CN108443063B - 变桨***重力回桨控制方法及装置 - Google Patents

变桨***重力回桨控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种变桨***重力回桨控制方法及装置，控制方法包括：在检测到风机的叶片无法回桨时，获取所述叶片的叶片方位角；根据所述叶片方位角确定所述叶片的位置信息；根据所述位置信息控制所述风机上的变桨电机松闸/抱闸，以控制所述叶片在重力的作用下进行回桨操作。本发明提供的变桨***重力回桨控制方法及装置，利用风机叶片在旋转过程中所拥有的重力规则，根据位置信息控制风机上的变桨电机松闸/抱闸，有效地克服了现有技术中存在的在叶片无法进行正常的回桨操作时，可能使风力发电机的转速无法下降，引发风力发电机超速甚至发生飞车危险的问题，从而有效地保证了风力发电机运行的稳定可靠性。

Description

变桨***重力回桨控制方法及装置
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种变桨***重力回桨控制方法及装置。
背景技术
在大型风力发电机组中，变桨***一个主要功能是通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率：风机正常运行期间，当风速小于机组额定风速时，变桨***控制叶片开到0度角位置，进行最大功率追踪；当风速超过机组额定风速时，变桨***通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。
由上可知，变桨***的一个主要功能是担当机组的主刹车***功能，电动变桨***通过多种检测和控制手段、多重冗余设计保证风力机组安全稳定运行。任何故障引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置。由此可见，变桨***对机组的稳定性、安全性，都起着至关重要的作用，尤其作为空气动力刹车，要求变桨***必须具备很高的可靠和安全性。
现有的变桨***包括：变桨控制柜，变桨驱动器、后备电源，变桨电机等，均位于变桨轮毂内，风力发电机组运行时，变桨轮毂在风机叶片的带动下，旋转运行。主控通过安装与风机主轴和变桨轮毂上的滑环，为变桨***提供动力电源，并通过通信线缆与变桨***进行数据交互：控制变桨***运行，并及时监测变桨***的运行数据。而调桨主控的实现方法为：由变桨驱动器控制变桨电机运行，变桨电机驱动变桨轴承转动，变桨轴承的转动，带动安装在变桨轴承上的叶片进行转动，从而根据控制需要改变叶片的桨距角，实现调桨功能。
然而，在风力发电机运行过程中，变桨***的驱动器、变桨电机、或后备电源，都有可能发生故障，这种故障，很可能导致风力发电机的叶片无法进行正常的回桨操作；此时，在风力的作用下，会使风力发电机的转速无法下降，引发风力发电机超速甚至发生飞车危险。
发明内容
本发明提供了一种变桨***重力回桨控制方法及装置，用于解决现有技术存在的当风力发电机的叶片无法进行正常的回桨操作时，在风力的作用下，容易使风力发电机的转速无法下降，引发风力发电机超速甚至发生飞车危险的问题。
本发明的一方面提供了一种变桨***重力回桨控制方法，包括：
在检测到风机的叶片无法回桨时，获取所述叶片的叶片方位角；
根据所述叶片方位角确定所述叶片的位置信息；
根据所述位置信息控制所述风机上的变桨电机松闸/抱闸，以控制所述叶片在重力的作用下进行回桨操作。
如上所述的变桨***重力回桨控制方法，所述根据所述叶片方位角确定所述叶片的位置信息，具体包括：
若所述叶片方位角大于0°且小于180°，则确认所述叶片处于第一平面内；或者，
若所述叶片方位角大于180°且小于360°，则确认所述叶片处于第二平面内；
其中，所述第一平面是在远离所述风机的位置、且面对风机叶轮时，所述风机叶轮旋转所在平面的右侧半面；所述第二平面是在远离所述风机的位置、且面对风机叶轮时，所述风机叶轮旋转所在平面的左侧半面。
如上所述的变桨***重力回桨控制方法，所述根据所述位置信息控制所述风机上的变桨电机松闸/抱闸，具体包括：
若所述叶片处于第一平面内，则控制所述变桨电机松闸；或者，
若所述叶片处于第二平面内，则控制所述变桨电机抱闸。
如上所述的变桨***重力回桨控制方法，在控制所述变桨电机抱闸之后，所述方法还包括：
当所述叶片在风轮的旋转作用下，由所述第二平面转动到所述第一平面时，则控制所述变桨电机松闸，以实现所述叶片在重力的作用下进行回桨操作。
如上所述的变桨***重力回桨控制方法，在控制所述叶片在重力的作用下进行回桨操作之后，所述方法还包括：
判断所述叶片是否达到预设的安全位置；
若所述叶片达到预设的安全位置，则控制所述变桨电机抱闸；或者，
若所述叶片未达到预设的安全位置，则再次获取所述叶片的叶片方位角；并根据所述叶片方位角确定所述叶片的位置信息；根据所述位置信息控制所述风机上的变桨电机松闸/抱闸，直至所述叶片达到预设的安全位置为止。
本发明的另一方面提供了一种变桨***重力回桨控制装置，包括：
获取模块，用于在检测到风机的叶片无法回桨时，获取所述叶片的叶片方位角；
确定模块，用于根据所述叶片方位角确定所述叶片的位置信息；
控制模块，用于根据所述位置信息控制所述风机上的变桨电机松闸/抱闸，以控制所述叶片在重力的作用下进行回桨操作。
如上所述的变桨***重力回桨控制装置，所述确定模块，具体用于：
