CN105673323B - 一种风力发电机组变桨角度标定方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种风力发电机组变桨角度标定方法、装置及系统，方法包括：确定基准角度所在的位置，将变桨轴承从所述基准角度的位置逆时针旋转至预设第一角度，将绝对值编码器清零，将变桨轴承顺时针旋转至所述基准角度；获取所述绝对值编码器位于所述基准角度时的第一电流值，利用所述第一电流值标定增量式编码器的所述预设第一角度；将所述变桨轴承顺时针旋转至预设第二角度，获取所述绝对值编码器位于所述预设第二角度时的第二电流值，利用所述第二电流值标定所述增量式编码器的所述预设第二角度，其中所述预设第二角度大于所述基准角度。本发明实施例的技术方案能提高机组的运行效率和稳定性。

Description

一种风力发电机组变桨角度标定方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及风力发电机组技术领域，具体涉及一种风力发电机组变桨角度标定方法、装置及系统。
背景技术
风力发电机组是利用风能进行发电，通常需要控制变桨系统的叶片随着风速及主轴转速的变化调节旋转角度，吸收风能并转化成电能。
目前叶片旋转角度控制常用的装置是使用带齿轮的绝对值编码器，依靠它与变桨轴承齿轮的啮合来计算旋转角度。
但是该编码器角度计算精度低，并且在叶片正反方向旋转的转换时由于存在齿轮啮合间隙而使叶片角度测量不准，进而间接地影响了风电机组的整体运行效率和稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种风力发电机组变桨角度标定方法、装置及系统，以解决现有技术中角度计算精度低和叶片角度测量不准的问题。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
第一方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组变桨角度标定方法，包括：
确定基准角度所在的位置，将变桨轴承从所述基准角度的位置逆时针旋转至预设第一角度，将绝对值编码器清零，将变桨轴承顺时针旋转至所述基准角度；
获取所述绝对值编码器位于所述基准角度时的第一电流值，利用所述第一电流值标定增量式编码器的所述预设第一角度；
将所述变桨轴承顺时针旋转至预设第二角度，获取所述绝对值编码器位于所述预设第二角度时的第二电流值，利用所述第二电流值标定所述增量式编码器的所述预设第二角度，其中所述预设第二角度大于所述基准角度。
进一步地，所述基准角度与轮毂的0度重合。
进一步地，所述基准角度和所述预设第二角度分别为0度和90度。
进一步地，所述预设第一角度为15度。
进一步地，所述绝对值编码器带有旋转齿轮并且齿轮与所述变桨轴承啮合，所述增量式编码器与变桨电动机非驱动轴相连。
进一步地，使用经标定的所述增量式编码器计算所述风力发电机的变桨角度。
进一步地，运行时分别利用所述绝对值编码器和所述增量式编码器实时计算所述风力发电机的变桨角度，通过相互对比确定二者之一是否故障。
进一步地，当所述绝对值编码器和所述增量式编码器其中之一发生故障时，使用另一个来计算所述变桨角度。
第二方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组变桨角度标定装置，包括：
清零单元，用于确定基准角度所在的位置，将变桨轴承从所述基准角度的位置逆时针旋转至预设第一角度，将绝对值编码器清零，将变桨轴承顺时针旋转至所述基准角度；
电流标定单元，用于获取所述绝对值编码器位于所述基准角度时的第一电流值，利用所述第一电流值标定增量式编码器的所述预设第一角度；
角度标定单元，用于将所述变桨轴承顺时针旋转至预设第二角度，获取所述绝对值编码器位于所述预设第二角度时的第二电流值，利用所述第二电流值标定所述增量式编码器的所述预设第二角度，其中所述预设第二角度大于所述基准角度。
