CN105840423A - 叶片角度校准方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种叶片角度校准方法和装置。叶片角度的校准方法包括校准步骤，校准步骤包括：驱动叶片沿第一方向转动，并且记录从感应部件开始感应到触发部件起始一直到停止感应触发部件为止的叶片的运动行程，感应部件安装在叶片的轮毂及叶片的轴承中的一个上，触发部件安装在轮毂及轴承中的另一个上；驱动叶片沿与第一方向相反的第二方向转动，并且当感应部件再次感应到触发部件后，控制叶片运动运动行程的一半时停止转动。该叶片角度校准方法，校准快捷，校准精度高。

Description

叶片角度校准方法和装置

技术领域

本发明涉及风力发电机组叶片角度校准设备领域，尤其涉及一种叶片角度校准方法和装置。

背景技术

风力发电机组在工作时需要根据风力大小调节叶片角度，以使叶片能够合适的对风面积，也即叶片变桨。在风力发电机组中设置有变桨系统。通常叶片上都设置有零刻度位置(即0度刻度线)，相应地叶片的轮毂上设置有初始刻度线(即物理零刻度位置)。在变桨过程中，变桨系统主要通过编码器采集到的叶片角度来控制叶片转动，以实现最大功率跟踪、转速恒定、停机收桨等功能。而采用此手段得到的叶片角度实际上就是以零刻度位置为参考值，计算出的角度。因此，叶片的零刻度位置的准确性对叶片变桨的精确控制而言十分重要。风力发电机组运行前，需要先将叶片零刻度位置与叶片的物理零刻度位置对齐，并在主控制器中将叶片角度设置为0度。

风力发电机组运行后，叶片零度位置如果不准确，会影响机组的“风速—功率”曲线，如果单轴叶片零度位置不准确，还会增大风力发电机组载荷。这时需要对叶片角度重新校零。

此外，在现有变桨过程中，编码器测量叶片角度的范围一般是-300度～300度，当叶片由于限位感测装置失效，而转到300度时，编码器的测量角度会突然跳变为-300度，这时主控制器会将叶片沿开桨方向转动，致使叶片实际角度和编码器测量角度存在误差。而且，如果限位感测装置是由于接触不良引起的失效，当其功能自动恢复后，叶片转到限位感测装置位置时，会无法再变桨，而沿顺桨方向转动，转到叶片物理零刻度线位置时，叶片位置大约为-300+(360-300)＝-240度，此时也需要对叶片进行重新校零操作。

目前叶片校零方法一般是人工校零，即需要工人爬上风力发电机组的机舱，进入轮毂，目测校零。其弊端是，一方面目测校零会存在较大的偏差；另一方面，锁定风力发电机组叶轮的风轮锁，尤其是对功率较大的MW(兆瓦)级机组而言，往往需要多人配合。而在大风时或冬季，由于风力的作用或齿轮油冷冻的缘故，叶片盘车会极其困难，通常会耗费很长时间，严重影响风力发电机组发电量。随着风力发电机组数量越来越多，其工作量巨大。

在一种风力发电机组的桨叶零点设定方法的专利中，通过设置检测设备进行自动校准。其优点是实现了零点位置自动校准，但由于其检测设备，例如接近开关的感应触发位置不一定是触发装置的中心位置，致使检测设备被触发后叶片的零刻度位置并未到达预定位置，所以精度不高。

而且，对于不同的变桨系统，叶片转动范围也不同，有的变桨系统叶片可以360度范围内转动；有的变桨系统叶片只能在小于100度的范围内转动，不能进行整周旋转；有的变桨系统叶片只能在-5度～100度范围内转动。上述方法的桨叶零点设定方法对于不能360度旋转的变桨系统不能实现校准功能。尤其是在叶片转动范围受限、或不知道叶片实际位置的情况下，会影响机组安全。而对于叶片能进行360度旋转的变桨系统，当叶片位置为300度时，完成校准所需时间为(300-90)/0.5＝420秒＝7分钟，耗时较长。此外，该方法在编码器读数异常(编码器发生溢出跳变)的情况下，不能进行校准。且没有考虑触发限位感测装置后，变桨系统信号丢失后无法变桨的情况。

现有技术中，在风力发电机组工作过程中，为了保障较高的发电效率，需要使叶片变桨，也就是调节叶片的角度，使其以合适的桨角迎风。因此，需要准确地确定叶片的角度。现有的叶片变桨系统中，采用编码器读取叶片的角度，并将数据传输给主控制器，使其控制叶片转动实现变桨。此种变桨系统中，叶片角度确定方法通常是根据编码器的读数确定。若编码器损坏，则需要额外设置接近开关，通过接近开关确定叶片角度。采用接近开关确定叶片角度时，由于接近开关的感应触发位置不同，触发时触发接近开关的装置与接近开关不一定中心对齐，造成校准精度不高的问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种叶片角度校准方法和装置，以解决现有的风力发电机组的叶片角度校准精度低的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例提供一种叶片角度的校准方法，其包括校准步骤，校准步骤包括：驱动叶片沿第一方向转动，并且记录从感应部件开始感应到触发部件起始一直到停止感应触发部件为止的叶片的运动行程，感应部件安装在叶片的轮毂及叶片的轴承中的一个上，触发部件安装在轮毂及轴承中的另一个上；驱动叶片沿与第一方向相反的第二方向转动，并且当感应部件再次感应到触发部件后，控制叶片运动运动行程的一半时停止转动。

