CN112377373A - 一种自动校正叶片标定偏移的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自动校正叶片标定偏移的方法，包括以下步骤：确定风电机组具备检测叶片标定偏移的检测条件；设定叶片运行速度，驱动叶片运行至95°；记录叶片从0°往95°方向运行时各开关触发上升沿时的编码器读数；根据标定基准值和编码器读数，计算各开关的偏差；对偏差方向一致性进行判断；计算偏差的标准差并判断；计算偏差平均值；根据有效统计次数产生的多次偏差平均值计算总偏差累计值；根据总偏差累计值计算偏差校准值；主控系统根据偏差校准值完成对叶片标定偏移的自动校正。本发明可以解决风力发电机组叶片的安装角在初次标定与后续检测时由于叶片转速可能不一致，造成对叶片进行再次标定时，用于参考的初次标定值会产生偏移的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种自动校正叶片标定偏移的方法。
背景技术
风力发电机组安装完成后，需对叶片安装角进行标定，其实质是将绝对值编码器的零刻度与桨距角零刻度对齐。风力发电机组设计寿命一般为20年，在长期运行过程中，编码器与其固定轴可能发生相对滑动，导致编码器读数值与实际桨距角不一致；而且编码器本身也可能发生故障，导致读数不准。当上述情况出现后，编码器读数与实际桨距角发生偏差时，会导致整个风轮气动不平衡，振动加剧，载荷变大，影响机组寿命。
为防止前述情况发生，变桨系统一般会额外布置两个接近开关，通过比较叶片通过接近开关时的读数与标定时的读数两者之间的差值，判断编码器是否异常。但因为变桨系统是一种伺服系统，不能保证接近开关的标定条件和运行过程中的检测条件完全相同，在比较过程中只能取一个较大的阈值进行判断。例如标定时叶片通过接近开关的速度和检测时叶片通过接近开关的速度不一样，但其通过速度其实对触发角度是有影响的，通过速度不一样会导致编码器的直接读数不一样，进而会影响使用初次标定值的参考效果，在此种情况下用于参考的初次标定值相对于实际情况会产生偏移。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种自动校正叶片标定偏移的方法，以解决现有技术中存在的风力发电机组叶片的安装角在初次标定与后续检测时由于叶片转速可能不一致，造成对叶片进行再次标定时，用于参考的初次标定值会产生偏移的技术问题。
本发明采用的技术方案是，一种自动校正叶片标定偏移的方法，包括以下步骤：
确定风电机组具备检测叶片标定偏移的检测条件；
设定叶片运行速度，将驱动叶片运行至95°；记录叶片从0°往95°方向运行时，第一接近开关、第二接近开关、限位开关触发上升沿时的编码器读数；
根据标定基准值和编码器读数，分别计算第一接近开关偏差、第二接近开关偏差、限位开关偏差；
对第一接近开关偏差、第二接近开关偏差、限位开关偏差的偏差方向一致性进行判断；
计算第一接近开关偏差、第二接近开关偏差、限位开关偏差的标准差，对标准差进行判断；
根据标准差判断结果计算偏差平均值；
根据有效统计次数产生的多次偏差平均值，计算总偏差累计值；
根据总偏差累计值计算偏差校准值；
风电机组的主控系统自动将编码器的实际读数减去偏差校准值，完成对叶片标定偏移的自动校正。
进一步的，检测条件为：60秒的平均风速小于5米/秒，3个叶片在0°位置。
进一步的，第一接近开关、第二接近开关布置在风电机组任意一叶片上，位于叶片桨距角20°、70°位置处。
进一步的，标定基准值获得方法按以下步骤：
4a.确定风电机组具备叶片标定的标定条件；
4b.将当前操作叶片运行到0°；
4c.设定叶片运行速度，将驱动叶片运行至95°；记录叶片从0°往95°方向运行时，第一接近开关、第二接近开关、限位开关触发上升沿时的编码器读数；
4d.重复步骤4c，得到编码器的多次读数；
4e.对编码器的多次读数取平均值，得到标定的基准值。
进一步的，标定条件为：风电机组处于维护模式工况下；60秒的平均风速小于5米/秒；变桨系统无故障，可正常变桨；3个叶片在89°位置。
进一步的，标定基准值的获得方法，是在编码器零位与实际桨距角零位标定完成后，立即进行的。
进一步的，对第一接近开关偏差、第二接近开关偏差、限位开关偏差的偏差方向一致性进行判断，判断条件为：第一接近开关偏差与第二接近开关偏差的乘积大于0，且第二接近开关偏差与限位开关偏差的乘积大于0。
