一种风机偏航系统及偏航方法

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一种风机偏航系统及偏航方法
申请号	CN201410138313.3	申请日	2014-04-08	公开(公告)号	CN103899481A	公开(公告)日	2014-07-02
申请人	上海电机学院;			发明人	李义新; 叶明星; 高叶军; 吴增强; 程伟臻; 程武超; 杨明莉; 梅晓娟;
摘要	本发明提供一种风机偏航系统及偏航方法，通过设置的压力传感器和数据处理单元，来利用风机没有对准风向时风轮轴承两侧承受的侧压力和/或压强的差，发出精准的控制指令给偏航电机，使风机对准风向，从而实达到了精度更高、检测更灵敏的偏航对风效果。进一步的，通过设置延时单元对控制指令进行延时，同时结合延时时间段内的压力和/或压强的差来防止阵风等偶发情况下的偏航误判。
权利要求	1.一种风机偏航系统，其特征在于，包括：风机、压力传感器、数据处理单元以及偏航电机；所述压力传感器用于采集所述风机的主轴轴承两侧承受的压强和/或压力信息，所述数据处理单元根据所述压强和/或压力信息控制所述偏航电机带动所述风机进行偏航对风。 2.如权利要求1所述的风机偏航系统，其特征在于，所述压力传感器位于所述风机的风轮主轴轴承两侧，水平对称布置。 3.如权利要求2所述的风机偏航系统，其特征在于，所述风轮主轴轴承的每侧设置有至少一个压力传感器。 4.如权利要求1所述的风机偏航系统，其特征在于，所述数据处理单元包括：一用于根据所述风轮主轴轴承两侧的压强和/或压力信息计算所述风轮主轴轴承两侧的压力差的第一计算元件；一用于将所述第一计算元件获得的压力差和/或压强差与一设定阈值进行比较的比较元件；一用于根据所述压力差和/或压强差和所述设定阈值计算出风向与风机的风轮轴线方向偏差值以及根据所述偏差值确定是否需要偏航对风以及偏航对风的调整值的第二计算元件；一用于根据所述第二计算元件的计算结果向所述偏航电机输出控制命令的PLC控制器。 5.如权利要求1至4中任一项所述的风机偏航系统，其特征在于，所述风机偏航系统还包括一延时单元，所述数据处理单元收到所述压强和/或压力信息后产生用于控制所述偏航电机的控制指令，所述控制指令经过延时单元延时后送达所述偏航电机处。 6.如权利要求5所述的风机偏航系统，其特征在于，所述风机偏航系统还包括一与所述偏航电机同轴联接的偏航行星齿轮减速器，所述偏航电机通过所述偏航行星齿轮减速器带动风轮偏航对风。 7.一种风机偏航方法，其特征在于，包括以下步骤：在一风机的主轴轴承两侧设置用于采集风机承受的压强和/或压力信息的压力传感器，同时设置用于处理所述压强和/或压力信息并控制所述风机的偏航电机的数据处理单元；所述压力传感器实时采集所述风机主轴轴承两侧的压强和/或压力信息，所述数据处理单元实时处理所述压强和/或压力信息；当所述风轮主轴轴承两侧压力差和/或压强差未超过一设定阈值时，偏航电机不工作；当所述风轮主轴轴承两侧压力差和/或压强差超过所述设定阈值时，所述数据处理单元根据述风轮主轴轴承两侧压力差和/或压强差控制所述偏航电机带动所述风机偏航，直至所述风轮主轴轴承两侧压力差和/或压强差再次降到所述设定阈值以下才停止偏航。 8.如权利要求7所述的风机偏航方法，其特征在于，所述数据处理单元实时处理所述压强和/或压力信息的步骤包括：根据所述风轮主轴轴承两侧的压强和/或压力信息计算所述风轮主轴轴承两侧的压力差；将所述第一计算元件获得的压力差和/或压强差与一设定阈值进行比较，以确定是否需要偏航对风；根据所述压力差和/或压强差和所述设定阈值计算出风向与风机的风轮轴线方向偏差值，以确定偏航对风的调整值；根据所述调整值向所述偏航电机输出控制命令。 9.如权利要求7或8所述的风机偏航方法，其特征在于，所述数据处理单元发出的向另一侧偏航的指令经过一延时单元延时后送达所述偏航电机。
