阅读说明：本技术 叶轮锁定控制系统、控制方法及风力发电机组 (Impeller locking control system, control method and wind generating set ) 是由 宁巧珍 杨金宝 王东亚 于 2018-08-31 设计创作，主要内容包括：提供一种叶轮锁定控制系统、控制方法及风力发电机组。所述叶轮锁定控制系统包括：叶轮锁定装置,包括设置在所述定子主轴上的锁定销,以及对应地设置在所述转动轴上的锁定孔；叶轮制动装置,用于对转子轴进行制动以控制叶轮转速；位置识别装置,用于检测转动轴与预设锁定位置的相对转动距离；叶轮锁定控制装置,用于在所述位置识别装置检测到的所述相对转动距离满足预设距离范围,且在叶轮转速满足预设转速条件的情况下,控制所述叶轮制动装置进行制动并使转动轴停止在预设锁定位置,进而驱动所述锁定销插入所述锁定孔。能够提供分阶段制动方法,利用两次制动使转动轴停止在预设锁定位置。(An impeller locking control system, a control method and a wind generating set are provided. The impeller lock control system includes: the impeller locking device comprises a locking pin arranged on the stator main shaft and a locking hole correspondingly arranged on the rotating shaft; the impeller braking device is used for braking the rotor shaft to control the rotating speed of the impeller; the position recognition device is used for detecting the relative rotating distance between the rotating shaft and a preset locking position; and the impeller locking control device is used for controlling the impeller braking device to brake and stop the rotating shaft at a preset locking position under the condition that the relative rotating distance detected by the position recognition device meets a preset distance range and the rotating speed of the impeller meets a preset rotating speed condition, so that the locking pin is driven to be inserted into the locking hole. A staged braking method can be provided to stop the rotating shaft at the preset locking position using two times of braking.)

叶轮锁定控制系统、控制方法及风力发电机组

技术领域

以下描述涉及风力发电领域，更具体地说，涉及一种叶轮锁定控制系统、控制方法及风力发电机组。

背景技术

近年来，风力发电技术得到迅速发展。在风电机组的安装、调试和日常维护的过程中，都需要预先进行叶轮锁定操作，以保障操作人员和机组设备的安全。叶轮锁定操作需要借助安装在机组上的叶轮锁定装置而实现。

目前，通常需要操作人员攀爬至机舱中，根据经验和目测结果进行手动操作。具体地，先通过叶片变桨或者机械摩擦使叶轮减速，当叶轮转速降低至一定范围时，操作人员目测并估计锁定销恰好对正锁定孔，然后手动启动叶轮锁定装置。

可见，现有的叶轮锁定系统需要人工目测叶轮是否旋转至锁定位置。由于操作人员的判断经验和操作熟练程度不同，如果操作人员对叶轮转速判断出现失误或者手动操作时机不当，则会出现因叶轮尚处于转动状态，强行锁定导致锁定销被车削而损坏。此外，如果在叶轮转动过程中强行锁定使转子突然停止转动，还会对机组造成冲击载荷，影响机组寿命。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种叶轮锁定控制系统、控制方法及风力发电机组，其能够控制风力发电机组的叶轮进行制动减速从而在锁定位置停止转动，进而自动完成叶轮锁定，防止锁定销被车削而损坏。

根据本发明的一个方面，提供一种风力发电机组的叶轮锁定控制系统，所述风力发电机组包括定子主轴和转动轴，所述转动轴使所述叶轮与所述定子主轴可转动地连接，所述叶轮锁定控制系统包括：

叶轮锁定装置，包括设置在所述定子主轴上的锁定销，以及对应地设置在所述转动轴上的锁定孔；

叶轮制动装置，用于对转子轴进行制动以控制叶轮转速；

位置识别装置，用于检测转动轴与预设锁定位置的相对转动距离；

叶轮锁定控制装置，用于在所述位置识别装置检测到的所述相对转动距离满足预设距离范围，且在叶轮转速满足预设转速条件的情况下，控制所述叶轮制动装置进行制动并使转动轴停止在预设锁定位置，进而驱动所述锁定销***所述锁定孔。

根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组的叶轮锁定控制方法，所述风力发电机组包括定子主轴和转动轴，所述转动轴使所述叶轮与所述定子主轴可转动地连接，所述方法包括：