进一步地，记录从感应部件开始感应到触发部件起始一直到停止感应触发部件为止的叶片的运动行程包括：记录感应部件从开始感应到触发部件起始一直到停止感应触发部件的时间段内轴承的运动速度以及时间长度；根据运动速度和时间长度计算并记录运动行程；控制叶片运动运动行程的一半时停止转动的处理包括：控制叶片在运动时间为时间长度的一半时停止。

进一步地，在驱动叶片沿第一方向转动，并且记录从感应部件开始感应到触发部件起始一直到停止感应触发部件为止的叶片的运动行程的处理之后，以及在驱动叶片沿与第一方向相反的第二方向转动的处理之前还包括：在感应部件停止感应触发部件后，驱动叶片沿第一方向继续转动预定的调整时间长度。

进一步地，方法还包括：在校准步骤之前，判断编码器的读数是否在预设的正常读数范围内；编码器用于检测叶片的旋转角度；若编码器的读数在正常读数范围内，则根据编码器的读数确定叶片的旋转角度值；根据叶片的旋转角度值确定感应部件与触发部件之间的夹角，以及根据夹角确定第一方向。

进一步地，感应部件为三个，触发部件为三个，三个感应部件间隔一定距离安装在轮毂及叶片的轴承中的一个上，三个触发部件间隔一定距离安装在轮毂及轴承中的另一个上，方法还包括：若编码器的读数不在正常读数范围内，且叶片可以在360°范围内转动，则读取三个感应部件的当前状态，并根据当前状态确定叶片的旋转角度；驱动叶片转动，直至三个感应部件的当前状态改变，且至少一个感应部件被触发，再通过校准步骤校准叶片的角度。

进一步地，若用于检测叶片的旋转角度的编码器读数不在预设的正常读数范围内，且叶片不能在360°范围内转动，在执行校准步骤之前，方法还包括：判断第一限位感测部件是否有效，若第一限位感测部件无效，则退出校准，若第一限位感测部件有效，则驱动叶片沿第一方向转动，直至限位触发部件触发第一限位感测部件为止；限位触发部件安装轮毂及轴承中的一个上，第一限位感测部件安装在轮毂及轴承中的另一个上；开启旁路限位感测部件，驱动叶片沿第二方向转动，直至感应部件感应到触发部件为止；旁路限位感测部件与第一限位感测部件并联。

根据本发明的另一方面，提供一种叶片角度校准装置，其包括：配合动作的感应部件及触发部件；感应部件安装在叶片的轮毂及叶片的轴承中的一个上，触发部件安装在轮毂及轴承中的另一个上；叶片角度校准装置还包括：与感应部件连接的主控制器，主控制器执行上述的叶片角度校准方法。

进一步地，感应部件及触发部件均为三个，三个感应部件间距安装在叶片的轮毂及叶片的轴承中的一个上，三个触发部件间距安装在轮毂及轴承中的另一个上。

进一步地，三个感应部件分别为第一接近开关、第二接近开关和第三接近开关；三个触发部件分别为第一位置挡块、第二位置挡块和第三位置挡块；叶片上设置有0度刻度线，轮毂上设置有初始刻度线；第一位置挡块与0度刻度线之间的夹角c等于45°，第二位置挡块与第一位置挡块之间的夹角e等于90°，第三位置挡块与第一位置挡块之间的夹角f等于135°；第一接近开关与初始刻度线之间的夹角d为90°，第三接近开关与初始刻度线重合，第二接近开关与第一接近开关相差180°。

进一步地，各触发部件的朝向感应部件的一面均为圆弧形，且与叶片的轴承同心；或者/并且，叶片角度校准装置还包括旁路限位感测部件、配合作用的限位触发部件与第一限位感测部件；限位触发部件安装在轮毂及轴承中的一个上，第一限位感测部件安装在轮毂及轴承中的另一个上；旁路限位感测部件与第一限位感测部件并联。

本发明的实施例的叶片角度校准方法可以使位置挡块和接近开关准确对齐，进而保证对叶片角度的校准准确，避免了由于位置挡块和接近开关工作误差导致的校准不准确的问题。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的叶片角度校准装置的结构示意图；