进一步的，有效统计次数通过判断偏差方向的一致性、偏差的标准差是否符合预设条件来进行计数。
由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：
1.在风电机组的一个叶片上布设2个接近开关，采用本发明的偏移校正方法，能够消除由于叶片转速不一致造成的、用于参考的初次标定值相较于实际情况会产生偏移的问题，能有效提升叶片零位偏差情况的判断准确度。
2.风电机组的主控系统可以根据偏移校正方法得到的偏差校准值，对叶片标定偏移进行自动校正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例1的接近开关位置布设示意图；
图2为本发明实施例1的接近开关、限位开关触发电平示意图；
图3为本发明实施例1的对设置的参考点标定的流程图；
图4为本发明实施例1的对叶片标定的偏移进行偏差检测的流程图。
附图标记：
1-第一接近开关，2-第二接近开关，3-限位开关，4-接近开关挡块，5-限位开关挡块，6-叶片，7-轮毂。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
本实施例提供了一种自动校正叶片标定偏移的方法，包括以下步骤：
确定风电机组具备检测叶片标定偏移的检测条件；
设定叶片运行速度，将驱动叶片运行至95°；记录叶片从0°往95°方向运行时，第一接近开关、第二接近开关、限位开关触发上升沿时的编码器读数；
根据标定基准值和编码器读数，分别计算第一接近开关偏差、第二接近开关偏差、限位开关偏差；
对第一接近开关偏差、第二接近开关偏差、限位开关偏差的偏差方向一致性进行判断；
计算第一接近开关偏差、第二接近开关偏差、限位开关偏差的标准差，对标准差进行判断；
根据标准差判断结果计算偏差平均值；
根据有效统计次数产生的多次偏差平均值，计算总偏差累计值；
根据总偏差累计值计算偏差校准值；
风电机组的主控系统自动将编码器的实际读数减去偏差校准值，完成对叶片标定偏移的自动校正。
以下对实施例1工作原理进行详细说明：
1.设置参考点
风力发电机组正常运行桨距角范围为0°～91°。如图1所示，在风电机组的某一个叶片上，分别布设2个接近开关，位于叶片桨距角20°、70°位置处附近，作为新设置的参考点。第一接近开关1定义为S1、第二接近开关2定义为S2。在本实施例中，S1、S2与叶片桨距角20°、70°的位置处距离为5-10mm。S1、S2的布设方式不作限定，在本实施例中举例说明，采用粘贴安装的方式。将变桨系统自带的限位开关3定义为S3，安装在桨距角91°位置处附近，限位开关3是变桨系统的安全保护装置，在紧急顺桨时可以提供限位功能。上述的20°、70°、91°是相对位置，即叶片从桨距角0°位置移动20°时，接近开关档块到达接近开关S1的所在位置处；移动70°时，接近开关挡块到达接近开关S2的所在位置处；移动91°时，限位开关挡块到达限位开关的所在位置处。因此，在本实施例中，接近开关、限位开关及其挡块可以安装在变桨轴承的任何位置，只要满足这种相对关系即可。图1中，叶片6为旋转部件，轮毂7为固定部件；图中左下部分的圆弧形箭头的指向，表示0°至90°方向。
在本实施例中，接近开关S1、S2通过非接触的方式进行触发。当接近开关S1、S2的感应头与接近开关挡块4距离很近时，即触发高电平信号；当接近开关挡块4移开后，电平消失。限位开关S3通过接触的方式进行触发，当限位开关挡块5接触到限位开关S3的触头并达到一定角度时触发高电平，当限位开关挡块5与限位开关S3的触头脱开时高电平消失。这两种位置触发装置均通过24VDC电平反馈触发状态，触发电平信号如图2所示。风力发电机组一般为3叶片结构，3只叶片理论上是完全相同的，所以在本实施例中，对3个叶片中的某一个叶片进行标定前，就需要在该叶片上布设2个接近开关。
2.对设置的参考点进行标定
在本实施例中，在编码器零位与实际桨距角零位标定完成后，立即进行对设置的参考点的标定，这样可以无误差的形成校验编码器读数是否正常的参考系。标定流程如图3所示，具体步骤如下：
(1)判断风电机组是否满足标定条件，确定具备标定条件；
在本实施例中，标定条件为：风电机组处于维护模式工况下；60秒的平均风速小于5米/秒；变桨系统无故障，可正常变桨；；3个叶片在89°位置。
