CN102213181A - 一种风机偏航角度计算方法及计算系统 - Google Patents

一种风机偏航角度计算方法及计算系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种风机偏航角度计算方法，在风机的机舱中，靠近偏航回转支承齿轮位置设置至少两个接近开关传感器，该方法包括：风机偏航，接近开关传感器围绕偏航回转支承齿轮转动，对应偏航回转支承齿轮的凸齿和凹齿位置时，生成不同的电平信号；将上述电平信号组成检测信号编码，比较检测信号编码与预置编码，如循环顺序不一致，滤除上述电平信号；如循环顺序一致，依据上述电平信号计算偏航角度。本发明还公开一种风力风机偏航角度计算系统。本发明保证参与偏航角度计算的高低电平信号为正常信号，有效避免故障信号导致的偏航角度计算不准确，确保偏航角度计算的准确性。

Description

一种风机偏航角度计算方法及计算系统
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风机偏航角度计算方法及计算系统。
背景技术
风能是一种清洁的可再生能源。作为风能利用的主要形式，风力发电是目前技术最成熟，最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式之一。风力发电过程中，风向可能会随时变化，这就需要对风机组进行偏航控制。偏航控制是风机组在可用风速范围内自动准确对风，在连续跟踪风向可能造成电缆缠绕的情况下自动解缆，从而使风机能够运转平稳可靠，高效利用风能，节约大量能源，进一步降低发电成本并且有效地保护风机。
在偏航控制中偏航角度的计算是非常重要的部分，精确的偏航角度计算不仅有利于偏航控制系统，而且可以准确算出风机机舱位置和扭缆角度。准确的机舱位置有利于风场风况的研究，准确的扭缆角度则可以更好的控制风电机组自动解缆，以防电缆扭缆角度过大而缩短电缆使用寿命。
参见图1，示出现有的偏航角度计算方法，具体步骤如下。
步骤S101、根据当前风向，得到当前偏航角度参考值a1；
步骤S102、在风电机组偏航轴承上设置转速计，转速计与轴承同步旋转，通过转速计获得当前偏航角度实际值a2；
步骤S103、用当前偏航角度参考值a1减去偏航角度实际值a2，得到偏航角度误差Δa；
步骤S104、采集多组偏航角度误差Δa，总结偏航角度误差Δa的变化规律，依据该变化规律校正当前偏航角度实际值a2，得到所需的偏航角度a。该偏航角度a表示风机在对风时，应该偏航多少角度达到对风的目的。上述计算方法用于计算风机在偏航过程中的偏航角度时，因传感器信号被干扰等因素影响，很难获得风机在偏航过程中的偏航角度。
发明内容
本发明的目的提供一种风机偏航角度计算方法，该方法可准确计算风机的偏航角度。
本发明一种风机偏航角度计算方法，在风机的机舱中，靠近偏航回转支承齿轮位置设置至少两个接近开关传感器，该方法包括：风机偏航，接近开关传感器围绕偏航回转支承齿轮转动，对应偏航回转支承齿轮的凸齿和凹齿位置时，生成不同的电平信号；将上述电平信号组成检测信号编码，比较检测信号编码与预置编码，如循环顺序不一致，滤除上述电平信号；如循环顺序一致，依据上述电平信号计算偏航角度。
优选的，依据上述电平信号计算偏航角度为：360°*X/(N*2k)；其中，N偏航回转支承齿轮的总齿数；K为接近开关传感器的数量；X为检测信号编码的个数。
优选的，还包括：所述预置编码包括顺时针偏航编码和逆时针偏航编码，如与顺时针偏航编码循环顺序一致，风机顺时针偏航；如与逆时针偏航编码循环顺序一致，风机逆时针偏航。
优选的，还包括：如检测信号编码为单一值，确认所述风机没有偏航。
优选的，对应偏航回转支承齿轮的凸齿和凹齿位置时，生成不同的电平信号为：对应偏航回转支承齿轮的凸齿时，生成高电平信号；对应偏航回转支承齿轮的凹齿时，生成低电平信号。
本发明还提供一种风机偏航角度计算系统，该系统可准确计算风机的偏航角度。
本发明一种风机偏航角度计算系统，包括在风力风机的机舱中，靠近偏航回转支承齿轮位置设置的至少两个接近开关传感器，风机偏航时，接近开关传感器围绕偏航回转支承齿轮转动，对应偏航回转支承齿轮的凸齿和凹齿位置时，生成不同的电平信号；还包括控制器，控制器包括故障信号判断模块和偏航角度计算模块，用于接收将上述电平信号，组成检测信号编码，比较检测信号编码与预置编码，如循环顺序不一致，滤除上述电平信号；如循环顺序一致，启动偏航角度计算模块依据上述电平信号计算偏航角度。