图2为本发明的第一实施例的叶片角度校准装置的一种叶片转过一定旋转角度值的结构示意图；

图3为本发明的第一实施例的叶片角度校准装置的另一种叶片转过一定旋转角度值的结构示意图；

图4为本发明的第二实施例的叶片角度校准装置的结构示意图；

图5为本发明的第二实施例的叶片角度校准装置的0度刻度线转过45°的结构示意图；

图6为本发明的第二实施例的叶片角度校准装置的0度刻度线转过90°的结构示意图；

图7为本发明的第二实施例的叶片角度校准装置的0度刻度线转过135°的结构示意图；

图8为本发明的第二实施例的叶片角度校准装置的0度刻度线转过180°的结构示意图；

图9为本发明的第二实施例的叶片角度校准装置的0度刻度线转过225°的结构示意图；

图10为本发明的第二实施例的叶片角度校准装置的0度刻度线转过270°的结构示意图；

图11为本发明的第二实施例的叶片角度校准装置的0度刻度线转过315°的结构示意图；

图12为本发明的第一实施例的叶片角度校准方法的总流程图；

图13为本发明的第一实施例的叶片角度校准方法的具体流程图；

图14为本发明的第二实施例的叶片角度校准方法的具体流程图。

附图标记说明：

100、0度刻度线；104、第一接近开关；108、第二接近开关；109、轴承；110、轮毂；111、第三位置挡块；112、第二位置挡块；113、第一位置挡块；114、限位触发部件；115、第一限位感测部件；116、第三接近开关；120、接近开关；121、位置挡块；122、初始刻度线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例的叶片角度校准方法和装置进行详细描述。

为了方便对叶片的0度位置进行校准，通常会在叶片上设置0度刻度线100，在轮毂110上设置初始刻度线122，叶片角度为0度时，0度刻度线100与初始刻度线122对齐。

实施例一

如图1和图12所示，在本实施例中，叶片角度校准装置除包括主控制器外还包括安装在叶片的轴承109和叶片的轮毂110中的一个上的感应部件、以及安装在叶片的轮毂110和叶片的轴承109中的另一个上的触发部件。主控制器通过下述的叶片角度校准方法校准0度刻度线100的位置。

本发明提供的叶片角度的校准方法，其包括校准步骤，校准步骤包括：

S100，驱动叶片沿第一方向转动，并且记录从感应部件开始感应到触发部件起始一直到停止感应触发部件为止的叶片的运动行程。需要说明的是，此处的运动行程是触发部件完全转过感应部件的总行程。在本实施例中，感应部件为接近开关120，触发部件为位置挡块121，也就是说，该运动行程是指位置挡块121从一侧经过接近开关120且触发接近开关120一直持续到另一侧结束触发的临界点的总行程。

S200，驱动叶片沿与第一方向相反的第二方向转动，并且当感应部件再次感应到触发部件后，控制叶片运动运动行程的一半时停止转动。

通过该校准步骤可以确保校准后位置挡块121停止的位置为运动行程的一半，也即处于接近开关120的中心线处，进而可以确保对叶片的0度刻度线100的位置校准准确。

具体地，在本实施例中，位置挡块121与0度刻度线100之间具有夹角c，接近开关120与初始刻度线122之间具有夹角d。

该校准步骤的原理是：由于位置挡块121与0度刻度线100之间的夹角c固定，接近开关120与初始刻度线122的夹角d固定，因此当位置挡块121触发接近开关120后(位置挡块121的一部分位于接近开关120的感应范围内)，即可确定0度刻度线100的位置，也即叶片角度。为保证准确性，先驱动叶片沿第一方向转动并获得位置挡块121触发接近开关120的运动行程，再驱动叶片反向转动，使位置挡块121再次触发到接近开关120后运动到运动行程的一半时停止，确保位置挡块121与接近开关120对齐，进而保证叶片角度校准的准确度。

实施例二

如图13所示，为了提高叶片角度校准效率，可以在校准步骤之前进行编码器判断步骤，根据编码器判断步骤的结果驱动叶片绕不同方向以不同速度转动，以实现快速高效的校准。其中，编码器用于检测叶片的旋转角度。

S300，判断编码器的读数是否在正常的读数范围内。通常叶片变桨系统正常时，编码器的读数范围在300度至-300度。若编码器的读数超出这一范围则可以判定编码器读数不正常。

在本实施例中，针对编码器读数在正常的读数范围内的情形进行说明，在该情形下，执行S410～S450的处理。编码器读数在正常的读数范围内则可依据编码器的读数判断位置挡块121的位置，进而直接驱动叶片转动，实现校准。

如图2所示，此情况下的过程原理为：编码器读数在正常范围内时，叶片的角度在0°至91°之间。主控制器可以直接从编码器读数判断叶片的0度刻度线100的位置，进而判断位置挡块121的位置。然后根据位置挡块121的位置和接近开关120的位置判断两者之间的夹角b，再通过夹角b确定叶片的转动时的第一方向，并通过校准步骤校准叶片的角度。

具体地，S410，主控制器从编码器读取叶片的旋转角度值a，计算位置挡块121(即触发部件)与接近开关120(即感应部件)之间的夹角b。夹角b的计算根据旋转角度值a和公式1确定。公式1为b＝d-a-c。其中，d表示接近开关120与初始刻度线122之间的夹角，a表示叶片的0度刻度线100与初始刻度线122之间的夹角，c表示位置挡块121与0度刻度线100之间的夹角。

