CN112727712A - 一种风机叶片防除冰加热控制系统及方法 - Google Patents

一种风机叶片防除冰加热控制系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112727712A
CN112727712A CN202011641412.5A CN202011641412A CN112727712A CN 112727712 A CN112727712 A CN 112727712A CN 202011641412 A CN202011641412 A CN 202011641412A CN 112727712 A CN112727712 A CN 112727712A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heating control
blade
deicing
temperature
working mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011641412.5A
Other languages
English (en)
Inventor
刘小春
文飞
李伟
王昭力
舒禹
杨东升
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Datang Guizhou New Energy Development Co ltd
Guizhou Institute of Technology
Original Assignee
Datang Guizhou New Energy Development Co ltd
Guizhou Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Datang Guizhou New Energy Development Co ltd, Guizhou Institute of Technology filed Critical Datang Guizhou New Energy Development Co ltd
Priority to CN202011641412.5A priority Critical patent/CN112727712A/zh
Publication of CN112727712A publication Critical patent/CN112727712A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D80/00Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/40Ice detection; De-icing means
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

本发明提供了一种风机叶片防除冰加热控制系统,包括中控;所述中控连接控制有温度传感器、湿度传感器和结冰传感器,温度传感器、湿度传感器结冰传感器安装在风机机舱顶部;中控还连接控制有风道加热器,风道加热器安装在风机叶根前缘内壁上且紧靠叶片剪切腹板。本发明还提供一种风机叶片防除冰加热控制方法,包括叶片防除冰加热控制的两种工作模式及控制方法,能有效进行风机叶片的防除冰工作,还能防止温度超过叶片复合材料玻璃化转变温度60℃从而避免叶片加热的安全威胁。本发明采用温度传感器检测导风管出口叶片内壁最高温度构建叶片加热负反馈温度控制系统,通过无级调功器实现叶片内加热温度控制,控制效果好。

Description

一种风机叶片防除冰加热控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种风机叶片防除冰加热控制系统及方法。
背景技术
在我国云贵高原、湖南、四川等地区,风电开发成为推进这些地区新能源开发和利用的主要途径之一。然而,在这些特殊的地理环境和气候条件下,在每年的冬季结冰期该地区风电场常常出现风机结冰停运事件,因而每年的冬季风机积冰停运已经成为该地区风电业主共同面对的生产技术难题。风机防除冰技术发展至今,工程应用的主要技术之一热能防除冰技术,分为电加热防除冰和气加热防除冰两种。气加热防除冰技术具有在现场易实现改造、维护方便、不增加引雷风险等优势而逐渐受到行业关注,其基本方案是:采用定制的风道加热器安装在叶片前缘侧叶根部位,将空气加热后采用鼓风机输送到叶片前缘中上部(15m以上)持续加热复合材料叶片本体,使得在冬季结冰期每支风机叶片表面温度保持在0℃以上以达到防除冰目的。
在云贵高原地区风电场运营的主流风机为水平轴、三叶机型,叶片采用玻璃钢复合材料制造,因而每支叶片应安装一套独立的叶片加热系统,主要设备包括690V叶片加热控制装置、叶片加热控制装置、3kW旋涡鼓风机和30kW风道加热器、约长15m导风管和挡风板等。尽管风机上每支叶片中的加热设备、叶片加热和温度控制方案相同,但在构建三支叶片的防除冰加热控制系统的组网方案和控制策略时,因组网方案及控制策略不同,风机叶片气热法防除冰系统在现场施工的可行性、系统构建成本、通信可靠性、系统的防除冰效率以及叶片安全和寿命等技术问题差异较大,设计不佳容易导致叶片受到过热的安全威胁。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种风机叶片防除冰加热控制系统及方法。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种风机叶片防除冰加热控制系统,包括中控;所述中控连接控制有温度传感器、湿度传感器和结冰传感器,温度传感器、湿度传感器和结冰传感器安装在风机机舱顶部;中控还连接控制有风道加热器,风道加热器安装在风机叶根前缘内壁上且紧靠叶片剪切腹板。
所述风道加热器输出端位置安装导热管。
所述导热管出口位置安装有PT100温度传感器,PT100温度传感器信号反馈至中控的信号输出端。
所述中控通过无级调功器控制风道加热器。
所述中控为PLC组网控制系统,PLC组网控制系统将机舱控制用的1台PLC和三支叶片加热控制用的3台PLC通过2台交换机和TCP/IP协议构建风机叶片防除冰系统的专用控制网络。
本发明还提供一种风机叶片防除冰加热控制方法,采用防冰加热控制工作模式和除冰加热控制工作模式的两种模式工作;除冰加热控制工作模式设定的控制温度高于防冰加热控制工作模式设定的控制温度。
所述防冰加热控制工作模式启动条件为温度低至0℃且湿度大于85%;所述除冰加热控制工作模式启动条件为如下两种情况中的任意一种:
a.在风机叶片表面结冰厚度达到0.5mm及以上;
b.温度低于0℃且风机的实际功率与设计功率的曲线偏差超过20%。
所述防冰加热控制工作模式设定叶片加热控制温度为50℃。
所述除冰加热控制工作模式分为两级:Ⅰ级除冰加热控制工作模式和Ⅱ级除冰加热控制工作模式,Ⅰ级除冰加热控制工作模式设定叶片加热控制温度为55℃,Ⅱ级除冰加热控制工作模式设定叶片加热控制温度为60℃。
本发明的有益效果在于:通过所构建的控制系统和控制方法,能有效实现对风机三支叶片防除冰加热控制,能有效防止温度超过叶片复合材料玻璃化转变温度60℃,从而避免叶片加热的安全威胁;采用温度传感器检测导风管出口叶片内壁最高温度构建叶片加热负反馈温度控制系统,通过无级调功器实现叶片内加热温度控制,控制效果好;关键参数设计合理,有效确保系统正常启动和停运,保障计风机叶片防除冰系统设备安全;便于实现风机叶片气热法防除冰的远程监控操作,与风机三支叶片加热控制装置配合。
附图说明
图1是本发明的中控示意图。
图2是本发明的连接示意图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示的一种风机叶片防除冰加热控制系统的中控部分,中控为PLC组网控制系统,PLC组网控制系统将机舱控制用的1台PLC和三支叶片加热控制用的3台PLC通过2台交换机和TCP/IP协议构建风机叶片防除冰系统的专用控制网络。
风机三支叶片中,1#叶片加热控制PLC、2#叶片加热控制PLC和3#叶片加热控制PLC采用并联组网方式连接至叶片工业交换机,通过风机滑环后接至机舱工业交换机,机舱PLC同样接至该工业交换机,从机舱工业交换机引出接至塔底交换机。
如图2所示的一种风机叶片防除冰加热控制系统,中控连接控制有温度传感器、湿度传感器和结冰传感器,温度传感器、湿度传感器结冰传感器安装在风机机舱顶部;中控还连接控制有风道加热器,风道加热器安装在风机叶根前缘内壁上且紧靠叶片剪切腹板。
风道加热器输出端位置安装导热管。
导热管出口位置安装有PT100温度传感器,PT100温度传感器信号反馈至中控的信号输出端。
中控通过无级调功器控制风道加热器。
本发明还提供的一种风机叶片防除冰加热控制方法,采用防冰加热控制工作模式和除冰加热控制工作模式,除冰加热控制工作模式设定的控制温度高于防冰加热控制工作模式设定的控制温度。
防冰加热控制工作模式启动条件为温度低至0℃且湿度大于85%;除冰加热控制工作模式启动条件为如下两种情况中的任意一种:
a.在风机叶片表面结冰厚度达到0.5mm及以上;
b.温度低于0℃且风机的实际功率与设计功率的曲线偏差超过20%。
防冰加热控制工作模式设定叶片加热控制温度为50℃。
除冰加热控制工作模式分为两级:Ⅰ级除冰加热控制工作模式和Ⅱ级除冰加热控制工作模式,Ⅰ级除冰加热控制工作模式设定叶片加热控制温度为55℃,Ⅱ级除冰加热控制工作模式设定叶片加热控制温度为60℃。
实施例1
采用上述方案,如图1所示,中控主要包括了1#叶片加热控制PLC、2#叶片加热控制PLC、3#叶片加热控制PLC、叶片工业交换机、风机滑环、机舱工业交换机和机舱PLC。
