CN102226814A - 风电机组主轴转速测量方法及其转速脉冲检出机构 - Google Patents

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刘博�
赵涛
郭小叶
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Abstract

本发明是一种风电机组主轴转速测量方法及其转速脉冲检出机构，高速计数模块获取主轴旋转一周的脉冲信号，主控制器计算得到每一脉冲周期时间条件下主轴旋转一周转速值，并进行进行软件滤波处理，软件滤波处理是滤除过低转速值和设定包括增减速的主轴旋转一周转速最大变化值；转速最大变化值与当前和上次两个脉冲周期时间所对应的转速值的差值进行比较，差值大于转速最大变化值的当前转速值无效，主控制器对于当前无效转速值进行使之成为有效转速值处理，从而克服了振动等干扰对主轴转速值的影响。本发明可以得到平滑的转速变化值，具有较强的抗震动和抗干扰特性、使用成本比增量式编码器低、安装简单和具有良好的测量精度的突出优点。

Description

风电机组主轴转速测量方法及其转速脉冲检出机构
技术领域
本发明属于风力发电设备，具体地是涉及一种风电机组主轴转速测量方法及其转速脉冲检出机构。
背景技术
在风电机组运行中，特别是在对变桨和励磁的控制中，机组主轴转速是必需的基础运算数据，并且数据采集的准确性也十分重要。
在现有风力发电机组中，采用编码器测量转速是常规的测速方式，其基本结构是在齿轮箱中引出一个测速轴，在此轴上安装一个增量式编码器。
上述编码器测量转速的结构存在以下缺陷：编码器工作在风力发电机组振动大、电磁干扰大、雷电频发的运行环境中不仅易损坏也不利机组转速数据采集的准确性。
发明内容
本发明是为了解决上述编码器测量转速的结构存在易损坏和不利机组转速数据采集准确性的技术问题而公开一种风电机组主轴转速测量方法及其转速脉冲检出机构。
本发明的风电机组主轴转速测量方法：将风力发电机组主轴的旋转转换为连续的脉冲信号，并且主轴旋转一周的脉冲信号个数为定值，高速计数模块依次记录每一脉冲周期时间并实时传送给风机主控制器，风机主控制器根据每一脉冲周期时间计算得到该脉冲周期时间条件下主轴旋转一周的转速值，主控制器对转速值进行软件滤波处理，所述软件滤波处理是滤除过低转速值和设定包括增减速的主轴旋转一周转速最大变化值；所述滤除过低转速值是将转速寄存器赋值为0；所述转速最大变化值与当前和上次两个脉冲周期时间所对应的转速值的差值进行比较，差值小于或等于转速最大变化值的当前转速值有效，差值大于转速最大变化值的当前转速值无效，主控制器对于当前无效转速值为增速或减速状态予以判断并分别进行如下处理：当前无效转速值为增速状态时，在上次转速值的基础加上转速最大变化值使之成为有效转速值，当前无效转速值为减速状态时，在上次转速值的基础减去转速最大变化值使之成为有效转速值，主控制器对当前无效转速值处理成为有效转速值的同时将故障检测标志位置1，故障检测标志位连续为1时，启动故障停机程序。
进一步的，故障检测标志位连续20次为1时，启动故障停机程序。
本发明的转速脉冲检出机构包括风力发电机组主轴和固定于主轴的法兰盘，特征是，法兰盘设有等间隔圆周分部的定位螺栓，固定的支架支撑有接近开关，所述接近开关的感应头与定位螺栓的端面相对应，接近开关的输出信号连接于高速计数模块。
本发明的有益效果和优点：本发明通过高速计数模块获取主轴旋转一周的脉冲信号，风机主控制器计算得到每一脉冲周期时间条件下主轴旋转一周的转速值，主控制器对转速值进行软件滤波处理，软件滤波处理是滤除过低转速值和设定包括增减速的主轴旋转一周转速最大变化值；转速最大变化值与当前和上次两个脉冲周期时间所对应的转速值的差值进行比较，差值大于转速最大变化值的当前转速值无效，主控制器对于当前无效转速值进行使之成为有效转速值处理，从而克服了振动等干扰对主轴转速值的影响，对于连续多个无效结果进行停机处理。本发明可以得到平滑的转速变化值，具有较强的抗震动和抗干扰特性、使用成本比增量式编码器低、安装简单和具有良好的测量精度的突出优点。
附图说明
附图1是本发明转速脉冲检出机构示意图。
附图2是风力发电机组主轴转速测量方法实施例流程图。
图中标记：1主轴，2法兰盘，3定位螺栓，4接近开关，5支架，6轮毂机构。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例进一步说明本发明。
如图1所示，风力发电机组主轴1连接轮毂机构6的法兰盘2设有等间隔圆周分部的定位螺栓3，固定于机舱或其它位置的支架5支撑有接近开关4，接近开关的感应头与定位螺栓的端面相对应。在主轴1旋转时，调整接近开关的感应头与定位螺栓端面的距离，可以得到较规整的感应脉冲信号，通常情况下接近开关感应头与定位螺栓端面的距离为10-15mm。接近开关的脉冲输出信号连接于高速计数模块。
由于定位螺栓数量固定，因此主轴1旋转一周的感应脉冲个数为定值。
如图2所示，风电机组启动后，图1的主轴由于风速的变化为变速旋转，图1的接近开关将输出连续的且脉冲周期时间有所变化的脉冲信号，高速计数模块记录每一脉冲周期时间并经子站通讯模块及总线实时传送给风机主控制器，风机主控制器根据每一脉冲周期时间乘以主轴旋转一周的感应脉冲个数计算得到该脉冲周期时间条件下主轴旋转一周的转速值。
主控制器对转速值进行软件滤波处理，软件滤波处理是滤除过低转速值和设定包括增减速的主轴旋转一周转速最大变化值。
滤除过低转速值的情形是：主控制器设定主轴过低转速值，例如0.05转/分，当主控制器根据当前脉冲周期时间乘以主轴旋转一周的感应脉冲个数计算得到的该脉冲周期时间条件下主轴旋转一周的转速值等于或低于0.05转/分时，主控制器则视为该转速值是在机组未开机情况下的风桨自然旋转所至，此时主控制器将转速寄存器赋值为0。
主控制器设定包括增减速的主轴旋转一周转速最大变化值的目的是滤除震动等对主轴转速产生增减速的干扰。
例如一主轴额定转速为18转/分的风电机组，根据现场实测数据表明，该风电机组在无干扰情况下正常增速或减速运行时，其连续的两个脉冲周期时间所对应的转速值的最大差值为0.007转，即差值为0.007转及其以下的转速值为正常转速值，则设定主控制器以0.007为主轴旋转一周转速最大变化值。
风电机组在运行过程中，主控制器根据每一脉冲周期时间计算得到该脉冲周期时间条件下的转速值，并将当前脉冲周期对应的转速值与上次脉冲周期所对应的转速值相减，并将所得差值与设定的主轴旋转一周转速最大变化值即0.007进行比较。如果相减的差值小于或等于转速最大变化值即0.007及其以下，则当前转速值有效，主控制器将当前转速值输送至转速寄存器。
如果相减的差值大于转速最大变化值0.007则当前转速值无效，主控制器对于当前无效转速值为增速或减速状态予以判断并分别进行如下处理：
当前无效转速值为增速状态时，即当前转速值高于上次转速值并超出0.007，主控制器以上次转速值为基础加上转速最大变化值而使之成为有效转速值，并将修正后的当前转速值赋值于转速寄存器，显然主控制器将当前无效转速值视为存在导致增速的干扰而将干扰成分滤除。在将当前无效转速值处理成为有效转速值的同时将故障检测标志位置1。如果故障检测标志位连续20次为1时，主控制器则认为转速测量装置出现故障而启动故障停机程序。
当前无效转速值为减速状态时，即当前转速值低于上次转速值并超出0.007，主控制器以上次转速值为基础减去转速最大变化值而使之成为有效转速值，并将修正后的当前转速值赋值于转速寄存器，显然主控制器将当前无效转速值视为存在导致减速的干扰而将干扰成分滤除。如果故障检测标志位连续20次为‘1’时，主控制器则认为转速测量装置出现故障而启动故障停机程序。
以上故障检测标志位连续20次为‘1’的情况包括当前无效转速值交替为增速或减速的状态。