S420，根据夹角b确定第一方向。此过程主要判定夹角b是否大于0度。若夹角b大于0度，则第一方向为叶片的顺桨方向；若夹角b小于0度，则第一方向为叶片的开桨方向。

如图2所示，位置挡块121在初始刻度线122和接近开关120之间，夹角b大于0度，第一方向为叶片的顺桨方向。如图3所示，若位置挡块121在接近开关120的远离初始刻度线122的一侧，则夹角b小于0度，第一方向为叶片的开桨方向。

确定叶片的转动方向后，可以进行校准步骤。为了能够准确地控制位置挡块121的行程，在本实施例中，采用计时的方法确定位置挡块121的运动位置，进而判断其行程。

S430，驱动叶片沿确定的第一方向转动，并记录接近开关120处于被位置挡块121触发的状态下位置挡块121的运动速度和接近开关120的时间长度，根据运动速度和时间长度记录运动行程。通常位置挡块121从开始触发接近开关120到停止触发接近开关120其运动速度为匀速，若在这一过程中位置挡块121的运动速度是变速运动则求时间长度内的平均速度，并根据该平均速度和时间长度得出运动行程。

优选地，为了避开叶片开始转动时的驱动叶片转动的驱动电机的加速阶段，确保位置挡块121开始触发接近开关120时叶片为匀速运动状态，进而确保校准的准确性，在记录接近开关120处于被位置挡块121触发的状态下位置挡块121的运动行程之后还包括：

S440，在接近开关120的触发状态停止后，驱动叶片沿确定的转动方向继续转动预定的调整时间长度。这样当叶片反向转动再次触发接近开关120时，其速度为匀速，由此避开叶片反向转动时驱动电机的加速阶段。

S450，驱动叶片沿与确定的转动方向相反的方向转动，当接近开关120再次被位置挡块121触发后，控制叶片在运动时间为时间长度的一半时停止，以使位置挡块121运动运动行程的一半。

优选地，在校准步骤中，驱动叶片转动后，若经过第一预设时间t3仍未触发接近开关120，说明接近开关120失效，则报错，以提醒工作人员进行检测，以此提高检测效率。通过记录位置挡块121的运动时间判断位置挡块121的行程，可控性好，准确度高。在该过程中，主控制器可以根据需要位置挡块121转动的行程和时间计算出位置挡块121的运动速度，进而准确地控制位置挡块121的速度为零的位置为运动行程的一半。

优选地，当位置挡块121触发接近开关120时，其为匀速运动，这样有助于更准确地得到运动行程和控制位置挡块121的位置。

校准时，先驱动叶片沿顺桨方向匀速转动，当位置挡块121触发接近开关120时开始计时，直至位置挡块121转出接近开关120的感测范围时停止计时，由此得到位置挡块121触发接近开关120的总时间，再结合此过程中位置挡块121的转速可以得到接近开关120处于被位置挡块121触发的状态下位置挡块121的运动行程。之后使位置挡块121继续转动调整时间长度。这样做的目的是当叶片换向转动时，驱动叶片转动的驱动电机需要从0加速至匀速运动的速度，为了避免这一加速过程干扰校准的准确性，需要预留出加速的行程，以确保当位置挡块121触发接近开关120时其为匀速运动。当位置挡块121运动调整时间长度后，驱动叶片沿与第一方向相反的方向运动，并使位置挡块121的速度为前次触发接近开关120的速度，且使其保持匀速，当其再次触发接近开关120时开始计时，并当计时时间为触发时间的一半时，使位置挡块121停止(叶片停止的时间非常短)。此时位置挡块121处于与接近开关120正对的状态，也即中心线重合的位置，由此保证校准精度。

在本实施例中，位置挡块121的朝向接近开关120的一面为圆弧形，且与叶片的轴承109同心。这样设置的目的是确保位置挡块121触发接近开关120的一面为轴对称结构且均可触发接近开关120，以保证校准的准确性。

当然，位置挡块121的结构形状可以为任意相对中心线对称的形状，只要保证其触发接近开关120的总行程关于接近开关120的中心对称即可。

需要说明的是，当叶片反向转动，位置挡块121再次触发接近开关120时，位置挡块121为匀速运动，为了确保准确性，使位置挡块121可以准确地在运动行程的一半处停止，主控制器可以控制叶片在运动一段时间后开始减速，并最终当速度减为0时，位置挡块121转动了运动行程的一半，位置挡块121的转动时间为其触发接近开关120的总时间的一半。

下面以位置挡块121与0度刻度线100的夹角c为45°，接近开关120与初始刻度线122的夹角d为90°为例进行说明：

叶片的旋转角度值正常时，根据位置挡块121与接近开关120之间的相对位置，来判断叶片的轴承109的转动方向，以节省校验时间。

如图2所示，编码器读数在正常范围内，叶片位置在正常范围内(0度～91度)。当叶片的轴承109转过一定角度时，0度刻度线100与初始刻度线122之间具有夹角a，即为叶片桨距角。由于此时编码器读数正常，所以此旋转角度值在正常范围内。此时，位置挡块121与90°位置相对于叶片轴承109圆心的夹角为夹角b，根据计算可得出b＝90-a-45＝45-a，当b>0时，说明位置挡块121在0度～90度之间，则主控制器发出顺桨命令，控制叶片轴承109以0.5度/秒的速度顺时针转动至触发接近开关120，开始进行校准步骤。