说明书全文	一种风机偏航系统及偏航方法技术领域 [0001] 本发明涉及风电机组偏航技术领域，尤其涉及一种风机偏航系统及偏航方法。背景技术 [0002] 风能是不断变化的，随着风向的变化，风力机需要偏航系统推动旋转以对准风向，风力机的偏航系统也称为对风装置，其作用在于当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。 [0003] 小微型风力机常用尾舵对风，它主要是利用装在尾杆上的尾翼与风轮轴平行或成一定的角度来实现尾舵对风。为了避免尾流的影响，也可将尾翼上翘，装在较高的位置。 [0004] 中小型风机可用舵轮作为对风装置，其工作原理大致如下：当风向变化时，位于风轮后面两舵轮（其旋转平面与风轮旋转平面相垂直）旋转，并通过一套齿轮传动系统使风轮偏转，当风轮重新对准风向后，舵轮停止转动，对风过程结束。 [0005] 大中型风力机一般采用电动的偏航系统来调整风轮并使其对准风向。偏航系统一般包括感应风向的风向标、偏航电机、偏航行星齿轮减速器、回转体大齿轮等。其工作原理如下： [0006] 风向标作为感应元件将风向的变化用电信号传递到偏航电机的控制回路的处理器里，经过处理器比较后给偏航电机发出顺时针或逆时针的偏航命令，为了减少偏航时的陀螺力矩，偏航电机转速将通过同轴联接的偏航行星齿轮减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对风，当对风完成后，风向标失去电信号，电机停止工作，偏航过程结束。 [0007] 然而，目前上述的电动偏航系统中，只根据风向的变化来驱动偏航，如果风力很小，风向变化不大的时候，势必会出现无法准确偏航的问题。 [0008] 因此，需要一种新的风机偏航系统及偏航方法，以避免上述缺陷。发明内容 [0009] 本发明的目的在于提供一种风机偏航系统及偏航方法，能够提高偏航对风的精度。 [0010] 为解决上述问题，本发明提出一种风机偏航系统，包括：风机、压力传感器、数据处理单元以及偏航电机；所述压力传感器用于采集所述风机的主轴轴承两侧承受的压强和/或压力信息，所述数据处理单元根据所述压强和/或压力信息控制所述偏航电机带动所述风机进行偏航对风。 [0011] 进一步的，所述压力传感器位于所述风机的风轮主轴轴承两侧，水平对称布置。 [0012] 进一步的，所述风轮主轴轴承的每侧设置有至少一个压力传感器。 [0013] 进一步的，所述数据处理单元包括： [0014] 一用于根据所述风轮主轴轴承两侧的压强和/或压力信息计算所述风轮主轴轴承两侧的压力差的第一计算元件； [0015] 一用于将所述第一计算元件获得的压力差和/或压强差与一设定阈值进行比较的比较元件； [0016] 一用于根据所述压力差和/或压强差和所述设定阈值计算出风向与风机的风轮轴线方向偏差值以及根据所述偏差值确定是否需要偏航对风以及偏航对风的调整值的第二计算元件； [0017] 一用于根据所述第二计算元件的计算结果向所述偏航电机输出控制命令的PLC控制器。 [0018] 进一步的，所述风机偏航系统还包括一延时单元，所述数据处理单元收到所述压强和/或压力信息后产生用于控制所述偏航电机的控制指令，所述控制指令经过延时单元延时后送达所述偏航电机处。 [0019] 进一步的，所述风机偏航系统还包括一与所述偏航电机同轴联接的偏航行星齿轮减速器，所述偏航电机通过所述偏航行星齿轮减速器带动风轮偏航对风。 [0020] 本发明还提供一种风机偏航方法，包括以下步骤： [0021] 在一风机的主轴轴承两侧设置用于采集风机承受的压强和/或压力信息的压力传感器，同时设置用于处理所述压强和/或压力信息并控制所述风机的偏航电机的数据处理单元； [0022] 所述压力传感器实时采集所述风机主轴轴承两侧的压强和/或压力信息，所述数据处理单元实时处理所述压强和/或压力信息； [0023] 当所述风轮主轴轴承两侧压力差和/或压强差未超过一设定阈值时，偏航电机不工作； [0024] 当所述风轮主轴轴承两侧压力差和/或压强差超过所述设定阈值时，所述数据处理单元对所述风轮主轴轴承两侧压力差和/或压强差进行分析，当所述风轮主轴轴承一侧压强偏大时，所述数据处理单元发出向另一侧偏航的指令，所述偏航电机带动所述风机向另一侧偏航，直至所述风轮主轴轴承两侧压力差和/或压强差再次降到所述设定阈值以下才停止偏航。 [0025] 进一步的，所述数据处理单元实时处理所述压强和/或压力信息的步骤包括： [0026] 根据所述风轮主轴轴承两侧的压强和/或压力信息计算所述风轮主轴轴承两侧的压力差； [0027] 根据所述风轮主轴轴承两侧的压强和/或压力信息计算所述风轮主轴轴承两侧的压力差； [0028] 将所述第一计算元件获得的压力差和/或压强差与一设定阈值进行比较，以确定是否需要偏航对风； [0029] 根据所述压力差和/或压强差和所述设定阈值计算出风向与风机的风轮轴线方向偏差值，以确定偏航对风的调整值； [0030] 根据所述调整值向所述偏航电机输出控制命令。 [0031] 进一步的，所述数据处理单元发出的向另一侧偏航的指令经过一延时单元延时后送达所述偏航电机。 [0032] 与现有技术相比，本发明的风机偏航系统及偏航方法，通过设置的压力传感器和数据处理单元，来利用风机没有对准风向时风轮轴承两侧承受的侧压力和/或压强的差，发出精准的控制指令给偏航电机，使风机对准风向，从而实达到了精度更高、检测更灵敏的偏航对风效果。进一步的，通过设置延时单元对控制指令进行延时，同时结合延时时间段内的压力和/或压强的差来防止阵风等偶发情况下的偏航误判。附图说明 [0033] 图1是本发明具体实施例的风机偏航系统的结构示意图； [0034] 图2是本发明具体实施例的数据处理单元的结构示意图； [0035] 图3是本发明具体实施例的风机偏航方法流程图; [0036] 图4是本发明具体实施例的数据处理单元处理数据的流程图。具体实施方式 [0037] 本发明的核心思想是公开一种风机偏航系统及偏航方法，通过设置的压力传感器和数据处理单元，来利用风机没有对准风向时风轮轴承两侧承受的侧压力和/或压强的差，发出精准的控制指令给偏航电机，使风机对准风向，从而实达到了精度更高、检测更灵敏的偏航对风效果。进一步的，通过设置延时单元对控制指令进行延时，同时结合延时时间段内的压力和/或压强的差来防止阵风等偶发情况下的偏航误判。 [0038] 为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应认为只是局限在所述的实施例。 [0039] 请参考图1，本实施例提供一种风机偏航系统，包括：风机1、压力传感器12、数据处理单元13以及偏航电机15；所述压力传感器12用于采集所述风机的风轮主轴轴承11两侧承受的压强和/或压力信息，所述数据处理单元13根据所述压强和/或压力信息控制所述偏航电机15带动所述风机1进行偏航对风。 [0040] 其中，所述压力传感器12位于所述风机1的风轮主轴轴承11两侧，水平对称布置，优选的，所述风轮主轴轴承11的每侧设置有至少一个压力传感器12。 [0041] 请参考图2，本实施例中，所述数据处理单元13包括： [0042] 一用于根据所述风轮主轴轴承11两侧的压强和/或压力信息计算所述风轮主轴轴承11两侧的压力差的第一计算元件131； [0043] 一用于将所述第一计算元件131获得的压力差和/或压强差与一设定阈值进行比较的比较元件132； [0044] 一用于根据所述压力差和/或压强差和所述设定阈值计算出风向与风机的风轮轴线方向偏差值以及根据所述偏差值确定是否需要偏航对风以及偏航对风的调整值的第二计算元件133； [0045] 一用于根据所述第二计算元件133的计算结果向所述偏航电机15输出控制命令的PLC控制器134。 [0046] 本实施例中，所述风机偏航系统还包括一延时单元14，所述数据处理单元13收到所述压强和/或压力信息后产生用于控制所述偏航电机15的控制指令，所述控制指令经过延时单元14延时后送达所述偏航电机15处，以此防止阵风等偶发情况时的误判。具体地，若在延时单元14延时的这一段时间内，两侧压力传感器12的压力差或压强差返回到正常值，即降到所述设定阈值以下，则数据处理单元13的偏航指令取消；若在延时单元14延时的这一段时间内，两侧压力传感器12的压力差或压强差仍然超过设定阈值，则延时单元14动作将控制指令发送到偏航电机15，完成偏航。 [0047] 优选的，所述风机偏航系统还包括一与所述偏航电机15同轴联接的偏航行星齿轮减速器（未图示），所述偏航电机15通过所述偏航行星齿轮减速器平滑地带动风轮偏航对风。 [0048] 请参考图3，本发明还提供一种风机偏航方法，包括以下步骤： [0049] S1，在一风机的主轴轴承两侧设置用于采集风机承受的压强和/或压力信息的压力传感器，同时设置用于处理所述压强和/或压力信息并控制所述风机的偏航电机的数据处理单元； [0050] S2，所述压力传感器实时采集所述风机主轴轴承两侧的压强和/或压力信息，所述数据处理单元实时处理所述压强和/或压力信息； [0051] S3，当所述风轮主轴轴承两侧压力差和/或压强差未超过一设定阈值时，偏航电机不工作； [0052] S4，当所述风轮主轴轴承两侧压力差和/或压强差超过所述设定阈值时，所述数据处理单元根据述风轮主轴轴承两侧压力差和/或压强差控制所述偏航电机带动所述风机偏航，其中，所述数据处理单元对所述风轮主轴轴承两侧压力差和/或压强差进行分析，当所述风轮主轴轴承一侧压强偏大时，所述数据处理单元发出向另一侧偏航的指令，所述偏航电机带动所述风机向另一侧偏航，直至所述风轮主轴轴承两侧压力差和/或压强差再次降到所述设定阈值以下才停止偏航。 [0053] 请参考图4，在步骤S2中，所述数据处理单元实时处理所述压强和/或压力信息的过程包括： [0054] S21，根据所述风轮主轴轴承两侧的压强和/或压力信息计算所述风轮主轴轴承两侧的压力差； [0055] S22，将所述第一计算元件获得的压力差和/或压强差与一设定阈值进行比较，以确定是否需要偏航对风； [0056] S23，根据所述压力差和/或压强差和所述设定阈值计算出风向与风机的风轮轴线方向偏差值，以确定偏航对风的调整值； [0057] S24，根据所述调整值向所述偏航电机输出控制命令。 [0058] 在步骤S24中，所述数据处理单元发出的向另一侧偏航的指令经过一延时单元延时后送达所述偏航电机，以此防止阵风等偶发情况时的误判。具体地，若在延时单元延时的这一段时间内，两侧压力传感器的压力差或压强差返回到正常值，即降到所述设定阈值以下，则数据处理单元的偏航指令取消；若在延时单元延时的这一段时间内，两侧压力传感器的压力差或压强差仍然超过设定阈值，则延时单元动作将控制指令发送到偏航电机，完成偏航。 [0059] 实际应用中，压力传感器可以水平对称布置于风轮主轴轴承两侧，每侧至少一个压力传感器。风机正常正对风运行时，风轮的三个桨叶桨距同步对称，包括桨距角相同，空间对称分布等，风轮主轴轴承两侧压力差在一定的范围内时不需要偏航。当两侧压力差超过一定数值时，两侧压力传感器将检测到的压强数据传送到数据处理单元，数据处理单元对两侧压强数据进行比较，当左侧压强偏大时，数据处理单元发出向右偏航的指令，经过延时单元延时一定的时间，以防止阵风等偶发情况。若在这一段时间内，两侧压力传感器的压力差返回到正常值，则数据处理单元取消偏航指令；若在这一段时间内，两侧传感器的压力差仍然超过一定的数值，则延时单元动作，偏航指令发送到偏航电机，完成偏航；当右侧压强偏大时，数据处理单元发出向左偏航的指令，经过延时单元延时一定的时间，以防止阵风等偶发情况。若在这一段时间内，两侧传感器的压力差返回到正常值，则数据处理单元取消偏航指令；若在这一段时间内，两侧传感器的压力差仍然超过一定的数值，则延时单元动作，偏航指令发送到偏航电机，完成偏航。 [0060] 综上所述，本发明的风机偏航系统及偏航方法，通过设置的压力传感器和数据处理单元，来利用风机没有对准风向时风轮轴承两侧承受的侧压力和/或压强的差，发出精准的控制指令给偏航电机，使风机对准风向，从而实达到了精度更高、检测更灵敏的偏航对风效果。进一步的，通过设置延时单元对控制指令进行延时，同时结合延时时间段内的压力和/或压强的差来防止阵风等偶发情况下的偏航误判。 [0061] 显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。