CN111075645B - 风力发电机变桨转速控制方法、系统、装置及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种风力发电机变桨转速控制方法、系统、装置及风力发电机，包括：当电机编码器故障后，则接收叶片编码器发送的在采集时间内采集的叶片角度变化值；利用叶片角度变化值、系统传动比、采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向和/或轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速；本申请在电机编码器故障后，能够利用叶片编码器作为冗余系统，输出叶片角度变化值，以利用叶片角度变化值、系统传动比、采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向和/或轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速，避免了因电机编码器故障导致风力发电机停机的情况，建立了冗余系统，提高了风力发电机的稳定性和可靠性。

Description

风力发电机变桨转速控制方法、系统、装置及风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电机领域，特别涉及一种风力发电机变桨转速控制方法、系统、装置及风力发电机。

背景技术

目前风力发电机组变桨控制系统在电机尾部通常采用编码器，称为电机编码器或旋转变压器进行速度及位置检测，而在叶片轴承处通常用编码器或接近开关两种不同的方式，无论哪种方式，目前对于该编码器，称为叶片编码器和接近开关的使用仅仅限于与电机编码器作位置比较，由于其海上风电机组出海维护维修的不便利性，机组故障时无法及时维护，在电机编码器失效的情况下，变桨系统将长时间停机，无法继续运行。

为此，需要一种风力发电机变桨转速控制方法保证在电机编码器故障时仍然可以运行，提高风力发电机的可靠性和稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风力发电机变桨转速控制方法、系统、装置及风力发电机，提高风力发电机的可靠性和稳定性。其具体方案如下：

一种风力发电机变桨转速控制方法，包括：

当电机编码器故障后，则接收叶片编码器发送的在采集时间内采集的叶片角度变化值；

利用所述叶片角度变化值、系统传动比、所述采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向和/或轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速。

可选的，所述利用所述叶片角度变化值、系统传动比、所述采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向和/或轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速的过程，包括：

利用当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向，选定相应的转速计算公式；

利用所述叶片角度变化值、所述系统传动比、所述采集时间和转速计算公式和/或所述轮毂轴承齿隙，得到所述叶片的变桨转速。

可选的，所述利用当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向，选定相应的转速计算公式的过程，包括：

若当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向同向，则选定同向转速计算公式；

若当前变桨电机运行方向为反转，前一次变桨电机运行方向为正转，则选定第一反向转速计算公式；

若当前变桨电机运行方向为正转，前一次变桨电机运行方向为反转，则选定第二反向转速计算公式；其中，

所述第一反向转速计算公式为：(θ-φ)×λ/t；

所述同向转速计算公式为：θ×λ/t；

所述第二反向转速计算公式为：(θ+φ)×λ/t；

式中，θ表示所述叶片角度变化值，λ表示所述系统传动比，t表示所述采集时间，φ表示所述轮毂轴承齿隙。

可选的，所述当电机编码器故障后之后，还包括：

当电机编码器正常后，则接收电机编码器的电机转速。

本发明还公开了一种风力发电机变桨转速控制系统，包括：

信号接收模块，用于当电机编码器故障后，则接收叶片编码器发送的在采集时间内采集的叶片角度变化值；

转速计算模块，用于利用所述叶片角度变化值、系统传动比、所述采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向和/或轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速。

可选的，所述转速计算模块，包括：

公式选定单元，用于利用当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向，选定相应的转速计算公式；

转速计算单元，用于利用所述叶片角度变化值、所述系统传动比、所述采集时间和转速计算公式和/或所述轮毂轴承齿隙，得到所述叶片的变桨转速。

可选的，所述公式选定单元，具体用于若当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向同向，则选定同向转速计算公式；若当前变桨电机运行方向为反转，前一次变桨电机运行方向为正转，则选定第一反向转速计算公式；若当前变桨电机运行方向为正转，前一次变桨电机运行方向为反转，则选定第二反向转速计算公式；其中，

