CN107013421B - 一种风力发电机组叶轮转速测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风力发电机组叶轮转速测量方法，包括如下步骤：A、在风力发电机组叶轮转动过程生成等频域脉冲信号；B、采集一个转速周期内步骤A生成的等频域脉冲信号，对采集的等频域脉冲信号进行滤波处理，滤除频域宽度不符合要求的噪声脉冲，保留有效的等频脉冲信号，并计算有效的等频脉冲信号个数；C、根据步骤B得到的一个转速周期内有效的等频域脉冲信号个数计算风力发电机组叶轮转速值。本发明还提供了一种风力发电机组叶轮转速测量系统，包括依次连接的脉冲发生装置、脉冲采集装置、脉冲计数装置、频率转换装置及转速转换装置。本发明测量精度较高，稳定性较好，克服了现有叶轮转速测量中失速和转速偏差的不足。

Description

一种风力发电机组叶轮转速测量方法及系统

技术领域

本发明涉及风电机组技术领域，特别是涉及一种风力发电机组叶轮转速测量方法及系统。

背景技术

随着风力发电不断地发展，风电场装机容量逐年上升，风电场的分布也越来越广泛，风力发电所占的比例越来越大，已逐渐成为了一种常规能源。对风力发电机组叶轮转速的高精度测量，一方面可以获取风力发电机组叶轮转速，另一方面也可以根据测量得到的高精度转速进行更精确的转矩控制，同时，也为风力发电机组安全性控制和稳定性评价提供可靠的依据，因此，高精度的风力发电机组转速测量方法意义重大。

现有的风力发电机组转速测量方法主要分为计数脉冲测量方法和机械传感测量方法。计数脉冲测量方法主要包括两个脉冲电压测速模块和一个发电机速度测量模块，先由脉冲电压测速模块测量发电机电压信号频率，输出一个脉冲列进入发电机速度测量模块，发电机速度测量模块处理后将脉冲转化为对应转速的模拟量输送到风机主控系统，并由主控系统软件计算电机转速。但是，该测量方法依靠复杂的纯硬件电路来实现，其可靠性、准确性都难以保证；同时，对于不同的转速测量范围需要更换内部电子元器件来完成，无法灵活调整。

机械传感测量方法利用转速测量专用传感器或者是利用接近开关形成转速脉冲，通过计算单位周期内的脉冲数来计算风力发电机组转速。但由于该测量方法容易受到干扰噪声影响，造成测得的脉冲数与实际脉冲数产生误差，进而产生风力发电机组转速测量的失速和转速偏差问题。

因此，如何创设一种精度较高、稳定性较好的风力发电机组叶轮转速测量方法及系统，成为当前业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种精度较高、稳定性较好的风力发电机组叶轮转速测量方法及系统，以克服现有测量方法容易因受到噪声干扰而产生误差的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种风力发电机组叶轮转速测量方法，包括如下步骤：A、在风力发电机组叶轮转动过程生成等频域脉冲信号；B、采集一个转速周期内步骤A生成的等频域脉冲信号，对采集的等频域脉冲信号进行滤波处理，滤除频域宽度不符合要求的噪声脉冲，保留有效的等频脉冲信号，并计算有效的等频脉冲信号个数；C、根据步骤B得到的一个转速周期内有效的等频域脉冲信号个数计算脉冲频率，然后根据所述脉冲频率计算风力发电机组叶轮转速值。

作为本发明的一种改进，所述步骤A中生成多组等频域脉冲信号；所述步骤B中分别采集一个转速周期内步骤A生成的多组等频域脉冲信号，分别对采集的多组等频域脉冲信号进行滤波处理，保留多组有效的等频域脉冲信号，分别计算多组有效的等频域脉冲信号个数；所述步骤C中分别根据步骤B中得到的一个转速周期内多组有效的等频域脉冲信号个数，计算得到多个脉冲频率，然后分别根据多个脉冲频率计算得到风力发电机组叶轮的多个转速值。

进一步改进，步骤B中分别计算多组有效的等频域脉冲信号个数后，比较多组有效的等频域脉冲信号个数，当多组有效的等频域脉冲信号个数之间的差值超出预设的个数差阈值时，进行数据错误预警。

进一步改进，步骤C中计算得到多个脉冲频率后，比较多个脉冲频率，当多个脉冲频率之间的差值超出预设的频率差阈值时，进行数据错误预警；和/或步骤C中计算得到风力发电机组叶轮的多个转速值后，比较多个转速值，当多个转速值之间的差值超出预设的转速差阈值时，进行数据错误预警。

