CN104196679A - 一种风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，设置一个设定角度值，在变桨系统轮毂铸件设定角度值处安装一个感应接近开关；自动校准方法的步骤为：控制叶片转动，当感应接近开关输出电平发生变化时，测得此时的桨距角，将该设定角度值替换测得的桨距角。本发明在增加简单硬件的基础上，通过相关控制逻辑实现了叶片位置的自动校准，保证了叶片角度位置的准确性和精确度。从而使叶片工作在真正的最优桨距角上，降低了风机运行的疲劳载荷，也提高了风机运行的可靠性及发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，属于风力发电机组变桨系统领域。
背景技术
随着风电技术的发展，风电机组的单机容量逐步提升。同时，为了保证风机更好的捕获风能和保证功率的稳定输出，现代大型风电机组绝大多数为变桨距风力发电机组。变桨系统是风机的核心系统之一，它保证着风电机组的安全、高效运行。
变桨控制是风机控制算法最为核心的部分，其主要作用是根据风机的当前状态，输出最优的桨距角位置给变桨系统，保证叶片时刻处于最优位置，达到提高发电效率、降低风机载荷的目的。而变桨电机编码器所检测到的叶片位置的值是否准确，则是实现最优控制的基础，同时，叶片角度值的准确性，对于风机的发电效率及功率曲线都有着重要的影响。
目前，桨距角的测量主要采用集成与变桨电机内部的编码器的方式来实现。具体实现方式有很多种，如：采用增量式旋转编码器、或采用旋转变压器等。其共同点是，当供电电源丢失以后，编码器无法检测到叶片的移动。这就意味着，在系统彻底断电后，编码器所采集到的桨距角的值有可能是不正确的，要保证风机能够可靠运行，就需要对编码器测得的桨距角的值进行校准。
发明内容
本发明的目的是提供一种风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，用以解决当编码器中的桨距角的值可能不正确时，能够对桨距角进行校准的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，设置一个设定角度值，在变桨系统轮毂铸件设定角度值处安装一个感应接近开关。自动校准方法的步骤为：控制叶片转动，当感应接近开关输出电平发生变化时，测得此时的桨距角，将该设定角度值替换测得的桨距角。
进一步的，上述控制叶片转动为叶片收桨。在上述自动校准方法的步骤前，自动校准方法还包括如下步骤：叶片开桨，当感应接近开关输出电平变化时，若当前的桨距角和设定角度值的偏差大于一个设定的误差值，则执行上述自动校准方法的步骤。
进一步的，在执行完自动校准方法的步骤后，再次开桨，当感应接近开关输出电平变化时，对比当前的桨距角和设定角度值，若两者偏差还大于设定的误差值，则校准失败，执行自动校准方法的步骤；若两者偏差不大于设定的误差值，则校准成功。
进一步的，若自动校准方法的步骤执行三次以上，仍未校准成功，则触发相应故障和停机。
进一步的，在变桨轴承内圈上安装触发挡板，感应接近开关与触发挡板配合使用，触发挡板随叶片一起转动。
进一步的，感应接近开关的触点接入变桨驱动器的一个DI端口。
进一步的，使用变桨系统中原有的编码器来测试桨距角；在叶片开桨之前，手动转动叶片到零刻度线，编码器测得的当前角度值与零刻度线的差值作为修正值；用修正值对设定角度值进行修正。
进一步的，上述的感应接近开关输出电平发生变化为低电平变为高电平；上述的感应接近开关输出电平变化为高电平变为低电平。
进一步的，在叶片收桨之前，要继续开桨设定的时间。
本发明提供了一种叶片位置自动校准的方法，在轮毂铸件设定角度值处安装感应接近开关，在感应接近开关输出的电平变化时，利用编码器同时测得的角度值来对桨距角进行自动校准；然后检测桨距角，与校准后的设定值再进行比较，判断校准是否成功，如果没有成功，一直循环下去，直至该自动校准方法执行了三次以上，若仍未校准成功，则触发相应故障并停机维修。保证了桨距角的准确性和精确度，提高了风机运行的可靠性及发电效率。
附图说明
图1是本发明硬件系统示意图；
图2是感应接近开关状态与桨距角之间的逻辑关系示意图；
图3是本发明控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
设置一设定角度值，在轮毂铸件设定角度值处安装一感应接近开关。
本发明提供一种风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，步骤为：控制叶片转动，当感应接近开关输出电平发生变化时，测得此时的桨距角，将该设定角度值替换此时的桨距角。
在进行自动校准方法的步骤前，叶片开桨，当感应接近开关输出电平变化时，若当前的桨距角和设定角度值的偏差大于设定的误差值，则执行自动校准方法的步骤。
执行完该自动校准方法的步骤后，再次开桨，当感应接近开关输出电平变化时，对比当前的桨距角和该设定角度值，若两者偏差还大于设定的误差值，则校准失败，执行自动校准方法的步骤；若两者偏差不大于设定的误差值，则校准成功。
若该自动校准方法的步骤执行三次以上，仍未校准成功，则触发相应故障和停机。
基于以上技术方案，结合附图，以下给出一具体实施方式。
由于一个风电发电系统具有三个叶片，所以一共应该安装三个感应接近开关和触发挡板，又，三个叶片和叶片配置的变桨系统完全相同，所以，这里以其中一个叶片和其变桨系统作为具体实施方式。
如图1所示，在轮毂铸件上靠近停机位置附近的某一特定位置，以80°为例，安装一个感应接近开关，与其配合使用的触发挡板安装于变桨轴承内圈上，随叶片一起转动；该挡板的尺寸及安装位置满足图2所示的触发状态与桨距角之间的关系。变桨驱动器的U、V、W接变桨电机的三相电，编码器连接变桨驱动器，用于反馈桨距角。
该感应接近开关的触点接入变桨驱动器的一个DI端口，用于反馈该感应接近开关的触发状态。
将感应接近开关的位置上传至主控系统中，设定为参数α1的初始化值，即α1初始化值为80°。
在风机第一次吊装后，通过手动操作盒转动叶片到零刻度线，记录下当前编码器的角度值，当前编码器的角度值与零刻度线的差值作为修正值；再用该修正值对参数α1的初始化值进行修正，从而得到感应接近开关的精确位置。
在整个叶片位置自动校准方法中，主控系统整体进行控制。
参数α1的初始化值修正后，风机正常启动。首先，叶片开桨，驱动器通过DI端口实时监测感应接近开关的状态，并上传给主控系统。当检测到该DI端口的输入电平变化时，设定为由高电平跳变为低电平时，表明叶片到达感应接近开关所处的位置。此时，主控系统对比当前的桨距角和参数α1修正后的值：设定一误差值，以0.5°为例，若当前的桨距角和参数α1修正后的值的偏差大于0.5°，认为当前桨距角不正确，则执行自动校准；若二者偏差不大于0.5°，认为其偏差在合理的范围之内，叶片角度位置正常，则继续正常启机运行，不执行自动校准。
为保证收桨时能可靠的检测到感应接近开关的电平跳变信号，延时开桨时间，继续开桨一设定的时间，设定为2s。
若执行自动校准，则，开桨延时时间到了之后，主控系统执行收桨动作并同时检测感应接近开关的状态。当检测到该DI端口的输入电平发生变化时，设定为由低电平跳变为高电平时，即当检测到感应接近开关触发的上升沿信号时，表明叶片到达感应接近开关所处的位置，将α1修正后的值替换为变桨电机编码器的当前角度值，并继续收桨至停机完成。
执行上述自动校准方法之后，叶片再次开桨，主控系统再次对比感应接近开关触点电平跳变时的叶片角度值与参数α1修正后的值：若二者偏差不大于0.5°，认为校准成功，则继续开桨运行；若二者偏差大于0.5°，则认为自动校准失败，并再次执行自动校准。
综上，在主控系统的控制下，先进行开桨，判断是否需要校准，若需要校准，则进行校准，将参数α1修正后的值替换为变桨电机编码器的当前值；并再次开桨，再次对比感应接近开关触点电平跳变时的叶片角度值与α1修正后的值：若二者偏差不大于0.5°，认为校准成功，则继续开桨运行；若二者偏差大于0.5°，则认为自动校准失败，并再次执行自动校准，将参数α1修正后的值替换为变桨电机编码器的当前值。按照上述自动校准方法，一直循环进行叶片开桨和收桨动作，自动进行桨距角的校准。
若自动校准执行次数，即叶片收桨超过三次，仍未校准成功，则触发相应故障，并停机等待检修人员进行检修。
如图3所示，为本发明自动校准方法的控制流程图。
本发明在增加简单硬件的基础上，通过相关控制逻辑实现了叶片位置的自动校准，保证了叶片角度位置的准确性和精确度。从而使叶片工作在真正的最优桨距角上，降低了风机运行的疲劳载荷，也提高了风机运行的可靠性及发电效率。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，其特征在于，设置一个设定角度值，在变桨系统轮毂铸件设定角度值处安装一个感应接近开关；
所述自动校准方法的步骤为：
控制叶片转动，当感应接近开关输出电平发生变化时，测得此时的桨距角，将所述设定角度值替换测得的桨距角。
2.根据权利要求1所述的风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，其特征在于，所述控制叶片转动为叶片收桨；在所述自动校准方法的步骤前，自动校准方法还包括如下步骤：叶片开桨，当感应接近开关输出电平变化时，若当前的桨距角和设定角度值的偏差大于一个设定的误差值，则执行所述自动校准方法的步骤。
3.根据权利要求2所述的风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，其特征在于，在执行完所述自动校准方法的步骤后，再次开桨，当感应接近开关输出电平变化时，对比当前的桨距角和所述设定角度值，若两者偏差还大于所述设定的误差值，则校准失败，执行所述自动校准方法的步骤；若两者偏差不大于所述设定的误差值，则校准成功。
4.根据权利要求3所述的风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，其特征在于，若所述自动校准方法的步骤执行三次以上，仍未校准成功，则触发相应故障和停机。
5.根据权利要求4所述的风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，其特征在于，在变桨轴承内圈上安装触发挡板，感应接近开关与所述触发挡板配合使用，触发挡板随叶片一起转动。
6.根据权利要求5所述的风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，其特征在于，所述感应接近开关的触点接入变桨驱动器的一个DI端口。
7.根据权利要求6所述的风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，其特征在于，使用变桨系统中原有的编码器来测试桨距角；在所述叶片开桨之前，手动转动叶片到零刻度线，编码器测得的当前角度值与零刻度线的差值作为修正值；用所述修正值对所述设定角度值进行修正。
8.根据权利要求7所述的风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，其特征在于，所述感应接近开关输出电平发生变化为低电平变为高电平；所述感应接近开关输出电平变化为高电平变为低电平。
9.根据权利要求8所述的风电机组变桨系统叶片位置自动校准方法，其特征在于，在所述叶片收桨之前，要继续开桨设定的时间。
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