CN106089598B - 一种风力发电机转子检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机转子检测方法及系统，方法步骤包括：通过接近开关检测风力发电机转子上齿槽经过开关检测时产生的低频脉冲信号，产生周期固定为t的高频脉冲信号，初始化对低频脉冲信号进行计数、对高频脉冲信号进行计数的计数器，并通过计数器对低频脉冲信号、高频脉冲信号进行计数，检测低频脉冲信号的计数值是否等于风力发电机转子的齿槽数量，如果等于发电机转子的齿槽数量，则记录高频脉冲信号的计数值，清零计数值并根据记录的计数值计算风力发电机转子转速；系统包括低频脉冲信号检测单元、脉冲信号计数单元和转子转速计算单元。本发明具有实施成本低、方法简单可靠、不受齿槽和接近开关安装精度的影响的优点。

Description

一种风力发电机转子检测方法及系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术，具体涉及一种风力发电机转子检测方法及系统。

背景技术

目前，传统的兆瓦级风机组通常用绝对值式转速编码器对风力发电机的转子转速进行测量，编码器的输出接到控制器中进行数据处理。但是，编码器安装的条件相对苛刻，为了安装编码器，需要对测量位置进行精细加工，而且编码器本身成本较高。

专利申请号为CN201410270651的中国专利文献公开了一种无速度传感器的测速方法，将滑模控制与模型参考自适应控制进行有机的整合，选取双馈风力发电机的定子电流测量值作为参考模型，定子电流可调模型由定子磁链及转子电流获得，利用两模型输出的叉积构造了滑模面，通过滑模算法获得转子位置和转速。这种方法不用安装任何转速测量装置，但是，其对电机模型的精确性要求较高，计算量相对较大。

专利申请号为CN201320219866的中国专利文献公开了一种带有接近开关的测速装置，具体的测试方法为：在风力发电机传动轴旋转时，螺栓螺帽经过接近开关时会产生脉冲波1，经过接近开关时会产生脉冲波，通过测量两个脉冲波之间的时间间隔，再根据螺栓螺帽所在圆形轨迹的半径，以及两个接近开关之间的弧长，即可通过单片机计算出风力发电机传动轴的转速。但是，该技术方案存在以下缺点：(1)转速计算精度依赖于螺栓螺帽所在圆形轨迹半径的测量精度，以及两个接近开关对应的弧长的测量精度；(2)没有提供对于丢脉冲的处理方式。例如：当一个螺栓螺帽经过接近开关后，发出了一个脉冲，当经过接近开关时，没有发出脉冲，这样计算出的转速就会与实际值有较大的偏差；(3)没有提供角度测量方法。因此，如何克服机械安装精度对转速测量精度的影响、克服可能的脉冲丢失造成脉冲计数减少或脉冲上升沿和下降沿的抖动造成脉冲计数增加对转速测量精度的影响、同时实现转子角度的测量，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种实施成本低、方法简单可靠、不受齿槽和接近开关安装精度的影响的风力发电机转子检测方法及系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种风力发电机转子检测方法，步骤包括：

1)通过接近开关检测风力发电机转子上齿槽经过开关检测时产生的低频脉冲信号；

2)产生周期固定为t的高频脉冲信号，初始化对低频脉冲信号进行计数、对高频脉冲信号进行计数的计数器，并通过计数器对低频脉冲信号、高频脉冲信号进行计数；

3)检测低频脉冲信号的计数值是否等于风力发电机转子的齿槽数量，如果等于发电机转子的齿槽数量，则记录高频脉冲信号的计数值COUNT₁，清零低频脉冲信号、高频脉冲信号的计数值，并根据式(1)计算风力发电机转子转速；

V＝1/(COUNT₁*t) (1)

