CN114526205A - 一种除冰控制器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风电技术领域，提供一种除冰控制器及其控制方法，所述除冰控制器包括塔基控制器、机舱主控器、叶根从控制器和温湿度传感器，所述塔基控制器与机舱主控器连接，用于所述机舱主控器与外部控制装置之间的通讯；所述叶跟从控制器分别与加热器和鼓风机连接，用于控制加热器启停、调整加热器的加热功率、检测鼓风机的输入电流和加热器的加热温度；所述机舱主控器分别与温湿度传感器和叶跟从控制器连接，用于根据相应的信号控制叶跟从控制器，该控制器能够根据风机外界环境控制加热器启停，并且能够对系统过温进行保护，以及在任何工况下实现对加热器出口温度的恒定控制，确保最高的热利用效率和除冰效果。

Description

一种除冰控制器及其控制方法
技术领域
本发明涉及风电技术领域，具体涉及一种除冰控制器及其控制方法。
背景技术
在温度低，湿度大，海拔高的地方，风力发电机叶片比较容易结冰。叶片结冰后会导致叶片过载和载荷不均衡，造成风机效率下降。叶片结冰状态下继续运行还会改变叶片原有的翼型，导致桨叶气动性能恶化，造成风能捕获能力急剧下降；积冰严重时载荷增加，震动加剧，甚至会导致叶片断裂，对发电机组产生非常大的危害。因此，结冰严重时，机组必须脱网停机，机组利用率下降，造成发电量损失。另外叶片结冰后，随着温度升高，冰块就会脱落，脱落冰块被甩出的距离可达1.5倍叶尖高度，对机组和现场人员有很大的安全隐患。
基于上述情况，需要对风力发电机叶片进行除冰。但是，除冰系统的功率较大，现有风机叶片除冰系统需要单独布置690V或者380V的电缆作为除冰系统的动力电源，若除冰系统一直启动会造成能源浪费，使除冰成本增加，同时除冰系统中加热器长时间运行或高功率运行有可能造成设备损坏的危险。
因此，需要研制出一种能够根据风机外界环境控制加热器启停，并且能够对系统过温进行保护，以及在任何工况下实现对加热器出口温度的恒定控制，确保最高的热利用效率和除冰效果。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种除冰控制器，该方案能够根据风机外界环境控制加热器启停，并且能够对系统过温进行保护，以及在任何工况下实现对加热器出口温度的恒定控制，确保了最高的热利用效率和除冰效果。
本发明提供的技术方案是：一种除冰控制器，用于包括加热器和鼓风机的风机除冰系统中，所述除冰控制器包括塔基控制器、机舱主控器、叶根从控制器和温湿度传感器，其中：
所述塔基控制器与机舱主控器连接，用于实现机舱主控器与外部控制装置之间的通讯；
所述叶跟从控制器分别与加热器和鼓风机连接，用于控制加热器启停、调整加热器的加热功率、检测鼓风机的输入电流和加热器的加热温度；
所述机舱主控器分别与温湿度传感器和叶跟从控制器连接，机舱主控器根据所接收的信号给叶跟从控制器发送操作指令，所述信号包括温湿度传感器的温湿度信号、外部控制装置的控制信号以及鼓风机的输入电流信号和加热器的加热温度信号。
优选的，还包括与所述叶跟从控制器分别连接的温度传感器和电流互感器，所述温度传感器用于检测加热器的加热温度，所述电流互感器用于检测鼓风机的输入电流。
优选的，所述温度传感器设于加热器的输出端，所述电流互感器设于鼓风机的电源输入端。
优选的，所述塔基控制器通过以太网与外部控制装置连接，所述塔基控制器通过光纤与机舱主控器连接。
优选的，所述机舱主控器通过CAN总线与叶根从控制器通信连接。
优选的，所述加热器的电源输入端和鼓风机的电源输入端均设置有接触器。
一种除冰控制器的控制方法，包括以下步骤：
S100、利用温湿度传感器采集外界环境中的温度T1和湿度φ1并传输给机枪主控器；
