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用于确定 风 力 涡轮机中的结冰风险的装置和方法

阅读：1047发布：2020-06-24

专利汇可以提供用于确定风力涡轮机中的结冰风险的装置和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且根据本发明的实施方式，提供了一种用于控制风力涡轮机的子系统的装置。该装置包括：冷却系统，该冷却系统包括第一热交换器和第二热交换器，以及被设置成使冷却剂能够在第一热交换器和第二热交换器之间流动的流体回路；以及处理器。该处理器被构造为：监测冷却系统的一个或多个运行参数；基于一个或多个运行参数来确定结冰风险；并且根据所确定的结冰风险，生成输出到风力涡轮机的子系统的控制信号。，下面是用于确定风力涡轮机中的结冰风险的装置和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于控制风力涡轮机的子系统的装置，所述装置包括：
冷却系统，所述冷却系统包括第一热交换器和第二热交换器，以及被设置成使冷却剂能够在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间流动的流体回路；以及处理器，所述处理器被构造为：
监测所述冷却系统的一个或多个运行参数；
基于所述一个或多个运行参数来确定结冰风险；并且
根据所确定的结冰风险，生成输出到所述风力涡轮机的子系统的控制信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一热交换器被设置成从所述风力涡轮机的内部环境吸收热能。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述风力涡轮机的所述内部环境对应于所述风力涡轮机的机舱的内部环境。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第二热交换器被设置成将热能传递到所述风力涡轮机外部的周围环境。
5.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二热交换器的至少一部分位于所述风力涡轮机的所述机舱上。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述处理器还被构造为，通过将所述运行参数中的一个与所述风力涡轮机的外部环境的测量的参数进行比较来确定所述结冰风险。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述处理器还被构造为通过将所述一个或多个运行参数与预定阈值进行比较来确定结冰风险。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，要被监测的运行参数中的一个对应于所述第二热交换器的出口温度。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述处理器还被构造为将所述第二热交换器的所述出口温度与所述风力涡轮机的外部环境的环境温度进行比较，以确定所述结冰风险。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理器还被构造为，如果所述第二热交换器的所述出口温度与所述风力涡轮机的外部环境的所述环境温度之间的差低于预定阈值，则生成所述控制信号。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的装置，其特征在于，所述处理器还被构造为，如果所述第二热交换器的所述出口温度低于预定阈值，则生成所述控制信号。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述预定阈值是根据关于所述风力涡轮机的所述外部环境的液态水含量如何影响所述冷却系统的效率的模型确定的。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述风力涡轮机的子系统对应于除冰系统或防冰系统，并且所述处理器被进一步构造为生成所述控制信号以激活所述除冰系统或防冰系统。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括温度传感器，所述温度传感器被设置为测量所述风力涡轮机的外部环境的环境温度，并且所述处理器被构造为，确定所述结冰风险并且基于测量的所述环境温度以及所述冷却系统的所述运行参数来生成所述控制信号。
15.一种用于控制风力涡轮机的子系统的装置，所述装置包括：
冷却系统，所述冷却系统包括第一热交换器和第二热交换器，以及被设置成使冷却剂能够在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间流动的流体回路；以及处理器，所述处理器被构造为：
监测所述冷却系统的一个或多个运行参数；
基于所述运行参数估计所述风力涡轮机的外部环境的液态水含量；
测量所述外部环境的环境温度；
基于估计的液态水含量和测量的环境温度来确定所述风力涡轮机的结冰风险；并且根据所确定的结冰风险，生成输出到所述风力涡轮机的子系统的控制信号。
16.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制风力涡轮机的子系统的装置。
17.一种用于控制风力涡轮机的子系统的方法，所述方法使用冷却系统来实施，所述冷却系统包括第一热交换器和第二热交换器，以及被设置成使冷却剂能够在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间流动的流体回路，所述方法包括：
监测所述冷却系统的一个或多个运行参数；
基于所述一个或多个运行参数来确定结冰风险；并且
根据所确定的结冰风险，生成输出到所述风力涡轮机的子系统的控制信号。

