度处于冰点以下和环境温度处中的至少一者，来验证水沉积在风传感器上；

激活加热元件；

跟踪风传感器温度的变化率；以及

使用预定义的映射确定冰沉积在风传感器上。

9.一种用于检测冰的方法，包括：

监测用于控制风传感器中的加热元件的可调参数，其中，加热元件设定风传感器的温度；

基于在一段时间内监测可调参数，确定水沉积在风传感器上的可能性；以及

基于所述可能性，激活防冰系统和除冰系统中的至少一者，

其中，确定水沉积在风传感器上的可能性包括：

将风传感器的温度调节到新值；

当将风传感器的温度调节到新值时，测量风传感器的响应；以及

使用预定义的映射将所述响应转换为水沉积在风传感器上的可能性。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，可调参数是由加热元件消耗的功率，其中，确定水沉积在风传感器上的可能性包括：

在所述一段时间内监测所消耗的功率；以及

使用预定义的映射将所消耗的功率转换为水沉积在风传感器上的可能性。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，预定义的映射基于包括环境温度、风速和水的存在的数据将可调参数映射为结冰的可能性。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，还包括：

在确定水沉积在风传感器上的可能性以及风速满足阈值之后，确定冰处于风力涡轮机的叶片上。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，可调参数是风传感器的温度。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，可调参数是风传感器的温度，其中，确定水沉积在风传感器上的可能性包括：

停用加热元件直到风传感器的温度处于冰点以下和环境温度处中的至少一者；

激活加热元件；

跟踪风传感器温度的变化率；以及

根据所述变化率确定水沉积在风传感器上的可能性。

15.根据权利要求9所述的方法，其中，可调参数是由加热元件消耗的功率，其中，确定水沉积在风传感器上的可能性包括：

在一段时间内监测所消耗的功率；

使用预定义的映射将所消耗的功率转换为水沉积在风传感器上的可能性；

基于在所述一段时间内监测可调参数，确定水沉积在风传感器上的可能性；

通过停用加热元件直到风传感器的温度处于冰点以下和环境温度处中的至少一者，来验证水沉积在风传感器上；

激活加热元件；

跟踪风传感器温度的变化率；以及

使用预定义的映射确定冰沉积在风传感器上。

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