CN113757049A - 风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***和方法。本发明的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***包括控制器、变桨电机、变桨电机编码器、第一接近开关和第二接近开关,其中第一和第二接近开关均通过安装支架固定在叶轮轮毂上,并且第一和第二接近开关的信号探测端指向变桨轴承内齿面。本发明的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验方法采用双接近开关实时准确测量变桨轴承角度,并与变桨电机编码器测量的桨叶角度对比来完成校验,确保桨叶角度的正确性,保证风电机组安全、高效运行。
Description
技术领域
本发明属于风力发电技术领域,更具体地涉及一种风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***和方法。
背景技术
变桨***作为风电机组控制***的核心部分之一,对风电机组安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。在变桨***控制中,风机桨叶角度的测量是非常重要的部分,为了能够确保变桨***测量风机桨叶角度的正确性,需要在变桨***中设置冗余传感器对风机桨叶角度进行测量和校验。
现有技术中,风电机组桨叶角度冗余测量采用的方法是编码器测量或者是一个接近开关测量。其中,编码器测量方法相较于一个接近开关测量方法来说,部件个数更多、结构更复杂,故障率高,维护难度和成本更高;而一个接近开关的测量方法虽然成本较低,维护方便,但测量精度偏低。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的上述技术问题,为此提供一种风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***和方法。
在本发明的一个方面,提供了一种风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***,包括控制器、变桨电机、变桨电机编码器、第一接近开关和第二接近开关,其中所述第一接近开关和所述第二接近开关均通过安装支架固定在叶轮轮毂上,并且所述第一接近开关和所述第二接近开关的信号探测端指向变桨轴承内齿面。
优选地,在上述风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***中,所述第一接近开关和所述第二接近开关到变桨轴承内齿面的安装距离小于等于所述第一接近开关和所述第二接近开关的感应距离。
优选地,在上述风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***中,所述第一接近开关和所述第二接近开关探测到变桨轴承内齿面的凸齿和凹齿位置时,分别感应生成高低电平脉冲信号,其中,所述第一接近开关和所述第二接近开关在正对凸齿时感应生成高电平H,所述第一接近开关和所述第二接近开关在指向凹齿时感应生成低电平L。
此外,在本发明的另一个方面,提供了一种利用上述风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***实施的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验方法,所述风电机组变桨***桨叶角度测量及校验方法包括如下步骤:
(1)桨叶角度零度标定,将桨叶零度与轮毂零度对齐,由控制器将变桨电机编码器和接近开关测量的变桨角度清零,完成桨叶角度零度标定,然后变桨***正常运行;
(2)变桨***运行过程中,当变桨轴承旋转时,通过第一接近开关和第二接近开关实时测量变桨轴承旋转过的角度Q;
(3)计算当前变桨轴承角度W,当变桨轴承自旋转前的角度P开始顺时针旋转过角度Q时,当前变桨轴承角度W=变桨轴承旋转前的角度P+变桨轴承旋转过的角度Q;当变桨轴承自旋转前的角度P开始逆时针旋转过角度Q时,则当前变桨轴承角度W=变桨轴承旋转前的角度P-变桨轴承旋转过的角度Q;
(4)通过将当前变桨轴承角度W与变桨电机编码器测量的桨叶角度A进行比较来实时校验变桨角度的正确性,若通过第一接近开关和第二接近开关测量得到的当前变桨轴承角度W与变桨电机编码器测量得到的桨叶角度A的偏差大于预设阈值参数T时,则控制器报出故障,否则,变桨***继续正常运行。
优选地,在上述风电机组变桨***桨叶角度测量及校验方法中,所述步骤(2)中测量变桨轴承旋转过的角度Q包括利用第一接近开关和第二接近开关所采集到的沿脉冲信号数计算得出变桨轴承旋转过的角度Q:
Q=a×(M-N)/(K+M)×360°/D+b×N/(K+M)×360°/D+c×(K-N)/(K+M)×360°/D+d×N/(K+M)×360°/D,
其中,D为变桨轴承内齿总齿数,K为变桨轴承凸齿宽度,M为变桨轴承凹齿宽度,N为第一接近开关和第二接近开关之间的安装距离(N<K,N<M),a、b、c、d分别为变桨轴承朝一个方向旋转时第一接近开关和第二接近开关采集到的LL沿脉冲信号数、HL沿脉冲信号数、HH沿脉冲信号数、LH沿脉冲信号数。
优选地,在上述风电机组变桨***桨叶角度测量及校验方法中,所述步骤(3)中计算当前变桨轴承角度W包括通过第一接近开关和第二接近开关采集的沿脉冲信号的循环顺序来判断变桨轴承的旋转方向:若沿脉冲信号是按照LL、HL、HH、LH的顺序依次循环则变桨轴承为顺时针旋转,若沿脉冲信号是按照LH、HH、HL、LL的顺序依次循环则变桨轴承为逆时针旋转。
本发明的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***和方法,兼顾成本及测量精度两方面,采用双接近开关实时准确测量变桨轴承角度,并与变桨电机编码器测量的桨叶角度对比来完成校验,确保桨叶角度的正确性,保证风电机组安全、高效运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***的构成示意图;
图2是本发明的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***中接近开关与变桨轴承内齿面的示意图;
图3是本发明的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***中接近开关测量变桨轴承内齿面时的高低电平信号序列示意图;
图4是本发明的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***包括控制器1、变桨电机2、变桨电机编码器3、第一接近开关4和第二接近开关5,其中第一接近开关4和第二接近开关5均通过安装支架固定在叶轮轮毂上,并且第一接近开关4和第二接近开关5安装为其信号探测端指向变桨轴承内齿面,第一接近开关4和第二接近开关5到变桨轴承内齿面的安装距离小于等于第一接近开关4和第二接近开关5的感应距离。
如图2所示,由于第一接近开关4和第二接近开关5的信号探测端指向变桨轴承内齿面,当变桨轴承转动时,第一接近开关4和第二接近开关5探测到变桨轴承内齿面的凸齿TC和凹齿AC位置时,就会分别感应生成不同的高低电平脉冲信号,其中,接近开关在正对凸齿TC时感应生成高电平H,接近开关在指向凹齿AC时感应生成低电平L。
例如如图3所示,在每经过一个凸凹齿周期,第一接近开关4和第二接近开关5会采集到四个沿脉冲信号LL、HL、HH、LH。
依据累计的高低电平脉冲数即可准确测量计算出变桨***桨叶角度(变桨轴承角度),进而与变桨电机编码器3测量出的桨叶角度相比较,完成变桨***桨叶角度的冗余校验。如果根据高低电平脉冲数计算出的桨叶角度与变桨电机编码器测量出来的桨叶角度之间的偏差大于预设阈值参数,则控制器报出故障。由此,可以确保桨叶角度的正确性,保证风电机组安全、高效运行。
如图4所示,利用上述风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***实施的本发明的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验方法包括如下步骤:
(1)桨叶角度零度标定,将桨叶零度与轮毂零度对齐,由控制器将变桨电机编码器和接近开关测量的变桨角度清零,完成桨叶角度零度标定,然后变桨***正常运行。
(2)变桨***运行过程中,当变桨轴承旋转时,通过第一接近开关和第二接近开关实时测量变桨轴承旋转过的角度Q,即:利用第一接近开关和第二接近开关所采集到的沿脉冲信号数计算变桨轴承旋转过的角度Q。
具体而言,变桨轴承朝一个方向旋转时,第一接近开关和第二接近开关采集到的沿脉冲信号数分别是:LL沿脉冲信号a个,HL沿脉冲信号b个,HH沿脉冲信号c个,LH沿脉冲信号d个,则变桨轴承旋转过的角度Q为:
Q=a×(M-N)/(K+M)×360°/D+b×N/(K+M)×360°/D+c×(K-N)/(K+M)×360°/D+d×N/(K+M)×360°/D,其中,D为变桨轴承内齿总齿数,K为变桨轴承凸齿宽度,M为变桨轴承凹齿宽度,N为第一接近开关和第二接近开关之间的安装距离(N<K,N<M)。
(3)计算当前变桨轴承角度W,当变桨轴承自旋转前的角度P开始顺时针旋转过角度Q时,当前变桨轴承角度W=变桨轴承旋转前的角度P+变桨轴承旋转过的角度Q;当变桨轴承自旋转前的角度P开始逆时针旋转过角度Q时,则当前变桨轴承角度W=变桨轴承旋转前的角度P-变桨轴承旋转过的角度Q。
其中,通过第一接近开关和第二接近开关采集的沿脉冲信号的循环顺序来判断变桨轴承的旋转方向:若沿脉冲信号是按照LL、HL、HH、LH的顺序依次循环则变桨轴承为顺时针旋转,若沿脉冲信号是按照LH、HH、HL、LL的顺序依次循环则变桨轴承为逆时针旋转。
(4)通过将当前变桨轴承角度W与变桨电机编码器测量的桨叶角度A进行比较来实时校验变桨角度的正确性。若通过第一接近开关和第二接近开关测量得到的当前变桨轴承角度W与变桨电机编码器测量得到的桨叶角度A的偏差大于预设阈值参数T时,则控制器报出故障,否则,变桨***继续正常运行。
综上所述,本发明的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***和方法,兼顾成本及测量精度两方面,采用双接近开关实时准确测量变桨轴承角度,并与变桨电机编码器测量的桨叶角度对比来完成校验,确保桨叶角度的正确性,保证风电机组安全、高效运行。
需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。同时,本文中使用的术语“连接”等应做广义理解,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,可以是直接相连,也可以通过中间部件间接相连。此外,本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等均以附图中表示的放置状态为参照。
还需要说明的是,以上实施例仅用于说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述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的范围。
Claims (6)
1.一种风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***,其特征在于,包括控制器、变桨电机、变桨电机编码器、第一接近开关和第二接近开关,其中所述第一接近开关和所述第二接近开关均通过安装支架固定在叶轮轮毂上,并且所述第一接近开关和所述第二接近开关的信号探测端指向变桨轴承内齿面。
2.如权利要求1所述的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***,其特征在于,所述第一接近开关和所述第二接近开关到变桨轴承内齿面的安装距离小于等于所述第一接近开关和所述第二接近开关的感应距离。
3.如权利要求1所述的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***,其特征在于,所述第一接近开关和所述第二接近开关探测到变桨轴承内齿面的凸齿和凹齿位置时,分别感应生成高低电平脉冲信号,其中,所述第一接近开关和所述第二接近开关在正对凸齿时感应生成高电平H,所述第一接近开关和所述第二接近开关在指向凹齿时感应生成低电平L。
4.一种利用如权利要求1至3中任一项所述的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验***实施的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验方法,其特征在于,所述风电机组变桨***桨叶角度测量及校验方法包括如下步骤:
(1)桨叶角度零度标定,将桨叶零度与轮毂零度对齐,由控制器将变桨电机编码器和接近开关测量的变桨角度清零,完成桨叶角度零度标定,然后变桨***正常运行;
(2)变桨***运行过程中,当变桨轴承旋转时,通过第一接近开关和第二接近开关实时测量变桨轴承旋转过的角度Q;
(3)计算当前变桨轴承角度W,当变桨轴承自旋转前的角度P开始顺时针旋转过角度Q时,当前变桨轴承角度W=变桨轴承旋转前的角度P+变桨轴承旋转过的角度Q;当变桨轴承自旋转前的角度P开始逆时针旋转过角度Q时,则当前变桨轴承角度W=变桨轴承旋转前的角度P-变桨轴承旋转过的角度Q;
(4)通过将当前变桨轴承角度W与变桨电机编码器测量的桨叶角度A进行比较来实时校验变桨角度的正确性,若通过第一接近开关和第二接近开关测量得到的当前变桨轴承角度W与变桨电机编码器测量得到的桨叶角度A的偏差大于预设阈值参数T时,则控制器报出故障,否则,变桨***继续正常运行。
5.如权利要求4所述的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验方法,其特征在于,所述步骤(2)中测量变桨轴承旋转过的角度Q包括利用第一接近开关和第二接近开关所采集到的沿脉冲信号数计算得出变桨轴承旋转过的角度Q:
Q=a×(M-N)/(K+M)×360°/D+b×N/(K+M)×360°/D+c×(K-N)/(K+M)×360°/D+d×N/(K+M)×360°/D,其中,D为变桨轴承内齿总齿数,K为变桨轴承凸齿宽度,M为变桨轴承凹齿宽度,N为第一接近开关和第二接近开关之间的安装距离(N<K,N<M),a、b、c、d分别为变桨轴承朝一个方向旋转时第一接近开关和第二接近开关采集到的LL沿脉冲信号数、HL沿脉冲信号数、HH沿脉冲信号数、LH沿脉冲信号数。
6.如权利要求5所述的风电机组变桨***桨叶角度测量及校验方法,其特征在于,所述步骤(3)中计算当前变桨轴承角度W包括通过第一接近开关和第二接近开关采集的沿脉冲信号的循环顺序来判断变桨轴承的旋转方向:若沿脉冲信号是按照LL、HL、HH、LH的顺序依次循环则变桨轴承为顺时针旋转,若沿脉冲信号是按照LH、HH、HL、LL的顺序依次循环则变桨轴承为逆时针旋转。
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