采用上述方案,如图2所示,主要包括了温度传感器、湿度传感器、结冰传感器、中控、启动指令、叶片加热控制方法、无级调功器、风道加热器、导热管和PT100温度传感器。
安装在机舱顶部的温度传感器和湿度传感器监测的风机机舱顶部周边局部环境的温度和湿度信号传送给机舱PLC,同时安装在机舱顶部的结冰传感器监测的叶片结冰厚度通过Modbus通讯协议也传送给机舱PLC,来自操作人员的启动指令通过叶片加热控制方法决策后再通过中控发送防冰工作模式或除冰工作模式指令给选择开关决定叶片加热控制工作状态:在防冰加热控制工作模式下,导热管出口的叶片内壁加热控制温度设置为50℃;在除冰加热控制工作模式下,分为两级除冰加热控制工作模式,对Ⅰ级除冰加热控制工作模式设定叶片加热控制温度为55℃,对Ⅱ级除冰加热控制工作模式设定叶片加热控制温度为60℃。
在选择开关给出加热控制工作模式的参考温度T*驱动无级调功器进行风道加热器的调压调功,热空气通过导热管输送到叶片17米位置处释放,持续加热叶片本体,在导热管出口安装的PT100温度传感器监测该处叶片内壁表面温度,将监测的温度信号反馈至无级调功器入口,与中控输出端构成负反馈温度闭环控制系统,在实现持续稳定加热叶片中上部的同时,也保障了对复合材料叶片的加热安全。
系统加热控制方法如下:
1、风机叶片防除冰加热控制系统的工作模式及参数选择:
(1)将风机叶片防除冰加热控制系统的工作模式分为两种:防冰加热控制工作模式和除冰加热控制工作模式。
(2)防冰加热控制工作模式启动条件:在环境温度低至0℃且湿度85%以上。
(3)除冰加热控制工作模式分为两级:Ⅰ级除冰加热控制工作模式和Ⅱ级除冰加热控制工作模式,Ⅰ级除冰加热控制工作模式设定叶片加热控制温度为55℃,Ⅱ级除冰加热控制工作模式设定叶片加热控制温度为60℃。
启动条件为如下两种情况中的任意一种:
a.在风机叶片表面结冰厚度达到0.5mm及以上;
b.温度低于0℃且风机的实际功率与设计功率的曲线偏差超过20%。
(4)风道加热器中心最大温度设置为90℃,保护风道加热器。
(5)风力机处于发电状态或停机状态,均可以开启风机叶片防除冰系统。
2、系统的启动/停机过程:
(1)操作人员参照当地气象预报和实地观察后研判,同时依据监测信息判断风机叶片即将结冰或开始进入结冰状态,启动审批工作流程。
(2)开启风机叶片防冰加热控制系统前,确认风机机舱管控装置内AC690V和AC220V供电断路器处于合闸状态。
(3)启动加热鼓风机:间隔60s依次启动加热鼓风机,采用“加热鼓风机启动”远程一键启动设计。
(4)启动风道加热器:加热鼓风机启动完毕60s后,启动三支叶片的风道加热器,依次间隔120s,采用“叶片加热启动”远程一键启动设计。
(5)风机叶片防除冰加热控制系统正常启动后,在防冰工作模式下运行3h后,观察风机出力变化及结冰传感器输出综合研判,如果叶片表面仍未结冰,可下调叶片加热控制温度至40℃或更低,以减少风机叶片防除冰系统工作的能量损耗。
(6)根据当地气象条件判断不存在风机叶片结冰隐患时,通过“叶片加热停止”功能键依次停止风道加热器运行,经120s后,鼓风机自动依次停止运行,或通过“停止按钮”功能键操作停止鼓风机运行。
(7)当风机叶片防除冰加热控制系统停运后,要确保机舱管控装置内AC690V和AC220V断路器处于分闸状态。

Claims (9)

1.一种风机叶片防除冰加热控制系统,包括中控,其特征在于:所述中控连接控制有温度传感器、湿度传感器和结冰传感器,温度传感器、湿度传感器和结冰传感器安装在风机机舱顶部;中控还连接控制有风道加热器,风道加热器安装在风机叶根前缘内壁上且紧靠叶片剪切腹板。
2.如权利要求1所述的风机叶片防除冰加热控制系统,其特征在于:所述风道加热器输出端位置安装导热管。
3.如权利要求1所述的风机叶片防除冰加热控制系统,其特征在于:所述导热管出口位置安装有PT100温度传感器,PT100温度传感器信号反馈至中控的信号输出端。
4.如权利要求1所述的风机叶片防除冰加热控制系统,其特征在于:所述中控通过无级调功器控制风道加热器。
5.如权利要求1所述的风机叶片防除冰加热控制系统,其特征在于:所述中控为PLC组网控制系统,PLC组网控制系统将机舱控制用的1台PLC和三支叶片加热控制用的3台PLC通过2台交换机和TCP/IP协议构建风机叶片防除冰系统的专用控制网络。
6.一种风机叶片防除冰加热控制方法,其特征在于:采用防冰加热控制工作模式和除冰加热控制工作模式的两种模式工作;除冰加热控制工作模式设定的控制温度高于防冰加热控制工作模式设定的控制温度。
7.如权利要求6所述的风机叶片防除冰加热控制方法,其特征在于:所述防冰加热控制工作模式启动条件为温度低至0℃且湿度大于85%;所述除冰加热控制工作模式启动条件为如下两种情况中的任意一种:
a.在风机叶片表面结冰厚度达到0.5mm及以上;
b.温度低于0℃且风机的实际功率与设计功率的曲线偏差超过20%。
8.如权利要求6所述的风机叶片防除冰控制方法,其特征在于:所述防冰加热控制工作模式设定叶片加热控制温度为50℃。
9.如权利要求6所述的风机叶片防除冰控制方法,其特征在于:所述除冰加热控制工作模式分为两级:Ⅰ级除冰加热控制工作模式和Ⅱ级除冰加热控制工作模式,Ⅰ级除冰加热控制工作模式设定叶片加热控制温度为55℃,Ⅱ级除冰加热控制工作模式设定叶片加热控制温度为60℃。
CN202011641412.5A 2020-12-31 2020-12-31 一种风机叶片防除冰加热控制系统及方法 Pending CN112727712A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011641412.5A CN112727712A (zh) 2020-12-31 2020-12-31 一种风机叶片防除冰加热控制系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011641412.5A CN112727712A (zh) 2020-12-31 2020-12-31 一种风机叶片防除冰加热控制系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112727712A true CN112727712A (zh) 2021-04-30

Family

ID=75609207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011641412.5A Pending CN112727712A (zh) 2020-12-31 2020-12-31 一种风机叶片防除冰加热控制系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112727712A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114526205A (zh) * 2022-03-04 2022-05-24 湖南风创能源科技有限公司 一种除冰控制器及其控制方法
CN115839320A (zh) * 2023-02-23 2023-03-24 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 一种风电叶片除冰控制方法及系统
CN117614989A (zh) * 2023-11-22 2024-02-27 湖南防灾科技有限公司 用于风机的通讯系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014173043A1 (zh) * 2013-04-26 2014-10-30 湘电新能源有限公司 一种碳晶防冰的方法和采用该方法的风力发电机防冰系统
US20170226990A1 (en) * 2015-11-06 2017-08-10 Acciona Windpower, S.A. Wind turbine and method for ice removal in wind turbines
CN107829889A (zh) * 2017-11-20 2018-03-23 浙江运达风电股份有限公司 一种用于风力发电机组的除冰控制方法及系统
CN108167141A (zh) * 2017-11-16 2018-06-15 内蒙古久和能源装备有限公司 用于风力发电机组的防冰除冰系统及其方法
CN207538981U (zh) * 2017-10-20 2018-06-26 浙江运达风电股份有限公司 一种大型风电机组的桨叶除冰装置
WO2018113889A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 Vestas Wind Systems A/S Temperature control based on weather forecasting
US20200017221A1 (en) * 2018-07-13 2020-01-16 The Boeing Company Multi-mode generator for ice protection on aircraft
CN111852793A (zh) * 2020-07-30 2020-10-30 湖南拓天节能控制技术股份有限公司 一种风机启动与叶片防除冰联合控制的方法和装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014173043A1 (zh) * 2013-04-26 2014-10-30 湘电新能源有限公司 一种碳晶防冰的方法和采用该方法的风力发电机防冰系统