若所述叶片方位角大于0°且小于180°，则确认所述叶片处于第一平面内；或者，
若所述叶片方位角大于180°且小于360°，则确认所述叶片处于第二平面内；
其中，所述第一平面是在远离所述风机的位置、且面对风机叶轮时，所述风机叶轮旋转所在平面的右侧半面；所述第二平面是在远离所述风机的位置、且面对风机叶轮时，所述风机叶轮旋转所在平面的左侧半面。
如上所述的变桨***重力回桨控制装置，所述控制模块，具体用于：
若所述叶片处于第一平面内，则控制所述变桨电机松闸；或者，
若所述叶片处于第二平面内，则控制所述变桨电机抱闸。
如上所述的变桨***重力回桨控制装置，所述控制模块，还用于：
在控制所述变桨电机抱闸之后，当所述叶片在风轮的旋转作用下，由所述第二平面转动到所述第一平面时，则控制所述变桨电机松闸，以实现所述叶片在重力的作用下进行回桨操作。
如上所述的变桨***重力回桨控制装置，所述装置还包括：
判断模块，用于在控制所述叶片在重力的作用下进行回桨操作之后，判断所述叶片是否达到预设的安全位置；
所述控制模块，还用于：
若所述叶片达到预设的安全位置，则控制所述变桨电机抱闸；或者，
若所述叶片未达到预设的安全位置，则再次获取所述叶片的叶片方位角；并根据所述叶片方位角确定所述叶片的位置信息；根据所述位置信息控制所述风机上的变桨电机松闸/抱闸，直至所述叶片达到预设的安全位置为止。
如上所述的变桨***重力回桨控制装置，所述控制模块包括：
用于控制所述变桨电机的松闸电磁阀和用于控制所述松闸电磁阀的冗余继电器，所述松闸电磁阀的一端与所述冗余继电器相连接，另一端通过触点线路与电源相连接；
所述冗余继电器通过第一控制输入端与变桨控制器或主控控制器相连接，所述变桨控制器或主控控制器用于检测所述叶片方位角；
所述触点线路包括：相并联的常闭触点和第一常开触点，其中，所述常闭触点和第一常开触点分别为所述冗余继电器的常闭触点和常开触点。
如上所述的变桨***重力回桨控制装置，所述控制模块还包括：与所述松闸电磁阀相连接的刹车继电器，所述刹车继电器连接有用于控制所述刹车继电器的变桨驱动器，所述触点线路还包括：与所述常闭触点串联的第二常开触点，所述第二常开触点为所述刹车继电器的常开触点。
如上所述的变桨***重力回桨控制装置，所述控制模块还包括：与所述冗余继电器相并联的继电器，所述继电器的一端通过第二控制输入端与所述变桨控制器或主控控制器相连接，另一端与所述松闸电磁阀相连接。
本发明提供的变桨***重力回桨控制方法及装置，通过在检测到风机的叶片无法回桨时，根据叶片方位角确定叶片的位置信息；之后，利用风机叶片在旋转过程中所拥有的重力规则，根据位置信息控制风机上的变桨电机松闸/抱闸，从而有效地实现了叶片无法回桨时，通过该重力规则对叶片回桨操作进行控制，有效地克服了现有技术中存在的在叶片无法进行正常的回桨操作时，可能使风力发电机的转速无法下降，引发风力发电机超速甚至发生飞车危险的问题，从而有效地保证了风力发电机运行的稳定可靠性，提高了风力发电机的市场竞争力。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种风力发电机控制***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的风机叶片质量分析示意图；
图3为本发明实施例提供的叶片变桨转动方向分质量分析图；
图4为本发明实施例提供的变桨***重力回桨控制方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的根据所述叶片方位角确定所述叶片的位置信息的流程示意图；
图6为本发明另一实施例提供的变桨***重力回桨控制方法的流程示意图；
图7为本发明具体应用实施例提供的变桨***重力回桨控制方法的示意图；
图8为本发明实施例提供的变桨***重力回桨控制装置的结构示意图；
图9为本发明一实施例提供的控制模块的结构示意图；
图10为本发明另一实施例提供的控制模块的结构示意图。
图中：
101、变桨轴承；102、减速机齿轮；103、方位角传感器；104、风机主轴；105、减速机；106、轮毂；107、变桨电机；108、编码器；109、变桨控制器；110、刹车盘；111、刹车阀；112、主控控制器；113、滑环；201、叶片；202、叶片；203、叶片；204、质量；205、分质量；206、分质量；207、叶片直径；301、竖直面；302、分质量；303、分质量；304、旋转轴线；305、质心位置；306、质心半径；401、变桨驱动器；402、刹车继电器；403、第一控制输入端；404、冗余继电器；405、第二常开触点；406、第一常开触点；407、常闭触点；408、松闸电磁阀；501、第二控制输入端；502、继电器；503、常闭触点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
以下，对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解：
1、方位角(Toothed Belt)，叶片方位角的定义为：某一叶片叶尖朝上时，叶片方位角为0度；叶片转动一周后再次转到叶尖朝向的位置，叶片方位角为360度。即叶片方位角为随着叶片旋转在0～360度之间连续、周期性变化的角度值；三个叶片的方位角由叶片方位角计算得到。
2、桨距角(Pitch Angle)，也称节距角；桨距角是指风机叶片与风轮平面夹角；风力发电机采用变桨距控制，通过调整叶片迎风角度，来进行功率调整的方式，风力发电机调节桨距角的目的主要是：