进一步改进，所述风力发电机组叶轮同轴连接有转速测量盘，所述步骤A中在风力发电机组叶轮转动过程，通过所述转速测量盘和传感器配合生成等频域脉冲信号。

本发明还提供了一种风力发电机组叶轮转速测量系统，包括依次连接的脉冲发生装置、脉冲采集装置、脉冲计数装置、频率转换装置及转速转换装置；所述脉冲发生装置，用于生成等频域脉冲信号；所述脉冲采集装置用于，采集一个转速周期内所述脉冲发生装置发出的等频域脉冲信号；所述脉冲计数装置，包括滤波模块和与所述滤波模块的输出端相连的脉冲计数模块，所述滤波模块用于对采集的等频域脉冲信号进行滤波处理，滤除频域宽度不符合要求的噪声脉冲，并保留有效的等频域脉冲信号，所述脉冲计数模块用于计算有效的等频域脉冲信号个数，并发送给所述频率转换装置；所述频率转换装置，用于根据一个转速周期内的有效的等频域脉冲信号计算脉冲频率，并发送给所述转速转换装置；所述转速转换装置，用于根据所述脉冲频率计算风力发电机组叶轮转速。

作为本发明的一种改进，所述脉冲发生装置包括传感器和转速测量盘，所述转速测量盘与所述风力发电机组叶轮同轴连接，所述传感器用于与所述转速测量盘配合生成等频域脉冲信号。

进一步改进，所述转速测量系统包括多个并联的转速测量子系统，所述传感器的数量为多个，所述脉冲采集装置包括多个脉冲采集模块，所述脉冲计数装置包括多个所述脉冲计数模块，所述频率转换装置包括多个频率转换模块，所述转速转换装置包括多个转速转换模块，每个所述转速测量子系统均包括依次连接的所述传感器、脉冲采集模块、脉冲计数模块、频率转换模块及转速转换模块。

进一步改进，所述脉冲计数装置、频率转换装置及转速转换装置中的一个或多个内设置有有效数据判定模块，所述有效数据判定模块分别与对应的多个所述脉冲采集模块、多个频率转换模块或多个转速转换模块连接。

进一步改进，所述有效数据判定模块还与一异常状态处理模块连接，所述异常状态处理模块还与所述脉冲采集单元和风力发电机组PLC控制系统相连。

采用上述的设计后，本发明至少具有以下优点：

1、本发明的风力发电机组叶轮转速测量方法，通过检测叶轮转动过程发出的等频域脉冲信号的个数来实现风力发电机组叶轮转速的测量，精度较高，稳定性较好，克服了现有风电机组叶轮转速测量中失速和转速偏差的问题。

2、同时测量多个转速值能避免因一组数据出现错误造成的叶轮转速的波动或测量失真，进而避免造成风电机组的安全隐患。

3、本发明的风力发电机组叶轮转速测量系统，通过脉冲发生装置生成等频域脉冲信号，通过滤波模块可以滤出频域宽度不符合要求的噪声脉冲，有效的避免了噪声脉冲干扰，使得整个测量过程中转速与频域关系是固定的，克服了现有风电机组叶轮转速测量中失速和转速偏差的问题，提高了测量精度和稳定性。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明风力发电机组转速测量系统原理示意图；

图2是本发明风力发电机组转速测量系统的脉冲发生装置的结构示意图；

其中，1、转速测量盘，2、第一传感器，3、第二传感器。

具体实施方式

本发明的风力发电机组叶轮转速测量方法，通过计算叶轮转动过程发出的等频域脉冲信号的个数来实现风力发电机组叶轮转速的测量，精度较高，稳定性较好，克服了现有风电机组叶轮转速测量中失速和转速偏差的问题。

本发明的风力发电机组转速测量方法，包括如下步骤：

A、在风力发电机组叶轮转动过程生成等频域脉冲信号。

B、采集一个转速周期内步骤A生成的等频域脉冲信号，对采集的等频域脉冲信号进行滤波处理，滤除频域宽度不符合要求的噪声脉冲，保留有效的等频脉冲信号，并计算有效的等频脉冲信号个数。

C、根据步骤B得到的一个转速周期内有效的等频域脉冲信号个数计算脉冲频率，然后根据所述脉冲频率计算风力发电机组叶轮转速值。

作为优选方案，可在步骤A中随风力发电机组叶轮转动过程分别生成多组等频域脉冲信号。与之对应的在步骤B中分别采集一个转速周期内的多组等频域脉冲信号，分别对采集的多组等频域脉冲信号进行滤波处理，滤除频域宽度不符合要求的噪声脉冲，保留多组有效的等频脉冲信号，分别计算多组有效的等频脉冲信号个数。步骤C中分别根据一个转速周期内多组有效的等频域脉冲信号个数计算得出多个脉冲频率，分别根据多个脉冲频率计算得出多个风力发电机组转速值。同时测量多个转速值能避免因一组数据出现错误造成的叶轮转速的波动或测量失真，进而造成风电机组的安全隐患。

