CN105545589B - 风电机组偏航角度校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电机组偏航角度校准方法及装置，方法包括：监测风电机组在偏航过程中，旋转限位器的凸轮开关是否输出开关翻转信号；其中，所述旋转限位器还包括与风电机组偏航轴齿咬合联动的齿轮，所述齿轮与所述凸轮开关所在的凸轮组之间具有固定旋转传动比；若监测到所述开关翻转信号，则将当前偏航角度设置为预设的偏航角度。本发明的技术方案实现了对偏航角度的校准，进而更好地控制风电机组的偏航，提高了风能利用率，降低了发电成本。

Description

风电机组偏航角度校准方法及装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电机组偏航角度校准方法及装置。

背景技术

风力发电是将自然界中的风能转换为电能的一种发电方式，由于风能取之不尽、用之不竭，且对环境基本上没有污染，所以风力发电受到国内外各国的重视。同时，在风力发电过程中，风向随时可发生变化，为提高风能的利用率，降低发电成本，实现风电机组的自动解缆，需对风电机组进行准确的偏航控制。

在偏航控制的过程中，风电机组的偏航角度的计算是非常重要的。目前，风电机组的偏航角度通常是主控系统根据偏航位置传感器采集到的频率与当前偏航速度成线性关系的脉冲信号计算得到的。该计算风电机组的偏航角度的方法简单实用，但长时间的计算会产生一定的累积误差，这将导致风电机组的偏航角度计算结果不准确，进而影响风电机组的偏航控制，使风能的利用率较低，增加发电成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风电机组偏航角度校准方法及装置，以校准风电机组的偏航角度。

为达上述目的，本发明的实施例提供了一种风电机组偏航角度校准方法，包括：监测风电机组在偏航过程中，旋转限位器的凸轮开关是否输出开关翻转信号；其中，所述旋转限位器还包括与风电机组偏航轴齿咬合联动的齿轮，所述齿轮与所述凸轮开关所在的凸轮组之间具有固定旋转传动比；若监测到所述开关翻转信号，则将当前偏航角度设置为预设的偏航角度。

本发明的实施例还提供了一种风电机组偏航角度校准装置，包括：监测模块和第一设置模块；所述监测模块，用于监测风电机组在偏航过程中，旋转限位器的凸轮开关是否输出开关翻转信号；其中，所述旋转限位器包括与风电机组偏航轴齿咬合联动的齿轮和设置有凸轮开关的凸轮组，所述齿轮与所述凸轮组之间具有固定旋转传动比；所述第一设置模块，用于若监测到所述开关翻转信号，则将当前偏航角度设置为预设的偏航角度。

本发明实施例提供的风电机组偏航角度校准方法及装置，利用齿轮与偏航轴齿之间的咬合联动关系，以及齿轮与旋转限位器中凸轮组之间的联动关系，从而在偏航轴的偏航角度以及凸轮组旋转角度之间建立了对应关系；最后，通过识别凸轮组在旋转过程中凸轮开关被触发向外输出开关翻转信号，将预设的偏航角度赋值给当前的实际偏航角度，从而对实测的偏航角度进行修正。本发明的技术方案通过机械的联动关系，对实测偏航角度进行赋值修正，实现了对偏航角度的校准，从而更好地控制风电机组的偏航，提高了风能利用率，降低了发电成本。

附图说明

图1a为本发明提供的风电机组偏航角度校准方法一个实施例的方法流程图；

图1b为现有技术中凸轮开关的结构示意图；

图2为本发明提供的风电机组偏航角度校准方法另一个实施例的方法流程图；

图3为本发明提供的风电机组偏航角度校准装置一个实施例的结构示意图；

图4为本发明提供的风电机组偏航角度校准装置另一个实施例的结构示意图。

附图标号说明

31-监测模块、32-第一设置模块、33-转换模块、34-第二设置模块。

具体实施方式

本发明的实施例利用齿轮与偏航轴齿之间的咬合联动关系，以及齿轮与旋转限位器中凸轮组之间的联动关系，从而在偏航轴的偏航角度以及凸轮组旋转角度之间建立了对应关系；最后，通过识别凸轮组在旋转过程中凸轮开关被触发向外输出翻转信号，将预设的偏航角度赋值给当前的实际偏航角度，从而对实测的偏航角度进行修正。本发明实施例的技术方案可以适用于各种风电机组。

实施例一

图1a为本发明提供的风电机组偏航角度校准方法一个实施例的方法流程图，该方法的执行主体可以是风电机组中的机组主控系统，也可以是集成在该机组主控系统中的控制装置或模块。如图1a所示，该风电机组偏航角度校准方法具体可包括：

