CN113969871B - 变桨系统的齿形带的预警方法和预警装置 - Google Patents

Abstract

公开了变桨系统的齿形带的预警方法和预警装置。所述预警方法包括：响应于变桨操作的执行，计算理论变桨时间与实际变桨时间；基于理论变桨时间与实际变桨时间之间的差，输出齿形带告警信息。

Description

变桨系统的齿形带的预警方法和预警装置

技术领域

本公开总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及风力发电机组的变桨系统的齿形带的预警方法和预警装置。

背景技术

随着风力发电机组规模的逐渐扩大和机组安全保护的日趋完善，风力发电机组的运行的发电性能，即提高风力发电机的发电量和可利用率，受到了越来越多的重视。另一方面，在追求发电效益的同时，又要严格保证风力发电机组的安全性。

在风力发电机组中，变桨系统起着实现最大功率跟踪和气动刹车的重要功能，其可靠性直接关系到风力发电机组的安全。对于叶片角度(或称为桨距角)的保护，使用单一编码器容易出现编码器故障之后变桨系统检测不到叶片角度从而影响机组安全的隐患。因此，一般使用两个编码器同时对叶片角度进行检测。在这种情况下，一个编码器可位于变桨电机尾部，作为主旋编(或称为主编码器)检测叶片角度，另一个位于变桨轴承内齿上，作为辅旋编(或称为辅助编码器)检测叶片角度。当两个编码器检测到的角度差值过大时，变桨系统触发故障并收桨停机，以保护风电机组的安全。

对于使用齿形带传动的变桨系统，由于其传动方式是利用带齿和轮齿啮合以传递运动和动力，而不是齿轮的啮合，所以一般难以对叶片的实际角度进行检测，长期以来一直只能检测主编码器的角度。

然而，由于主编码器安装于变桨电机尾部，即位于驱动装置上，因此当传动机构出现问题时，例如在减速机发生机械故障或齿形带发生异常的情况下，主编码器转动正常，但是风力发电机组的实际的叶片角度却没有变化，即被驱动装置实际没有发生动作。这种情况只使用主编码器是无法检测到的。

因此，当齿形带发生故障如断裂后，叶片失去齿形带的束缚，在重力作用下，会撞坏机组的机械部件，甚至危害机组安全。此外，机械部件卡滞和撞击损坏，除了需要更换器件外，还会浪费较长的维修时间。进一步讲，由于风力发电机组的叶片的转动范围有限，只有叶片角度为0～89度才是其正常工作范围。在叶片收回到89度而无法停止变桨电机运行的情况下，也会造成安全隐患：一方面必然会超出允许范围导致相关结构件损坏，损耗机械部件；另一方面如果叶片桨距角范围过大，会使叶片的叶尖转到靠近塔筒的方向，此时如果叶轮还在转动，就有可能发生扫塔危险。

为此，检测齿形带是否发生断裂或者对齿形带进行预警的方法，对于机组安全而言非常重要。然而，现有的齿形带预警方法，通常存在以下难点。首先，齿形带为软带结构，无法在齿形带上安装传感器，如接近开关、编码器等，使得通过器件检测齿形带存在一定的困难。其次，可根据欧姆定律I＝U/R来检测齿形带内部的阻值，但是这种方法需要在齿形带内部通电。然而，这样做一方面会损坏齿形带结构，降低齿形带本有的寿命；另一方面由于变桨系统在变桨过程中，齿形带的位置不断变化，在力学作用下，容易发生线路故障而导致漏电或断电；第三方面，齿形带内部通电需要线缆，而齿形带位置不断变化，通电线路的处理也会成为问题。最后，由于齿形带断裂是一个瞬间的过程，所以通过检测电机电流等运行数据的变化，难以得出有效数据。

发明内容

本公开的实施例提供一种变桨系统的齿形带的预警方法和预警装置，所述预警方法和预警装置能够自动准确地进行齿形带异常预警。

在一个总的方面，提供一种变桨系统的齿形带的预警方法，所述预警方法包括：响应于变桨操作的执行，计算理论变桨时间与实际变桨时间；基于理论变桨时间与实际变桨时间之间的差，输出齿形带告警信息。

可选地，计算实际变桨时间的步骤包括：响应于检测到第一接近开关的信号跳变，启动计时；响应于第二接近开关的信号跳变，停止计时，并计算实际变桨时间。

可选地，计算理论变桨时间的步骤包括：获取启动计时的时刻的给定变桨速度和实际变桨速度；响应于给定变桨速度和实际变桨速度之间的差小于第一预定阈值，基于给定变桨速度或实际变桨速度计算理论变桨时间。

可选地，基于给定变桨速度或实际变桨速度计算理论变桨时间的步骤包括：计算脱离第一接近开关的叶片角度与触发第二接近开关的叶片角度之间的角度差；使用所述角度差以及给定变桨速度或实际变桨速度计算理论变桨时间。

