一种风轮转速的测量装置、系统及超速保护方法

技术领域

本发明涉及风力发电装置监测控制技术领域，特别涉及一种风轮转速的测量装置、系统及超速保护方法。

背景技术

当下随着社会发展，能源紧缺、环境污染等问题不断凸显，太阳能、风能、势能等清洁能源不断被人类开发利用。风力发电作为重要的清洁能源，也得到了快速发展，新增装机量不断提升。

然而，随着风电装机量的提升，风机事故时有发生，烧机、倒机等严重事故也是屡见不鲜，其中“风轮超速”是引发倒机最主要的原因。针对“风轮超速”问题，目前行业内现有的解决方式为通过发电机编码器（双馈机组）或滑环编码器（直驱机组）测得转速信号，信号传到风机主控系统，由风机主控系统判断风轮是否超速，并将超速信号通过通讯滑环传到轮毂内的变桨系统，变桨系统控制桨叶顺桨保护。但现有方式存在如下明显不足：

1、编码器信号在机舱复杂电磁环境下容易受到干扰，干扰信号可能导致风机主控系统的误判；

2、超速信号传输路线长，信号延时大且中途易受干扰，导致变桨系统收不到超速信号或误收超速信号，从而造成该顺桨不顺桨或误顺桨的情况；

3、现有方式完全依靠主控系统信号进行调控，若主控系统发生故障，当风轮超速时，变桨系统则无法收到超速信号，出现未及时顺桨保护从而导致事故的发生。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种风轮转速的测量装置、系统及超速保护方法，通过特殊的滑环环道设计，产生脉冲电信号，脉冲信号频率通过换算得到滑环的转速，即得到风轮的实时转速，当测得的转速超过安全阀值时，变桨系统控制桨叶顺桨，使风轮转速降低，避免风轮超速，从而保证机组安全。

本发明提供了一种风轮转速的测量装置，具体技术方案如下：

所述风轮转速的测量装置，用于风力发电机组上，所述风轮转速的测量装置包括检测环道，环导电刷，供电线缆和信号输出电缆，所述供电线缆与所述环导电刷的一端连接，所述环导电刷的另一端设有触头，与所述检测环道接触，所述信号输出电缆的一端与所述检测环道内侧接通，所述检测环道包括交错设置的绝缘带和导电环。

进一步的，所述绝缘带和所述导电环在所述检测环道上呈均匀分布交错的结构。

本发明还提供了一种风轮转速的测量系统，所述风轮转速的测量系统包括风力发电机组，变桨系统以及如上述所述的风轮转速的测量装置；

所述风轮转速的测量装置的检测环道装配在所述风力发电机组的风机滑环上；

所述风轮转速的测量装置的信号输出电缆的信号输出端与所述变桨系统的信号输入端连接，传输转速脉冲信号。

进一步的，所述风机滑环包括滑环转子、滑环定子、前端轴承、后端轴承，所述滑环定子套设在所述滑环转子外部，所述前端轴承和所述后端轴承分别设在所述滑环定子内所述滑环转子的前端和后端。

进一步的，所述滑环定子内部设有安装支架，所述风轮转速的测量装置的环导电刷的尾端固定在所述安装支架上。

进一步的，所述风轮转速的测量装置的信号输出电缆经滑环转子侧重载接入所述变桨系统。

本发明提供了一种风轮转速的超速保护方法，基于上述所述的风轮转速的测量系统，包括：

S1：驱动风力发电机组工作，通过环导电刷的触头与所述检测环道的绝缘带和导电环的交替接触，获取转速脉冲信号；

S2：计算设定的单位时间内，所述转速脉冲信号的接收个数；

S3：基于接收的转速脉冲信号的个数，进行转速换算，获得所述检测环道的转速；

S4：变桨系统根据所述检测环道的转速，判断是否达到或超过设定的超速阈值，若是，则变桨系统控制桨叶顺桨保护。

进一步的，步骤S3中，所述转速换算具体如下：

获取所述检测环道上绝缘带的数量；

基于设定的单位时间内接收的转速脉冲信号的个数；

实时计算获取转速脉冲信号的个数与绝缘带的数量比值，获得风轮转速。

进一步的，所述设定的单位时间为1min。

进一步的，步骤S4中，还包括：对所述转速脉冲信号进行有效性判断，当变桨系统的所有桨叶角度同时低于角度限值时，若转速脉冲过低，则报测量异常，保护停机。

本发明的有益效果如下：

通过在风力发电机组的风机滑环内部增设检测环道，检测环道由均匀交错设置的绝缘带和导电环构成，转轴转动时，通过环导电刷获取脉冲信号，进而变桨系统基于脉冲信号判断风轮是否超速，超速时控制桨叶顺桨保护，有效解决风电机组超速问题，同时基于该结构测得信号具有稳定性高、抗干扰能力强、延时低的特点，检测环道在风机滑环内部增设，安装方式和滑环内部其他环道相同，降低了成本，实用性较强。

测得信号具有稳定性高、抗干扰能力强、延时低等特点。本发明成本低、实用性强，可解决“风轮超速”这一行业难题。

附图说明

图1是转速测量装置的结构示意图。

图2是转速测量装置在滑环内部的结构示意图。

图3是测量原理说明示意图。

附图标记说明：1-检测环道，2-绝缘带，3-导电环，4-环导电刷，5-安装支架，6-供电线缆，7-信号输出线缆，8-滑环转子，9-滑环定子，10-前端轴承，11-后端轴承，12-滑环转子侧重载。

具体实施方式

在下面的描述中对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本发明的实施例1公开了一种风轮转速的测量装置，如图1所示，具体结构如下：

所述风轮转速的测量装置，用于风力发电机组上，所述风轮转速的测量装置包括检测环道1，环导电刷4，供电线缆6和信号输出电缆；

所述供电线缆6的一端连接信号电压电源，所述供电线缆6的另一端与所述环导电刷4的一端连接，所述环导电刷4的另一端设有触头，与所述检测环道1接触；

所述检测环道1包括交错设置的导电性不同的绝缘带2和导电环3，所述信号输出电缆的一端与所述检测环道1内侧接通，具体的，所述信号输出电缆的一端与所述导电环3的内侧连接，另一端接入滑环转子侧重载12。

本实施例中，所述绝缘带2和所述导电环3在所述检测环道1上呈均匀分布交错的结构。

绝缘带2采用绝缘性能良好的材料，可有效阻断信号电压的传递，导电环3由导电性能良好的材料制成；

所述环导电刷4可采用与风机滑环其他滑道电刷相同的材质，例如导电性能良好的合金材料。

实施例2

本发明的实施例2公开了一种风轮转速的测量系统，如图2所示，具体结构如下：

所述风轮转速的测量系统包括风力发电机组，变桨系统以及如上述实施例1所述的风轮转速的测量装置；

所述风轮转速的测量装置装配在所述风力发电机组的风机滑环上，即所述检测环道1设在滑环转子8的转轴上；

具体的，所述风机滑环包括滑环转子8、滑环定子9、前端轴承10、后端轴承11，所述滑环定子9套设在所述滑环转子8外部，所述前端轴承10和所述后端轴承11分别设在所述滑环定子9内所述滑环转子8的前端和后端。

本实施例中，所述滑环定子9内部设有安装支架5，所述安装支架5固定在所述滑环定子9上，所述风轮转速的测量装置的环导电刷4的尾端固定在所述安装支架5上，有触头的一端与监测环道可靠接触；

当滑环转子8带动检测环道1同步转动时，所述环导电刷4与所述绝缘带2和所述导电环3交替接触，可产生脉冲信号，脉冲信号通过信号输出线缆7传输。

所述风轮转速的测量装置的信号输出电缆经滑环转子侧重载12接入所述变桨系统，将产生的脉冲信号接入变桨系统。

所述风轮转速的测量装置的信号输出电缆的信号输出端与所述变桨系统的信号输入端连接，传输转速脉冲信号。

实施例3

本发明的实施例3公开了一种风轮转速的超速保护方法，基于上述实施例2所述的风轮转速的测量系统，包括：

S1：驱动风力发电机组工作，通过环导电刷4的触头与所述检测环道1的绝缘带2和导电环3的交替接触，获取转速脉冲信号；

具体的，如图3所示，风机运行时，检测环道1随着滑环转轴同步转动，环导电刷4与绝缘带2和导电环3交替接触，当与绝缘带2接触时（a位置），信号输出线缆7上没有信号电压，当与导电环3接触时（b位置），信号输出线缆7上产生信号电压，因此即可产生一定频率的脉冲信号，信号的频率与检测环道1的转动速度成正比，信号经过滑环转子侧重载12进入变桨系统。

S2：计算设定的单位时间内，所述转速脉冲信号的接收个数；

S3：基于接收的转速脉冲信号的个数，进行转速换算，获得所述检测环道1的转速；

本实施例中，所述转速换算具体如下：

获取所述检测环道1上绝缘带2的数量；

基于设定的单位时间内接收的转速脉冲信号的个数；

实时计算获取转速脉冲信号的个数与绝缘带2的数量比值，获得风轮转速。

本实施例中，所述设定的单位时间为1min。

假定所述检测环道1上一圈绝缘带2的数量为n，那么当检测环道1旋转一圈，可产生n个脉冲信号，若变桨系统每分钟收到h个脉冲信号，则检测环道1的转速为：h/n（转/分），也就是此时风轮转速为h/n（转/分）。

S4：变桨系统根据所述检测环道1的转速，判断是否达到或超过设定的超速阈值w，当h/n≥w时，变桨系统立即控制桨叶顺桨保护。

本实施例中，还包括对所述转速脉冲信号进行有效性判断，当变桨系统的所有桨叶角度同时低于角度限值时，若转速脉冲过低，则报测量异常，保护停机。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。