S110，监测风电机组在偏航过程中，旋转限位器的凸轮开关是否输出开关翻转信号；其中，旋转限位器还包括与风电机组偏航轴齿咬合联动的齿轮，齿轮与凸轮开关所在的凸轮组之间具有固定旋转传动比。

具体地，旋转限位器设置于风电机组的偏航轴齿上，且风电机组偏航轴齿与旋转限位器的齿轮之间为咬合联动关系。当风电机组处于偏航过程中，凸轮组会按照其与齿轮之间的旋转传动比进行同步旋转，当凸轮组上的凸轮开关被触发时(根据旋转方向的不同，触发分为两种情况，即对应两个不同旋转方向时被触发使开关发生翻转，如由断开到闭合，或由闭合到断开)，该凸轮开关便会输出开关翻转信号。

利用齿轮与偏航轴齿之间的咬合联动关系，以及齿轮与旋转限位器中凸轮组之间的联动关系，从而在偏航轴的偏航角度与凸轮组旋转角度之间建立对应关系。通过这种对应关系，可以在风电机组偏航过程中，通过监测凸轮组的旋转角度位置，从而反馈获知对应偏航角度。例如可通过检测凸轮组上凸轮开关的触发情况，即输出开关翻转信号的情况来评估凸轮组的旋转位置，进而根据推测出当前偏航轴的旋转位置。

S120，若监测到开关翻转信号，则将当前偏航角度设置为预设的偏航角度。

常见的旋转限位器(也称旋转限位开关)的凸轮开关如图1b所示，主要用于旋转限位的控制如协助风电机组的偏航解缆。而本实施例中将这样的旋转限位开关中的一个凸轮开关作为偏航角度校准的触发装置。具体地，如图1b所示，该凸轮开关为180°扇形凸轮，即该凸轮开关旋转过程中，半圈输出信号为0，另外半圈输出信号为1。在信号发生翻转时，称为开关翻转，同时凸轮开关输出开关翻转信号，相应的开关翻转位置称为开关触点。图1b所示的凸轮开关包括两个开关触点，且两个开关触点之间的旋转角度差为180度。在实际应用场景中，被选用的开关也可包括两个以上的开关触点。

通过前述示出的凸轮组上凸轮开关的触发情况与凸轮组旋转的角度位置之间的关系，以及凸轮组与偏航轴齿的旋转角度关系，可预先为凸轮开关的每个开关触点设置对应的至少一个预设的偏航角度，该预设的偏航角度的意义为，当对应的开关触点被触发，即发出开关翻转信号时，当前风电机组的偏航角度应为与该开关触点对应的一个预设的偏航角度。

例如，当凸轮组与偏航轴齿的旋转传动比为1:1(即前者旋转一圈，后者也旋转一圈)，且凸轮组与偏航轴齿的初始角度均为0度(参考角度)时，如果凸轮组沿一个方向旋转过程中，第一次触发某开关触点时对应的偏航轴齿的偏航角度为10度，那么第二次触发该开关触点时对应的偏航角度应为370度，第三次触发该开关触点时对应的偏航角度应为730度；而如果凸轮组沿与上述方向相反的方向旋转过程中，第一次触发该开关触点时对应的偏航轴齿的偏航角度应为-350度，那么第二次触发该开关触点时对应的偏航角度应为-710度；而这些角度均可以作为该开关触点对应的偏航角度。

这里说明，本发明中涉及的偏航角度均为风电机组偏航过程中，偏航轴承相对于其初始0度角位置的实际旋转角度(该角度对应于偏航轴承内电缆的实际扭转角度)。

在实际应用场景中，可利用上述的凸轮开关输出的开关翻转信号，对当前的偏航角度进行修正，假设当前被触发输出开关翻转信号的开关触点所对应的偏航角度为上述列出的各角度，而经偏航系统计算得出的当前偏航角度为12度，那么可将与当前偏航角度最为接近的预设的偏航角度10度作为修正后的当前偏航角度，以实现对偏航角度的校准。

本发明实施例提供的风电机组偏航角度校准方法，利用齿轮与偏航轴齿之间的咬合联动关系，以及齿轮与旋转限位器中凸轮组之间的联动关系，从而在偏航轴的偏航角度以及凸轮组旋转角度之间建立了对应关系；最后，通过识别凸轮组在旋转过程中凸轮开关被触发向外输出翻转信号，将预设的偏航角度赋值给当前的实际偏航角度，从而对实测的偏航角度进行修正。本发明的技术方案通过机械的联动关系，对实测偏航角度进行赋值修正，实现了对偏航角度的校准，从而更好地控制风电机组的偏航，提高了风能利用率，降低了发电成本。