说明书全文

用于确定风 力 涡轮机中的结冰风险的装置和方法

技术领域

[0001] 本发明的各方面涉及一种用于确定风力涡轮机中的结冰风险的装置和方法，并且更具体地涉及用于根据所确定的结冰风险来触发风力涡轮机的除冰系统的激活的系统和方法。

背景技术

[0002] 安装在寒冷气候中的风力涡轮机在全球风力涡轮机市场中占据很大的比例，因为这种气候倾向于具有较高的风力资源，尤其是在冬季期间。然而，由于在冬季期间在这些地区经历的低温，冰在风力涡轮机叶片上积聚的可能性很高。冰在涡轮机叶片上的积聚会不利地影响发电效率并且对转子施加力。

[0003] 已经在寒冷气候风力涡轮机中实施了各种类型的除冰(和防冰)系统和方法。例如，有时利用受控的叶片加速/减速来除去冰。除冰系统可以附加地或替代地涉及在叶片内包含内置电加热元件，或者在轮毂中提供加热单元，该加热单元使热空气分布于整个基本中空的叶片内部。

[0004] 在这种主动解决方案中，重要的是确保除冰系统在适当的时间点被触发，以最有效地使用它们。许多目前实施的除冰系统包括基于功率曲线的劣化而被激活的触发机制，并且具体地，当测量的输出功率达到特定阈值时，除冰系统被触发或激活。

[0005] 这些触发或激活机制通常在风力涡轮机的输出功率的下降足以满足必要的阈值条件之前需要冰的大量积聚，因为需要形成大量的冰才能造成输出功率的必要下降。然而，在特别寒冷的条件下，即使在激活除冰系统之后，随后的除冰也可能无法以足够快的速率发生从而抵消冰在叶片上的重新形成。

[0006] 本发明的实施方式是在这种背景下设计的。

发明内容

[0007] 根据本发明的实施方式，提供了一种用于控制风力涡轮机的子系统的装置。该装置包括：冷却系统，该冷却系统包括第一热交换器和第二热交换器，以及被设置成使冷却剂能够在第一热交换器和第二热交换器之间流动的流体回路；以及处理器。该处理器被构造为：监测冷却系统的一个或多个运行参数；基于一个或多个运行参数来确定结冰风险；并且根据所确定的结冰风险，生成输出到风力涡轮机的子系统的控制信号。

[0008] 有利地，以上构型提供了通过使用已经安装在风力涡轮机上的现有设备，即风力涡轮机的冷却系统，来确定风力涡轮机叶片的结冰风险的能力。这允许相关方法应用于所有现有的风力涡轮机，而无需加装任何额外的传感器。因此，这种方法的大规模实施更容易且更便宜。

[0009] 可选地，第一热交换器可以被设置成从风力涡轮机的内部环境吸收热能。优选地，风力涡轮机的内部环境对应于风力涡轮机机舱的内部环境。利用已经安装在风力涡轮机中的现有冷却系统，有利地简化了该装置和相关方法在现有风力涡轮机中的实施。

[0010] 第二热交换器可以被设置成将热能传递到风力涡轮机外部的周围环境。可选地，第二热交换器的至少一部分定位在风力涡轮机的机舱上。监测热交换器的位于风力涡轮机外部(例如，在机舱的顶部上)的一部分的参数的优点是，这些参数将准确地反映风力涡轮机的周围环境的当前状况，而无需加装任何额外的传感器。

[0011] 可以通过将运行参数中的一个与风力涡轮机的外部环境的测量参数进行比较来确定结冰风险。这种构型是有利的，因为它利用已经安装在风力涡轮机上的系统来确定结冰风险。

[0012] 在一些情况下，可以通过将一个或多个运行参数与预定阈值进行比较来确定结冰风险。有利地，这允许根据阈值自动执行结冰风险的确定，该阈值是基于先前的知识和分析所限定的。