a、启动状态，在风力的作用下，获得比较大的启动扭矩，驱动风力发电机的叶轮旋转；
b、限制功率输出状态，在额定风速后，使功率平稳，保护机械和电路***，同时可以降低载荷；
c、回桨状态，在回桨时实现气动刹车，使叶轮的转速快速降低，避免机械刹车造成的惯性力太大而造成的伤害。
本实施例所提供的变桨***重力回桨控制方法的实现主要是利用一个风机叶片所具有的重力规则，为了更加清楚地了解本技术方案的实施原理，下面具体对重力规则的确定过程进行详细说明：
图1为本发明实施例提供的一种风力发电机控制***的结构示意图；图2为本发明实施例提供的风机叶片质量分析示意图；参考图1-2可知，提供了一种风力发电机的控制***结构，该结构中主要包括变桨轴承101、减速机105、变桨电机107、编码器108、变桨控制器109、安装于轮毂106上；叶片201、叶片202、叶片203通过叶片自带螺栓安装于变桨轴承101上，并随变桨轴承101同步转动；变桨控制器109用于控制变桨电机107转动；变桨电机107安装于减速机105上，用于驱动减速机105转动；减速机105的齿轮与变桨轴承101啮合，用于驱动变桨轴承101转动，变桨轴承101用于驱动风机叶片转动；编码器108位于变桨电机107尾部，与变桨电机107旋转轴机械连接，用于测量叶片角度值；其中，每个叶片(叶片201、叶片202、叶片203)分别对应一个减速机105、变桨电机107、变桨轴承101、变桨控制器109；方位角传感器103安装与风机主轴104侧，用于测量轮毂106的方位角。刹车盘110与风机主轴104连接；刹车阀111位于刹车盘110两侧，用于控制刹车盘110及风机主轴104的制动；主控控制器112用于控制风机运行，并控制变桨***进行开桨、关桨控制，并控制刹车阀111的松闸与抱闸。
其中，主控控制器112与变桨控制109之间有动力电源线路、通信线路、安全链线路、其余硬件控制线路等，这些线路的供电、或电信号都通过滑环113进行传输。
图3为本发明实施例提供的叶片变桨转动方向分质量分析图，参考附图3，继续参考附图1-3可知，角度a为叶片方位角，由方位角传感器103所测量的叶片方位角计算得到；角度b为叶片桨距角，由编码器108测量得到；质量204为叶片202安装于轮毂106上转动时的等效质量，设为m；分质量205为质量204垂直于叶片202翼型方向的分质量；分质量206为质量204沿叶片202翼型方向的分质量；其中，分质量206、分质量205均位于叶片201、叶片202、叶片203组成的竖直平面内。
分质量302为分质量205与叶片202变桨时、以旋转轴线304为圆心、质心半径306为半径的所在圆相切的分质量，分质量303为分质量205叶片202变桨时、以旋转轴线304为圆心，质心半径306为半径的所在圆的半径延长线上的分质量，分质量303的方向与分质量302的方向垂直；其中，分质量205垂直于叶片侧翼表面，但不与旋转轴线304垂直；分质量302与旋转轴线304垂直。
在上述陈述内容的基础上，继续参考附图1-3可知，分质量205的大小等于质量204乘以sin a，假设竖直向上的位置为0°方位角，则面向轮毂106，方位角传感器103测得叶片201的方位角为a1，叶片202的方位角a2＝(a1+120°)％360°，叶片203的方位角a3＝(a1+240°)％360°，其中，“％”为求余符号；在图2中，由于叶片201的叶片方位角a1＝0°，所以叶片202的叶片方位角a2＝120°，叶片203的叶片方位角a3＝240°，从而则可计算得出附图中的角度a＝180°-120°＝60°。
继续参考附图3可知，分质量302的大小等于分质量205乘以sin b，其中，b为编码器108测到的叶片角度，即叶片侧面与叶片201、叶片202、叶片203所组成的竖直平面的夹角。其中，当叶片位于叶片201、叶片202、叶片203所组成的竖直平面的右半平面，见图2中叶片202，且变桨方向为向0°方向变桨时，此时的叶片重力m对变桨起阻力作用；当叶片位于叶片201、叶片202、叶片203所组成的竖直平面的右半平面，见图2中叶片202，且变桨方向为向90°方向变桨时，叶片的重力m对变桨起助力作用；
当叶片位于叶片201、叶片202、叶片203所组成的竖直平面的左半平面，见图2中叶片203，且变桨方向为向0度方向变桨时，叶片的重力m对变桨起助力作用；当叶片位于叶片201、叶片202、叶片203所组成的竖直平面的右半平面，见图2中叶片202，且变桨方向为向90度方向变桨时，叶片的重力m对变桨起阻力作用，即：
M＝m*sina*sinb*f；……………………………………………………(1)
其中，M表示叶片重力对叶片回桨的作用力，f表示叶片变桨方向，当叶片向0度角度变桨时，f＝-1；当叶片向90度角度变桨时，f＝+1。
由式(1)可见，可以得出以下风机叶片所具有的重力规则：
当叶片位于右半平面时，即a<180度，因为sin a为正值，而重量M为正值，所以f＝+1，表示叶片在重力作用下，其叶片桨距角的变化方向为向90°方向变化，即向回桨方向变化；而当叶片位于左半平面时，即a>180度，因为sin a为负值，而重量M为正值，所以f＝-1，表示叶片在重力作用下，其叶片桨距角的变化方向为向0°方向变化，即向开桨方向变化，需要注意的是，上述公式中的sinb的数值始终为正数。