为有效识别数据错误，避免造成风电机组的安全隐患。可选择对多组有效的等频域脉冲信号个数进行比较，当多组有效的等频域脉冲信号个数之间的差值超出预设的个数差阈值时，进行数据错误预警；也可选择对多个脉冲频率进行比较，当多个脉冲频率之间的差值超出预设的频率差阈值时，进行数据错误预警；还可选择对多个转速值进行比较，当多个转速值之间的差值超出预设的转速差阈值时，进行数据错误预警，数据错误预警信号可发送至风电机组PLC控制系统，便于进行检修或相应作出调整。

本发明风力发电机组转速测量方法，生成的是等频域脉冲信号，通过滤波处理可以滤出频域宽度不符合要求的噪声脉冲，有效的避免了噪声脉冲干扰，使得整个测量过程中转速与频域关系是固定的，克服了现有风电机组叶轮转速测量中失速和转速偏差的问题，提高了测量精度和稳定性。

如图1所示，本发明还提供了一种应用上述方法的风力发电机组叶轮转速测量系统，主要包括依次连接的脉冲发生装置、脉冲采集装置、脉冲计数装置、频率转换装置及转速转换装置。

为避免因为装置模块的原因造成的叶轮转速波动或转速测量失真，进而避免造成风电机组的安全隐患，本实施例转速测量系统设置有两个并联的转速测量子系统。

具体的，如图2所示，脉冲发生装置包括第一传感器2、第二传感器3和与叶轮同轴连接的转速测量盘1，第一传感器2和第二传感器3分别与转速测量盘1配合生成等频域脉冲信号，传感器可采用例如光电开关等接近开关，光电开关结构简单，成本较低，稳定性较好，可靠性较高，并且具有高速关断的特点。

脉冲采集装置包括第一脉冲采集模块和第二脉冲采集模块，分别与第一、第二传感器2、3连接，用于分别采集第一传感器2和第二传感器3一个转速周期内发出的等频域脉冲信号。

脉冲计数装置包括滤波模块以及与滤波模块的输出端相连的第一脉冲计数模块和第二脉冲计数模块，滤波模块用于对采集的等频率脉冲进行滤波处理，滤出频域宽度不合符要求的噪声脉冲，保留有效的等频域脉冲信号，然后分别通过第一脉冲计数模块和第二脉冲计数模块，计算两组有效的等频域脉冲信号的个数。该脉冲计数装置还包括第一有效数据判定模块，第一有效数据判定模块的输入端分别与第一脉冲计数模块和第二脉冲计数模块连接，用于比较两组等频域脉冲信号个数的差值，当两组等频域脉冲信号个数差值超出预设的个数差阈值时，认定该组数据有误，进行数据错误预警。

频率转换装置包括第一频率转换模块、第二频率转换模块及第二有效数据判定模块，第二有效数据判定模块的输入端分别与第一频率转换模块和第二频率转换模块连接。第一频率转换模块和第二频率转换模块用于分别根据一个转速周期内两组有效的等频率脉冲个数，计算出两个脉冲频率值，第二有效数据判定模块用于比较两组脉冲频率值的差值，当两组脉冲频率值的差值超出预设的频率差阈值时，认定该组数据有误，进行数据错误预警。

转速转换装置包括第一转速转换模块、第二转速转换模块、第三有效数据判定模块、转速比较模块及转速输出模块，第一转速转换模块和第二转速转换模块分别与第三有效数据判定模块连接，第三有效数据判定模块、转速比较模块及转速输出模块依次连接。

第一转速转换模块和第二转速转换模块用于分别根据两个脉冲频率值，计算出两个转速值，第三有效数据判定模块用于比较两组转速值，当两组转速值的差值超出预设的转速差阈值时，认定该组数据有误，进行数据错误预警。

转速比较模块用于将计算出的转速值与预设的安全阈值进行比较，当转速值低于安全阈值的下限或高于安全阈值的上限时，进行安全预警。

转速输出模块用于将转速值和安全预警信号转换成电平信号发送给风力发电机组的PLC控制系统或安全控制模块，安全控制模块可根据安全预警信号向PLC控制系统发出控制指令，例如刹车指令。

该风力发电机组转速测量系统还包括一异常状态处理模块，该异常状态处理模块分别与第一、第二、第三有效数据判定模块连接，用于接收第一、第二、第三有效数据判定模块发出的数据错误预警信号，该异常状态处理模块还与脉冲采集装置和风力发电机组的PLC控制系统连接，能够将错误预警信号发送给PLC控制系统，并根据PLC控制系统的指令关闭错误数据对应的脉冲采集模块。

