CN107313900A - 风力发电机轮毂桨叶位置监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种风力发电机桨叶位置监测方法及系统，应用于风力发电机技术领域，包括：获取桨叶从安全位置起机运行到起始位置时的第一脉冲值；获取变桨过程中电机编码器的第二脉冲值，并根据所述第二脉冲值判断桨叶的变桨方向；获取变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量；根据所述第一脉冲值、变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量及变桨方向计算桨叶在当前位置的角度值。本公开的监测方法及系统巧妙而准确地实现了桨叶角度的测量，从而完成测量桨距角的位置，同时也节省了监测成本。

Description

风力发电机轮毂桨叶位置监测方法及系统

技术领域

本公开涉及风力发电机技术领域，具体地，涉及一种风力发电机轮毂桨叶位置监测方法及系统。

背景技术

目前的风力发电机，在变桨距风力发电机组中，轮毂内有两种编码器，分别为电机编码器和角度编码器。而两者都是测量桨叶的位置，因此角度编码器与电机编码器实现冗余控制。每台风力发电机轮毂上的每个桨叶对应一个角度编码器，角度编码器固定在支架上，轴端安装小齿轮，小齿轮和旋转轴承齿轮啮合，旋转轴承旋转时通过齿轮啮合传递到角度编码器，角度编码器会发送电流值给控制器，控制器中每个电流值对应的角度值即变桨角度值。其中，旋转轴承为轮毂和叶片间连接轴承。该测量桨叶角度的装置因为要安装多个角度编码器以及小齿轮，大大增加了测量成本，且桨叶角度的测量过程相对复杂。

发明内容

本公开的目的是提供一种风力发电机轮毂桨叶位置监测方法及系统，能够快速准确地测量桨距角的位置。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种风力发电机轮毂桨叶位置监测方法，包括：

获取桨叶从安全位置起机运行到起始位置时的第一脉冲值；

获取变桨过程中电机编码器的第二脉冲值，并根据所述第二脉冲值判断桨叶的变桨方向；

获取变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量；

根据所述第一脉冲值、变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量及变桨方向计算桨叶在当前位置的角度值；

其中，所述安全位置为桨叶的收桨位置；所述起始位置为桨叶从安全位置起机运行到的某一位置，该位置为开始变桨的位置；所述当前位置为桨叶在变桨过程中需要监测桨距角的任一位置。

进一步地，所述获取桨叶从安全位置起机运行到起始位置时的第一脉冲值，具体为：

获取桨叶从安全位置运行到起始位置时旋转轴承齿面的脉冲值变化量；

根据安全位置时的脉冲值及桨叶从安全位置运行到起始位置时旋转轴承齿面的脉冲值变化量计算所述第一脉冲值。

进一步地，获取变桨过程中电机编码器的第二脉冲值，并根据所述第二脉冲值判断桨叶的变桨方向，具体为：

当所述第二脉冲值增加时则为顺时针变桨，当所述第二脉冲值减少时则为逆时针变桨，当所述第二脉冲值不变时则为保持当前位置。

进一步地，所述根据所述第一脉冲值、变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量及变桨方向计算桨叶在当前位置的角度值，具体为：

用桨叶在起始位置的第一脉冲值与桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量进行和差运算，获取桨叶在当前位置时的第三脉冲值；

用桨叶在当前位置时的第三脉冲值乘以每个脉冲对应的角度值，获取桨叶在当前位置的角度值。

进一步地，用桨叶在起始位置的第一脉冲值与桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量进行和差运算，获取桨叶在当前位置时的第三脉冲值，具体为：

当逆时针变桨时，用桨叶在起始位置时的第一脉冲值减去桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量，获取桨叶在当前位置的第三脉冲值；

当顺时针变桨时，用桨叶在起始位置时的第一脉冲值加上桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量，获取桨叶在当前位置的第三脉冲值；

进一步地，所述每个脉冲对应的角度值即为经过旋转轴承齿圈每个齿的角度值。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种风力发电机轮毂桨叶位置监测系统，包括控制器、旋转轴承，接近开关及电机编码器；

所述接近开关固定在支架上，所述接近开关的探测面与旋转轴承齿面对准，用于检测桨叶在安全位置起机运行到起始位置时的第一脉冲值，以及用于检测桨叶在变桨过程中从起始位置到当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量；

