CN115614233A - 基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统、叶片除冰控制方法、叶片及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统、叶片除冰控制方法、叶片及风力发电机组，风力机叶片除冰系统包括低阻金属加热组件，其包括低阻金属网加热层，低阻金属网加热层包括间隔设置的第一低阻金属网、第二低阻金属网、第三低阻金属网和第四低阻金属网；隔离直流电源，其用于为低阻金属加热组件提供直流电；隔离直流电源的输出正极、第一、第二、第三、第四低阻金属网、隔离直流电源的输出负极依次连接形成闭环电流回路，隔离直流电源的输出接地端与第二低阻金属网和第三低阻金属网的连接处连接后再与风机叶片引下线连接。本申请融冰效果和防雷能力好，安装工艺简单，并最大限度地降低对叶片机械强度和气动性能的影响。

Description

基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统、叶片除冰控制方 法、叶片及风力发电机组

技术领域

本申请涉及风力发电机组技术领域，特别是涉及一种基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统、叶片除冰控制方法、叶片及风力发电机组。

背景技术

风力发电作为安全可靠、无污染、可并网运行的重要发电方式之一，近年来快速发展。在寒冷、湿冷地区，风力机叶片容易结冰，进而使得其叶片气动性能受损，降低机组发电效率，导致机组加速疲劳，降低使用寿命，严重时会导致风力机被迫停机，甚至倒塌，危害人身安全，因此，风力机叶片结冰问题越来越受到重视，风力机叶片除冰系统也得以迅速发展。

现有的针对风力发电机组叶片的防冰/除冰技术主要是围绕电加热除冰、热气除冰和特殊涂层方法来研究。与电加热方式相比，热气除冰和特殊涂层防护技术的应用效果不佳。电加热技术是通过在叶片表面或者内层布置加热层，加热层通电后产生焦耳热，提升叶片表面温度消除叶片结冰问题，提高风力发电机组的运行时间。但是在叶片上使用电加热的方式进行防冰除冰，在雷暴天气时电加热装置会增加引雷的风险，雷击电流会损坏加热元件甚至破坏叶片。

在现有的电加热除冰系统中，所使用的发热元件主要有以合金电阻丝为核心的硅橡胶复合发热元件、碳纤维布加热元件、碳晶加热膜、石墨烯加热膜等，此类发热元件等效电阻大、通流能力低、耐雷击电流能力差，发热元件雷击损坏风险较高。此外，在现有的融冰发热元件的安装过程中，需要进行多层铺设，对叶片表面的改动较大，安装工艺复杂，融冰效果差。

目前针对电加热除冰系统的防雷研究主要有两种，一种是通过增加金属屏蔽层结构，如专利(申请号201721165207.X)提出一种用于风力发电机转子叶片电加热除冰装置，属于传统的高阻材料电加热方法，需要额外加一个金属网屏蔽罩用于雷电防护，安装工艺复杂。另外采用高阻抗的复合发热元件的厚度一般在3mm以上，需要预埋在风力发电机叶片的表面下，存在安装工艺复杂、易影响叶片机械强度等问题。

因此，如何在保证融冰效果和防雷能力的同时，简化电加热除冰系统的安装工艺，并最大限度地降低对叶片机械强度和气动性能的影响，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统，能够在保证融冰效果和防雷能力的同时，简化电加热除冰系统的安装工艺，并最大限度地降低对叶片机械强度和气动性能的影响。本申请还提供一种叶片除冰控制方法、叶片及风力发电机组，具有相同的技术效果。

本申请的第一个目的为提供一种基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统。

本申请的上述申请目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统，包括：

低阻金属加热组件，其敷设于所述风力机叶片的外表面，所述低阻金属加热组件包括低阻金属网加热层，所述低阻金属网加热层包括间隔设置的第一低阻金属网、第二低阻金属网、第三低阻金属网和第四低阻金属网；以及

隔离直流电源，其用于为所述低阻金属加热组件提供直流电；

其中，

所述隔离直流电源的输出正极、第一低阻金属网、第二低阻金属网、第三低阻金属网、第四低阻金属网、隔离直流电源的输出负极依次连接形成闭环电流回路，所述隔离直流电源的输出接地端与所述第二低阻金属网和第三低阻金属网的连接处连接后再与风机叶片引下线连接。