可选地，计算理论变桨时间的步骤包括：基于采样间隔以及每个采样时刻的给定变桨速度计算每个采样时刻的累加角度；基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度计算理论变桨时间。

可选地，计算理论变桨时间的步骤还包括：响应于给定变桨速度和实际变桨速度之间的差不小于第一预定阈值，基于采样间隔以及每个采样时刻的给定变桨速度计算每个采样时刻的累加角度；基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度计算理论变桨时间。

可选地，初始角度值为开桨操作或收桨操作启动时的叶片角度。

可选地，基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度计算理论变桨时间的步骤包括：基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度之和达到第一预定角度的采样时刻以及启动计时的时刻计算理论变桨时间；或者基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度之差达到第二预定角度的采样时刻以及启动计时的时刻计算理论变桨时间。

可选地，基于采样间隔以及每个采样时刻的给定变桨速度计算每个采样时刻的累加角度的步骤包括：使用采样间隔的时间长度以及每个采样时刻的给定变桨速度来计算每个采样时刻的累加角度。

可选地，第一接近开关为5度接近开关或87度接近开关中的一个，第二接近开关为5度接近开关或87度接近开关中的另一个。

可选地，输出齿形带告警信息的步骤包括：响应于理论变桨时间与实际变桨时间之间的差大于第二预定阈值，输出齿形带告警信息。

可选地，所述预警方法还包括：响应于第二接近开关的信号跳变，基于各个变桨电机的电流和/或各个叶片触发第二接近开关的时间执行数据校验；响应于数据校验成功，执行计算实际变桨时间的步骤。

可选地，执行数据校验的步骤包括：确定各个变桨电机在启动计时到停止计时期间的电流和之间的差是否小于第三预定阈值，和/或确定各个叶片触发第二接近开关的时间之间的时间差是否小于第四预定阈值；响应于各个变桨电机在启动计时到停止计时期间的电流和之间的差小于第三预定阈值和/或各个叶片触发第二接近开关的时间之间的时间差小于第四预定阈值，确定数据校验成功。

在另一总的方面，提供一种变桨系统的齿形带的预警装置，所述预警装置包括：变桨时间计算模块，被配置为响应于变桨操作的执行，计算理论变桨时间与实际变桨时间；告警模块，被配置为基于理论变桨时间与实际变桨时间之间的差，输出齿形带告警信息。

可选地，变桨时间计算模块被配置为响应于检测到第一接近开关的信号跳变，启动计时，并且响应于第二接近开关的信号跳变，停止计时，并计算实际变桨时间。

可选地，变桨时间计算模块被配置为获取启动计时的时刻的给定变桨速度和实际变桨速度，并且响应于给定变桨速度和实际变桨速度之间的差小于第一预定阈值，基于给定变桨速度或实际变桨速度计算理论变桨时间。

可选地，变桨时间计算模块还被配置为计算脱离第一接近开关的叶片角度与触发第二接近开关的叶片角度之间的角度差，并且使用所述角度差以及给定变桨速度或实际变桨速度计算理论变桨时间。

可选地，变桨时间计算模块被配置为基于采样间隔以及每个采样时刻的给定变桨速度计算每个采样时刻的累加角度，并且基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度计算理论变桨时间。

可选地，变桨时间计算模块还被配置为响应于给定变桨速度和实际变桨速度之间的差不小于第一预定阈值，基于采样间隔以及每个采样时刻的给定变桨速度计算每个采样时刻的累加角度，并且基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度计算理论变桨时间。

可选地，初始角度值为开桨操作或收桨操作启动时的叶片角度。

可选地，变桨时间计算模块还被配置为基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度之和达到第一预定角度的采样时刻以及启动计时的时刻计算理论变桨时间，或者基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度之差达到第二预定角度的采样时刻以及启动计时的时刻计算理论变桨时间。

可选地，变桨时间计算模块还被配置为使用采样间隔的时间长度以及每个采样时刻的给定变桨速度来计算每个采样时刻的累加角度。

可选地，第一接近开关为5度接近开关或87度接近开关中的一个，第二接近开关为5度接近开关或87度接近开关中的另一个。

可选地，告警模块被配置为响应于理论变桨时间与实际变桨时间之间的差大于第二预定阈值，输出齿形带告警信息。

可选地，所述预警装置还包括：数据校验模块，被配置为响应于第二接近开关的信号跳变，基于各个变桨电机的电流和/或各个叶片触发第二接近开关的时间执行数据校验，其中，变桨时间计算模块被配置为响应于数据校验成功，计算实际变桨时间。

可选地，数据校验模块被配置为确定各个变桨电机在启动计时到停止计时期间的电流和之间的差是否小于第三预定阈值，和/或确定各个叶片触发第二接近开关的时间之间的时间差是否小于第四预定阈值，并且响应于各个变桨电机在启动计时到停止计时期间的电流和之间的差小于第三预定阈值和/或各个叶片触发第二接近开关的时间之间的时间差小于第四预定阈值，确定数据校验成功。