[0013] 要被监测的运行参数中的一个可以对应于第二热交换器的出口温度。可选地，将第二热交换器的出口温度与风力涡轮机外部环境的环境温度进行比较，以确定结冰风险。

[0014] 出口温度(及其相对于外部环境的环境温度的值)指示了风力涡轮机冷却系统的效率。冷却系统效率与空气的液态水含量具有可量化的关系或相关性，液态水含量又是风力涡轮机叶片的结冰风险中的关键因素，通常，液态水含量越高，结冰风险越大。因此，监测冷却系统热交换器的出口温度允许容易地推断出液态水含量和相关结冰风险。

[0015] 优选地，处理器可以被进一步构造为，如果第二热交换器的出口温度与风力涡轮机外部环境的环境温度之间的差小于预定阈值，则生成控制信号。两个温度值之间的差指示出冷却系统效率的提高水平，并且反映出由于周围空气中的液态水含量增加所导致的水从热交换器蒸发的速率增加。两个温度之间的差越小(即，出口温度越低)，液态水含量越大，因此风力涡轮机叶片的结冰风险越大。因此，设定温度差的预定阈值允许系统自动确定结冰的风险是否足够高以至于影响发电。

[0016] 附加地或可替代地，处理器还被构造为，如果第二热交换器的出口温度低于预定阈值，则生成控制信号。有利地，如果单独使用，则这种构型意味着对结冰风险的确定仅取决于冷却系统参数，因此需要较少的传感器来监测周围状况。如果结合环境温度与出口温度之间的差使用，则该构型针对仅从冷却系统确定的结果与使用当前外部条件获得的结果提供交叉检查。

[0017] 可以根据关于风力涡轮机的外部环境的液态水含量如何影响冷却系统的效率的模型来确定预定阈值。利用液态水含量与冷却系统效率之间的理论上确定的相关性消除了对现有风力涡轮机加装专用液态水含量传感器的需要。

[0018] 风力涡轮机的子系统可以对应于除冰系统或防冰系统，并且处理器可以被进一步构造为生成控制信号以激活除冰或防冰系统。有利地，该构型提供了一种自动机构，其用于感测高的结冰风险，并用于采取措施以抵抗结冰风险，从而增加风力涡轮机的发电量(或防止发电量进一步降低)。

[0019] 该装置可以进一步包括温度传感器，其被设置成测量风力涡轮机外部环境的环境温度。处理器可以被构造为基于测量的环境温度以及冷却系统的运行参数来确定结冰风险并生成控制信号。有利地，该构型确保仅在低环境温度和高液态水含量的组合指示高的结冰风险的情况下激活风力涡轮机的子系统(例如，除冰系统)，因为可能存在一些情况，其中液态水含量高但温度也足够高，以至于防止在风力涡轮机叶片上形成任何冰。

[0020] 根据本发明的另一个实施方式，提供了一种用于控制风力涡轮机的子系统的装置。该装置包括：冷却系统，该冷却系统包括第一热交换器和第二热交换器，以及被设置成使冷却剂能够在第一热交换器和第二热交换器之间流动的流体回路；以及处理器。该处理器被构造为：监测冷却系统的一个或多个运行参数；基于运行参数来估计风力涡轮机的外部环境的液态水含量；测量外部环境的环境温度；基于液态水含量和环境温度来确定风力涡轮机的结冰风险；并且根据所确定的结冰风险，生成输出到风力涡轮机的子系统的控制信号。

[0021] 根据本发明的另一个实施方式，提供了一种风力涡轮机，其包括如本文所述的用于控制风力涡轮机的子系统的装置。

[0022] 根据本发明的另一个实施方式，提供了一种用于控制风力涡轮机的子系统的方法。该方法是通过使用冷却系统来实现的，该冷却系统包括第一和第二热交换器，以及被设置成使冷却剂能够在第一和第二热交换器之间流动的流体回路。该方法包括：监测冷却系统的一个或多个运行参数；基于一个或多个运行参数来确定结冰风险；以及根据所确定的结冰风险，生成输出到风力涡轮机的子系统的控制信号。