S200、机舱主控器根据所接收的外界环境中的温度T1分析外界温度变化趋势，同时利用外界温度变化趋势以及步骤S100中所采集的外界环境中的温度T1 和湿度φ1判断是否满足加热器的加热要求，并进入步骤S300；
S300、若判断满足加热器的加热要求，则机舱主控器通过叶根从控制器控制加热器开始加热，并进入步骤S400；若判断不满足加热器的加热要求，则返回步骤S100；
S400、机舱主控器通过叶根从控制器对加热器的加热功率进行线性调整。
优选的，所述步骤S200中利用外界温度变化趋势以及步骤S100中所采集的外界环境中的温度T1和湿度φ1判断是否满足加热器的加热要求的具体实现方式包括：将所采集到的外界环境中的温度T1和湿度φ1分别与预设的温度T0和预设湿度φ0相比较，若满足T1＜T0，φ1＜φ0，且外界温度变化趋势呈下降趋势，即可判断满足加热器的加热要求，否则，不满足加热器的加热要求。
优选的，所述步骤S400中对加热器的加热功率进行线性调整的具体实现方式包括：叶根从控制器检测加热器的加热温度和鼓风机的输入电流，并根据加热器的加热温度和鼓风机的输入电流线性调节加热器的加热功率。
与现有技术相比，本发明所涉及到的一种除冰控制器具有以下优点：
本发明能够根据风机外界环境控制加热器启停，并且能够对系统过温进行保护，以及在任何工况下实现对加热器出口温度的恒定控制，确保了最高的热利用效率和除冰效果。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一种除冰控制器的电路原理图；
图2为本发明一种除冰控制器的控制方法的流程图。
图中：1、塔基控制器；2、机舱主控器；3、温湿度传感器；4、叶根从控制器；5、加热器；6、鼓风机；7、电流互感器；8、温度传感器；9、接触器。
具体实施方式
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
如图1所示，一种除冰控制器，用于风机除冰系统中，所述风机除冰系统包括加热器5和鼓风机6，所述除冰控制器包括塔基控制器1、机舱主控器2和叶根从控制器4，所述塔基控制器1与机舱主控器2连接，用于所述机舱主控器2 与外部控制装置之间的通讯；
所述叶跟从控制器4分别与加热器5和鼓风机6连接，用于控制加热器5启停、调整加热器5的加热功率、检测鼓风机6的输入电流和加热器5的加热温度；
所述机舱主控器2分别与温湿度传感器3和叶跟从控制器4连接，机舱主控器2根据相应的信号给叶跟从控制器4发送操作指令，所述信号包括温湿度传感器3所发送的温湿度信号、外部控制装置所发送的控制信号以及所述叶跟从控制器4所反馈的鼓风机6的输入电流信号和加热器5的加热温度信号；
所述塔基控制器1通过以太网与外部控制装置进行通讯，本实施例中，所述塔基控制器1通过光纤与机舱主控器2通信连接，塔基控制器1将外部控制装置发送的控制命令传送给机舱主控器2，同时，塔基控制器1将机舱主控器2接收到的信息发送给外部控制装置，以方便外部控制装置对风机内加热器5的温度进行控制以及获取风机端的信息，所述信息包括外界环境的温湿度信息、鼓风机6 电源输入端的电流信息和加热器5出风口的温度信息；
所述机舱主控器2通过滑环滑环，负责为旋转体连通、输送能源与信号的电气部件，根据传输介质来区分，滑环分为电滑环、流体滑环、光滑环，也可通俗的统称为“旋转连通”或“旋通”。滑环通常安装在设备的旋转中心，主要由旋转与静止两大部分组成。