Claims (3)

1.一种风电机组主轴转速测量方法，其特征在于：将风力发电机组主轴的旋转转换为连续的脉冲信号，并且主轴旋转一周的脉冲信号个数为定值，高速计数模块依次记录每一脉冲周期时间并实时传送给风机主控制器，风机主控制器根据每一脉冲周期时间计算得到该脉冲周期时间条件下主轴旋转一周的转速值，主控制器对转速值进行软件滤波处理，所述软件滤波处理是滤除过低转速值和设定包括增减速的主轴旋转一周转速最大变化值；所述滤除过低转速值是将转速寄存器赋值为0；所述转速最大变化值与当前和上次两个脉冲周期时间所对应的转速值的差值进行比较，差值小于或等于转速最大变化值的当前转速值有效，差值大于转速最大变化值的当前转速值无效，主控制器对于当前无效转速值为增速或减速状态予以判断并分别进行如下处理：当前无效转速值为增速状态时，在上次转速值的基础加上转速最大变化值使之成为有效转速值，当前无效转速值为减速状态时，在上次转速值的基础减去转速最大变化值使之成为有效转速值，主控制器对当前无效转速值处理成为有效转速值的同时将故障检测标志位置1，故障检测标志位连续为1时，启动故障停机程序。
2.根据权利要求1所述的风电机组主轴转速测量方法，其特征在于：故障检测标志位连续20次为1时，启动故障停机程序。
3.一种转速脉冲检出机构，包括风力发电机组主轴和固定于主轴的法兰盘，其特征在于：法兰盘设有等间隔圆周分部的定位螺栓，固定的支架支撑有接近开关，所述接近开关的感应头与定位螺栓的端面相对应，接近开关的输出信号连接于高速计数模块。
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