在另一总的方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的变桨系统的齿形带的预警方法。

在另一总的方面，提供一种风力发电机组的控制器，所述控制器包括：处理器；和存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的变桨系统的齿形带的预警方法。

根据本公开的实施例的变桨系统的齿形带的预警方法，可以准确地进行齿形带异常预警，从而识别齿形带是否发生松动或老化。此外，通过执行数据校验，可以有效地排除收桨/开桨过程中的卡滞现象，从而保证理论变桨时间与实际变桨时间对比的正确性，防止造成误检测。此外，在所述预警方法和预警装置中，不需要增加任何传感器件，并且可在每次风力发电机组停机时自动执行检测。此外，所述预警方法和预警装置可以进行在线检测，也可以根据风力发电机组停机时生成的故障文件进行批量筛选。

将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。

附图说明

通过下面结合示出实施例的附图进行的描述，本公开的实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出现有的变桨系统的传动结构的示意图；

图2是示出根据本公开的实施例的变桨系统的齿形带的预警方法的流程图；

图3是示出根据本公开的另一实施例的变桨系统的齿形带的预警方法的流程图；

图4是示出根据本公开的另一实施例的变桨系统的齿形带的预警方法的流程图；

图5是示出根据本公开的另一实施例的变桨系统的齿形带的预警方法的流程图；

图6是示出根据本公开的实施例的变桨系统的齿形带的预警装置的框图；

图7是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的控制器的框图。

具体实施方式

提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。

在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本申请的公开之后将是清楚的。

如在此使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的任何一个以及任何两个或更多个的任何组合。

尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不应被这些术语所限制。相反，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分进行区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。

在说明书中，当元件(诸如，层、区域或基底)被描述为“在”另一元件上、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”另一元件上、直接“连接到”或“结合到”另一元件，或者可存在介于其间的一个或多个其他元件。相反，当元件被描述为“直接在”另一元件上、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于其间的其他元件。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本公开所属领域的普通技术人员在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本公开中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。

此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本公开的模糊解释时，将省略这样的详细描述。

图1是示出现有的变桨系统的传动结构的示意图。

参照图1，变桨系统的传动结构包括减速机101、传动轮102、张紧轮103、张紧轮104、轮毂105、齿形带106、叶片安装装置107(具体指变桨轴承及与变桨轴承相连接的部件)、齿形带固定块108、齿形带固定块109、张紧轮固定装置110、87度接近开关111、挡块112、5度接近开关113、轴承内圈114、91度限位开关115。

减速机101与变桨电机(未示出)啮合；传动轮102与减速机101的输出轴机械连接；减速机101、张紧轮固定装置110均固定安装于轮毂105上；张紧轮固定装置110用于安装张紧轮103、张紧轮104；张紧轮103、张紧轮104用于对齿形带106进行拉紧，以保证传动的可靠性；87度接近开关111、5度接近开关113、91度限位开关115均安装于轮毂105上，且87度接近开关111安装于叶片的87度位置，5度接近开关113安装于叶片的5度位置，91度接近开关115安装于叶片的91度位置；挡块112安装于叶片安装装置107上且随叶片安装装置107转动。

叶片安装装置107为圆环形的机械机构，用于安装叶片；齿形带106沿叶片安装装置107的侧面延伸，并与叶片安装装置107的侧面贴紧，用于为传动提供动力；齿形带固定块108、齿形带固定块109、张紧轮固定装置110用于将齿形带106固定于叶片安装装置107上。

当变桨系统进行变桨，或叶片失去齿形带的束缚后，由于挡块112随着叶片转动，因此在叶片实际位置转动到87度接近开关111的位置或91度限位开关115的位置时，87度接近开关111或91度限位开关会被触发，使得变桨控制器控制变桨驱动器停止运行。

这里，齿形带106为同步齿形带(简称同步带，也称正时带)，它与常见的V带、平带等带传动方式相似，是一种挠性传动形式。同步齿形带是以钢丝绳或玻璃纤维绳为强力层，外面复以聚氨酯或氯丁橡胶，带的内周制成齿形，使其与齿形带轮啮合。由于强力层承载后变形小，能保持齿形带的周节不变，故带与带轮间没有相对滑动，从而保证了同步传动，传动比恒定。

然而，同步齿形带有一定的使用寿命。如果同步齿形带使用时间过长，其橡胶会出现老化进而减低寿命，并发生形变。除此之外，同步齿形带产生打滑或者张力太大的情况，也会让同步齿形带发生磨损。同步齿形带发生形变或磨损，在图1所示的传动结构中，就会变为“非同步齿形带”，也就是电机实际的转动角度除以减速比，不再等于叶片实际的转动角度，挡块112触发5度接近开关113与87度接近开关111之间的时间间隔就会变长。