旋转部分连接设备的旋转结构并随之旋转运动，称为“转子”，静止部分连接设备的固定结构的能源，称为“定子与叶根从控制器4通信连接，其中机舱主控器2与叶跟从控制器4之间采用CAN总线(Controller Area Network,是控制器局域网络的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国 BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准ISO 11898，是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议)进行通信控制，机舱主控器2根据外部控制装置的信号控制叶根从控制器4，并将叶根从控制器4所检测到的信号传输给塔基控制器1，所述温湿度传感器3用于检测风机外界环境的温度和湿度，机舱主控器2将所检测到的温度值和湿度值与预设的温度值和湿度值相比较，当检测到的温度值和湿度值低于预设的温度值和湿度值时，且整体温度趋势是呈下降趋势时，机舱主控器2将控制叶根从控制器4使加热器5运行，从而有效预防风力发电机叶片结冰，当外界温度较高时，如零度以上，通常是不达不到结冰的条件，因此，此时无需控制加热器5启动，同样的，当温度低于一定温度时，如零度以下，但湿度值很小，也无法构成结冰的条件或结冰的可能性较小，此时也无需启动加热器5，综上，温度预设值和湿度预设值应根据风力发电机组所在环境综合考虑设置，触发加热器5启动的条件也应相应改变，本文中所指湿度值为风力发电机组外界环境中的空气湿度值；
所述叶根从控制器4和加热器5通过滑环与外部供电装置供电连接，所述鼓风机6与叶跟从控制器4并联，所述鼓风机6与叶跟从控制器4的并联端与外部供电装置连接，所述叶跟从控制器4用于控制加热器5的启动以及对加热器5 的功率进行线性调节，并实时对加热器5的温度进行监测，此处的温度优先指加热器5出风口的温度，根据需要也可对加热器5整体温度进行监测，叶根从控制器4连接有设置在加热器5出风口的温度传感器8，叶根从控制器4通过设置的温度传感器8检测加热器5出风口的温度并反馈给机舱主控器2，从而使得机舱主控器2能够根据加热器5出风口的温度对加热器5的功率进行调节，有利于保证加热器5出风口的温度保持在一个恒定值，确保热利用效率高、除冰效果好，同时也能防止加热器5因长时间加热导致过热或加热器5功率过大造成设备损坏的后果；其中所述叶根从控制器4通过电流互感器7检测经过鼓风机6的电流，所述电流互感器7设置在鼓风机6的电源输入端；
所述加热器5的电源输入端、鼓风机6的电源输入端以及加热器5的电源输入端和鼓风机6的电源输入端的并联端均设置有接触器9，所述接触器9用于控制叶根从控制器4与外部供电装置之间以及鼓风机6与外部供电装置之间的电路通断。
本发明的另一实施例中，如图2所示，一种除冰控制器的控制方法，包括以下步骤：
S100、利用温湿度传感器3采集外界环境中的温度T1和湿度φ1并传输给机枪主控器2；
S200、机舱主控器2根据所接收的外界环境中的温度T1分析外界温度变化趋势，同时利用外界温度变化趋势以及步骤S100中所采集的外界环境中的温度 T1和湿度φ1判断是否满足加热器5的加热要求，并进入步骤S300；所述利用外界温度变化趋势以及步骤S100中所采集的外界环境中的温度T1和湿度φ1判断是否满足加热器5的加热要求的具体实现方式包括：将所采集到的外界环境中的温度T1与预设的温度T0相比较，满足T1＜T0；将外界环境中的湿度φ1与预设湿度φ0相比较，满足φ1＜φ0；外界温度变化趋势呈下降趋势，即可判断满足加热器5的加热要求，否则，不满足加热器5的加热要求。
S300、若判断满足加热器5的加热要求则通过机舱主控器2控制叶根从控制器4，进而控制加热器5开始加热，并进入步骤S400；若判断不满足加热器5 的要求，则返回步骤S100；
