CN113803221B - 基于滚珠开关的风机风轮方位角和转速的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了基于滚珠开关的风机风轮方位角和转速的测量装置及方法，包括滚珠开关与信号处理终端，所述信号处理终端与滚珠开关通信连接；所述滚珠开关设置在风机的风机叶片对应的位置。通过在风力发电机组轮毂内部放置滚珠开关，精确测量风机风轮的姿态角度以及角速度，结构简单、实现容易、测量精度高，能够满足大功率以及海上机组使用要求。能够实现风机风轮方位角有效、及时、稳定的检测，有助于独立变桨控制的实现，从而能够实现降低机组疲劳载荷的目的，提高机组寿命。

Description

基于滚珠开关的风机风轮方位角和转速的测量装置及方法

技术领域

本公开涉及风力发电相关技术领域，具体的说，是涉及基于滚珠开关的风机风轮方位角和转速的测量装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

风力发电机组风轮(或叶轮)转速监测至关重要，风轮转速过高会导致风电机组发生飞车、倒塔等严重事故。通过检测叶片角速度计算风轮转速，当转速超过设定阈值后能够及时收桨，实现空气动力刹车，从而保护机组安全。

发明人发现，现有的风力发电机组风轮转速的检测方法，采用电磁感应检测，一方面检测设备比较大，增加了风电机组塔杆的载重；另一方面，风电机组所处环境一般为风力较强的野外，环境差，感应检测装置容易损坏，检测系统稳定性低，准确度不高。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了基于滚珠开关的风机风轮方位角和转速的测量装置及方法，通过在风轮上设置滚珠开关，通过滚珠开关的信号确定风轮的方位角和转速，以实现风机风轮的快速准确测量。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了基于滚珠开关的风机风轮方位角和转速的测量装置，包括滚珠开关与信号处理终端，所述信号处理终端与滚珠开关通信连接；所述滚珠开关设置在风机的风机叶片对应的位置。

一个或多个实施例提供了基于滚珠开关测量风机风轮方位角和转速的方法，包括如下步骤：

获取滚珠开关输出的电信号；

根据电信号的变化周期数据，获得风轮的转速；

根据电信号数值以及风轮叶片的初始方位角，确定风轮当前的方位角。

一个或多个实施例提供了一种风力发电机组控制系统，该系统设置上述的基于滚珠开关的风机风轮方位角和转速的测量装置，并执行上述的基于滚珠开关的风机风轮方位角和转速的测量方法，根据测量的转速对发电机组进行控制，根据测量的风轮方位角实现变桨控制。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开提供了一种风机叶片方位角以及转速的检测方法及装置，通过在风力发电机组轮毂内部放置滚珠开关，精确测量风机风轮的姿态角度以及角速度。

本公开结构简单、实现容易、测量精度高，能够满足大功率以及海上机组使用要求。能够实现风机风轮方位角有效、及时、稳定的检测，有助于独立变桨控制的实现，从而能够实现降低机组疲劳载荷的目的，提高机组寿命。变桨控制系统检测传感器角速度信号，当角速度信号超过设定阈值后，执行自主收桨停机，保护机组安全。

本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是本公开实施例1的装置滚珠安装结构示意图；

图2是本公开实施例1的滚珠开关输出原理图；

图3是本公开实施例1的叶片方位角变化示意图；

其中：1、风机叶片，2、滚珠开关，3、风机轮毂。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

实施例1

在一个或多个实施方式公开的技术方案中，如图1所示，基于滚珠开关的风机风轮方位角和转速的测量装置，包括滚珠开关与信号处理终端，所述信号处理终端与滚珠开关通信连接；所述滚珠开关设置在风机的风机叶片1对应的位置。

本实施例设置滚珠开关在风机叶片对应的位置上，使得系统能够识别当前风机叶片的方位角，实现风机风轮方位角的准确测量。

进一步的技术方案，滚珠开关设置在风机的风机叶片1对应的位置。可选的，可以设置在风机轮毂3上，也可以设置在风机叶片1上，具体的：滚珠开关设置在风机轮毂中与风机叶片1正相对的位置或者设置在风机叶片1的根部。

一种具体的实现方式，滚珠开关设置在变桨系统内，具体的，可以设置在变桨系统驱动器PCB板上，或者是柜体平面或导轨上。

进一步的，为实现滚珠开关信号与叶片位置的对应，一种典型的设置方式，可以设置滚珠开关与叶片垂直，以使得当前叶片方位垂直于地面一定角度范围内，如可以为±10度时，滚珠开关2水平触发低电平,图2中的OFF区域，当叶片离开当前方位角，滚珠开关2输出变为高电平，图2中的ON区域。

滚珠开关与叶片垂直即为滚珠的可移动方向与叶片垂直。当叶片处在水平位置时，可以使得内部滚珠移动接通，输出高电平。

如图1所示，当风轮转动，滚珠开关2所在角度发生变化，超过范围后，信号输出高电平，旋转一周叶片回到垂直地面位置后，滚珠开关2又输出低电平。对应叶片方位角，如图3所示，在位置A1输出低电平、位置A2输出高电平、位置A3输出低电平。

