风力发电机风轮方位角的测量系统技术方案

本发明专利技术公开一种风力发电机风轮方位角的测量系统，包括转速测量装置、零位检测装置和控制器；转速测量装置用于检测驱动轴的转速；零位检测装置在驱动轴的标定点旋转至预定位置时输出第一开关量信号；控制器控制转速测量装置按照预设时间间隔检测驱动轴的转速，根据驱动轴的转速计算驱动轴在预设时间间隔内旋转的角度值，对每次计算得到的驱动轴在所述预设时间间隔内旋转的角度值逐个进行累加得到累加值，将累加值作为风轮的方位角，并且控制器在接收到零位检测装置输出的第一开关量信号时将累加值清零。本发明专利技术公开的测量系统无需使用大直径的金属转盘即可完成风轮方位角的测量，并且具有较好的实时性、精度和连续性，能够消除累计误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风力发电
，尤其涉及风力发电机风轮方位角的测量系统。
技术介绍
风力发电机的风轮大多采用三桨叶式风轮，三个桨叶通过可转动的推力轴承或专门为变桨距机构设计的回转支撑装置联结于轮毂上。在三桨叶式风轮运行过程中，可根据风速的变化通过驱动变桨距机构调整风对桨叶的桨距角。目前，针对风力发电机的变桨距机构的控制方法主要有两种：统一变桨距控制和独立变桨距控制。其中，采用独立变桨距控制，可以充分利用风能在各个桨叶上分布的不同，分别对各桨叶的桨距角进行有效的调节。独立变桨距控制的实现方式主要是基于方位角权系数分配，即：额定风速以下使用统一变桨；在额定风速以上时，分别计算出三个桨叶的方位角，根据方位角，由权系数重新分配每个桨叶的桨距角变化量Δβ，从而实现独立变桨控制。其中，桨叶的方位角的定义为：某一桨叶叶尖朝上时，该桨叶的方位角为0°；当该桨叶转动一周后再次转到叶尖朝向的位置时，桨叶的方位角为360°。也就是说，桨叶的方位角为随着桨叶旋转在0°～360°之间连续、周期性变化的角度值。三个桨叶的方位角由风轮的方位角计算得到。例如，见图1中所示，桨叶1301的方向为叶尖朝向，桨叶1301的方位角为0°，由于风力发电机的三个桨叶互成120°，所以此时桨叶1302的方位角为120°，桨叶1303的方位角为240°，假定此时风轮的方位角为0°。在图2中，当叶轮沿顺时针方向转过90°时，风轮的方位角为90°，桨叶1301的方位角为90°，桨叶1302的方位角为90°+120°＝210°，桨叶1303的方位角为90°+240°＝330°；在图3中，当叶轮沿顺时针方向转过120°时，风轮的方位角为120°，桨叶1301的方位角为120°，桨叶1302的方位角为120°+120°＝240°，桨叶1303的方位角为120°+240°＝360°，同时360°与0°重合，即桨叶1303的方位角到达360°后，重新从0°开始计算。在对风力发电机的变桨距机构进行独立变桨控制的过程中，需要测量风力发电机组中风轮的方位角，进而计算出三个桨叶的方位角。目前，对风力发电机组的风轮方位角的测量通常采用以下方式：在风力发电机组的低速轴上安装金属转盘(为金属圆盘)，在金属转盘边缘处的圆周上，等间隔开孔，使用光电开关进行位置检测。当金属转盘上的孔转到光电开关的位置时，光电开关的信号状态为第一状态，当金属转盘上的孔转过光电开关时，光电开关的信号状态为第二状态，根据光电开关的状态变化进行计数，由此来计算风轮的方位角。但是，上述针对风力发电机组的风轮方位角的测量方式，存在以下缺陷：第一，测量精度较低，假设金属转盘上开孔数为24个，那么最高测量精度为360°/24＝15°，即每次角度值变化为15°，例如风轮连续三次的方位角依次为0°、15°、30°；第二，需要在金属转盘开设预设数量的孔，为了保证光电开关可以正常响应触发，金属转盘的直径需设计的较大，这导致金属转盘的质量较大，而在低速轴上安装质量较大的金属转盘，一方面需要改变低速轴的结构，这导致低速轴的结构较为复杂，另一方面增加了低速轴的载荷，不利于低速轴的稳定运行。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供风力发电机风轮方位角的测量系统，可以提高风轮方位角的测量精度，并且不需要在风力发电机的低速轴设置大直径的金属转盘。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种风力发电机风轮方位角的测量系统，所述风力发电机包括风轮、发电机和驱动轴，所述测量系统包括转速测量装置、零位检测装置和控制器；所述转速测量装置用于检测所述驱动轴的转速；所述零位检测装置在所述驱动轴的标定点旋转至预定位置时，输出第一开关量信号；所述控制器分别与所述转速测量装置和所述零位检测装置连接，所述控制器控制所述转速测量装置按照预设时间间隔检测所述驱动轴的转速，根据所述驱动轴的转速计算所述驱动轴在所述预设时间间隔内旋转的角度值，对每次计算得到的所述驱动轴在所述预设时间间隔内旋转的角度值逐个进行累加得到累加值，所述控制器在接收到所述零位检测装置输出的第一开关量信号时，将所述累加值清零，所述控制器将所述累加值作为所述风轮的方位角。优选的，上述测量系统中，所述控制器还用于：在所述累加值超过360°时，确定所述零位检测装置发生故障，将所述累加值对360°取余，将得到的余数作为所述风轮的方位角。优选的，上述测量系统中，所述驱动轴的外周套设有驱动轴转盘，所述驱动轴转盘设置有检测孔，所述检测孔为所述驱动轴的标定点；所述零位检测装置为设置于所述预定位置的光电开关或接近开关，在所述驱动轴旋转过程中，所述驱动轴转盘的检测孔旋转至与所述光电开关或所述接近开关相对的位置。优选的，上述测量系统中，所述驱动轴的外周套设有驱动轴转盘，所述驱动轴转盘的第一侧面设置有挡块，所述挡块为所述驱动轴的标定点；所述零位检测装置为设置于与所述驱动轴转盘的第一侧面相对的预定位置的接近开关，在所述驱动轴旋转过程中，所述驱动轴转盘的挡块旋转至与所述接近开关相对的位置。优选的，上述测量系统中，所述驱动轴的外周设置有挡块，所述挡块为所述驱动轴的标定点；所述零位检测装置为设置于所述预定位置的接近开关，在所述驱动轴旋转过程中，所述挡块旋转至与所述接近开关相对的位置。优选的，上述测量系统中，所述转速测量装置为霍尔转速传感器、磁电转速传感器或者滑环编码器。优选的，上述测量系统中，所述驱动轴为直驱型风力发电机的主轴，或者所述驱动轴为双馈型风力发电机的低速轴。优选的，上述测量系统中，直驱型风力发电机的主轴内部设置有滑环，所述滑环用于连接风轮轮毂内的线缆和机舱内的线缆，所述转速测量装置为设置于所述滑环内部的滑环编码器，并且所述滑环编码器位于所述滑环的旋转轴线上。第二方面，本专利技术提供一种风力发电机风轮方位角的测量系统，所述风力发电机包括风轮、发电机、低速轴、齿轮箱和高速轴，所述低速轴与所述风轮连接，所述高速轴与所述发电机连接，所述齿轮箱用于连接所述低速轴和所述高速轴，所述测量系统包括转速测量装置、零位检测装置和控制器；所述转速测量装置用于检测所述高速轴的转速；所述零位检测装置在所述低速轴的标定点旋转至预定位置时，输出第一开关量信号；所述控制器分别与所述转速测量装置和所述零位检测装置连接，所述控制器控制所述转速测量装置按照预设时间间隔检测所述高速轴的转速，根据所述高速轴的转速以及所述齿轮箱的传动比计算所述低速轴在所述预设时间间隔内旋转的角度值，对每次计算得到的所述低速轴在所述预设时间间隔内旋转的角度值逐个进行累加得到累加值，所述控制器在接收到所述零位检测装置输出的第一开关量信号时，将所述累加值清零，所述控制器将所述累加值作为所述风轮的方位角。优选的，上述测量系统中，所述控制器还用于：在所述累加值超过360°时，确定所述零位检测装置发生故障，将所述累加值对360°取余，将得到的余数作为所述风轮的方位角。优选的，上述测量系统中，所述低速轴的外周套设有低速轴转盘，所述低速轴转盘设置有检测孔，所述检测孔为所述低速轴的标定点；所述零位检测装置为设置于所述预定位置的光电开关或接近开关，在所述低速轴旋转过程中，所述低速轴转盘的检测孔旋转至与所述光电开关或所述接近开关相对的位置。优选的，上述测量系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机风轮方位角的测量系统，其特征在于，所述风力发电机包括风轮、发电机和驱动轴，所述测量系统包括转速测量装置、零位检测装置和控制器；所述转速测量装置用于检测所述驱动轴的转速；所述零位检测装置在所述驱动轴的标定点旋转至预定位置时，输出第一开关量信号；所述控制器分别与所述转速测量装置和所述零位检测装置连接，所述控制器控制所述转速测量装置按照预设时间间隔检测所述驱动轴的转速，根据所述驱动轴的转速计算所述驱动轴在所述预设时间间隔内旋转的角度值，对每次计算得到的所述驱动轴在所述预设时间间隔内旋转的角度值逐个进行累加得到累加值，所述控制器在接收到所述零位检测装置输出的第一开关量信号时，将所述累加值清零，所述控制器将所述累加值作为所述风轮的方位角。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机风轮方位角的测量系统，其特征在于，所述风力发电机包括风轮、发电机和驱动轴，所述测量系统包括转速测量装置、零位检测装置和控制器；所述转速测量装置用于检测所述驱动轴的转速；所述零位检测装置在所述驱动轴的标定点旋转至预定位置时，输出第一开关量信号；所述控制器分别与所述转速测量装置和所述零位检测装置连接，所述控制器控制所述转速测量装置按照预设时间间隔检测所述驱动轴的转速，根据所述驱动轴的转速计算所述驱动轴在所述预设时间间隔内旋转的角度值，对每次计算得到的所述驱动轴在所述预设时间间隔内旋转的角度值逐个进行累加得到累加值，所述控制器在接收到所述零位检测装置输出的第一开关量信号时，将所述累加值清零，所述控制器将所述累加值作为所述风轮的方位角。2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述控制器还用于：在所述累加值超过360°时，确定所述零位检测装置发生故障，将所述累加值对360°取余，将得到的余数作为所述风轮的方位角。3.根据权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于，所述驱动轴的外周套设有驱动轴转盘，所述驱动轴转盘设置有检测孔，所述检测孔为所述驱动轴的标定点；所述零位检测装置为设置于所述预定位置的光电开关或接近开关，在所述驱动轴旋转过程中，所述驱动轴转盘的检测孔旋转至与所述光电开关或所述接近开关相对的位置。4.根据权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于，所述驱动轴的外周套设有驱动轴转盘，所述驱动轴转盘的第一侧面设置有挡块，所述挡块为所述驱动轴的标定点；所述零位检测装置为设置于与所述驱动轴转盘的第一侧面相对的预定位置的接近开关，在所述驱动轴旋转过程中，所述驱动轴转盘的挡块旋转至与所述接近开关相对的位置。5.根据权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于，所述驱动轴的外周设置有挡块，所述挡块为所述驱动轴的标定点；所述零位检测装置为设置于所述预定位置的接近开关，在所述驱动轴旋转过程中，所述挡块旋转至与所述接近开关相对的位置。6.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述转速测量装置为霍尔转速传感器、磁电转速传感器或者滑环编码器。7.根据权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于，所述驱动轴为直驱型风力发电机的主轴，或者所述驱动轴为双馈型风力发电机的低速轴。8.根据权利要求7所述的测量系统，其特征在于，直驱型风力发电机的主轴内部设置有滑环，所述滑环用于连接风轮轮毂内的线缆和机舱内的线缆，所述转速测量装置为设置于所述滑环内部的滑环编码器，并且所述滑环编码器位于所述滑环的旋转轴线上。