因此，本公开提供自动准确的变桨系统的齿形带的预警方法和预警装置。

图2是示出根据本公开的实施例的变桨系统的齿形带的预警方法的流程图。

参照图2，在步骤S201中，响应于变桨操作的执行，计算理论变桨时间与实际变桨时间。根据本公开的实施例变桨系统的齿形带的预警方法可由风力发电机组的控制器(例如但不限于变桨系统的变桨控制器、风力发电机组的主控制器等)在变桨操作(包括收桨操作和开桨操作)期间执行。

具体地讲，在步骤S201中，可通过如下方式来计算实际变桨时间。首先，响应于检测到第一接近开关的信号跳变，启动计时。其后，响应于第二接近开关的信号跳变，停止计时，并计算实际变桨时间。这里，第一接近开关为5度接近开关或87度接近开关中的一个，第二接近开关为5度接近开关或87度接近开关中的另一个。然而，本公开不限于此，第一接近开关和第二接近开关也可以是设置在其他角度处的接近开关。可选地，当第一接近开关为5度接近开关而第二接近开关为87度接近开关时，表示变桨系统执行的变桨操作为收桨操作。当第一接近开关为87度接近开关而第二接近开关为5度接近开关时，表示变桨系统执行的变桨操作为开桨操作。第一接近开关的信号跳变可表示第一接近开关的信号由高电平变为低电平，第二接近开关的信号跳变可表示第二接近开关的信号由低电平变为高电平。然而，本公开不限于此。启动计时可表示启动计时器(例如，变桨控制器或者主控制器的计时器)。检测第一接近开关的信号跳变一方面可以确认第一接近开关能够正常触发，一方面可以利用第一接近开关与第二接近开关的位置关系的恒定性，统计收桨/开桨时间。此外，通过启动计时以及停止计时，可以计算实际变桨时间。即，可将从启动计时到停止计时为止的计时时间计算为实际变桨时间。

此外，在步骤S201中，可通过如下方式来计算理论变桨时间。首先，获取启动计时的时刻的给定变桨速度和实际变桨速度。然后，响应于给定变桨速度和实际变桨速度之间的差小于第一预定阈值，基于给定变桨速度或实际变桨速度计算理论变桨时间。这里，给定变桨速度可以从风力发电机组的主控制器发出的变桨速度指示和/或变桨控制器发出的速度命令中获取。实际变桨速度可通过使用变桨系统中的编码器输出的信号来计算。然而，本公开不限于此，可以通过各种方式获取启动计时的时刻的给定变桨速度和实际变桨速度。通过获取给定变桨速度和实际变桨速度，可以确认变桨操作已经启动，以便进行准确的变桨时间计算。根据本公开的实施例，所述第一预定阈值可以由本领域技术人员根据实际情况设置，只需保证给定变桨速度与实际变桨速度足够接近即可。

当给定变桨速度与实际变桨速度足够接近时，可以直接采用“距离/速度”的时间检测方法来计算理论变桨时间。更具体地讲，在直接采用“距离/速度”的时间检测方法来计算理论变桨时间的情况下，可计算脱离第一接近开关的叶片角度与触发第二接近开关的叶片角度之间的角度差，并使用所述角度差以及给定变桨速度或实际变桨速度计算理论变桨时间。例如，假设第一接近开关为5度接近开关，第二接近开关为87度接近开关，脱离5度接近开关的叶片角度为6度，触发87度接近开关的叶片角度为86度，实际变桨速度为4度/秒，则理论变桨时间为(86-6)/4＝20秒。

可选择地，还可通过如下方式来计算理论变桨时间。首先，基于采样间隔以及每个采样时刻的给定变桨速度计算每个采样时刻的累加角度。然后，基于(叶片的)初始角度值与各个采样时刻的累加角度计算理论变桨时间。更具体地讲，可以预先确定给定变桨速度和实际变桨速度之间的差是否小于第一预定阈值。当给定变桨速度和实际变桨速度之间的差不小于第一预定阈值时，可基于采样间隔以及每个采样时刻的给定变桨速度计算每个采样时刻的累加角度，并且基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度计算理论变桨时间。这里，初始角度值可以是变桨操作启动时的叶片角度。进一步讲，初始角度值可以是开桨操作或收桨操作启动时的叶片角度。

