具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1和图6，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种大型风电叶片内循环暖风机装置，大型风电叶片内循环暖风机装置包括结冰诊断单元100和加热除冰单元200，其中结冰诊断单元100，包括主控制器101和可编程控制器102。

加热除冰单元200，通过控制处理器201和结冰诊断单元100连接，包括暖风机202a；

当结冰诊断单元100在诊断周期内实测功率低于估值功率，则结冰诊断单元100发出故障报警，并启动加热除冰单元200。

基于上述，由于覆冰厚度及其在叶片202上的位置分布具有随机性，覆冰后每个叶片202上的载荷差异逐渐变大，使得机组的不平衡载荷增大，给风机运行带来了额外的负担，影响机组传动系统的使用寿命。长时间的叶片202挂冰运行会使得叶片202应力变化，降低叶片202性能，影响设备运行的稳定性。

由于叶片202截面上的冰层厚度不均匀，叶片202的原有气动翼型和周围流场被改变，阻碍翼型的正常升阻运作，严重影响了风机的发电效率，即使周遭环境达到了额定风速以上，覆冰风机的风能利用系数也不高。这种情况下不仅增加了机组发电部件的负担，同时输出的电力也大打折扣，出力不稳定的风机无法满足并网接入要求。

若风机在覆冰状态下持续运行，叶片202振动和离心力可能导致部分冰层的脱落和甩出，甩冰范围可覆盖数百米。高速飞出的冰层碎块可能会破坏周边的建筑物和车辆，并造成极大的人员安全隐患。极端情况下，过度积冰会导致风电机组薄弱部件损伤，比如传动链过热、齿轮箱损坏、叶片202疲劳断裂，严重超出载荷时甚至可能发生风机塔筒204坍塌。因此如果不及时对风机叶片202覆冰故障检修并采取措施，将会导致风电场经济效益降低，运行和维护成本直线上升。频繁的停机维修不仅造成了发电量上的巨大损失，同时也缩短了风力机寿命。因此随着新能源的发展和风电机组的大规模应用，对风机叶片202的覆冰故障检测已变得越来越重要。

因此，本实施例提供一种可以监测叶片202表面结冰/未结冰的结冰诊断单元100，当结冰诊断单元100检测出叶片202表面结冰的信号，便将信号传输至控制处理器201，由控制处理器201开启加热除冰单元200，进而通过加热使得叶片202表面的结冰融化，当结冰诊断单元100检测到叶片202表面已无结冰时，便会将无结冰的信号传输给控制处理器201，进而由控制处理器201关闭加热除冰单元200。

实施例2

参照图2～7，为本发明第二个实施例，其不同于第一个实施例的是：还包括结冰诊断单元100采用历史数据的统计学习方法建立物理模型，进行风电功率分析，以风机的输出有功功率作为输出信号，建立输入输出之间的映射对应关系，包括额定功率、额定风速、室外温度、桨距角。

结冰诊断单元100采用Modbus TCP通信协议，通过采集实时数据与所采集历史数据建立的数据库加以比较，来判断风机是否处于叶片202结冰的非正常状态。

而能够对风机的有功功率的输出起到决定性作用的是风速和叶片202的桨距角，其中桨距角的作用就是功率调节。

因此，基于SCADA的特征变量，通过计算得到风电机组的部分重要参数，包括

其中，P为风机输出功率，0.5ρAv³为风能包含的能量，ρ为空气密度，A为风轮的扫风面积，v为风速，C_p数值变化可分为三个区域来描述：风能系数恒定区表示在达到额定风速前，C_p一直保持最大值以获取最大风能；转速恒定区中C_p达到最大值，功率还未达到额定功率但转速已达到极限值；功率恒定区中，风速超过额定风速，风能能量多于风机能够吸收利用的能量，为保持输出额定功率不变而改变C_p，图3表示了风能利用系数随风速变化的趋势。

由于SCADA数据采样周期以秒为单位，间隔较短，直接对SCADA参数中的风速以输出功率进行曲线拟合会受数据波动和随机噪声的影响，因此根据所测风速和桨距角，从现有的数据库中提取对应的输出功率，；包括，

V_r＝V_i，且|α_r－α_i|≥0.03°，

和V_r＝V_i，且|α_r－α_i|＜0.03°，

其中，V_r为实测风速，α_r为实测桨距角；V_i为数据库中已有的风速，α_i表为数据库中已有的桨距角，从而得到近似的风速-功率拟合曲线，由此曲线进行多项式求解后便能得到不同风速对应的功率拟合值。不同风机的曲线在额定风速和额定功率上有微小差别，使用相同的多项式参数与不同的额定参数值实现风机的风速-功率曲线图像如图4所示。

具体的，经过数据分析，在风速相同的情况下，桨距角偏差超过0.1°时，功率采样精度为0.001m/s，桨距角采样精度为0.1°，功率采样精度为0.01kW。因此风速偏差超过0.5m/s，输出功率才会有较大变化。

采用上述方法，根据实测风速、桨距角从数据库中提取出的输出功率为参考功率。针对此参考功率设置出对应的谷值功率，如果在诊断周期内实测功率低于谷值功率，并达到一定次数，则系统发出疑似故障报警，显示叶片202表面可能已经结冰。某一瞬间专家数据库检测点参数及告警设置如表1所示。

表1：数据库检测点参数及告警设置。

基于上表，如果此刻实测有功功率低于1 350kW，结冰诊断单元100视为叶片202表面结冰的异常情况出现。

因此，当结冰诊断单元100检测出叶片202表面结冰的异常情况出现时，会启动加热除冰单元200。

具体的，加热除冰单元200置于叶片202内，包括暖风机202a、导风管202b、挡风板202c以及内循环通道202d，其中叶片202内部为空腔202f，包括叶根202g、叶尖202h，内循环通道202d置于空腔202f内，内循环通道202d沿着叶根202g至叶尖202h至叶根202g，实现热风的内循环流通。

加热除冰单元200还连接有干式变压器203，其中干式变压器203功率为500KV，从塔筒204底部的干式变压器203高压侧经机舱205引入独立的动力电源作为叶片202除冰工作使用。

如图5所示，采用并联方式连接，增加叶片202的加热除冰单元200选择的灵活性，可以按需求选择给三个叶片202、两个叶片202或者是一个叶片202加热，根据除冰速度不同，也同样方便加热时间的选择。

具体的，暖风机202a置于叶根202g处，暖风机202a与导风管202b连通，导风管202b出口设有挡风板202c，将出口热空气和叶根202g方向的冷空气隔离，进而实现热空气持续加热叶片202并向叶尖202h方向的内循环通道202d内循环流动。

暖风机202a的出口温度为55～70℃，通过内循环通道202d进行热空气的循环，叶尖202h、叶根202g以及空腔202f在热空气的循环之下持续加热，使得叶片202表面的温度持续上升至0℃以上。

当结冰诊断系统诊断出叶片202表面有结冰时，通过控制处理器201开启加热除冰单元200，进而暖风机202a启动，通过导风管202b传输至内循环通道202d，由于内循环通道202d沿着叶根202g至叶尖202h至叶根202g，因此暖风机202a内的热风可以在叶片202内沿着叶根202g——叶尖202h——叶根202g，进行循环传热，由于导风管202b的出口还设有挡风板202c，因此能够将出口热空气和叶根202g方向的冷空气隔离，进而实现热空气持续加热叶片202并向叶尖202h方向的内循环通道202d内循环流动。

而加热导管的出口温度为45～60℃热空气，在热空气循环过程中，持续加热叶片202的壳体，使叶片202壳层外表面温度上升，同时，随着热空气在内循环通道202d内无限循环，叶尖202h、叶根202g部位的叶片202材料在不同温度下也被持续加热，使得叶片202外表面温度上升。因而，只要存在热空气长时间持续加热，叶片202外表面温度将会持续上升至0℃以上，达到在冬季结冰期实现叶片202表面防除冰目的。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。