实施例二

图2为本发明提供的风电机组偏航角度校准方法另一个实施例的方法流程图，是如图1a所示实施例的优选实现方式。鉴于现有风电机组偏航角度的误差不大，频繁的利用凸轮开关触发输出开关翻转信号进行偏航角度修正意义不大。因此，在本实施例中，选择的凸轮开关上仅设置有两个开关触点，即如图1b所示的凸轮开关，两个凸轮开关之间的旋转角度差为180度。同时，考虑到在实际风电机组偏航过程中，偏航轴承内的扭缆是有扭缆限制角度范围，通常为-1080度～+1080度，对应旋转方向角度为从0度角开始沿同一旋转方向最多旋转三圈。因此，可通过选用合适的凸轮组与齿轮的传动比，来间接调整凸轮组与偏航轴齿之间的传动比(齿轮与偏航轴齿之间为咬合联动，即为固定传动比)。从而可限定每个开关触点对应的预设的偏航角度的个数，从而简化方案。

具体地，参照图2，该风电机组偏航角度校准方法包括如下步骤。

S210，监测风电机组在偏航过程中，旋转限位器的凸轮开关是否输出开关翻转信号；其中，旋转限位器还包括与风电机组偏航轴齿咬合联动的齿轮，齿轮与凸轮开关所在的凸轮组之间具有固定旋转传动比。S210与前述S110相似。

具体地，基于选取的凸轮开关的开关触点为两个，且两个开关触点之间的旋转角度差为180度。如此可选定恰当的齿轮与凸轮组之间的旋转传动比，该传动比可使风电机组偏航轴内的扭缆在扭缆限制角度范围内旋转时，至少一个开关触点被触发并输出开关翻转信号，且每个开关触点在凸轮组沿同一旋转方向旋转时最多被连续触发一次。

例如，假设以风电机组的偏航角度为0度时作为初始角度，此时对应的扭缆未发生扭转，风电机组偏航轴内的扭缆的扭缆限制角度为左转3圈至右转3圈，对应偏航角度为-1080度～+1080度。调节齿轮与凸轮组之间的旋转传动比，使得风电机组偏航轴内的扭缆在扭缆限制角度范围内旋转时，至少有一个开关触点被触发而输出开关翻转信号，对应为在偏航角度从-1080度到+1080度旋转的过程中，至少有一个开关触点被触发即凸轮组与偏航轴齿之间的传动比应大于和/或等于180：(1080x2)即1:12。特殊情况下，当选取的凸轮组的初始位置与开关触点的角度差逐渐减小(该差值保证偏航角度从-1080度到+1080度旋转的过程中，总能触发开关触点)，则凸轮组与偏航轴齿之间的传动比也可以设置的更小，甚至接近0。同时，每个开关触点在凸轮组沿同一旋转方向旋转时最多被连续触发一次，即在偏航角度从-1080度到+1080度连续旋转的过程中，每个开关触点最多只能被触发一次，输出一次开关翻转信号，即凸轮组与偏航轴齿之间的传动比应小于360：(1080x2)即1:6。如此，在凸轮组旋转一圈的过程中，每个开关触点均有最多一次的机会被触发，输出一个开关翻转信号，那么此时，也可将每个开关触点对应的预设的偏航角度设置为一个，且两个预设的偏航角度之间相差180/n度，其中n为凸轮组与偏航轴齿之间的传动比。

在此的基础上，本方案对齿轮与凸轮组之间的旋转传动比进行进一步选取限定，即使其满足风电机组偏航轴的扭缆在扭缆限制角度范围内旋转时，凸轮组沿同一方向对应旋转角度范围为大于0度且小于180度，即对应的凸轮组与偏航轴齿之间的传动比大于0且小于180：(1080x2)即1:12，该传动比对应的实际应用场景为在偏航角度从-1080度到+1080度连续旋转的过程中，只可能有一个开关触点被触发，并且只能被触发一次。因此，在实际操作中，可以选择适当的凸轮组的初始位置，以及齿轮与凸轮组之间的旋转传动比来实现开关触点的触发输出开关翻转信号，例如，设置偏航角度的初始角度为0度(对应扭缆未扭转)，凸轮组对应的初始角度也为0度，且一个开关触点位于该0度位置，如此，当该开关触点处于被触发状态时对应为风电机组偏航轴的扭缆为未旋转状态，并且对应预设的偏航角度可为0度。

S220，若监测到开关翻转信号，则将当前偏航角度设置为预设的偏航角度。S220的内容与前述S120的内容相似。

在S210的基础上，可在每次监测到凸轮开关输出的开关翻转信号时，将当前偏航角度设置为预设的偏航角度即0度。

具体地，现有技术中常通过偏航位置传感器检测偏航轴齿旋转的位置来累积触发脉冲从而监测获取偏航角度，即每一次累积的脉冲数目都对应着一个特定偏航角度。

在此基础上，本实施例通过S230，将预设的偏航角度转换为偏航位置传感器输出的脉冲信号数。

在S230的基础上，上述S220的处理可转化为：若监测到凸轮开关输出的开关翻转信号，则将当前偏航位置传感器输出的脉冲信号数设置为预设的偏航角度对应的脉冲信号数，进而由主控系统对修正后的当前脉冲信号数的处理，生成修正后的偏航角度，实现对当前偏航角度的修正。

例如，在机组偏航时，主控系统通过对偏航位置传感器发出的脉冲信号进行累积计算，从而得到当前的偏航角度值。主控系统可将凸轮开关对应的预设的偏航角度换算为信号脉冲数M。当监测到凸轮开关输出的开关翻转信号后，不论当前实测的脉冲数为多少，主控系统都会将当前累积的脉冲数改写为M，进而完成对偏航角度的校准。

其中，位置传感器输出的脉冲数与偏航角度的关系如下：

假设，齿轮的齿数为A，偏航轴齿的齿数为B，齿轮每转动一周对应位置传感器输出的脉冲信号数为N，如果当前系统用于控制的脉冲信号数为M，则对应的控制偏航角度为：。

利用脉冲信号数的是本实施例中对偏航角度进行修正的一种转换形式，处理过程简单，所以采用脉冲信号数的方法校准风电机组的偏航角度所用时间更短，灵敏度更好。

本实施例提供的风电机组偏航角度校准方法，通过具体限定凸轮组和齿轮之间的旋转传动比，进而限定凸轮组与偏航轴齿之间的传动比，使扭缆在扭缆限制角度范围内旋转时，开关触点不用频繁被触发，即不频繁输出开关翻转信号，减小方案实施的复杂度；同时将预设的偏航角度替换为对应的位置偏航传感器输出的脉冲信号数，使得控系统根据修正后的脉冲信号数实现对机组的偏航，最大降低了对原有偏航系统的修改，提高了本方案与现有风电机组偏航控制的兼容性，使风电机组的偏航角度的校准过程更加简单和实用。

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。

实施例三

图3为本发明提供的风电机组偏航角度校准装置一个实施例的结构示意图，可用于执行图1a所示实施例的方法步骤，如图3所示，该风电机组偏航角度校准装置具体可包括：监测模块31和第一设置模块32；其中，监测模块31用于监测风电机组在偏航过程中，旋转限位器的凸轮开关是否输出开关翻转信号；其中，旋转限位器包括与风电机组偏航轴齿咬合联动的齿轮和设置有凸轮开关的凸轮组，齿轮与凸轮组之间具有固定旋转传动比；第一设置模块32用于若监测到开关翻转信号，则将当前偏航角度设置为预设的偏航角度。

进一步地，上述凸轮开关的开关触点为两个，且两个开关触点之间的旋转角度差为180度；齿轮与凸轮组之间的旋转传动比，使风电机组偏航轴内的扭缆在扭缆限制角度范围内旋转时，至少一个开关触点被触发并输出开关翻转信号，且每个开关触点在凸轮组沿同一旋转方向旋转时最多被连续触发一次。

进一步地，上述齿轮与凸轮组之间的旋转传动比，使风电机组偏航轴的扭缆在扭缆限制角度范围内旋转时，凸轮组沿同一方向对应旋转角度范围为大于0度且小于180度。

进一步地，一个开关触点处于被触发状态时对应为风电机组偏航轴的扭缆为未旋转状态，并且预设的偏航角度为0度。

此外，上述风电机组偏航角度校准装置还可包括：

转换模块33，用于将预设的偏航角度转换为偏航位置传感器输出的脉冲信号数；第二设置模块34，用于若监测到凸轮开关输出的开关翻转信号，则将当前偏航位置传感器输出的脉冲信号数设置为所述预设的偏航角度对应的脉冲信号数。