所述同向转速计算公式为：θ×λ/t；

所述第一反向转速计算公式为：(θ-φ)×λ/t；

所述第二反向转速计算公式为：(θ+φ)×λ/t；

式中，θ表示所述叶片角度变化值，λ表示所述系统传动比，t表示所述采集时间，φ表示所述轮毂轴承齿隙。

可选的，还包括：

切换模块，用于当电机编码器正常后，则接收电机编码器的电机转速。

本发明还公开了一种变桨转速控制装置，包括如前述的变桨控制系统。

本发明还公开了一种风力发电机，包括如前述的变桨转速控制装置和分别与所述变桨转速控制装置连接的电机编码器和叶片编码器。

本发明中，风力发电机变桨转速控制方法，包括：当电机编码器故障后，则接收叶片编码器发送的在采集时间内采集的叶片角度变化值；利用叶片角度变化值、系统传动比、采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向和/或轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速。

本发明在电机编码器故障后，能够利用叶片编码器作为冗余系统，输出叶片角度变化值，以利用叶片角度变化值、系统传动比、采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向和/或轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速，从而让叶片编码器继续替代电机编码器的作用，得到叶片的变桨转速，避免了因电机编码器故障导致风力发电机停机的情况，建立了冗余系统，提高了风力发电机的稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种风力发电机变桨转速控制方法流程示意图；

图2为本发明实施例公开的一种风力发电机变桨转速控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明实施例公开了一种风力发电机变桨转速控制方法，参见图1所示，该方法包括：

S11：当电机编码器故障后，则接收叶片编码器发送的在采集时间内采集的叶片角度变化值。

具体的，在风力发电机正常工作状态下，接收电机编码器输出的变桨电机的电机转速，即叶片的变桨速度，利用电机编码器输出的电机转速作为比较值，配合目标浆距角和变化时间等变桨所需参数，可以得到新的电机转速，利用新的电机转速便可控制电机对叶片进行变桨。

进一步的，在电机编码器故障后，则需要接收预先安装在叶片轴承处叶片编码器发送的在采集时间内采集的叶片角度变化值，来计算叶片的变桨速度，进而实现后续的变桨操作，例如，接收叶片编码器在10秒内采集到叶片角度变化值为10度。

S12：利用叶片角度变化值、系统传动比、采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向和/或轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速。

具体的，利用当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向可以判定出本次变桨相对于前一次变桨是同向变桨还是反向变桨，如果是同向变桨，变桨电机则无需改变转向，变桨电机运行方向不变，采取的计算方式则与反向变桨时的计算方式不同，反向变桨时，还分为两种状态，一种为变桨电机从正转变为反转，另一种为从反转变为正转，例如，当前变桨方向为90度到0度，前一次变桨方向为0度到90度，则为变桨电机从反转变为正转，当前变桨方向为0度到90度，前一次变桨方向为90度到0度，则为变桨电机从正转变为反转；同向变桨、变桨电机从正转变为反转和变桨电机从反转变为正转这三种情况对应不同的计算方式，根据相应的计算方式利用叶片角度变化值、系统传动比、采集时间和/或轮毂轴承齿隙，便可得到叶片的变桨转速。

可以理解的是，在得到变桨转速后，将变桨转速作为比较输入值，配合目标浆距角和变化时间等变桨所需参数，便可以完成后续对叶片的变桨。

需要说明的是，风力发电机每个叶片可以对应一个独立的变桨转速控制装置，同时，也对应的安装有一个叶片编码器，每个叶片的变桨过程均一样，当一个叶片的电机编码器故障后，则该叶片的叶片编码器替代电机编码器工作，而此时其它叶片的电机编码器正常的话，则无需更换为叶片编码器，叶片之间相互不影响。

可见，本发明实施例中，在电机编码器故障后，能够利用叶片编码器作为冗余系统，输出叶片角度变化值，以利用叶片角度变化值、系统传动比、采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向和/或轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速，从而让叶片编码器继续替代电机编码器的作用，得到叶片的变桨转速，避免了因电机编码器故障导致风力发电机停机的情况，建立了冗余系统，提高了风力发电机的稳定性和可靠性。

