一种基于PLC环境数据分析的风力发电扇叶除冰控制系统的制作方法

本发明涉及风力发电机扇叶除冰，尤其涉及一种基于plc环境数据分析的风力发电扇叶除冰控制技术。

背景技术：

1、风力发电机是将风能转换为机械能，机械能转换为电能的电力设备；广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源，相对柴油发电要好很多；风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期利用；风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电；依据目前的风力发电机技术，大约是每秒三公尺的微风速度，便可以开始发电。

2、现有的风力发电机扇叶除冰控制系统通常是对环境温度进行监控，当零下时直接开始加热，比如在授权公告号为cn218717278u的中国专利中，公开了一种风力发电机组的除冰装置，该方案就是通过检测环境温度，当环境温度低于0oc时开始预加热，当扇叶表面温度低于0oc时就进行加热除冰，但是对于干燥的天气情况以及发电机自身发电较少的情况下进行加热除冰会导致资源浪费，鉴于此，有必要对现有的除冰控制系统进行优化。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明用于解决现有的风力发电机扇叶除冰系统对于扇叶加热除冰损耗能源过大以及除冰不够智能导致效率低下的问题；

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于plc环境数据分析的风力发电扇叶除冰控制系统，包括结冰检测模块、除冰分析模块、除冰实施模块以及转速监控模块；

3、所述结冰检测模块包括温度传感器、环境检测单元以及结冰分析单元；所述温度传感器用于检测扇叶表面温度；

4、所述环境检测单元用于获取来流风速、湿度以及扇叶转速；

5、所述结冰分析单元用于对温度传感器以及环境检测单元获取到的数据进行分析计算，得到扇叶表面的结冰质量；

6、所述除冰分析模块包括经济分析单元以及除冰信息分析单元；所述经济分析单元用于分析扇叶转速，输出经济信息，所述经济信息包括经济可行信息以及经济不可行信息；

7、所述除冰信息分析单元用于对结冰质量以及经济信息进行分析，得到给热时间或人工除冰信息；

8、所述除冰实施模块包括给热控制单元，所述给热控制单元用于接收给热时间，根据给热时间控制加热元件启动或关闭，当执行关闭操作时输出停止给热信号；

9、所述转速监控模块包括信息计算单元以及转速分析单元；所述信息计算单元用于计算旋转离心力以及结冰摩擦力；

10、所述转速分析单元用于接收停止给热信号，当接收到停止给热信号后分析扇叶转速判断扇叶表面的涂层磨损信息，输出涂层磨损信息以及辅助除冰信息，涂层磨损信息用于输出给人工处理单元，辅助除冰信息用于输出给辅助除冰单元；

11、所述除冰实施模块还包括辅助除冰单元以及人工处理单元，所述辅助除冰单元用于接收辅助除冰信息，当接收到辅助除冰信息时控制膨胀带元件膨胀处理；

12、所述人工处理单元用于接收人工除冰信息以及涂层磨损信息，当接收到人工除冰信息时，输出人工除冰信号，当接收到涂层磨损信息时，输出涂层补充信号。

13、进一步地，所述环境检测单元包括风速传感器、湿度传感器以及激光测速仪，所述风速传感器用于检测来流风速；所述湿度传感器用于检测湿度；所述激光测速仪用于获取扇叶转速。

14、进一步地，所述结冰分析单元内配置有结冰速率数据库以及结冰分析策略，所述结冰速率数据库用于存储不同温度下扇叶表面的结冰速率；所述结冰分析策略包括：获取扇叶表面温度、湿度以及来流风速；

15、当扇叶表面温度大于等于零时，输出无结冰风险信号；

16、当扇叶表面温度小于零时，对比扇叶表面温度与结冰速率数据库得到当前扇叶表面温度下的结冰速率，标记为实际结冰速率。

17、进一步地，所述结冰分析单元还配置有结冰计算策略；所述结冰计算策略包括：获取实际结冰速率；

18、通过结冰分析算法计算得到结冰质量；

19、所述结冰分析算法配置为：m=α1×ρ×v×s×sl×t1；其中m为结冰质量；α1为涂层黏着系数；ρ为湿度；v为来流风速；s为扇叶表面积；sl为实际结冰速率；t1为单位监控时间；

20、设定第一结冰阈值，当计算得到的结冰质量大于等于第一结冰阈值时，将得到的结冰质量统一按照第一结冰阈值进行设定；

21、当m大于等于第二结冰阈值时，输出结冰质量；

22、当m小于第二结冰阈值时，输出无结冰风险信号，继续监测下一单位监控时间的结冰质量，依次将每组单位监控时间内得到的结冰质量进行相加，直至结冰质量大于等于第二结冰阈值时，输出结冰质量；