优选的，偏航角度计算模块用于依据算式360°*X/(N*2k)计算偏航角度，其中，N偏航回转支承齿轮的总齿数；K为接近开关传感器的数量；X为检测信号编码的个数。
优选的，接近开关传感器为低温型抗干扰强的传感器。
优选的，偏航回转支承齿轮的凸齿为金属材料，凹齿为非金属材料。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明可准确检测出发生故障的高低电平信号，并滤除，保证参与偏航角度计算的高低电平信号为正常信号，有效避免故障信号导致的偏航角度计算不准确，确保偏航角度计算的准确性。
附图说明
图1为现有偏航角度计算方法流程图；
图2为本发明风机偏航角度计算方法流程图；
图3为本发明两个接近开关传感器的电平信号图；
图4为本发明风机偏航角度计算系统示意图。
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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明在风机的机舱中固定两个接近开关传感器，该接近开关传感器靠近偏航回转支承齿轮。风机偏航时，机舱转动，而偏航回转支承齿轮固定不动，接近开关传感器随着机舱同步围绕偏航回转支承齿轮转动。依据接近开关传感器的检测距离，合理设置接近开关传感器的位置，使接近开关传感器正对凸齿时，检测到金属材料，生成高电平信号；正对凹齿时，检测不到金属材料，生成低电平信号。当接近开关传感器当接近开关传感器在信号没有受到干扰的情况下，两个接近开关传感器所生成高、低电平信号应该是按一定顺序循环变化的。本发明依据上述原理判断传感器信号是否正常，并有效滤掉故障信号，保证后续利用传感器信号计算偏航角度的精度。
参见图2，示出本发明风机偏航角度计算方法，具体步骤如下。
步骤S201、风机偏航，两个接近开关传感器围绕偏航回转支承齿轮转动，对应偏航回转支承齿轮的凸齿和凹齿位置时，分别生成高、低电平信号。
步骤S202、获取两接近开关传感器的电平信号，将上述电平信号组成检测信号编码，比较检测信号编码与预置编码，转到步骤S203。
见图3，两个接近开关传感器的电平信号共有四种情况；低低、高低、高高、低高，并顺序循环。在没有其他因素干扰，传感器信号正常的情况下，两个接近开关传感器的电平信号应该为低低-高低-高高-低高-低低-高低....，将该电平信号作为预置编码。本发明获取两个接近开关传感器的电平信号，组成检测信号编码，如低低-高低-高高-低高...，与预置编码进行比较。
考虑到风机可能顺指针偏航，也可能逆时针偏航，预置编码可包括顺时针偏航编码和逆时针偏航编码，比较时分别将检测信号编码与顺时针偏航编码和逆时针偏航编码比较。如检测信号编码为单一值，确认所述风机没有偏航。
当然，本发明的预置编码或检测信号编码可采用0、1、2、3分别表示低低、高低、高高、低高；或采用LL、HL、HH、LH分别表示低低、高低、高高、低高。
步骤S203、如循环顺序不一致，滤除上述电平信号。循环顺序不一致，检测信号编码出现跳变，例如，检测信号编码为低低-高低-低高-低低...，高低-低高过程出现跳变。这表明接近开关传感器的信号被干扰，信号出现故障，该电平信号不能准确反应风机的偏航角度，应滤除。
如循环顺序一致，表明接近开关传感器的信号没被干扰，信号正常，该电平信号能够准确反应风机的偏航角度，转到步骤S204。
本发明还可进一步判断偏航方向，如与顺时针偏航编码循环顺序一致，风机顺时针偏航；如与逆时针偏航编码循环顺序一致，风机逆时针偏航。
步骤S204、依据上述电平信号计算偏航角度，计算算式为：
360°*X/(N*2k)；
其中，N偏航回转支承齿轮的总齿数；K为接近开关传感器的数量；X为检测信号编码的个数。
例如，偏航回转支承齿轮的总齿数是36个，接近开关传感器的数量为2个，检测信号编码的个数为9个，偏航角度为360°*9/36*2*2＝22.5°。
本发明接近开关传感器在转动过程中依次生成高低电平信号，如信号发生故障，接近开关传感器生成高低电平的顺序就会被打乱，依据高低电平组成的检测信号编码就会发生跳变。因此，本发明可准确检测出发生故障的高低电平信号，并滤除，保证参与偏航角度计算的高低电平信号为正常信号，有效避免故障信号导致的偏航角度计算不准确，确保偏航角度计算的准确性。
当然，本发明也可在风机的机舱中固定三个，或三个以上的接近开关传感器，这些接近开关传感器靠近偏航回转支承齿轮。本发明依据这些接近开关传感器生成的高低电平信号，组成检测信号编码，采用与图2所示实施例相同的方式判断是否存在故障信号，及依据正常信号计算偏航角度。
基于上述风机偏航角度计算方法，本发明还提供一种风机偏航角度计算系统。见图4，该系统包括偏航回转支承齿轮41、两个接近开关传感器42和控制器43，控制器43包括故障信号判断模块431和偏航角度计算模块432。
两个接近开关传感器42固定在风机的机舱中，靠近偏航回转支承齿轮41位置，风机偏航时，接近开关传感器42围绕偏航回转支承齿轮41转动，用于在对应偏航回转支承齿轮的凸齿和凹齿位置时，生成不同的电平信号；
故障信号判断模块431用于接收将上述电平信号，组成检测信号编码，比较检测信号编码与预置编码，如循环顺序不一致，滤除上述电平信号；如循环顺序一致，启动偏航角度计算模块432。
偏航角度计算模块432用于依据算式360°*X/(N*2k)计算偏航角度，其中，N偏航回转支承齿轮的总齿数；K为接近开关传感器的数量；X为检测信号编码的个数。
接近开关传感器41为低温型抗干扰强的传感器
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风机偏航角度计算方法，其特征在于，在风机的机舱中，靠近偏航回转支承齿轮位置设置至少两个接近开关传感器，该方法包括：
风机偏航，接近开关传感器围绕偏航回转支承齿轮转动，对应偏航回转支承齿轮的凸齿和凹齿位置时，生成不同的电平信号；
将上述电平信号组成检测信号编码，比较检测信号编码与预置编码，如循环顺序不一致，滤除上述电平信号；如循环顺序一致，依据上述电平信号计算偏航角度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，依据上述电平信号计算偏航角度为：
360°*X/(N*2k)；
其中，N偏航回转支承齿轮的总齿数；K为接近开关传感器的数量；X为检测信号编码的个数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
所述预置编码包括顺时针偏航编码和逆时针偏航编码，如与顺时针偏航编码循环顺序一致，风机顺时针偏航；如与逆时针偏航编码循环顺序一致，风机逆时针偏航。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
如检测信号编码为单一值，确认所述风机没有偏航。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对应偏航回转支承齿轮的凸齿和凹齿位置时，生成不同的电平信号为：
对应偏航回转支承齿轮的凸齿时，生成高电平信号；对应偏航回转支承齿轮的凹齿时，生成低电平信号。
6.一种风机偏航角度计算系统，其特征在于，包括在风力风机的机舱中，靠近偏航回转支承齿轮位置设置的至少两个接近开关传感器，风机偏航时，接近开关传感器围绕偏航回转支承齿轮转动，对应偏航回转支承齿轮的凸齿和凹齿位置时，生成不同的电平信号；
还包括控制器，控制器包括故障信号判断模块和偏航角度计算模块，用于接收将上述电平信号，组成检测信号编码，比较检测信号编码与预置编码，如循环顺序不一致，滤除上述电平信号；如循环顺序一致，启动偏航角度计算模块依据上述电平信号计算偏航角度。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，偏航角度计算模块用于依据算式360°*X/(N*2k)计算偏航角度，其中，N偏航回转支承齿轮的总齿数；K为接近开关传感器的数量；X为检测信号编码的个数。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，接近开关传感器为低温型抗干扰强的传感器。
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，偏航回转支承齿轮的凸齿为金属材料，凹齿为非金属材料。
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