进一步地，运行时分别利用所述绝对值编码器和所述增量式编码器实时计算所述风力发电机的变桨角度，通过相互对比确定二者之一是否故障。
进一步地，当所述绝对值编码器和所述增量式编码器其中之一发生故障时，使用另一个来计算所述变桨角度。
第三方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组变桨角度标定系统，包括绝对值编码器、增量式编码器、变桨轴承、以及处理器；
确定基准角度所在的位置，将变桨轴承从所述基准角度的位置逆时针旋转至预设第一角度，将绝对值编码器清零，将变桨轴承顺时针旋转至所述基准角度；
获取所述绝对值编码器位于所述基准角度时的第一电流值，利用所述第一电流值标定增量式编码器的所述预设第一角度；
将所述变桨轴承顺时针旋转至预设第二角度，获取所述绝对值编码器位于所述预设第二角度时的第二电流值，利用所述第二电流值标定所述增量式编码器的所述预设第二角度，其中所述预设第二角度大于所述基准角度。
进一步地，所述绝对值编码器带有旋转齿轮并且齿轮与所述变桨轴承啮合，所述增量式
通过本发明所提供的风力发电机组变桨角度标定方法、装置及系统，能够有效地解决现有技术中的角度计算精度低和叶片角度测量不准的问题，进一步地能够提高机组的运行效率和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施例一所述的风力发电机组变桨角度标定方法流程图；
图2是本发明具体实施例二所述的风力发电机组变桨轴承及相关编码器的示意图；
图3是本发明具体实施例三所述风力发电机组变桨角度标定装置结构框图。
附图符号说明：
1、带旋转齿轮的绝对值编码器；
2、变浆电机非驱动端的增量式编码器；
3、-10°限位开关
4、90°限位开关；
5、撞块；
A、轴承0°位置；
B、轮毂0°位置。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
图1是本实施例所述的风力发电机组变桨角度标定方法流程图，如图1所示，本实施例所述的风力发电机组变桨角度标定方法包括：
步骤S101、确定基准角度所在的位置，将变桨轴承从所述基准角度的位置逆时针旋转至预设第一角度，将绝对值编码器清零，将变桨轴承顺时针旋转至所述基准角度。
由于叶片及轴承的运动方式为绕轴心旋转，对其转动的具体角度位置不存在统一的标识方式，为了给后续操作提供一个参考，在进行标定之前，需要先确定一个基准角度作为后续操作的参考位置。示例性地，本实施例将所述基准角度所在位置设置为与轮毂的0度相重合，可以将此基准角度位置作为叶片或轴承的0度位置。当然，任何其他角度位置都可以作为基准角度所在的位置，本发明对此不作限定。
在确定了基准角度的位置之后，首先将变桨轴承从该基准角度所在的位置做一个逆时针旋转，至第一角度，此时将绝对值编码器清零，绝对值编码器带有旋转齿轮并且齿轮与变桨轴承啮合。将变桨轴承从基准角度逆时针旋转至第一角度位置,能够保证在后续标定过程中变桨电机沿同一方向旋转，消除了电机正反转带来的齿轮啮合间隙对角度标定带来的干扰。
步骤S102、获取所述绝对值编码器位于所述基准角度时的第一电流值，利用所述第一电流值标定增量式编码器的所述预设第一角度。
编码器清零之后，将变桨轴承从所述第一角度顺时针旋转至所述基准角度所在的位置，并获取绝对值编码器在该角度位置时的电流值，为了描述方便，称之为第一电流值；然后，即可利用得到的该第一电流值对增量式编码器的第一角度进行标定。
步骤S103、将所述变桨轴承顺时针旋转至预设第二角度，获取所述绝对值编码器位于所述预设第二角度时的第二电流值，利用所述第二电流值标定所述增量式编码器的所述预设第二角度。
其中所述预设第二角度大于所述基准角度。
然后，继续顺时针旋转变桨轴承至第二角度,并获取绝对值编码器在该角度位置时的电流值，即第二电流值；然后，即可利用得到的该第二电流值对增量式编码器的第二角度进行标定。
至此，即完成了对编码器的标定，之后就可以利用标定过的编码器进行角度计算和测量。