US20170226990A1 (en) * 2015-11-06 2017-08-10 Acciona Windpower, S.A. Wind turbine and method for ice removal in wind turbines
WO2018113889A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 Vestas Wind Systems A/S Temperature control based on weather forecasting
CN207538981U (zh) * 2017-10-20 2018-06-26 浙江运达风电股份有限公司 一种大型风电机组的桨叶除冰装置
CN108167141A (zh) * 2017-11-16 2018-06-15 内蒙古久和能源装备有限公司 用于风力发电机组的防冰除冰系统及其方法
CN107829889A (zh) * 2017-11-20 2018-03-23 浙江运达风电股份有限公司 一种用于风力发电机组的除冰控制方法及系统
US20200017221A1 (en) * 2018-07-13 2020-01-16 The Boeing Company Multi-mode generator for ice protection on aircraft
CN110712756A (zh) * 2018-07-13 2020-01-21 波音公司 用于飞行器上的防冰的多模发电机
CN111852793A (zh) * 2020-07-30 2020-10-30 湖南拓天节能控制技术股份有限公司 一种风机启动与叶片防除冰联合控制的方法和装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114526205A (zh) * 2022-03-04 2022-05-24 湖南风创能源科技有限公司 一种除冰控制器及其控制方法
CN115839320A (zh) * 2023-02-23 2023-03-24 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 一种风电叶片除冰控制方法及系统
CN117614989A (zh) * 2023-11-22 2024-02-27 湖南防灾科技有限公司 用于风机的通讯系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112727712A (zh) 一种风机叶片防除冰加热控制系统及方法
CN105626370B (zh) 一种抗冰风电叶片结构
WO2016037476A1 (zh) 大功率风电叶片抗冰除冰方法及装置
CN112096577A (zh) 一种风机叶片除冰装置
CN211900886U (zh) 一种风电机组叶片气热除冰装置
CN213574483U (zh) 一种风机叶片热鼓风除冰装置
CN107620681A (zh) 风力发电机组叶片的加热控制系统和方法
CN102878026A (zh) 具有电热融冰装置的风力发电机转子叶片
CN107676233A (zh) 一种风力发电机组及其叶片除冰系统
CN207526651U (zh) 一种风力发电机组及其叶片除冰系统
CN111852793A (zh) 一种风机启动与叶片防除冰联合控制的方法和装置
CN110821762A (zh) 一种风电机组叶片气热除冰装置
CN102322405A (zh) 一种风力风电机组叶片除冰抗冻系统
CN103437949A (zh) 风力发电机叶片、风力发电机以及叶片除冰系统
CN212583885U (zh) 风电叶片防冰融冰装置
CN203452981U (zh) 一种带有叶片热气抗凝冻系统的风机
CN204591592U (zh) 一种用于风力发电机的叶片防冰除冰装置
CN203570505U (zh) 风力发电机叶片、风力发电机以及叶片除冰系统
CN203366837U (zh) 一种高压输电线缆及针对该输电线缆的除冰装置
CN201347875Y (zh) 一种冷却塔风机的控制系统
CN202181995U (zh) 一种风力风电机组叶片除冰抗冻系统
CN113187676B (zh) 一种风机叶片分区电热除冰装置
CN214196565U (zh) 一种用于风机叶片防除冰系统的叶根加热控制装置
CN214273868U (zh) 一种用于风机叶片防除冰系统的叶根加热电源组件
CN210425637U (zh) 一种分布式储能型冷热联供三端一体智慧系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210430