检测转动轴与预设锁定位置的相对转动距离；

检测叶轮转速；

如果所述相对转动距离满足预设距离范围，且叶轮转速满足预设转速条件，则产生叶轮制动信号，对所述转动轴进行制动操作；

如果叶轮停止位置与预设锁定位置匹配，则生成叶轮锁定信号。

根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，包括上述的叶轮锁定控制系统。

根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述方法的程序指令。

根据本发明的另一方面，提供一种计算装置，包括：

处理器；

存储器，存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述方法的程序指令。

根据本发明的风力发电机组的叶轮锁定控制系统和控制方法，可通过监测叶轮转速、转动轴的转动位置，能够控制风力发电机组的叶轮进行制动减速从而在锁定位置停止转动，进而自动完成叶轮锁定，防止锁定销被车削而损坏。此外，还检测锁定销与锁定孔的对正状态，降低了叶轮锁定过程中对操作人员个人经验的依赖性，减少叶轮锁定销因对位不正造成的损坏。此外，针对大风或者阵风的情况，还能提供分阶段制动方法，利用两次制动使转动轴停止在预设锁定位置。

在此基础上，本发明提供的风力发电机组的叶轮锁定控制系统，还可以把操作终端设置在塔底或者远程维护中心，操作人员通过操作终端执行叶轮锁定操作。操作人员不必攀爬塔架，在塔底或远程维护中心即可完成操作，能够减少人员爬塔次数和时间，有效减少叶轮锁定的等待时间，从而减少发电量损失。

附图说明

图1是现有技术中叶轮锁定装置在风力发电机组中的安装结构示意图；

图2是根据本发明实施例的叶轮旋转状态示意图；

图3是根据本发明实施例的锁定装置的剖面示意图；

图4是根据本发明实施例的锁定装置的一种工作状态的示意图；

图5是根据本发明实施例的叶轮锁定控制系统的示意图；

图6是根据本发明一个实施例的叶轮锁定控制方法的示意图；

图7是根据本发明另一个实施例的叶轮锁定控制方法的示意图。

具体实施方式

本发明可具有各种变形和各种实施例，应理解，本发明不限于这些实施例，而是包括本发明的精神和范围内的所有变形、等同物和替换。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不受限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚地那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，可省略本领域中已知的特征的描述。在本发明的示例实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例，而不是为了限制示例实施例。除非上下文另有清楚的指示，否则在此使用的单数形式也意图包括复数形式。

本发明实施例提供的叶轮锁定控制系统，主要用于锁定风力发电机组的叶轮，以便工作人员对风力发电机组进行检修及维护。通常，叶轮通过转动轴与风力发电机组的定子主轴可转动地连接，叶轮锁定装置包括设置在定子主轴上的锁定销，以及对应地设置在转动轴上的锁定孔。本发明实施例提供的叶轮锁定控制系统能够控制叶轮锁定装置自动、精确地锁定。

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的叶轮锁定控制系统进行详细说明。

图1为现有技术中叶轮锁定装置在风力发电机组中的安装结构示意图。锁定销4设置于定子主轴3上的特定安装位置，锁定孔5设置于转动轴2上。在本示例中，锁定孔5的数量为多个，并且均匀分布于转动轴2上的同一个圆周上。锁定销4只要***其中任一锁定孔5即可对转动轴2进行锁定。此外，转动轴2的一端与定子主轴可转动地连接，另一端与风力发电机叶轮的轮毂1固定连接，从而在风机叶轮的带动下实现对转动轴2的驱动。容易理解的是，虽然图1中所示的锁定装置中以一个锁定销和多个锁定孔之间对应，但是本发明不限于此，本领域技术人员可根据实际需要适当增加锁定销的数量，并合理设置各个锁定销及锁定孔的位置。例如，仅设置一个锁定销和一个锁定孔，或者设置多个数量和相对位置均相互对应的锁定销和锁定孔等等。凡是基于本发明的精神和实质进行的改进，并能够实现对风力发电机叶轮进行准确锁定的锁定装置均可以利用本发明实施例提供的叶轮锁定控制系统进行控制。