式(1)中，V表示风力发电机转子转速，COUNT₁表示高频脉冲信号的计数值，t表示高频脉冲信号的周期。

优选地，所述步骤2)中产生周期固定为t的高频脉冲信号具体是指利用接收低频脉冲信号的控制器自身的定时器对低频脉冲信号进行分频得到周期固定为t的高频脉冲信号。

优选地，所述步骤2)中通过计数器对低频脉冲信号进行计数的详细步骤包括：对接近开关检测输出的低频脉冲信号进行检测，每当检测到一个占空比为50％的低频脉冲信号，首先判断当前的低频脉冲信号中相邻的上升沿和下降沿之间的时间间隔t₁小于其最小值T₁是否成立，所述最小值T₁为风力发电机转子以最高转速旋转时低频脉冲信号中相邻的上升沿和下降沿之间的最小时间间隔，如果成立则判定当前的低频脉冲信号发生抖动，忽略对当前的低频脉冲信号进行计数，否则将低频脉冲信号对应计数器的计数值加1；然后判断当前的低频脉冲信号和上一个低频脉冲信号上升沿的时间间隔t₂小于其最大值T₂是否成立，所述最大值T₂为风力发电机转子以最低转速旋转时低频脉冲信号中相邻的低频脉冲信号上升沿的最大时间间隔，如果成立则判定低频脉冲信号有丢失，在当前的低频脉冲信号之前插入占空比为50％的低频脉冲信号，并将低频脉冲信号对应计数器的计数值再加1。

优选地，所述步骤3)中还包括根据式(2)计算风力发电机转子角度；

θ＝(360°*COUNT₁)/COUNT₃ (2)

式(2)中，θ表示风力发电机转子角度，COUNT₁表示高频脉冲信号计数值，COUNT₃表示风力发电机转子旋转一周对应的高频脉冲信号数量。

本发明还提供一种风力发电机转子检测系统，包括：

低频脉冲信号检测单元，用于通过接近开关检测风力发电机转子上齿槽经过开关检测时产生的低频脉冲信号；

脉冲信号计数单元，用于产生周期固定为t的高频脉冲信号，初始化对低频脉冲信号进行计数、对高频脉冲信号进行计数的计数器，并通过计数器对低频脉冲信号、高频脉冲信号进行计数；

转子转速计算单元，用于检测低频脉冲信号的计数值是否等于风力发电机转子的齿槽数量，如果等于发电机转子的齿槽数量，则记录高频脉冲信号的计数值COUNT₁，清零低频脉冲信号、高频脉冲信号的计数值，并根据式(1)计算风力发电机转子转速；

V＝1/(COUNT₁*t) (1)

式(1)中，V表示风力发电机转子转速，COUNT₁表示高频脉冲信号的计数值，t表示高频脉冲信号的周期。

优选地，所述脉冲信号计数单元产生周期固定为t的高频脉冲信号具体是指利用接收低频脉冲信号的控制器自身的定时器对低频脉冲信号进行分频得到周期固定为t的高频脉冲信号。

优选地，所述脉冲信号计数单元包括用于通过计数器对低频脉冲信号进行计数的低频脉冲信号计数模块，所述低频脉冲信号计数模块包括：

低频脉冲信号检测子模块，用于对接近开关检测输出的低频脉冲信号进行检测，

低频脉冲信号抖动检测子模块，用于在每当检测到一个占空比为50％的低频脉冲信号时，首先判断当前的低频脉冲信号中相邻的上升沿和下降沿之间的时间间隔t₁小于其最小值T₁是否成立，所述最小值T₁为风力发电机转子以最高转速旋转时低频脉冲信号中相邻的上升沿和下降沿之间的最小时间间隔，如果成立则判定当前的低频脉冲信号发生抖动，忽略对当前的低频脉冲信号进行计数，否则将低频脉冲信号对应计数器的计数值加1；

低频脉冲信号丢失检测子模块，用于判断当前的低频脉冲信号和上一个低频脉冲信号上升沿的时间间隔t₂小于其最大值T₂是否成立，所述最大值T₂为风力发电机转子以最低转速旋转时低频脉冲信号中相邻的低频脉冲信号上升沿的最大时间间隔，如果成立则判定低频脉冲信号有丢失，在当前的低频脉冲信号之前插入占空比为50％的低频脉冲信号，并将低频脉冲信号对应计数器的计数值再加1。

优选地，本发明还包括转子角度计算单元，所述转子角度计算单元根据式(2)计算风力发电机转子角度；

θ＝(360°*COUNT₁)/COUNT₃ (2)