本实施例中每个转速测量子系统均包括依次连接的传感器、脉冲采集模块、脉冲计数模块、频率转换模块及转速转换模块，两个并联的子系统互为冗余，每个转速测量子系统均单独测得一个转速值。并通过第一、第二、第三有效数据判定模块分别对有效的等频域脉冲信号个数、脉冲频率、转速值进行比较，能够有效的识别错误数据，避免造成风电机组的安全隐患。显然，也可以设置多个并联的子系统，第一、第二、第三有效数据判定模块并非必须全部设置，也可选择设置其中的一个或者两个，也可实现数据错误预警的目的。

本发明风力发电机组转速测量系统，精度较高，稳定性较好，克服了现有风电机组叶轮转速测量中失速和转速偏差的问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种风力发电机组叶轮转速测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、在风力发电机组叶轮转动过程生成多组等频域脉冲信号；所述风力发电机组叶轮同轴连接有转速测量盘，步骤A中在风力发电机组叶轮转动过程，通过所述转速测量盘和传感器配合生成等频域脉冲信号；

B、分别采集一个转速周期内步骤A生成的多组等频域脉冲信号，对采集的多组等频域脉冲信号进行滤波处理，滤除频域宽度不符合要求的噪声脉冲，保留多组有效的等频脉冲信号，并计算多组有效的等频脉冲信号个数；

C、分别根据步骤B得到的一个转速周期内多组有效的等频域脉冲信号个数，计算得到多个脉冲频率，然后分别根据多个所述脉冲频率计算风力发电机组叶轮的多个转速值。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组叶轮转速测量方法，其特征在于，步骤B中分别计算多组有效的等频域脉冲信号个数后，比较多组有效的等频域脉冲信号个数，当多组有效的等频域脉冲信号个数之间的差值超出预设的个数差阈值时，进行数据错误预警。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组叶轮转速测量方法，其特征在于，步骤C中计算得到多个脉冲频率后，比较多个脉冲频率，当多个脉冲频率之间的差值超出预设的频率差阈值时，进行数据错误预警；和/或

步骤C中计算得到风力发电机组叶轮的多个转速值后，比较多个转速值，当多个转速值之间的差值超出预设的转速差阈值时，进行数据错误预警。

4.一种采用权利要求1-3任一项风力发电机组叶轮转速测量方法的所述风力发电机组叶轮转速测量系统，其特征在于，包括依次连接的脉冲发生装置、脉冲采集装置、脉冲计数装置、频率转换装置及转速转换装置；

所述脉冲发生装置，用于生成等频域脉冲信号；

所述脉冲采集装置，用于采集一个转速周期内所述脉冲发生装置发出的等频域脉冲信号；

所述脉冲计数装置，包括滤波模块和与所述滤波模块的输出端相连的脉冲计数模块，所述滤波模块用于对采集的等频域脉冲信号进行滤波处理，滤除频域宽度不符合要求的噪声脉冲，并保留有效的等频域脉冲信号，所述脉冲计数模块用于计算有效的等频域脉冲信号个数，并发送给所述频率转换装置；

所述频率转换装置，用于根据一个转速周期内的有效的等频域脉冲信号计算脉冲频率，并发送给所述转速转换装置；

所述转速转换装置，用于根据所述脉冲频率计算风力发电机组叶轮转速。

5.根据权利要求4所述的一种风力发电机组叶轮转速测量系统，其特征在于，所述脉冲发生装置包括传感器和转速测量盘，所述转速测量盘与所述风力发电机组叶轮同轴连接，所述传感器用于与所述转速测量盘配合生成等频域脉冲信号。

6.根据权利要求5所述的一种风力发电机组叶轮转速测量系统，其特征在于，所述转速测量系统包括多个并联的转速测量子系统，所述传感器的数量为多个，所述脉冲采集装置包括多个脉冲采集模块，所述脉冲计数装置包括多个所述脉冲计数模块，所述频率转换装置包括多个频率转换模块，所述转速转换装置包括多个转速转换模块，每个所述转速测量子系统均包括依次连接的传感器、脉冲采集模块、脉冲计数模块、频率转换模块及转速转换模块。

7.根据权利要求6所述的一种风力发电机组叶轮转速测量系统，其特征在于，所述脉冲计数装置、频率转换装置及转速转换装置中的一个或多个内设置有有效数据判定模块，所述有效数据判定模块分别与对应的多个所述脉冲采集模块、多个频率转换模块或多个转速转换模块连接。

8.根据权利要求7所述的一种风力发电机组叶轮转速测量系统，其特征在于，所述有效数据判定模块还与一异常状态处理模块连接，所述异常状态处理模块还与所述脉冲采集单元和风力发电机组PLC控制系统相连。