[0023] 在本申请的范围内，明确指明的是，在前面的段落、权利要求和/或以下描述和附图中阐述的各个方面、实施方式、示例和替代方案，并且尤其是其各个特征，都可以被独立地或以任何组合的方式使用。也就是说，所有实施方式和/或任何实施方式的特征都可以以任何方式和/或组合来组合，除非这些特征不兼容。申请人保留更改任何原始提交的权利要求或相应地提出任何新的权利要求的权利，这包括将任何原始提交的权利要求修改为引用和/或结合任何其它权利要求的任何特征的权利，尽管该权利要求最初并不是以这种方式提出的。

附图说明

[0024] 现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的一个或多个实施方式，其中：

[0025] 图1示出了其中可以实施本发明的实施方式的风力涡轮机的简化图；

[0026] 图2示出了在图1的风力涡轮机的机舱中实施的常见冷却系统的示意图；

[0027] 图3示出根据本发明实施方式的用于确定结冰风险并用于控制风力涡轮机的子系统的控制系统的示意性框图；

[0028] 图4是示出根据本发明实施方式的、用于确定结冰风险并用于控制风力涡轮机的子系统的方法的概述的流程图；

[0029] 图5是示出根据本发明实施方式的、用于确定在控制风力涡轮机的子系统时使用的参考值的方法的概述的流程图。

具体实施方式

[0030] 现在将描述本发明的具体实施方式，其中将详细讨论许多具体特征，以便提供对权利要求中所限定的发明构思的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言明显的是，本发明可以在没有具体细节的情况下起效，并且在一些情况中，并未详细描述公知的方法、技术和结构，以免不必要地使本发明模糊。

[0031] 为了使本发明的实施方式处于适当的背景中，将首先参考图1，其示意性示出了常见的风力涡轮机的一部分，其中，可以实施根据本发明实施方式的用于确定结冰风险和用于控制风力涡轮机的子系统的装置。

[0032] 风力涡轮机1包括塔架2、可旋转地联接至塔架2的顶部的机舱4、安装至机舱4的旋转的轮毂6以及联接至轮毂6的多个风力涡轮机转子叶片8。虽然在这些附图中并未示出，但应理解的是，风力涡轮机还包括除冰系统和/或防冰系统，其被设置为从叶片8除去冰，并且防止冰在风力涡轮机叶片上的大量积聚。尽管除冰和防冰系统在它们的功能和运行参数方面确实有所不同，但为简单起见，这些系统将贯穿本说明书被简单地统称为“除冰系统”。这些除冰系统的示例可以在(本申请人的)专利申请WO2013/107457中找到，其使加热过的空气关于叶片8的内部循环，以除去已经形成在叶片上的冰。

[0033] 机舱4容纳风力涡轮机的所有发电部件，包括发电机、齿轮箱、传动系和制动组件，以及用于将风的机械能转换成电能以提供给电网的转换器设备。机舱4还必须包含主轴箱(图1中没有示出)，主轴箱容纳主转子轴，主转子轴在前端连接至轮毂6和转子叶片8，并且在后端连接至发电部件。

[0034] 机舱4还包含冷却系统10，冷却系统10的一部分定位在机舱4的顶部上，并且在图1中可见，冷却系统10被设置为冷却容纳在机舱4内的部件，例如发电机、齿轮箱和其它传动系部件。通常，用于风力涡轮机机舱中的冷却系统是液体冷却系统，因此，随后的方法关注这种系统的特征。然而，应理解的是，可以反之使用诸如蒸发冷却系统的替代系统，并且本文描述的方法可以等同地应用于这些替代的冷却系统。下文将描述的液体冷却系统是其中冷却剂在整个系统中保持液态并且仅温度变化的冷却系统。但是，应理解，液体冷却系统的其它变型也可以适用于风力涡轮机，例如其中冷却剂在液相和气相之间转换的两相液体冷却系统。

