一种基于DTS系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于DTS系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法，包括：安装高分子加热膜；布设测温光缆；温度标定；低功率加热测试；覆冰点判定；高功率加热除冰。本发明专利技术利用DTS技术，对风机叶片的覆冰情况进行监测，温度的变化引起光纤中光信号的变化，通过进行信号解调，得出光纤不同位置处的温度分布；再根据光纤的温度分布启动对应位置的加热电阻，对于覆冰区域进行实时加热除冰，从而实现一种自反馈的电热除冰方法。除冰方法。除冰方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DTS系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法


[0001]本专利技术属于分布式光纤传感
，具体涉及一种基于DTS系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法。

技术介绍

[0002]传统能源过度消费，能源安全和生态环境问题因此愈发严峻，全球正在积极探索清洁可再生能源的发展之路。风能作为一种取之不尽的新能源，在南方及沿海发达城市均存在丰富的资源，大力推进风电产业的发展，对我国能源结构调整和整个生态文明建设都具有促进作用。
[0003]风电场为了更好的获取风能，常建设在海拔较高的高山和丘陵地区。南方地区冬季气候低温高湿，且风资源主要以分布在高海拔的山区和湖泊为主。伴随着气温的降低，经常遭遇低温冻害天气，这种高湿低温的天气常常会给风电发电机的叶片带来覆冰的影响。风力发电机叶片的覆冰对风力机组的安全稳定生产带来了重大影响，研究风力机组防覆冰技术具有重要意义。
[0004]叶片覆冰主要集中在前缘区域和尾缘部分，这会显著的影响叶片的形状和粗糙度，改变原有叶片的空气动力特性。覆冰累积与不规则脱落会造成机组输出功率下降，振动加剧损坏传动件、连接件；严重影响风轮、传动链寿命及整机寿命；工况严重时，导致叶片断裂。叶片覆冰后，随着气温回升，冰块会脱落，存在极大的安全隐患。
[0005]当前，针对风机叶片结冰监测，主要以人工观察、地面红外探测为主，通过对质量和冰层反光灯直接探测，或者通过传感器监测发电功率，根据工作人员的经验进行叶片故障判别，观测效率低。识别率精度差，无法客观实时性地对风机工作状态进行评估。
[0006]常用的风机叶片除冰方法包括主动除冰和被动除冰。主动除冰包含热除冰、电除冰和机械除冰。被动除冰主要包含疏水涂料、光热涂料和喷洒化学药品等方法。主动除冰中，热能防冰除冰利用各种热能加热叶片，以达到防冰和除冰的目的，具有较广的适用性，但消耗的电能多、改造投入的成本大。电热防冰除冰为在叶片制作时内置加热膜，能较好地实现防冰、除冰，但该方案不适用于风场现有叶片的改造升级，且存在较大的雷击风险，损坏后维修困难。被动除冰主要包含涂层防冰和喷洒化学药品等方法。涂层防冰的原理是荷叶效应，使水不易在表面浸润和附着，表面不易结冰。但现有的涂层防冰技术不能完全解决叶片结冰问题，且涂层本身寿命较短，长期防冰效果并不理想。