在基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度计算理论变桨时间的步骤中，可以基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度之和达到第一预定角度(例如但不限于86度)的采样时刻与启动计时的时刻计算理论变桨时间，或者可以基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度之差达到第二预定角度(例如但不限于6度)的采样时刻与启动计时的时刻计算理论变桨时间。如上所述，可以使用采样间隔的时间长度以及每个采样时刻的给定变桨速度来计算每个采样时刻的累加角度。例如，当某个采样时刻给定变桨速度为5度/秒时，如果采样间隔的时间长度为20毫秒，则该采样时刻的累加角度为5度/秒×0.02秒＝0.1度。当某个采样时刻给定变桨速度为0.84度/秒时，如果采样间隔的时间长度为20毫秒，则该采样时刻的累加角度为0.84度/秒×0.02秒＝0.0168度。这里，可以将启动计时的时刻与初始角度值与各个采样时刻的累加角度之和达到第一预定角度的采样时刻之间的时间长度计算为理论变桨时间，或者将启动计时的时刻与初始角度值与各个采样时刻的累加角度之差达到第二预定角度的采样时刻之间的时间长度计算为理论变桨时间。

接下来，在步骤S202中，可基于理论变桨时间与实际变桨时间之间的差，输出齿形带告警信息。具体地讲，当理论变桨时间与实际变桨时间之间的差大于第二预定阈值，确定齿形带发生老化，因此可输出齿形带告警信息。这里，第二预定阈值可以是但不限于1秒。根据本公开的实施例，所述第二预定阈值可以由本领域技术人员根据实际情况设置。

根据本公开的实施例，在执行步骤S202之前，还可以执行数据校验。具体地讲，当第二接近开关的信号跳变时，可基于各个变桨电机的电流和/或各个叶片触发第二接近开关的时间执行数据校验。当数据校验成功时，执行步骤S202。更具体地讲，在执行数据校验时，可以确定各个变桨电机在启动计时到停止计时期间的电流和之间的差是否小于第三预定阈值。另外，还可确定各个叶片触发第二接近开关的时间之间的时间差是否小于第四预定阈值(例如，但不限于2秒)。这里，所述第三预定阈值和第四预定阈值均可由本领域技术人员根据实际情况设置。针对任一变桨电机，可通过设置在该变桨电机上的电流传感器在启动计时到停止计时期间的各个采样时刻检测该变桨电机的电流，然后将各个采样时刻检测的该变桨电机的电流求和，作为该变桨电机在启动计时到停止计时期间的电流和。然而，本公开不限于此，可通过各种方式来检测变桨电机的电流。当各个变桨电机在启动计时到停止计时期间的电流和之间的差小于第三预定阈值和/或各个叶片触发第二接近开关的时间之间的时间差小于第四预定阈值时，确定数据校验成功。另一方面，如果数据校验失败，则将退出所述预警方法。根据本公开的实施例，通过执行数据校验，可以排除变桨操作中的异常情况(例如，叶片卡滞等)，从而确保所述预警方法的准确性。

图3是示出根据本公开的另一实施例的变桨系统的齿形带的预警方法的流程图。

参照图3，示出在收桨操作下基于累加角度执行的变桨系统的齿形带的预警方法。在步骤S301中，在收桨状态下检测并采集5度接近开关的信号。在步骤S302中，确定5度接近开关的信号是否由高电平变为低电平。如果5度接近开关的信号没有发生跳变，则返回步骤S301，继续检测并采集5度接近开关的信号。然而，本公开不限于此。如果5度接近开关的信号没有发生跳变，也可直接退出所述预警方法。例如，由于5度接近开关发生故障导致长时间无法检测到5度接近开关的信号发生跳变，则可直接突出所述预警方法。如果5度接近开关的信号发生跳变，则在步骤S303中，启动计时，并记录当前采样时刻的累加角度。如上所述，可以使用每个采样时刻的给定变桨速度和采样间隔的时间长度来计算每个采样时刻的累加角度。然后，在步骤S304中，确定初始角度(即，收桨操作启动时的角度)与各个采样时刻的累加角度之和是否达到86度。如果未达到86度，则返回步骤S303继续记录下一采样时刻的累加角度。如果达到86度，则在步骤S305中，基于启动计时的时刻至初始角度与累加角度之和达到86度的时刻来计算理论变桨时间。接下来，在步骤S306中，连续地确定87度接近开关的信号是否由低电平变为高电平。如果87度接近开关的信号发生跳变，则在步骤S307中，停止计时，并计算实际变桨时间(即，启动计时的时刻与停止计时的时刻之间的时间长度)。同时，在步骤S307中，还可以基于各个变桨电机的电流和/或各个叶片触发87度接近开关的时间执行数据校验。在步骤S308中，可确定理论变桨时间与实际变桨时间之间的差是否大于预定阈值(例如，1秒)。如果理论变桨时间与实际变桨时间之间的差大于预定阈值，则在步骤S309中，输出齿形带告警信息，否则，退出所述预警方法。