[0035] 图2示出了用于风力涡轮机中的常见的液体冷却系统10。由于这种液体冷却系统的运行基本上是本领域技术人员公知的，所以在此仅将提供对这种系统如何工作的简要描述，以使本发明的实施方式处于背景中。

[0036] 通常，液体冷却系统的目的是将热能从风力涡轮机的内部环境传递出去到达风力涡轮机的外部环境。冷却系统包括第一和第二热交换器，第一和第二热交换器通过使冷却剂能够在两个热交换器之间流动的流体回路连接。第一热交换器通常位于风力涡轮机内(例如，位于机舱4内)，并且被设置成从风力涡轮机的内部环境和从机舱内的具体发热部件吸收热能。第二热交换器通常定位成使其一部分暴露于外部环境，以使热能能够传递出去到达风力涡轮机的外部环境。在一些情况下，冷却系统还包括一个或多个监测部件，其被设置为监测冷却系统的运行参数，从而确保冷却系统按预期运行。

[0037] 现在将更详细地描述在风力涡轮机中实施的液体冷却系统的具体示例。

[0038] 液体冷却系统10包括与要被冷却的热源14(例如，位于机舱内的发电机或各种其它电子部件)热接触的冷却器12(即，第一热交换器)。在一些情况中，冷却器12可以采用直接或近距离靠近热源14放置的冷却板或冷却盘管的形式，使得进入冷却器12的冷却剂从热源14吸收热能。液体冷却系统10还包括冷凝器16(即，第二热交换器)，该冷凝器16从冷却器12接收加热过的冷却剂，并且使来自冷却剂的热能能够消散。“冷凝器”通常用于那些其中冷却剂被加热到足够的温度以使其汽化的实施方式中，这是因为通过冷凝器使来自冷却剂的热能消散会导致热的汽化的冷却剂重新冷凝成较冷的液体形式。但是，为了简单起见和避免在冷却系统中的两个热交换器之间产生混淆，术语“冷凝器”在下文中用于泛指被设置为使热能消散到外部环境的第二热交换器。液体冷却系统10还包括储液器18或冷却剂存储部件，其被设置为接收和存储来自热交换器的冷的液体冷却剂。管道网20在各个部件之间提供流体回路和流体连接，并且还提供了循环泵22以驱使冷却剂经由管道网20关于液体冷却系统10循环。

[0039] 在使用中，如前所述，第一热交换器(冷却器12)位于机舱4内并且靠近要被冷却的热源14。例如，如前所述，冷却器12可以位于发电机部件的正下方或旁边。可替代地，冷却器12可以采用使冷空气吹过机舱并穿过热部件的空调单元的形式。冷却器12也可以采用从各种部件突出以使热能从那些部件辐射出的散热片的形式。为了有效地起作用，第二热交换器(冷凝器16)应该暴露于外部空气，并且例如可以定位在机舱4的顶板上。冷的冷却剂被从储液器18(存储冷却剂的地方)泵送到冷却器；来自热源14的热能被冷的冷却剂吸收，则冷的冷却剂被加热。热的冷却剂从冷却器12流出，带走热能，并进入冷凝器16，热能在冷凝器
16处被消散。然后，现在冷的冷却剂返回到储液器18以再次开始循环。

[0040] 图3示出了用于确定风力涡轮机的结冰风险的装置，并且还使该装置处于其期望的背景中，以用于根据本发明的实施方式来控制风力涡轮机的子系统(诸如除冰系统)。

[0041] 装置30包括控制处理器32，其被设置和构造为执行各种比较和分析步骤，以确定风力涡轮机的结冰风险，并确定是否应当激活风力涡轮机的除冰系统。控制处理器32包括输入部34和输出部36，输入部34被设置为接收将在后续分析期间使用的信息，输出部36被设置为根据分析的结果向除冰系统提供控制信号。在本实施方式中，控制处理器32被设置成接收与风力涡轮机周围的外部环境的特性直接相关的信息，并且尤其是气象条件的测量值，例如风力涡轮机周围的环境空气温度(例如，是从外部温度传感器38接收到的)以及风速(例如，是从外部风速传感器40或风速计接收到的)。