见图3所示，当b<0时，说明位置挡块121在90度～180度之间，则主控制器发出开桨命令，控制叶片轴承109以0.5度/秒的速度逆时针转动，以节省校验时间。直至位置挡块121触发接近开关120，进行校准步骤。如果叶片的旋转角度值a在40度～50度之间，接近开关120的信号一直未触发，则认为接近开关120失效，需退出校准，提示人员进行检查。

由于位置挡块121为圆弧形，所以其开始触发接近开关120后，其朝向接近开关120上的任何一点都能触发接近开关120，而叶片轴承109转速恒定，所以在主控制器内进行us级精确计时的情况下，计算圆弧形的位置挡块121触发接近开关120的总时间，就能精确获得位置挡块121触发接近开关120的运动行程，进而可以对叶片位置进行精确校准。当位置挡块121触发接近开关120时，主控制器内部启动定时器，开始计时，当位置挡块121转过接近开关120时，主控制器停止计时，并计算出位置挡块121触发接近开关120的时间长度，之后主控制器控制叶片轴承109继续转动调整时间长度后停止，以便在反向转动时避开电机启动时的加速阶段，之后主控制器再控制叶片轴承109向相反方向转动，当叶片轴承109触发接近开关120时，主控制器再次计时，当转过时间长度的一半时间时，叶片的轴承109停止转动，此时0度刻度线100的旋转角度值，即为准确的45度，可将此位置直接校验为45度。

该方法可以内嵌在主控制器内，通过在界面设置自动校验按钮，实现主控制器自动触发叶片零度位置校准功能。该校准过程在风机停机的情况下进行，且每次对一个叶片进行操作。根据风力发电机组特性即角度范围的不同，可以自动执行不同的校准程序。由此实现在编码器读数正常、叶片位置在正常范围内(0度～91度)的情况下或在编码器读数异常、叶片位置不在正常范围内且叶片可以360度旋转的情况下或在编码器读数异常、叶片位置不在正常范围内且叶片只能在有限范围内旋转等多种情况下，都能进行精准的叶片零度位置校准。

实施例三

在本实施例中，以编码器损坏为例进行说明。在风力发电机组中，若编码器损坏，则无法确定叶片的角度，需要先初步确定叶片的0度刻度线100的位置，再依据该位置对叶片角度进行精确校准。在确定叶片的0度刻度线100的位置时有两种情况，一种是叶片可以360°旋转，另一种是叶片无法进行360°旋转。

如图4和图14所示，在叶片变桨过程中，为了限定叶片变桨的最大角度，在叶片的轮毂110上设置第一限位感测部件115(在本实施例中为第一限位开关)，在叶片的轴承109上设置有用于触发第一限位感测部件115的限位触发部件114(在本实施例中为限位挡块)。为了避免干涉，确保叶片可以正常变桨和校准，沿轴承109的轴向，限位触发部件114与位置挡块121不在同一横截面上。在本实施例中，在叶片的角度校准装置中包括旁路限位感测部件(图中未示出)，其与第一限位感测部件115并联，当需要对叶片的角度进行校准时，接通旁路限位感测部件，短路第一限位感测部件115。

在本实施例中，第一限位感测部件115为95度限位感测装置。也即其限制叶片变桨的最大角度为95°。

在叶片可以360°转动的情况下，为了提高校准速度，在本实施例中，触发部件为三个，其分别为第一位置挡块113、第二位置挡块112和第三位置挡块111，第一位置挡块113与0度刻度线100之间具有夹角c。感应部件为三个，分别为第一接近开关104、第二接近开关108和第三接近开关116，第一接近开关104与初始刻度线122之间具有夹角d。采用此种结构无论叶片的0度刻度线100处于何种位置，都可以快速定位，提高定位效率。

通过旁路限位感测部件短路第一限位感测部件115可以避免由于第一限位感测部件115接触不良导致的短暂失效造成叶片无法360°旋转的情况。此时可以进行后续处理。

采用此种结构的叶片角度校准装置进行叶片角度校准时，本方法还包括：如果在S300，判断编码器的读数不在正常的读数范围内，则执行S510～S540或S510、S520、S550和S540。

S510，接通旁路限位感测部件，短路第一限位感测部件115，并读取三个感应部件(即三个接近开关)的当前状态，并根据当前状态确定叶片的0度刻度线100的位置。

具体地，如图4所示，夹角c等于45°，第二位置挡块112与第一位置挡块113之间的夹角e等于90°，第三位置挡块111与第一位置挡块113之间的夹角f等于135°，第一接近开关104与初始刻度线122之间的夹角d为90°，第三接近开关116与初始刻度线122重合，第二接近开关108与第一接近开关104相差180°。