23、将无结冰风险信号和结冰质量输出至除冰分析模块。

24、进一步地，所述经济分析单元内配置有发电量数据库以及经济分析策略，所述发电量数据库用于存储不同转速下对应的单位发电量；所述经济分析策略包括：获取扇叶转速；

25、对比发电量数据库中的扇叶转速得到预测单位发电量；

26、将预测单位发电量与设定的加热启动阈值进行对比，当预测单位发电量大于等于加热启动阈值时，输出经济可行信息；当预测单位发电量小于加热启动阈值时，输出经济不可行信息。

27、进一步地，所述除冰信息分析单元配置有除冰信息分析策略，所述除冰信息分析策略包括：当接收到无结冰风险信号时，不做除冰处理；

28、当接收到结冰质量时，获取经济信息：当接收到经济可行信息时，通过给热时间算法计算得出给热时间；

29、所述给热时间算法配置为：gt=(m×j)/(2s×jt)；其中：gt为给热时间；m为结冰质量；j为水的比热容；s为扇叶面积；jt为单位时间内加热元件提供的热量；

30、向给热控制单元输出给热时间gt；

31、当接收到经济不可行信息时，向人工处理单元发送人工除冰信息。

32、进一步地，所述给热控制单元包括置于扇叶内表面的加热元件以及设置在风力发电机的机舱内的信号处理装置、定时器和控制装置；

33、所述给热控制单元配置有给热控制策略，所述给热控制策略包括：

34、接收给热时间；

35、当接收到给热时间时，设置定时器的时间与给热时间相同，将连接加热元件的开关打开；

36、当定时器的时间归零时，将连接加热元件的开关关闭，同时输出停止给热信号。

37、进一步地，所述信息计算单元配置有离心力计算策略，所述离心力计算策略包括：获取扇叶转速；

38、通过离心力计算算法计算得出旋转离心力；

39、所述离心力计算算法配置为：f=m×v1/4r；其中f为旋转离心力；m为扇叶质量；v1为扇叶转速；r为扇叶半径；

40、输出旋转离心力。

41、进一步地，所述信息计算单元还配置有摩擦力计算策略；所述摩擦力计算策略包括：

42、通过摩擦力计算算法计算得出结冰摩擦力；

43、所述摩擦力计算算法配置为：f2=m×g×μ；其中f2为结冰摩擦力；m为结冰质量；g为重力加速度；μ为涂层表面摩擦系数；

44、输出结冰摩擦力。

45、进一步地，所述转速分析单元内配置有转速分析策略，所述转速分析策略包括：接收停止给热信号；

46、当接收到停止给热信号后获取旋转离心力以及结冰摩擦力；

47、利用除冰详情算法计算得到除冰参考值；所述除冰详情算法配置为：xq=f-f2；其中xq为除冰参考值；f为旋转离心力；f2为结冰摩擦力；

48、当xq≦0时，向辅助除冰单元发送辅助除冰信息，同时向人工处理单元输出涂层磨损信息；

49、当xq>0时，不做输出处理。

50、进一步地，所述辅助除冰单元包括膨胀带元件、信息接收装置以及定时器；所述膨胀带元件设置在扇叶前缘位置，通过充气膨胀以及泄压收缩的方式达到除冰效果；所述辅助除冰单元配置有辅助除冰策略，所述辅助除冰策略包括：接收辅助除冰信息；

51、当接收到辅助除冰信息时，控制膨胀带元件膨胀处理，设置定时器时间为第一辅助除冰时长；

52、当计时归零时，控制膨胀带结束膨胀处理。

53、进一步地，所述人工处理单元配置有人工处理策略，所述人工处理策略包括：

54、接收人工除冰信息；

55、当接收到人工除冰信息后通过网络获取下一日的预测环境温度，标记为参考温度；通过网络获取下一日的预测风速，标记为参考风速；

56、对比参考温度与参考风速，当参考温度大于等于温度最小处理阈值或参考风速大于等于风速最小处理阈值时，输出人工除冰信号；当参考温度小于温度最小处理阈值和参考风速小于风速最小处理阈值时，不做输出处理；

57、接收涂层磨损信息；

58、当接收到涂层磨损信息时，输出涂层补充信号。

59、本发明的有益效果：本发明通过获取扇叶转速、湿度、扇叶表面温度以及来流风速，判断扇叶表面是否结冰以及结冰时的结冰质量，再判断扇叶转速能够产生的预测单位发电量，判断经济是否可行；当结冰质量大于设定的第二结冰阈值并且经济可行时进行加热除冰处理，当经济不可行时输出信号通知人工除冰；此外，当加热除冰后再次分析扇叶转速判断扇叶表面的结冰是否清除，当没清除时，进行辅助除冰处理，同时输出信号通知人工进行涂层补充；能够结合风力发电机自身的旋转离心力实现精准除冰的同时，节省加热除冰能源，进一步提高智能化除冰的效率。

60、本发明附加方面的优点将在下面的具体实施方式的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。