优选地，使用经标定的增量式编码器计算风力发电机的变桨角度。
本发明中，绝对值编码器带有旋转齿轮并且齿轮与变桨轴承啮合，增量式编码器与变桨电动机非驱动轴相连。
与现有技术相比，本发明中由于与变桨电动机相连的增量式编码器旋转速度高，并且每旋转一圈的脉冲数多，角度计算精度高，并且不存在变桨电机拖动叶片在正反向旋转转换时的齿轮啮合间隙问题，确保了叶片角度测量的准确性。
进一步地，为了确保风力发电机组的可靠运行，避免发生故障的编码器输出错误的角度数值，进而影响到整个风电机组的运行，在机组实际运行时可分别利用绝对值编码器和增量式编码器实时计算变桨角度，并通过相互对比即可确定二者之一是否存在故障。通过将绝对值编码器和增量式编码器相互之间作为备用，当其中之一发生故障时，则使用另一个来计算变桨角度，可大大提高风电机组系统的容错性，保证整个系统可持续地运行。
实施例二
图2是本发明具体实施例二所述的风力发电机组变桨轴承及相关编码器的示意图。如图2所示，其中：绝对值编码器带有旋转齿轮并且齿轮与变桨轴承啮合，增量式编码器与变桨电动机非驱动轴相连。标定时，首先将与叶片相连的变桨轴承逆时针旋转至大约-15°位置(变桨轴承上的撞块5超过-10°限位开关3的3个齿的距离)。将绝对值编码器1清零。接下来，叶片相连的变桨轴承顺时针旋转至0°位置，即轴承0°位置和轮毂0°位置重合，将绝对值编码器此时的电流值标定为0°位置。然后，继续顺时针旋转至90°位置，即撞块5与90°限位开关4相接触，将绝对值编码器此时的电流值标定为90°位置。绝对值编码器通过齿轮与变桨轴承啮合可以标定叶片的0°和90°位置并可以在0°和90°范围内进行角度计算。用绝对值编码器0°和90°位置的电流值标定增量式编码器，增量式编码器与变桨电机非驱动端相连。标定完成以后进行动态辨识，就可以观察到增量式编码器2的显示值从脉冲数变成了角度位置。另外，将变桨轴承旋转至-15°位置保证了在标定0°位置和90°位置的过程中变桨电机沿同一方向旋转，消除了电机正反转带来的齿轮啮合间隙对角度标定带来的干扰。
增量式编码器与变桨电机非驱动端相连，转速高，角度计算精度高。实际控制使用增量式编码器的计算角度，而绝对值编码器的计算角度与增量式编码器计算角度实时对比用以确定编码器是否故障，并作为增量式编码器故障情况下的备用。
本发明与现有技术相比，由于与变桨电动机相连的增量式编码器旋转速度高，并且每旋转一圈的脉冲数多，角度计算精度高，并且不存在变桨电机拖动叶片在正反向旋转转换时的齿轮啮合间隙问题，确保叶片角度测量准确。在运行过程中，通过两个编码器的角度实时对比，可以确定是否其中一个编码器存在故障，在故障情况下两个编码器可以互为备用，提高了整个系统的稳定性和可靠性。
实施例三
图3是本实施例所述的风力发电机组变桨角度标定装置结构框图，如图3所示，本实施例所述的风力发电机组变桨角度标定装置包括：
清零单元310，用于确定基准角度所在的位置，将变桨轴承从所述基准角度的位置逆时针旋转至预设第一角度，将绝对值编码器清零，将变桨轴承顺时针旋转至所述基准角度；
电流标定单元320，用于获取所述绝对值编码器位于所述基准角度时的第一电流值，利用所述第一电流值标定增量式编码器的所述预设第一角度；
角度标定单元330，用于将所述变桨轴承顺时针旋转至预设第二角度，获取所述绝对值编码器位于所述预设第二角度时的第二电流值，利用所述第二电流值标定所述增量式编码器的所述预设第二角度，其中所述预设第二角度大于所述基准角度。
进一步地，运行时分别利用所述绝对值编码器和所述增量式编码器实时计算所述风力发电机的变桨角度，通过相互对比确定二者之一是否故障。
进一步地，当所述绝对值编码器和所述增量式编码器其中之一发生故障时，使用另一个来计算所述变桨角进一步地，所述基准角度与轮毂的0度重合；和/或
所述基准角度和所述预设第二角度分别为0度和90度；和/或
所述预设第一角度为15度。
进一步地，所述绝对值编码器带有旋转齿轮并且齿轮与所述变桨轴承啮合，所述增量式编码器与变桨电动机非驱动轴相连；