需要说明的是，各位置挡块之间的夹角大小、各接近开关之间的夹角大小可以根据需要确定，并不限于本实施例。

在读取三个接近开关的当前状态，并根据当前状态判断叶片的0度刻度线100的位置的原理是：如图4至图11所示，当叶片的0度刻度线100处于图4所示状态时，第一接近开关104、第二接近开关108和第三接近开关116的状态依次是“010”其中，0表示未被触发，1表示被触发。当叶片0度刻度线100处于图4至图7的状态时，第一接近开关104、第二接近开关108和第三接近开关116的状态依次是“010”、“100”、“001”、“010”、“100”、“011”、“000”、“101”。在读取三个接近开关的当前状态后，可以将该当前状态直接匹配，从而确定0度刻度线100的位置，进而确定其所处的角度范围。

但由于上述状态中存在的“000”这种无法判断是接近开关失效还是处于图10所示状态，以及“010”这种重复而无法判断具体角度的情况。因此，在根据当前状态判断叶片的0度刻度线100的位置的处理之前还需进行：

S520，判断当前状态是否为三个接近开关均未触发的状态(也即000的状态)或只有第二接近开关108被触发的状态(也即010的状态)。

若当前状态不是各接近开关均未触发的状态且不是仅第二接近开关108被触发的状态，则执行S550：根据当前状态直接确定叶片的0度刻度线100的位置范围，再进行校准步骤。

若当前状态为各接近开关均未触发的状态或仅第二接近开关108被触发的状态，则需要进一步确定叶片的0度刻度线的位置范围。具体地，S530，驱动叶片转动，直至第一接近开关104和/或第三接近开关116被触发为止，并根据此时的三个接近开关的状态确定叶片的0度刻度线100的位置范围。若超过第三预设时间t5第一接近开关104和第三接近开关116均未被触发，则判断为故障。

此后，S540，确定叶片的0度刻度线100的位置后，为了确保检测准确性和可靠性，驱动叶片转动，直至三个接近开关的状态与当前状态不同，且至少一个接近开关被触发，由此在判断接近开关是否有效。若超过第二预设时间t4仍无接近开关被触发，则判断为故障。判断接近开关有效后，可以以当前被触发的接近开关和触发其的位置挡块进行校准步骤，以最终校准叶片的角度。

如图4至图11所示，叶片轴承109每转动45°，三个接近开关的状态就会发生变化。依据这些状态变化，在编码器读数不在正常读数范围内，第一限位感测部件115失效的情况下进行校准的过程为：

首先主控制器接通旁路限位感测装置，保证叶片可以自由旋转。再读取三个接近开关的信号状态，如果不为“000”且不是“010”，则根据上述变化规律确定叶片位置。然后，主控制器以最大速度控制叶片轴承109转动，直至下一个位置信号触发后停止运行(即到达下一状态)，由此检测除被触发的接近开关外其余接近开关是否工作正常。如果10秒内没有其余接近开关信号被触发，则认为接近开关失效，需退出校准，提示人员进行检查。

如果接近开关触发正常，主控制器先控制叶片轴承109以0.5度/秒的速度顺时针转动，直到信号状态为1的接近开关信号消失后，再以0.5度/秒的速度逆时针转动，直到位置挡块触发再次该接近开关，开始计时，当位置挡块转出接近开关(即所选接近开关的信号变为0)时，停止计时，并计算时间长度，之后继续控制叶片轴承109转动调整时间长度，以避开驱动电机启动时的加速阶段，之后再次以0.5度/秒的速度顺时针转动，当位置挡块触发接近开关时开始计时，到运动时间使时间长度的一半时停止，完成校验。最后再根据三个位置挡块的位置特性，判断此时的旋转角度值。之后主控制器控制叶片轴承109逆时针转动，将叶片转到90度位置。逆时针转动是为了防止叶片顺时针转动，编码器溢出后，旋转角度值发生跳变。

当三个位置挡块的信号状态为“010”或为“000”时，主控制器控制叶片的轴承109向任意方向以最大速度转动，当三个接近开关中一个的信号状态出现1值，且不为“010”时，主控制器继续以最大速度控制叶片轴承109转动，直至下一个位置信号触发后停止运行，由此检测其余接近开关是否工作正常。如果10秒内没有其余接近开关信号未触发，则认为接近开关失效，需退出校准，提示人员进行检查。如果接近开关触发正常，再选定信号状态为1的接近开关，重复上述校验步骤，进行叶片位置判断，之后主控制器控制叶片轴承109逆时针转动，将叶片转到90度位置。

在上述过程中，通过使用互成特定角度的三个接近开关与三个圆弧形位置挡块，实现了三点定位，可以快速对叶片实际位置进行定位，从而实现叶片零度位置校准功能，校准速度快，约为20～40秒左右。同时在主控制器中，对位置挡块触发接近开关的时间进行精确计时，以保证零度位置校准的精度。校准功能不受叶片转动范围和叶片实际位置的影响，在编码器读数异常(编码器发生溢出跳变)的情况下，也可以对叶片位置进行定位，从而实现零度位置校准功能。