优选地，所述隔离直流电源的输出正极与所述第二低阻金属网和第三低阻金属网的连接处之间设置有第一控制开关，所述隔离直流电源的输出负极与所述第二低阻金属网和第三低阻金属网的连接处之间设置有第二控制开关。

优选地，所述所述低阻金属网加热层还包括正极接线排、接地端接线排、负极接线排、正极短接排和负极短接排，所述正极接线排、接地端接线排、负极接线排、正极短接排和负极短接排均由低阻金属材料制成；

所述隔离直流电源的输出正极通过所述正极接线排与第一低阻金属网连接，所述第一低阻金属网和第二低阻金属网通过所述正极短接排连接，所述第二低阻金属网、第三低阻金属网和隔离直流电源的输出接地端通过所述接地端接线排连接，所述第三低阻金属网和第四低阻金属网通过所述负极短接排连接，所述第四低阻金属网和所述隔离直流电源的输出负极通过所述负极接线排连接。

优选地，所述低阻金属加热组件还包括网格状顶层玻纤布和网格状底层玻纤布，所述低阻金属网加热层夹设于所述网格状顶层玻纤布和网格状底层玻纤布之间，且所述网格状顶层玻纤布和网格状底层玻纤布均通过高导热率复合粘胶粘接连接。

优选地，所述低阻金属加热组件通过高导热率复合粘胶粘接于所述风机叶片的前缘。

优选地，

所述低阻金属加热组件设置有一个，所述第一低阻金属网、第二低阻金属网、第三低阻金属网和第四低阻金属网沿所述风力机叶片的厚度方向均匀间隔布置，各低阻金属网均沿所述风力机叶片的长度方延伸；或者

所述低阻金属加热组件设置有多个，多个所述低阻金属加热组件沿所述风力机叶片的长度方向间隔布置，各所述低阻金属加热组件的第一低阻金属网、第二低阻金属网、第三低阻金属网和第四低阻金属网沿所述风力机叶片的厚度方向均匀间隔布置。

优选地，

各个低阻金属网为由低阻金属材料制成的若干横向低阻金属丝和由低阻金属材料制成的若干纵向低阻金属丝相互交叉形成的网状结构，横向低阻金属丝和纵向低阻金属丝的交叉处采用压铸连接工艺连接；或者

各个低阻金属网为均布有若干通孔的网状低阻金属箔，网状低阻金属箔由低阻金属箔片采用压铸冲孔工艺制成。

本申请的第二个目的为提供一种叶片除冰控制方法。

本申请的上述申请目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种叶片除冰控制方法，应用于上述第一个目的中任一项所述的基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统，所述叶片除冰控制方法包括：

获取低阻金属网的实时温度值；

将所述实时温度值与预设的温度参考值进行比较，并根据比较结果调节低阻金属网的加热功率；

根据所述隔离直流电源的输出电压和输出电流计算所述低阻金属网的加热功率积分滤波值；

检测风力机叶片周围的环境温度值；

根据所述加热功率积分滤波值、环境温度值和温度参考值计算所述低阻金属网与空气之间的热阻值；

将所述热阻值与预设的热阻设定值进行比较，并根据比较结果调整所述温度参考值。

本申请的第三个目的为提供一种叶片。

本申请的上述申请目的三是通过以下技术方案得以实现的：

一种叶片，所述叶片上设置有上述第一个目的中任一项所述的基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统。

本申请的第四个目的为提供一种风力发电机组。

本申请的上述申请目的四是通过以下技术方案得以实现的：

一种风力发电机组，所述风力发电机组包括上述第三个目的所述的叶片。

上述技术方案，各个低阻金属网和隔离直流电源的输出接地端通过与风机叶片引下线连接从而有效连接到大地，低阻金属网等效叶片引下线，具备极高耐雷击电流冲击能力，加上隔离直流电源能够对其输入和输出实现有效隔离，因此发生雷击时，通过风机叶片引下线能够有效将雷电泄放至大地，从而达到良好的雷电安全防护，有效避免雷击过电压对风力机叶片除冰系统的电气控制系统的影响，无需额外增加防雷屏蔽层，从而最大限度地降低对叶片机械强度和气动性能的影响；由于低阻金属加热组件的低阻金属网是敷设在风力机叶片外表面的，可以通过高导热率复合粘胶采用手糊粘接方式对低阻金属加热组件进行粘贴施工，安装工艺简单；采用低阻金属材料制备低阻金属网加热层对风力机叶片进行加热除冰，有效提升风力机叶片加热除冰整体热效率和融冰性能，更好地满足了风力发电机组在低温天气条件下的除冰和防冰能力。综上所述，上述技术方案能够在保证融冰效果和防雷能力的同时，简化电加热除冰系统的安装工艺，并最大限度地降低对叶片机械强度和气动性能的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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为本申请实施例中基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统的结构示意图；