图4是示出根据本公开的另一实施例的变桨系统的齿形带的预警方法的流程图。

参照图4，示出在开桨操作下基于累加角度执行的变桨系统的齿形带的预警方法。在步骤S401中，在开桨状态下检测并采集87度接近开关的信号。在步骤S402中，确定87度接近开关的信号是否由高电平变为低电平。如果87度接近开关的信号没有发生跳变，则返回步骤S401，继续检测并采集87度接近开关的信号。如果87度接近开关的信号发生跳变，则在步骤S403中，启动计时，并记录当前采样时刻的累加角度。如上所述，可以使用每个采样时刻的给定变桨速度和采样间隔的时间长度来计算每个采样时刻的累加角度。然后，在步骤S404中，确定初始角度(即，开桨操作启动时的角度)与各个采样时刻的累加角度之差是否达到6度。如果未达到6度，则返回步骤S403继续记录下一采样时刻的累加角度。如果达到6度，则在步骤S405中，基于启动计时的时刻至初始角度与累加角度之差达到6度的时刻来计算理论变桨时间。接下来，在步骤S406中，连续地确定5度接近开关的信号是否由低电平变为高电平。如果5度接近开关的信号发生跳变，则在步骤S407中，停止计时，并计算实际变桨时间(即，启动计时的时刻与停止计时的时刻之间的时间长度)。同时，在步骤S407中，还可以基于各个变桨电机的电流和/或各个叶片触发5度接近开关的时间执行数据校验。在步骤S408中，可确定理论变桨时间与实际变桨时间之间的差是否大于预定阈值(例如，1秒)。如果理论变桨时间与实际变桨时间之间的差大于预定阈值，则在步骤S409中，输出齿形带告警信息，否则，退出所述预警方法。

图5是示出根据本公开的另一实施例的变桨系统的齿形带的预警方法的流程图。

参照图5，示出在收桨操作下基于给定变桨速度与实际变桨速度执行的变桨系统的齿形带的预警方法。在步骤S501中，在收桨状态下检测并采集5度接近开关的信号。在步骤S502中，确定5度接近开关的信号是否由高电平变为低电平。如果5度接近开关的信号没有发生跳变，则返回步骤S501，继续检测并采集5度接近开关的信号。如果5度接近开关的信号发生跳变，则在步骤S503中，启动计时，并检测给定变桨速度和实际变桨速度。如上所述，给定变桨速度可以从风力发电机组的主控制器发出的变桨速度指示和/或变桨控制器发出的速度命令中获取。实际变桨速度可通过使用变桨系统中的编码器输出的信号来计算。在步骤S504中，确定给定变桨速度和实际变桨速度之间的差是否小于第一预定阈值，即，确定给定变桨速度与实际变桨速度是否彼此接近。如果给定变桨速度和实际变桨速度之间的差不小于第一预定阈值，则退出方法。可选择地，在这种情况下，可以使用参照图3描述的预警方法，即，基于累加角度执行的变桨系统的齿形带的预警方法。如果给定变桨速度和实际变桨速度之间的差小于第一预定阈值，则在步骤S505中，直接采用“距离/速度”的时间检测方法来计算理论变桨时间。接下来，在步骤S506中，连续地确定87度接近开关的信号是否由低电平变为高电平。如果87度接近开关的信号发生跳变，则在步骤S507中，停止计时，并计算实际变桨时间(即，启动计时的时刻与停止计时的时刻之间的时间长度)。同时，在步骤S507中，还可以基于各个变桨电机的电流和/或各个叶片触发87度接近开关的时间执行数据校验。在步骤S508中，可确定理论变桨时间与实际变桨时间之间的差是否大于预定阈值(例如，1秒)。如果理论变桨时间与实际变桨时间之间的差大于预定阈值，则在步骤S509中，输出齿形带告警信息，否则，退出所述预警方法。

图6是示出根据本公开的实施例的变桨系统的齿形带的预警装置的框图。

参照图6，根据本公开的实施例的变桨系统的齿形带的预警装置600包括变桨时间计算模块610和告警模块620。变桨时间计算模块610可响应于变桨操作的执行，计算理论变桨时间与实际变桨时间。告警模块620可基于理论变桨时间与实际变桨时间之间的差，输出齿形带告警信息。

变桨时间计算模块610可响应于检测到第一接近开关的信号跳变，启动计时，并且可响应于第二接近开关的信号跳变，停止计时，并计算实际变桨时间。如上所述，第一接近开关为5度接近开关或87度接近开关中的一个，第二接近开关为5度接近开关或87度接近开关中的另一个。当第一接近开关为5度接近开关而第二接近开关为87度接近开关时，表示变桨系统执行的变桨操作为收桨操作。当第一接近开关为87度接近开关而第二接近开关为5度接近开关时，表示变桨系统执行的变桨操作为开桨操作。