使用经标定的所述增量式编码器计算所述风力发电机的变桨角度。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种风力发电机组变桨角度标定方法，其特征在于，包括：
确定基准角度所在的位置，将变桨轴承从所述基准角度的位置逆时针旋转至预设第一角度，将绝对值编码器清零，将变桨轴承顺时针旋转至所述基准角度；
获取所述绝对值编码器位于所述基准角度时的第一电流值，利用所述第一电流值标定增量式编码器的所述预设第一角度；
将所述变桨轴承顺时针旋转至预设第二角度，获取所述绝对值编码器位于所述预设第二角度时的第二电流值，利用所述第二电流值标定所述增量式编码器的所述预设第二角度，其中所述预设第二角度大于所述基准角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基准角度与轮毂的0度重合；和/或
所述基准角度和所述预设第二角度分别为0度和90度；和/或
所述预设第一角度为15度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝对值编码器带有旋转齿轮并且齿轮与所述变桨轴承啮合，所述增量式编码器与变桨电动机非驱动轴相连；
使用经标定的所述增量式编码器计算所述风力发电机的变桨角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，运行时分别利用所述绝对值编码器和所述增量式编码器实时计算所述风力发电机的变桨角度，通过相互对比确定二者之一是否故障。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述绝对值编码器和所述增量式编码器其中之一发生故障时，使用另一个来计算所述变桨角度。
6.一种风力发电机组变桨角度标定装置，其特征在于，包括：
清零单元，用于确定基准角度所在的位置，将变桨轴承从所述基准角度的位置逆时针旋转至预设第一角度，将绝对值编码器清零，将变桨轴承顺时针旋转至所述基准角度；
电流标定单元，用于获取所述绝对值编码器位于所述基准角度时的第一电流值，利用所述第一电流值标定增量式编码器的所述预设第一角度；
角度标定单元，用于将所述变桨轴承顺时针旋转至预设第二角度，获取所述绝对值编码器位于所述预设第二角度时的第二电流值，利用所述第二电流值标定所述增量式编码器的所述预设第二角度，其中所述预设第二角度大于所述基准角度。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，运行时分别利用所述绝对值编码器和所述增量式编码器实时计算所述风力发电机的变桨角度，通过相互对比确定二者之一是否故障。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，当所述绝对值编码器和所述增量式编码器其中之一发生故障时，使用另一个来计算所述变桨角度。
9.一种风力发电机组变桨角度标定系统，其特征在于，包括绝对值编码器、增量式编码器、变桨轴承、以及处理器；
确定基准角度所在的位置，将变桨轴承从所述基准角度的位置逆时针旋转至预设第一角度，将绝对值编码器清零，将变桨轴承顺时针旋转至所述基准角度；
获取所述绝对值编码器位于所述基准角度时的第一电流值，利用所述第一电流值标定增量式编码器的所述预设第一角度；
将所述变桨轴承顺时针旋转至预设第二角度，获取所述绝对值编码器位于所述预设第二角度时的第二电流值，利用所述第二电流值标定所述增量式编码器的所述预设第二角度，其中所述预设第二角度大于所述基准角度。
10.如权利要求9所述的风力发电机组变桨角度标定系统，其特征在于，所述绝对值编码器带有旋转齿轮并且齿轮与所述变桨轴承啮合，所述增量式编码器与变桨电动机非驱动轴相连；
使用经标定的所述增量式编码器计算所述风力发电机的变桨角度。
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