所述控制器用于获取桨叶在起始位置时的第一脉冲值，以及获取所述接近开关传递的在变桨过程中在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量；

所述电机编码器安装在每个桨叶的轮毂内，所述控制器还用于获取在变桨过程中获取各个电机编码器的第二脉冲值，并通过所述电机编码器的第二脉冲值判断变桨方向；

所述控制器还用于根据桨叶在起始位置时的第一脉冲值、变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量及变桨方向计算桨叶在当前位置时的角度值；

其中，所述安全位置为桨叶的收桨位置；所述起始位置为桨叶从安全位置起机运行到的某一位置，该位置为开始变桨的位置；所述当前位置为桨叶在变桨过程中需要监测桨距角的任一位置。

进一步地，所述支架安装在与旋转轴承相邻的轮毂内壁变桨范围之间的位置。

进一步地，所述所述控制器用于获取桨叶在起始位置时的第一脉冲值，具体为：

所述控制器接收接近开关传递的桨叶从安全位置到起始位置的脉冲值变化量；

所述控制器根据桨叶在起始位置的脉冲值变化量计算所述第一脉冲值。

本公开通过在变桨范围内旋转轴承相邻的轮毂内壁上安装接近开关，检测旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量，并利用电机编码器的脉冲值进行桨叶变桨方向的判别，采用简单的计算方式，巧妙而准确地实现了桨叶角度的测量，从而完成测量桨距角的位置；而接近开关造价相对较低，同时也节省了成本。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种风力发电机轮毂桨叶位置监测方法的流程图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种风力发电机轮毂桨叶位置监测方法的另一流程图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种风力发电机轮毂桨叶位置监测系统的框图。

图4是图3所示位置监测系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是根据一示例性实施例示出的一种风力发电机轮毂桨叶位置监测方法的流程图，如图1所示，包括以下步骤。

步骤S11：获取桨叶从安全位置起机运行到起始位置时的第一脉冲值。

步骤S12：获取变桨过程中电机编码器的第二脉冲值，并根据所述第二脉冲值判断桨叶的变桨方向。

步骤S13：获取变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量。

步骤S14：根据所述第一脉冲值、变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量及变桨方向计算桨叶在当前位置的角度值。

其中，所述安全位置为桨叶的收桨位置；所述起始位置为桨叶从安全位置起机运行到的某一位置，该位置为开始变桨的位置；所述当前位置为桨叶在变桨过程中需要监测桨距角的任一位置。

通常，风力发电机变桨范围是在安全位置和0度之间。在上电后，桨叶都需要初始化到安全位置，即收桨位置，然后从安全位置开始起机运行，当逆时针走到一位置时，需要获取该位置(即起始位置)的脉冲值，然后逆时针或顺时针变桨都是从起始位置的脉冲值算起，逆时针旋转时则是用起始位置的脉冲值减去脉冲值变化量，顺时针旋转时则是用起始位置的脉冲值加上脉冲值变化量，得出当前位置脉冲值，再根据当前位置的脉冲值计算当前位置的桨叶角度。对于起始位置的脉冲值，可以通过接近开关获取从安全位置运行到起始位置旋转轴承齿轮齿面的脉冲数，并传递给控制器进行计算并存储该值。

其中，所述获取桨叶从安全位置起机运行到起始位置时的第一脉冲值，具体为：

获取桨叶从安全位置运行到起始位置时旋转轴承齿面的脉冲值变化量；根据安全位置时的脉冲值及桨叶从安全位置运行到起始位置时旋转轴承齿面的脉冲值变化量计算所述第一脉冲值。

当然，在变桨的过程中，需要考虑变桨方向，然后根据变桨方向和脉冲值变化量来获取桨叶的变桨角度。

可选的，在判断变桨方向时，可以通过获取设置在每个桨叶轮毂内的电机编码器的脉冲值变化量来判断，当电机编码器的脉冲值增加时则为顺时针变桨，当电机编码器的脉冲值减少时则为逆时针变桨，当电机编码器的脉冲值不变时则为保持当前位置。