为了计算理论变桨时间，变桨时间计算模块610可获取启动计时的时刻的给定变桨速度和实际变桨速度，并且可响应于给定变桨速度和实际变桨速度之间的差小于第一预定阈值，基于给定变桨速度或实际变桨速度计算理论变桨时间。如上所述，当给定变桨速度与实际变桨速度足够接近时，可以直接采用“距离/速度”的时间检测方法来计算理论变桨时间。在这种情况下，变桨时间计算模块610可计算脱离第一接近开关的叶片角度与触发第二接近开关的叶片角度之间的角度差，并使用所述角度差以及给定变桨速度或实际变桨速度计算理论变桨时间。此外，变桨时间计算模块610可基于采样间隔以及每个采样时刻的给定变桨速度计算每个采样时刻的累加角度，并且可基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度计算理论变桨时间。进一步讲，变桨时间计算模块610可响应于给定变桨速度和实际变桨速度之间的差不小于第一预定阈值，基于采样间隔以及每个采样时刻的给定变桨速度计算每个采样时刻的累加角度，并且可基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度计算理论变桨时间。这里，初始角度值可以是变桨操作启动时的叶片角度。

变桨时间计算模块610可基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度之和达到第一预定角度的采样时刻与启动计时的时刻计算理论变桨时间，或者可以基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度之差达到第二预定角度的采样时刻与启动计时的时刻计算理论变桨时间。如上所述，可以使用采样间隔的时间长度以及每个采样时刻的给定变桨速度来计算每个采样时刻的累加角度。

告警模块620可响应于理论变桨时间与实际变桨时间之间的差大于第二预定阈值，输出齿形带告警信息。

根据本公开的实施例，预警装置600还可包括数据校验模块(未示出)。数据校验模块可当第二接近开关的信号跳变时，可基于各个变桨电机的电流和/或各个叶片触发第二接近开关的时间执行数据校验。具体地讲，数据校验模块可确定各个变桨电机在启动计时到停止计时期间的电流和之间的差是否小于第三预定阈值，和/或确定各个叶片触发第二接近开关的时间之间的时间差是否小于第四预定阈值。数据校验模块可响应于各个变桨电机在启动计时到停止计时期间的电流和之间的差小于第三预定阈值和/或各个叶片触发第二接近开关的时间之间的时间差小于第四预定阈值，确定数据校验成功。当数据校验模块确定数据校验成功时，告警模块620可响应于理论变桨时间与实际变桨时间之间的差大于第二预定阈值，输出齿形带告警信息。

图7是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的控制器的框图。

参照图7，根据本公开的实施例的风力发电机组的控制器700可以是但不限于变桨控制器、风力发电机组的主控制器等。根据本公开的实施例的风力发电机组的控制器700可包括处理器710和存储器720。处理器710可包括(但不限于)中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、微处理器、专用集成电路(ASIC)等。存储器720存储将由处理器710执行的计算机程序。存储器720包括高速随机存取存储器和/或非易失性计算机可读存储介质。当处理器710执行存储器720中存储的计算机程序时，可实现如上所述的变桨系统的齿形带的预警方法。

可选择地，控制器700可以以有线/无线通信方式与风力发电机组中的其他组件进行通信，还可以以有线/无线通信方式与风电场中的其他装置进行通信。此外，控制器700可以以有线/无线通信方式与风电场外部的装置进行通信。此外，控制器700可具有计时器和编码器功能。

根据本公开的实施例的变桨系统的齿形带的预警方法可被编写为计算机程序并被存储在计算机可读存储介质上。当所述计算机程序被处理器执行时，可实现如上所述的录屏方法。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪存、非易失性存储器、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、蓝光或光盘存储器、硬盘驱动器(HDD)、固态硬盘(SSD)、卡式存储器(诸如，多媒体卡、安全数字(SD)卡或极速数字(XD)卡)、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其他装置，所述任何其他装置被配置为以非暂时性方式存储计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将所述计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机能执行所述计算机程序。在一个示例中，计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统上，使得计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构通过一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。

从根据本公开的实施例的变桨系统的齿形带的预警方法的运行验证数据中可以看出，在齿形带正常运行的情况下，在收桨操作中的理论变桨时间(从5度接近开关的信号跳变的时刻到初始角度与累加角度之和达到86度的时刻之间的时间长度)与实际变桨时间(即，从5度接近开关的信号跳变的时刻到87度接近开关的信号跳变的时刻之间的时间长度)之间的差值仅有200毫秒(10个采样周期)。随着齿形带老化，在收桨操作中的理论变桨时间与实际变桨时间之间的差值达到900毫秒(45个采样周期)，并且随着齿形带继续老化，所述差值继续增大。由此可见，根据本公开的实施例的变桨系统的齿形带的预警方法可实现有效的齿形带异常预警。

