CN103174588A - 风力发电机组风轮自动定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组风轮自动定位系统，它包括控制器，控制器分别与数据输出模块、数据输入模块、绝对值编码器、液压装置、变桨系统、显示器连接，显示器与高速轴制动器和风轮锁销连接，并公开了一种基于风力发电机组风轮自动定位系统的定位方法，控制器和变桨系统配合系统完成风轮定位。本发明的应用不仅保证了风力发电机组风轮定位的高可靠性，而且还有效的提高了维护人员的工作效率，降低了工作人员的工作量，节省了风力发电机组维护的人工成本，有效解决了法兰防腐受到破坏而带来的问题。

Description

风力发电机组风轮自动定位系统及定位方法

技术领域

本发明涉及一种风轮自动定位系统及定位方法，尤其涉及一种风力发电机组风轮自动定位系统及定位方法。

背景技术

机组维护时，尤其是变桨系统维护时，为保证维护人员的安全和维护需要，通常须固定风轮至特定位置。而变桨系统由于工作环境恶劣、长时间旋转，发生故障概率较高，据不完全统计，变桨系统故障占据整个机组故障的70％以上。目前风轮定位采用风轮锁方案，即将风轮锁销插入主轴法兰盘来固定风轮位置。这一方案的最大难度在于风轮锁销与法兰盘上锁孔的对中，操作这一过程至少需要三人：一人观察风轮锁销与法兰盘锁孔的位置，一人控制液压系统控制风轮锁销的伸出，一人转动刹车盘使风轮转动。由于人员之间配合的不一致，常常需要数次尝试才能将锁销插入法兰锁孔，从而造成对液压管路元件、风轮锁装置的冲击，使法兰防腐受到损坏，且由于随着机组容量的增加，通过人力拖动风轮越来越困难，从而进一步加大了方案实施的难度。因此如何快速准确的锁入风轮锁销，延长液压系统和主轴锁装置的寿命，减少维护人员的配置，提高维护效率成为亟待解决的问题。

相对于国内外相关风轮自动锁定技术，例如在申请公开的发明专利一种大型风力发电机组的叶轮锁定自动控制系统及叶轮锁定自动控制方法（申请号201210045922.5），不具有制动位置设定功能，考虑到现场维护需求，轮毂可能需要被定位到任何角度，尤其是叶片维护时，仅有一个风轮特定位置的锁定功能，系统使用的局限性会很大；此外，上述专利人机交互能力不足，风轮锁定是一个时间较长的过程，维护人员位于机舱内，且机组会执行开桨动作，风轮转动，不排除执行过程中维护人员干预的可能性，受制于人机交互能力，上述专利在此方面可操作性不高。

发明内容

本发明的目的就是为了解决风轮定位问题，提供一种风力发电机组风轮自动定位系统及定位方法，它具有解决风轮定位困难，提高维护人员工作效率和减少人员配置、降低风力发电机组维护成本的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种风力发电机组风轮自动定位系统，它包括控制器，控制器分别与数据输出模块、数据输入模块、绝对值编码器、液压装置、变桨系统、显示器连接，显示器与高速轴制动器和风轮锁销连接。

基于风力发电机组风轮自动定位系统的定位方法，具体步骤为：

步骤一：维护人员设定定位目标位置，控制器接收风轮定位指令；

步骤二：风力发电机组的控制器读入风轮定位目标位置和风轮当前位置；

步骤三：风力发电机组的控制器利用风轮的目标位置和风轮当前位置计算出风轮需要转过的角度值，并对该角度值适当修正，确保风轮锁销可顺利插入锁孔内；

步骤四：风力发电机组控制器依据风轮需转过的角度并结合当前风轮转速选择合适的PID参数，执行PID算法，计算出变桨系统中桨叶的位置，输入为风速转速，具体计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{cc}A=K_p(R_s-R)+K_i(R_s-R)*T_c+\frac{K_d(R_s-R)}{T_c}& \left(1\right)\\ R_s=\frac{P_s-P+15}{15}*0.1& \left(2\right)\end{array}\right.$

其中：式（2）中除式部分只取整数，小数略去；A为桨叶位置；K_p为比例系数；R_s为风轮转速设定值；R为风轮转速实际值；K_i为积分系数；T_c为时间系数，0.02s；K_d为比例系数；P_s为风轮定位目标位置；P为风轮实际位置；

步骤五：风力发电机组的控制器通过数据输出模块发出变桨命令，变桨系统工作，由风拖动风轮转向目标位置；

步骤六：随着风轮不断接近目标位置，控制器控制变桨系统动作，逐步降低风轮转速，检测到风轮转至目标位置时，变桨系统收桨；同时控制器发出指令，液压装置相应控制阀打开，驱动高速轴制动器动作，风轮停止转动；