若编码器读数不在正常读数范围内，且叶片不能在360°的范围内转动，则判断第一限位感测部件115有效，并利用第一限位感测部件115进行快速定位。具体如下：

若第一限位感测部件115失效则退出校准。若第一限位感测部件115有效则进行后续步骤：

先驱动叶片沿第一方向转动，直至限位触发部件114触发第一限位感测部件115。根据限位触发部件114和0度刻度线100之间的关系可以确定0度刻度线100的位置范围。之后开启旁路限位感测部件，驱动叶片沿第二方向转动，直至任一触发部件触发任一感应部件，若超过第四预设时间t6各感应部件仍未被触发，则判断为故障。在任一触发部件触发任一感应部件后，可以以被触发的感应部件和触发其的触发部件进行校准步骤。

为保证准确性和快捷性，可以在驱动叶片沿第一方向转动之前先判断第一限位感测部件115的信号状态是否为“1”，若是，则进行后续步骤，若不是，则表示故障，直接报错。

当叶片只能在有限范围内旋转、且主控制器判断编码器读数错误导致无法确定叶片实际位置时。具体校准过程为：主控制器切断旁路限位感测装置，并检测第一限位感测部件115的信号状态是否为1，如果为1，主控制器控制叶片轴承109以1度/秒的速度顺时针转动，直至触发第一限位感测部件115后停止运行，以确认叶片位置，保证机组安全。之后主控制器接通旁路限位感测部件，以2度/秒的速度逆时针转动，直至第一接近开关104(位于初始刻度线122与第一限位感测部件115之间的接近开关)的信号状态变为1后，再进行校准步骤，校准叶片位置。如果第一接近开关104在50/2＝25秒内，第一接近开关104信号一直未触发，则认为第一接近开关104失效，需退出校准，提示人员进行检查。

根据本发明的另一方面，提供一种叶片角度校准装置，叶片上设置有0度刻度线100，叶片角度校准装置包括主控制器、固定设置在叶片的轴承109和轮毂110中一个上的感应部件、以及固定设置在叶片的轮毂110和轴承109中的另一个上的触发部件。主控制器通过上述的叶片角度校准方法校准并确定0度刻度线100的位置。采用该叶片角度校准装置可以快速准确地定位叶片角度。

在本实施例中，感应部件为接近开关，其设置在轮毂110上，并与主控制器连接，以实现数据传输。触发部件为位置挡块，其设置在轴承109上，以随叶片转动。

优选地，接近开关为三个，分别为沿轴承109的周向依次间隔设置的第一接近开关104、第二接近开关108、第三接近开关116，位置挡块为三个，分别为沿轮毂110的周向依次间隔设置的第一位置挡块113、第二位置挡块112和第三位置挡块111。叶片的轮毂110上还固定设置有与主控制器连接的第一限位感测部件115，叶片的轴承109上还设置有限位触发部件114。该变桨系统的叶片角度自动校准装置实现了风力发电机组变桨系统的叶片零度位置(0度刻度线)自动校准，且校准时间短，可减少人工和时间成本，降低发电量损失。该叶片角度校准装置成本低、精度高、安全性高，不受叶片转动范围的限制，不受叶片实际位置的限制，在编码器读数异常(编码器发生溢出跳变)的情况下，也能对叶片位置进行定位。同时，还可以检测接近开关是否工作正常，以确保角度校验的正确性，可大大降低现场运行工作量，且对智能型风机的发展有一定的促进意义。

本发明的叶片角度校准方法和装置具有如下效果：

使用了三个接近开关与三个扇形位置挡块，实现了三点定位，可以快速对叶片实际位置进行定位，从而实现叶片零度位置校准功能，校准速度快，校准时间约为20～40秒左右。同时在主控制器中，对位置挡块触发接近开关的时间进行精确计时，以保证零度位置校准的精度。且不受叶片转动范围，叶片实际位置的影响。同时，本发明中加入了与变桨系统的第一限位感测部件并联的旁路限位感测部件，以保证叶片在转动过程中限位触发部件触发第一限位感测部件后，也可以对叶片进行变桨操作。同时，还可以检测接近开关是否工作正常，以确保角度校验的正确性。其成本低，精度高，实用性强，安全性高，可大大降低现场运维工作量。

而且，该叶片角度校准方法和装置可以实现变桨系统叶片位置的校零功能，且无需人工直接干预；在保证高精度，准确校准位置的同时具有接近开关信号自动查错功能。

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)

1.一种叶片角度的校准方法，其特征在于，包括校准步骤，所述校准步骤包括：

驱动叶片沿第一方向转动，并且记录从感应部件开始感应到触发部件起始一直到停止感应所述触发部件为止的所述叶片的运动行程，所述感应部件安装在叶片的轮毂(110)及所述叶片的轴承(109)中的一个上，所述触发部件安装在所述轮毂(110)及所述轴承(109)中的另一个上；

驱动所述叶片沿与所述第一方向相反的第二方向转动，并且当所述感应部件再次感应到所述触发部件后，控制所述叶片运动所述运动行程的一半时停止转动。

2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述记录从感应部件开始感应到触发部件起始一直到停止感应所述触发部件为止的所述叶片的运动行程包括：