图2为本发明实施例的叶轮旋转状态示意图，为了简化说明，图中仅示出一个锁定销和一个锁定孔。如图2所示，转动轴2沿垂直于纸面的顺时针方向转动。锁定销4设置在支架41上，当锁定孔5运动至锁定销4的位置时，驱动锁定销4***锁定孔5即可完成叶轮锁定。由于支架41需要为锁定销4提供足够的作用力以保持叶轮静止，支架41通常设计为具有一定的宽度和厚度，当锁定孔5运动至接近锁定销4的位置时，支架41会遮挡锁定孔。因此，操作人员不便于目测观察锁定销4与锁定孔5之间的相对位置。

在本发明的一个示例中，在转动轴2上设置转动标识6，相应地，在定子主轴上设置固定单元7。具体而言，转动标识6与固定单元7的位置关系设置为，当转动标识6运动至位置P时，也就是当转动标识6与固定单元7的位置匹配时，锁定孔5运动至锁定销4的位置。

需要说明的是，图2仅示出转动标识6与固定单元7的一种示例。本领域技术人员应当理解，转动标识6和固定单元7还可设置为其他形状，同样的，也可设置于其他位置。只要能够借助观察转动标识6与固定单元7之间的相对距离来估计锁定孔5与锁定销4之间的相对距离即可。

为便于表述，将转动标识6与固定单元7相匹配的位置定义为转动轴2的预设锁定位置。

对于大型风力发电机组，由于加工误差和/或装配误差的存在，或者由于运行过程中产生形变，当转动轴2旋转至预设锁定位置后，锁定销4可能不会对准锁定孔5，而是稍有偏差。这种情况下如果强行进行叶轮锁定，可能造成锁定销卡死在锁定孔内，不能解锁，甚至损坏锁定销的销体。

在本发明的一个示例中，叶轮锁定装置还包括对正检测单元，用于检测锁定销4和锁定孔5是否对准。参阅图3，对正检测单元包括设置于锁定销端部4的距离传感器。该距离传感器至少包括第一距离传感器81和第二距离传感器82，分别设置在锁定销4端部的不同边缘。锁定孔5设置有反射部9，在锁定孔5随转动轴2旋转过程中(图3中箭头方向表示转动轴2相对于定子主轴3的旋转方向)，每当锁定孔5经过锁定销4所在的位置，锁定销4与锁定孔5对准或者将要对准时，位于锁定孔5内部的反射部9即可将距离传感器发射的信号进行反射，如果第一距离传感器81和第二距离传感器82均接收到反射信号，则确定锁定销4与锁定孔5已经对准。

具体地，距离传感器可以为红外传感器、电涡流传感器、激光传感器或者接近开关等。

另外，请参照图4，在另一种状态下，本发明提供的距离传感器还可以对锁定销4与锁定孔5的相对距离进行检测。具体地，将第一距离传感器81和第二距离传感器82设置为二者连线与转动轴2的转动路径一致，且，转动轴2的转动方向由第一距离传感器81指向第二距离传感器82。这样，在锁定孔5随转动轴2旋转过程中，每当锁定孔5经过锁定销4所在的位置，第一距离传感器81先收到反射信号。这样，当第一距离传感器81收到反射信号，且第二距离传感器未接收到反射信号时，表明锁定销4与锁定孔5即将对准。

在上述结构的基础上，本发明的实施例还提供一种叶轮锁定控制系统，通过检测转动轴与定子主轴的相对位置确定可以执行叶轮刹车的位置，在此基础上检测锁定销与锁定孔的对正状态，并根据叶轮转速和对正状态自动执行叶轮锁定操作，降低了叶轮锁定过程中对操作人员个人经验的依赖性，减少叶轮锁定销因对位不正造成的损坏。

以下结合图2和图5说明本发明实施例的叶轮锁定控制系统的结构。叶轮锁定控制系统包括叶轮锁定装置51、叶轮制动装置52、位置识别装置53和叶轮锁定控制装置54。

叶轮锁定装置51包括设置在定子主轴上的锁定销4，以及对应地设置在转动轴上的锁定孔5。

叶轮制动装置52用于对转子轴进行制动以控制叶轮转速。

位置识别装置53用于检测转动轴与预设锁定位置的相对转动距离。

叶轮锁定控制装置54，用于在位置识别装置53检测到的相对转动距离满足预设距离范围，且在叶轮转速满足预设转速条件的情况下，控制叶轮制动装置52进行制动并使转动轴停止在预设锁定位置，进而驱动锁定销4***锁定孔5。

