[发明专利]一种用于风电风机转速测量和保护的独立模块

说明书

一种用于风电风机转速测量和保护的独立模块，包含传感器信号采集单元、状态识别单元、陀螺仪加速度计处理单元、超速保护单元、无线通讯单元及工作状态指示单元。传感器信号采集单元将3路冗余转速传感器数据进行跟踪和记录；状态识别单元分析信号采集单元记录的数据识别当前风机的转动模式并计算出3组冗余转速值；陀螺仪加速度计处理单元采集陀螺仪和加速计的数据并根据风机转动方向的角速度数据计算转速值；超速保护单元根据以上计算的4组转速值判断是否超速并做出保护动作断开安全链；无线通信单元将测量数据和计算结果实时传输给上位机进行调试和监控。本发明成本低且能够长期稳定的运行，转速计算准确，保护动作迅速。

技术领域

本发明属于风电变桨技术领域，主要涉及风机变桨系统的风机转速测量和超速保护。

背景技术

变桨系统对于风电机组安全停机至关重要，目前风电机组停机方式主要有，正常停机、快速停机和紧急停机，其中紧急停机是触发安全链停机，根据机组设计载荷三种停机速度不同。正常停机和快速停机模式下，变桨系统均是接受风机主控指令完成顺桨，紧急停机分为两种情况一是变桨系统报故障主动断开安全链按照预期速度执行顺桨，二是风机其他系统安全链断开，导致变桨安全链断开执行顺桨。

变桨系统作为独立的风电机组的子系统，其自身具有缜密的逻辑判断和故障诊断功能，与风机主控的关联主要包括通讯、供电、安全链回路。变桨系统自身不具备监测叶轮转速功能，目前通常的做法是通过通讯将叶轮转速下发或者将接近开关的脉冲信号传给超速继电器，这样可以根据叶轮反馈信号进行相关逻辑判断。早期的风电机组设计时不具备变桨处理叶轮转速过快功能，本方案基于此，自主开发叶轮超速模块，根据叶轮转速触发变桨EFC信号，能够在转速过快的情况下立即断开安全链，顺桨停机保护机组。

发明内容

本发明提供一种针对早期风电机组的独立保护设备，能够根据3路冗余转速传感器探头和陀螺仪、加速度计两种方式精确测量风机转速，并在转速超速时断开安全链做出保护动作。

本发明具体采用以下技术方案：

一种用于风电风机转速测量和保护的独立模块，所述模块实时分析风机的转动状态，精确测量风机转速并进行超速保护，包括传感器信号采集单元、状态识别单元、陀螺仪加速度计处理单元、超速保护单元、无线通信单元及工作状态指示单元。

所述传感器信号采集单元接收装在风机轮毂上的3个转速传感器的信号，撞铁安装在机舱大齿轮外罩上随着叶轮旋转，经过传感器时产生脉冲信号。采集单元捕捉经过光电隔离后的转速传感器信号，记录脉冲信号的触发时间和顺序，并根据实际工况进行滤波处理。

所述状态识别单元根据3组传感器信号的触发时间和顺序，分析当前风机的转动状态，并计算出3组冗余的转速值V1、V2、V3，任意一个传感器故障不会影响测量结果，传感器2个或3个故障、风机转动状态异常等情况下不会产生异常转速值。

所述陀螺仪加速度计处理单元通过高速串行总线协议实时读取陀螺仪和加速度计芯片的数据，根据对应风机转动方向的角速度数据可以计算出当前风机的转速值V4；此外还可以读取x轴、y轴、z轴三个方向的加速度数据计算当前风机的振动状态。

所述超速保护单元根据上面计算出的4组转速值V1、V2、V3、V4和设定的报警速度阈值，判断当前风机转速是否超速，如超速则做出保护动作，断开变桨系统的安全链，使风机停机顺桨。

所述无线通讯单元通过高频段的无线通讯芯片和上位机进行实时通讯，将当前实时计算出的4组转速值V1、V2、V3、V4上传给上位机进行监控和测试，如果发生停机顺桨，可以读取之前超速时的转速值，起到数据黑匣子的作用。

所述工作状态指示单元通过指示灯显示模块的工作状态和故障状态，包括工作电源状态、CPU工作状态、开关量输入状态、开关量输出状态，以及传感器故障状态等。

本发明的有益效果：