可以实现的，所述滚珠开关2可以为贴片式倾斜滚珠开关、光电式滚珠开关等。

进一步的，为实现信号的校验，可以设置多个滚珠开关，可以在至少两个叶片位置设置滚珠开关，每个滚珠开关分别与信号处理终端通信连接。

可选的，可以对应每个叶片设置一个滚珠开关，本公开设置多个滚珠开关可以实现测量信号的相互校验，提高测量准确度。

实施例2

基于实施例1的装置，本实施例提供了基于滚珠开关测量风机风轮方位角和转速的方法，该方法可以在信号处理终端中实现，包括如下步骤：

步骤1、获取滚珠开关输出的电信号；

步骤2、根据电信号的变化周期数据，获得风轮的转速；

步骤3、根据电信号数值以及风轮叶片的初始方位角，确定风轮当前的方位角。

本实施例通过采集滚珠开关电平信号确定叶片方位角，是由滚珠开关的设置方式确定的，设置了与风机叶片1垂直的角度，可以使得在竖直位置时输出相应的指定信号。监测滚珠开关两个低电平信号间隔时间为叶片旋转约160度的时间，从而计算出风轮转速。

为防止当前叶片在垂直地面位置来回摆动导致信号有误，需要与其它两个叶片滚珠开关信号进行校验。

进一步的，还包括信号校验的步骤：获取的滚珠开关信号至少包括两个风机叶片处的滚珠开关信号，通过两个信号分别计算风轮转速和方位角，获得的计算结果偏差在设定偏差范围内时，则测量结果正确。即，若通过其中一个滚珠信号检测的信号计算的结果为a1，通过另一个滚珠开关检测的信号计算的结果为a2，设定偏差为t,如果a1-a2＜t，则说明测量结果准确。

可选的，根据电信号的变化周期，获得风轮的转速，可以具体为通过触发间隔计算角速度以及转速。

进一步地，通过步骤2计算出风轮转速，风力发电机组控制系统可以根据超速保护阈值，进行相应的控制，如当转速超过阈值后，进行紧急停机操作，保护机组安全。并且根据计算出的风轮方位角，可用于独立变桨控制，降低机组载荷。

实施例3

基于实施例1和实施例2，本实施例提出一种风力发电机组控制系统，该系统设置上述实施例1的基于滚珠开关的风机风轮方位角和转速的测量装置，并采用实施例2所述的基于滚珠开关的风机风轮方位角和转速的测量方法，根据测量的转速对发电机组进行控制，根据测量的风轮方位角实现变桨控制。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (6)

1.基于滚珠开关测量风机风轮方位角和转速的方法，其特征是，

所述基于滚珠开关测量风机风轮方位角和转速的方法采用了滚珠开关的风机风轮方位角和转速的测量装置，其包括滚珠开关与信号处理终端，所述信号处理终端与滚珠开关通信连接；所述滚珠开关设置在风机的风机叶片对应的位置；

设置滚珠开关与叶片垂直；

所述的基于滚珠开关测量风机风轮方位角和转速的方法包括如下步骤：

（1）获取滚珠开关输出的电信号；

滚珠开关与叶片垂直，以使得当前叶片方位垂直于地面一定角度范围内；当滚珠开关所在方位角在±10度范围时，滚珠开关水平触发低电平；当风轮转动，滚珠开关所在角度发生变化，超过范围后，滚珠开关输出变为高电平；旋转一周叶片回到垂直地面位置后，滚珠开关又输出低电平；

（2）根据电信号的变化周期数据，获得风轮的转速；

所述的获得风轮的转速，具体为通过触发间隔计算角速度以及转速；

所述的触发间隔，是监测滚珠开关两个低电平信号间隔时间，具体为叶片旋转约160度的时间；根据风轮旋转时，滚珠开关两个信号之间的间隔时间和对应的旋转角度计算得到角速度以及转速；

（3）根据电信号数值以及风轮叶片的初始方位角，确定风轮当前的方位角；

滚珠开关与风机叶片垂直，使得在竖直位置时输出相应的信号，采集滚珠开关电平信号以及初始的方位角，确定当前叶片方位角。

2.如权利要求1所述的基于滚珠开关测量风机风轮方位角和转速的方法，其特征是：还包括信号校验的步骤：获取的滚珠开关信号至少包括两个风机叶片处的滚珠开关信号，通过两个信号分别计算风轮转速和方位角，获得的计算结果偏差在设定偏差范围内时，则测量结果正确。

3.如权利要求1所述的基于滚珠开关测量风机风轮方位角和转速的方法，其特征是：滚珠开关设置在风机轮毂上，或设置在风机叶片上。

4.如权利要求2所述的基于滚珠开关测量风机风轮方位角和转速的方法：滚珠开关设置在风机轮毂中与风机叶片正相对的位置或者设置在风机叶片的根部。

5.如权利要求1所述的基于滚珠开关测量风机风轮方位角和转速的方法：滚珠开关设置在变桨系统驱动器电路板上。

6.如权利要求1所述的基于滚珠开关测量风机风轮方位角和转速的方法：在至少两个叶片位置设置滚珠开关，每个滚珠开关分别与信号处理终端通信连接。

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