需要说明的是，叶轮锁定装置51还包括对正检测单元(图中未示出)，用于检测锁定销和所述锁定孔是否对准。在转动轴停止在预设锁定位置，且对正检测单元检测到锁定销4和锁定孔5对准的情况下，叶轮锁定控制装置54控制锁定销***锁定孔。

其中，对正检测单元包括设置于锁定销端部的距离传感器，该距离传感器至少包括第一距离传感器81和第二距离传感器82。正如上文所述，距离传感器发出的信号被锁定孔5反射形成反射信号，相应地，叶轮锁定控制单元54根据第一距离传感器81和第二距离传感器82均接收到反射信号确定锁定销和锁定孔已经对准。

在一个示例中，位置识别装置53包括视频监测单元(图中未示出)，设置在转动轴上的转动标识6，以及设置在定子主轴上的固定单元7。视频监测单元采集包含转动标识6和固定单元7的图像，并基于采集到的图像检测所述相对转动距离。具体地，视频监测单元可以是高清摄像机或者其他视频采集设备，其内部可运行图像学习算法进行图像识别。

需要说明的是，位置识别装置53还包括触发单元(图中未示出)。触发单元与第一距离传感器81和第二距离传感器82连接，采集二者的传感信号，可以对锁定销4和锁定孔5的相对位置进行更加精确定位。参照图4，当锁定孔5的左侧壁运行至第一距离传感器81上方时，第一距离传感器能够接收到反射信号，且，第二距离传感器并未接收到反射信号。由此，触发单元能够检测到锁定孔5即将旋转至锁定销4的上方。

此外，叶轮锁定控制系统还包括操作终端56，其与叶轮锁定控制装置54连接。操作终端56可以设置于机舱、塔底或者远程维护中心，操作人员通过操作终端56执行叶轮锁定操作。操作人员不必攀爬塔架，在塔底或远程维护中心即可完成操作，能够减少人员爬塔次数和时间，有效减少叶轮锁定的等待时间，从而减少发电量损失。

以下结合图6说明本发明一个实施例的叶轮锁定控制方法的流程。

在步骤S610，检测转动轴与预设锁定位置的相对转动距离。例如，可利用视频监测单元采集包含转动标识和固定单元的图像，并基于所述图像检测所述相对转动距离。

在步骤S630，判断相对转动距离是否满足预设距离范围。设置预设距离范围是为了提前一段时间对转动轴进行制动，使转动轴转速缓慢减小，以免突然制动使机组产生振动。例如，该预设距离范围可以设置为转动标识和固定单元之间的角距离为30度、60度，或者其他数值。

在步骤S620，检测叶轮转速。在步骤S640，判断叶轮转速是否满足预设转速条件。预设转速条件例如可以为0.8rpm，也就是说，在叶轮转速低于0.8rpm的情况下才进行后续的制动和锁定操作流程。

如果在步骤S630判断相对转动距离已经满足预设距离范围，且在步骤S640判断叶轮转速已经满足预设转速条件，则在步骤S650，叶轮锁定控制装置54产生叶轮制动信号，控制叶轮制动装置52对转动轴进行制动。该叶轮制动信号例如可以为液压控制信号，通过液压缸驱动刹车片使转动轴转速缓慢降低。

需要说明的是，叶轮制动信号指示作用在转动轴上的制动力大小。制动力大小的数值与叶轮转速和预设距离范围相关，目的是为了保证转动轴运动到预设锁定位置时恰好停止。

在步骤S660，判断叶轮停止位置与预设锁定位置是否匹配。如果匹配，则在步骤S670生成叶轮锁定信号，叶轮锁定控制装置54控制叶轮锁定装置51进行锁定。如果不能匹配，说明锁定孔和锁定销未对准，不能进行锁定操作，结束流程。

需要说明的是，步骤660的判断是为了保证锁定销在转动轴静止状态下***锁定孔，从而防止在转动轴尚处于转动状态下强行锁定，导致销体损坏。

在步骤S670生成叶轮锁定信号的过程中，还需利用对正检测单元来检测锁定销与锁定孔是否对准。例如，对正检测单元检测第一距离传感器和第二距离传感器接收到的反射信号，如果两个传感器均接收到反射信号，则锁定销和锁定孔已经对准。