图2为本申请实施例中基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统的控制原理框图；

图3为本申请实施例中低阻金属加热组件的截面结构示意图；

图4为本申请实施例中低阻金属网的结构示意图；

图5为本申请实施例中低阻金属网的另一种结构示意图；

图6为本申请实施例中叶片的结构示意图；

图7为本申请实施例中铜和铝的温度-电阻率曲线图；

图8为本申请实施例中叶片除冰控制方法的方法流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。以下所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，单元和模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或模块可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理器中，也可以是各单元分别单独作为一个器件，也可以两个或两个以上单元集成在一个器件中；本申请各实施例中的各功能单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现下述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令及相关的硬件来完成，前述的程序指令可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序指令在执行时，执行包括下述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请实施例采用递进的方式撰写。

如图1-6所示，本申请实施例提供一种基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统，包括低阻金属加热组件1和隔离直流电源2；低阻金属加热组件1敷设于风力机叶片的外表面，低阻金属加热组件1包括低阻金属网加热层11，低阻金属网加热层11包括间隔设置的第一低阻金属网111、第二低阻金属网112、第三低阻金属网113和第四低阻金属网114；隔离直流电源2用于将其输入端输入的交流电转换为低压大电流的直流电为低阻金属加热组件1提供工作电源；隔离直流电源2的输出正极、第一低阻金属网111、第二低阻金属网112、第三低阻金属网113、第四低阻金属网114、隔离直流电源2的输出负极依次连接形成闭环电流回路，隔离直流电源2的输出接地端与第二低阻金属网112和第三低阻金属网113的连接处连接后再与风机叶片引下线连接。

需要说明的是，上述低阻金属材料是指低电阻率的金属材料，例如，银、铜、金、铝等金属材料。由于低电阻率的金属材料具有较强的电流通流能力，因此，可有效提高风力机叶片除冰系统的加热性能和防雷能力。

具体地，本实施例中，第一低阻金属网111、第二低阻金属网112、第三低阻金属网113和第四低阻金属网114采用成本低且易获得的低电阻率金属材料铜或铝制成。

具体地，隔离直流电源2的输入端输入的可以是380V三相交流电或690V三相交流电，输入电源的电压可以根据风力机叶片大小、风力机安装环境气候条件等具体情况进行选择。如图1所示，本实施例中隔离直流电源2的输入端输入的为380V三相交流电。对于一些大型的风力发电机组(例如MW级的风力发电机组)或者气候寒冷环境中安装的风力机组，为了通过低阻金属加热组件1给风力机叶片提供更大的加热功率，从而达到更好地除冰效果，可以采用690V三相交流电作为隔离直流电源2的输入端输入的电源。

上述实施例中，各个低阻金属网和隔离直流电源2的输出接地端通过与风机叶片引下线连接从而有效连接到大地，低阻金属网等效叶片引下线，具备极高耐雷击电流冲击能力，加上隔离直流电源2能够对其输入和输出实现有效隔离，因此发生雷击时，通过风机叶片引下线能够有效将雷电泄放至大地，从而达到良好的雷电安全防护，有效避免雷击过电压对风力机叶片除冰系统的电气控制系统的影响，无需额外增加防雷屏蔽层，从而最大限度地降低对叶片机械强度和气动性能的影响；由于低阻金属加热组件1的低阻金属网是敷设在风力机叶片外表面的，可以通过高导热率复合粘胶采用手糊粘接方式对低阻金属加热组件1进行粘贴施工，安装工艺简单；采用低阻金属材料制备低阻金属网加热层11对风力机叶片进行加热除冰，有效提升风力机叶片加热除冰整体热效率和融冰性能，更好地满足了风力发电机组在低温天气条件下的除冰和防冰能力。

综上所述，上述实施例能够在保证融冰效果和防雷能力的同时，简化电加热除冰系统的安装工艺，并最大限度地降低对叶片机械强度和气动性能的影响。

风力机叶片前缘是风力机叶片的迎风面，当空气温度湿度达到结冰条件时，风会带动空气中的过冷却水运动，使这些过冷却水碰到风力机叶片，当叶片上的水滴足够多时便形成了覆冰现象。因此风力机叶片的覆冰主要集中在迎风面，背风面则要弱得多。为了最大程度地降低风力机叶片加热系统对叶片机械强度和气动性能的影响，需要限制低阻金属加热组件1的敷设面积，因此，在敷设面积一定的情况下，为了提供风力机叶片的加热效率和融冰性能，如图5所示，在一个实施例中，将低阻金属加热组件1设置于风力机叶片的前缘外表面(即迎风面)，为了降低风力机叶片与其外表面敷设的低阻金属加热组件1之间的热阻，使低阻金属加热组件1的热量能够更加快速地传送至风力机叶片表面，具体可以通过高导热率复合粘胶将低阻金属加热组件1粘接固定于风机叶片的前缘，能够降低低阻金属加热组件1温升，实现冷加热融冰，有效减少热量损失，有利于提高加热融冰效率，延长风力机叶片寿命。具体地，高导热率复合粘胶可以采用氧化铝-环氧树脂复合粘胶。

如图1所示，在上述实施例的基础上，为了便于各低阻金属网与隔离直流电源2的输出端之间以及相邻的两个低阻金属网之间的连接，在一个实施例中，低阻金属网加热层11还包括正极接线排115、接地端接线排116、负极接线排117、正极短接排118和负极短接排119，隔离直流电源2的输出正极通过正极接线排115与第一低阻金属网111连接，第一低阻金属网111和第二低阻金属网112通过正极短接排118连接，第二低阻金属网112、第三低阻金属网113和隔离直流电源2的输出接地端通过接地端接线排116连接，第三低阻金属网113和第四低阻金属网114通过负极短接排119连接，第四低阻金属网114和隔离直流电源2的输出负极通过负极接线排117连接。

为了保证各接线排/短接排的通流能力，从而提升低阻金属网加热层11整体的加热性能和防雷冲击能力，正极接线排115、接地端接线排116、负极接线排117、正极短接排118和负极短接排119均由低阻金属材料制成。

具体地，为了保证低阻金属网加热层11的通流防雷效果，各低阻金属网和各接线排/短接排的载流截面不小于风机叶片引下线的载流截面。

具体地，如图1、2、6所示，在上述实施例的基础上，在一个本实施例中，该风力机叶片除冰系统还包括接闪器3，接闪器3具体设置有两个，两个接闪器3分别设置于叶片尖部的两侧，其中一个接闪器3与低阻金属网加热层11的正极短接排118连接，另一个接闪器3与低阻金属网加热层11的负极短接排119连接。通过设置接闪器3，并使接闪器3与低阻金属网加热层11连接，从而通过接闪器3接闪雷电，有效避免雷电直接作用于低阻金属网上面而使低阻金属网受损。

如图3所示，在一个实施例中，低阻金属加热组件1还包括网格状顶层玻纤布12和网格状底层玻纤布13，低阻金属网加热层11夹设于网格状顶层玻纤布12和网格状底层玻纤布13之间，且网格状顶层玻纤布12和网格状底层玻纤布13均通过高导热率复合粘胶粘接连接。由于玻纤布更容易与由玻璃钢材料制成的叶片融合，因此，网格状顶层玻纤布12和网格状底层玻纤布13的设置，不仅便于固定低阻金属网加热层11，而且便于整个低阻金属加热组件1更好地粘接在叶片上；网格状顶层玻纤布12、低阻金属网加热层11和网格状底层玻纤布13通过高导热率复合粘胶粘接连接，有效降低低阻金属网加热层11与叶片之间的热阻，从而更好地保证加热融冰效果。具体地，该高导热率复合粘胶具体为氧化铝-环氧树脂复合粘胶。

具体地，低阻金属加热组件1安装时，先通过高导热率复合粘胶将网格状顶层玻纤布12、低阻金属网加热层11和网格状底层玻纤布13依次粘接在一起，然后将风力机叶片的需加热区(例如叶片前缘)打磨后，再使用高导热率复合粘胶将低阻金属加热组件1通过手糊粘接的方式粘接在风力机叶片打磨后的区域即完成低阻金属加热组件1的安装，安装工艺简单，操作便捷。

在一个实施例中，如图6所示，低阻金属加热组件1设置有一个，低阻金属加热组件1的第一低阻金属网111、第二低阻金属网112、第三低阻金属网113和第四低阻金属网114沿风力机叶片的厚度方向均匀间隔布置，各低阻金属网均沿风力机叶片的长度方延伸。

在另一些实施例中，低阻金属加热组件1设置有多个，多个低阻金属加热组件1沿风力机叶片的长度方向间隔布置，各低阻金属加热组件1的第一低阻金属网111、第二低阻金属网112、第三低阻金属网113和第四低阻金属网114沿风力机叶片的厚度方向均匀间隔布置。设置多个低阻金属加热组件1，一方面，在风力机叶片需要敷设低阻金属加热组件1的面积一定的情况下，可以减小每个低阻金属加热组件1的面积和重量，从而便于更好地将低阻金属加热组件1粘接至风力机叶片上，进一步降低低阻金属加热组件1的安装难度；另一方面，由于风力机叶片不同的区域的结冰程度不同，因此可以分别单独控制每个低阻金属加热组件1的开关和加热功率，从而对每个低阻金属加热组件1覆盖的不同区域采用不同的加热控制策略，进一步提升加热融冰效率。具体地，每一个低阻金属加热组件1可以分别对应连接一个隔离直流电源2，通过控制对应的隔离直流电源2的输出功率来控制对应的低阻金属加热组件1的加热功率；也可以将各个低阻金属加热组件1的电源输入端连接至同一个隔离直流电源2，通过在隔离直流电源2和各个低阻金属加热组件1之间分别设置开关管或功率管来分别调节对应的低阻金属加热组件1的加热功率。

如图4所示，在一个实施例中，各个低阻金属网为由低阻金属材料制成的若干横向低阻金属丝1111和由低阻金属材料制成的若干纵向低阻金属丝1112相互交叉形成的网状结构，横向低阻金属丝1111和纵向低阻金属丝1112的交叉处采用压铸连接工艺连接。本实施例中，电流主要通路为横向低阻金属丝1111，纵向低阻金属丝1112为导热丝，纵向低阻金属丝1112还具有均流作用，以保证每根金属丝电流和发热均衡，横向低阻金属丝1111和纵向低阻金属丝1112交叉处为压铸连接工艺以减小接触电阻。

如图5所示，在另一个实施例中，为了进一步增加低阻金属网的雷电通流能力，各个低阻金属网为均布有若干通孔1113的网状低阻金属箔，网状低阻金属箔由低阻金属箔片采用压铸冲孔工艺制成。

如图1-3所示，在一个实施例中，风力机叶片除冰系统还包括设置于低阻金属加热组件1内的测温光纤14，测温光纤14用于采集低阻金属网加热层11的实时温度值，实现对低阻金属网加热层11的实时温度的监测，以便根据实时温度值调节低阻金属加热组件1的加热功率。

如图2所示，在一个实施例中，隔离直流电源2的输出正极与第二低阻金属网112和第三低阻金属网113的连接处之间设置有第一控制开关15，隔离直流电源2的输出负极与第二低阻金属网112和第三低阻金属网113的连接处之间设置有第二控制开关16。通过设置第一控制开关15和第二控制开关16，便于根据需要控制隔离直流电源2的输出正极与第二低阻金属网112和第三低阻金属网113的连接处之间的通断，以及控制隔离直流电源2的输出负极与第二低阻金属网112和第三低阻金属网113的连接处之间的通断。具体地，在本实施例中，第一控制开关15和第二控制开关16均为常闭接触器，这样，在非加热状态下，低阻金属网加热层11的正、负极通过常闭接触器连接到隔离直流电源2的输出接地端，由于隔离直流电源2的输出接地端与风力机叶片引下线连接，因此，使得风力机叶片除冰系统具备直击雷电流传导能力，进一步提高风力机叶片除冰系统防雷击能力。

如图2所示，风力机叶片除冰系统还包括总电源开关17、输入电压传感器18、输入电流传感器19、输出电压传感器20、输出电流传感器21、光纤测温模块22、控制器24和通信电路23，总电源开关17、输入电压传感器18、输入电流传感器19、输出电压传感器20、输出电流传感器21、光纤测温模块22和通信电路23分别与控制器24通信连接。总电源开关17用于控制风力机叶片除冰系统的输入电源的开关，输入电压传感器18和输入电流传感器19分别用于检测隔离直流电源2的输入电压和输入电流，输出电压传感器20和输出电流传感器21分别用于检测隔离直流电源2的输出电压和输出电流，光纤测温模块22用于采集测温光纤14检测到的实时温度信息，控制器24可以通过通信电路23与外部控制终端通信连接，以响应外部控制终端发送的控制指令对风力机叶片除冰系统的相关单元模块(第一控制开关15、第二控制开关16、总电源开关17、低阻金属网加热层11等)进行控制，以及将接收到的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、实时温度等信息发送至外部控制终端，实现外部控制终端与风力机叶片除冰系统之间的信息交互。

具体地，如图6所示，叶片根部安装有电源控制箱25，隔离直流电源2、总电源开关17、第一控制开关15、第二控制开关16、输入电压传感器18、输入电流传感器19、输出电压传感器20、输出电流传感器21、光纤测温模块22、控制器24和通信电路23均设置于电源控制箱25内。

本申请实施例还提供一种叶片，请参阅图1-6，该叶片上设置有如上所述的基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统。

本申请实施例还提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括如上所述的叶片。

如图8所示，本申请实施例还提供一种叶片除冰控制方法，应用于如上所述的基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统，该叶片除冰控制方法包括如下步骤：

S1，获取低阻金属网的实时温度值；

当需要控制风力机叶片除冰系统对风力机叶片进行除冰时，首先需要获取到风力机叶片除冰系统中的各低阻金属网的实时温度值。

具体地，可以通过在低阻金属网上布置测温光纤来获取低阻金属网的实时温度值。但是，由于测温光纤整套测温系统价格昂贵，加大了风力机叶片除冰成本。如图7所示，由于铜、铝等低阻金属材料的电阻率与温度之前具有一定关系，因此，也可以采用计算电阻率的方法通过查表获取低阻金属网的实时温度值，具体包括如下步骤：

S11，采样隔离直流电源的输出电压和输出电流；

S12，根据输出电压和输出电流计算低阻金属网的电阻率；根据电压、电流计算电阻率为现有技术，在此不再赘述。

S13，根据低阻金属网对应的低阻金属的温度-电阻率曲线查表获得低阻金属网的实时温度值。

采用计算电阻率的方法通过查表获取低阻金属网的实时温度值，相对于通过测温光纤直接检测的方式，可以在保证实时温度值准确可靠的前提下有效降低成本。

S2，将实时温度值与预设的温度参考值进行比较，并根据比较结果调节低阻金属网的加热功率；

该步骤具体包括：将实时温度值与预设的温度参考值进行比较，判断实时温度值是否大于温度参考值，若是，则增大低阻金属网加热功率；若否，则减小低阻金属网的加热功率。

S3，根据隔离直流电源的输出电压和输出电流计算低阻金属网的加热功率积分滤波值；

该步骤具体包括：根据隔离直流电源的输出电压和输出电流计算低阻金属网的加热功率，并对低阻金属网的加热功率进行积分滤波处理得到功率积分滤波值。

S4，检测风力机叶片周围的环境温度值；

具体可以通过设置在风力机舱的温度传感器来检测风力机叶片周围的环境温度。

S5，根据加热功率积分滤波值、环境温度值和温度参考值计算低阻金属网与空气之间的热阻值；

具体计算公式如下：

低阻金属网与空气之间的热阻值＝(温度参考值-环境温度值)/功率积分滤波值。

S6，将热阻值与预设的热阻设定值进行比较，并根据比较结果调整温度参考值。

该步骤具体包括：将热阻值与预设的热阻设定值进行比较，判断热阻值是否大于热阻设定值，若是，则表明叶片覆冰厚度较大，则将温度参考值设置为较大的第一参考值；若否，表明叶片未覆冰或覆冰厚度较小，则将温度参考值设置为第二参考值；其中，第一参考值大于第二参考值。具体地，在本实施例中，第一参考值为50℃，第二参考值为10摄氏度。

由于冰和水的导热系数有较大差别，冰的导热系数为2.22，水的导热系数只有0.54，因此，为了达到更好的除冰效果，通过本发明上述实施例中的叶片除冰控制方法中的低阻金属网的温升控制策略，保证在叶片表面覆冰的状态下，通过低阻金属网进行快速传热，使得与叶片表面接触的冰层快速融化脱落，可以保证对叶片更高效率的除冰。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统，其特征在于，包括：

低阻金属加热组件，其敷设于所述风力机叶片的外表面，所述低阻金属加热组件包括低阻金属网加热层，所述低阻金属网加热层包括间隔设置的第一低阻金属网、第二低阻金属网、第三低阻金属网和第四低阻金属网；以及

隔离直流电源，其用于为所述低阻金属加热组件提供直流电；

其中，

所述隔离直流电源的输出正极、第一低阻金属网、第二低阻金属网、第三低阻金属网、第四低阻金属网和隔离直流电源的输出负极依次连接形成闭环电流回路，所述隔离直流电源的输出接地端与所述第二低阻金属网和第三低阻金属网的连接处连接后再与风机叶片引下线连接。

2.如权利要求1中所述基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统，其特征在于，所述隔离直流电源的输出正极与所述第二低阻金属网和第三低阻金属网的连接处之间设置有第一控制开关，所述隔离直流电源的输出负极与所述第二低阻金属网和第三低阻金属网的连接处之间设置有第二控制开关。

3.根据权利要求1或2所述的基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统，其特征在于，所述低阻金属网加热层还包括正极接线排、接地端接线排、负极接线排、正极短接排和负极短接排，所述正极接线排、接地端接线排、负极接线排、正极短接排和负极短接排均由低阻金属材料制成；

所述隔离直流电源的输出正极通过所述正极接线排与第一低阻金属网连接，所述第一低阻金属网和第二低阻金属网通过所述正极短接排连接，所述第二低阻金属网、第三低阻金属网和隔离直流电源的输出接地端通过所述接地端接线排连接，所述第三低阻金属网和第四低阻金属网通过所述负极短接排连接，所述第四低阻金属网和所述隔离直流电源的输出负极通过所述负极接线排连接。

4.根据权利要求3所述的基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统，其特征在于，所述低阻金属加热组件还包括网格状顶层玻纤布和网格状底层玻纤布，所述低阻金属网加热层夹设于所述网格状顶层玻纤布和网格状底层玻纤布之间，且所述网格状顶层玻纤布和网格状底层玻纤布均通过高导热率复合粘胶粘接连接。

5.根据权利要求1、2或4所述的基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统，其特征在于，所述低阻金属加热组件通过高导热率复合粘胶粘接于所述风机叶片的前缘。

6.根据权利要求5所述的基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统，其特征在于，

所述低阻金属加热组件设置有一个，所述第一低阻金属网、第二低阻金属网、第三低阻金属网和第四低阻金属网沿所述风力机叶片的厚度方向均匀间隔布置，各低阻金属网均沿所述风力机叶片的长度方延伸；或者

所述低阻金属加热组件设置有多个，多个所述低阻金属加热组件沿所述风力机叶片的长度方向间隔布置，各所述低阻金属加热组件的第一低阻金属网、第二低阻金属网、第三低阻金属网和第四低阻金属网沿所述风力机叶片的厚度方向均匀间隔布置。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统，其特征在于，

各个低阻金属网为由低阻金属材料制成的若干横向低阻金属丝和由低阻金属材料制成的若干纵向低阻金属丝相互交叉形成的网状结构，横向低阻金属丝和纵向低阻金属丝的交叉处采用压铸连接工艺连接；或者

各个低阻金属网为均布有若干通孔的网状低阻金属箔，网状低阻金属箔由低阻金属箔片采用压铸冲孔工艺制成。

8.一种叶片除冰控制方法，应用于权利要求1-7任一项所述的基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统，其特征在于，所述叶片除冰控制方法包括：

获取低阻金属网的实时温度值；

将所述实时温度值与预设的温度参考值进行比较，并根据比较结果调节低阻金属网的加热功率；

根据所述隔离直流电源的输出电压和输出电流计算所述低阻金属网的加热功率积分滤波值；

检测风力机叶片周围的环境温度值；

根据所述加热功率积分滤波值、环境温度值和温度参考值计算所述低阻金属网与空气之间的热阻值；

将所述热阻值与预设的热阻设定值进行比较，并根据比较结果调整所述温度参考值。

9.一种叶片，其特征在于，所述叶片上设置有权利要求1-7任一项所述的基于低阻金属材料的风力机叶片除冰系统。

10.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括权利要求9所述的叶片。

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