S400、机舱主控器2通过叶根从控制器4对加热器5的加热功率进行线性调整，所述对加热器5的加热功率进行线性调整包括：检测加热器5的加热温度和鼓风机6电源输入端的电流，并根据加热器5的加热温度和鼓风机6电源输入端的电流线性调节加热器5的加热功率。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种除冰控制器，用于包括加热器(5)和鼓风机(6)的风机除冰系统中，其特征在于，所述除冰控制器包括塔基控制器(1)、机舱主控器(2)、叶根从控制器(4)和温湿度传感器(3)，其中：
所述塔基控制器(1)与机舱主控器(2)连接，用于实现机舱主控器(2)与外部控制装置之间的通讯；
所述叶跟从控制器(4)分别与加热器(5)和鼓风机(6)连接，用于控制加热器(5)启停、调整加热器(5)的加热功率、检测鼓风机(6)的输入电流和加热器(5)的加热温度；
所述机舱主控器(2)分别与温湿度传感器(3)和叶跟从控制器(4)连接，机舱主控器(2)根据所接收的信号给叶跟从控制器(4)发送操作指令，所述信号包括温湿度传感器(3)的温湿度信号、外部控制装置的控制信号以及鼓风机(6)的输入电流信号和加热器(5)的加热温度信号。
2.如权利要求1所述的除冰控制器，其特征在于，还包括与所述叶跟从控制器分别连接的温度传感器(8)和电流互感器(7)，所述温度传感器(8)用于检测加热器(5)的加热温度，所述电流互感器(7)用于检测鼓风机(6)的输入电流。
3.如权利要求2所述的除冰控制器，其特征在于，所述温度传感器(8)设于加热器(5)的输出端，所述电流互感器(7)设于鼓风机(6)的电源输入端。
4.如权利要求1所述的除冰控制器，其特征在于，所述塔基控制器(1)通过以太网与外部控制装置连接，所述塔基控制器(1)通过光纤与机舱主控器(2)连接。
5.如权利要求1所述的除冰控制器，其特征在于，所述机舱主控器(2)通过CAN总线与叶根从控制器(4)通信连接。
6.如权利要求1所述的除冰控制器，其特征在于，所述加热器(5)的电源输入端和鼓风机(6)的电源输入端均设置有接触器(9)。
7.一种除冰控制器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S100、利用温湿度传感器(3)采集外界环境中的温度T1和湿度φ1并传输给机枪主控器(2)；
S200、机舱主控器(2)根据所接收的外界环境中的温度T1分析外界温度变化趋势，同时利用外界温度变化趋势以及步骤S100中所采集的外界环境中的温度T1和湿度φ1判断是否满足加热器(5)的加热要求，并进入步骤S300；
S300、若判断满足加热器(5)的加热要求，则机舱主控器(2)通过叶根从控制器(4)控制加热器(5)开始加热，并进入步骤S400；若判断不满足加热器(5)的加热要求，则返回步骤S100；
S400、机舱主控器(2)通过叶根从控制器(4)对加热器(5)的加热功率进行线性调整。
8.根据权利要求7所述的除冰控制器的控制方法，其特征在于，所述步骤S200中利用外界温度变化趋势以及步骤S100中所采集的外界环境中的温度T1和湿度φ1判断是否满足加热器(5)的加热要求的具体实现方式包括：将所采集到的外界环境中的温度T1和湿度φ1分别与预设的温度T0和预设湿度φ0相比较，若满足T1＜T0，φ1＜φ0，且外界温度变化趋势呈下降趋势，即可判断满足加热器(5)的加热要求，否则，不满足加热器(5)的加热要求。
9.根据权利要求7所述的除冰控制器的控制方法，其特征在于，所述步骤S400中对加热器(5)的加热功率进行线性调整的具体实现方式包括：叶根从控制器(4)检测加热器(5)的加热温度和鼓风机(6)的输入电流，并根据加热器(5)的加热温度和鼓风机(6)的输入电流线性调节加热器(5)的加热功率。
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