本发明实施例提供的风电机组偏航角度校准装置，利用齿轮与偏航轴齿之间的咬合联动关系，以及齿轮与旋转限位器中凸轮组之间的联动关系，从而在偏航轴的偏航角度以及凸轮组旋转角度之间建立了对应关系；最后，通过识别凸轮组在旋转过程中凸轮开关被触发向外输出翻转信号，将预设的偏航角度赋值给当前的实际偏航角度，从而对实测的偏航角度进行修正。本发明的技术方案通过机械的联动关系，对实测偏航角度进行赋值修正，实现了对偏航角度的校准，从而更好地控制风电机组的偏航，提高了风能利用率，降低了发电成本。

进一步地，通过具体限定凸轮组和齿轮之间的旋转传动比，进而限定凸轮组与偏航轴齿之间的传动比，使扭缆在扭缆限制角度范围内旋转时，开关触点不用频繁被触发，即不频繁输出开关翻转信号，减小方案实施的复杂度；同时将预设的偏航角度替换为对应的位置偏航传感器输出的脉冲信号数，使得控系统根据修正后的脉冲信号数实现对机组的偏航，最大降低了对原有偏航系统的修改，提高了本方案与现有风电机组偏航控制的兼容性，使风电机组的偏航角度的校准过程更加简单和实用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种风电机组偏航角度校准方法，其中，风电机组包括风电机组偏航轴齿及旋转限位器，所述旋转限位器设置于风电机组偏航轴齿上，所述旋转限位器包括凸轮开关及齿轮，所述齿轮与风电机组偏航轴齿咬合联动，所述齿轮与所述凸轮开关所在的凸轮组之间具有固定旋转传动比，其特征在于，所述方法包括：

监测风电机组在偏航过程中，旋转限位器的凸轮开关是否输出开关翻转信号；

若监测到所述开关翻转信号，则将当前偏航角度设置为预设的偏航角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凸轮开关的开关触点为两个，且两个开关触点之间的旋转角度差为180度；

所述齿轮与所述凸轮组之间的旋转传动比，使风电机组偏航轴内的扭缆在扭缆限制角度范围内旋转时，至少一个所述开关触点被触发并输出所述开关翻转信号，且每个所述开关触点在所述凸轮组沿同一旋转方向旋转时最多被连续触发一次。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述齿轮与所述凸轮组之间的旋转传动比，使风电机组偏航轴的扭缆在扭缆限制角度范围内旋转时，所述凸轮组沿同一方向对应旋转角度范围为大于0度且小于180度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，一个所述开关触点处于被触发状态时对应为风电机组偏航轴的扭缆为未旋转状态，并且所述预设的偏航角度为0度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在所述将当前偏航角度设置为预设的偏航角度的步骤之前还包括：将所述预设的偏航角度转换为偏航位置传感器输出的脉冲信号数；

所述将当前偏航角度设置为预设的偏航角度的步骤包括：

将当前所述偏航位置传感器输出的脉冲信号数设置为所述预设的偏航角度对应的脉冲信号数。

6.一种风电机组偏航角度校准装置，其中，风电机组包括风电机组偏航轴齿及旋转限位器，所述旋转限位器设置于风电机组偏航轴齿上，所述旋转限位器包括凸轮开关及齿轮，所述齿轮与风电机组偏航轴齿咬合联动，所述齿轮与所述凸轮开关所在的凸轮组之间具有固定旋转传动比，其特征在于，所述装置包括：监测模块和第一设置模块；

所述监测模块，用于监测风电机组在偏航过程中，旋转限位器的凸轮开关是否输出开关翻转信号；

所述第一设置模块，用于若监测到所述开关翻转信号，则将当前偏航角度设置为预设的偏航角度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述凸轮开关的开关触点为两个，且两个开关触点之间的旋转角度差为180度；所述齿轮与所述凸轮组之间的旋转传动比，使风电机组偏航轴内的扭缆在扭缆限制角度范围内旋转时，至少一个所述开关触点被触发并输出所述开关翻转信号，且每个所述开关触点在所述凸轮组沿同一旋转方向旋转时最多被连续触发一次。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述齿轮与所述凸轮组之间的旋转传动比，使风电机组偏航轴的扭缆在扭缆限制角度范围内旋转时，所述凸轮组沿同一方向对应旋转角度范围为大于0度且小于180度。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，一个所述开关触点处于被触发状态时对应为风电机组偏航轴的扭缆为未旋转状态，并且所述预设的偏航角度为0度。

10.根据权利要求6-9任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

转换模块，用于将所述预设的偏航角度转换为偏航位置传感器输出的脉冲信号数；

第二设置模块，用于若监测到所述凸轮开关输出的所述开关翻转信号，则将当前所述偏航位置传感器输出的脉冲信号数设置为所述预设的偏航角度对应的脉冲信号数。