CN110821758B - 一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测装置及方法，所述装置包括变桨电机、三向加速度传感器和变桨驱动器；变桨电机与变桨驱动器连接；三向加速度传感器集成于变桨驱动器内部，用于向变桨驱动器实时反馈三向加速度信号，变桨驱动器内置变桨系统控制程序。本申请通过三向加速度传感器判断对应叶片所处位置，以统一的速比保证所测试电机具备相同的测试基准和测试精度，通过依次输出正向与反向转矩，进行变桨电机制动扭矩的检验。本申请可实现对变桨电机制动扭矩进行在线检测，尽可能地避免叶片自重等相关因素的干扰，较精确地检验变桨电机制动扭矩是否合格，为变桨电机制动器是否需要更换提出预警，为风电机组整机的安全做出保证。
Description
技术领域
本发明属于风电技术领域，涉及风电机组变桨电机制动扭矩检测技术，尤其涉及一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测装置及方法。
背景技术
风力发电技术现今已取得了长足的进步，变桨系统作为风电机组的重要控制与保护装置，其可操作性和维护性逐渐被人们所重视。目前，国内风电机组以2.XMW～3.XMW机型为主，机组额定功率、叶片长度正面临不断提升，相应的，变桨系统扭矩负载能力也在同步提升。
风电机组在停机阶段，需要依靠变桨电机所提供的制动扭矩来克服风力，使风机叶片维持在特定角度，而变桨电机制动扭矩将随着服役时间的加长产生衰减。变桨电机制动扭矩在整个设计寿命中是否满足真实工况的需求，将直接影响整个风电机组的安全。因此，如何在风机服役后，检测和确认变桨电机制动扭矩是否满足设计需求显得尤为重要。
目前，变桨电机制动扭矩检测多使用人工和机械的检测手段，或只在电机出厂测试时进行检验。然而在实际风机服役后，变桨电机已与轮毂减速机组装为一体，同时受到叶片重力以及风力的影响，制动扭矩的检验将十分困难。因此，需要设计一种装置及方法，使风电机组在停机或小风情况下，能够定期检测变桨电机制动扭矩是否符合设计需求，从而保证整个风电机组的安全。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本申请提供一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测装置及方法，对服役阶段的风电机组定期进行变桨电机制动扭矩的在线检测。
为了实现上述目标，本申请的第一件发明采用如下技术方案：
一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测装置，包括变桨电机、三向加速度传感器和变桨驱动器；
所述变桨电机与变桨驱动器连接；
所述变桨电机包括电机本体、电机制动器和旋转变压器，其中旋转变压器用于反馈变桨电机转速并计算得到桨叶角度；
所述三向加速度传感器集成于变桨驱动器内部，用于向变桨驱动器实时反馈XYZ三个方向的加速度信号；
所述变桨驱动器内置变桨系统控制程序，所述变桨驱动器具有位置运行模式和制动器检验模式；
接收到风机主控发送的变桨电机制动扭矩检验使能信号时，变桨驱动器切换至制动器检验模式，执行变桨电机制动扭矩检验逻辑；否则变桨驱动器处于位置运行模式，不执行变桨电机制动扭矩检验逻辑；
所述位置运行模式为：变桨系统接收风机主控指令或根据自身故障和维护需求的工作状态；
所述制动器检验模式为：仅执行电机制动器检验功能，不接收风机主控角度或速度指令，且整个过程中电机制动器处于闭合状态；
所述变桨驱动器处于位置运行模式时，以变桨系统接收风机主控指令或根据自身故障和维护需求的齿轮比进行运行；当切换至制动器检验模式时，以制动器检验模式设定的齿轮比运行。
本申请还公开了另一件发明，即一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测方法，包括基于上述的一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测装置，所述方法包括以下步骤：
步骤1：风机主控发送变桨电机制动扭矩检验使能信号；
