改进的电热加热制造技术

本发明专利技术涉及一种用于加热包括多个加热区域的风力涡轮机叶片的方法和控制器。基于环境条件确定结冰因子，并且基于确定的结冰因子来确定一个或多个加热区域，其中，每个加热区域包括一个或多个电热加热元件。对应于所确定的加热区域的一个或多个电热加热元件被启动以生成热量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进的电热加热
本专利技术涉及电热加热(ETH)，并且特别涉及用于风力涡轮机叶片的ETH的改进控制。
技术介绍
风力涡轮机从风能生成电力，并且可以位于陆地或离岸。位于寒冷气候中的风力涡轮机可能遭受结冰事件(其中，由于冷表面上的冷水可能会在风力涡轮机叶片的表面上形成冰)的影响。叶片表面冰积聚会导致不期望的后果。例如，由于冰积聚导致风力涡轮机叶片的曲线变化可能降低风力涡轮机的旋转速度。因此，风力涡轮机可能以低于最优速度和高效操作，这降低了风力涡轮机的性能。而且，风力涡轮机叶片上积聚冰的附加重量可能导致叶片的疲劳和应力故障。因此，需要能够防止或减小在风力涡轮机的叶片上结冰的影响，以防止损坏叶片以及也提高风力涡轮机的性能。已经描述了各种系统和方法以对风力涡轮机进行除冰(例如去除积冰)或者对风力涡轮机提供防冰(例如防止积冰)。例如，通过在叶片内部提供热空气以增加叶片的表面温度，热空气除冰系统提供对风力涡轮机叶片的去冰的能力以一旦冰积聚则有效除冰。也已知的是，将加热垫附接到风力涡轮机叶片，当所述加热垫被供应电力时生成热量以增加叶片表面的表面温度。这样的加热垫可以用于风力涡轮机叶片的防冰或除冰中的任一者或两者。就电热加热系统而言，控制电热加热以向叶片结构提供足够热量以防止或减少风力涡轮机叶片上的结冰是困难和有问题的。本专利技术试图至少部分地解决上述的问题和缺点，并寻求提供一种用于风力涡轮机叶片的电热加热的改进的控制系统，该系统在不同的环境条件下以一种有效的方式充分地且有效地加热叶片表面。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种加热包括多个加热区域的风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括以下步骤：基于环境条件确定结冰因子；基于所确定的结冰因子来确定要启动的一个或多个加热区域，其中，每个加热区域包括一个或多个电热加热元件；以及启动对应于所确定的加热区域的一个或多个电热加热元件以生成热量。因此，本专利技术有利地提供了一种高效且有效的电热加热系统，其可以将加热引导至风力涡轮机叶片的各区域。可以基于以下中的一个或多个确定结冰因子：周围空气温度、空气的液态水含量、风速、功率曲线的降级率、叶片模态频率的变化、叶片质量的变化、叶片偏转的变化或叶片表面传感器等中。可以连续确定结冰因子，或者可以以预定间隔确定结冰因子。该方法可以进一步包括监测一个或多个环境条件和/或操作参数；将所述一个或多个环境条件和/或操作参数与阈值标准进行比较；如果满足阈值标准，则触发结冰因子的确定。该方法可以进一步包括基于测量的风力条件否决结冰因子的确定的触发。确定一个或多个加热区域可以进一步包括基于结冰因子认识到提供更大空气动力学性能的一个或多个加热区域。空气动力学性能可以沿着风力涡轮机叶片的长度变化；并且其中，所述空气动力学性能是由风力涡轮机生成的功率(电力)的百分比贡献。该方法可以进一步包括基于确定的结冰因子来确定供应给所确定的一个或多个区域的功率水平。确定的功率水平可以是总可用功率的百分比。该方法可以进一步包括基于确定的结冰因子来确定用于启动所确定的一个或多个加热区域的电热加热元件的工作周期。该方法可以进一步包括认识到用于启动对于所确定的一个或多个加热区域中的每一个的电热加热元件的工作周期的百分比。该方法可以进一步包括基于所确定的工作周期来启动所确定的一个或多个加热区域的电热加热元件。结冰因子可以指示结冰事件的严重程度。随着结冰因子的改善，所确定的加热区域数量可以增加。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于控制包括多个加热区域的风力涡轮机叶片的加热的控制器，所述控制器配置为：基于环境条件确定结冰因子；基于所确定的结冰因子来确定要启动的一个或多个加热区域，其中，每个加热区域包括一个或多个电热加热元件；以及启动对应于所确定的加热区域的一个或多个电热加热元件以生成热量。控制器可以配置为基于至少周围空气温度、空气的液态水含量和风速来确定结冰因子。控制器可以配置为连续或以预定间隔确定结冰因子。控制器可以进一步配置为监测一个或多个环境条件和/或操作参数；将所述一个或多个环境条件和/或操作参数与阈值标准进行比较；并在满足阈值标准时触发结冰因子的确定。控制器可以进一步配置为基于测量的风力条件否决结冰因子的确定的触发。控制器可以进一步配置为基于结冰因子认识到提供更大的空气动力学性能的一个或多个加热区域。控制器可以进一步配置为基于确定的结冰因子来确定供应给确定的一个或多个区域的功率水平。控制器可以进一步配置为基于确定的结冰因子来确定用于启动所确定的一个或多个加热区域的电热加热元件的工作周期。控制器可以进一步配置为认识到用于启动对于所确定的一个或多个加热区域中的每一个的电热加热元件的工作周期的百分比。控制器可以进一步配置为基于所确定的工作周期来启动所确定的一个或多个加热区域的电热加热元件。控制器可以配置为执行本文描述的本专利技术的方法的任何功能或特征。控制器可以包括一个或多个处理器和存储器，并且可以位于风力涡轮机机舱、轮毂或叶片中。控制器可以经由硬件、软件或其任何组合来适配或配置。根据本专利技术的第三方面，提供了一种包括在此描述的控制器的风力涡轮机。根据本专利技术的第四方面，提供了一种计算机程序制品，包括计算机可读可执行代码，其用于执行根据本专利技术的各方面的功能和/或特征中的任何或全部。附图说明现在将参照附图描述本专利技术的实施方式，其中：图1示出了根据本专利技术的一个或多个实施方式的风力涡轮机的示意图。图2示出了根据本专利技术的一个或多个实施方式的电热加热元件的示意图。图3示出了风力涡轮机叶片的典型空气动力学性能曲线的示例。图4示出了根据本专利技术的一个或多个实施方式基于结冰因子的叶片加热范围和功率水平的示例性确定。图5a至图5c示出了根据本专利技术的一个或多个实施方式的不同加热区域的示意图。图6是根据本专利技术的一个或多个实施方式的控制方法的示例流程图。具体实施方式图1示出了包括根据本专利技术的风力涡轮机叶片20的实施方式的典型风力涡轮机10的示意图。风力涡轮机10安装在基座12上，所述基座可以是陆上基座或离岸平台或基座。风力涡轮机包括具有多个塔段的塔架14。机舱16定位并附接到塔架14的顶部。连接到机舱16的风力涡轮机转子包括轮毂18和至少一个风力涡轮机叶片20，其中，在图1中示出了三个风力涡轮机叶片，但是取决于风力涡轮机10的设计和实施，可以存在任何数量的风力涡轮机叶片20。风力涡轮机叶片20连接到轮毂18，所述轮毂又通过低速轴连接到机舱16，所述低速轴延伸出机舱16的前部。图2示出了可嵌入到风力涡轮机叶片结构内的电热加热(ETH)元件201的示意图。一个或多个ETH元件201可以由任何合适的材料和结构构成，其一旦供应有电力就生成热量。例如，ETH元件可以由涂覆有碳的玻璃纤维垫形成。然而，可以使用任何形式、类型、材料或构造的加热垫用于加热风力涡轮机叶片。可存在覆盖风力涡轮机叶片200的至少一部分的单个嵌入式ETH元件201，或者可存在覆盖风力涡轮机叶片200的至少一部分的多个嵌入式ETH元件201。可选地或另外地，可存在一个或多个ETH元件位于叶片外表面上。在单个ETH元件的情况下，单个ETH元件可以包括多个区域，所述区域可以单独地或共同地被启动以在叶片表面的不同范围上生成热量。为了在一个或多个不同的区域中生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加热包括多个加热区域的风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括以下步骤：基于环境条件和/或操作条件，确定结冰因子；基于所确定的结冰因子，确定要启动的一个或多个加热区域，其中，每个加热区域包括一个或多个电热加热元件；和启动对应于所确定的加热区域的所述一个或多个电热加热元件以生成热量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.23 DK PA2015708701.一种加热包括多个加热区域的风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括以下步骤：基于环境条件和/或操作条件，确定结冰因子；基于所确定的结冰因子，确定要启动的一个或多个加热区域，其中，每个加热区域包括一个或多个电热加热元件；和启动对应于所确定的加热区域的所述一个或多个电热加热元件以生成热量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于以下中的一个或多个来确定所述结冰因子：周围空气温度，空气的液态水含量，风速，功率曲线的降级率，叶片模态频率的变化，叶片质量的变化，或叶片偏转的变化。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述结冰因子被连续地确定。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述结冰因子以预定间隔确定。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：监测一个或多个环境条件和/或操作参数；将所述一个或多个环境条件和/或操作参数与阈值标准进行比较；和如果满足阈值标准，则触发结冰因子的确定。6.根据权利要求5所述的方法，还包括：基于风力条件，否决结冰因子的确定的触发。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所述一个或多个加热区域的步骤还包括：基于结冰因子，认识到提供更大空气动力学性能的一个或多个加热区域。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述空气动力学性能沿着风力涡轮机叶片的长度变化；其中，所述空气动力学性能是由风力涡轮机生成的功率的百分比贡献。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：基于所确定的结冰因子，确定供应给所确定的一个或多个区域的功率水平。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所确定的功率水平是总可用功率的百分比。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：基于所确定的结冰因子，确定用于启动所确定的一个或多个加热区域的电热加热元件的工作周期。12.根据权利要求11所述的方法，还包括：认识到用于启动对于所确定的一个或多个加热区域中的每一个的电热加热元件的工作周期的百分比。13.根据权利要求10或11所述的方法，还包括：基于所确定的工作周期，启动所确定的一个或多个加热区域的电热加热元件。14.根据前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·巴格，L·斯潘德利，P·巴杰，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK