[发明专利]一种风力发电机叶轮方位角的测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种风力发电机叶轮方位角的测量装置及其测量方法，其包括同轴设置在风力发电机主旋转轴上、并跟随主旋转轴同步转动的随动旋转件；同轴固定套装于所述随动旋转件上、且设有螺旋设置的曲面渐变部的螺旋渐变件，所述曲面渐变部的螺旋角度为360度；通过测量端相对所述螺旋渐变件固定设置的位移传感器，所述位移传感器测量方向延长线与随动旋转件的中心轴线相交。由于所述曲面渐变部的渐变曲面半径随叶轮方位角单调变化，使得风力发电机叶轮旋转一周内各个角度均对应不同的曲面半径，通过位移传感器确定其测量端当前指向的曲面渐变部的半径，进而通过计算得到风力发电机叶轮方位角，整体测量精度高且制作成本低。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其是涉及一种风力发电机叶轮方位角的测量装置及其测量方法。

背景技术

目前，国内外风电变桨距系统的控制方法主要有两种，即统一变桨距控制和独立变桨距控制。统一变桨距控制是基于多叶片协调变换的标量控制方法，采用三套独立变桨距闭环控制回路，由主控系统对三个叶片的角度进行统一控制，三个叶片角度始终一致。这种控制方法忽略了各信号之间的耦合作用。风力发电机组在自然风条件下运行时，由于作用在风电机组叶片上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷，会使弹性振动体叶片和塔架产生耦合振动，其振动形式主要有两种：风轮叶片摆振与塔架侧向弯曲耦合振动，风轮叶片挥舞与塔架前后弯曲耦合振动。当叶轮的旋转频率接近耦合的固有频率时就会出现共振现象，产生较大的动应力，导致机组结构的疲劳破坏，缩短整机的使用寿命，直接影响风力发电机组的性能和稳定性。

随着兆瓦级风力发电机组单机容量不断提升、叶片长度不断增大，风剪切效应、塔影效应和湍流等因素对机组造成的载荷不对称影响加剧，机组叶片载荷、轮毂载荷、塔筒载荷增加明显。因此，用于降低机组载荷的独立变桨控制技术不断受到重视。独立变桨距可以充分利用风能在各个桨叶上分布的不同，对各桨叶的桨距角进行有效的调节，在保证输出功率稳定的情况下降低了作用在桨叶上的载荷，减轻输出力矩的波动，减小桨叶拍打振动，提高了风力机的工作效率。

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，分别计算出三个叶片的方位角，根据方位角，由权系数重新分配每个叶片的桨距角变化量，从而实现独立变桨控制。综上所述，在独立变桨控制中，风力发电机叶轮叶片方位角的测量对确定叶片在空间的位置和载荷水平有着重大的影响。

目前常用的风力发电机叶轮方位角的测量方法及装置多通过测量可触发的脉冲信号来等分叶轮方位角，测量的精度取决于能触发的脉冲信号的数量多少。若可触发的脉冲信号越多，则制造的装置需要的可触发点就越多，制造成本就会越高；若可触发的脉冲信号少，则测量的精度就会降低；制造成本和测量精度不可兼得。因此需要一种可以同时满足测量精度高，且制造成本低的测量方法及装置。

发明内容

本发明提出一种风力发电机叶轮方位角的测量装置及其测量方法，以解决上述问题。

具体的，本发明提供一种风力发电机叶轮方位角的测量装置，其包括：

同轴设置在风力发电机主旋转轴上、并跟随主旋转轴同步转动的随动旋转件；

同轴固定套装于所述随动旋转件上、且设有螺旋设置的曲面渐变部的螺旋渐变件，所述曲面渐变部的螺旋角度为360度；

通过测量端相对所述螺旋渐变件固定设置的位移传感器，所述位移传感器测量方向延长线与随动旋转件的中心轴线相交。

优选的，所述位移传感器的测量方向延长线与随动旋转件的中心轴线之间存在一设定角度且

优选的，所述曲面渐变部的曲面圆心与所述随动旋转件的圆心同轴设置。

优选的，所述曲面渐变部的渐变曲面半径符合如下公式：

r＝f(θ)，θ∈[0,360]。

优选的，所述曲面渐变部的水平展开面为矩形。