步骤2：变桨驱动器接收变桨电机制动扭矩检验使能信号并初始化变桨制动扭矩检测结果及变桨系统报警状态；
步骤3：检验当前桨叶是否在停机位置，若是，则执行步骤4，否则变桨系统报警；
步骤4：判断电机制动器是否在抱闸状态，若是，则执行步骤5，否则变桨系统报警；
步骤5：变桨驱动器根据所接收的三向加速度传感器反馈信息，判断所对应桨叶的位置；当桨叶位置达到设定范围时，变桨驱动器进入制动器检验模式，变桨驱动器分两次，依次输出正向力矩与反向力矩，进行变桨电机制动扭矩的检验；
在整个变桨电机制动扭矩检验过程中，若电机反馈转速大于转速设定上限，或电机测试前后角度偏差大于角度偏差上限，则判定变桨电机制动扭矩不合格，退出制动器检验模式；反之，则判定变桨电机制动扭矩合格，满足设计需求。
优选地，步骤1所述变桨电机制动扭矩检验使能信号为布尔值。
优选地，步骤5所述正向力矩为开桨方向，90度至0度方向；
所述反向力矩为顺桨方向，0度至90度方向。
优选地，步骤5所述变桨电机制动扭矩的检验，具体包括以下步骤：
步骤a：变桨驱动器施加正向力矩，并判断施加正向力矩过程中对应变桨电机速度是否小于转速设定上限，若是，则执行步骤b，否则变桨驱动器停止力矩输出且变桨系统报警；
步骤b：判断施加正向力矩前后对应桨叶角度偏差是否小于角度偏差上限，若是，则执行步骤c，否则变桨驱动器停止力矩输出且变桨系统报警；
步骤c：变桨驱动器施加反向力矩，并判断施加反向力矩过程中对应变桨电机速度是否小于转速设定上限，若是，则执行步骤d，否则变桨驱动器停止力矩输出且变桨系统报警；
步骤d：判断施加反向力矩前后对应桨叶角度偏差是否小于角度偏差上限，若是，则测试合格并将测试合格信号反馈至风机主控，否则变桨驱动器停止力矩输出且变桨系统报警。
优选地，所述测试合格信号为布尔值。
优选地，所述方法在步骤5变桨驱动器进入制动器检验模式后，检测装置不再接收风机主控角度或速度指令，直至测试完成或风机主控侧取消变桨电机制动扭矩检验使能信号。
本申请所达到的有益效果：
通过本申请的装置及方法，风电机组在服役阶段，可定期进行变桨电机制动扭矩的在线检测，尽可能地避免叶片自重等相关因素的干扰，较精确地检验变桨电机制动扭矩是否合格，为电机制动器是否需要更换提出预警，为风电机组整机的安全做出保证
附图说明
图1是本申请的一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测装置结构示意图；
图2是本申请的一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
本申请的一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测装置及方法主要应用于服役期间变桨电机制动扭矩的检验，如图1所示，所述装置包括变桨电机、三向加速度传感器和变桨驱动器；
所述变桨电机包括电机本体、电机制动器和旋转变压器，电机本体、电机制动器和旋转变压器(旋变)分别通过电机动力电缆、电机旋变电缆、电机制动器电缆与变桨驱动器进行连接，所述旋转变压器用于反馈变桨电机转速并计算得到桨叶角度；
所述三向加速度传感器集成于变桨驱动器内部，用于向变桨驱动器实时反馈XYZ三个方向的加速度信号；
所述变桨驱动器内置变桨系统控制程序，所述变桨驱动器具有位置运行模式和制动器检验模式；
接收到风机主控发送的变桨电机制动扭矩检验使能信号时，变桨驱动器切换至制动器检验模式，执行变桨电机制动扭矩检验逻辑；否则变桨驱动器处于位置运行模式，不执行变桨电机制动扭矩检验逻辑；
所述位置运行模式为：变桨系统接收风机主控指令或根据自身故障和维护需求的工作状态；
所述制动器检验模式为：仅执行电机制动器检验功能，不接收风机主控角度或速度指令，且整个过程中电机制动器处于闭合状态。
所述变桨驱动器处于位置运行模式时，以变桨系统接收风机主控指令或根据自身故障和维护需求的齿轮比进行运行；当切换至制动器检验模式时，以制动器检验模式设定的齿轮比运行，以保证电机具备相同测试基准以及提高测试精度。
