CN105508146A - 风力发电机组的偏航测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机组的偏航测试系统。该偏航测试系统包括同步采集控制装置，同步采集控制装置包括采集控制器以及与其连接的多个同步采集模块，多个同步采集模块分别与设置在风力发电机组上的多个检测部件连接并且与采集控制器具有同一系统时钟，采集控制器用于根据系统时钟控制多个同步采集模块分别从相应的检测部件获取与偏航相关的状态数据。本发明的偏航测试系统，可以通过对风电机组的偏航数据和主控数据进行同步采集，能够高效准确地获取其偏航运行数据，进而为风电机组的偏航故障诊断和系统优化提供精确的数据支持。

Description

风力发电机组的偏航测试系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的偏航测试系统。

背景技术

风力发电机组(简称“风电机组”)通过叶轮转动将获取的风能转化为机械能，再由发电机将机械能转化为电能。在风电机组的运行过程中，叶轮上的叶片是否偏航对风，是风电机组能够最大量获取风能的关键，因此，对风电机组的偏航控制是提高发电量的重要方法。

但是，在对风电机组的偏航控制过程中，风电机组会出现多种偏航故障问题，例如偏航系统振动过大、偏航异响、卡钳磨损过快、制动器漏油等。这些偏航故障问题会引起风电机组的偏航系统以及机舱出现故障，进而影响对风电机组的偏航控制，及时检测出各类偏航故障问题并予以解决，才能避免风电机组的发电量受到损失。

由于引起风电机组的偏航故障的因素较为复杂，叶轮、传动链、卡钳、温度、风速等因素均可以引起偏航故障。目前，对风电机组偏航控制系统的测试，还没有专门的测试系统，主要依靠观察和经验对各部件进行更换，以防止出现偏航故障。这种方法需要投入较多人力和工时，且不能对多种偏航故障因素同时进行测试，使得测试效率较低，不能及时发现偏航故障，也无法获得准确可靠的测试数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电机组的偏航测试系统，以解决风力发电机组的偏航故障测试效率较低的问题。

为达上述目的，本发明提供一种风力发电机组的偏航测试系统，所述偏航测试系统包括同步采集控制装置，所述同步采集控制装置包括采集控制器以及与其连接的多个同步采集模块，所述多个同步采集模块分别与设置在所述风力发电机组上的多个检测部件连接并且与所述采集控制器具有同一系统时钟，所述采集控制器用于根据所述系统时钟控制所述多个同步采集模块分别从相应的检测部件获取与偏航相关的状态数据。

进一步地，所述偏航测试系统还包括设置在所述风力发电机组底部的第一激光雷达和设置在所述风力发电机组顶部的第二激光雷达，所述第一激光雷达用于从竖直方向上检测风速和风向，所述第二激光雷达用于从水平方向上检测风速和风向。

进一步地，所述采集控制器还分别与所述第一激光雷达和第二激光雷达通信连接，并且还用于根据所述系统时钟分别从所述第一激光雷达和第二激光雷达接收风速和风向的数据。

进一步地，所述多个同步采集模块包括至少两个以下模块：与设置在偏航系统的制动卡钳处的检测部件连接的振动检测模块，用于从所述检测部件接收所述制动卡钳的振动数据或噪音数据；与设置在所述偏航系统的制动卡钳处的检测部件连接的压力检测模块，用于从所述检测部件接收所述制动卡钳的压力数据；与所述偏航系统的偏航电机连接的电气数据采集模块。

进一步地，与所述振动检测模块连接的检测部件为振动传感器或噪声传感器，与所述压力检测模块连接的检测部件为压力传感器。

进一步地，所述多个同步采集模块还包括：与设置在机舱内的温度传感器连接的温度检测模块，以及/或者，与设置在机舱内的湿度传感器连接的湿度检测模块。

进一步地，所述多个同步采集模块还包括与设置在所述风力发电机组的叶片根部的检测部件连接的载荷检测模块，用于从所述检测部件接收所述叶片根部的载荷数据。

进一步地，所述采集控制器还与所述风力发电机组的主控系统通信连接，并且用于从所述主控系统接收所述风力发电机组的主控数据。

进一步地，所述采集控制器根据所述系统时钟从所述主控系统接收所述风力发电机组的主控数据，与所述采集控制器根据所述系统时钟控制所述多个同步采集模块分别从相应的检测部件获取与偏航相关的状态数据同步进行。

进一步地，所述同步采集控制装置设置在所述风力发电机组中，或者，所述同步采集控制装置设置在与所述风力发电机组对应的控制室内。

本发明实施例的风力发电机组的偏航测试系统，通过多个同步采集模块与设置在风电机组中的多个检测部件连接，可以同步地采集风电机组的偏航数据和主控数据，高效准确地获取偏航运行数据，进而为风电机组的偏航故障诊断和系统优化提供精确的数据支持。

附图说明

图1为本发明实施例的风力发电机组的偏航测试系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的风力发电机组的偏航测试系统的同步采集控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例的风力发电机组的偏航测试系统的采集控制器的结构示意图；

图4为本发明实施例的风力发电机组的偏航测试系统的激光雷达的工作状态示意图。

附图标号说明：

1、风电机组；2、采集控制器；3、同步采集模块；4、检测部件；5、振动检测模块；6、电气数据采集模块；7、压力检测模块；8、载荷检测模块；9、温度检测模块；10、湿度检测模块；11、第一激光雷达；12、第二激光雷达。

具体实施方式

本发明的发明构思是提供一种风力发电机组的偏航测试系统，利用同步采集控制装置同步采集偏航数据和主控数据，以高效准确地获取偏航运行数据，根据该偏航运行数据对各类偏航故障因素做出相应的分析，为风电机组的偏航故障诊断和系统优化提供精确的数据支持。

下面结合附图和实施例对本发明的风力发电机组的偏航测试系统进行详细描述。

图1为本发明实施例的风力发电机组的偏航测试系统的结构示意图，该偏航测试系统可用于对引起风电机组偏航故障的各类因素进行测试分析，为风电机组的偏航故障诊断提供可靠的数据支持。

如图1所示，该偏航测试系统包括同步采集控制装置，用于获取风电机组1的偏航运行数据，包括风电机组1的偏航数据和主控数据。其中，风电机组1的偏航数据主要包括与偏航相关的卡钳压力、振动、噪声，叶片根部载荷，环境温度、湿度，偏航电机电压、电流等数据，风电机组1的主控数据主要包括发电机转速、发电机功率、风速、风向、偏航角度、偏航速度、机舱振动等数据，根据同步采集控制装置获取的偏航数据和主控数据，可以相应分析出引起偏航故障的因素，并对各类偏航故障因素做出相应处理，使风电机组1可以正常偏航运行。

如图2所示，该同步采集控制装置包括采集控制器2以及与其连接的多个同步采集模块3。其中，多个同步采集模块3分别与设置在风电机组1上的多个检测部件4连接，用于从相应的检测部件4获取与偏航相关的状态数据。具体地，分别与多个同步采集模块3连接的检测部件4，可以为现有技术中设置于风电机组1上的各种测试部件，例如，用于测试环境风速的风速传感器，用于测试环境风向的风向传感器，用于测试环境温度的温度传感器，用于测试环境湿度的湿度传感器，用于测试各个卡钳运行状态的振动传感器等用于测试偏航故障数据的检测部件。

本实施例中，采集控制器2与多个同步采集模块3具有同一系统时钟，用于根据系统时钟控制多个同步采集模块3同步地分别从相应的检测部件4获取与偏航相关的状态数据，使得多个同步采集模块3能够在同一时刻同步地获取相应检测部件4的检测数据。根据各检测部件4在同一时刻的检测数据，可以相应地还原风电机组1在各时刻的偏航运行状态，进而复现偏航故障状态，实现对风电机组1的偏航故障因素的精确分析。根据统一系统时钟获取偏航运行数据，可以有效地避免在较长的测试周期中，由于获取的各检测部件4的检测数据不同步，而引起的偏航运行数据精确度较差的问题。

该偏航测试系统的同步采集控制装置可以设置在风电机组1中，例如集成在风电机组1的主控系统中，无需增加硬件，节约成本。当然，该同步采集控制装置也可以设置在距离风电机组1较远，并与风电机组1对应的控制室内，用于远程采集风电机组1中的偏航运行数据。其中的采集控制器2与多个同步采集模块3之间可通过以太网连接，使偏航运行数据可以快捷稳定地传输；也可以通过无线网络连接，既方便偏航运行数据传输，又能避免采集控制器2与多个同步采集模块3之间的连接线路发生干涉。