记录感应部件从开始感应到触发部件起始一直到停止感应所述触发部件的时间段内所述轴承(109)的运动速度以及时间长度；

根据所述运动速度和所述时间长度计算并记录所述运动行程；

所述控制所述叶片运动所述运动行程的一半时停止转动的处理包括：

控制所述叶片在运动时间为所述时间长度的一半时停止。

3.根据权利要求2所述的校准方法，其特征在于，在所述驱动所述叶片沿第一方向转动，并且记录从感应部件开始感应到触发部件起始一直到停止感应所述触发部件为止的所述叶片的运动行程的处理之后，以及在驱动所述叶片沿与所述第一方向相反的第二方向转动的处理之前还包括：

在所述感应部件停止感应所述触发部件后，驱动所述叶片沿所述第一方向继续转动预定的调整时间长度。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的校准方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述校准步骤之前，判断编码器的读数是否在预设的正常读数范围内；所述编码器用于检测所述叶片的旋转角度；

若所述编码器的读数在所述正常读数范围内，则根据所述编码器的读数确定所述叶片的旋转角度值；

根据所述叶片的旋转角度值确定所述感应部件与所述触发部件之间的夹角，以及根据所述夹角确定所述第一方向。

5.根据权利要求4所述的校准方法，其特征在于，所述感应部件为三个，所述触发部件为三个，三个所述感应部件间隔一定距离安装在所述轮毂(110)及所述叶片的轴承(109)中的一个上，三个所述触发部件间隔一定距离安装在所述轮毂(110)及所述轴承(109)中的另一个上，所述方法还包括：

若所述编码器的读数不在所述正常读数范围内，且所述叶片可以在360°范围内转动，则读取三个所述感应部件的当前状态，并根据所述当前状态确定所述叶片的旋转角度；

驱动所述叶片转动，直至三个所述感应部件的当前状态改变，且至少一个所述感应部件被触发，再通过所述校准步骤校准所述叶片的角度。

6.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，若用于检测所述叶片的旋转角度的编码器读数不在预设的正常读数范围内，且所述叶片不能在360°范围内转动，在执行所述校准步骤之前，所述方法还包括：

判断第一限位感测部件(115)是否有效，若所述第一限位感测部件(115)无效，则退出校准，若所述第一限位感测部件(115)有效，则驱动所述叶片沿所述第一方向转动，直至限位触发部件(114)触发所述第一限位感测部件(115)为止；所述限位触发部件(114)安装在所述轮毂(110)及所述轴承(109)中的一个上，所述第一限位感测部件(115)安装在所述轮毂(110)及所述轴承(109)中的另一个上；

开启旁路限位感测部件，驱动所述叶片沿所述第二方向转动，直至所述感应部件感应到所述触发部件为止；所述旁路限位感测部件与所述第一限位感测部件并联。

7.一种叶片角度校准装置，其特征在于，包括：配合动作的感应部件及触发部件；所述感应部件安装在叶片的轮毂(110)及所述叶片的轴承(109)中的一个上，所述触发部件安装在所述轮毂(110)及所述轴承(109)中的另一个上；

所述叶片角度校准装置还包括：与所述感应部件连接的主控制器，所述主控制器执行权利要求1至6中任一项所述的叶片角度的校准方法。

8.根据权利要求7所述的叶片角度校准装置，其特征在于，所述感应部件及所述触发部件均为三个，三个所述感应部件间距安装在叶片的轮毂(110)及所述叶片的轴承(109)中的一个上，三个所述触发部件间距安装在所述轮毂(110)及所述轴承(109)中的另一个上。

9.根据权利要求8所述的叶片角度校准装置，其特征在于，三个所述感应部件分别为第一接近开关(104)、第二接近开关(108)和第三接近开关(116)；三个所述触发部件分别为第一位置挡块(113)、第二位置挡块(112)和第三位置挡块(111)；所述叶片上设置有0度刻度线(100)，所述轮毂(110)上设置有初始刻度线(122)；

所述第一位置挡块(113)与所述0度刻度线(100)之间的夹角c等于45°，所述第二位置挡块(112)与所述第一位置挡块(113)之间的夹角e等于90°，所述第三位置挡块(111)与所述第一位置挡块(113)之间的夹角f等于135°；所述第一接近开关(104)与所述初始刻度线(122)之间的夹角d为90°，所述第三接近开关(116)与所述初始刻度线(122)重合，所述第二接近开关(108)与所述第一接近开关(104)相差180°。

10.根据权利要求7所述的叶片角度校准装置，其特征在于，各所述触发部件的朝向所述感应部件的一面均为圆弧形，且与所述叶片的轴承(109)同心；或者/并且，

所述叶片角度校准装置还包括旁路限位感测部件、配合作用的限位触发部件与第一限位感测部件(115)；所述限位触发部件安装在所述轮毂(110)及所述轴承(109)中的一个上，所述第一限位感测部件(115)安装在所述轮毂(110)及所述轴承(109)中的另一个上；所述旁路限位感测部件与所述第一限位感测部件(115)并联。