式(2)中，θ表示风力发电机转子角度，COUNT₁表示高频脉冲信号计数值，COUNT₃表示风力发电机转子旋转一周对应的高频脉冲信号数量。

本发明风力发电机转子检测方法具有下述优点：

1、通过接近开关检测风力发电机转子上齿槽经过开关检测时产生的低频脉冲信号，基于高频脉冲信号实现计算风力发电机转子转速，由于采用接近开关代替编码器测量转子速度，降低了成本，具有实施成本低、方法简单可靠的优点；

2、本发明检测低频脉冲信号的计数值是否等于风力发电机转子的齿槽数量、基于高频脉冲信号实现计算风力发电机转子转速，从而能够解决低频脉冲信号可能的脉冲丢失造成脉冲计数减少或脉冲上升沿和下降沿的抖动造成脉冲计数增加对转速测量精度的影响。

3、本发明通过产生周期固定为t的高频脉冲信号，利用计数器对低频脉冲信号、高频脉冲信号进行计数，检测低频脉冲信号的计数值是否等于风力发电机转子的齿槽数量，如果等于发电机转子的齿槽数量，则记录高频脉冲信号的计数值COUNT₁，并根据高频脉冲信号的计数值COUNT₁计算风力发电机转子转速，方法简单可靠，而且根据高频脉冲信号的计数值COUNT₁计算风力发电机转子转速时计算精度不受齿槽和接近开关的安装精度的影响。

附图说明

图1为本发明具体实施方式提供的风力发电机转子检测方法的流程图；

图2为应用图1中的风力发电机转子检测方法的装置的构造示意图；

图3为图2中的装置所产生的脉冲信号的示意图。

具体实施方式

一种风力发电机转子检测方法，其特征在于步骤包括：

1)通过接近开关检测风力发电机转子上齿槽经过开关检测时产生的低频脉冲信号；

2)产生周期固定为t的高频脉冲信号，初始化对低频脉冲信号进行计数、对高频脉冲信号进行计数的计数器，并通过计数器对低频脉冲信号、高频脉冲信号进行计数；

3)检测低频脉冲信号的计数值是否等于风力发电机转子的齿槽数量(本实施例具体为4)，如果等于发电机转子的齿槽数量，则记录高频脉冲信号的计数值COUNT₁，清零低频脉冲信号、高频脉冲信号的计数值，并根据式(1)计算风力发电机转子转速；

V＝1/(COUNT₁*t) (1)

式(1)中，V表示风力发电机转子转速，COUNT₁表示高频脉冲信号的计数值，t表示高频脉冲信号的周期。

如图2所示，应用本实施例风力发电机转子检测方法的装置包括接近开关、信号调理模块和控制器，接近开关将检测风力发电机转子上齿槽经过开关检测时产生的低频脉冲信号后，将低频脉冲信号通过信号调理模块进行调理后输出给控制器，控制器则用于执行步骤2)～3)计算得到风力发电机转子转速。

参见图3，其中脉冲1为通过接近开关检测风力发电机转子上齿槽经过开关检测时产生的低频脉冲信号，脉冲2为控制器产生周期固定为t的高频脉冲信号，本实施例中脉冲2具体是控制器在脉冲1的基础上分频产生的周期固定为t的高频脉冲信号。

本实施例中，步骤2)中产生周期固定为t的高频脉冲信号具体是指利用接收低频脉冲信号的控制器自身的定时器对低频脉冲信号进行分频得到周期固定为t的高频脉冲信号。

如图3所示，由于风力发电机转子的齿槽数量为4，而每个齿槽经过接近开关时都会产生一个占空比为50％的低频脉冲信号，风力发电机转子旋转一周可产生4个占空比为50％的低频脉冲信号，这一系列的低频脉冲信号经过信号调理模块的电压等级调整经过屏蔽线传送给控制器，控制器对接收到的低频脉冲信号进行分频，产生一系列周期固定为t的高频脉冲(脉冲2)，通过计量低频脉冲信号旋转一周产生4个低频脉冲信号(对应时间为t3，详见图3)对应的高频脉冲信号的个数COUNT₁，即可根据式(1)计算风力发电机转子转速，此种测速方式简单可靠，且不受机械安装精度的影响(齿槽和接近开关的位置)。