[0042] 另外，控制处理器32还被设置成接收与风力涡轮机内的某些内部系统的特性相关的信息，该特性间接反映了某些外部环境条件。尤其，控制处理器32被设置成接收与作为风力涡轮机液体冷却系统10的一部分提供的冷凝器16的效率相关的信息；具体地，控制处理器32被设置成，从与冷凝器16相关联的一个或多个温度传感器42接收冷凝器16的出口温度的测量值或冷凝器16上的温度差。

[0043] 控制装置30还包括与控制处理器32可操作地通信的数据存储器44，数据存储器44存储多个规则46，规则46明确了接收到的各条信息之间的关系，并且具体是风力涡轮机的外部和内部环境的各种可测量特性之间的关系。当执行分析以确定是否应当激活除冰系统时，控制处理器32参考这些规则46。规则46可以要求将接收到的或测量的数据与同样存储在数据存储器44中的预定值48进行比较。控制处理器32被设置为基于存储在相关数据存储器44中的规则46和值48，执行其对接收到的数据的分析，以确定风力涡轮机的结冰风险。如果结冰风险(即，冰在风力涡轮机叶片8上形成和积聚的风险)很大，则控制处理器32被构造为输出控制信号以激活除冰系统(例如，通过除冰系统控制器部件50来激活)。

[0044] 应理解的是，尽管已经关于单独的功能模块描述了上述功能，但这仅仅是出于清楚的目的，并且反之，该功能可以结合到除冰控制器中。

[0045] 图4示出了一个流程图，该流程图示出了根据本发明实施方式的、用于确定风力涡轮机的结冰风险并且用于随后控制风力涡轮机除冰系统的激活的方法。尤其，该方法包括分析风力涡轮机周围的气象条件，以便确定在风力涡轮机叶片8上形成冰的风险，如果认为存在高的形成冰的风险，则将激活除冰系统。

[0046] 总体而言，该方法包括，控制处理器32接收机舱冷却系统10的运行参数的测量值，基于这些接收到的运行参数来确定结冰风险，并且如果确定结冰风险足以准许除冰系统的激活，则随后生成输出到除冰系统的控制信号。

[0047] 首先，在详细描述方法本身之前，需要考虑支持该方法的理论。

[0048] 能够良好指示形成冰的风险的气象条件是环境温度和空气的液态水含量，低的环境温度和高的周围空气的液态水含量的组合将导致高的形成冰的风险。目前，许多风力涡轮机设计已经包含测量环境空气温度的传感器；但是，大多数风力涡轮机未配备用于测量周围空气的液态水含量的标准传感器(或者甚至根本没有任何传感器)，因为在大多数正常运行期间很少需要或不需要进行这些测量。因此，对于所有现有的寒冷气候风力涡轮机而言，加装被设计成以测量周围空气的液态水含量为直接目的的相同或标准传感器将非常昂贵且难以实现。

[0049] 然而，本申请人已经认识到，无需给现有的风力涡轮机设计加装专用液态水含量传感器，相反，可以利用机舱冷却系统的各种特性来估计周围(外部)空气的液态水含量。通过这种方法，无需利用专用附加部件；而是仅需要给风力涡轮机中目前使用的处理系统和方法提供一些简单的更新。

[0050] 具体地，本申请人已经认识到，机舱冷却系统中的冷凝器16的效率(即，从冷凝器16流出的热流量)与在风力涡轮机叶片8上形成冰的风险之间存在相关性。尤其，从冷凝器
16流出的热流量很大程度取决于与形成冰的风险相同的两个主要环境因素，即环境温度和周围空气的液态水含量。其它因素，诸如周围空气的湿度(也被称为水蒸气含量)，对冷凝器
16的效率影响较小，并且在随后的计算中可以忽略不计。