图6描述的示例性实施例可以看出，本实施例的叶轮锁定控制方法能够保证转动轴运动到预设锁定位置时恰好停止，且保持锁定销与锁定孔能够精确对准。

以下结合图7说明本发明另一个实施例的叶轮锁定控制方法的流程，提供一种分阶段制动方法，利用两次制动使转动轴停止在预设锁定位置。在图7中，步骤S610、步骤S620、步骤S630、步骤S660和步骤S670的处理与图6示出的相应步骤的处理相同。

参照图7，在步骤S641检测叶轮转速是否满足第一转速条件，如果满足第一转速条件，且在步骤S630判断相对转动距离满足预设距离范围，则在步骤S651产生第一制动信号。叶轮锁定控制装置54根据第一制动信号控制叶轮制动装置52进行第一次制动。

参照图4，在第一次制动的作用下，转动轴沿图4所示的箭头方向缓慢转动。在转动至预设锁定位置前，可能出现阵风导致叶轮转速比预期转速增大，这将导致转动轴转动到预设锁定位置后，还具有一定转速。特别是大型风力发电机组，即使叶轮转速很低也具备较大的转动惯量，这种情况下，为了保护锁定销只能放弃锁定操作。

针对上述在第一制动后出现阵风的问题，本示例提供第二次制动操作。具体而言，如图4所示，当锁定孔5的左侧壁运行至第一距离传感器81上方时，第一距离传感器能够接收到反射信号，且，第二距离传感器并未接收到反射信号。因此，触发单元在第一距离传感器接收到反射信号且第二距离传感器未接收到反射信号时生成第二制动信号。

在步骤S652，判断第一距离传感器是否接收到反射信号，且，第二距离传感器并未接收到反射信号。如果是，则触发单元生成第二制动信号。

在步骤S653，判断叶轮转速是否满足第二转速条件，如果满足，则在步骤S654，叶轮锁定控制装置54产生第二制动信号，叶轮制动装置52基于第二制动信号对所述转动轴进行制动操作，以使得在锁定孔5的左侧壁运行至第一距离传感器81位置处，转动轴停止转动。

在此对第一转速和第二转速进行说明。本实施例适用于风速较大，或者阵风频繁的环境。由于进行两次制动操作，第一转速可以稍高，例如为0.9rpm，第二转速例如为0.05～0.1rpm范围内。通常第一转速高于第二转速。

从图7描述的示例可以看出，本发明提供的叶轮锁定控制方法，可以提供间歇式的两次制动操作，保证叶轮精确停止在预设的锁定位置，特别是在大风或阵风条件下，能够提高叶轮锁定操作的安全性。

根据本发明构思的示例实施例，图6和图7描述的方法的各个步骤及其操作可被编写为程序或软件。可基于附图中示出的框图和流程图以及说明书中的对应描述，使用任何编程语言来编写程序或软件。在一个示例中，程序或软件可包括被一个或多个处理器或计算机直接执行的机器代码，诸如，由编译器产生的机器代码。在另一个示例中，程序或软件包括被一个或多个处理器或计算机使用解释器执行的更高级代码。程序或软件可被记录、存储或固定在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质中。在一个示例中，程序或软件或一个或多个非暂时性计算机可读存储介质可被分布在计算机系统上。

根据本发明构思的示例实施例，图6和图7描述的方法的各个步骤及其操作可被实现在包括处理器和存储器的计算装置上。存储器存储有用于控制处理器实现如上所述的各个单元的操作的程序指令。

虽然上面参照图1至图7已经详细描述了本发明的特定示例实施例，但是在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，可以以各种形式对本发明进行修改。如果描述的技术以不同的顺序被执行，和/或如果描述的系统、架构、或装置中的组件以不同的方式组合，和/或被其他组件或它们的等同物代替或补充，则可实现合适的结果。因此，本公开的范围不是通过具体实施方式所限定，而是由权利要求和它们的等同物限定，并且在权利要求和它们的等同物的范围内的所有变化将被解释为被包括在本公开中。