[0007]在主动除冰中，采用电热元件的电热除冰效率较高，是目前各厂商倾向的防除冰方案。传统的电热除冰技术中一般使用金属电阻丝或金属网，容易与叶片产生界面问题，并存在局部过热的危险。
[0008]公开号为CN110118157A的专利技术中公开了一种风力机叶片除冰方法、装置、叶片及风力机，包括：检测叶片前缘至少两个位置的结冰程度，根据结冰程度判断叶片前缘的结冰等级，根据叶片前缘结冰等级选择第一加热等级、第二加热等级或第三加热等级中的一种进行加热；其中，至少两个位置包括叶尖前缘和叶根前缘；第一加热等级的加热区域为叶片
前缘前端加热区域，第二加热等级的加热区域为叶片前缘两侧加热区域；叶片前缘前端加热区域的加热功率密度大于叶片前缘两侧加热区域的加热功率密度；该专利技术能够实时准确的检测叶片前缘不同区域的结冰程度，降低加热功率的同时能够进行快速、有效的融冰，并能够降低除冰成本，提高发电量。然而，该专利技术需要采用结冰传感器对结冰程度进行判断，同时，虽然进行了分区域加热，但并未涉及局部过热的技术问题。
[0009]公开号为CN105089929A的专利技术中公开了一种风力发电机组叶片结冰检测系统，包括：数据监测单元、控制单元、温度传感器、速度传感器和风速风向仪。数据监测单元通过温度传感器检测机舱外的环境温度，数据监测单元通过风速风向仪检测实时风速，数据监测单元通过速度传感器检测实时风轮转速，将实时风速和实时风轮转速输入控制单元，并通过控制单元提供的风机实时输出功率形成实时功率曲线点。控制单元通过比较实时功率曲线点和风机未结冰时的运行功率曲线判断风机叶片是否结冰。该专利技术针对目前结冰检测技术稳定性和可靠性不高的缺陷，能够针对风机处于停机和运行状态下，分别采用不同的方法进行检测，检测准确、可靠性高、成本较低。然而，运行功率曲线受很多外界因素影响，因此，覆冰检测精度较低，也不涉及如何实现分区域加热或者局部过热等技术问题。
[0010]公开号为CN110425094A的专利技术中公开了一种基于光学原理的风电机组叶片凝冻检测装置及方法，通过光纤检测头内不同位置光纤束在凝冻发生时接收到光通量的差异，对凝冻发生与否、凝冻类型和凝冻程度进行准确的判断，检测精准度高；通过在叶片不同位置设置楔形光纤检测头，还能够有效定位凝冻位置，为后续的加热装置消冰工作起到指导作用。该专利技术解决了目前风电机组叶片凝冻相关情况难以检测的问题，反应迅速，为风电机组安全稳定运行发挥了重要的作用，具有极高的实用价值。同样，该专利技术只涉及结冰与否和结冰程度的判断过程，不涉及如何实现分区域加热或者局部过热等技术问题。

技术实现思路

[0011]解决的技术问题：本专利技术提出一种基于DTS系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法，利用分布式光纤温度传感(DTS)技术来对风机叶片覆冰情况进行监测，并实现自反馈的覆冰除冰。
[0012]技术方案：
[0013]一种基于DTS系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法，所述风机叶片自反馈防冰除冰方法包括以下步骤：
[0014]S1，安装高分子加热膜：使用胶粘剂在风机叶片上分布固定多个片状高分子加热膜，相邻高分子加热膜之间具有间隙；为实现对风机叶片表面的高覆盖率，在保留连接电路施工距离的基础上使间隙最小；将高分子加热膜并联后与电源控制模块连接，使用电源控制模块对每块高分子加热膜的工作状态进行独立控制；
[0015]S2，布设测温光缆：在高分子加热膜远离风机叶片的表面上，沿叶片长度方向按S型盘绕布置松套测温光缆，使光纤检测范围完全覆盖高分子加热膜和高分子加热膜之间的间隙；
[0016]S3，温度标定：将测温光缆接入DTS主机，进行温度标定，测得预设环境温度范围内无覆冰情况下测温光缆中光信号随时间变化情况，对测温光缆沿线进行温度解调，计算得到光纤温度系数；
[0017]S4，低功率加热测试：将DTS主机、电源控制模块和高分子加热膜依次连接，在环境温度低于0℃时，调用电源控制模块进行低功率加热测试，监测无覆冰时风机扇叶升温速率，记录无覆冰风机扇叶升温速率数据；
[0018]S5，覆冰点判定：在低温、高湿的易覆冰季节，启动DTS主机，采用测温光缆持续进行温度监测，将温度监测结果反馈给DTS主机；当监测到温度低于0℃时，调用电源控制模块采用预设的测试功率对整个风机叶片进行低功率主动加热，加热功率由高分子加热膜电阻与单块加热膜面积决定。检测不同位置处升温速率，与步骤S4中记录的无覆冰风机扇叶升温速率数据进行对比，根据相同加热条件下，空气升温速率远高于冰的特性，对于实际升温速率低于无覆冰升温速率，且速率差值大于预设差值阈值的位置点，判定该位置点出现覆冰；
[0019]S6，高功率加热除冰：对于有覆冰的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DTS系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法，其特征在于，所述风机叶片自反馈防冰除冰方法包括以下步骤：S1，安装高分子加热膜：使用胶粘剂在风机叶片上分布固定多个片状高分子加热膜，相邻高分子加热膜之间具有间隙，在保留连接电路施工距离的基础上使间隙最小；将高分子加热膜并联后与电源控制模块连接，使用电源控制模块对每块高分子加热膜的工作状态进行独立控制；S2，布设测温光缆：在高分子加热膜远离风机叶片的表面上，沿叶片长度方向按S型盘绕布置松套测温光缆，使光纤检测范围完全覆盖高分子加热膜和高分子加热膜之间的间隙；S3，温度标定：将测温光缆接入DTS主机，进行温度标定，测得预设环境温度范围内无覆冰情况下测温光缆中光信号随时间变化情况，对测温光缆沿线进行温度解调，计算得到光纤温度系数；S4，低功率加热测试：将DTS主机、电源控制模块和高分子加热膜依次连接，在环境温度低于0℃时，调用电源控制模块进行低功率加热测试，监测无覆冰时风机扇叶升温速率，记录无覆冰风机扇叶升温速率数据；S5，覆冰点判定：在低温、高湿的易覆冰季节，启动DTS主机，采用测温光缆持续进行温度监测，将温度监测结果反馈给DTS主机；当监测到温度低于0℃时，调用电源控制模块采用预设的测试功率对整个风机叶片进行低功率主动加热，加热功率由高分子加热膜电阻与单块加热膜面积决定；检测不同位置处升温速率，与步骤S4中记录的无覆冰风机扇叶升温速率数据进行对比，根据相同加热条件下，空气升温速率远高于冰的特性，对于实际升温速率低于无覆冰升温速率，且速率差值大于预设差值阈值的位置点，判定该位置点出现覆冰；S6，高功率加热除冰：对于有覆冰的位置点，调用电源控制模块，结合实际升温速率和无覆冰升温速率的对比结果、风机叶片尺寸和高分子加热膜的覆盖面积，计算得到相应的加热功率，调用高分子加热膜进行除冰；当监测到的覆冰点存在于加热膜覆盖面积上时，启动对应位置的加热膜进行除冰；当覆冰点出现位置为无加热膜覆盖的间隙处时，筛选出离该位置最近的相邻加热膜，加热进行除冰；持续监测温度变化，当覆冰处的温度高于冰点的持续时长大于预设时长阈值时，停止加热，返回步骤S5。2.根据权利要求1所述的基于DTS系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法，其特征在于，步骤S2中，所述测温光缆表面覆盖有环氧树脂保护光纤，同时减少叶片转动时的空气阻力；环氧树脂保护光纤的最外层涂敷有聚氨酯绝缘涂料。3.根据权利要求1所述的基于DTS系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法，其特征在于，所述风机叶片自反馈防冰除冰方法还包括：通过风机叶片内轮毂供电模块对DTS主机、测温光缆、电源控制模块和高分子加热膜进行供电。4.根据权利要求3所述的基于DTS系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法，其特征在于，所述风机叶片自反馈防冰除冰方法还包括：通过晶闸管和IGBT控制交流电源导通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张益昕，佟帅，王若凡，张旭苹，熊菲，张驰，王顺，王峰，
申请(专利权)人：内蒙古飞熊传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：