[0051] 当周围空气中的液态水含量足够时，该水可以沉积到冷凝器16上，并且尤其沉积在冷凝器16的位于机舱顶板上的那些部分上，并因此暴露于周围环境。当冷凝器16从通过其的冷却剂吸收热能并将该热能辐射到周围环境时，沉积在冷凝器16上的液态水能够吸收该热能并蒸发回到空气中。这引起了冷凝器16的蒸发冷却，并且提高了冷凝器16的效率。

[0052] 由于效率提高，通过冷凝器16的冷却剂被更大程度地冷却，并且以比通常观察到的温度低得多的温度从冷凝器16中出来。因此，当外部空气的液态水含量更高时，冷凝器16的出口处的温度降低。

[0053] 一般有效的冷凝器16的出口温度通常比周围空气的环境温度高出至多几度。然而，在冷凝器16的效率提高并且因此出口冷却剂温度相应降低的情况下，出口温度与环境空气温度之间的差减小。换句话说，当周围空气中的液态水含量增加时，两个温度之间的差距减小。在一些情况下，蒸发冷却效果甚至足以使出口温度降至环境温度以下。使用已经包含在风力涡轮机设计中的传感器来检测这种变化是本发明的核心。

[0054] 此外，应认识到，本文提出的方法可以与许多不同类型的冷却系统一起使用，只要能够测量冷却系统的效率并将该测量值与冷却系统的预期效率进行比较即可，无论有无空气中的液态水含量。

[0055] 现在回到图4的描述，本发明的方法100在步骤105处开始，在步骤105中，控制装置30接收机舱冷却系统冷凝器16的出口温度的测量值，并且在步骤110处接收风力涡轮机周围的环境空气温度的测量值。控制处理器32被构造为在步骤115中计算两个测量的温度之间的差，并且随后在步骤120中将该差与预定阈值进行比较。如果两个温度之间的差小于该预定阈值，则认为这指示了周围空气中的液态水含量足够高，从而指出了高的形成冰的风险。在认为存在这种风险的情况下，则控制处理器32被构造为在步骤125处向除冰系统的控制器50输出控制信号，以便触发或激活除冰系统。

[0056] 各种其它标准可以与这些阈值结合使用或代替这些阈值使用，以触发除冰系统的激活。例如，如果绝对环境温度也被确定为低于特定的预定阈值，则满足的这两个标准的组合也可以用于触发除冰系统的激活。此外，还应认识到，并不严格要求预定阈值对应于阈值温度差。相反，阈值可以简单地对应于预定的最小出口温度，低于该温度则确定存在显著的形成冰的风险。应当理解，可以调整用于评估形成冰的风险的确切值和具体标准(或标准的组合)，以适应具体地理位置中的气象条件和风力涡轮机要求。

[0057] 现在将参考图5来提供有关如何可以获得用于触发除冰系统的激活的预定阈值的描述。

[0058] 在方法200中，首先，在步骤205中基于入口和出口温度的测量值来获得冷凝器16上的温度差(即，流入和流出的冷却剂之间的温度差)。接下来，需要在步骤210中确定通过冷凝器16的质量流率。这可以通过使用与冷凝器16本身相关联的流率传感器来直接地完成，或者可以通过使用传感器或其它测量装置来监测循环泵22的活动从而间接地完成。

[0059] 随后在步骤215中，可以通过使所获得的通过冷凝器16的流率与所获得的冷凝器16的入口与出口之间的温度差相乘来确定从冷凝器16流出的预期热流量。在给出液态水含量与冷凝器16的效率之间的相关性的情况下，随后可以在步骤220中针对给出的环境温度计算周围空气的液态水含量。现在将提供作为该计算的基础的理论的简要讨论，以及几种可用于执行该计算的不同方法。

[0060] 总体而言，通过(在给出一组已知/测量的环境条件的情况下)计算或模型化冷却系统的预期效率并将该预期效率与测量的效率进行比较，得出残差值(即，差)，该残差值被假设完全是由于周围空气中的液态水含量所导致的。基于该假设，则可以计算液态水含量的估计值。

[0061] 可用于估计系统的预期效率的第一种方法被称为“第一原理方法”，并且该方法基于冷却系统10的基本工程知识和原理。在涡轮机设计阶段期间，已使用冷却系统10的按比例缩放的工程模型计算或表格记录了冷凝器16(以及因此整个冷却系统10)的效率。因此预期可以获得表示通过冷凝器16的预期热流量Qmodel的函数，该函数基于环境温度(T)、流体流量(F)和风速(V)。该函数将采用以下形式：Qmodel(F，T，V)。

[0062] 如前所述，基于冷凝器16的入口温度(Tin)与出口温度(Tout)之间的差以及通过冷凝器16的冷却剂的体积流量(F)来计算实际或测量的热流量。因此，表示通过冷凝器16的测量的热流量Qmeas的函数可以计算如下：Qmeas＝(Tin-Tout)FC，其中C是常数，该常数取决于流过冷却系统10的冷却流体的密度和热容量。

[0063] 通过将测量的热流量与预期热流量进行比较，可以计算出残差或差：Qres＝Qmeas-Qmodel。假设模型之间的任何差异都是由于液态水蒸发造成的，则可以得出，每秒钟蒸发的液态水MLW(即，离开冷凝器16的暴露表面的液态水蒸发的速率)可以计算为MLW＝Qres/Lwater，其中Lwater是所给环境温度下的水的比潜热。

[0064] 基于冷凝器16的尺寸和设计，则可以将从冷凝器16的表面蒸发的水量与空气中的液态水含量相关联。例如，可以在测试台上通过实验确定该关系。还应注意的是，蒸发水的潜热(以每克水的焦耳为单位表示)可以由温度的多项式近似表示：L(T)＝a-bT+cT2-dT3J/g，其中T是环境温度。这意味着冷却效率将随着每秒钟蒸发的每克水增加L(T)J/s。

[0065] 对冷却系统10的预期效率以及因此空气中的液态水含量进行建模的另一种方法被称为“数据驱动方法”。该方法假设先前不知道冷却效率与空气的液态水含量之间的物理关系。而是，例如通过机器学习技术来建立模型，其中，使用针对风力涡轮机1的专门液态水含量测量值作为参考，然后对模型进行拟合，直到它可以准确地预测直接测量到的液态水含量。这种技术的一个示例是“深度学习”，其利用神经网络来模型化热流量的物理过程。

[0066] 无论是通过哪种方法获得的，计算出的液态水含量值都可以被存储起来以供后续使用(例如，存储在数据存储器44中)，或者它可以被定期或按需传输至另一个子系统，以用于由该子系统执行的决策过程。

[0067] 随后，可以执行风险评估步骤225，以针对计算出的液态水含量并且在给出的环境温度下确定在风力涡轮机叶片8上形成冰的风险。例如，可以确定将发生大量冰的形成的可能性百分比。这可以在实验室环境中(例如，在精心控制的条件下的测试台中)通过使用模拟或甚至简单地通过分析现有数据来进行。可替代地，如果已经安装或加装了先进的冰检测系统，该冰检测系统包括与专用液态水含量传感器联接的照相机或其它图像传感器，则可以使用该冰检测系统对现有风力涡轮机进行这些调研。这些调研将提供初步的冰形成数据，该数据可以形成要被限定的一些初始阈值的基础。在已经调研了足够数量的具有该液态水含量检测装置的风力涡轮机之后，随后将基于学习算法来调整这些初始阈值。因此，可以在步骤230中确定将使除冰系统需要激活的阈值百分比可能性。该阈值百分比可能性将对应于特定的阈值出口温度值，低于该值则形成冰的风险足够高，从而准许除冰系统的激活。

[0068] 可以针对每组外部和内部环境条件计算不同的阈值，例如，风速和环境空气温度的值(或值的范围)的某些组合以及冷却剂流量速率将对应于特定阈值。这些值由控制处理器存储在相关数据存储器中，并在执行图4的方法时被检索。

[0069] 在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对以上示例进行许多修改。

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