步骤七：控制器监测风轮位置是否合适，若不合适，进入步骤三，重新定位；若位置合适，控制风轮锁销插入锁孔内，完成定位。

所述步骤二的具体方法为：风力发电机组的控制器通过上位机采集风轮定位的目标位置，通过绝对值编码器读取风轮实时位置。

整个操作过程中，控制器通过ADS通讯将机组参数传至显示器，对风轮位置、转速、程序执行情况进行实时显示，便于操作人员迅速得知机组状态。

本发明的有益效果：本发明的应用不仅保证了风力发电机组风轮定位的高可靠性，而且还有效的提高了维护人员的工作效率，降低了工作人员的工作量，节省了风力发电机组维护的人工成本，有效解决了法兰防腐受到破坏而带来的问题，本发明的风轮制动位置连续可设，并通过上位机，对风轮位置、转速、定位进度等信息实时显示，功能全面，可操作性高。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明控制方法的流程图。

其中，1.控制器，2.数据输入模块，3.数据输出模块，4.绝对值编码器，5.变桨系统，6.高速轴制动器，7.显示器，8.液压装置，9.风轮锁销。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种风力发电机组风轮自动定位系统，它包括控制器1，控制器1分别与数据输出模块3、数据输入模块2、绝对值编码器4、液压装置8、变桨系统5、显示器7连接，显示器7与高速轴制动器6和风轮锁销9连接。

如图2所示，为本发明控制方法的流程图，约定风轮0°位置：由发电机看向风轮方向，叶片的叶尖指向上偏右30°方向为风轮0°位置，此时三个叶片整体呈“Y”形分布。

绝对值编码器4置于机组滑环尾部。机组风力发电机组的控制器1通过HMI界面采集风轮定位的目标位置，通过绝对值编码器4读取风轮实时位置，从而计算出风轮需要转过的角度值，为保证风轮转动方向以及锁孔与锁销的对中，对该角度值做了必要的修正。

风力发电机组的控制器1以风轮需要转过的角度值和当前风速作为基数，通过PID算法，得出桨叶角度；风力发电机组的控制器1发出变桨命令，变桨系统5动作，由风拖动风轮转向目标位置；风轮转向目标位置过程中，控制器1依据风轮需要转过的角度值实时修正PID参数，在接近目标位置时，通过控制变桨系统5降低风轮转速，在风轮转至目标位置时，变桨系统5收桨，同时高速轴制动器6抱闸系统动作，控制器1监测风轮位置是否合适，若不合适，重新定位；若位置合适，控制液压装置8风轮锁销插入锁孔内，风轮定位完成。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种风力发电机组风轮自动定位系统，其特征是，它包括控制器，控制器分别与数据输出模块、数据输入模块、绝对值编码器、液压装置、变桨系统、显示器连接，显示器与高速轴制动器和风轮锁销连接。

2.基于权利要求1所述的风力发电机组风轮自动定位系统的定位方法，具体步骤为：

步骤一：维护人员设定定位目标位置，控制器接收风轮定位指令；

步骤二：风力发电机组控制器读入风轮定位目标位置和风轮当前位置；

步骤三：风力发电机组控制器利用风轮的目标位置和风轮当前位置计算出风轮需要转过的角度值，并对该角度值适当修正，确保风轮锁销可顺利插入锁孔内；

步骤四：风力发电机组控制器依据风轮需转过的角度并结合当前风轮转速选择合适的PID参数，执行PID算法，计算出变桨系统中桨叶的位置，输入为风速转速，具体计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{cc}A=K_p(R_s-R)+K_i(R_s-R)*T_c+\frac{K_d(R_s-R)}{T_c}& \left(1\right)\\ R_s=\frac{P_s-P+15}{15}*0.1& \left(2\right)\end{array}\right.$

其中：式（2）中除式部分只取整数，小数略去；A为桨叶位置；K_p为比例系数；R_s为风轮转速设定值；R为风轮转速实际值；K_i为积分系数；T_c为时间系数，0.02s；K_d为比例系数；P_s为风轮定位目标位置；P为风轮实际位置；

步骤五：风力发电机组控制器通过数据输出模块发出变桨命令，变桨系统工作，由风拖动风轮转向目标位置；

步骤六：随着风轮不断接近目标位置，控制器控制变桨系统动作，逐步降低风轮转速，检测到风轮转至目标位置时，变桨系统顺桨；同时控制器发出指令，液压装置相应控制阀打开，驱动高速轴制动器动作，风轮停止转动；

步骤七：控制器监测风轮位置是否合适，若不合适，进入步骤三，重新定位；若位置合适，控制风轮锁销插入锁孔内，完成定位。

3.如权利要求2所述的一种风力发电机组风轮定位方法，其特征是，所述步骤二的具体方法为：风力发电机组的控制器上位机采集风轮定位的目标位置，通过绝对值编码器读取风轮实时位置。

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