(2)将当前操作叶片运行到0°；
(3)设定叶片运行速度为v，驱动叶片运行至95°；
在本实施例中，叶片运行速度v可根据实际情况调整，优选的，设为3°/s。
(4)记录叶片从0°往95°方向运行时，S1、S2、S3触发上升沿时的编码器读数，记为S1Cab1、S2Cab1、S3Cab1。
此动作重复多次，在本实施例中优选为3次，后续两次的编码器读数分别记为S1Cab2、S2Cab2、S3Cab2和S1Cab3、S2Cab3、S3Cab3。
(5)对编码器的多次读数取平均值，得到标定的基准值；计算公式如下：
S1Cab＝(S1Cab1+S1Cab2+S1Cab3)/3
S2Cab＝(S2Cab1+S2Cab2+S2Cab3)/3
S3Cab＝(S3Cab1+S3Cab2+S3Cab3)/3
上述S1Cab、S2Cab、S3Cab的值为后续自动校正叶片标定偏移的基准值。上述标定方法是针对任意一个叶片进行的，在实际操作时，风电机组的3只叶片均应进行同样的参考点布置和标定。
3.对叶片标定的偏移进行偏差检测，得到偏差校准值
使用步骤2标定时采用的速度v和方向(0°往95°方向)通过接近开关，比较本次通过时编码器的读数S1Cur、S2Cur、S3Cur与标定时的编码器读数S1Cab、S2Cab、S3Cab，计算进行自动校正所需的偏差校准值。此检测连续发现10次有效偏差才输出偏差校准值，以保证偏离方向和偏离程度一致。本步骤的偏差检测流程如图4所示，具体步骤如下：
(1)判断风电机组是否满足检测条件，确定具备检测条件；
在本实施例中，检测条件为：(60秒的平均风速小于5米/秒；3个叶片在0°位置。
(2)设定叶片运行速度为v，驱动叶片运行至95°；
(3)记录叶片从0°往95°方向运行时，S1、S2、S3触发上升沿时的编码器读数，记为S1Cur、S2Cur、S3Cur
(4)计算偏差，偏差分别为S1对应的DevS1、S2对应的DevS2、S3对应的DevS3。计算公式如下：
DevS1＝S1Cur-S1Cab；
DevS2＝S2Cur-S2Cab；
DevS3＝S3Cur-S3Cab；
(5)对偏差DevS1、偏差DevS2和偏差DevS3的方向一致性进行判断；具体的，要求满足DevS1×DevS2>0且DevS2×DevS3>0；
(6)计算偏差DevS1、偏差DevS2和偏差DevS3的标准差Std；计算公式如下：
Avg＝(DevS1+DevS2+DevS3)/3；
Std＝sqrt[(DevS1-Avg)^2+(DevS2-Avg)^2+(DevS3-Avg)^2]
(7)对标准差进行判断；当标准差Std小于0.2时，进行偏差平均值Dev的计算，计算公式如下：
Dev＝(DevS1+DevS2+DevS3)/3。
(8)计算有效统计次数产生的总偏差累计值，计算公式如下：
总偏差累计值Total_Dev＝Total_Dev+Dev；N＝N+1；
当连续发现的有效偏差次数大于预设值时，停止对总偏差累计值的计算。在本实施例中，次数预设值为10次。有效统计次数通过判断第一接近开关偏差、第二接近开关偏差、限位开关偏差的偏差方向的一致性，以及第一接近开关偏差、第二接近开关偏差、限位开关偏差的标准差是否符合预设条件来进行计数。
(9)根据总偏差累计值计算偏差校准值Dev_Actual，计算公式如下：
Dev_Actual＝Total_Dev/10
采用本实施例中上述的偏移校正方法，能够消除由于叶片转速不一致造成的、用于参考的初次标定值相较于实际情况会产生偏移的问题，能有效提升叶片零位偏差情况的判断准确度。
4.对叶片标定偏移进行自动校正
风电机组的主控系统自动将编码器的实际读数pich_pos减去偏差校准值Dev_Actual，完成对叶片标定偏移的自动校正。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种自动校正叶片标定偏移的方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定风电机组具备检测叶片标定偏移的检测条件；
设定叶片运行速度，驱动叶片运行至95°；记录叶片从0°往95°方向运行时，第一接近开关、第二接近开关、限位开关触发上升沿时的编码器读数；
根据标定基准值和编码器读数，分别计算第一接近开关偏差、第二接近开关偏差、限位开关偏差；
对第一接近开关偏差、第二接近开关偏差、限位开关偏差的偏差方向一致性进行判断；
计算第一接近开关偏差、第二接近开关偏差、限位开关偏差的标准差，对所述标准差进行判断；
根据标准差判断结果计算偏差平均值；
根据有效统计次数产生的多次偏差平均值，计算总偏差累计值；
根据总偏差累计值计算偏差校准值；
风电机组的主控系统自动将编码器的实际读数减去偏差校准值，完成对叶片标定偏移的自动校正。
2.根据权利要求1所述的一种自动校正叶片标定偏移的方法，其特征在于，所述检测条件为：60秒的平均风速小于5米/秒，3个叶片在0°位置。
3.根据权利要求1所述的一种自动校正叶片标定偏移的方法，其特征在于：所述第一接近开关、第二接近开关布置在风电机组任意一叶片上，位于叶片桨距角20°、70°位置处。
4.根据权利要求1所述的一种自动校正叶片标定偏移的方法，其特征在于，所述标定基准值获得方法按以下步骤：
4a.确定风电机组具备叶片标定的标定条件；
4b.将当前操作叶片运行到0°；
4c.设定叶片运行速度，将驱动叶片运行至95°；记录叶片从0°往95°方向运行时，第一接近开关、第二接近开关、限位开关触发上升沿时的编码器读数；
4d.重复步骤4c，得到编码器的多次读数；
4e.对编码器的多次读数取平均值，得到标定的基准值。
5.根据权利要求4所述的一种自动校正叶片标定偏移的方法，其特征在于，所述标定条件为：风电机组处于维护模式工况下；60秒的平均风速小于5米/秒；变桨系统无故障，可正常变桨；3个叶片在89°位置。
6.根据权利要求4所述的一种自动校正叶片标定偏移的方法，其特征在于：所述标定基准值的获得方法，是在编码器零位与实际桨距角零位标定完成后，立即进行的。
7.根据权利要求1所述的一种自动校正叶片标定偏移的方法，其特征在于：所述对第一接近开关偏差、第二接近开关偏差、限位开关偏差的偏差方向一致性进行判断，判断条件为：第一接近开关偏差与第二接近开关偏差的乘积大于0，且第二接近开关偏差与限位开关偏差的乘积大于0。
8.根据权利要求1所述的一种自动校正叶片标定偏移的方法，其特征在于：有效统计次数通过判断所述偏差方向的一致性、所述偏差的标准差是否符合预设条件来进行计数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 30 Jinyu Avenue, Economic Development Park, Yubei District, Chongqing, 400000 Patentee after: China Shipbuilding Haizhuang Wind Power Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 400000 No.30 Jinyu Avenue, jingkaiyuan, Liangjiang New District, Yubei District, Chongqing Patentee before: CSIC HAIZHUANG WINDPOWER Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240314 Address after: No. 30 Jinyu Avenue, Economic Development Park, Yubei District, Chongqing, 400000 Patentee after: China Shipbuilding Haizhuang Wind Power Co.,Ltd. Country or region after: China Patentee after: China Shipbuilding Offshore Wind Power (Shandong) Co.,Ltd. Address before: No. 30 Jinyu Avenue, Economic Development Park, Yubei District, Chongqing, 400000 Patentee before: China Shipbuilding Haizhuang Wind Power Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| TR01 | Transfer of patent right |