具体地，结合变桨方向获取桨叶的变桨角度时，由于风力发电机起机运行时，桨叶从安全位置开始逆时针变桨，因此，当逆时针变桨时，用桨叶在起始位置时的脉冲值减去桨叶在旋转过程中检测到的脉冲值变化量，即可得到桨叶在当前位置时的脉冲值；当顺时针变桨时，用桨叶在起始位置时的脉冲值加上桨叶在旋转过程中检测到的脉冲值变化量，即可得到桨叶在当前位置时的脉冲值，其中，桨叶在旋转过程中检测到的脉冲值变化量即为桨叶在当前位置时的脉冲值相对于桨叶在起始位置时的脉冲值的变化量，而该脉冲值变化量即为变桨过程中旋转轴承齿数的变化量，因此通过脉冲值变化量乘以每个脉冲对应的角度值，即可获取桨叶的变桨角度。其中，每个脉冲对应的角度值即为经过旋转轴承齿圈每个齿的角度值。

例如，当风力发电机的变桨范围为0-90°，旋转轴承的齿数为139，则在变桨范围内的脉冲值为139/4，而旋转轴承每个齿对应的角度值为360/139，即为每个脉冲对应的角度值，其中，360表示旋转轴承一圈的角度为360°。

图2是根据另一示例性实施例示出的一种风力发电机轮毂桨叶位置监测方法的流程图，如图2所示，包括以下步骤。

步骤S21：风力发电机在上电后，将桨叶初始化到安全位置，即收桨位置。

步骤S22：判断桨叶的位置，如在安全位置即收桨位置，则起机运行，并执行步骤S23，否则执行S28。

步骤S23：桨叶运行到起始位置并获取起始位置的脉冲值，并开始变桨。

步骤S24：当变桨时判断变桨方向，通过电机编码器脉冲值的增加或减少来判断变桨方向是顺时针还是逆时针；

当脉冲值增加时则为顺时针变桨，当脉冲值减少时则为逆时针变桨，如果脉冲值不变则保持当前位置。

步骤S25：获取当前位置接近开关所检测到的旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量。

步骤S26：根据桨叶在安全位置时的脉冲值、变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量及变桨方向计算桨叶在当前位置的角度值。具体计算过程参见上例，在此不再赘述。

步骤S27：如通过计算获得的变桨角度在变桨范围内，则继续运行并实时计算下一个位置的桨距角；如获得的变桨角度不在变桨范围内，则进行故障报警。

步骤S28：如桨叶不在安全位置，则查找故障，并顺桨到安全位置。

图3是根据一示例性实施例示出的一种风力发电机轮毂桨叶位置监测系统的框图，图4为图3所示监测系统的结构示意图。

如图3-图4所示，所述监测系统包括控制器(图中未示出)、旋转轴承105，还包括接近开关101及电机编码器102；

所述接近开关101固定在支架104上，所述接近开关101的探测面106与旋转轴承齿面107对准，用于获取桨叶在变桨过程中在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量；

需要说明的是，所述支架104安装在与旋转轴承105相邻的轮毂内壁108上，轮毂内壁108为支架104的安装面，安装面范围为变桨范围之间的可易安装位置。如叶片变桨范围为0-90度，则支架104安装在0-90度位置之间，如叶片变桨范围为-10-100度，则支架104安装在-10-100度位置之间，在以上位置之间选择可易安装位置并且保证接近开关探测面对准旋转轴承齿面。

所述控制器103用于所述接近开关101传递的桨叶在起始位置时的脉冲值变化量，以及桨叶从起始位置旋转到当前位置时旋转轴承齿面齿数的脉冲值变化量；

所述电机编码器102安装在每个桨叶的轮毂内，所述控制器103还用于获取在变桨过程中获取各个电机编码器102的脉冲值，并通过所述电机编码器102的脉冲值判断变桨方向。

当脉冲值增加时则为顺时针变桨，当脉冲值减少时则为逆时针变桨，如果脉冲值不变则保持当前位置。

所述控制器103还用于根据桨叶在起始位置时的脉冲值、变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量及变桨方向计算桨叶在当前位置的角度值。

可选的，所述支架安装在与旋转轴承相邻的轮毂内壁变桨范围之间的位置。

可选的，所述所述控制器用于获取桨叶在起始位置时的第一脉冲值，具体为：

所述控制器接收接近开关传递的桨叶从安全位置到起始位置时的旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量；

所述控制器根据桨叶在起始位置时旋转轴承齿轮齿面脉冲值变化量计算所述第一脉冲值。

本公开只简单地利用了接近开关，并通过风力发电机自身存在的旋转轴承及电机编码器，采用简单的计算方式，巧妙而准确地实现了桨叶角度的测量，从而完成测量桨距角的位置；而接近开关造价相对较低，同时也节省了成本。

以上，以上实施例仅用以对本公开的技术方案进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想，不应理解为对本公开的限制。本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风力发电机桨叶位置监测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取桨叶从安全位置起机运行到起始位置时的第一脉冲值；

获取变桨过程中电机编码器的第二脉冲值，并根据所述第二脉冲值判断桨叶的变桨方向；

获取变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量；

根据所述第一脉冲值、变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量及变桨方向计算桨叶在当前位置的角度值；

其中，所述安全位置为桨叶的收桨位置；所述起始位置为桨叶从安全位置起机运行到的某一位置，该位置为开始变桨的位置；所述当前位置为桨叶在变桨过程中需要监测桨距角的任一位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取桨叶从安全位置起机运行到起始位置时的第一脉冲值，具体为：

获取桨叶从安全位置运行到起始位置时旋转轴承齿面的脉冲值变化量；

根据安全位置时的脉冲值及桨叶从安全位置运行到起始位置时旋转轴承齿面的脉冲值变化量计算所述第一脉冲值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取变桨过程中电机编码器的第二脉冲值，并根据所述第二脉冲值判断桨叶的变桨方向，具体为：

当所述第二脉冲值增加时则为顺时针变桨，当所述第二脉冲值减少时则为逆时针变桨，当所述第二脉冲值不变时则为保持当前位置。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一脉冲值、变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量及变桨方向计算桨叶在当前位置的角度值，具体为：

用桨叶在起始位置的第一脉冲值与桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量进行和差运算，获取桨叶在当前位置时的第三脉冲值；

用桨叶在当前位置时的第三脉冲值乘以每个脉冲对应的角度值，获取桨叶在当前位置的角度值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，用桨叶在起始位置的第一脉冲值与桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量进行和差运算，获取桨叶在当前位置时的第三脉冲值，具体为：

当逆时针变桨时，用桨叶在起始位置时的第一脉冲值减去桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量，获取桨叶在当前位置的第三脉冲值；

当顺时针变桨时，用桨叶在起始位置时的第一脉冲值加上桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量，获取桨叶在当前位置的第三脉冲值；

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述每个脉冲对应的角度值即为经过旋转轴承齿圈每个齿的角度值。

7.一种风力发电机桨叶位置监测系统，包括控制器、旋转轴承，其特征在于，还包括接近开关及电机编码器；

所述接近开关固定在支架上，所述接近开关的探测面与旋转轴承齿面对准，用于检测桨叶在安全位置起机运行到起始位置时的第一脉冲值，以及用于检测桨叶在变桨过程中从起始位置到当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量；

所述控制器用于获取桨叶在起始位置时的第一脉冲值，以及获取所述接近开关传递的变桨过程中在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量；

所述电机编码器安装在每个桨叶的轮毂内，所述控制器还用于获取在变桨过程中获取各个电机编码器的第二脉冲值，并通过所述电机编码器的第二脉冲值判断变桨方向；

所述控制器还用于根据桨叶在起始位置时的第一脉冲值、变桨过程中桨叶在当前位置时旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量及变桨方向计算桨叶在当前位置时的角度值；

其中，所述安全位置为桨叶的收桨位置；所述起始位置为桨叶从安全位置起机运行到的某一位置，该位置为开始变桨的位置；所述当前位置为桨叶在变桨过程中需要监测桨距角的任一位置。

8.根据权利要求7的系统，其特征在于，所述支架安装在与旋转轴承相邻的轮毂内壁变桨范围之间的位置。

9.根据权利要求7的系统，其特征在于，所述所述控制器用于获取桨叶在起始位置时的第一脉冲值，具体为：

所述控制器接收接近开关传递的桨叶从安全位置到起始位置时的旋转轴承齿轮齿面的脉冲值变化量；

所述控制器根据桨叶在起始位置时旋转轴承齿轮齿面脉冲值变化量计算所述第一脉冲值。