根据本公开的实施例的变桨系统的齿形带的预警方法和预警装置，可以准确地进行齿形带异常预警，从而识别齿形带是否发生松动或老化。此外，通过执行数据校验，可以有效地排除收桨/开桨过程中的卡滞现象(包括但不限于松闸异常、机械卡桨、收桨速度过慢等情况)，从而保证理论变桨时间与实际变桨时间对比的正确性，防止造成误检测。此外，在所述预警方法和预警装置中，不需要增加任何传感器件，并且可在每次风力发电机组停机时自动执行检测。此外，所述预警方法和预警装置可以进行在线检测，也可以根据风力发电机组停机时生成的故障文件进行批量筛选。

虽然已表示和描述了本公开的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (14)

1.一种变桨系统的齿形带的预警方法，其特征在于，所述预警方法包括：

响应于变桨操作的执行，计算理论变桨时间与实际变桨时间；

基于理论变桨时间与实际变桨时间之间的差，输出齿形带告警信息，

其中，计算理论变桨时间的步骤包括：获取启动计时的时刻的给定变桨速度和实际变桨速度；计算脱离第一接近开关的叶片角度与触发第二接近开关的叶片角度之间的角度差；使用所述角度差以及给定变桨速度或实际变桨速度计算理论变桨时间；或者，

计算理论变桨时间的步骤包括：基于采样间隔以及每个采样时刻的给定变桨速度计算每个采样时刻的累加角度；基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度计算理论变桨时间。

2.如权利要求1所述的预警方法，其特征在于，计算实际变桨时间的步骤包括：

响应于检测到第一接近开关的信号跳变，启动计时；

响应于第二接近开关的信号跳变，停止计时，并计算实际变桨时间。

3.如权利要求1所述的预警方法，其特征在于，

响应于给定变桨速度和实际变桨速度之间的差小于第一预定阈值，

计算脱离第一接近开关的叶片角度与触发第二接近开关的叶片角度之间的角度差。

4.如权利要求1所述的预警方法，其特征在于，响应于给定变桨速度和实际变桨速度之间的差不小于第一预定阈值，基于采样间隔以及每个采样时刻的给定变桨速度计算每个采样时刻的累加角度。

5.如权利要求4所述的预警方法，其特征在于，初始角度值为开桨操作或收桨操作启动时的叶片角度。

6.如权利要求5所述的预警方法，其特征在于，基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度计算理论变桨时间的步骤包括：

基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度之和达到第一预定角度的采样时刻以及启动计时的时刻计算理论变桨时间；或者

基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度之差达到第二预定角度的采样时刻以及启动计时的时刻计算理论变桨时间。

7.如权利要求1所述的预警方法，其特征在于，基于采样间隔以及每个采样时刻的给定变桨速度计算每个采样时刻的累加角度的步骤包括：使用采样间隔的时间长度以及每个采样时刻的给定变桨速度来计算每个采样时刻的累加角度。

8.如权利要求1所述的预警方法，其特征在于，第一接近开关为5度接近开关或87度接近开关中的一个，第二接近开关为5度接近开关或87度接近开关中的另一个。

9.如权利要求1所述的预警方法，其特征在于，输出齿形带告警信息的步骤包括：响应于理论变桨时间与实际变桨时间之间的差大于第二预定阈值，输出齿形带告警信息。

10.如权利要求1所述的预警方法，其特征在于，所述预警方法还包括：

响应于第二接近开关的信号跳变，基于各个变桨电机的电流和/或各个叶片触发第二接近开关的时间执行数据校验；

响应于数据校验成功，执行计算实际变桨时间的步骤。

11.如权利要求10所述的预警方法，其特征在于，执行数据校验的步骤包括：

确定各个变桨电机在启动计时到停止计时期间的电流和之间的差是否小于第三预定阈值，和/或确定各个叶片触发第二接近开关的时间之间的时间差是否小于第四预定阈值；

响应于各个变桨电机在启动计时到停止计时期间的电流和之间的差小于第三预定阈值和/或各个叶片触发第二接近开关的时间之间的时间差小于第四预定阈值，确定数据校验成功。

12.一种变桨系统的齿形带的预警装置，其特征在于，所述预警装置包括：

变桨时间计算模块，被配置为响应于变桨操作的执行，计算理论变桨时间与实际变桨时间；

告警模块，被配置为基于理论变桨时间与实际变桨时间之间的差，输出齿形带告警信息，

其中，变桨时间计算模块被进一步配置为：获取启动计时的时刻的给定变桨速度和实际变桨速度；计算脱离第一接近开关的叶片角度与触发第二接近开关的叶片角度之间的角度差；使用所述角度差以及给定变桨速度或实际变桨速度计算理论变桨时间；或者，

变桨时间计算模块被进一步配置为：基于采样间隔以及每个采样时刻的给定变桨速度计算每个采样时刻的累加角度；基于初始角度值与各个采样时刻的累加角度计算理论变桨时间。

13.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至11中任意一项所述的变桨系统的齿形带的预警方法。

14.一种风力发电机组的控制器，其特征在于，所述控制器包括：

处理器；和

存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至11中任意一项所述的变桨系统的齿形带的预警方法。

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