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风机叶片电脉冲除冰工艺的实验研究 摘要：风力发电机组叶片在冬季可能被冰覆盖，这可能导致风电场停电，造 成巨大的社会影响和经济损失。目前，国内外关于风力发电机组叶片除冰的技术 和经验较少。根据风机叶片的特点，提出了一种电脉冲除冰的方法，即对电脉冲 除冰的分布式脉冲线圈进行绕组，通过对线圈电流波形的测量和分析，得到了合 理的绕组。利用COMSOL软件对铝板进行电动力学模拟分析，得到了冲击力的分 布。通过对人工气候室的模拟试验，表明该电脉冲技术可以通过合理的参数协调， 有效去除接触轨的冰，具有除冰速度快、效率高、能耗低的特点。 关键词：风力发电机组叶片，脉冲线圈，电脉冲除冰 1. 引言 世界上的风能资源主要集中在高海拔和高纬度地区，冬季建设的风电场在低 [1][2] 温环境下容易形成冰覆盖的叶片 。由于地理位置、温度、高度等特殊，春夏容 [3][4] 易出现冰现象，严重影响风电场的安全运行和功率输出 。 在冰条件下，风电场风力机叶片的气动形状发生变化，气动性能急剧下降， [5] 降低了风力机的输出，影响了风力机的整体安全稳定运行 。发生结冰后，风机 叶片升力减小，阻力增大，输出功率减小。当镀冰风力发电机的负荷增加时，风 [6] 力发电机的叶片就会发生额外的振动 。镀冰叶片在旋转过程中可能会飞出，造 成安全事故。这些不利影响最终将反映在风力发电机组的运行和运行中维修费用。 因此，风力发电机组叶片的冰覆盖问题已成为制约严重冰覆盖地区风电资源开发 和利用的重要因素，也是保证风力发电安全稳定运行迫切需要解决的问题发电机 组。 因此，预防和解决冬季冰季风机叶片结冰问题已成为风电场生产和管理面临 的一个难题。解决冬季冰季风机叶片防冰除冰技术是当务之急，是提高高原地区 风电场管理和安全水平的有效途径之一。国内外的学者和科研机构对风力机叶片 除冰技术进行了大量的相关研究，开发了多种风力机叶片除冰技术。如叶片振动 和超声波叶片除冰机械除冰法、叶片涂漆防冰法、采用电能直接加热的叶片热除 冰法等。然而，这些叶片除冰方法在工程应用中有自身的局限性。 根据风电场控制风机叶片结冰程度的运行应用需求，从电脉冲原理产生和除 冰机理，通过理论分析和试验，提出了风电场叶片脉冲除冰方法、维护方便、除 冰高效的电磁脉冲除冰、设计灵活、运行灵活的工程技术优势。本文讨论了目前 存在的关键问题，为促进该方法的工程应用提供了技术参考。 二、电脉冲除冰技术的工作原理 电脉冲除冰是通过安装在叶片表面内侧的螺旋线圈电磁感应装置来完成的。 当除冰时，螺旋线圈接收到电脉冲信号。如图 1 所示，直流电源通过开关向储能 电容器充电，由晶闸管触发指令产生，通过脉冲充电放电线圈，在风力发电机组 上产生高振幅、脉冲磁场，产生高振幅、短持续时间的脉冲机械力、叶片周期性 振动，使金属壳弯曲变形，破坏冰的结构，冰在重力作用下的冰，除了冰。除冰 过程结束后，如果结冰现象继续，则可以重复上述过程，直到结冰厚度达到预设 值。EIDI 电路电流类似于弱阻尼RLC 电路的响应，具有高效、环保、低能耗等优 点，已被广泛应用。为了防止电容器组反向放电，需要设置钳位二极管来保护电 容器。 图 1 EDEI 电气原理图 三、风电叶片除冰技术的设计 3.1 除冰方法的设计 风力机通常采用水平轴三叶片设计结构，每个叶片的电磁脉冲除冰方法和设 计相同，描述了单叶片的电脉冲设计。如图2所示，脉冲线圈沿风扇叶片分布均 匀分布，两个脉冲线圈间距相等。所有的脉冲线圈均由一个脉冲发生器供电，如 图2所示。 图2 风机叶片电磁脉冲线圈安装示图 该电路由三个部分组成，如图3所示。第一部分是一个4倍电压整流电路， 它提供直流电源。第二部分是储能电路。直流电源通过SCR0对储能电容器进行 充电，充电后SCR0关闭。第三部分是多脉冲线圈的放电电路。如图所示，当存 在多个脉冲线圈放电电路时，将多个放电电路在节点 1和节点 2 的两端并联连接。 电容器通过通道SCR1放电到脉