本实施例中，步骤2)中通过计数器对低频脉冲信号进行计数的详细步骤包括：对接近开关检测输出的低频脉冲信号进行检测，每当检测到一个占空比为50％的低频脉冲信号，首先判断当前的低频脉冲信号中相邻的上升沿和下降沿之间的时间间隔t1(详见图3)小于其最小值T₁是否成立，所述最小值T₁为风力发电机转子以最高转速旋转时低频脉冲信号中相邻的上升沿和下降沿之间的最小时间间隔，如果成立则判定当前的低频脉冲信号发生抖动，忽略对当前的低频脉冲信号进行计数，否则将低频脉冲信号对应计数器的计数值加1；然后判断当前的低频脉冲信号和上一个低频脉冲信号上升沿的时间间隔t2(详见图3)小于其最大值T₂是否成立，所述最大值T₂为风力发电机转子以最低转速旋转时低频脉冲信号中相邻的低频脉冲信号上升沿的最大时间间隔，如果成立则判定低频脉冲信号有丢失，在当前的低频脉冲信号之前插入占空比为50％的低频脉冲信号，并将低频脉冲信号对应计数器的计数值再加1。通过上述方式，能够解决低频脉冲信号发生抖动、丢失的问题，从而能够提高低频脉冲信号计数的准确度。

于风力发电机转子转速短时间内不会突变，所以近似认为转子旋转一周对应的高频脉冲个数短时间内不会突变，即转子旋转相邻的两圈所对应的高频脉冲个数基本不变。根据当前的高频脉冲信号计数值COUNT₂，以及风力发电机转子旋转一周对应的高频脉冲信号数量COUNT₃，即可推算出当前转子的机械角度。基于上述原理，本实施例步骤3)中还包括根据式(2)计算风力发电机转子角度；

θ＝(360°*COUNT₁)/COUNT₃ (2)

式(2)中，θ表示风力发电机转子角度，COUNT₁表示当前的高频脉冲信号计数值(详见图3)，即此时的COUNT₁即图3中所示的COUNT₂；COUNT₃表示风力发电机转子旋转一周对应的高频脉冲信号数量(详见图3)，通过上述方式，本实施例能够就简单可靠地实现对风力发电机转子角度的计算，从而能够实现对风力发电机转子的转动位置的检测。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种风力发电机转子检测方法，其特征在于步骤包括：

1)通过接近开关检测风力发电机转子上齿槽经过开关检测时产生的低频脉冲信号；

2)产生周期固定为t的高频脉冲信号，初始化对低频脉冲信号进行计数、对高频脉冲信号进行计数的计数器，并通过计数器对低频脉冲信号、高频脉冲信号进行计数；

3)检测低频脉冲信号的计数值是否等于风力发电机转子的齿槽数量，如果等于发电机转子的齿槽数量，则记录高频脉冲信号的计数值COUNT₁，清零低频脉冲信号、高频脉冲信号的计数值，并根据式(1)计算风力发电机转子转速；

V＝1/(COUNT₁*t) (1)

式(1)中，V表示风力发电机转子转速，COUNT₁表示高频脉冲信号的计数值，t表示高频脉冲信号的周期。

2.根据权利要求1所述的风力发电机转子检测方法，其特征在于，所述步骤2)中产生周期固定为t的高频脉冲信号具体是指利用接收低频脉冲信号的控制器自身的定时器对低频脉冲信号进行分频得到周期固定为t的高频脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的风力发电机转子检测方法，其特征在于，所述步骤2)中通过计数器对低频脉冲信号进行计数的详细步骤包括：对接近开关检测输出的低频脉冲信号进行检测，每当检测到一个占空比为50％的低频脉冲信号，首先判断当前的低频脉冲信号中相邻的上升沿和下降沿之间的时间间隔t₁小于其最小值T₁是否成立，所述最小值T₁为风力发电机转子以最高转速旋转时低频脉冲信号中相邻的上升沿和下降沿之间的最小时间间隔，如果成立则判定当前的低频脉冲信号发生抖动，忽略对当前的低频脉冲信号进行计数，否则将低频脉冲信号对应计数器的计数值加1；然后判断当前的低频脉冲信号和上一个低频脉冲信号上升沿的时间间隔t₂小于其最大值T₂是否成立，所述最大值T₂为风力发电机转子以最低转速旋转时低频脉冲信号中相邻的低频脉冲信号上升沿的最大时间间隔，如果成立则判定低频脉冲信号有丢失，在当前的低频脉冲信号之前插入占空比为50％的低频脉冲信号，并将低频脉冲信号对应计数器的计数值再加1。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的风力发电机转子检测方法，其特征在于，所述步骤3)中还包括根据式(2)计算风力发电机转子角度；