如图2所示，本申请的一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测方法，包括基于上述的一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测装置，所述方法包括以下步骤：
步骤1：风机主控发送变桨电机制动扭矩检验使能信号；
实施例中，所述变桨电机制动扭矩检验使能信号为布尔值，高电平有效，当信号为TRUE时为执行变桨电机制动扭矩检验，当信号为FALSE时退出变桨电机制动扭矩检验。
步骤2：变桨驱动器接收变桨电机制动扭矩检验使能信号并进行初始化操作，即将变桨制动扭矩检测结果及变桨系统报警状态清零；
步骤3：为确保整个测试过程中风电机组安全，变桨系统首先检验当前桨叶是否在停机位置，若是，则执行步骤4，否则变桨系统报警状态置TRUE；
步骤4：为确保测试有效，变桨系统判断电机制动器是否在抱闸状态，若是，则执行步骤5，否则变桨系统报警状态置TRUE；
步骤5：由于风电机组在服役期间已完成桨叶、变桨减速机与变桨电机的组装，因此，需要尽可能的排除叶片自重对测试结果的影响。变桨驱动器根据所接收的三向加速度传感器反馈信息，判断所对应桨叶的位置；当桨叶位置达到设定范围时，变桨驱动器进入制动器检验模式，变桨驱动器分两次，依次输出正向力矩与反向力矩，进行变桨电机制动扭矩的检验；
在整个变桨电机制动扭矩检验过程中，若电机反馈转速大于转速设定上限，或电机测试前后角度偏差大于角度偏差上限，则判定变桨电机制动扭矩不合格，退出制动器检验模式；反之，则判定变桨电机制动扭矩合格，满足设计需求。
实施例中，步骤5所述的变桨电机制动扭矩的检验，具体包括以下步骤：
步骤a：变桨驱动器施加正向力矩(开桨方向，90度至0度方向)，并判断施加正向力矩过程中对应变桨电机速度是否小于转速设定上限，若是，则执行步骤b，否则变桨驱动器停止力矩输出且变桨系统报警状态置TRUE；
步骤b：判断施加正向力矩前后对应桨叶角度偏差是否小于角度偏差上限，若是，则执行步骤c，否则变桨驱动器停止力矩输出且变桨系统报警状态置TRUE；
步骤c：变桨驱动器施加反向力矩(顺桨方向，0度至90度方向)，并判断施加反向力矩过程中对应变桨电机速度是否小于转速设定上限，若是，则执行步骤d，否则变桨驱动器停止力矩输出且变桨系统报警状态置TRUE；
步骤d：判断施加反向力矩前后对应桨叶角度偏差是否小于角度偏差上限，若是，则测试合格并将测试合格信号(布尔值)反馈至风机主控，否则变桨驱动器停止力矩输出且变桨系统报警状态置TRUE。
实施例中，变桨驱动器进入制动器检验模式后，检测装置不再接收风机主控角度或速度指令，直至测试完成或风机主控侧取消变桨电机制动扭矩检验使能信号。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测装置，其特征在于：
所述装置包括变桨电机、三向加速度传感器和变桨驱动器；
所述变桨电机与变桨驱动器连接；
所述变桨电机包括电机本体、电机制动器和旋转变压器，其中旋转变压器用于反馈变桨电机转速并计算得到桨叶角度；
所述三向加速度传感器集成于变桨驱动器内部，用于向变桨驱动器实时反馈XYZ三个方向的加速度信号；
所述变桨驱动器内置变桨系统控制程序，所述变桨驱动器具有位置运行模式和制动器检验模式；
接收到风机主控发送的变桨电机制动扭矩检验使能信号时，变桨驱动器切换至制动器检验模式，执行变桨电机制动扭矩检验逻辑；否则变桨驱动器处于位置运行模式，不执行变桨电机制动扭矩检验逻辑；
所述位置运行模式为：变桨系统接收风机主控指令或根据自身故障和维护需求的工作状态；
所述制动器检验模式为：仅执行电机制动器检验功能，不接收风机主控角度或速度指令，且整个过程中电机制动器处于闭合状态；
所述变桨驱动器处于位置运行模式时，以变桨系统接收风机主控指令或根据自身故障和维护需求的齿轮比进行运行；当切换至制动器检验模式时，以制动器检验模式设定的齿轮比运行。
2.一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测方法，包括基于权利要求1所述的一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测装置，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤1：风机主控发送变桨电机制动扭矩检验使能信号；