图4为本发明实施例提供的变桨***重力回桨控制方法的流程示意图；在获取到上述风机叶片在旋转过程中所拥有的重力规则，参考附图4可知，本实施例提供了一种变桨***重力回桨控制方法，该重力回桨控制方法用于在叶片旋转到不同方位角时，根据叶片所受的重力对叶片角度变化方向的不同作用，来实现叶片的回桨控制，具体的，该方法包括：
S101：在检测到风机的叶片无法回桨时，获取叶片的叶片方位角；
需要说明的是，本实施例中的风机的叶片无法回桨的情况可以包括：风机在工作故障的情况下，叶片没有回桨；或者，风机在工作正常的情况下，叶片没有回桨到预先设置的位置处；此时，为了克服现有技术中存在的问题，则可以获取风机上叶片的叶片方位角，该叶片为无法进行回桨的叶片，其中，叶片方位角可以通过安装在变桨柜内的高精度气压高度传感器进行高度测量获取，具体的，可以将高精度气压高度传感器安装在变桨柜内部，随变桨轮毂一同旋转，由于气压高度传感器旋转到不同方位角时，其所测量的高度值不一样，所以可以根据圆周三角函数的关系，进行风力发电机的叶片方位角测量，从而可以精确地获取到叶片方位角；
或者，叶片方位角还可以通过以下方式采集获取：首先，使用低速轴或高速轴上的转速测量模块(或滑环编码器)测量风力发电机的低速轴转速或高速轴转速；使用主控控制器采集转速测量模块(或滑环编码器)测到的低速轴转速值；对低速轴转速值使用设定的采集周期进行采集(采集周期例如为20ms)，依据转速值、将低速轴转速转换为低速轴角速度值，并累加到叶片方位角上，从而可以获取到叶片方位角；
本实施例中，叶片方位角可以通过气压传感器，即为由变桨***自身测量，或者，也可以由主控***测得，以上两种叶片方位角的检测方法，成本都很低，且检测精度很高；当然的，对于叶片方位角的获取方式并不限于上述两种方法，例如，还可以通过变桨控制器检测叶片方位角，本领域技术人员还可以根据具体的设计需求采用其他的获取方式，只要能够有效地保证叶轮方位角获取的准确可靠性即可，在此不再赘述。
S102：根据叶片方位角确定叶片的位置信息；
其中，获取到叶片方位角之后，可以根据该叶片方位角信息确定叶片相对于塔架的位置，例如，若叶片方位角为0°，则说明该叶片与塔架上端、且与塔架位于同一直线上，当叶片方位角为60°时，则说明该叶片与塔架之间呈120°夹角，该120°夹角为叶片顺时针转动到塔架处所形成的角度，而当叶片方位角为240°时，则说明此时的叶片与塔架之间呈60°夹角，该60°夹角为叶片逆时针转动到塔架处所形成的角度，从而可以准确、有效地根据叶片方位角确定叶片的位置信息。
S103：根据位置信息控制风机上的变桨电机松闸/抱闸，以控制叶片在重力的作用下进行回桨操作。
在确定叶片的位置信息之后，可以利用风机叶片在旋转过程中所拥有的重力规则对叶片的回桨操作进行控制，具体的，在对叶片回桨操作进行控制时，要利用上述的重力规则帮助叶片进行回桨操作，而当重力规则不利于叶片进行回桨操作时，则可以控制变桨电机进行抱闸操作，以避免此时的叶片在重力作用下向0°方向进行开桨操作；而当重力规则有利于叶片进行回桨操作时，则可以控制变桨电机进行松闸操作，从而可以使得此时的叶片在重力作用下向90°方向回桨，从而实现了对叶片在重力作用下的回桨操作进行控制，保证了叶片进行回桨操作的稳定可靠性。
本实施例提供的变桨***重力回桨控制方法，通过在检测到风机的叶片无法回桨时，根据叶片方位角确定叶片的位置信息；之后，利用风机叶片在旋转过程中所拥有的重力规则，根据位置信息控制风机上的变桨电机松闸/抱闸，从而有效地实现了叶片无法回桨时，通过该重力规则对叶片回桨操作进行控制，有效地克服了现有技术中存在的在叶片无法进行正常的回桨操作时，可能使风力发电机的转速无法下降，引发风力发电机超速甚至发生飞车危险的问题，从而有效地保证了风力发电机运行的稳定可靠性，提高了风力发电机的市场竞争力。
图5为本发明实施例提供的根据叶片方位角确定叶片的位置信息的流程示意图；在上述实施例的基础上，继续参考附图5可知，本实施例对于根据叶片方位角确定叶片的位置信息的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，较为优选的，将根据叶片方位角确定叶片的位置信息设置为具体包括：
S1021：若叶片方位角大于0°且小于180°，则确认叶片处于第一平面内；
其中，第一平面是在远离风机的位置、且面对风机叶轮时，风机叶轮旋转所在平面的右侧半面；进一步的，根据位置信息控制风机上的变桨电机松闸/抱闸，具体包括：
S1031：若叶片处于第一平面内，则控制变桨电机松闸；
根据上述所推算的重力规则可知，当叶片位于第一平面内时，叶片的重量为正数，此时的叶片在重力作用下，叶片桨距角会向回桨方向变化，即此时的重力会促进叶片的回桨操作，因此，此时控制变桨电机松闸，具体的，可以通过变桨控制器直接控制变桨电机进行松闸，或者也可以设置一控制电路，通过该控制电路来控制变桨电机执行松闸操作。
S1022：若叶片方位角大于180°且小于360°，则确认叶片处于第二平面内；
其中，第二平面是在远离风机的位置、且面对风机叶轮时，风机叶轮旋转所在平面的左侧半面；进一步的，根据位置信息控制风机上的变桨电机松闸/抱闸，具体包括：
S1032：若叶片处于第二平面内，则控制变桨电机抱闸。
根据上述所推算的重力规则可知，当叶片位于第二平面内时，叶片的重量为正数，参数f＝-1，此时的叶片在重力作用下，其叶片桨距角的变化方向为向0方向变化，即向开桨方向变化，因此，此时控制变桨电机抱闸，具体的，可以通过变桨控制器直接控制变桨电机进行抱闸，或者也可以设置一控制电路，通过该控制电路来控制变桨电机执行抱闸操作，以避免叶片在重力的作用下，重新向0°方向开桨。
此后，为了保证叶片同样可以进行正常的回桨操作，在控制变桨电机抱闸之后，将方法设置为还包括：
S1033：当叶片在风轮的旋转作用下，由第二平面转动到第一平面时，则控制变桨电机松闸，以实现叶片在重力的作用下进行回桨操作。
当叶片处于第二平面内时，首先控制变桨电机进行抱闸，以避免叶片在重力的作用下进行开桨操作，然后控制风轮进行旋转，叶片会随着风轮的旋转进行转动，此时的旋转为小动作旋转，当叶片转动到第一平面时，此时的重力会促进叶片进行回桨操作，因此，可以控制变桨电机松闸，具体的控制变桨电机进行松闸操作的实现过程与上述控制变桨电机执行松闸操作的实现相同，具体可参考上述陈述内容。
在叶片处于第一平面内时，控制变桨电机松闸，从而可以使得叶片在重力的作用下进行回桨操作；当叶片处于第二平面时，控制变桨电机抱闸，从而可以避免叶片在重力的作用下进行开桨操作，此时，为了风机的运行安全，使得叶片在风轮的作用下旋转至第一平面，此时再次控制变桨电机进行松闸，从而使得叶片在重力的作用下进行回桨操作，从而实现了在风机上不需要安装额外的回桨装置，不需要额外的能量提供回桨驱动力，而是使用叶片自身所受的重力进行回桨控制，***能耗低，效益好，成本低。
图6为本发明另一实施例提供的变桨***重力回桨控制方法的流程示意图；在上述实施例的基础上，参考附图6可知，为了保证叶片的回桨效果，在控制叶片在重力的作用下进行回桨操作之后，本实施例将方法设置为还包括：
S201：判断叶片是否达到预设的安全位置；
其中，安全位置为预先设置的，原则上，叶片进行回桨操作之后，叶片桨距角应该为90°，然而，当叶片进行回桨操作时，并不是一定要达到上述的叶片桨距角的，而是在一定的误差允许范围内，能够保证风机的正常运行即可，例如，该叶片桨距角的范围可以为85°～90°或者88°～90°等等，即当叶片进行回桨操作时，叶片桨距角大小位于上述85°～90°或者88°～90°的范围，即可以确定叶片达到预先设置的安全位置；当然的，本领域技术人员还可以根据具体的设计需求来定义叶片何时为达到了安全位置，在此不再赘述。
S202：若叶片达到预设的安全位置，则控制变桨电机抱闸；
当执行回桨操作之后的叶片桨距角在预先设置的叶片桨距角范围内，则可以确定叶片达到预设的安全位置处，此时的风机处于安全运行状态，因此可以控制变桨电机抱闸，从而可以锁定风机叶片的工作状态，保证风机运行的安全可靠性。
S203：若叶片未达到预设的安全位置，则再次获取叶片的叶片方位角；并根据叶片方位角确定叶片的位置信息；根据位置信息控制风机上的变桨电机松闸/抱闸，直至叶片达到预设的安全位置为止。
当执行回桨操作之后的叶片桨距角未在预先设置的叶片桨距角范围内，则可以确定叶片未达到预先设置的安全位置处，此时的风机处于不安全运行状态，因此，为了保证风机运行的安全可靠性，需要再次控制风机叶片执行回桨操作，具体的，可以再次获取叶片的叶片方位角，根据叶片方位角确定叶片位置，根据叶片位置再次对变桨电机进行控制，如此循环，直至使得叶片达到预设的安全位置，从而有效地避免了在风力的作用下，会使风力发电机的转速无法下降，引发风力发电机超速甚至发生飞车危险的情况，提高了风机运行的安全可靠性。
图7为本发明具体应用实施例提供的变桨***重力回桨控制方法的示意图，参考附图7可知，本实施例提供了在具体应用时，该变桨***重力回桨控制方法的流程，具体的，包括：
步骤601，判断风机是否发生故障，如果有故障，则执行步骤602，否则跳转到结束；
步骤602，判断叶片是否未回桨，如果没有回桨，则执行步骤603，否则跳转到结束；
需要注意的是，本领域技术人员还可以将以上步骤601和步骤602集成为一个步骤，即为可以判断叶片是否可以正常回桨，一般情况下，若叶片无法正常回桨，则可以确定风机发生了故障；若叶片可以正常回桨，则可以说明风机运行正常。
步骤603，读取叶片方位角值,读取叶片桨距角值；之后执行步骤604；
根据上述公式1可知，本实施例所利用的重力规则中包括两个角度值，其中一个为叶片方位角值，另外一个叶片桨距角值，其中，叶片方位角即可判断叶片所处的位置信息，因此，本领域技术人员则可以只获取叶片方位角至；但是为了基于公式，为了使得该方法应用的更加准确，则可以获取叶片方位角和叶片桨距角两个值。
步骤604，判断当前叶片处于第一平面，如果是，执行步骤605，否则跳转到步骤606；(具体是由叶片方位角计算得到的，例如，实施例中所说的第一平面，对应叶片的叶片方位角是0—180度，第二平面，对应叶片的方位角是180—360度)
步骤605，控制冗余继电器松闸；
其中，冗余继电器为预先设置的，用于控制变桨电机，当控制冗余继电器松闸时，则此时的变桨电机也处于松闸状态，并且，该冗余继电器可以通过一个具体的控制电路对变桨电机进行控制。
步骤606，判断当前叶片处于第二平面，如果是，执行步骤607，否则跳转到步骤608；
步骤607，控制冗余继电器抱闸；
其中，该冗余继电器用于控制变桨电机，当冗余继电器处于抱闸状态时，则此时的变桨电机也处于抱闸状态。
步骤608，判断叶片到达安全位置；如果达到，则执行步骤609；否则返回步骤603；(这里的叶片是指不能正常收桨的叶片，一般是1个或2个；而且如果是两个，那么两个叶片的控制是独立的，也就是单独控制的；)
步骤609，控制冗余继电器抱闸；
若叶片处于安全位置，则可以控制冗余继电器进行抱闸，从而使得变桨电机也处于抱闸状态，通过抱闸的变桨电机可以锁定叶片的工作状态，从而保证了风机运行可靠性。
本实施例提供的变桨***重力回桨控制方法，相对于现有技术中的变桨控制方法而言，具有以下优点：
a、不需要安装额外的回桨装置，不需要额外的能量提供回桨驱动力，而是使用叶片自身所受的重力进行回桨控制，***能耗低，效益好，成本低；
b、特别地，由于叶片受到风力的作用，所以在变桨电机松闸且变桨电机无驱动力的情况下，风力也会使叶片向90度回桨方向转动，进一步保证了本实施例方法的实现；
c、不会影响变桨***本身的松抱闸控制，实现了较好的冗余控制。
图8为本发明实施例提供的变桨***重力回桨控制装置的结构示意图；参考附图8可知，本实施例提供了一种变桨***重力回桨控制装置，该控制装置用于执行重力回桨控制方法，具体的，该控制装置包括：
获取模块1，用于在检测到风机的叶片无法回桨时，获取叶片的叶片方位角；
确定模块2，用于根据叶片方位角确定叶片的位置信息；
控制模块3，用于根据位置信息控制风机上的变桨电机松闸/抱闸，以控制叶片在重力的作用下进行回桨操作。
其中，对于获取模块1、确定模块2和控制模块3的具体形状结构不做限定，本领域技术人员可以根据其实现的功能作用对其进行任意设置，例如，可以将获取模块1设置为气压高度传感器，或者，也可以是集成在主控控制器的采集装置，控制模块3可以为控制电路或者控制芯片均可；另外，本实施例中获取模块1、确定模块2和控制模块3所实现操作步骤的实现过程和实现效果与上述实施例中步骤S101-S103的实现过程和实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。
本实施例提供的变桨***重力回桨控制装置，通过获取模块1在检测到风机的叶片无法回桨时，确定模块2根据叶片方位角确定叶片的位置信息；之后，控制模块3利用风机叶片在旋转过程中所拥有的重力规则，根据位置信息控制风机上的变桨电机松闸/抱闸，从而有效地实现了叶片无法回桨时，通过该重力规则对叶片回桨操作进行控制，有效地克服了现有技术中存在的在叶片无法进行正常的回桨操作时，可能使风力发电机的转速无法下降，引发风力发电机超速甚至发生飞车危险的问题，从而有效地保证了风力发电机运行的稳定可靠性，另外，需要说明的是，本装置只需要对现有机组进行简单的硬件线路以及程序改造，就能实现功能，方便且易于实现，改造成本低，提高了风力发电机的市场竞争力。
在上述实施例的基础上，继续参考附图8可知，本实施例对于确定模块2根据叶片方位角确定叶片的位置信息的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，较为优选的，将确定模块2设置为具体用于：
若叶片方位角大于0°且小于180°，则确认叶片处于第一平面内；
若叶片方位角大于180°且小于360°，则确认叶片处于第二平面内；
其中，第一平面是在远离风机的位置、且面对风机叶轮时，风机叶轮旋转所在平面的右侧半面；第二平面是在远离风机的位置、且面对风机叶轮时，风机叶轮旋转所在平面的左侧半面。
进一步的，还可以将控制模块3设置为具体用于：
若叶片处于第一平面内，则控制变桨电机松闸；或者，
若叶片处于第二平面内，则控制变桨电机抱闸。
此后，为了保证叶片同样可以进行正常的回桨操作，继续将控制模块3设置为还用于：
在控制变桨电机抱闸之后，当叶片在风轮的旋转作用下，由第二平面转动到第一平面时，则控制变桨电机松闸，以实现叶片在重力的作用下进行回桨操作。
本实施例中确定模块2和控制模块3所实现操作步骤的实现过程和实现效果与上述实施例中步骤S1021-S1022、S1031-S1033的实现过程和实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。
控制模块3在叶片处于第一平面内时，控制变桨电机松闸，从而可以使得叶片在重力的作用下进行回桨操作；控制模块3在叶片处于第二平面时，控制变桨电机抱闸，从而可以避免叶片在重力的作用下进行开桨操作，此时，为了风机的运行安全，使得叶片在风轮的作用下旋转至第一平面，此时再次控制变桨电机进行松闸，从而使得叶片在重力的作用下进行回桨操作，从而实现了在风机上不需要安装额外的回桨装置，不需要额外的能量提供回桨驱动力，而是使用叶片自身所受的重力进行回桨控制，***能耗低，效益好，成本低。
在上述实施例的基础上，继续参考附图8可知，为了保证叶片的回桨效果，本实施例将控制装置设置为还包括：
判断模块4，用于在控制叶片在重力的作用下进行回桨操作之后，判断叶片是否达到预设的安全位置；
控制模块3，还用于：
若叶片达到预设的安全位置，则控制变桨电机抱闸；或者，
若叶片未达到预设的安全位置，则再次获取叶片的叶片方位角；并根据叶片方位角确定叶片的位置信息；根据位置信息控制风机上的变桨电机松闸/抱闸，直至叶片达到预设的安全位置为止。
其中，对于判断模块4的具体形状结构不做限定，本领域技术人员可以根据其实现的功能作用对其进行任意设置，只要能够实现上述操作步骤即可，在此不再赘述；另外，本实施例中判断模块4和控制模块3所实现操作步骤的实现过程和实现效果与上述实施例中步骤S201-S203的实现过程和实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。
图9为本发明一实施例提供的控制模块的结构示意图；在上述实施例的基础上，继续参考附图8-9可知，为了更好的实现本控制装置的功能效果，本实施例将控制模块3设置为包括：
用于控制变桨电机的松闸电磁阀408和用于控制松闸电磁阀408的冗余继电器404，松闸电磁阀408的一端与冗余继电器404相连接，另一端通过触点线路与电源相连接，冗余继电器404通过第一控制输入端403与变桨控制器或主控控制器相连接，变桨控制器或主控控制器用于检测叶片方位角；触点线路包括：相并联的常闭触点407和第一常开触点406，其中，常闭触点407和第一常开触点406分别为冗余继电器404的常闭触点407和常开触点。
具体应用时，其控制原理为：当风力发电机在回桨过程中，某一叶片的角度值在未到达安全位置时不再变化，则启动冗余继电器404进行控制，具体的，当确认叶片处于第一平面时(此步骤可以通过变桨控制器或者主控控制器检测叶片方位角，然后根据叶片方位角来确认；当叶片方位角时通过主控控制采集测量时，此时的主控控制器连接第一控制输入端403的线路通过预设的滑环进行连接)，控制冗余继电器404得电，从而使得第一常开触点406闭合，常闭触点407断开，此时的松闸电磁阀408得电，而松闸电磁阀408用于控制变桨电机，此时的松闸电磁阀408控制变桨电机松闸，从而使得叶片在重力的作用下向90°方向回桨，其中，在通过重力回桨的过程中，如果变桨驱动器401正常(可通过驱动器的故障码进行判断)，则可以由变桨驱动器401控制刹车继电器402始终断开，以保证重力回桨的顺利实现；当确认叶片处于第二平面时，控制冗余继电器404失电，从而使得第一常开触点406断开，常闭触点407闭合，变桨电机抱闸，从而防止叶片在重力的作用下向0°方向开桨。
需要注意的是，本实施例中的叶片方位角还可以由变桨控制器检测风轮方位角，通过通信传输给主控控制器，然后由主控控制器进行控制，或者，也可以由主控控制器检测叶片方位角，通过通信传输给变桨控制器，然后由变桨控制器进行控制。
通过上述过程，有效地实现了利用叶片所具有的重力原则控制叶片进行回桨操作；当然的，以上控制操作为在叶片无法进行回桨操作时的具体过程，当风机运行正常时，叶片可以正常执行回桨操作时，也可以利用松闸电磁阀408来控制变桨电机执行松闸/抱闸操作，此时，将控制模块3设置为还包括：与松闸电磁阀408相连接的刹车继电器402，刹车继电器402连接有用于控制刹车继电器402的变桨驱动器401，触点线路还包括：与常闭触点407串联的第二常开触点405，第二常开触点405为刹车继电器402的常开触点。
具体设计时，刹车继电器402包括线圈，变桨驱动器401控制刹车继电器402的线圈，且刹车继电器402的“+”端与变桨驱动器401的刹车控制输出点电连接，刹车继电器402的“-”端与地线电连接；第一常开触点406、第二常开触点405的上端与24V电源连接；第二常开触点405的下端与常闭触点407的上端电连接；第一常开触点406的下端、常闭触点407的下端与松闸电磁阀408的“+”端电连接；松闸电磁阀408的“-”端与地线电连接。
其工作原理为：当叶片可以正常进行回桨操作时，变桨驱动器401控制刹车继电器402，当刹车继电器402的线圈得电后，第二常开触点405闭合，此时松闸电磁阀408得电，变桨电机松闸，可正常调桨；当刹车继电器402的线圈失电后，第二常开触点405断开，此时松闸电磁阀408失电，变桨电机抱闸；当叶片无法正常进行回桨操作时，其具体的工作原理与上述的控制原理相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。
本实施例的优点为，在变桨***发生故障，例如：变桨电机发生故障，或变桨驱动器401发生故障后，仍可以通过叶片风轮平面的第一平面时，松闸时叶片在重力的作用下回桨，并当叶片位于风力平面的第二平面时，抱闸防止叶片回桨；其中，常闭触点407的效果是：即能在冗余继电器404得电时，防止刹车继电器402的触点动作，同时其为常闭触点407，又能使变桨***在正常运行时，松抱闸的控制不受冗余继电器404的影响；另外，对于冗余继电器404而言，较为优选的，采用主控控制器进行控制，原因是：当变桨***PLC故障，或后备电源故障，或驱动器故障后，仍可以实现正常回桨。
图10为本发明另一实施例提供的控制模块的结构示意图，在上述实施例的基础上，继续参考附图10可知，为了进一步提高控制模块3的控制精度和准确度，将控制模块3设置为还包括：与冗余继电器404相并联的继电器502，继电器502的一端通过第二控制输入端501与变桨控制器或主控控制器相连接，另一端与松闸电磁阀408相连接。
其中，常闭触点503是继电器502的常闭触点503，且第一控制输入端403、第二控制输入端501均由主控控制器控制；其余控制功能与图9一致，此处不再赘述；另外，本实施例的继电器502用于保护电路，继电器502也可以在变桨内部由软件控制实现，即通过运算逻辑对继电器502进行单独控制。
通过设置的继电器502，在需要通过重力使叶片回桨时，由主控控制常闭触点503断开，从而关断第二常开触点405所在的支路，防止在变桨***异常的情况下，第二常开触点405不能正常断开，从而有效地保证了重力回桨控制的正常运行，进一步提高了该控制装置使用的稳定可靠性。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种变桨***重力回桨控制方法，其特征在于，包括：
在检测到风机的叶片无法回桨时，获取所述叶片的叶片方位角；
根据所述叶片方位角确定所述叶片的位置信息；
根据所述位置信息控制所述风机上的变桨电机松闸/抱闸，以控制所述叶片在重力的作用下进行回桨操作；
所述叶片方位角为随着所述叶片旋转在0～360度之间连续、周期性变化的角度值，其中，所述叶片叶尖朝上时，所述叶片方位角为0度；所述叶片转动一周后再次转到叶尖朝上的位置，所述叶片方位角为360度。
2.根据权利要求1所述的变桨***重力回桨控制方法，其特征在于，所述根据所述叶片方位角确定所述叶片的位置信息，具体包括：
若所述叶片方位角大于0°且小于180°，则确认所述叶片处于第一平面内；或者，
若所述叶片方位角大于180°且小于360°，则确认所述叶片处于第二平面内；
其中，所述第一平面是在远离所述风机的位置、且面对风机叶轮时，所述风机叶轮旋转所在平面的右侧半面；所述第二平面是在远离所述风机的位置、且面对风机叶轮时，所述风机叶轮旋转所在平面的左侧半面。
3.根据权利要求2所述的变桨***重力回桨控制方法，其特征在于，所述根据所述位置信息控制所述风机上的变桨电机松闸/抱闸，具体包括：
若所述叶片处于第一平面内，则控制所述变桨电机松闸；或者，
若所述叶片处于第二平面内，则控制所述变桨电机抱闸。
4.根据权利要求3所述的变桨***重力回桨控制方法，其特征在于，在控制所述变桨电机抱闸之后，所述方法还包括：
当所述叶片在风轮的旋转作用下，由所述第二平面转动到所述第一平面时，则控制所述变桨电机松闸，以实现所述叶片在重力的作用下进行回桨操作。
5.根据权利要求1所述的变桨***重力回桨控制方法，其特征在于，在控制所述叶片在重力的作用下进行回桨操作之后，所述方法还包括：
判断所述叶片是否达到预设的安全位置；
若所述叶片达到预设的安全位置，则控制所述变桨电机抱闸；或者，
若所述叶片未达到预设的安全位置，则再次获取所述叶片的叶片方位角；并根据所述叶片方位角确定所述叶片的位置信息；根据所述位置信息控制所述风机上的变桨电机松闸/抱闸，直至所述叶片达到预设的安全位置为止。
6.一种变桨***重力回桨控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于在检测到风机的叶片无法回桨时，获取所述叶片的叶片方位角；
确定模块，用于根据所述叶片方位角确定所述叶片的位置信息；
控制模块，用于根据所述位置信息控制所述风机上的变桨电机松闸/抱闸，以控制所述叶片在重力的作用下进行回桨操作；
所述叶片方位角为随着所述叶片旋转在0～360度之间连续、周期性变化的角度值，其中，所述叶片叶尖朝上时，所述叶片方位角为0度；所述叶片转动一周后再次转到叶尖朝上的位置，所述叶片方位角为360度。
7.根据权利要求6所述的变桨***重力回桨控制装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于：
若所述叶片方位角大于0°且小于180°，则确认所述叶片处于第一平面内；或者，
若所述叶片方位角大于180°且小于360°，则确认所述叶片处于第二平面内；
其中，所述第一平面是在远离所述风机的位置、且面对风机叶轮时，所述风机叶轮旋转所在平面的右侧半面；所述第二平面是在远离所述风机的位置、且面对风机叶轮时，所述风机叶轮旋转所在平面的左侧半面。
8.根据权利要求7所述的变桨***重力回桨控制装置，其特征在于，所述控制模块，具体用于：
若所述叶片处于第一平面内，则控制所述变桨电机松闸；或者，
若所述叶片处于第二平面内，则控制所述变桨电机抱闸。
9.根据权利要求8所述的变桨***重力回桨控制装置，其特征在于，所述控制模块，还用于：
在控制所述变桨电机抱闸之后，当所述叶片在风轮的旋转作用下，由所述第二平面转动到所述第一平面时，则控制所述变桨电机松闸，以实现所述叶片在重力的作用下进行回桨操作。
10.根据权利要求6所述的变桨***重力回桨控制装置，其特征在于，所述装置还包括：
判断模块，用于在控制所述叶片在重力的作用下进行回桨操作之后，判断所述叶片是否达到预设的安全位置；
所述控制模块，还用于：
若所述叶片达到预设的安全位置，则控制所述变桨电机抱闸；或者，
若所述叶片未达到预设的安全位置，则再次获取所述叶片的叶片方位角；并根据所述叶片方位角确定所述叶片的位置信息；根据所述位置信息控制所述风机上的变桨电机松闸/抱闸，直至所述叶片达到预设的安全位置为止。
11.根据权利要求6-10中任意一项所述的变桨***重力回桨控制装置，其特征在于，所述控制模块包括：
用于控制所述变桨电机的松闸电磁阀和用于控制所述松闸电磁阀的冗余继电器，所述松闸电磁阀的一端与所述冗余继电器相连接，另一端通过触点线路与电源相连接；
所述冗余继电器通过第一控制输入端与变桨控制器或主控控制器相连接，所述变桨控制器或主控控制器用于检测所述叶片方位角；
所述触点线路包括：相并联的常闭触点和第一常开触点，其中，所述常闭触点和第一常开触点分别为所述冗余继电器的常闭触点和常开触点。
12.根据权利要求11所述的变桨***重力回桨控制装置，其特征在于，所述控制模块还包括：与所述松闸电磁阀相连接的刹车继电器，所述刹车继电器连接有用于控制所述刹车继电器的变桨驱动器，所述触点线路还包括：与所述常闭触点串联的第二常开触点，所述第二常开触点为所述刹车继电器的常开触点。
13.根据权利要求11所述的变桨***重力回桨控制装置，其特征在于，所述控制模块还包括：与所述冗余继电器相并联的继电器，所述继电器的一端通过第二控制输入端与所述变桨控制器或主控控制器相连接，另一端与所述松闸电磁阀相连接。
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