9.一种风力发电机风轮方位角的测量系统，其特征在于，所述风力发电机包括风轮、发电机、低速轴、齿轮箱和高速轴，所述低速轴与所述风轮连接，所述高速轴与所述发电机连接，所述齿轮箱用于连接所述低速轴和所述高速轴，所述测量系统包括转速测量装置、零位检测装置和控制器；所述转速测量装置用于检测所述高速轴的转速；所述零位检测装置在所述低速轴的标定点旋转至预定位置时，输出第一开关量信号；所述控制器分别与所述转速测量装置和所述零位检测装置连接，所述控制器控制所述转速测量装置按照预设时间间隔检测所述高速轴的转速，根据所述高速轴的转速以及所述齿轮箱的传动比计算所述低速轴在所述预设时间间隔内旋转的角度值，对每次计算得到的所述低速轴在所述预设时间间隔内旋转的角度值逐个进行累加得到累加值，所述控制器在接收到所述零位检测装置输出的第一开关量信号时，将所述累加值清零，所述控制器将所述累加值作为所述风轮的方位角。10.根据权利要求9所述的测量系统，其特征在于，所述控制器还用于：在所述累加值超过360°时，确定所述零位检测装置发生故障，将所述累加值对360°取余，将得到的余数作为所述风轮的方位角。11.根据权利要求9或10所述的测量系统，其特征在于，所述低速轴的外周套设有低速轴转盘，所述低速轴转盘设置有检测孔，所述检测孔为所述低速轴的标定点；所述零位检测装置为设置于所述预定位置的光电开关或接近开关，在所述低速轴旋转过程中，所述低速轴转盘的检测孔旋转至与所述光电开关或所述接近开关相对的位置。12.根据权利要求9或10所述的测量系统，其特征在于，所述低速轴的外周套设有低速轴转盘，所述低速轴转盘的第一侧面设置有挡块，所述挡块为所述低速轴的标定点；所述零位检测装置为设置于与所述低速轴转盘的第一侧面相对的预定位置的接近开关，在所述低速轴旋转过程中，所述低速轴转盘的挡块旋转至与所述接近开关相对的位置。13.根据权利要求9或10所述的测量系统，其特征在于，所述低速轴的外周设置有挡块，所述挡块为所述低速轴的标定点；所述零位检测装置为设置于所述预定位置的接近开关，在所述低速轴旋转过程中，所述挡块旋转至与所述接近开关相对的位置。14.一种风力发电机风轮方位角的测量系统，其特征在于，所述风力发电机包括风轮、发电机、低速轴、齿轮箱和高速轴，所述低速轴与所述风轮连接，所述高速轴与所述发电机连接，所述齿轮箱用于连接所述低速轴和所述高速轴，所述测量系统包括转速测量装置、零位检测装置和控制器；所述转速测量装置用于检测所述高速轴的转速；所述零位检测装置在所述高速轴的标定点旋转至预定位置时，输出第一开关量信号；所述控制器分别与所述转速测量装置和所述零位检测装置连接，所述控制器控制所述转速测量装置按照预设时间间隔检测所述高速轴的转速，根据所述高速轴的转速以及所述齿轮箱的传动比计算所述低速轴在所述预设时间间隔内旋转的角度值，对每次计算得到的所述低速轴在所述预设时间间隔内旋转的角度值逐个进行累加得到累加值，所述控制器对所述零位检测装置输出第一开关量信号的次数进行计数，在计数值达到所述齿轮箱的传动比的整数部分时，将所述累加值校验为第一角度，之后在所述累加值达到360°时，将所述累加值和所述计数值清零，所述控制器将所述累加值作为所述风轮的方位角；所述第一角度为360°-Y/N，其中，N为所述齿轮箱的传动比，Y为所述齿轮箱的传动比的小数部分乘以360°。15.根据权利要求14所述的测量系统，其特征在于，所述控制器还用于：在所述累加值超过360°时，确定所述零位检测装置发生故障，将所述累加值对360°取余，将得到的余数作为所述风轮的方位角。16.根据权利要求14或15所述的测量系统，其特征在于，所述高速轴的外周套设有高速轴转盘，所述高速轴转盘设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：马磊，李莉，胡清阳，
申请(专利权)人：北京天诚同创电气有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11