具体的，上述S12利用叶片角度变化值、轮毂轴承齿隙、系统传动比、采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向，得到叶片的变桨转速的过程，可以具体包括S121和S122；其中，

S121：利用当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向，选定相应的转速计算公式；

S122：利用叶片角度变化值、轮毂轴承齿隙、系统传动比、采集时间和转速计算公式，得到叶片的变桨转速。

具体的，同向变桨、反向变桨中的变桨电机从正转变为反转和变桨电机从反转变为正转这三种情况对应不同的转速计算公式，根据不同情况对应的不同的转速计算公式，将叶片角度变化值、轮毂轴承齿隙、系统传动比和采集时间代入，便可得到叶片的变桨转速。

进一步的，上述S121利用当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向，选定相应的转速计算公式的过程，具体包括S1211至S1213；其中，

S1211：若当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向同向，则选定同向转速计算公式；其中，

同向转速计算公式为：θ×λ/t；

S1212：若当前变桨电机运行方向为90度到0度，前一次变桨电机运行方向为0度到90度，则选定第一反向转速计算公式；其中，

第一反向转速计算公式为：(θ-φ)×λ/t；

S1213：若当前变桨电机运行方向为0度到90度，前一次变桨电机运行方向为90度到0度，则选定第二反向转速计算公式；其中，

第二反向转速计算公式为：(θ+φ)×λ/t；

式中，θ表示叶片角度变化值，λ表示系统传动比，t表示采集时间，φ表示轮毂轴承齿隙。

本发明实施例公开了一种具体的风力发电机变桨转速控制方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：

可以理解的是，当完成对电机编码器的维修后，当电机编码器正常后，则不再利用叶片编码器输出的信号控制变桨，而是接收电机编码器的输入的电机转速，从故障模式变为正常模式，故障模式指的是电机编码器故障，利用叶片编码器代替电机编码器作为输入时的状态，正常模式指的是利用电机编码器作为输入时的状态；当然，在电机编码器或叶片编码器故障后，将发出故障信号至维护人员，以提醒维护人员需要进行维护。

其中，当电机编码器正常，而叶片编码器故障后，则发出叶片编码器故障的故障信号至维护人员，而电机编码器则继续正常运行，以维持变桨控制系统的正常运行。

相应的，本发明实施例还公开了一种风力发电机变桨转速控制系统，参见图2所示，该系统包括：

信号接收模块1，用于当电机编码器故障后，则接收叶片编码器发送的在采集时间内采集的叶片角度变化值；

转速计算模块2，用于利用叶片角度变化值、系统传动比、采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向和/或轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速。

具体的，上述转速计算模块2，可以包括公式选定单元和转速计算单元；其中，

公式选定单元，用于利用当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向，选定相应的转速计算公式；

转速计算单元，用于利用叶片角度变化值、系统传动比、采集时间和转速计算公式和/或轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速。

其中，上述公式选定单元，可以具体用于若当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向同向，则选定同向转速计算公式；若当前变桨电机运行方向为反转，前一次变桨电机运行方向为正转，则选定第一反向转速计算公式；若当前变桨电机运行方向为正转，前一次变桨电机运行方向为反转，则选定第二反向转速计算公式；其中，

同向转速计算公式为：θ×λ/t；

第一反向转速计算公式为：(θ-φ)×λ/t；

第二反向转速计算公式为：(θ+φ)×λ/t；

式中，θ表示叶片角度变化值，λ表示系统传动比，t表示采集时间，φ表示轮毂轴承齿隙。

具体的，还可以包括切换模块；其中，

切换模块，用于当电机编码器正常后，则接收电机编码器的电机转速。

此外，本发明实施例还公开了一种变桨转速控制装置，包括如前述的变桨控制系统。

关于前述的变桨控制系统的具体结构，可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

另外，本发明实施例还公开了一种风力发电机，包括如前述的变桨转速控制装置和分别与变桨转速控制装置连接的电机编码器和叶片编码器。

关于前述的变桨转速控制装置的具体结构，可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上对本发明所提供的一种风力发电机变桨转速控制方法、系统、装置及风力发电机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种风力发电机变桨转速控制方法，其特征在于，包括：