如图3所示，同步采集控制装置具体可以包括，由可编程逻辑控制器(PLC)组成的采集控制器2，及与其相连的多个同步采集模块3。其中，采集控制器2和多个同步采集模块3均可以由现有技术中的测控装置组成，用于实现将检测部件的检测数据同步获取。例如。采集控制器2由倍福(Beckhoff)公司生产的CX5130-0120型号的控制器组成，通过ADS(AutomationDeviceSpecification，自动化设备规范)实现各同步采集模块从相应的检测部件同步地获取偏航相关的状态数据。其操作系统为windowsEmbedded32bitCX2900-0031，编程环境采用TwinCAT3PLC，多个同步采集模块之间可以通过E-BUS(EndobronchealUltrasonography，倍福公司使用的标准定义的数据传输标准)连接。

较优地，偏航测试系统还包括设置在风电机组底部第一激光雷达11和设置在风电机组顶部第二激光雷达12(如图4所示)，第一激光雷达11用于从竖直方向上检测风速和风向，第二激光雷达12用于从水平方向上检测风速和风向。将第一激光雷达11和第二激光雷达12检测到的竖直方向和水平方向上的风速和风向结合，可以精确地计算出风电机组在偏航运行状态时的风速和风向，进而可以计算得到叶片上的风载扭转载荷。该风载扭转载荷还可以由风电机组中的载荷检测部件测出，将两处检测到载荷数据相互校验，可以使得到的风载扭转载荷数据更为精确。

较优地，采集控制器2还分别与第一激光雷达11和第二激光雷达12通信连接，并用于根据系统时钟分别从第一激光雷达11和第二激光雷达12接收风速和风向的数据。采集控制器从第一激光雷达11和第二激光雷达12接收风向和风速的数据的同时，控制多个同步检测模块同步获取偏航相关数据，则可以将从激光雷达和载荷检测部件在同一时刻的检测数据相结合，增加获取的风载扭转载荷的精确度，进而方便快捷地分析出扭转载荷在风电机组偏航运行中是否引起偏航故障。

本实施例中，采集控制器2为倍福公司生产的PLC，多个同步采集模块包括至少两个以下模块：振动检测模块5、压力检测模块7、电气数据采集模块6。

其中，振动检测模块5与设置在偏航系统的制动卡钳处的振动传感器或噪声传感器连接，由振动传感器或噪声传感器检测出在风电机组偏航运行时制动卡钳的振动情况和产生的噪音情况，并将相应的振动数据或噪音数据发送到振动检测模块5。

压力检测模块7与设置在偏航系统的制动卡钳处的压力传感器连接，由压力传感器检测出在风电机组偏航运行时制动卡钳所受压力的具体情况，并将相应的压力数据发送到压力检测模块7。根据该振动数据或噪音数据和压力数据，可以判断出卡钳是否引起偏航故障，或者判断出卡钳是否需要维护，防止其引起偏航故障，造成风电机组发电量的损失。

电气数据采集模块6与设置在偏航系统的偏航电机连接，用于从偏航电机获取在风电机组偏航运行时偏航电机的电压数据、电流数据等相关电气数据，根据该电气数据可以计算出偏航电机的功率数据以及偏航电机输出扭矩数据等相关数据。

较优地，多个同步采集模块还包括温度检测模块9和湿度检测模块10。温度检测模块9与设置在机舱内的温度传感器连接，用于从温度传感器获取机舱内的温度数据；湿度检测模块10与设置在机舱内的湿度传感器，用于从湿度传感器获取机舱内的湿度数据。

较优地，多个同步采集模块还包括载荷检测模块8，其与设置在风电机组的叶片根部的应变片连接，用于从应变片接收叶片根部的载荷数据，该载荷数据可以与上述的根据激光雷达采集的风速和风向所得出的风载扭转载荷相互结合、校验，更加准确地计算出风电机组的偏航扭转载荷数据。

上述的振动检测模块5、压力检测模块7、电气数据采集模块6、温度检测模块9和湿度检测模块10、载荷检测模块8所检测到的数据均属于风电机组偏航运行时的偏航数据，为了更准确地分析风电机组的偏航运行状态，与上述多个同步采集模块连接的采集控制器2还与风电机组的主控系统通信连接，用于从主控系统接收风电机组的发电机功率、偏航角度等主控数据。而且，采集控制器2从主控系统接收主控数据，与采集控制器2控制多个同步采集模块3分别从相应的检测部件4获取与偏航相关的状态数据是根据同一系统时钟同步进行，以便复现偏航系统的故障状态。

该主控数据属于风电机组偏航运行时的主控数据，将该主控数据与偏航数据相结合，可以更加准确的分析出风电机组的偏航运行状态。例如，该主控数据中的发电机功率、风速、风向、偏航速度、偏航角度与激光雷达数据，可以与上述的根据电气数据采集模块6采集到的电气数据获取的偏航电机功率，得到偏航载荷数据。

在这里说明，本发明的偏航测试系统中的多个同步采集模块，不限于根据同一系统时钟获取上述的偏航数据和主控数据的振动检测模块5、压力检测模块7等模块，还可以包括与其他检测部件连接的相应检测模块，用于获取其他偏航相关数据。例如，与设置在风电机组上的风向传感器连接的风向检测模块，用于从风向传感器获取风向数据。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个部件拆分为更多部件，也可将两个或多个部件或者部件的部分操作组合成新的部件，以实现本发明的目的。

本发明实施例的风力发电机组的偏航测试系统，通过同步采集控制装置从设置在风电机组中的多个检测部件，同步地获取偏航数据和主控数据，从而可以复现偏航故障状态，对各类偏航故障因素做出准确分析，为风电机组的偏航故障诊断和系统优化提供精确的数据支持。

此外，该测试系统采用多传感器信息融合技术，能够高效地诊断风电机组的偏航故障和偏航系统性能优化，而且各传感器的安装与拆除方便快捷，有利于节约成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种风力发电机组的偏航测试系统，其特征在于，所述偏航测试系统包括同步采集控制装置，

所述同步采集控制装置包括采集控制器以及与其连接的多个同步采集模块，所述多个同步采集模块分别与设置在所述风力发电机组上的多个检测部件连接并且与所述采集控制器具有同一系统时钟，

所述采集控制器用于根据所述系统时钟控制所述多个同步采集模块分别从相应的检测部件获取与偏航相关的状态数据。

2.根据权利要求1所述的偏航测试系统，其特征在于，所述偏航测试系统还包括设置在所述风力发电机组底部的第一激光雷达和设置在所述风力发电机组顶部的第二激光雷达，

所述第一激光雷达用于从竖直方向上检测风速和风向，所述第二激光雷达用于从水平方向上检测风速和风向。

3.根据权利要求2所述的偏航测试系统，其特征在于，所述采集控制器还分别与所述第一激光雷达和第二激光雷达通信连接，并且还用于根据所述系统时钟分别从所述第一激光雷达和第二激光雷达接收风速和风向的数据。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的偏航测试系统，其特征在于，所述多个同步采集模块包括至少两个以下模块：

与设置在偏航系统的制动卡钳处的检测部件连接的振动检测模块，用于从所述检测部件接收所述制动卡钳的振动数据或噪音数据；

与设置在所述偏航系统的制动卡钳处的检测部件连接的压力检测模块，用于从所述检测部件接收所述制动卡钳的压力数据；

与所述偏航系统的偏航电机连接的电气数据采集模块。

5.根据权利要求4所述的偏航测试系统，其特征在于，与所述振动检测模块连接的检测部件为振动传感器或噪声传感器，与所述压力检测模块连接的检测部件为压力传感器。

6.根据权利要求4所述的偏航测试系统，其特征在于，所述多个同步采集模块还包括：与设置在机舱内的温度传感器连接的温度检测模块，以及/或者，与设置在机舱内的湿度传感器连接的湿度检测模块。

7.根据权利要求4所述的偏航测试系统，其特征在于，所述多个同步采集模块还包括与设置在所述风力发电机组的叶片根部的检测部件连接的载荷检测模块，用于从所述检测部件接收所述叶片根部的载荷数据。

8.根据权利要求4所述的偏航测试系统，其特征在于，所述采集控制器还与所述风力发电机组的主控系统通信连接，并且用于从所述主控系统接收所述风力发电机组的主控数据。

9.根据权利要求8所述偏航测试系统，其特征在于，所述采集控制器根据所述系统时钟从所述主控系统接收所述风力发电机组的主控数据，与所述采集控制器根据所述系统时钟控制所述多个同步采集模块分别从相应的检测部件获取与偏航相关的状态数据同步进行。

10.根据权利要求4所述的偏航测试系统，其特征在于，所述同步采集控制装置设置在所述风力发电机组中，或者，所述同步采集控制装置设置在与所述风力发电机组对应的控制室内。