θ＝(360°*COUNT₁)/COUNT₃ (2)

式(2)中，θ表示风力发电机转子角度，COUNT₁表示高频脉冲信号计数值，COUNT₃表示风力发电机转子旋转一周对应的高频脉冲信号数量。

5.一种风力发电机转子检测系统，其特征在于包括：

低频脉冲信号检测单元，用于通过接近开关检测风力发电机转子上齿槽经过开关检测时产生的低频脉冲信号；

脉冲信号计数单元，用于产生周期固定为t的高频脉冲信号，初始化对低频脉冲信号进行计数、对高频脉冲信号进行计数的计数器，并通过计数器对低频脉冲信号、高频脉冲信号进行计数；

转子转速计算单元，用于检测低频脉冲信号的计数值是否等于风力发电机转子的齿槽数量，如果等于发电机转子的齿槽数量，则记录高频脉冲信号的计数值COUNT₁，清零低频脉冲信号、高频脉冲信号的计数值，并根据式(1)计算风力发电机转子转速；

V＝1/(COUNT₁*t) (1)

式(1)中，V表示风力发电机转子转速，COUNT₁表示高频脉冲信号的计数值，t表示高频脉冲信号的周期。

6.根据权利要求5所述的风力发电机转子检测系统，其特征在于，所述脉冲信号计数单元产生周期固定为t的高频脉冲信号具体是指利用接收低频脉冲信号的控制器自身的定时器对低频脉冲信号进行分频得到周期固定为t的高频脉冲信号。

7.根据权利要求6所述的风力发电机转子检测系统，其特征在于，所述脉冲信号计数单元包括用于通过计数器对低频脉冲信号进行计数的低频脉冲信号计数模块，所述低频脉冲信号计数模块包括：

低频脉冲信号检测子模块，用于对接近开关检测输出的低频脉冲信号进行检测，

低频脉冲信号抖动检测子模块，用于在每当检测到一个占空比为50％的低频脉冲信号时，首先判断当前的低频脉冲信号中相邻的上升沿和下降沿之间的时间间隔t₁小于其最小值T₁是否成立，所述最小值T₁为风力发电机转子以最高转速旋转时低频脉冲信号中相邻的上升沿和下降沿之间的最小时间间隔，如果成立则判定当前的低频脉冲信号发生抖动，忽略对当前的低频脉冲信号进行计数，否则将低频脉冲信号对应计数器的计数值加1；

低频脉冲信号丢失检测子模块，用于判断当前的低频脉冲信号和上一个低频脉冲信号上升沿的时间间隔t₂小于其最大值T₂是否成立，所述最大值T₂为风力发电机转子以最低转速旋转时低频脉冲信号中相邻的低频脉冲信号上升沿的最大时间间隔，如果成立则判定低频脉冲信号有丢失，在当前的低频脉冲信号之前插入占空比为50％的低频脉冲信号，并将低频脉冲信号对应计数器的计数值再加1。

8.根据权利要求7所述的风力发电机转子检测系统，其特征在于，还包括转子角度计算单元，所述转子角度计算单元根据式(2)计算风力发电机转子角度；

θ＝(360°*COUNT₁)/COUNT₃ (2)

式(2)中，θ表示风力发电机转子角度，COUNT₁表示高频脉冲信号计数值，COUNT₃表示风力发电机转子旋转一周对应的高频脉冲信号数量。