当电机编码器故障后，则接收叶片编码器发送的在采集时间内采集的叶片角度变化值；

利用所述叶片角度变化值、系统传动比、所述采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向或利用所述叶片角度变化值、所述系统传动比、所述采集时间、当前变桨电机运行方向、前一次变桨电机运行方向和轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速；

其中，所述利用所述叶片角度变化值、系统传动比、所述采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向或利用所述叶片角度变化值、所述系统传动比、所述采集时间、当前变桨电机运行方向、前一次变桨电机运行方向和轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速的过程，包括：

利用当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向，选定相应的转速计算公式；

利用所述叶片角度变化值、所述系统传动比、所述采集时间和转速计算公式或利用所述叶片角度变化值、所述系统传动比、所述采集时间、所述转速计算公式和轮毂轴承齿隙，得到所述叶片的变桨转速；

其中，所述利用当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向，选定相应的转速计算公式的过程，包括：

若当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向同向，则选定同向转速计算公式；

若当前变桨电机运行方向为反转，前一次变桨电机运行方向为正转，则选定第一反向转速计算公式；

若当前变桨电机运行方向为正转，前一次变桨电机运行方向为反转，则选定第二反向转速计算公式；其中，

所述第一反向转速计算公式为：(θ-φ)×λ/t；

所述同向转速计算公式为：θ×λ/t；

所述第二反向转速计算公式为：(θ+φ)×λ/t；

式中，θ表示所述叶片角度变化值，λ表示所述系统传动比，t表示所述采集时间，φ表示所述轮毂轴承齿隙。

2.根据权利要求1所述的风力发电机变桨转速控制方法，其特征在于，所述当电机编码器故障后之后，还包括：

当电机编码器正常后，则接收电机编码器的电机转速。

3.一种风力发电机变桨转速控制系统，其特征在于，包括：

信号接收模块，用于当电机编码器故障后，则接收叶片编码器发送的在采集时间内采集的叶片角度变化值；

转速计算模块，用于利用所述叶片角度变化值、系统传动比、所述采集时间、当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向或利用所述叶片角度变化值、所述系统传动比、所述采集时间、当前变桨电机运行方向、前一次变桨电机运行方向和轮毂轴承齿隙，得到叶片的变桨转速；

其中，所述转速计算模块，包括：

公式选定单元，用于利用当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向，选定相应的转速计算公式；

转速计算单元，用于利用所述叶片角度变化值、所述系统传动比、所述采集时间和转速计算公式或利用所述叶片角度变化值、所述系统传动比、所述采集时间、所述转速计算公式和轮毂轴承齿隙，得到所述叶片的变桨转速；

其中，公式选定单元，具体用于若当前变桨电机运行方向和前一次变桨电机运行方向同向，则选定同向转速计算公式；若当前变桨电机运行方向为反转，前一次变桨电机运行方向为正转，则选定第一反向转速计算公式；若当前变桨电机运行方向为正转，前一次变桨电机运行方向为反转，则选定第二反向转速计算公式；其中，

所述第一反向转速计算公式为：(θ-φ)×λ/t；

所述同向转速计算公式为：θ×λ/t；

所述第二反向转速计算公式为：(θ+φ)×λ/t；

式中，θ表示所述叶片角度变化值，λ表示所述系统传动比，t表示所述采集时间，φ表示所述轮毂轴承齿隙。

4.根据权利要求3所述的风力发电机变桨转速控制系统，其特征在于，还包括：

切换模块，用于当电机编码器正常后，则接收电机编码器的电机转速。

5.一种变桨转速控制装置，其特征在于，包括如权利要求3或4所述的风力发电机变桨转速控制系统。

6.一种风力发电机，其特征在于，包括如权利要求5所述的变桨转速控制装置和分别与所述变桨转速控制装置连接的电机编码器和叶片编码器。

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