步骤2：变桨驱动器接收变桨电机制动扭矩检验使能信号并初始化变桨制动扭矩检测结果及变桨系统报警状态；
步骤3：检验当前桨叶是否在停机位置，若是，则执行步骤4，否则变桨系统报警；
步骤4：判断电机制动器是否在抱闸状态，若是，则执行步骤5，否则变桨系统报警；
步骤5：变桨驱动器根据所接收的三向加速度传感器反馈信息，判断所对应桨叶的位置；当桨叶位置达到设定范围时，变桨驱动器进入制动器检验模式，变桨驱动器分两次，依次输出正向力矩与反向力矩，进行变桨电机制动扭矩的检验；
在整个变桨电机制动扭矩检验过程中，若电机反馈转速大于转速设定上限，或电机测试前后角度偏差大于角度偏差上限，则判定变桨电机制动扭矩不合格，退出制动器检验模式；反之，则判定变桨电机制动扭矩合格，满足设计需求。
3.根据权利要求2所述的一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测方法，其特征在于：
步骤1所述变桨电机制动扭矩检验使能信号为布尔值。
4.根据权利要求2所述的一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测方法，其特征在于：
步骤5所述正向力矩为开桨方向，90度至0度方向；
所述反向力矩为顺桨方向，0度至90度方向。
5.根据权利要求4所述的一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测方法，其特征在于：
步骤5所述变桨电机制动扭矩的检验，具体包括以下步骤：
步骤a：变桨驱动器施加正向力矩，并判断施加正向力矩过程中对应变桨电机速度是否小于转速设定上限，若是，则执行步骤b，否则变桨驱动器停止力矩输出且变桨系统报警；
步骤b：判断施加正向力矩前后对应桨叶角度偏差是否小于角度偏差上限，若是，则执行步骤c，否则变桨驱动器停止力矩输出且变桨系统报警；
步骤c：变桨驱动器施加反向力矩，并判断施加反向力矩过程中对应变桨电机速度是否小于转速设定上限，若是，则执行步骤d，否则变桨驱动器停止力矩输出且变桨系统报警；
步骤d：判断施加反向力矩前后对应桨叶角度偏差是否小于角度偏差上限，若是，则测试合格并将测试合格信号反馈至风机主控，否则变桨驱动器停止力矩输出且变桨系统报警。
6.根据权利要求5所述的一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测方法，其特征在于：
所述测试合格信号为布尔值。
7.根据权利要求2-6任一所述的一种风电机组变桨电机制动扭矩在线检测方法，其特征在于：
所述方法在步骤5变桨驱动器进入制动器检验模式后，检测装置不再接收风机主控角度或速度指令，直至测试完成或风机主控侧取消变桨电机制动扭矩检验使能信号。
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Address after: 065500 Industrial Park, Gu'an County, Langfang City, Hebei Province Patentee after: Guoneng information technology (Hebei) Co.,Ltd. Patentee after: Guoneng xinkong Internet Technology Co.,Ltd. Address before: 065500 Industrial Park, Gu'an County, Langfang City, Hebei Province (North District) Patentee before: GU'AN HUADIAN TIANREN CONTROL EQUIPMENT Co.,Ltd. Patentee before: BEIJING HUADIAN TIANREN ELECTRIC POWER CONTROL TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |